Post on 28-Jul-2015
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ
INSTITUTO DE TECNOLOGIA
FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA
Disciplina: Química Orgânica Experimental
Profª: Eloisa Helena de Aguiar Andrade
RELATÓRIO REFERENTE À EXTRAÇÃO DO ÓLEO ESSECIAL DA CASCA DA LARANJA (Citrus
sinensis) E ANÁLISE CROMATOGRÁFICA ACOPLADA A UM ESPECTRÔMETRO DE MASSA
Belém, 29 de abril de 2010
Ana Raquel Oliveira Louzeiro
Daniel Nascimento dos Santos
Eder José Pereira Júnior
Henrique Fernandes Figueira Brasil
Jéssica Maria Morais Costa
Raimunda Nonata Consolação e Branco
1. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
A utilização e o conhecimento das propriedades dos óleos essenciais remontam a
4.500 a.C., aproximadamente, onde os egípcios provavelmente foram os primeiros a
destilar plantas com o intuito de extrair os seus óleos essenciais, ainda que hoje não se
tenha completamente documentado o início realmente exato das extrações. Naquela
época, o principal intuito dos egípcios em extrair óleos era usá-los em rituais fúnebres,
para embalsamar os mortos, assim como em cerimônias religiosas, embelezadores de
pele, perfumes, pomadas medicinais, etc. Há também relatos da extração de óleos
essenciais pelos chineses em 2.700 a.C., no livro sobre ervas mais antigo do mundo, o
qual se chama Shen Nung. Outro uso documentado de óleos essências se deu em 2.000
a.C., em livros escritos em sânscrito, pelos hindus. Já havia, na época, um conhecimento
rudimentar de aparatos de destilação. Com o passar do tempo, os métodos de extração
de óleos essenciais diversificaram-se e vem sendo constantemente aperfeiçoados (site
1).
O óleo é definido como sendo uma parte do metabolismo de um vegetal
composto geralmente por terpenos, compostos encontrados em sementes, flores, folhas,
raízes e madeira de plantas superiores assim como em musgos, algas e liquens, que
estão associados ou não a outros componentes. A maioria desses componentes é volátil
e geram em conjunto o odor do vegetal. Físico-quimicamente falando, os óleos
essenciais possuem instabilidade à luz, ao oxigênio, à presença de oxidantes, redutores,
meios com pH extremos, ou meios traços de metais que podem catalisar reações de
decomposição.
A composição química dos óleos essenciais depende de vários fatores,
principalmente da origem da planta, por isso cada óleo tem uma composição química
específica. Sendo que um óleo essencial pode ser composto por mais de 300
componentes químicos diferentes, o que faz dele um produto bastante valorizado.
Apesar de alguns autores afirmarem que os óleos essenciais constituem-se em
uma mistura de substâncias voláteis, verifica-se que geralmente os constituintes
principais do mesmo possuem elevada temperatura de ebulição, na faixa de 150 a
300°C, e baixa pressão de vapor, indicando assim, menor volatilidade em relação à água
pura e aos outros constituintes do óleo. Devido a esta característica, recomendam-se
alguns óleos essenciais, com temperaturas de ebulição na faixa de 285 a 300°C, como
fixadores de fragrâncias, para retardarem e uniformizarem a velocidade de evaporação
dos diversos constituintes odoríferos de um perfume (GUIMARÃES, 2000).
Os óleos essenciais se designam assim por apresentarem características físico-
químicas bem definidas, tais como: serem geralmente líquidos de aparência oleosa à
temperatura ambiente; consistem de substâncias voláteis e fixadoras que apresentam,
em sua maioria, aroma agradável e intenso, o que os diferencia de óleos fixos, que são
misturas de substâncias lipídicas obtidas normalmente de sementes; são ainda solúveis
em solventes orgânicos apolares, como o éter etílico, recebendo, por isso o nome de
óleos etéreos; possuem ainda uma solubilidade limitada em água, mas suficiente para
aromatizar soluções, as quais são chamadas de hidrolatos, ou seja, a água perfumada
que se obtém quando ocorre a destilação da planta na obtenção o óleo essencial.
Os óleos essenciais podem estar presentes em diferentes partes do vegetal, que
pode ser desde nas flores, bem como nos botões, folhas, ramos, casca, semente, frutos,
lenho, raízes e rizomas. Devido aos óleos essenciais se encontrarem armazenados em
estruturas específicas, tais como glândulas finas da epiderme, tubos de óleo no pericarpo
ou isolados em células no tecido da planta, é requerido certo tempo para remoção do
óleo do material da planta, que irá depender fortemente da estrutura do local onde este
óleo se encontra.
Para as técnicas experimentais que foram realizadas no Laboratório de Química
Orgânica da Universidade Federal do Pará, sob supervisão da professora Eloisa
Andrade, o material botânico utilizado para extração do óleo essencial foi a laranja
(Citrus sinensis, Rutaceae), da qual se utilizou a sua casca (epicarpo e mesocarpo).
As laranjas foram adquiridas em supermercados e feiras livres no município de
Belém/PA e em média elas haviam sido compradas três dias antes da realização da
extração. Posteriormente, com auxílio de uma faca, retiraram-se as cascas das laranjas.
Após a separação, as cascas foram cortadas para a realização do procedimento de
extração do seu óleo essencial.
Figura 1 - Laranja
O método de isolamento do óleo essencial a partir de plantas depende
principalmente, entre outros fatores, do tipo de material a ser processado. Dentre os
métodos existentes, destacam-se a destilação com água (hidrodestilação), a destilação
por arraste com vapor, a destilação com água e vapor, a prensagem, a extração por
microondas, a extração com CO2 supercrítico, a maceração (eufleurage) e a extração
com solventes orgânicos.
O método utilizado no Laboratório de Química Orgânica Experimental foi o de
hidrodestilação. A hidrodestilação é um método de extração simples e consiste em um
sistema onde a matéria prima é colocada juntamente com água. O balão contendo a
mistura é ligado a um condensador por onde há fluxo de água para refrigeração. A
mistura água e matéria prima são aquecidas diretamente. O vapor produzido na
destilação condensa-se no condensador e é recolhido. A separação se faz facilmente
pelo fato do óleo e água não serem miscíveis.
Após a extração do óleo essencial, é de grande importância a realização de
análises de caráter físico e químico no óleo obtido. Fisicamente, os óleos essenciais
podem ser analisados quanto a sua massa específica (relação massa por volume),
umidade (quantidade de água existente no óleo), viscosidade (resistência que o óleo
apresenta ao escoamento, calorimetria (estudo de sua cor), índice de refração
(capacidade do óleo em refratar a luz polarizada). Com relação às análises químicas,
pode ser usada a cromatografia em camada delgada, a cromatografia líquida de alta
eficiência, a cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas, entre outras. A
cromatografia faz parte de um importante grupo de métodos de separação, que permite
separar, isolar, identificar e quantificar substâncias químicas, mesmo em misturas muito
complexas.
Foi realizada a análise química no Laboratório de Instrumentação Científica
(LABIC), situado no Laboratório de Engenharia Química na Universidade Federal do
Pará, a qual consistiu na análise cromatográfica gasosa acoplada à espectrometria de
massas. A cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas é aquela em que a
fase móvel é um gás e a estacionária, um sólido ou um líquido. A cromatografia gasosa
isoladamente apenas identifica as substâncias presentes, já a espectrometria de massa
também as quantifica, por isso utilizou-se um cromatógrafo gasoso acoplado a um
espectrômetro de massa. As principais características dessa técnica são as seguintes:
I. A fase móvel é um gás quimicamente inerte.
II. Nas condições cromatográficas escolhidas para a análise só é possível
analisar substâncias voláteis (ou derivados voláteis gerados a partir de reações químicas
apropriadas).
A função do gás usado como fase móvel é apenas a de carrear os componentes
da amostra através da coluna, sem participar dos processos de interação. Por este motivo
é chamado gás de arraste. Exemplos de gases mais utilizados nessa técnica são o He, H2
e o N2 (CIOLA, 1973).
O registro das substâncias presentes no óleo será expresso a partir de um
cromatograma, que mostrará o sinal da substância presente em função do tempo, sendo
que essas substâncias aparecem no cromatograma como picos com área proporcional à
sua massa, o que possibilita a análise quantitativa.
A partir da análise cromatográfica gasosa acoplada a um espectrômetro de
massa, pode-se confirmar a detecção de aproximadamente 28 substâncias no óleo
essencial da casca de laranja, dentre as quais apenas três apresentaram quantidades
significativas na amostra, são elas: limoneno, mirceno e linalol.
Classifica-se o limoneno (C10 H16, 1-metil-4-isopropenilcilohex-1-eno) como um
hidrocarboneto natural, cíclico e insaturado, fazendo parte da família dos terpenos.
Apresenta-se à temperatura ambiente como um líquido, límpido, incolor e oleoso.
Ocorre naturalmente em certas árvores e arbustos, sendo o maior constituinte de muitos
óleos essenciais, nomeadamente dos pinheiros e dos citrinos. É também o principal
componente volátil existente na casca da laranja e do limão, sendo um dos responsáveis
pelo odor característico dessas frutas.
O limoneno é uma substância química muito versátil, o qual tem inúmeras
aplicações práticas. Pode ser usado diretamente como solvente ou como um produto
dissolvido em água. Como solvente direto, o limoneno pode substituir uma larga
variedade de produtos, incluindo metil etil cetona, acetona, tolueno, glicol éteres e
solventes orgânicos clorados ou com flúor. Como a maioria dos solventes orgânicos,
este composto não é solúvel em água, por isso pode ser usado em unidades de
separação de água.
Esta substância é frequentemente usada como aroma e/ou fragrância nos
alimentos, em perfumes e em produtos domésticos de limpeza (é extremamente seguro e
mais eficaz que as soluções de limpeza típicas). É também usado como um
intermediário químico, bem como na fabricação de resinas de politerpeno, e é um bom
repelente de insectos. Utiliza-se ainda como na tinta solvente, para limpar metais antes
de uma pintura industrial, para limpar na industria electrónica e de impressão (site 2).
Figura 2 - Estrutura molecular do limoneno
Outro componente presente em quantidade significativa no óleo essencial da
casca da laranja é o mirceno ou β-mirceno (C10H16, 7-Metil-3-metileno-
1,6-octadieno), que é um composto orgânico oleofínico natural. É classificado mais
precisamente como um monoterpeno, que é um dímero do isopreno. O mirceno é um
componente do óleo essencial de algumas plantas incluindo loureiro, verbena,
laranjeira, pinheiro e outras plantas. É produzido principalmente semi-sinteticamente
das plantas do gênero Myrcia (do qual toma seu nome). É um intermediário chave na
produção de diversas fragrâncias.
Figura 3 - Estrutura molecular do mirceno
O terceiro componente presente em apreciável quantidade no óleo essencial da
casca da laranja é o linalol (C10H16O, 3,7-dimetil-octa-1,6-dien-3-ol), o qual se
classifica também como um monoterpeno, referido como um componente prevalente
nos óleos essenciais em várias espécies de plantas aromáticas. É um importante
componente químico aromático largamente usado como fixador de fragrâncias na
indústria cosmética mundial. O linalol apresenta várias atividades farmacológicas sobre
o sistema nervoso central, entre elas, sedativa, hipnótica e anticonvulsivante (site 3).
Figura 4 - Estrutura molecular do linalol
2. MATERIAL E MÉTODOS
Extração do óleo essencial
Material: extrator de Clevenger, balão de destilação, manta aquecedora, pedras
de porcelana, material botânico (casca de laranjas)
Procedimento: O material botânico a ser extraído foi cortado em pequenos
pedaços, pesado e transferido para um balão de destilação de 1L. A massa pesada foi de
204,6 g. A este balão, foram adicionadas pedras de porcelana a fim de se evitar o
superaquecimento e uma ebulição tumultuosa. Adicionou-se água destilada num volume
que corresponde à metade do volume do balão (500 mL). Ao balão foi conectado o
“alonga” e a este, o extrator de Clevenger. Esta aparelhagem foi acoplada a um sistema
de refrigeração (10ºC - 20ºC) que objetiva preservar os componentes mais voláteis do
óleo. Iniciou-se o aquecimento.
Figura 5 - Extrator de Clevenger
No extrator de Clevenger, as substâncias mais voláteis destilam com o vapor
d’água e condensam no sistema de refrigeração. Ao condensar, o óleo extraído é
separado da água ao colidir com uma modificação na estrutura do extrator. À medida
que o condensado retorna ao extrator, ele causa a coobação da água, isto é, seu retorno
ao balão de destilação e faz com que o processo ocorra em ciclos.
A extração inicia quando o vapor d’água com o óleo condensa. Após o início da
extração, percebeu-se que o óleo extraído possui uma coloração esbranquiçada, é quase
incolor. Sendo menos denso que a água, ficou na parte superior, sobre a água.
Após 1 hora do início da extração, desligou-se o aquecimento e fez-se a leitura
do volume do óleo obtido (2,8 mL). Para eliminar traços de água que ainda estão
presentes no óleo, o mesmo é coletado em um tubo de centrífuga e levado à
centrifugação por 3 minutos. Depois, adicionou-se uma pequena quantidade de Na2SO4
e realizou-se uma filtração simples. O filtrado foi levado novamente à centrifugação.
O óleo extraído deve ser armazenado em refrigerador. Se a armazenagem for
feita de forma adequada, a composição do óleo permanecerá a mesma independente do
tempo em que for armazenado.
Cromatografia gasosa acoplado a espectrometria de massa
Material: cromatógrafo automático, espectrômetro de massa, óleo essencial da
casca de laranja, hexano.
Procedimento: Primeiramente, um volume de óleo de 2 µL foi misturado com 1
mL de hexano e armazenado em um frasco pequeno, bem fechado, que foi levado para a
análise cromatográfica. A caracterização das substâncias na amostra foi realizada
através da cromatografia gasosa de alta resolução e espectrometria de massa, técnica
amplamente utilizada na análise de aromas. O cromatógrafo é do tipo automático, com
coluna capilar de 0,250 mm de diâmetro e 30 m de comprimento, sem detector, com
linha de transferência e multiplicador de elétrons, utilizando-se o gás hélio, o volume da
injeção foi de 0,1 µL e o tempo de retenção de 20min. A temperatura do injetor era de
250ºC.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Cálculo do rendimento da extração do óleo essencial
% = volume de óleo o tido
massa de material ot nico a ser extraído x 100
% = , m , g
x 100
% = 1,37 % (mL/g)
O rendimento obtido está de acordo com outras literaturas que utilizaram o
mesmo método, como a de ASTOLFI et al. (2007) e FERNANDES (2006), isto
evidencia que as condições de extração foram favoráveis e maximizaram o processo.
Quanto às características organolépticas do óleo, observou-se um aroma agradável e
muito semelhante à fruta original, o que confere ao óleo grande potencial de uso como
aromatizante ou perfume.
No final da análise, foi obtido o cromatograma abaixo:
RT: 2,15 - 17,14
4 6 8 10 12 14 16
Time (min)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
95
100
Rel
ativ
e A
bund
ance
5,30
6,204,72
7,624,08 7,70 11,9310,15 12,29 15,8414,54
NL:1,17E9
TIC F: MS EQ12
No cromatograma cada pico representa uma substância e a área sob a curva de
cada constituinte é proporcional á sua quantidade na amostra. Abaixo esta a tabela com
as porcentagens de área dos 3 principais constituintes.
Na analise cromatográfica com espectrometria de massa, utilizando-se um
tempo de retenção de 20min, foram detectadas ao todo 28 substâncias, dentre as
quais apenas 3 apresentaram quantidades significativas na amostra, são elas:
Limoneno (93,57%), Mirceno (2,38%) e Linalol (2,25%).
O Limoneno, 1-metil-4-isopropenilciclohex-1-eno; o Mirceno, 7-Metil-3-
metileno-1,6-octadieno; e o Linalol, 3,7-dimetil-octa-1,6-dien-3-ol, são todas
substâncias voláteis pertencentes a classe dos moterpenos. O Limoneno a substancia
mais abundante tem grande papel na industria farmacêutica e alimentícia.
EQ.RAW Constituintes principais TR
%Área
(4,7) 1 Mirceno 2,38
(5,3) 2 Limoneno 93,57
(6,2) 3 Linalol 2,25
4. REFERÊNCIAS
Site 1: www.copper-alembic.com
Site 2: www.dq.fct.unl.pt
Site 3: www.qprocura.com.br
ASTOLFI, V.; BORGES, L. R.; RESTELLO, R. M.; MOSSI, A. J.; CANSIAN,
R. L. Estudo do efeito repelente e inseticida do óleo essencial das cascas de
Citrus sinensis L. Osbeck no controle de Zeamais mots em grãos de milho (Zea
mays L.) In: VIII Congresso de Ecologia do Brasil. Caxambu, 2007.
CAROL, H. C.; BRAGA, G. L.; BONATO, P. S. Introdução a Métodos
Cromatográficos, Ed. UNICAMP, Campinas, 4ª Ed., 1990
CIOLA, R.; Introdução à Cromatografia em Fase Gasosa, Ed. Edgard Blucher,
São Paulo, 1973
EWING, Galen W. Métodos Instrumentais de Análise Química.São Paulo, 2002.
Editora Edgar Blücher.
FERNANDES, R. E.; CARDOSO, M. G.; HOFFMANN, R. S. Aproveitamento
da casca da laranja através da extração de óleos essenciais. In: XXI Congresso
de Iniciação Científica e Tecnologia em Engenharia, VI Feira de Protótipos. Ituí,
2006.
GUIMARÃES, Pedro Ivo Canesso; OLIVEIRA, Raimundo Elito Conceição; DE
ABREU, Rozana Gomes. Extraindo óleos essenciais de plantas. Química nova
na escola, N° 11, maio 2000.
ANEXO I – RESOLUÇÃO DAS QUESTÕES DO ROTEIRO DE
QUÍMICA ORGÂNICA EXPERIMENTAL
PAG 42
1. Qual a diferença entre a hidrodestilação e a destilação por arraste de
vapor?
Na hidrodestilação, o material botânico a ser extraído fica em contato com a
água no balão de destilação, enquanto que na destilação por arraste de vapor, eles são
inseridos em diferentes espaços, onde somente o vapor d’água entra em contato com o
material fazendo um “arraste” do óleo essencial e estes são encaminhados para o
sistema de refrigeração.