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

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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.