EFEITO DA TEMPERATURA NA BIOTRANSFORMAÇÃO ENZIMÁTICA (LIPASE CAL B) DO ÓLEO ESSENCIAL DE Cymbopongon winterianus.

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Freire Pinto, B.J. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO ACARAÚ - UVA) ; Mendonça, L.S. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO ACARAÚ - UVA) ; Alves Pereira, R.C. (EMBRAPA AGROINDÚSTRIA TROPICAL) ; Costa do Vale, J.P. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO ACARAÚ - UVA) ; Gomes, G.A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO ACARAÚ - UVA) ; Bandeira, P.N. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO ACARAÚ - UVA) ; Silva dos Santos, H. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO ACARAÚ - UVA) ; Ponte Rocha, M.V. (UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ - UFC) ; Soares Rodrigues, T.H. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DO ACARAÚ - UVA)

Resumo

Ésteres terpênicos de ácidos graxos de cadeia curta despertam grande interesse nas indústrias farmacêuticas, de alimentos e cosméticos devido a sua aplicabilidade, como aromas e fragrâncias. Neste trabalho, estudou-se o efeito da temperatura (27°C, 35°C, 45°C) na obtenção de ésteres por biotransformação enzimática dos álcoois terpênicos presentes no óleo essencial de C. winterianus (capim citronela) utilizando lipase de Candida albicans tipo B (CAL-B). Foi observado que a variação da temperatura influencia no rendimento dos ésteres, obtendo-se os melhores resultados a 45°C, com a formação do geranil butirato (44,00%) e citronelil butirato (52,85%). Além disso, outras condições como tempo e temperatura devam ser estudadas para o aumento do rendimento dos ésteres.

Palavras chaves

ÉSTERES TERPÊNICOS; LIPASE; TEMPERATURA

Introdução

Ésteres derivados de álcoois terpênicos apresentam importante aplicação como componentes de aromas e fragrâncias despertando grande interesse nas indústrias farmacêuticas, de alimentos e cosméticos. Dentre os ésteres de álcoois terpênicos acíclicos destacam-se o geraniol e citronelol, sendo estes os principais componentes de vários óleos essenciais (MOHAMAD et al.,2015). Esses compostos são obtidos pela utilização da rota química, que por sua vez apresenta vários inconvenientes nos processos de produção e purificação desses ésteres, como impactos ambientais resultantes do uso em excesso de solventes tóxicos e catalisadores. Nesse sentido, o processo de biotransformação utilizando lipases tem gerado importantes resultados na produção de ésteres terpênicos sendo uma alternativa à rota química de obtenção (ALMEIDA SÁ et al., 2017; MISHRA et al., 2013). Dentre os parâmetros críticos no processo de biotransformação enzimática, destaca-se a temperatura que está diretamente relacionada com a solubilidade dos reagentes e viscosidade do meio, e interação molecular entre enzima- substrato. Na produção de ésteres aromáticos, muitos trabalhos mostraram que a temperatura ótima de uma enzima pode variar dependendo o sistema utilizado (ALMEIDA SÁ et al.,2017; BADGUJAR et al.,2015). O Cymbopogon winterianus é uma espécie largamente cultivada nas regiões tropicais do planeta em função de suas propriedades aromáticas. No Brasil, o cultivo de citronela ocupa importante espaço no mercado de produtos naturais, devido a grande procura por seu óleo essencial rico em citronelal, geraniol e citronelol (JACOB et al.,2017). Nesse trabalho, investigou-se o efeito da temperatura na obtenção de geranil e citronelil butirato por biotransformação enzimática (CAL-B) do óleo essencial de capim-citronela.

Material e métodos

A esterificação enzimática foi realizada utilizando 0,18 mL (0,1M) de ácido butanóico e 0,36 mL do óleo essencial de C. winterianus e heptano como solvente para um volume reacional final de 15 mL. A biotransformação enzimática foi conduzida utilizando lipase CAL-B (lipase tipo B de Candida albicans) na concentração de 10 mg/mL nas temperaturas de 27, 35 e 45 °C, a 200 rpm durante 48 h. Alíquotas de 0,6 mL do meio reacional foram coletadas para a avaliação do consumo do ácido via titulação e via cromatografia gasosa acoplada à espectrômetro de massas (GC-MS). O consumo do ácido foi monitorado por titulação de alíquotas de 0,5 mL do meio reacional diluído com água destilada (1:1) utilizando NaOH 0,02 M e fenolftaleína (10 μL) como indicador. Utilizou- se a equação (1) abaixo para a determinação do rendimento dos ésteres via titulação ácido-base: Rendimento(%) = ((Vo-Vt)÷(Vo)) × 100 Eq.(1) Na equação (1), Vo é o volume de NaOH gasto na titulação no tempo inicial (t = 0h) e Vt o volume gasto na titulação no tempo t de cada amostragem do meio reacional. Realizou-se a análise do óleo essencial de C. winterianus monitorando a hidrólise enzimática em sistema GC-MS, modelo Shimadzu modelo GC-2010 (quadrupolo), coluna RTX-5MS metilpolissiloxano (30 m × 0,25 mm × 0,25 μm, Restek), gás carreador hélio com fluxo 1,00 mL.min-1, temperatura do injetor 250 °C e fonte de íons a 230 °C. Utilizou-se a seguinte programação de temperatura: temperatura inicial de 40 °C, aquecimento de 5°C.min-1 até 180 °C e acréscimo de 20°C/min até 250 °C, seguido de aumento de 20°C.min-1 até 320°C permanecendo por 5 min. A determinação da conversão dos álcoois terpênicos foi calculada utilizando os dados de cromatografia gasosa e a equação (2): Rendimento(%)= ((Área Éster)÷(Área Álcool + Área Éster)) Eq.(2)

Resultado e discussão

Determinou-se a composição química do óleo essencial de C. winterianus obtendo- se o citronelal (32,69%), geraniol (27,75%), citronelol (7,86%) e elemol (6,06%) como constituintes majoritários. O monitoramento da esterificação enzimática via titulação ácido-base (dados não apresentados) não mostrou resultados conclusivos embora seja o método mais empregado (MOHAMAD et al., 2015). Diante desse fato, realizou-se o monitoramento do estudo da temperatura somente via cromatografia gasosa. As Figuras 1 e 2 apresentam os resultados de rendimentos dos ésteres geranil butirato e citronelil butirato com a temperatura. Para ambos os ésteres, houve um aumento dos rendimentos com a temperatura, obtendo-se 52,85% e 44,00% para o citronelil e geranil butirato, respectivamente. Na temperatura mais baixa estudada (27°C), os rendimentos de citronelil (50,22%) e geranil (39,22%) butirato foram pouco inferiores aos de 45°C. MOHAMAD et al. (2015) estudaram o efeito da temperatura na obtenção de geranil propionato utilizando lipase de C. rugosa. Os autores obtiveram rendimento máximo de 28,1% de geranil propionato a 40 °C, resultado inferior ao deste trabalho, mesmo em temperaturas inferiores a 45°C. Os resultados indicaram também a necessidade de investigação dos rendimentos desses ésteres em tempos maiores de biotransformação e em temperaturas superiores a 45°C. Na literatura (ALMEIDA SÁ et al., 2017), as reações de esterificação enzimática são em geral conduzidas até 24 h e em temperaturas que variam de 40 – 70°C utilizando álcoois terpênicos de alta pureza. No caso desse estudo, provavelmente a utilização de uma matriz complexa rica em terpenos possa ter influenciado a atividade da lipase empregada que junto com a temperatura demandou tempos maiores de reação.

Influência da temperatura na obtenção de geranil butirato de C. winterianus utilizando lipase (CAL- B). 27°C (■), 35°C (●) e 45°C (▲).


Influência da temperatura na obtenção de citronelil butirato de C. winterianus utilizando lipase (CAL- B). 27°C (■), 35°C (●) e 45°C (▲).

Conclusões

Os resultados mostraram que foi possível a obtenção de ésteres terpênicos (geranil e citronelil butirato) pela biotransformação enzimática do óleo essencial de C. winterianus sendo o monitoramento via GCMS crítico para o acompanhamento da conversão. Além disso, o aumento da temperatura favoreceu na obtenção dos ésteres com melhores resultados de conversão a 45 °C, embora outros estudos em tempo e temperaturas superiores aos estudados devam ser avaliados.

Agradecimentos

FINEP, FUNCAP, CNPQ e Embrapa Agroindústria Tropical (Laboratório Multiusuário de Química de Produtos Naturais - LMQPN).

Referências

BADGUJAR, K. C., SASAKI, T., & BHANAGE, B. M. Synthesis of Lipase Nano-Bioconjugates as an Efficient Biocatalyst: Characterization and Activity Stability Studies with Potential Biocatalytic Applications. Royal Society of Chemistry Advances, 5(68), 55238-55251, 2015.

JACOB, R. G.; OLIVEIRA, D. H.; DIAS, I. F. C.; SCHUMACHER, R. F.; SAVEGNAGO, L. Óleos Essenciais como Matéria-Prima Sustentável para o Preparo de Produtos com Maior Valor Agregado. Revista Virtual de Química, v. 9 (1), 294-316, 2017.

MISHRA, S.; SACHAN, A.; SHASHWATI GHOSH SACHAN. Production of Natural Value-added Compounds: An Insight Into The Eugenol Biotransformation Pathway. Journal of Industrial Microbiology & Biotechnology, v. 40, 545–550, 2013.

MOHAMAD, N.R.; BUANG, N.A.; MAHAT, N.A.; LOK, Y.; HUYOP F.; ABOUL-ENEIN, H,Y.; WAHAB, R.A. A Facile Enzymatic Synthesis of Geranyl Proprionate by Physically Adsorbed Candida rugosa Lípase onto Multi-walled Carbon Nanotubes. Enzyme and Microbial Technology, n° 72, 49-55, 2015.

SÁ A.G.A.; MENESES, A.C.; ARAÚJO, P. H.; OLIVEIRA, D.; A Review on Enzymatic Synthesis of Aromatic Esters Used as Flavor Ingredients for Food, Cosmetics and Pharmaceuticals Industries. Trends in Food Science & Technology. 69 (2017) 95-105.