Universidade Federal do Par

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IDENTIFICAO DO PROJETO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PAR

PR-REITORIA DE PESQUISA E PS-GRADUAO

DIRETORIA DE PESQUISA

PROGRAMA INSTITUCIONAL DE BOLSAS DE INICIAO CIENTFICA

RELATRIO TCNICO - CIENTFICO

Perodo : agosto/2014 a agosto/2015

( ) PARCIAL

(x) FINAL

IDENTIFICAO DO PROJETO

Ttulo do Projeto de Pesquisa: TECNOLOGIA SUPERCRTICA APLICADA: PROCESSOS DE SEPARAO, EQUILBRIO DE FASES E SIMULAO.

Nome do Orientador: RAUL NUNES DE CARVALHO JUNIOR

Titulao do Orientador: Doutor

Faculdade: Engenharia de Alimentos

Unidade: ITEC/UFPA

Laboratrio: Laboratrio de Extrao

Ttulo do Plano de Trabalho: OBTENO DE CIDOS GRAXOS DO LEO DE AAI PARA REVESTIR NANOPARTCULAS.

Nome do Bolsista: ANA PAULA DE SOUZA E SILVA.

( ) PIBIC/AF-CNPq

( ) PIBIC/AF-UFPA

( ) PIBITI

( ) PADRC

INTRODUO

A busca por nanomateriais tem recebido grande ateno atualmente em virtude das suas propriedades e aplicaes, principalmente na rea biomdica. Cientistas de diversas reas vm estudando nanopartculas com o intuito de melhorar sua qualidade no que diz respeito ao controle de tamanho, cristalinidade e disperso. Inmeros mtodos de produo de nanopartculas so utilizados, onde se destaca na literatura a decomposio trmica por ser um mtodo simples e reprodutvel na obteno de partculas com excelente cristalinidade, controle de tamanho e forma [1-4].

Para aplicaes biomdicas, a magnetita desempenha um papel importante principalmente por conta de sua baixa toxicidade no que diz respeito a aplicaes in vivo [5]. A mesma possui estrutura cristalina cbica do tipo espinlio invertido, com parmetro de rede de 8,394 e grupo espacial Fd3m, onde ons de O2- formam um arranjo cbico denso de face centrada, gerando dois tipos de stios de coordenao, a tetradrica (X) composta por seis ons de oxignio, e a octadrica (Y), composta por seis ons de oxignio [6].

O recobrimento das nanopartculas desempenha um papel muito importante para aplicaes na biomedicina, uma vez que evita a formao de aglomerados, reduz sua toxicidade e as tornam solveis em gua, possibilitando sua aplicao em seres humanos como, por exemplo, entrega controlada de frmacos [7], hipertermia [8], separao de clulas [9] e reparo de tecidos [10]. Visando tais aplicaes, de conhecimento que a floresta amaznica possui uma infinidade de recursos naturais, como leos, resinas e manteigas, que podem ser obtidos de frutas e palmeiras, como o aa (Euterpe oleracea), fruto nativo da Amaznia brasileira e rico em cidos graxos como palmtico, oleico, esterico, caprlico e lurico.

Para obteno dessas substncias, o mtodo a extrao com fluido no estado supercrtico, est sendo difundido nas mais diversas reas industriais, principalmente por conta da obteno de produtos de alto valor agregado e livre de solvente, pois o maior problema relativo extrao com solventes orgnicos caracteriza-se pela dificuldade de remoo total dos resduos de solventes presentes nos extratos. Para aplicaes biomdicas o solvente residual pode ser indesejvel devido sua toxicidade e sua capacidade reagente [11].

Com isso, utilizou-se neste estudo o leo de polpa de aa liofilizada a fim de se produzir nanopartculas de Fe3O4 biocompatveis para aplicaes biomdicas.

Nanopartculas de Fe3O4, revestidas com cidos graxos do leo de aa, foram sintetizadas atravs do mtodo de decomposio trmica [4], com o intuito de se desenvolver novas aplicaes biomdicas. Em termos de caracterizao das nanopartculas, a Difrao de Raios X (DRX) foi realizada para determinar a estrutura cristalina da amostra de xido de ferro estudada. Alm desta tcnica, utilizou-se o mtodo de Anlise por Ativao com Nutrons (NAA) para verificar a concentrao de Fe na amostra. Este mtodo baseia-se em reaes que ocorrem nos ncleos atmicos e no com eltrons orbitais e, por isso, a NAA considerada um mtodo de referncia para anlises de elementos em diferentes matrizes, pois permite determinar a concentrao de vrios elementos simultaneamente, independente de sua forma qumica [12].

OBJETIVO GERAL

O objetivo deste trabalho consiste na obteno de extratos de polpa de aa (Euterpe oleracea) utilizando o mtodo de extrao com fluido supercrtico e sntese de nanopartculas de xido de ferro (magnetita) utilizando o mtodo de decomposio trmica.

OBJETIVOS ESPECFICOS

- Obteno e caracterizao da matria-prima;

- Extrao do leo da polpa de aa;

- Determinao da composio em cidos graxos;

- Sntese de nanopartculas de xido de Ferro (magnetita);

- Caracterizao das nanopartculas por Difrao de Raios X e Anlise por Ativao com Nutrons (NAA).

MATERIAIS E MTODOS

Matria-prima

Os frutos de aa (Euterpe oleracea) foram adquiridos no Municpio de Abaetetuba, estado do Par, em agosto de 2013.

Caracterizao e preparao da matria-prima

Despolpamento

Os frutos de aa foram lavados em gua corrente. Em seguida, inseridos em gua a 50C por 15 minutos e colocados em despolpadora artesanal com gua filtrada para retirada da polpa.

Liofilizao

Inicialmente a polpa de aa foi triturada em liquidificador (BRITNIA), acondicionada nas bandejas do liofilizador e levadas em freezer vertical (BRASTEMP) para congelamento na temperatura de -25C durante 24 horas. Em seguida a polpa congelada junto s bandejas foi colocada no liofilizador (LIOTOP, modelo: L101) e submetidas condies de liofilizao sob presso de 138 mmHg e temperatura do condensador de -51C durante 24 horas.

Determinao da granulometria

A polpa de aa liofilizada foi introduzida num jogo de peneiras de srie padro Tyler 8 a 42 meshes. A distribuio granulomtrica foi realizada atravs de um agitador de peneiras tipo magntico (BERTEL, N 1713) por 30 minutos. A massa retida em cada peneira foi pesada em balana semi-analtica (QUIMIS, Q520), acondicionada em sacos plsticos e armazenada em freezer domstico (ELETROLUX). O dimetro mdio das partculas foi determinado de acordo com o mtodo da [13].

Determinao da umidade

O teor de umidade foi determinado utilizando um analisador de umidade por Infra-Vermelho (GEHAKA, Modelo IV 2500).

Determinao da densidade real das partculas

A densidade real foi determinada pela Central analtica do Instituto de Qumica da UNICAMP, utilizando um picnmetro de gs hlio conforme manual de operao de equipamento (Picnmetro automtico Quantachrome Ultrapyc 12200e).

Unidade de extrao supercrtica e condies de obteno dos extratos

Para obteno dos extratos da polpa de aa liofilizada utilizou-se a unidade Spe- ed SFE (Applied Separations, Inc., Allentown, PA USA, modelo 7071) equipada com recirculador (POLYSCIENCE, F08400796), um compressor (SCHULZ, modelo CSA 7,8), um medidor de vazo de CO2 na sada do sistema (Alicat Scientific, M5SLPM) e um cilindro de CO2 (LINDE, pureza 99,9% ). As extraes foram realizadas utilizando-se trs condies de temperatura (50, 60 e 70C) e presses que variaram de 150 a 490 bar, resultando em trs densidades (0,7, 0,8 e 0,9 g/ml).

Figura 1: Spe-edTM SFE modelo 7071 da Applied Separations, Inc.

Composio em cidos graxos

A composio em cidos graxos dos extratos obtidos foi determinada pela converso em steres metlicos de cidos graxos (EMAGs) de acordo com o mtodo proposto por [14], utilizando para anlise um Cromatgrafo a Gs (Varian modelo CP 3380) acoplado com detector de ionizao em chama (DIC) e coluna capilar CPSil 88 de 60 m de comprimento, dimetro interno de 0.25 mm e espessura do filme de 0.25 m da Varian Inc. Injetou-se 1 l, sendo que gs hlio foi utilizado como fase mvel com vazo de 0,9 ml/min e o DIC e o injetor (splitratio 1:100) a 250 C. A programao de temperatura da coluna foi desempenhada de 80 C por 4 min e ento elevada para 205 C com 4 C/min.

A identificao dos picos individuais de cidos graxos foi realizada com base em padres (Nu-check-prepInc, EUA). Assim como, utilizou-se o software Varian Star 3.4.1 para calcular os tempos de reteno e reas dos picos. Os resultados foram expressos com percentuais relativos de cidos graxos totais.

Sntese de nanopartculas

As nanopartculas de Fe3O4 foram obtidas por meio da modificao do mtodo de decomposio trmica [4], e consistiu na adio de 1.065,83 mg de acetilacetonato de ferro III em 30 ml de difenil ter, com 3 ml de oleilamina, 3 ml de leo de aa (condies de obteno do leo: 320 bar e 70C) e 2.273,27mg de 1,2-octanodiol. A soluo foi submetida sob agitao e refluxo em atmosfera de nitrognio durante 2h, em um balo de trs bocas utilizando uma manta aquecedora e um condensador de bolas. Aps arrefecimento at temperatura ambiente, a soluo foi diluda em etanol e centrifugada para a retirada do material slido, que em seguida foi seco vcuo por 24h para obteno da amostra em forma de p.

Caracterizao das nanopartculas

Difrao de Raios X (DRX)

A estrutura cristalina das nanopartculas de xido de ferro foi analisada atravs do grfico da intensidade de raios X difratada em funo de 2, obtido aps a medida da amostra em p, utilizando um difratmetro de raios X da marca PANalytical, modelo XPert PRO com detector XCelerator, radiao Cu K (1 = 0,154060 nm e 2 = 0,154443 nm) e com tenso e corrente de operao de 40kV e 40mA, respectivamente. Para a coleta dos dados foi utilizado um tamanho do passo de 0,05.

Anlise por Ativao com Nutrons (NAA)

A determinao da concentrao de Fe foi realizada no precipitado de Fe3O4, p coletado aps todo o processo de sntese e secagem a vcuo, e na soluo, 38 ml aps primeira centrifugao da soluo resultante do processo de sntese da amostra. Antes de realizar as medidas de NAA, pesou-se uma massa de 0,03058 g de amostra de precipitado em uma cpsula de polietileno de alta pureza da Vrije Universieteit Amsterdam usando uma balana analtica da marca Shimadzu com uma preciso de 0,00001 g. Para a amostra em soluo, 300 microlitros de amostra foram pipetadas em uma tira de papel de filtro Whatmamno 42 a qual foi colocada num dessecador para secagem da alquota. O padro sinttico para comparao com a amostra de precipitado foi preparado pipetando na cpsula de polietileno uma alquota de 100 microlitros da soluo padro de Fe (10009 30 mg L-1) certificada da SpexCertprep, USA, seguida de secagem da alquota a temperatura ambiente no interior de um dessecador. A ausncia da impureza de Fe nesta cpsula de polietileno foi verificada por meio da anlise do branco. Esta mesma quantidade de padro sinttico de Fe foi utilizada para comparao com a amostra em soluo, aps processo de secagem sob uma tira de papel de filtro, a qual foi dobrada e colocada em invlucro de polietileno. As amostras e padres foram envoltos em folha de Alumnio e colocadas em um dispositivo para irradiao no reator nuclear IEA-R1 por 16h sob fluxo de nutrons trmicos de 5,4 x 1012 n cm-2 s-1. Aps o tempo de uma semana de decaimento, as atividades gama da amostra irradiada e do padro de Fe, foram medidas no detector de Ge hiperpuro acoplado a um Analisador de Espectro Digital DAS 1000 (ambos da marca CANBERRA). Os dados de espectro gama foram obtidos utilizando o software Genie 2000, verso 3.1 (marca CANBERRA). O elemento Fe foi identificado pela medida do 59Fe pelas energias de raios gama de 1099,25 e 1291,60 keV e meia vida de 44,5 d. A concentrao de Fe foi calculada pelo mtodo comparativo [15], por meio da equao (1):

(1)

onde os ndices a e p referem-se amostra e padro, respectivamente; Ca a concentrao do elemento na amostra; Ma a massa total de amostra; mp a massa do elemento no padro; t1/2 a meia vida do radio istopo considerado; td o tempo de decaimento.

RESULTADOS E DISCUSSES

A polpa de aa liofilizada apresentou 2.3 0.2 % de umidade, densidade real (r) de 1.23 0.01 g/cm3. O dimetro mdio das partculas foi de 0.8659 mm.

Na tabela 1, esto apresentados o perfil de cidos graxos dos extratos de polpa de aa liofilizada obtidos atravs de extrao com dixido de carbono no estado supercrtico em diferentes condies operacionais. O desvio padro para todos os cidos graxos foi menor que 1.8%. A quantidade total de cidos graxos nos extratos de aa variou de 0.02 a 65.81%. Foi observado a presena de cido caprlico (C8:0) em todas as condies experimentais utilizadas para obter o extrato de aa. A condio 320 bar/70C apresentou maior concentrao de cido caprlico enquanto a menor concentrao foi encontrada na condio de 490 bar/70C. Traos de cido cprico (C10:0) foi obtido nas condies de 150 bar/50C, 220 bar/70C, 320 bar/70C e 490 bar/70C. Para o cido tridecanoico (C13:0), cido pentadecanoco (C15:0) e cido linolnico (C18:3) apenas traos foram encontrados em todas as condies experimentais. O principal cido graxo saturado (SFA) em todas as condies de extrao foi o cido palmtico (C16:0) com concentrao de 90.86% na condio de 320 bar/70C seguido pelo cido esterico (C18:0). Em relao aos cidos graxos poli-insaturados (PUFA), o cido oleico (C18:1) apresentou maior concentrao 65.81% seguido pelo linoleico (C18:2) e o cido palmitoleico (C16:1). Anlises do perfil de cidos graxos de extrato de aa indica uma razo de saturado/insaturado baixo e a quantidade de MUFA maior que a de PUFA. Os resultados encontrados neste trabalho para o cido oleico so prximos aos encontrados por [16, 17 e 18] de 52%, 56.2% e 54.9%, respectivamente, com exceo do extrato obtido nas condies de 320 bar/70C, no qual o percentual desse cido foi de 0.23%, sendo que nessas condies operacionais observou-se maior seletividade para obteno de cido palmtico 90.86%.

Concentrao de cidos Graxos em % g/100mg

cidos Graxos

50C, 150 bar

50C, 220 bar

50C, 350 bar

60C, 190 bar

60C, 270 bar

60C, 420 bar

70C, 220 bar

70C, 320 bar

70C, 490 bar

C8:0

0.6908

1.2668

0.8370

0.7730

1.5816

0.4008

0.3378

2.2799

0.0214

C10:0

---------

0.0373

0.0299

0.0250

0.0415

0.0347

---------

---------

---------

C12:0

0.0759

0.1752

0.1735

0.1357

0.1925

0.2527

0.0767

0.3387

0.1414

C13:0

---------

---------

---------

---------

---------

---------

0.0234

0.2152

---------

C14:0

0.1332

0.2400

0.1695

0.1919

0.2120

0.3097

0.1358

0.4284

0.1882

C15:0

---------

---------

---------

---------

---------

---------

---------

---------

---------

C16:0

28.1504

30.9182

23.4724

26.2933

29.2083

28.5832

25.4190

90.8646

27.8123

C16:1

4.9504

0.0304

5.4979

6.1487

7.0855

6.8369

4.1602

0.0850

5.8132

C17:0

---------

0.0423

0.1409

0.0320

---------

---------

0.0527

0.1905

0.0376

C18:0

1,0512

1.2554

1.0214

0.8039

1.1411

1.1647

1.4390

5.3583

1.3353

C18:1

64.8672

65.8103

52.7321

50.7890

60.4291

62.4172

55.7127

0.2394

64.6504

C18:2

---------

---------

15.5448

14.8073

---------

---------

12.5961

---------

---------

C18:3

---------

---------

---------

---------

---------

---------

---------

---------

---------

C20:0

0.0810

---------

---------

---------

0.1087

---------

---------

---------

---------

C22:0

---------

0.2240

0.3807

---------

---------

---------

0.0465

---------

---------

SFA

30.1825

34.1592

26.2253

28.2548

32.4857

30.7458

27.5309

99.6756

29.5362

MUFA

69.8176

65.8407

58.2300

56.9377

67.5146

69.2541

59.8729

0.3244

70.4636

PUFA

---------

---------

15.5448

14.8073

---------

---------

12.5961

---------

---------

C8:0 (cido caprlico); C10:0 (cido caprco); C12:0 (cido lurico); C13:0 (cido tridecanoco); C14:0 (cido mristico); C15:0 (cido pentadecanoco); C16:0 (cido palmtico); C16:1 (cido palmitoleco); C17:0 (cido margrico); C18:0 (cido esterico); C18:1 ( cido oleico); C18:2 ( cido linoleico); C18:3 (cido linolnico); C20:0 (cido arachidico); C22:0 (cido behnico);SFA (cidos Graxos Saturados); MUFA (cidos Graxos Monoinsaturados); PUFA (cidos Graxos Poliinsaturados).

A Figura 2 mostra o grfico da intensidade de raios X difratada em funo de 2 de nanopartculas de oxido de ferro recobertas com cidos graxos de leo de aa. Verificou-se que a posio de cada pico, isto , os planos cristalinos associados a cada pico, correspondem estrutura cristalina de nanopartculas de Fe3O4, de acordo com o resultado encontrado na literatura [4,19,20].

Figura 2: Grfico da intensidade de raios X difratada em funo de 2 de nanopartculas de Fe3O4 recobertas com cidos graxos de leo de aa.

A tabela 2 mostra o resultado obtido de uma nica medida realizada pelo mtodo de Anlise por Ativao com Nutrons da soluo, aps primeira centrifugao da soluo resultante do processo de sntese da amostra, e do precipitado de Fe3O4, p coletado aps todo o processo de sntese e secagem a vcuo. Os valores de concentrao de Fe mostrados na tabela foram calculados pela equao (1), onde a incerteza da determinao foi calculada considerando erros nas medidas das taxas de contagens da amostra padro.

Descrio das amostras

Concentrao de Fe

Soluo

51,5 0,4 g /mL

Precipitado de Fe3O4

542,3 2,6 mg/g

Tabela 2: Concentrao de Fe na soluo e precipitado de xido de ferro obtida pelo mtodo de Anlise por Ativao com Nutrons.

A partir dos resultados da tabela 1, observa-se uma concentrao de Fe na soluo de aproximadamente 51,5 g /mL, que em um volume de 38 ml tem-se uma massa total de ferro na soluo de 1,957 mg, indicando presena de nanopartculas de xido de ferro ainda dispersas na soluo mesmo aps uma nica centrifugao. Para um amostra de precipitado de Fe3O4 com massa de 0,03058g e concentrao de Fe de aproximadamente 542,3 mg/g, obteve-se uma massa total de Fe de 16,58 mg. Isto mostra que 89,5% da massa de precipitado constituda de Fe e o percentual restante (10,5%) pode ser constitudo de material orgnico, que provavelmente so as cadeias carbnicas de cidos graxos que esto revestindo as nanopartculas. Assim, estas anlises demonstram o bom resultado obtido com a sntese de nanopartculas de xido de ferro por decomposio trmica com a utilizao de cidos graxos contidos no leo de aa.

CONCLUSO

O mtodo de extrao com dixido de carbono no estado supercrtico demonstrou-se eficaz na obteno de extrato de aa liofilizado. Em todas as condies experimentais utilizadas neste trabalho, mostraram resultados promissores na obteno de cido graxos saturados e insaturados. A caracterizao por difrao de raios X e Anlise por Ativao com Nutrons mostraram a obteno de nanopartculas de Fe3O4, com um percentual de 10,5% de massa que provavelmente est relacionada as cadeias carbnicas que constituem os cidos graxos responsveis pelo revestimento das nanopartculas. Com isso, pode-se afirmar uma possvel utilizao de leo de aa (Euterpe oleracea) como fonte de cidos graxos para a sntese de nanopartculas por decomposio trmica e que este estudo contribuir significativamente para aplicaes biomdicas.

PUBLICAES

Batista,C. C. R., Santos, A. P. M., Silva, A. P. S., Cordeiro, R. M., Arajo, M. E., Machado, N. T., Rodrigues, A. M. C., Carvalho Jr., R. N. Obteno de Extratos da Polpa de Aa (Euterpe Oleracea) Liofilizada por Extrao Supercrtica: Isotermas de Rendimento Global e Composio em cidos Graxos. XX Congresso Brasileiro de Engenharia Qumica XXCobeq, Florianpolis SC-Brasil, CD-ROM, 2014.

Silva, A. P. S.; Corra, B. S.; Batista, C. R.; Pinto, R. H. H.; Cordeiro, R. M.; Matos, I. T; Effenberger, F. B.; Carvalho Jr, R. N.; Saiki, M.; Sena, C.; Carbonari, A. W. Sntese e Caracterizao de Nanopartculas Magnticas de Fe3O4 Recobertas com leo de Aa para Aplicaes Biomdicas. International Nuclear Atlantic Conference INAC 2015, So Paulo SP - Brasil, 2015.

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18. Rogez, H. Aa: Preparo, Composio e Melhoramento da Conservao. Belm: EDUFPA, 2000. 313p

19. M. Shen, H. Cai, X. Wang, X. Cao, K. Li, S. H. Wang, R. Guo, L. Zheng, G. Zhang, X. Shi. Facile one-pot preparation, surface functionalization, and toxicity assay of APTS-coated iron oxide nanoparticles. Nanotechnology, 23, pp. 105601 (2012).

20. T. Matos, B. B. Santos, G. A. C. Pasca, A. W. Carbonari. Magnetic behavior of La-doped Fe3O4 studied by perturbed angular correlation spectroscopy with 111Cd and 140Ce. Journal of Applied Physics, 117, pp. 17d511.1-17d511.4 (2015).

DIFICULDADES As anlises de microscopia eletrnica de varredura (MEV) no foram efetuadas e as medidas de espectroscopia de correlao angular gama-gama perturbada (PAC), no apresentaram os resultados esperados. E Por conta dos equipamentos serem disponibilizados apenas no Laboratrio de Interaes Hiperfinas do IPEN (USP-SP), no puderam ser repetidos os experimentos.

PARECER DO ORIENTADOR: A aluna de iniciao cientfica desenvolveu suas atividades de pesquisa com responsabilidade, demonstrou maturidade cientfica diante das dificuldades que surgiram durante o desenvolvimento do trabalho. Portanto, considero exemplar o aprendizado cientifico da aluna.

INFORMAES ADICIONAIS: Em caso de aluno concluinte, informar o destino do mesmo aps a graduao. Informar tambm em caso de alunos que seguem para ps-graduao, o nome do curso e da instituio.

DATA: __10__/__08__/__2015__

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ASSINATURA DO ORIENTADOR

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ASSINATURA DO ALUNO

21

13

20

30

40

50

60

70

0

2000

4000

6000

440

511

422

400

311

220

Intensidade (u.a.)

2

q

(graus)

Fe

3

O

4

+ aai