v3n1a04
DESCRIPTION
gomasTRANSCRIPT
Palavras-Chave: Método de isolamento, goma, polissacarídeo, cajueiro, Anacardium occidentale L.
Judith Feitosa Rodrigues*, Regina Célia M. de Paula, Sônia M. O. Costa
Judith Feitosa Rodrigues*, Regina Célia M. de Paula, Sônia M.O. Costa. - DeptO de Química e Inorgânica, Universidade Federal do Ceará, UFC, Campus do Piei, CP, 12.200, CfP 60.021-000 - Fortaleza-Ceará (mandar correspondência para*).
31
oGITRA
As gomas industriais podem ser classificadas em naturais emodificadas. As naturais podem ser obtidas de exsudatos de árvore, de sementes, de algas ou por fermentação microbiológica. As modificações são as derivadas depolissacarrídeos insolúveis, como por exemplo, a celulose. A tabela 1 apresenta exemplos de gomas industriaisclassificadas pela fonte.
Gomas são substâncias incolores, inodoras, insípidasenão tóxicas [1 J. Elas são, essencialmente, não calóricas,exceto oamido eseus derivados. Amaioria delas, apesarde sofrer hidrólise ácida e enzimática, passa pelo tratogastro-intestinal com pouca ou nenhuma modificação [2J.
A hidrólise ácida necessita de uma acidez maior do que ado suco gástrico e/ou de um tempo de permanência maior noestômago. Ahidrólise enzimática, quando ocorre, éem peque-na extensão, pois não existem enzimas no trato gastro-intestinal capazes de hidrolisar amaioria dos pol isacarídeos [2J. ~
INTRODUÇÃO
Gomas: Propriedades gerais
Resumo: Dois métodos de isolamento de gomas foram comparados, oRinaudo-Milas eoAnderson. Agoma docajueiro do Nordeste (Anacardium occidentale L.) foi utilizada como substância-teste. Ométodo Rianudo-Milas foi
efetuado através de trituração, dissolução em H20com ajuste de pH eà temperatura ambiente ambiente, filtração eprecipitação com EtOH. Ométodo Anderson foi desenvolvido através de: trituração, dissolução em H20 fria, filtrações,
diálise e liofilização. As amostras isoladas foram analisadas em seus teores de umidade, cinzas, proteína eaçúcarespresentes. Oteor de ácidos glicurônicos na forma ácida esalina ea viscosidade intrínseca também foram
determinados. Ométodo Rinaudo-Milas foi considerado omelhor devido amaior rapidez do processo, maior rendimento,menorpossibilidade de contaminação emaior homogeneidade do material isolado. Brancura do sólido, solubilidade
em H20 e transparência da solução foram características observadas nas gomas isoladas pelos dois métodos.
Métodos de Isolamento de GomasNaturais: Comparação Através da
Goma do Cajueiro(Anacardium occidentale L)
Gomas podem ser definidas genericamente comosubstâncias poliméricas que, em solvente ou agente de inchamento apropriado e mesmo a baixas concentrações,são capazes de formar dispersões ou soluções altamenteviscosas ou até mesmo géis. Com esta definição, o termoaplica-se auma vasta variedade de substâncias, incluindohidrocarbonetos de alto peso molecular, borrachas, proteínas, polissacarídeos eseus derivados, além de alguns polímeros sintéticos.[1 J.
Industrialmente, no entanto, otermo goma, é mais especifico, eestá associado apolissacarídeos eseus derivados. Osolvente ou agente de inchamento é, neste caso, aágua.
Polímeros: Ciência eTecnologia - Jan/Mar-93
Métodos de isolamentoTABELA!
Essas propriedades, aliadas a outras mais específicas, conferem às gomas inúmeras aplicações tecnológicas. As principais indústrias consumidoras de gomashidrossolúveis são: ade detergentes, atêxtil, ade adesivos, a de papel, a de tintas, além da alimentícia, farmacêutica e de cosméticos [3]. Nestas indústrias elassão usadas como agentes espessantes, gelificantes,emulsificantes, floculantes, clarificantes, encapsuladores e controladores de caloria. São empregadas,também, como adesivo, inibidor de cristalização, protetor coloidal, formador de filme, estabilizador de espuma e de suspensão [1].
Gomas modificadas
CLASSIFICAÇÃO DAS GOMASINDUSTRIAIS QUANTO AFONTE [1]
oobjetivo do isolamento de uma substância qualquer éobter um material quimicamente puro ehomogêneo ecomum rendimento maior possível.
Os polissacarídeos naturais, gomas p. ex., frequentemente vêm misturados com sais inorgânicos e outros materiais de baixo peso molecular e, também, com espéciescomo proteínas, ligninas, ácidos nucleícos, que deles precisam ser separados [4,5].
Na busca de pureza máxima do material, muitas vezessão aplicados tratamentos drásticos que descaracterizamomaterial original, alterando asua estrutura ou asua massa molecular média. Estas alterações do polissacarídeo,ditas como degradação, ocorrem em presença de ácido, deenzimas e, menos frequentemente, de base, e devem serevitadas.Vários são os métodos de isolamento efracionamento de polissacarídeos. Eles envolvem etapas de separação cromatográfica, complexação com íons metálicos ousais de.amônio quartenário, precipitação com etanol ouacetona, liofilização, entre outras. Detalhes destes métodos podem ser encontrados nos trabalhos de Aspinal [5] ePittet [6].
Oisolamento de goma apresenta os mesmos problemas básicos do isolamento de polissacarídeo, mas comalgumas peculiaridades. Anderson [7] e Rinaudo-Milas[8] isolam as gomas utilizadas em seus inúmeros trabalhos de pesquisa através de dois métodos distintos.A tabela 2 apresenta as principais distinções entreestes métodos.
A goma do cajueiro é um heteropolissacarídeo ramificado contendo como constituintes principais galactose (61%). arabinose (14%). ramnose (7%). glicose
CarboximetilceluloseHidroximetilceluloseHidroxietilceluloseCarboximetilamidoAcetato de amidoHidroxietilamidoHidroxipropilamidoCarboximetilguarAlginato de propileno glicol
Exsudato de PlantasGoma arábicaGomacaraiaGoma tragacantoGoma do cajueiro
Extraídas de AlgasÁgarAlginatoCarragenana
Extraídas de SementesGomaguarGoma do marmeleiro
Fermentação microbiológicaDextramaXantana
Gomas naturais
3gal I -->
61"I
gal 3.-- R
61"I
gal
61"I
glu.a.
galI1-3
gal6.--RI16
3gal I --> 3gal I -->
6i1
gal 3.-- 1 gal
61"I
gal
R'116
galI16
gal 1-->3 galI1-3
ga16.--RI13
galI16
3gal I --> 3gal 1 -->
61"I
glu
galI16
R-->3 gal113
gal 6.-- I galI1-3
gal116
3gal I --> 3gal I -->
3.--1 gal 6.--1 gal31"1R
- - - gal I -->
61"I
gal
31"I
gal
61"I
gal
Fig. 1. Um possível fragmento estrutural da goma do cajueiro. R representa D-manose, D-xilose- L-ramnose, L-arabinose ou cadeias de arabinose com ligação 1,2. R' representa D-glicose ou ácido D-glicurônico [91.
32 Polímeros: Ciência eTecnologia - Jan/Mar-93
(8%). ácido glicurônico (5%). além de pequenas quantidades «2% de cada) de manose, xilose e ácido metilglicurônico (figura 1[9J. Esta goma (de origem Papuanae Indiana) foi uma das isoladas por Anderson através doseu método. Ela é de fácil obtenção, já que o Ceará é omaior produtor de cajueiro do Brasil [10L e o conhecimento adquirido no seu isolamento poderia trazerbenefícios para a região. Estas razões motivaram a escolha da goma do cajueiro como substância-teste paraa comparação entre os métodos de Anderson [7J eRinaudo-Milas [8J.
TABELA 2
DISTINÇÃO ENTRE OS MÉTODOS DE ISOLAMENTO DEGOMAS UTILIZADAS POR ANDERSON [7] ERINAUDO-MILAS [8]
Etapas Anderson[7] Rinaudo-Milas[8]
Dissolução tempo(h) 48 24emH20 temperatura IOºC 28ºC
pH sem ajuste ajustado pl7,O-7,SFiltração papel vidro sinterizado
e membranaSeparação de compostos debaixo peso molecular diáliseRecuperação da goma em pó liofilização Precipitação com
etanolSecagem liofilização ao ar
PARTE EXPERIMENTAL
A goma bruta foi colhida em setembro de 1988 de exsudatos naturais de cajueiros do tipo comum, com cercade 20 anos, produtores de fruto de cor laranja. Os cajueirossão oriundos de plantação experimental da EMBRAPA. situada no município de Pacajus-CE. Os nódulos maisclaros e isentos de casca foram selecionados, secos triturados antes de serem submetidos aos métodos de isolamento.
Ométodo Rinaudo-Milas [8J foi utilizado como sugeridopelos autores com adiferença apenas na filtração, que foiefetuada somente em funil de vidro sinterizado, sem utilização de membrana (fluxograma 1).
No método Anderson a modificação foi tambémefetuada na filtração, prevista para ser feita em papeI. mas realizada em funil de vidro sinterizado (fluxograma 2).
As amostras isoladas foram analisadas no que se referea seis teores de unidade, de cinza ede N(proteína). à presença de alguns monossacarídeos eao %de ácidos urônicoso Aviscosidade intrínseca também foi determinada.
Oteor de umidade foi obtido por diferença de pesoapós aquecimento a 105ºC e oteor de cinza aquecimento em mufla a700ºC ambos efetuados até peso constante. Oteor de proteína foi calculado a partir do resultadode análise elementar de N, fazendo-se uso da relação%Nx 6,25[11 J.
Todas as análises foram feitas em duplicata.
GOMA BRUTA
tTRITURAÇÃO
I [Solução 4% em H20
DISSOLUÇÃO Meio Neutro---------,,-,. Temperatura ambiente
GOMA BRUTA
tTRITURAÇÃO
I [SOlUÇãO 10% em H20Agitação por 48hT=IOºC
DIÁLISE
FILTRAÇÃO
DISSOLUÇÃO
LIOFILIZAÇÃO
I[24h em H20 destilada2x24h em H20 bidestiJada
------ T=15ºC
I[Lã de vidroFunil de vidro sinterizado------
- I [Lã de vidro_F_IL_T_RA_Ç_A_0---J Funil de vidro sinterizado
PRECIPITAÇÃO I [EtOH
tFILTRAÇÃO I [Funil de vidro sinterizado
FILTRADO t PRECIPITAÇÃO
t lI[
EtOH/H'O)ESCARTADO LAVAGEM EtHO-
- Acetona
SECAGEM
tGOMA ISOLADA [Rendimento 78%
tGOMA ISOLADA [Rendimento 50%
Fluxograma1: Etapas do processo de isolamento da goma do cajueiro pelo método Rinaudo-Milas.
Fluxograma 2: Etapas do processo de isolamento da go-ma do cajueiro pelo método Anderson. ~
Polímeros: Ciência eTecnologia - Jan/Mar-93 33
As titulações condutométricas com soluções de HCI ouNaOH foram efetuadas em um condutivímetro 8331 Micronal com eletrodo de platina, de constante 0,63cm-1 àuma temperatura de 25,0 ±O,1ºC.
Para análise cromatográfica, as amostras foram hidrolisadas com ácido trifluroacético (TFA) 4N por 2,5h a 100ºCem ampola de vidro selada. Os açúcares hidrolisados, livresde excesso de TFA foram dissolvidos em MeOH/H20(80/20) ecromatografados em placas de sílica gel 60 F254Merck. Osistema de solvente utilizado foi álcool isopropílico, acetato de etila eH20 (7:2:1) earevelação foi feita comorcinol em ácido feita orcinol em ácido sulfúrico. Utilizou-separa comparação soluções padrão de galactose, arabinose,glicose, manose, ramnose exilose, proveniente de Merck.
Aviscosidade intrínseca foi determinada em NaCI1 M,utilizando-se um viscosímetro Ostwald com diâmetro decapilar 0,8mm ecom 150s. de tempo de escoamento paraH20 a25,0+0,1 C.
RESULTADOS EDISCUSSÃO
Análise das amostras de goma de cajueiro
Atabela 3apresenta alguns dados características dasgomas isoladas pelos métodos Anderson e Rinaudo-Mi-
TABELA 3
COMPARAÇÃO ENTRE AS PROPRIEDADES DE GOMADO CAJUEIRO DO NORDESTE ISOLADA PELO
MÉTODOS RINAUDO-MILAS EANDERSON
Método Rinaudo-Milas Método Anderson
Cor do sólido branca brancaAspecto do sólido pó flocosAspecto da solução límpida límpidaRendimento 7S% 50%Unidade (%) 16,3 ±O,S 14,2 ±O,SCinzas (%)* 0,67 ±0,02 0,63 ±0,07Nitrogênio (%)* O,IS ±0,05 0,19 ±0,02Proteína (%) (Nx6,25) l,l ±0,2 1,02 ± 0,1[l1]NaCIIM (mL/g) S,S 7,SAnális dos açúcares
galactose P Parabinose P Pramnose P P
xilose N Nmamose N Nglicose P P
Ácidos glicurônicos (%)forma salina 6,3 5,4forma ácida 0,0 O,STotal 6,3±0,1 6,2±0,1
*corrigida umidadeP=presenteN=não detectadolas. Elas são similares em muitos aspectos. Ambas são
34
brancas, solúveis em H20, formam soluções límpidas eapresentam teores de cinza semelhantes. Os percentuaisde nitrogênio são próximose dentro da faixa dterminadapor Marques eXavier[12].
Registra-se uma diminuição no teor de umidade da goma liofilizada (Anderson). o qual é muito dependente dotempo de exposição à pressão reduzida. Anderson, porexemplo, obteve % da unidade de goma do cajueiro papuano de 7,9%[7].
As viscosidades intrínsecas são, também, diferentes. Oprocesso de recuperação da goma em pó baseado na precipitação com etanol (método Rinaudo-Milas)pode ter ocasionado um fracionamento do material,tendo sido recolhidas frações de peso molecular maior.No entanto, o isolamento, a 1ª purificação ea 2ª purificação da goma do angico[13] (processos sequenciados,cada um deles envolvendo precipitação com etanol)não resultaram em um material de peso molecularcrescente, o que evidencia a não ocorrência de fracionamento. Caso ele tivesse ocorrido a viscosidade intrínseca da goma 2ª purificada seria maior do que a goma 1ª purificada que por sua vez seria maior do que agoma isolada. As viscosidades determinadas foramequivalentes.
Quanto as constituintes do heteropolissacarídeos, verifica-se que os mesmos açúcares estão presentes nasduas amostras da goma. Oteor total de ácidos glicurônicos, também, é o mesmo. A variação importante está naproporção entre aforma salina eaforma ácida, que foi determinada a partir das curvas apresentadas nas figuras 2e 3. No caso da goma obtida pelo método Rinaudo-Milastodos os grupamentos RCOOH, existentes originalmentena amostra, se apresentam neutralizados. Nenhuma inflexão é observada na curva de titulação condutométricadesta goma com NaOH (figura 3). O mesmo não ocorrecom a curva correspondente à goma obtida pelo métodoAnderson. Nesta goma, 13% dos seus resíduos de ácidoglicurônico permanecem ainda na forma ácida, o que deve corresponder auma diminuição da densidade de cargada macromolécula. Menor adensidade de carga, menor arepulsão entre os grupos RCOO-, maior a possibilidadedas cadeias se enrolarem. E, portanto, menor aviscosidade intrínseca.
Comparação entre os métodos
Além da comparação entre as características dasamostras isoladas pelos dois métodos éessencial que sefaça, também, uma análise sobre o desenvolvimento dosmétodos, levando-se em conta rendimento, tempo gasto,possíveis problemas, etc.
O método Rinaud-Milas foi aquele que proporcionouum maior rendimento (78%) e que foi executado em ummenor tempo. Apesar destas vantangens, ele pode apresentar alguns problemas. Oprimeiro deles seria aperda de
Polímeros: Ciência e Tecnologia - JanfMar-93
40
CONCLUSÃO
50
80
u
Vl
~'" 70·
0.1 0.2 0.3 0.4 05 0.6 0.7 0.6
VOLUME DE NoOH 0.0102 M em L I
Z.<1:f:>o 60z
90
ou
ria ocorrer caso a filtração fosse feita em papel, como sugerida pelo autor. Neste caso haveria a possibilidade decontaminação com material celulósico, profundamente indesejável em se tratando de isolamento de carboidrato.
Fig 3: Curva de titulações condumétricas de amostras de
goma de Anacardium occidentale L. com Na OH:., goma isolada pelo método Rinaudo-Milas, 0,085 G
L1 goma isolada pelo método Anderson, 0,1039 G.1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
VOLUME D~ Hei 0,0\03 M Im L I
600
~ 500:l..
~ 400u.~
.~ 300::>o
g 200u
Fig 2: Curva de titulações condu métricas de amostras de
goma de Anacardium occidentale L. com HC I :• , goma isolada pelo método Rinaudo-Milas, 0,0884G
L1 goma isolada pelo método Anderson, 0,0903G.
GOO·
100
100
- 500VI:i...
~ 400uz
. '~ 300::>o
Õ 200·u
açúcares lábeis, ramnose, por exemplo, por ser a dissolução efetuada à temperatura ambiente (=28ºC). A análisequalitativa dos açúcares, revela, no entanto, a presençade ramnose nas duas amostras de goma, oque indica quetal perda não foi verificada. Osegundo problema seria ofracionamento do material devido ao processo de recuperação de sólido efetuado através de precipitação com etano!. Dados obtidos com a goma do angico[13] refutam talpossibilidade.
Ométodo Anderson proporcionou um rendimento relativamente baixo (50%), provavelmente causado pela dissolução parcial da goma bruta ou pela perda do materialdurante adiálise. Onão ajuste de PH eabaixa temperatura de dissolução devem ter contribuído, também, para este baixo rendimento. Um outro problema do método é apossibilidade de formação de fungos durante as etapas dedissolução e diálise. Quando estas etapas foram feitas àtemperatura ambiente observou-se, realmente, a formação de fungos na solução. Um complicador adicional pode-
Levando-se em conta todos os fatores relativos ao desenvolvimento dos processos eàs características dos materiais isolados chegou-se aconclusão que ométodo RinaudMilas éomais adequado para isolar gomas, principalmente,se destinadas a estudo acadêmico. A escolha do métodomais adequado para fins industriais teria que levar em conta outros fatores, tais como viabilidade econômica, disponibilidade de equipamentos, etc, não considerados aqui.
Além das boas características observadas tanto na goma obtida pelo método Anderson quanto na Rinaud-Milas(brancura do sólido, boa solubilidade em H20, transparência da solução) algumas vantanges do método Rinaud-Milas podem ser destacadas. São elas:
a) maior rapidez do processo
b) maior rendimento
c) menor possibilidade de contaminação, quer por fun-gos que por material celulósico ..
Polímeros: Ciência e Tecnologia - JanfMar-93 35
d) maior homogeneidade do material no que se refereao constituinte ácido glicurônico, totalmente transformado para aforma salina.
Vale ressaltar, no entanto, que o sucesso no isolamento de gomas pelo método Rinaud-Milas concentra-se nafiltração e secagem do material. A filtração, assim comoas primeiras lavagens, não deve ser efetuada até a retirada completa do líquido, pois provocaria penetração do ma~
terial no funil e agregação entre as próprias partículas dopolissacarídeo. Somente na última lavagem (com acetona), afiltração deve ser levada até ofinal.
Apesar do relativo sucesso do material isolado pelométodo Rinaudo-Milas, uma goma mais pura etotalmente transformada em sal de sódio, muitas vezes necessáriapara estudos mais refinados, só será obtida com aexecução de três etapas (uma de isolamento eduas de purificação) como sugerido pelos autores [8].
AGRADECIMENTOS
À Profª Marguerite Rinaudo (CNRS-França) pela demonstração do método. À EPACE, empresa de PesquisaAgropecuária do Ceará,' atualmente pértencente à EMBRAPA, pelo fornecimento da gdmabruta eao CNPq peloapoio financeiro. :' " .
REFERÊNCIAS B1BtlOGRÁFICAS
1 - J,N. BE MILLER, Industrial Gums, Encyclopedia of PolymerScience and Engineering, John Wiley &Sons, 7, 589,1987.
2- R.L WHISTLER, "Industrial Gums-Polysaccharides and theirDerivatives", Editor R.L Whistler, 2ª ed., AcademicPress, Londres, capo 1,1973.
36
3- J. WELLS, "Cellular Microbial Polysaccharides", "Extracell.microb. polysaccharides", ACS Symp. Series, 45, 299,1977.
4 - J,F. KENNEDY e CA WHITE, "Bioactive Carbohydrates: InChemistry, Biochemistry and Biology", Ellis HorvvoodLtda, Inglaterra, capo 4, 1983.
5 - G.O. ASPINALL, "The Polysaccharides" - vol. 1, EditorG.O.Aspinall, Academic Press, New York, capo 2,1982.
6 - A.O. PITIET, "Methods in Carbohydrate Chemistry", vol. V,General Polysaccharides", Editor R.L Whister, Academic Press, seco I, 1965.
7- D.M.WANDERSON, P.C:BELL eJ,R. MILLAR, Phytochemistry13,2189,1974.
8- aI M. MILAS, "Polieletrólitos", ed. RAM.C. Groote eAAS.Curvelo, USP, São Carlos, 1991; bl M. Rinaudo, Comunicação Pessoal.
9 - D.MW. ANDERSON e P.C. BELL, Anal. Chimica Acta, 79,185,1975.
10 - V.P.M.S. LIMA, "Cultura do Cajueiro no Nordeste do Brasil", 1ª ed., Banco do Nordeste do Brasil, Fortaleza,1988.
11 - 01. MARKS, R.B. BAUM eT. SWAIN, Analytical Biochem.,147,136,1985.
12 - M.R. MARQUES e J. XAVIER FILHO, Phytochemistry, 30,1431,1991.
13 - AG. da SILVA, "Goma do Angico (Anadenathera macrocarpa): isolamento, purificação e caracterização", dissertação de Mestrado, UFC, Fortaleza, 1992. ~
Recebido em 14 de dezembro de 1992Aprovado em 10 de março de 1993
Polímeros: Ciência eTecnologia - Jan/Mar-93