PT103710A - Um concentrado natural bioactivo antioxidante rico em solanesol-alfa-tocoferol-coq10 de folhas de tabaco, seu método de obtenção usando tecnologias limpas e suas utilizações - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO OFERECE UM EXTRACTO QUE CONTÉM SOLANESOL, ALFA-TOCOFEROL E COENZIMA Q1O COM PROPRIEDADES ANTIOXIDANTES BIOACTIVAS E COM BAIXO TEOR DE NICOTINA, A PARTIR DE FOLHAS DE TABACO E SUBPRODUTOS, E UM MÉTODO SIMPLES, DE BAIXO CUSTO E ELEVADA RECUPERAÇÃO PARA A OBTENÇÃO DO MESMO. O PROCESSO DE OBTENÇÃO DE UM CONCENTRADO BIOACTIVO NATURAL USA TECNOLOGIAS LIMPAS QUE COMPREENDEM A EXTRACÇÃO DE DIÓXIDO DE CARBONO DE ALTA PRESSÃO, MISTURA ESTÁTICA E SEPARAÇÃO CICLÓNICA, AS QUAIS SÃO USADAS NUM MODO INTEGRADO. O CONCENTRADO ENRIQUECIDO EM SOLANESOL-ALFA-TOCOFEROL-COENZIMA Q10 TEM UM IMPORTANTE VALOR ACRESCIDO DEVIDO ÀS SUAS PROPRIEDADES ANTIOXIDANTES. A APLICAÇÃO INDUSTRIAL DA PRESENTE INVENÇÃO CONTÉM, ASSIM, APLICAÇÕES ÚTEIS PARA AS INDÚSTRIAS ALIMENTAR, COSMÉTICA E FARMACÊUTICA.

Description

1

Descrição

"UM CONCENTRADO NATURAL BIOACTIVO ANTIOXIDANTE RICO EM SOLANESOL-a-TOCOFEROL-CoQlO DE FOLHAS DE TABACO, SEU MÉTODO DE OBTENÇÃO USANDO TECNOLOGIAS LIMPAS E SUAS UTILIZAÇÕES"

Campo da Invenção A presente invenção refere-se a um processo de obtenção de um concentrado bioactive natural, a partir de folhas de tabaco, utilizando tecnologias limpas, ao extracto resultante e suas utilizações. Estas tecnologias compreendem a extracção com dióxido de carbono a alta pressão, a mistura estática e separação.

Este processo e o extracto resultante podem ser aplicados às indústrias alimentar, cosmética e farmacêutica.

Antecedentes da Invenção 0 tabaco (Nicotiana spp., L.) é uma planta cultivada, pertencente à família Solanaceae com materiais muito apreciados pelas companhias de perfumes, cosméticas e farmacêuticas. Um destes compostos com interesse é o solanesol, um álcool terpenóide de cadeia longa, o qual existe essencialmente em plantas da família Solanaceae, especialmente nas folhas de tabaco, com conteúdos compreendidos entre 0,3 e 3% de folhas de tabaco secas, proporcionando uma fonte natural para a extracção deste composto (JP6065128, 1994). O solanesol tem sido utilizado como fonte de unidades de isoprene para a síntese em laboratório de muitos compostos bioquímicos de valor elevado, incluindo os análogos da 2 vitamina K e as quinonas metabiologicamente activas, tais como a coenzima Q10 (CoQlO) {Hamamura et al., 2002), a qual é aliás utilizada como tratamento de doenças cardíacas, cancro e úlceras, assim como composto nutracêutico para alimentos funcionais, devido às suas propriedades antioxidantes {Lenaz and Espoli, 1985; Judy et al., 1986). 0 próprio solanesol pode ser utilizado como antioxidante para lípidos e na preparação de fármacos cardíacos, devido às suas propriedades cardioestimulantes; também, é descrito que o solanesol possui propriedades antibacterianas, anti-inflamatórias e anti-úlcera (Khidyrova and Shakhidoyatov, 2002). 0 solanesol ocorre em ambas as formas, livre e ligado (esterificado) no tabaco - o solanesol livre varia desde 70 a 99% dos valores de solanesol total (Chamberlain et al., 1990).

Por outro lado, o α-tocoferol é o componente mais activo do complexo da vitamina E, desempenhando o papel de um antioxidante essencial, o qual não pode ser sintetizado pelo corpo e, portanto, tem de ser fornecido na dieta ou através de suplementos. Os antioxidantes têm sido utilizados para prevenir e degradar reacções em cadeia induzidas por radicais livre e são extensivamente utilizados para esse propósito em muitos alimentos. O alfa-tocoferol é descrito como sendo um agente de protecção contra doenças envolvendo reacções de radicais livres, tais como o envelhecimento (Packer L., 1991; Guaratiní et al., 2007), muitos tipos de cancro (Nright et al., 2006; Longnecker et al., 1992), e doenças coronárias (Traber M.G. , 2007; Chattopadhyay and Bandyopadhiay, 2006), para mencionar algumas. 3

Os métodos convencionais de extracção das folhas de tabaco são a clássica extracção liquido-liquido (ver os processos citados abaixo), mais refluxo de calor e a extracção de Soxhlet, ambos trabalhosos, envolvendo técnicas operacionais longas, uma grande quantidade de solventes e, no caso da extracção com refluxo de calor, a decomposição térmica de algumas moléculas alvo, devido à temperatura continuamente elevada {Zhou and Liu, 2006).

Mais recentemente, alguns autores desenvolveram métodos novos com base na Cromatografia em Contracorrente a Alta Velocidade (HSCCC) (Du et al., 2006) e extracção assistida por micro-ondas (MAE), esta última apresentando tempos de extracção mais curtos assim como um consumo inferior de solvente, quando comparado com os métodos convencionais de extracção (Zhou e Lui, 2006). Embora ambos apresentem vantagens relativamente aos métodos tradicionais de extracção do solanesol, todos eles empregam solventes orgânicos em alguns passos dos seus procedimentos de extracção.

Outros métodos empregues na produção de solanesol com elevada pureza utilizam cromatografia em coluna, mas este processo tem várias desvantagens, tais como efeiciências reduzidas e rendimentos baixos, várias perdas de solanesol, assim como o consumo de tempo que leva a custos de produção elevados.

Foram publicados vários documentos, os quais apresentam métodos para a recuperação e purificação do solanesol a aprtir de fontes diferentes, o mais antigo sendo o documento DE19702019835, o qual descreve um processo de destilação molecular da substância não-saponifiçada a 4 partir de folhas de batata, em atmosfera de vácuo, recolha da fracção de solanesol (isolando-a na forma de um composto de clatrato de tiureia e depois purificando por cristalização fraccional). 0 documento CN 20001023921 20000928 descreve um método para purificar o solanesol a partir do extracto, incluindo os seguintes passos: dissolução do extracto de solanesol, o qual é separado para fora através dos processos de saponificação e cristalização até um grau de pureza não inferior a 70% em n-hexano, utilizando uma mistura contendo n-hexano, 1,2-dicloroetano e acetona como eluente, acetona como agente de contra-lavagem e adoptando a cromatografia de adsorção e a cromatograf ia de permeação em gel para remover as impurezas de modo a obter um produto de solanesol purificado e refinado, com grau de pureza superior a 95%. 0 documento CN20041053681 20040812 descreve um processo para preparar um produto de solanesol com pureza elevada, incluindo o fluxo de solanesol em bruto através de uma coluna de cromatografia em fase liquida ou de uma coluna de gel de sílica, a eluição com uma solução misturada de alcano saturado e acetato, sendo a recolha das fracções seguida de evaporação rotacional e concentração por secagem em atmosfera de vácuo, para obter um extracto de solanesol com grau de pureza elevado (98,5%).

Outro documento, o CN20051063053 20050405, descreve a utilização do extracto de solanesol com purezas degaru superior a 10% como matéria-prima e não faz tratamento de saponificação, utilizando um solvente para dissolver, depois um agente adsorvente para efectuar a mistura, 5 seguidos por passos de concentração e adsorção, depois cromatografia em coluna de fase sólida-liquida utilizando solvente polar e de baixa polaridade ou misturado para fazer com que a eluição remova as impurezas, seguida de concentração, cristalização por liofilização e secagem em atmosfera de vácuo, para obter um produto de solanesol com elevado grau de pureza, com purezas de garu superior a 96%.

Um documento recente, o CN20051010918 20050720, descreve um processo para purificar o solanesol a partir de matéria-prima contendo 14-30% de solanesol. O método compreende os seguintes passos: mistura com o álcool, saponificação com aoluções alcalinas, descoloração a cristais, dissolução dos cristais obtidos com hexano normal, limpeza com água e sal, descartando a camada oleosa, secagem, filtração, dessolventização e obtenção do produto com um conteúdo em solanesol superior a 75%.

Todos os documentos mencionados envolvem a utilização de grandes quantidades de solventes orgânicos, assim como muitos passos de extracção (que consomem tempo) para conseguir o produto final.

Como anteriormente referido, a principal fonte natural de solanesol são as plantas da família Solanaceae, tais como batatas (Solanum tuberosum) e tabaco (Nicotiana Spp.). O documento citado anteriormente, JP19690031303 assim como CN20051042787 20050609 são exemplos de processos novos para obter um extracto enriquecido em solanesol a partir de folhas de batata. 0 primeiro descreve um processo que compreende a destilação molecular da substância não saponificada a partir de folhas de batata sob atmosfera de vácuo (>1 - 10~2 mm Hg) , recolha da fracção de solanesol 6 como um composto de clatrato de tiureia, seguida de purificação por cristalização fraccional. 0 segundo descreve um processo que compreende extracções sequenciais (pelo menos, quatro vezes) das folhas de batata com solvente, depois a fusão e concentração do filtrado, recuperação do solvente, adição da solução alcalina a saponificar, separação para obter um produto de solanesol em bruto, ajuste do pH e da temperatura, recolha do sedimento e dissolução do produto em bruto no solvente, recuperação do solvente para um volume menor, cristalização a baixa temperatura e finalmente, separação cromatográfica e purificação.

Como exemplos de tabaco, o documento JP19870022479 19870204 descreve um processo para obter um extracto de solanesol com pureza elevada por tratamento de uma substância não saponificada do extracto de tabaco por utilização de uma purificação posterior por cromatografia especifica: uma substância não saponificada do extracto de tabaco é enviada para cromatografia liquida de partição com centrigugação, isenta de transportador, contendo n-hexano como fase estacionária e um álcool hídrico, tal como o metanol, etanol, etc., com 5-10% de água como fase estacionária. Depois, a direcção de alimentação da solução é revertida e o fraccionamento é realizado através da utilização de n-hexano para dar um produto de solanesol com pureza elevada. 0 documento CN19911003632 19910608 descreve um processo no qual o tabaco com bolor ou pedaços de tabaco são utilizados como matérias-primas, é utilizado um n-hexano industrial (60-80% de pureza) como solvente de extracção. Após duas extracções e concentração, é obtido um solanesol pastoso. 7

Outro documento CN19931018734 19931022, descreve um processo para preparar matéria não saponificável de solanesol utilizando tabaco com bolor e quebrado como matérias-primas e inclui passos tais como adição de solvente e catalisador para a reacçâo de saponificação, filtração, mistura, separação e ultrafiltração.

No documento CN19941007849 19940719, o tabaco com o seu extracto de nicotina é seco na estufa, triturado e extraído várias vezes com alcano C5-C12 como solvente. Os extractos obtidos são então misturados e concentrados, saponifiçados com álcool e solução alcalina, a água e o solvente removidos e o extracto tratado com cetona misturada com álcool, líquido I e líquido II separadamente para conseguir um cristal de solanesol puro final após arrefecimento.

Como exemplos de documentos de aptente mais recentes podemos citar o CN20011008703 200110801, o qual adopta o extracto de tabaco como matéria-prima e inclui os seguintes passos: destilação molecular e tecnologia de destilação de curta trajectória (temperaturas de evaporação compreendidas entre 80-220 °C e grau de vácuo de 0,1-100 Pa) para obter uma unidade final de óleo de tabaco limpo sob atmosfera de vácuo elevada. Este óleo é então sujeito a destilação molecular para obter um extracto negro enriquecido em solanesol. 0 documento CN20041013561 20040218, o qual descreve um processo para extrair o solanesol da folha de tabaco que inclui os seguintes passos: mistura da folha de tabaco com o solvente, moagem, suspensão de filtração, extracção sob vácuo do bolo filtrado em álcool, filtração, recolha do filtrado, concentração, saponificação, extracção com n- 8 hexano, lavagem com água, adsorção, filtração, extracção do filtrado em álcool, concentração, congelamento para formar cristais, filtração, dissolução dos cristais em acetonitrilo quente e formação de cristais a baixa temperatura, duas vezes. Após todos estes passos, foi recuperado solanesol com pureza superior a 95%. A extracção supercritica com CO2 (SCE) é aplicada essencialmente a matrizes de plantas, proporcionando extractos sem presença de resíduos químicos nem resíduos de solvente nos produtos finais, satisfazendo todos os requisitos legais e de segurança (Del Valle e Aguilera, 1999; Mukhopadhyay, 2000). A SCE foi anteriormente empregue no tabaco como um método para extrair nicotina (Fischer e Jefferies, 1996; Rincon et al., 1998) e fraccionamento dos ésteres de tetra-acilsacarose (Ashraf-Khorassani et al., 2005), mas principalmente, como um método para a extracção de pesticidas no tabaco com e sem fumo (Lanças et al., 1996; Prokopczyk et al., 1995).

Dois documentos de patente descrevem a utilização de CO2 a alta pressão para extrair o solanesol a partir da folha de tabaco, onde o CO2 está claramente no estado supercrítico, acima dos 31 °C e 7,37 Mpa: CN19991017334 19991028 e CN20041022233 20040403. a pressões

Este último utiliza um creme com solanesol em bruto como material iniciador e inclui os seguintes passos (4): 1) Pré-tratamento do creme com solanesol em bruto com zimólise e saponificação alcalina a uma temperatura de 80 °C; seguido de 2) extracção supercritica com fluido desse creme em bruto para eliminar as impurezas (compostos de baixa polaridade comparados com o solanesol) 9 compreendidas entre 7,37 Mpa e 16 Mpa, temperaturas de extracção compreendidas entre 32 °C e 80 °C, durante 5 minutos a 24 horas. Estas impurezas são recuperadas num separador após uma descompressão a presões abaixo dos 7 Mpa. Após esta primeira extracção, o CO2 é re-comprimido até ao estado liquido. O passo 3) consiste numa segunda extracção utilizando o CO2 previamente re-comprimido, o qual é bombeado novamente, juntamente com um co-solvente polar ou modificador que consistia numa mistura de água, metanol/álcool metilico, acetona, éter de petróleo, hexano, acetato de etilo, etc., numa proporção de 0,01-5% em relação à quantidade de C02. Este modificador é utilizado para alterar as propriedades dos fluidos, permitindo que o C02 dissolva compostos polares com polaridades acima da do solanesol. Este passo leva 2 horas e as impurezas polares são recolhidas num separador após descompressão, a pressões abaixo dos 7 Mpa. Finalmente, o passo 4) consiste numa terceira extracção utilizando o C02 re-comprimido proveiente do passo 3), a pressões compreendidas entre 7,37 Mpa e 16 Mpa, temperaturas de extracção compreendidas entre 32 °C e 80 °C, durante 5 minutos a 24 horas para obter um extracto enriquecido em solanesol com graus de pureza superiores a 96%.

Os concentrados ricos em solanesol estão disponíveis no mercado como um suplemento de dieta. Todas as companhias líderes de produção e fornecedores estão localizados essencialmente na China e reivindicam que o produto enriquecido em solanesol que fornecem pode ser utilizado como um medicamento intermediário importante na síntese de fármacos cardíacos, fármacos anti-úlcera e fármacos anti-cancro. Com base em fontes oficiais, é estimado que um kilograma de solanesol possa custar 500$ - sendo o preço do 10

CoQlO ainda superior - e que 30 toneladas de tabaco podem produzir mais de 120 kilogramas de solanesol. Recentemente, Daniel Garcia do Centro de Investigação Quimico-Farmacêutico de Havana (Cuba) declarou ao jornal sul americano Online TIERRAMERICA (http://www.tierramerica.org/2006/Q624/index.shtml, data de Março de 2007) que os cientistas cubanos estão actualmente a trabalhar em novas tecnologias para a extracção do solanesol das folhas de tabaco utilizadas na produção de cigarros cubanos, devido aos seus custos elevados no mercado como precursor do CoQlO.

No processo da presente invenção, os extractos bioactivos e ricos em antioxidantes são obtidos de um modo selectivo. Esta selectividade é conseguida através da sintonia entre as condições de extracção com C02 a pressão elevada (temperatura e pressão) por meio de um passo integrado de destoxificação da nicotina. A presente invenção refere-se adicionalmente à obtenção de extractos ricos em antioxidantes bioactivos a partir das folhas de tabaco que fornecem extractos de cor amarela/laranja pálido, com uma composição em compostos de terpeno, tais como o solanesol, compreendida entre 200 e 600 ppm e antioxidantes lipossolúveis, tais como o a-tocoferol (vitamina E) com conteúdos compreendidos entre 25 e 150 ppm.

Juntamente com estes dois compostos bioactivos, também está presente o coenzima Q10 com conteúdos compreendidos entre 25 e 60 ppm. De um modo preferido, os compostos bioactivos totais presentes nos extractos excedem 40% dos compostos 11 totais. 0 extracto obtido pelo método inventado pode ser utilizado na indústria farmacêutica, cosmética e alimentar.

De acordo com o nosso conhecimento, não existe disponível no mercado nenhum extracto que contenha a presente mistura de compostos antioxidantes bioactivos. Normalmente, o solanesol é extraído a partir da folha de tabaco, folha de batata e folha de amora e é fornecido na forma de uma matéria pastosa castanha e fibrosa (solanesol em bruto) ou como um pó branco (solanesol refinado). Os fornecedores são maioritariamente companhias Chinesas (Jiangsu Sainty Corp. Ltd, Xian Jiangxing Biotechnique Co. Ltd, Wuhan Natduct Advanced Technology Co. Ltd, etc, mencionando algumas) e companhias Indianas (por ex., Nature & Nurture healthcare Pvt. Ltd) e o produto é fornecido em conteúdos compreendidos entre 15% e 90% (p/p). A vitamina E é, geralmente, fornecida como uma preparação oleosa com conteúdos normalmente compreendidos entre 30% e 96%. Uma companhia (Webber Naturais Ltd) fornece um coenzima Q10 com preparação de vitamina E na forma de cápsulas moles de gel, contendo 30 mg de CoQlO mais 400 UI de acetato de etil-alfa-tocoferol, todos misturados com óleo vegetal.

Descrição Geral da Invenção A presente invenção refere-se a um processo integrado de obtenção de um concentrado bioactivo natural, rico em solanesol, α-tocoferol e CoQlO, com um conteúdo reduzido em nicotina, a partir de flhas de tabaco e sub-produtos utilizando tecnologias limpas, compreendendo os seguintes passos integrados: (a) extracção com CO2 pressurizado ou com CO2 pressurizado e uma pequena quantidade de um co- 12 solvente polar (água) de folhas de tabaco liofilizadas e produtos colaterais do tabaco numa célula de extracção, sob condições óptimas de temperatura e pressão, para obter a menor quantidade possível de nicotina, quando comparada com o resto dos compostos extraídos, seguida de (b) a separação da nicotina restante a partir da mistura de antioxidantes extraídos, por meio do fornecimento de um fluxo em co-corrente de água num dispositivo de mistura (p.ex., misturador estático), a uma (c) separação final das duas correntes em dois dispositivos de separação em série (p.ex., separadores ciclónicos) com a recuperação subsequente de um extracto aquoso enriquecido em nicotina, no fundo do separador 1 e de um extracto pastoso, enriquecido funcionalmente e com valor acrescentado como antioxidante, na salda do separador 2.

Estas tecnologias compreendem a extracção com CO2 a alta pressão, mistura estática e separação ciclónica num modo integrado. Através da utilização deste processo, um ou mais compostos bioactivos e de valor acrescentado, presentes nas folhas de tabaco e subprodutos são recuperados no extracto, em alta concentração.

As propriedades do C02 a alta pressão estão entre as de um gás e de um líquido, resultando numa capacidade crescente para dissolver compostos. A sua densidade relativamente elevada, próxima da densidade dos líquidos e, simultaneamente, a sua elevada difusividade e baixa viscosidade, de um modo semelhante aos gases, permite-lhe extrair compostos mais rapidamente que os solventes líquidos convencionais. 13

De um modo adicional, o seu poder de solvatação pode ser facilmente ajustado por variação da temperatura e pressão, o que o torna particularmente adequado para o fraccionamento selectivo dos extractos.

Os misturadores estáticos e os dispositivos de mistura que são utilizados tipicamente na homogeneização de líquidos diferentes ou de gases com líquidos e, também, como permutadores de calor tubular ou em reacções catalíticas onde é desejável um período de permanência reduzido.

As unidades de mistura estática são utilizadas em processos contínuos para um largo intervalo de aplicações em engenharia de processo. A mistura e a acção dispersa são conseguidas sem o uso de partes móveis. Se duas fases (gasosa e líquida) fluem em co-corrente em misturadoras estáticas, formam-se um aglomerado de bolhas e uma superfície interfacial larga, a qual é continuamente renovada. A dimensão das bolhas é uma função da entrada de energia, tipo e número dos elementos da mistura e das propriedades físicas dos componentes. Os elementos do misturador estático induzem uma mistura transversal intensa e, ao mesmo tempo, inibem a mistura axial, de modo que na prática o fluxo tampão é conseguido em operação co-corrente. As principais vantagens da utilização das misturadoras estáticas são: custo reduzido, operação em co-corrente sem possibilidade de inundação, períodos de permanência reduzidos e requisitos mínimos em termos de espaço.

De modo a desenhar um processo que permitisse uma recuperação eficaz dos compostos bioactivos de interesse, com rendimentos elevados e selectividade elevada, é 14 necessário definir as condições óptimas para integração dos diferentes passos.

Também, a presente invenção refere-se a um processo integrado de obtenção de um concentrado natural, bioactivo, rico em compostos antioxidantes e de valor acrescentado, tais como o solanesol, α-tocoferol e Coenzima Q10 a partir de resíduos de folhas de tabaco e subprodutos, utilizando tecnologias limpas. 0 extracto concentrado é uma pasta de cor amarela/laranja pálido e contém compostos bioactivos, tais como o solanesol (o predominante), α-tocoferol e CoQlO, originalmente presentes nas folhas de tabaco, com conteúdos compreendidos, no caso do solanesol, entre 200 e 600 ppm e entre 100 e 300 ppm, no caso do α-tocoferol e do CoQlO.

Breve Descrição das Figuras A Figura 1 apresenta um diagrama esquemático do processo integrado, o qual foi utilizado na forma de realização do processo objecto da presente invenção: (1) célula de extracção; (2) reservatório de C02; (3) compressor de C02; (4) banho de arrefecimento; (5) bomba líquida; (6) sistema de bomba modificador (H20); (7) regulador da contra-pressão; (8) bomba líquida para H20; (9) misturador estático; (10), (11) medidores do fluxo de massa; (12) separador ciclónico n° 1, (13) célula visual com janelas de safira; (14) primeiro cilindro colector; 815) separador ciclónico n° 2; 816) segundo cilindro colector. A Figura 2 apresenta o cromatograma (GC-MS) de um concentrado rico em solanesol após extracção com C02 pressurizada nas seguintes condições de extracção com C02 a 15 pressão elevada: 40 °C de temperatura e 15 Mpa de pressão: (I) pico (tempo de retenção = 79,7 min) correspondente ao solanesol; (II) pico (tempo de retenção = 46,8 min) correspondente ao α-tocoferol.

Descrição Detalhada da Invenção 1 - Extracção Selectiva de solutos bioactivos por meio de extracção com CO2 a pressão elevada O pó liofilizado com diâmetro de partícula abaixo de 425 pm a partir de folhas de tabaco, é colocado numa célula de extracção (1) onde ocorre a extracção com CO2 a pressão elevada.

Ao sintonizar a temperature e a pressão de extracção, é possível dissolver selectivamente os compostos de interesse (solanesol, α-tocoferol e CoQlO) em C02, mas a nicotina, um composto altemente tóxico que apresenta solubilidades elevadas no C02 pressurizado, também é dissolvida, embora seja possível reduzir a sua quantidade no extracto por sintonização da temperatura de extracção.

Assim, a temperature e pressão do processo de extracção com C02 são estabelecidas num intervalo entre 25 °C e 60 °C, de um modo preferido, entre 25 °C e 40 °C, a pressões compreendidas entre 8 Mpa e 25 Mpa, de um modo preferido, entre 8 Mpa e 15 Mpa, respectivamente. A extracção com C02 a pressão elevada dos solutos alvo, a partir das folhas de tabaco e produtos colaterais é 16 realizada numa célula de extracção com capacidade de 2 litros. 0 processo é realizado de um modo continuo, através da utilização de duas células de extracção em paralelo (quando uma está a ser esvaziada, a outra está a ser preenchida com matéria-prima fresca). 0 C02 na saida do reservatório de C02 (2) ou no compressor de C02 (3) é arrefecido por meio de um banho de arrefecimento (4) e bombeado para a célula de extracção por meio de uma bomba de liquido (5). A planta também tem dispositivos de sequrança, tais como discos de rupture e válvulas de libertação, assim como um sistema opcional (6) para bombear um modificador/co-solvente GRAS polar (água) numa quantidade muito pequena, se necessário. A temperatura e a pressão nas células de extracção são controladas por um revestimento térmico e um regulador de contra-pressão (7), respectivamente. 2 - Separação Selectiva da Nicotina A separação da nicotina do resto dos compostos bioactivos extraídos por mistura estática com água e separação ciclónica, é realizada através do fornecimento de um fluxo em co-corrente de água, num dispositivo de mistura (p.ex., misturador estático).

De modo a destoxificar o extracto em C02 por eliminação da nicotina apoiar, é bombeada água por meio de uma bomba de líquido (8) e encontra a corrente de C02 (com os compostos extraídos assim como o resíduo de nicotina) numa junção em T, mesmo antes da entrada no misturador estático. As duas correntes deslocam-se assim no mesmo sentido através de um 17 misturador estático (9), na qual são intimamente misturadas e a nicotina vai ser dissolvida na fase de água. 0 solanesol, o α-tocoferol e o CoQlO não são solúveis em água, portanto permanecem dissolvidos na fase de CO2 pressurizado.

Para esta parte do processo, são necessárias razões de fluxo elevadas de C02 pressurizado/água (entre 20 e 40), para obter quantidades consideráveis dos compostos de interesse dissolvidos. Na presente invenção, o passo de mistura estática é conseguido num intervalo de fluxos C02 pressurizado/água preferencialmente compreendido entre 20 e 30. A unidade proposta nesta invenção para a separação da nicotina do resto dos compostos extraídos no C02 consiste num aparelho com base num misturador estático e numa bomba de líquido para a H20 utilizada para dissolver a nicotina. 0 desempenho deste aparelho é dependente da capacidade da misturadora para estabelecer um equilíbrio de fases à saída. O misturador estático do tipo Kenics contém 21 elementos e tem um comprimento de 178 mm e um diâmetro interno de 4,9 mm (i.d.). Está directamente ligado à entrada do primeiro ciclone (com 200 mL de capacidade).

Mantendo a temperature constante e uniforme é particularmente importante no misturador estático, de modo a garantir que o equilíbrio obtido dentro do misturador não é afectado pela condensação ou evaporação promovidas pelas diferenças de temperatura. 18

As temperatures das linhas e do misturador estático são estabelecidas num intervalo compreendido entre 25 °C e 60 °C, preferencialmente entre 25 °C e 40 °C por uma mistura de circulação de água termostática e aquecimento eléctrico. A medição precisa dos fluxos de massa é essencial para o cálculo correcto das composições das fases em equilíbrio. Os fluxos de C02 (na saída superior do primeiro separador ciclónico) e a alimentação (localizada abaixo da célula visual) são medidos por meio de dois medidores do fluxo de massa (10, 11) . 3 - Separação das duas correntes e recuperação dos dois extractos: extracto aquoso enriquecido em nicotina e um extracto bioactivo enriquecido em solanesol, α-tocoferol e CoQlO. A unidade proposta nesta invenção para a separação da nicotina do resto dos compostos extraídos no CO2, consiste em dois separadores ciclónicos e numa célula com janela de safira. A pressão na célula de extracção de pressão elevada, misturador estático, primeiro separador ciclónico e no conjunto visual da célula, é controlada pelo regulador de contra-pressão (7) localizado à saída do primeiro separador ciclónico. A separação das duas correntes ocorre no separador ciclónico número 1 (12), no qual uma solução aquosa rica em nicotina precipita e a fase de C02 pressurizado, ainda contendo os compostos de interesse previamente extraídos na operação 1, vai para um segundo separador ciclónico. 19 A fase aquosa líquida enriquecida em nicotina cai então continuamente numa célula visual com janelas de safira (13). Esta célula é colocada abaixo do ciclone e permite a verificação do nível de líquido, o qual é mantido dentro do campo de visão das janelas por extracção e descompressão até a pressão atmosférica para um primeiro colector cilíndrico (14) no fundo, através de uma válvula operada manualmente ou automaticamente.

Esta utilização de uma célula visual para controlar o nível de líquido evita a re-mistura das duas fases no processo de extracção e garante que não há inundação no ciclone devida à acumulação da fase líquida. A temperatura e a pressão do primeiro separador ciclónico e da célula visual são estabelecidas num intervalo compreendido entre 25 °C e 60 °C, preferencialmente entre 25 °C e 40 °C, a pressões compreendidas entre 8 Mpa e 25 Mpa, preferencialmente entre 8 Mpa e 15 Mpa, respectivamente. 0 CO2 pressurizado contendo os compostos bioactivos de interesse deixam o primeiro separador ciclónico na saída superior, corre através de um medidor do fluxo de massa e é descomprimido até à pressão atmosférica num segundo separador ciclónico (15), no qual os compostos bioactivos na corrente gasosa são separados do CO2. A densidade do C02 é tão reduzida de modo aos compostos extraídos condensarem, precipitarem e serem recolhidos no fundo de um segundo cilindro colector (16). 0 dióxido de carbono que sai do segundo ciclone passa através de um 20 filtro e é reintroduzido num compressor (3), de modo a ser reciclado e reutilisado na célula de extracção. A temperature neste segundo separador ciclónico é de 30 °C, preferencialmente.

Exemplos:

Exemplo 1: Produção de um extracto bioactivo enriquecido em antioxidantes contendo solanesol, α-tocoferol e CoQlO com um conteúdo reduzido em nicotina, através de um procedimento integrado compreendendo a extracção com CO2 a pressão elevada a partir de folhas de tabaco, seguida de mistura estática e separação ciclónica. 800 g de pó de tabaco liofilizado e sedimentado (com diâmetro de partícula inferior a 425 μπι) obtidos a partir de folhas de tabaco misturadas (1:1 p/p) com 800 g de areia do mar inerte para potenciar a transferência de massa entre os compostos do tabaco e o CO2, foram colocados numa célula de extracção em aço inoxidável com capacidade de 2 litros e extraídos com C02 pressurizado nas condições de extracção de 25 °C de temperatura e 8 Mpa de pressão. Nestas condições, é possível dissolver selectivamente compostos bioactivos presentes nas folhas de tabaco.

Este extracto foi analisado por cromatografia gasosa -espectrometria de massa (Figura 2). Pode ser observado que o pico correspondente ao solanesol (I) representa aproximadamente 48% da área de todos os picos. 21

Além do solanesol, também é de notar a presença de outros compostos bioactivos, tais como o α-tocoferol (II) no extracto. A fase de CO2 com os compostos extraídos a uma velocidade de fluxo de 30 kg/h foi colocado em contacto por meio de uma junção em T com uma alimentação líquida que consistia em H2O bombeada a uma velocidade de fluxo de 1 kg/h. As duas correntes foram, então, intimamente misturadas num misturador estático com um comprimento de 178 mm e 8 mm de diâmetro interno e entram num primeiro separador ciclónico (capacidade de 200 mL) na saída do misturador estático. Neste separador ciclónico, as duas fases em equilíbrio são separadas numa fase líquida enriquecida em nicotina, previamente extraída pelo CO2 a pressão elevada, a partir do tabaco e, outra fase consistia no CO2 com o resto dos compostos extraídos (essencialmente compostos bioactivos). A pressão no processo é controlada por um regulador de contra-pressão à saída do separador ciclónico 1 e a temperatura das linhas e do separador ciclónico foi fixa a 25 °C e foi controlada por revestimentos externos com circulação de água termostatizada e aquecimento eléctrico. A fase líquida cai continuamente numa célula visual de um volume interno de 27 mL com janelas de safira e o nível do líquido é mantido dentro do campo de visão das janelas por extracção e descompressão até à pressão atmosférica, num cilindro no fundo, através de uma válvula operada manualmente. A fase de CO2 pressurizado deixa o separador ciclónico 1 na sáida superior, corre através de um medidor de fluxo de massa e é descomprimida até à pressão atmosférica para um 22 segundo separador ciclónico com as mesmas caracteristicas do primeiro. Neste ciclone, os compostos são separados do CO2 e recolhidos no fundo num ciclindro de aço. Com este procedimento, é possível obter um extracto bioactivo enriquecido em antioxidantes com conteúdos em compostos antioxidantes acima dos 40% (p/p).

Exemplo 2: Produção de um extracto bioactive enriquecido em antioxidants contendo solanesol, α-tocoferol e CoQlO com um conteúdo reduzido em nicotina, através de um procedimento integrado compreendendo a extracção com CO2 a pressão elevada a partir de folhas de tabaco, seguida de mistura estática e separação ciclónica.

Utilizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1, uma mistura de 800 g de pó de tabaco liofilizado e sedimentado (com diâmetro de partícula abaixo dos 425 μπι) e 800 g de areia do mar inerte, foi colocada numa célula de extracção em aço inoxidável com capacidade de 2 L e extraída nas condições experimentais de 40 °C de temperatura e 15 MPa de pressão.

Com este procedimento, é possível obter um extracto bioactivo enriquecido em antioxidantes, com conteúdos em compostos antioxidantes acima dos 40% (p/p).

Exemplo 3: Produção de um extracto bioactive enriquecido em antioxidants contendo solanesol, α-tocoferol e CoQlO com um conteúdo reduzido em nicotina, através de um procedimento integrado compreendendo a extracção com CO2 a pressão elevada (com H20 como co-solvente ou modificador) a partir 23 de folhas de tabaco, seguida de mistura estática e separação ciclónica.

Utilizando o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1, uma mistura de 800 g de pó de tabaco liofilizado e sedimentado (com diâmetro de partícula abaixo dos 425 μιη) e 800 g de areia do mar inerte, foi colocada numa célula de extracçâo em aço inoxidável com capacidade de 2 L e extraída nas condições experimentais de 25 °C de temperatura e 8 MPa de pressão com 6% de modificador (H20) . Com este procedimento, é possível obter um extracto bioactivo enriquecido em antioxidantes, com conteúdos em compostos antioxidantes acima dos 40% (p/p), isento de nicotina e pesticidas, a partir de folhas de tabaco.

Lisboa, 30 de Abril de 2007

Claims (20)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Método para a obtenção de um extracto natural enriquecido em compostos bioactivos, tais como solanesol, α-tocoferol e CoQlO, a partir de folhas de tabaco e resíduos de folhas de tabaco, caracterizado por usar tecnologias limpas que compreendem a extracção com dióxido de carbono a alta pressão, mistura estática e separação.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender as seguintes etapas, integradas num processo de etapa única: (a) Extracção de pó de tabaco liofilizado e sedimentado, a partir das folhas de tabaco e resíduos de tabaco com CO2 pressurizado, com ou sem a adição de um co-solvente polar, tal como H20, a uma temperatura óptima e condições de pressão de extracção; (b) Fornecimento de uma corrente de fluxo que consiste numa mistura de C02 e os compostos nele dissolvidos, provenientes da etapa (a) e uma corrente de H20, ambos circulando em co-corrente e misturados num dispositivo misturador; (c) Seguido pela separação de um extracto aquoso enriquecido em nicotina, num primeiro separador (separador do tipo ciclónico) e um extracto pastoso amarelo-alaranjado, rico em compostos antioxidantes e bioactivos num segundo separador (com as mesmas características do primeiro). 2

3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a matéria-prima compreender folhas de tabaco e resíduos sólidos ou semi-sólidos provenientes da produção de tabaco.

4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por as folhas de tabaco e os resíduos sólidos e semi-sólidos serem previamente liofilizados e depois sedimentados e passados por um crivo, para obter um pó final com um diâmetro de partículas inferior a 425 μπι, antes de processamento da extracção com CO2 pressurizado.

5. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o processo de extracção pressurizada ocorrer numa célula de extracção (1), alimentada com uma matéria-prima sólida e onde o fluído sub/supercrítico é, preferencialmente, dióxido de carbono.

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado por o método de extracção de C02 pressurizado ocorrer numa célula de extracção numa gama de pressão entre 8 MPa a 25 MPa, preferencialmente entre 8 MPa a 15 MPa e a uma temperatura entre 25°C e 60°C, preferencialmente entre 25°C e 40°C.

7. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a H20 (6) poder ser utilizada como co-solvente ou modificador na extracção do fluído supercrítico, humedecido com C02 numa proporção de 95:5, %.

8. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por a unidade de mistura estática (9) ser alimentada 3 com uma matéria-prima que consiste numa corrente liquida de H20 e num fluxo de C02 pressurizado, com os compostos anteriormente dissolvidos no mesmo, circulando em co-corrente.

9. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por as duas fases (fase aquosa enriquecida com nicotina e fase de C02 pressurizado e enriquecido com antioxidantes bioactivos) serem separadas num primeiro separador ciclónico (12), a gamas de pressão entre 8 a 25 Mpa, e temperaturas de 25°C a 50°C.

10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por apresentar uma célula visual com janelas em safira (13) à saída do primeiro separador ciclónico para controlar o nível líquido e evitar a remistura das fases e a inundação no ciclone, devido a acumulação da fase líquida.

11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado por a fase aquosa enriquecida com nicotina ser recolhida num cilindro (14) à saída da célula visual.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado por os compostos antioxidantes bioactivos, isentos dê nicotina, serem recolhidos e separados do C02, num segundo separador de ciclone (15) a uma pressão atmosférica. serem

13. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por os compostos bioactivos, recuperados no separador ciclónico 2, condensarem, precipitarem e 4 recolhidos no fundo de um cilindro de aço (16), à saida do ciclone 2.

14. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por o dióxido de carbono, que sai do segundo ciclone, passar através de um filtro e ser reintroduzido num compressor (3) , para ser reciclado e novamente reutilizado na célula de extracção.

15. Método, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por serem usadas duas ou mais células de extracção em paralelo, para garantir um processo de extracção continuo.

16. Uso do método de obtenção de um extracto natural enriquecido com compostos bioactivos, de acordo com as reivindicações 1 a 15, caracterizado por se aplicar à produção de compostos bioactivos a partir das folhas de tabaco e dos resíduos das folhas de tabaco, na indústria alimentar e farmacêutica.

17. Uso do método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado por se aplicar na produção um concentrado natural bioactivo rico em antioxidantes contendo um mínimo de 30% de antioxidantes, em fracção de massa, e um máximo de 50% de antioxidantes em fracção de massa.

18. Um concentrado natural bioactivo rico em antioxidantes, caracterizado por ser obtido a partir do método das reivindicações precedentes, em que tal concentrado contém elevadas quantidades de solanesol, α-tocoferol e CoQlO. 5

19. Uso do concentrado natural bioactivo rico em antioxidantes, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por este concentrado ser aplicado como um composto antioxidante.

20. Uso do concentrado natural bioactivo rico em antioxidantes, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado por ser aplicado na industria alimentar, farmacêutica e/ou cosmética. Lisboa, 28 de Junho de 2007