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*).

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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 -->

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gal 3.-- 1 gal

61"I

gal

R'11­6

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R-->3 gal11­3

gal 6.-- I galI1-3

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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.

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(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. ~

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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

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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

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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. :' " .

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Recebido em 14 de dezembro de 1992Aprovado em 10 de março de 1993

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