Purificação de extrato de alfavaca-cravo (Ocimum gratissimum L.) utilizando processo de filtração por membranas

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Dorneles, Kristopher Rodrigues
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFU
Texto Completo: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41313
http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.336
Resumo: Using neglected and underutilized species present greater diversity in obtaining micronutrients and bioactive compounds with antioxidant properties. Clove basil (Ocimum gratissimum L.), a medicinal plant found in tropical areas and already used in folk medicine, has the potential to advance in the productive chair, generating herbal medicines and functional foods. Obtaining phytochemicals is usually performed by extraction processes followed by a purification process. Membrane separation processes stand out as clarification and purification processes granting a quality product without losing the essential properties of bioactive compounds. This work aims to evaluate ultrafiltration with polymeric membranes to clarify the aqueous extract of clove basil. To improve the quality of the membrane, we also proposed coating a membrane with graphene oxide and evaluating its performance in the filtration of the same extract. The extraction of phenolic compounds was performed at 75 °C for 120 min using a solid-liquid ratio of 1 g of dry leaves to 100 mL of solvent. The membranes used in the extraction process were 10 kDa and 150 kDa polyethersulfone membranes and a 150 kDa membrane coated with graphene oxide solution. The crude extract was characterized as to the content of total phenolic compounds (340.22 ± 1.82 mgEAG∙gextract-1), antioxidant capacity (2493.54 ± 77.61 μMET∙gextract-1 for the DPPH assay and 2597.10 ± 175.52 μMET∙gextract-1 for the ABTS assay), to the colour, turbidity (29.5 ± 2.1 NTU), to the content of total solids (0.230 ± 0.038 %) and other relevant analyzes. The 10 kDa membrane filtration process made it possible to remove 64% of total solids and 84% of turbidity and maintained 50% of the content of total phenolic compounds in the permeate. The 150 kDa membrane filtration process maintained 60% of the content of total phenolic compounds and removed 27% of total solids and 30.5% of turbidity. The membrane coated with graphene oxide created a greater restriction on the passage of extract flow and showed an intrinsic resistance 225 times greater than the membrane without coating. In the flow decay analysis, the largest contributor to the 10 kDa membrane operation was cake formation, while all mechanisms contributed to the flow decay in the 150 kDa membrane operation. Regarding the series resistance model, concentration polarization caused a greater effect of resistance on 10 kDa and 150 kDa membranes, while the combined action of reversible and irreversible fouling caused the highest resistance in the coated membrane. Using more restrictive membranes was efficient to concentrate bioactive compounds, such as catechins and low molecular-weight phenolic acids. Finally, ultrafiltration presented itself as an efficient process to clarify the clove basil extract and follows as a promising process of clarification of various extracts.
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Clove basil (Ocimum gratissimum L.), a medicinal plant found in tropical areas and already used in folk medicine, has the potential to advance in the productive chair, generating herbal medicines and functional foods. Obtaining phytochemicals is usually performed by extraction processes followed by a purification process. Membrane separation processes stand out as clarification and purification processes granting a quality product without losing the essential properties of bioactive compounds. This work aims to evaluate ultrafiltration with polymeric membranes to clarify the aqueous extract of clove basil. To improve the quality of the membrane, we also proposed coating a membrane with graphene oxide and evaluating its performance in the filtration of the same extract. The extraction of phenolic compounds was performed at 75 °C for 120 min using a solid-liquid ratio of 1 g of dry leaves to 100 mL of solvent. The membranes used in the extraction process were 10 kDa and 150 kDa polyethersulfone membranes and a 150 kDa membrane coated with graphene oxide solution. The crude extract was characterized as to the content of total phenolic compounds (340.22 ± 1.82 mgEAG∙gextract-1), antioxidant capacity (2493.54 ± 77.61 μMET∙gextract-1 for the DPPH assay and 2597.10 ± 175.52 μMET∙gextract-1 for the ABTS assay), to the colour, turbidity (29.5 ± 2.1 NTU), to the content of total solids (0.230 ± 0.038 %) and other relevant analyzes. The 10 kDa membrane filtration process made it possible to remove 64% of total solids and 84% of turbidity and maintained 50% of the content of total phenolic compounds in the permeate. The 150 kDa membrane filtration process maintained 60% of the content of total phenolic compounds and removed 27% of total solids and 30.5% of turbidity. The membrane coated with graphene oxide created a greater restriction on the passage of extract flow and showed an intrinsic resistance 225 times greater than the membrane without coating. In the flow decay analysis, the largest contributor to the 10 kDa membrane operation was cake formation, while all mechanisms contributed to the flow decay in the 150 kDa membrane operation. Regarding the series resistance model, concentration polarization caused a greater effect of resistance on 10 kDa and 150 kDa membranes, while the combined action of reversible and irreversible fouling caused the highest resistance in the coated membrane. Using more restrictive membranes was efficient to concentrate bioactive compounds, such as catechins and low molecular-weight phenolic acids. Finally, ultrafiltration presented itself as an efficient process to clarify the clove basil extract and follows as a promising process of clarification of various extracts.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoDissertação (Mestrado)A utilização de plantas alimentícias não-convencionais apresenta maior diversidade na obtenção de micronutrientes e compostos bioativos com caráter antioxidante. A alfavaca-cravo (Ocimum gratissimum L.), uma planta medicinal encontrada em áreas tropicais e já utilizada na medicina popular, se enquadra nesses quesitos e apresenta potencial de avançar na cadeira produtiva, gerando fitoterápicos e alimentos funcionais. A obtenção de fitoquímicos é geralmente realizada por processos de extração seguidos de processo de purificação. Os processos de separação por membranas se destacam como processos de clarificação e purificação de extratos por retornarem um produto com qualidade, sem perder propriedades essenciais dos compostos bioativos. Este trabalho buscou avaliar o processo de ultrafiltração com membranas poliméricas para clarificar o extrato aquoso de alfavaca-cravo. De forma a melhorar a qualidade das membranas, foi buscado ainda o revestimento de uma membrana com óxido de grafeno e a avaliação de sua performance na filtração do mesmo extrato. A extração dos compostos fenólicos foi realizada a 75 ºC por 120 min, utilizando uma razão sólido-líquido de 1 g de folhas secas para 100 mL do solvente extrator. As membranas utilizadas no processo de ultrafiltração foram 2 membranas planas de polietersulfona de 10 kDa e 150 kDa e 1 membrana plana de 150 kDa revestida com solução de óxido de grafeno. O extrato bruto foi caracterizado quanto ao conteúdo de compostos fenólicos totais (340,22 ± 1,82 mgEAG∙gextrato-1), à capacidade antioxidante (2493,54 ± 77,61 μMET∙gextrato-1 para o método de DPPH e 2597,10 ± 175,52 μMET∙gextrato-1 para o método de ABTS), à turbidez (29,5 ± 2,1 NTU), ao teor de sólidos totais (0,230 ± 0,038 %) e outras análises pertinentes. O processo de filtração com a membrana de 10 kDa possibilitou remoção de 64% dos sólidos totais e 84% da turbidez e manteve 50% do teor de compostos fenólicos totais no permeado. Já o processo de filtração com a membrana de 150 kDa manteve 60% de do teor de compostos fenólicos totais e removeu 27% dos sólidos totais e 30,5% da turbidez. A membrana revestida com óxido de grafeno criou maior restrição à passagem do fluxo de extrato e apresentou uma resistência intrínseca 225 vezes maior que a membrana sem revestimento. No decaimento do fluxo, o maior contribuinte para a operação com membrana de 10 kDa foi a formação de torta, enquanto todos os mecanismos contribuíram no decaimento do fluxo na operação com membrana de 150kDa. Em relação ao modelo de resistências em série, a polarização por concentração causou maior efeito de resistência nas membranas de 10 kDa e de 150 kDa, enquanto o conjunto da incrustação reversível e de incrustação irreversível causou a maior resistência na membrana revestida. A operação de ultrafiltração com membranas mais restritivas foi eficiente para concentrar compostos bioativos, como catequinas e ácidos fenólicos de baixo peso molecular. Por fim, a ultrafiltração se apresentou como um processo eficiente para clarificar o extrato de alfavaca-cravo e segue como promissor processo de clarificação de extratos diversos.2025-08-09Universidade Federal de UberlândiaBrasilPrograma de Pós-graduação em Engenharia QuímicaReis, Miria Hespanhol Mirandahttp://lattes.cnpq.br/2087228956469914Madrona, Grasiele Scaramalhttp://lattes.cnpq.br/1062288233305087Ferreira, Juliana de Souzahttp://lattes.cnpq.br/3559717674809595Dorneles, Kristopher Rodrigues2024-03-05T12:57:06Z2024-03-05T12:57:06Z2023-07-11info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfDORNELES, Kristopher Rodrigues. Purificação de extrato de alfavaca-cravo (Ocimum gratissimum L.) utilizando processo de filtração por membranas. 2023. 87 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2023. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.336.https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/41313http://doi.org/10.14393/ufu.di.2023.336porhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/us/info:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositório Institucional da UFUinstname:Universidade Federal de Uberlândia (UFU)instacron:UFU2024-03-06T06:18:06Zoai:repositorio.ufu.br:123456789/41313Repositório InstitucionalONGhttp://repositorio.ufu.br/oai/requestdiinf@dirbi.ufu.bropendoar:2024-03-06T06:18:06Repositório Institucional da UFU - Universidade Federal de Uberlândia (UFU)false
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description Using neglected and underutilized species present greater diversity in obtaining micronutrients and bioactive compounds with antioxidant properties. Clove basil (Ocimum gratissimum L.), a medicinal plant found in tropical areas and already used in folk medicine, has the potential to advance in the productive chair, generating herbal medicines and functional foods. Obtaining phytochemicals is usually performed by extraction processes followed by a purification process. Membrane separation processes stand out as clarification and purification processes granting a quality product without losing the essential properties of bioactive compounds. This work aims to evaluate ultrafiltration with polymeric membranes to clarify the aqueous extract of clove basil. To improve the quality of the membrane, we also proposed coating a membrane with graphene oxide and evaluating its performance in the filtration of the same extract. The extraction of phenolic compounds was performed at 75 °C for 120 min using a solid-liquid ratio of 1 g of dry leaves to 100 mL of solvent. The membranes used in the extraction process were 10 kDa and 150 kDa polyethersulfone membranes and a 150 kDa membrane coated with graphene oxide solution. The crude extract was characterized as to the content of total phenolic compounds (340.22 ± 1.82 mgEAG∙gextract-1), antioxidant capacity (2493.54 ± 77.61 μMET∙gextract-1 for the DPPH assay and 2597.10 ± 175.52 μMET∙gextract-1 for the ABTS assay), to the colour, turbidity (29.5 ± 2.1 NTU), to the content of total solids (0.230 ± 0.038 %) and other relevant analyzes. The 10 kDa membrane filtration process made it possible to remove 64% of total solids and 84% of turbidity and maintained 50% of the content of total phenolic compounds in the permeate. The 150 kDa membrane filtration process maintained 60% of the content of total phenolic compounds and removed 27% of total solids and 30.5% of turbidity. The membrane coated with graphene oxide created a greater restriction on the passage of extract flow and showed an intrinsic resistance 225 times greater than the membrane without coating. In the flow decay analysis, the largest contributor to the 10 kDa membrane operation was cake formation, while all mechanisms contributed to the flow decay in the 150 kDa membrane operation. Regarding the series resistance model, concentration polarization caused a greater effect of resistance on 10 kDa and 150 kDa membranes, while the combined action of reversible and irreversible fouling caused the highest resistance in the coated membrane. Using more restrictive membranes was efficient to concentrate bioactive compounds, such as catechins and low molecular-weight phenolic acids. Finally, ultrafiltration presented itself as an efficient process to clarify the clove basil extract and follows as a promising process of clarification of various extracts.
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