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UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARA CENTRO DE CIÊNCIAS AGRARIAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE PESCA eSL C EXTRAgX0 DE CAROTEN6IDES DO CEFALOTóRAX DE LAGOSTA DO GÊNERO Panulirus argus kLatreille). FRANCISCO DA COSTA VASCONCELOS . Dissertagao apresentada ao Departamento de Engenharia de Pesca do Centro de Ciencias Agrarias da Universidade Federal do Ceara, como parte das exigencias para obtengao do titulo de Engenheiro de Pesca. Fortaleza - Ceara 1990.1 Dados Internacionais de Catalogação na Publicação Universidade Federal do Ceará Biblioteca Universitária Gerada automaticamente pelo módulo Catalog, mediante os dados fornecidos pelo(a) autor(a) V45e Vasconcelos, Francisco da Costa. Extração de carotenóides do cefalotórax de lagosta do gênero Panulirus argus (Latreille) / Francisco da Costa Vasconcelos. – 1990. 18 f. : il. Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) – Universidade Federal do Ceará, Centro de Ciências Agrárias, Curso de Engenharia de Pesca, Fortaleza, 1990. Orientação: Prof. Masayoshi Ogawa. 1. Lagosta - Criação. I. Título. CDD 639.2 Prof. Adjunto Masayoshi Ogawa Orientador COMISS'AO EXAMINADORA Prof. Adjunto Masayoshi Ogawa Presidente Prof. Adjunto Jose Raimundo Bastos Prof. Adjunto Regine Helena S.F. Vieira ,VISTO Prof. Adjunto Vera Lúcia Mota Klein Chefe do Departamento de Eng. de Pesca Prof. Adjunto 'Jose Raimundo Bastos Coordenador do Curso de Engenharia de Pesca AGRADECIMENTOS A Deus, por me haver concedido mais uma"vit6ria. Aos.meus pais, Raimundo e Francisca Vasconcelos,pela incessante ajuda e carinho at hoje dedicados a mim. Aos professores Ogawa e Norma, pelos conhecimentos e orientação transmitidos para a confecção deste trabalho. Ao Coordenador do Curso, Jose Raimundo Bastos e dos os professores que contribuiram para a minha formação. Ao Eng2. AgrOnomo Esmerino Magalhaes;Netd, pela re levanta ajuda prestada na redação. to Ao amigo e Eng2. de Pesca Aldeney Andrade S. Filhó, pela indispensvel contribuição para que este fosse concluído. Aos meus irmãos, pela ajuda e confiança .depositada: • ate hoje. A toda turma. de Manaus, pela sincera amizade. duran te esta jornada. A todos que aqui me acolheram e que .contribuiram pa ra minha formagao profissional. De modo especial a LUcia de Ftima, pelo carinho e consideragao. EXTRAÇÃO DE CAROTEN6IDES DO CEFALOTÓRAX DE LAGOSTA DO GÊNERO Pa- nulirus argus ( Latreille). Francisco da Costa Vasconcelos 1 - INTRODUÇÃO Os carotenOides constituem um grupo importante de com postos lipossolúveis, sendo responsevel pela coloração amarela e vermelha dos vegetais e animais, em que se acham bastantes difun didos, perfazendo grandes quantidades na natureza. Compreendem a classe dos hidrocarbonetos denominados carotenos e a dos deriva dos oxigenados chamados xantofilas. (ClycesdaleA Francis,1985). Emodi (1978), citando Isler (1971), afirma que o hbme caroteno deriva do pigmento amarelo da cenoura ("carrot"), da -qual foi primeiro isolado em 1831. A cor viva destes pigmentos e proveniente ao sistema cromofOrico presente em sua molecula; c qual consiste besica ou inteiramente de uma cadeia de duplas li gages C-C conjugadas. A maioria dos carotenoides'esta -represer tada por tetraterpenOs e consta de 8 unidades isoprenoides(C5H8, formando estruturas alifeticas-aliciclicas. Todos os carotenOides so insolúveis em agua e soluvE is na maioria dos solventes de gordura usuais. Eles podem OCCO rer em uma forma solúvel como cromoproteinas, Complexos este muito Comuns em Crustacea .(Goodwin, 1960). A astaxantina ( 3,3'-diidroxi-4,4'-dioxo-p.caroteno ) quase universalmente distribuída em todas as especies de crust ceos marinhos e de egua doce, sendo encontrada comumente no hep; , topancreas, carapaças, sangue, ovos e olhos de muitas especies 02 Por seu turno,opecaroteno ocorre em uma menor extensao em Crusta cea, sendo frequentemente encontrado em baixos niveis. Precursor , da pro-vitamina A, .e encontrado sobretudo no hepatopancreas. Apesar dos carotenOides estarem presentes na maioria dos animais, estes no so capazes de sintetizá-los, restringin do-se sua agao somente em alterar por via oxidativa os carotenoi des contidos no alimento. Segundo Katayama (1965), o estudo do conteúdo estorna cal do "sea breams" (especie de peixe vermelho) revelou 50% de incidencia de Squilla oratoria.e alguma participagao de outros crustáceos. Admitiu-se que a maioria da astaxantina natural do "sea breams" provem de Itens alimentares incluidos em sua dieta. Tem-sê utilizado em grande escala pigmentos extraidos do Antarctic krill, E. superba, para o cultivo do "sea breams" ja que aquele e considerado um crustaceo planctonico rico em ca rotenOides e com um potenOial-cOnsideráVel nas águas frias da An tártida (Maoka et al., 1985). Inoue et al. (1988). aborda a utilização direta de as taxantina (pigmento majoritário entre os carotenOides) de 'craw • fish na dieta de peixes salmonideos, depois de concentrado em oleo de soja, fornecendo uma fonte de energia rica em -lipideos pigmentados. De acordo corn Goodwin (1960), embora pouco se conheça acerca das atuais vias metabOlicas pertinentes aos pigmentos: em , . . questão, ha uma considerável copla de informagoes sobre mudan gas e distribuição de carotenOides em várias especies. Usualmen te, estes compostos podem ser considerados como parte integran . _ tes dos seguintes processos: 1 - embriogenese; 2 - ciclo sexUal; 3 - ciclo ecdisial;- e 4 - controle hormonal, etc. Segundo Emodi (1978), so conhecidos cerca de 200 es truturas naturais de caroten-Oides, e outros 200 compostos sinte 03 tizados pelo homem. Nos EUA, somente p-caroteno,?).apo-8'-carotenal e canta xantina ( 4,4g-dicetolaccaroteno) são usadas em alimentos. 0 ca roteno foi introduzido inicialmente como corante de alimento em 19544apocarotenal em 1960 e- cantaxantina em 1964. Os alimentos ã base de gordura se deixam corar facil mente por carotenoides. Os compostos utilizados para este propo sito são (3-caroteno e-apocarotenal, comumente aplicados em marga rina, Oleos, gordura, manteiga, queijos naturais, Oleo de sala da, etc. 0 presente trabalho tem por objetivo a extragao e quan tificagao de pigmentos carotenoides de lagosta, de modo a subsi diar a indústria alimentícia na utilização de pigmentos natura is, ja que saio conhecidas as provaveis propriedades cancerigenas atribuidas aos corantes sinteticos, bem como, fornecer alternati vas as indústrias de pesca no Ceara, no sentido'do aProveitamen to de subprodutos descartaveis. 2 - MATERIAL E MÉTODOS A mataria-prima basica do presente trabalho. constou de cefalotOrax de lagosta vermelha, Panulirus argus, empregando-se, tambem para efeito comparativo, cefalotOrax de lagosta verde,. P. laevicauda, camarao rosa, Penaeus (Farfantepenaeus)subtilis e- ca - marao branco, P. (Litopenaeus) schiMitti, alem de residuos dos caranguejos uga, Ucides cordatus cordatus, aratu, Goniopsis cru- entata. e guaiamum, Cardisoma guahumi. Em laboratOrio, as amostras foram mantidas a -20 o C,sen do descongeladas por ocasião do processamento, este baseado no metodo de Chem & Meyers(19820 para extragao de carotenoldes em 04 oleo conforme o fluxograma da figura 1. 0 descongelamento foi procedido . em gua corrente;no ca so do cefalotOrax da lagosta retirou-se-lhe o hepatopancreas apos descongeladas. Feito isto, as amostras foram submetidas a uma ligeira cocgao, ou seja, pelo tempo decorrido entre sua imer - , f so e refervura da agua, sendo os residuos postos a secar em es _ tufa Cm circulação de ar a 60°C, a fim de que o processo de de_ sidratagao ocorresse uniformemente, com uma variação do tempo de secagem executada de 1 a 6 horas ( Tabela I ). Apos a secagem, foram trituradas em gral de porcelana e em seguida tamisada em peneira GRANUTESTE com granulometria de 2mm. A seguir adicionou-se as farinhas, oleo de soja refinado da marca Amelia, fabricado pela Refinadora de Óleos Brasil S/A , numa proporção de 1:1, submetendo-se as misturas a banho-maria a 80° C durante 30min, com vistas ã extração de carotenOides. Con cluido este processo, a mistura permaneceu em repouso ate atin gir a temperatura ambiente, quando o Oleo foi separado da fani nha, mediante centrifugação em centrifuga modelo HT da Internati onal Equipment CO., a 11.000rpm durante 20min e/ou filtragao em papel de filtro. Finalmente, procedeu-se a leitura da densidade Otica do oleo pigmentado, monitorada por um espectrofotometro da marca VARIAN TECHTRON, Mod. 635. Paralelamente, elaboramos curvas de absorbancia para os diversos oleos pigmentados ( Figuras. 2, • 3 e 4). 0 conteúdo de carotenOides em mg/100g de Oleo pigmenta do foi'calculado usando-sea fOrmula: 1% AD'x 105/100.d.S.Elcm ' onde: A= Absorbancia do comprimento de onda maxima. 05 D= Diluigao múltipla d= largura da cubeta (cm) S= Gravidade especifica ( 0,86 para o oleo de soja ) 1% - Elcm=coeficiente de extingao ( 2.155 para o oleo de soja 3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO A medida que o tempo de secagem aumenta o rendimento dc oleo recuperado diminui, devido a faripha se encontrar mais desi dratada, fazendo com que o Oleo ocupe o lugar da água evaporada. A quantidade minima de Oleo pigmentado recuperado foi de 50% e máxima de 68% udando-se o processo de filtragao. para este fin ( Tabela I ). A filtração foi adotada ern' lugar da centrifugagao, devi dó esta Ultima apresentar um rendimento bastante inferior . guar do comparado com .a primeira. Considerando-se a centrifugação, Chen e Meyers (1982a), reportam que a quantidade de Oleo recuperado chegou a 94%, imori mindo-se 11.000 rpm a uma temperatura de 0 o C. Isto sugere que , com o decrescimo da temperatura a quantidade de Oleo recuperadc aumenta. A temperatura da mistura ( farinha + Oleo ) utilizadc + no presente trabalho, durante a centrifugação foi de 25°Õ - 2°C obtendo-se portanto, uma extração inferior quando comparada cor aquela a 0 o C. A granulometria dá farinha foi utilizada em testes pr( ' • liminares, obtendo-se uma extragao em oleo satisfatoria empr( gando-se na tamisagao malha de 2 mm. Testou-se inicialmente um farinha tamisada em peneira GRANUTESTE com 1 mm de malha, tod. via o rendimento de Oleo recupexado estava aquem do esperado,po 06 . outro ladO quando a farinha estava com granulometria maior que 2 mm, a recuperação de oleo era satisfatoria, porem o oleo pig mentado apresentava-se pouco corado, isto porque os pigmentos ligados aos resíduos de carapaças no eram dissolvidos no o leo. Na Tabela I, observa-se um rendimento de 50% de Oleo recuperado, quando a farihha contem 28% de umidade. Aquele va lar portanto, e inferior ao rendimento obtido quando a farinha contem 26% de agua. Pode ter havido uma trituragao mais inten sa da farinha, passando uma maior quantidade de granulos infe nor a 2 mm e quando da separa4ão do oleo, este ficou retido 1 as pequenas partículas de carapaças, recuperando-se uma menor quantidade de Oleo. Logo que a farinha era preparada, proCedia-se a ex tração em oleo, pois os pigmentos carotenoldes sofriam um in tenso processo de oxidagao, mesmo quando estocada a baixas tem peraturas. A oxidação e a principal causa da degradação dos ca rotenOides nos alimentos. Esta degradação depende do estado em que o pigmento se encontra ( in vivo ou in vitro e das con digOes ambientais. É provável que a. estabilidade dos pigmentos nos tecidos vivos intactos seja função da permeabilidade da ce lula e da presença de compostos protetores. Por exemplo o "li . — „ copeno" dos tomates e bastante estável, porem o extratd purifi cado e bastante instável e em alguns tecidos existem enzimas que degradam os caretenOides (Clycesdale & Francis,1985). 0 mecanismo que rege.o processo de oxidação dos pig mentos podem autoxidar-se por reação com o oxigenio atmosferi co, em proporgOes que dependem da luz, calor, presença de prO e antioxidantes. Yamaguchi et al. (1987),reportam que a temperatura 07 de 80 o C durante 6 horas foi a principal responsavel pela degra dagao dos pigmentos de Krill, E. superba, ainda que empregan do-se uma pressão de 250 kg/cm 2 em sistema prOprio para a ex tração. Segundo Emodi (1978), os Oleos são bons obstL.culos para 0 oxigenio e consequentemente para o processo de oxida gao, dispensando o uso de antioxidante. No que concerne a tima extração, verifica-se na Ta bela I, que com 5 horas na estufa a 60°C, contendo a farinha um teor de umidade em torno de 24% obtivemos uma concentração de 5,28 mg de carotenOides/100 g de Oleo pigmentado. JL. a me nor concentração obtida foi verificada quando a farinha estava com 34% de umidade, obtendo-se um teor de 1,83 mg/100 g de (5 leo pigmentado. No houve uma discrepancia consideravel valor comparando-se com os- dois valores iniciais, desta deste forma no se pode atribuir qualquer parâmetro responsavel pela baixa concentração obtida. Com relagao ao teor obtido em 6 horas de secagem, ye' rifica-se um decrescimo acentuado em relagao a extração feita com 5 horas de secagem, talvez devido ao processo de oxidação dos pigmentos- pelo tempo de exposigão dos reslduos em estufa a 60°C. Muitos experimentos foram realizados para concentrar carotenOides, e um deles foi-obtido com sucesso por Inoue et- , al. (1988), usando-se oleo de soja pigmentado e concentrando-o em celulose microcristalina e eter de petroleo, chegando esta concentração a 40 vezes mais em relagao as extragoes usuais processos estes não utilizados no presente trabalho. Chen e Meyers ( 1982 a e b e 1983 ), continuaram _ tudos sobre a estabilidade da ataxantina extraida de residuos de "crawfish", Procamburus clarkii, verificando-se o efeito de es 08 antioxidantes, proteases, ácidos, temperatura, processamento estocagem, etc., a fim de obter uma melhor extragao e ao mes mo tempo criando-se uma fonte de proteção ao Oleo pigmentado a traves dos ácidos propionico e formica, 0 resultado obtido foi 1+4 uma maior extragao de pigmento devido a propriedade da protea se no processo de hidrOlise com a consequente liberagao de pig mentos e, no tocante a utilizagao dos ácidos estes atuaram na descalcificagao e proteção contra microorganismos devido o bai s , xo pH atribuido ao oleo. Obtem-se com estes processamentos re sultados satisfatOrios, todavia os custos para este propOsito tornam-se onerosos. Dentre os grupos comparativos apresentados na Tabela II, a lagosta vermelha apresentou-se com uma maior concentra gao de-pigmentos em relagao a lagosta Verde, 7,73 e 5,50mg/100 gramas de Oleo pigmentado, respectivamente.Porem, as curvas 0.e absorbancia sugerem que os tipos de carotenOides sejam seal! lhantes ( Figura 2 ). Da mesma forma as curvas de absorbancia dos - cama roes rosa e branco apresentaram diferença somente no teor - de carotenOides sendo provável que os tipos de pigmentos sejam se melhantes ( Figura 3 ). Entre os caranguejos, o aratu se mostrou com conside ravel teor de pigmentos, 17,7mg/100 g, seguido do caranguejo u gá, 3,15mg/100 g e, guaiamuni, 2,11mg/100 g de Oleo pigmentado ( Figura 4 ). Neste grupo e provável que haja diferentes tipos de carotenOides, pois a curva de absorbancia para o caranguejo guaiamum, difere das curvas para o ugá e aratil. Esta diferença e verificada tambem pela coloração amareladados Pigmentos ex traidos do guaiamum, ao passo que a coloragao do extrato pig A , mentado do aratu e de um vermelho intenso. 09 4 - CONCLUSÕES A farinha de r;esiduos deve ser utilizada. para extra gao em Oleo, logo apOs a sua preparação. 0 rendimento de Oleo recuperado diminuiu com o de , crescimo da umidade da farinha. A umidade da farinha que otimizou a extragao dos pig mentos foi de 24%, apOs secagem dos residuos em estufa a 60°C durante 5 horas. Quanto ao teor de pigmentos carotenOides, a lagosta vermelha apresentou-se superior a lagosta verde; o camarão ro sa superior ao branco; e o aratil superior ao caranguejo uga guaiamum. 10 5 - BIBLIOGRAFIA CLYCESDALE, S.M. & FRANCIS, S.J. - Pigmentos, in : Introduccion a la ciencia de los alimentos, O.R. Fennema (ed.), p, 447- 495. Ed. Reverte S.A., Barcelona, Espana, (1985). CHEN, H.M. & MEYERS, S.P. — Effect of Antioxidants on Stability of Astaxanthin Pigment in Crawfish Waste and Oil Extract. - J. Agric. Food Chem., 30, p. 469-473, (1982 a). CHEN, H.M. & MEYERS,S.P. - Extraction of Astaxanthin Pigment from Crawfish Waste Using a Sy Oil Process. J. Agric. Science, 47 :892-896 e 900, (1982 b). CHEN, H.M. & MEYERS, S.F. - Ensilage Treatment of Crawfish for Improvement of Astaxanthin Pigment Extraction. J. Food Food Wast Science, 48 : 1516-1520 e 1555, (1983). EMODI, A. - Carotenoids- Properties and Applications. Food Tech nol., 32 (5): 38-42,78 e 79 ,(1978). GOODWIN, T. W. - Biochemistry of Pgments, in: The Physiology of . . of Crustacea. Talbot H. Waterman. Vol. 1., 670 pp, Academic Press, New York and London. (1960). INOUE, T.; SIMPSON, K.L.; TANAKA, Y. & SAMESHIMA, NI:- Condensed Astaxanthin of Pigmented Oil from Crayfish Carapace and Its Feeding Experiment. Nippon Suisan Gakkaishi, 54 (1), 1-03- 106, (1988). KATAYAMA, T.; IKEDA, N. & HARADA, K.- I- Carotenoids in sea Breams, Chrysophrys major , Temmick and Sehlegel - I. Bull. Japan. Soc. Sei. Fish. ,Vol 31, N2. 11, (1965). MAOKA, T.; KATSUYAMA, N. ; KANEKO, N. & MATSUNO, T.- Stereoche mical Investigation of Carotenoids in the Antarctic Krill , Euphausia superba. - Japan. Soo. Sei. Fish. 51 (10), 1670- 1673, (1985). 12 - SUMÁRIO 0 presente estudo objetiva a otimizagao da extração de pigmentos carotenOides do cefalotOrax da lagosta -Panulirus argus (Latrine), com vistas ao seu aproveitamento em alimen tos. Os residuos de cefalotorax estocados a -20 o C foram descongeladós e submetidos a uma ligeira cocgao.Posteriormen- mente foram postos a secar em estufa a 60 o C, variando-se o tempo de permanencia na mesma, com vistas a obter a umidade i deal para a extragao . dos pigementos em oleo. Depois de secos, oa resíduos foram triturados em gral e tamisados em peneira com abertura de malha de 2 mm. Em seguida adicionava-se oleo em proporgao igual ao peso, sen do a mistura submetida a banho-maria durante 30 min/80 o C. Pro cedia-se então, uma centrifugação de 11.000 rpm/20 min e/ou filtração para separar o oleo pigmentado, a partir do que, es te era submetido a uma leitura espectrofotometrica, obtendo- se as seguintes conclusCes: 1- DevemoS extrair os pigmentos da farinha, assim' que a mesma for elaborada; 2- a medida que a umidade da fari- nha decresce, o mesmo se dA com o _Oleo recuperado; 3- A umida da farinha que otimizou a eXtragao foi de 24%; e 4- comparan- do-se as lagostas vermelha e verde, a primeira contem um teor de carotenOides superior ab da segunda. TABELA 1 Dados sobre absorbancia, comprimento de onda de maxima absorbancia e teor de pigmen tos carotenOides por especie. Comprimento de onda (nm) ABSORBNCIA/ESPÉCIE Lagosta vermelha Lagosta verde Camara() branco Camarão rosa Carang. lica Carang. 1-Carang. Aratu Guaiamum 350 400 500 600 0,150 0,155 0,370 0,000 0,152 0,148 0,268 0,036 0,172 0,196 0,440 0,001 0,188 0,256, 0,524 0,004 0,176 0,232 0,456 0,044 0,176 0,236 0,492 0,004 0,256 0,327 0,408 0,160 Comp.de onda/ Max. Absorb. 450/0,430 479/0,306 479/0,552 476/0,704 468/0,584 457/0,656 458/0,560 Diluigao (ml de pig/ml de Oleo) 0,3/10 0,3/10 0,3/10 0,3/10 1,0/10 0,2/10 1,0/07 Pigmentos em mg/100g oleo 7,73 5,50 9,93 12,66 3,15 17,70 2,11 *Velocidade do papel = 1 Onm/min TAB:ELA II Dados sobre o 'tempo de secagem, umidade da farinha, rendimento de Oleo recupera- do, absorbancia e conteúdo de carotenOides do cefalotOrax de P. argus tempo de secagem(h) Umidade da farinha(%) Rend. de oleo recuperado(%)" Leitura em 'espectrof.. tikr.s;,:t,4„,c,.4) Diluigao ( V/V ) Pig. extraidos ( mg/100 g de Oleo) CO 55,0 68,0 0,435 1.;2/10 1,95 01 40,0 68,0 0,455 1,2/10 2,04 . 02 34,0 55,0 0,340 1,0/10 1,83 03 28,0 50,0 0,540 .1,0/10 , 2,91 04 26,0 55,0 0,585 .1,0/10 3,15 05 24,0 50,0 1,180 . 1,2/10 5,28 06 22,0 50,0 0,860. 1,2/10 3,85 350 400 500 600 COMPRIMENTO DE ONDA (nry-1) . Figura 2 - Comparação grL'ica entre as curvas de absorbancia das lagostas (I) verde, Panulirus laevicauda e (II) vermelha, P. argus. --. - • it N , N / \ / z . \ N.. .- \ ✓ N. V \ / ./ \. ..- \ --- N. \ 0,6 10.5 0.4 02 350 ,—,..."'"EV1V7assaaasel4 500 600 COMPRIMENTO ONDA. (rwl Figura 3 - Comparagao grafica-entre as curvas de absorbancia dos camarOes (I) rosa, Penaeus (Farfantepenaeus) subtiliS e (II) branco, .P.,(Litopenaeus) schmitti. 400 \ / / /-• \ • • ./ //' 0.2 •-••••-•--•-•• •••••••••••.......• • •••.....• • ••••..... 350 400 500 COMPRIMENTO DE ONDA (nm) ^ Figura 4 - Comparação grLsica entre as cUrVas de absorbancia dos caranguejos (I) aratii, Goniopsis cruentata, (II) uca, Ucides cordatus cordatus e (III) guaiamum, Cardisoma guahumi. • .600 Page 1 Page 2 Page 3 Page 4 Page 5 Page 6 Page 7 Page 8 Page 9 Page 10 Page 11 Page 12 Page 13 Page 14 Page 15 Page 16 Page 17 Page 18 Page 19