Brazilian journal-2001-53.p65 - Brazilian Journal of Food Technology

Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
Extraction and Production of Carmine
from Cochineal
AUTORES
AUTHORS
✉ Paulo Roberto Nogueira CARVALHO
Instituto de Tecnologia de Alimentos
Av. Brasil, 2880, 13.073-001Campinas-SP - Brasil
e-mail: [email protected]
Carol Hollingworth COLLINS
Instituto de Química. Universidade Estadual de Campinas,
Caixa Postal 6154, 13.083-970 Campinas-SP - Brasil
Cássia Regina Limonta CARVALHO
Instituto Agronômico de Campinas
Caixa Postal 28, 13.001-970 Campinas-SP - Brasil
RESUMO
A preocupação dos consumidores com o uso de substâncias artificiais em alimentos
tem aumentado muito nos últimos anos e feito com que os fabricantes procurem substitutos
para os corantes artificiais ainda utilizados. O carmim de cochonilha, nome dado ao complexo
de alumínio e cálcio do ácido carmínico (ácido 7- β - D - glicopiranosil - 9, 10 - diidro - 3, 5, 6,
8 - tetraidroxil - 1 - metil - 9, 10 - dioxo - 2 - antracenocarboxílico), extraído das fêmeas da
cochonilha (Dactylopius coccus (Costa)), tem sido muito empregado nessa substituição. Este
trabalho procurou desenvolver e otimizar uma tecnologia de produção do corante carmim de
cochonilha. Os resultados obtidos, por meio da utilização de planejamentos fatoriais fracionais,
delineamento simplex e estudos de superfícies de respostas, indicaram um rendimento total do
processo maior que 70%, superior aos encontrados na literatura para condições semelhantes,
com um teor de ácido carmínico próximo a 43%. A coloração do produto obtido foi mais
escura do que a da amostra comercial utilizada como referência. As amostras coloridas com o
carmim produzido nas condições do estudo apresentaram, no sistema CIE L* a* b*, menos
luminosidade, menos vermelho (+a*) e mais azul (-b*) do que as amostras coloridas com o
carmim comercial de referência.
SUMMARY
The preoccupation of consumers with the use of artificial coloring agents in foods has
increased recently. As a result producers of food products have searched for natural substitutes
for these artificial coloring agents. Carmine from cochineal, the name given to the complex of
aluminum and calcium with carminic acid ( 7 - β - D - glucopyranosyl - 9, 10 - dihydro - 3, 5,
6, 8 - tetrahydroxyl - 1 - methyl - 9, 10 - dioxo - 2 - antracenecarboxylic acid) extracted from
females of the cochineal family (Dactylopius coccus (Costa)) has frequently been used for this
substitution. The present project aims to optimize the technology for carmine production from
cochineal. Optimization of the preparation was studied using fractional factorial planning,
simplex and response surface, resulting in a process yield of 70%, higher than those of the
literature, with a carminic acid content of 43%. The color of the carminic acid complex was
somewhat darker than the commercial reference sample.
PALAVRAS-CHAVE
KEY WORDS
Carmim de cochonilha; Ácido carmínico / Carmine
from cochineal; Carminic acid.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
9
Recebido / Received: 13/03/2000. Aprovado / Approved: 24/11/2000.
P. R. N. CARVALHO
et al.
1. INTRODUÇÃO
A arte de colorir alimentos é muito antiga e os produtos
usados para tal fim, bastante variados. Assim, muitas
substâncias, hoje comprovadamente tóxicas, foram utilizadas
como corantes para alimentos. Os inúmeros casos de toxicidade
apresentados por aditivos para alimentos, incluindo nessa classe
os corantes, determinaram o estabelecimento de normas em
diversos países, que vão desde a proibição ou restrição do uso,
à liberdade de utilização de determinados corantes (ANGELUCCI,
1989 e 1991). Essas normas são geralmente baseadas em
ensaios toxicológicos ou justificativa de caráter tecnológico e
contam com o apoio de instituições internacionais como o
JECFA (Joint of FAO/WHO Expert Committee on Food Additives)
e a IARC (International Agency for Research on Cancer), para
estas avaliações (NAZÁRIO, 1989).
Além disso, a preocupação dos consumidores com o
uso de substâncias artificiais em alimentos tem aumentado
muito nos últimos anos e feito com que a indústria busque
substitutos para os corantes artificiais ainda utilizados. Essa
substituição tem esbarrado em características como
estabilidade, solubilidade, preço e fornecimento onde, de modo
geral, os corantes artificiais levam vantagens. Dessas
características, a estabilidade tem sido colocada como a maior
desvantagem apresentada pelos corantes naturais. Uma
exceção é o carmim de cochonilha, que tem feito da estabilidade
sua principal característica e, com isto, conquistado cada vez
mais o mercado (SATO et al., 1992).
O objetivo desse trabalho foi desenvolver e otimizar
uma tecnologia de produção de carmim de cochonilha,
avaliando as modificações necessárias para se obter um produto
que atenda às especificações técnicas.
2. MATERIAL E MÉTODOS
2.1 Material
2.1.1 Matéria-prima
a) A matéria-prima utilizada para o estudo de extração
foi uma cochonilha seca, obtida no mercado e caracterizada em
nosso laboratório quanto à sua composição centesimal e
concentração de ácido carmínico.
b) O corante carmim de cochonilha utilizado como
padrão comercial foi obtido no mercado, junto a empresas da
área de corantes para alimentos.
c) Padrão de ácido carmínico, marca Sigma, lote
n o 44H2502.
2.1.2 Reagentes
Todos os reagentes e solventes foram utilizados de
acordo com suas especificações e finalidades.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
2.1.3 Equipamentos
a) Espectrofotômetro UV/Vis. marca Hitachi, modelo
U2000, com “auto sipper” e amostrador automático marca
Hitachi, modelo AS1000.
b) Espectrômetro marca MacBeth, modelo Comcor
1500 plus
Demais equipamentos de uso comum em
laboratório, como estufa a vácuo, estufa ventilada, chapas
de aquecimento, evaporador rotativo, aparelho de ultrasom, mufla, balanças, etc.
2.2 Métodos
2.2.1 Métodos analíticos
Umidade: baseado no método descrito pelo INSTITUTO
ADOLFO LUTZ (1985); Matéria graxa: segundo STOLDTWEIBULL (DIEMAIR, 1963); Cinzas: baseado no método descrito
por HORWITZ (1980); Proteínas: segundo KJELDHAL
(HORWITZ, 1980) e Ácido carmínico: segundo FAO/WHO
(1981).
2.2.2 Estudo dos fatores significativos
Observou-se, durante trabalhos preliminares com a
extração do corante, a influência de um grande número de
fatores no rendimento e qualidade do produto final. Para
avaliar a importância desses fatores e selecionar os
significativos, utilizou-se um delineamento fatorial fracionado
com os seguintes fatores: pH de extração, pH de reação
(quelação), concentração dos reagentes (sulfato de alumínio e
potássio e acetato de cálcio) e sistema de adição dos sais (juntos
ou separados).
Os fatores estudados, no total de cinco, foram os
seguintes: pH de extração 2 (-) e 12 (+), pH de precipitação 6
(-) e 8 (+), massa de sulfato de alumínio e potássio 0,25g (-) e
0,5g (+), massa de acetato de cálcio 0,1g (-) e 0,17g (+) e
forma de adição dos sais (sulfato de alumínio e potássio e
acetato de cálcio) separados (-) (com a adição do sulfato de
alumínio e potássio antes do acetato de cálcio) e juntos (+).
Como critérios de avaliação foram observados os
rendimentos em massa e em ácido carmínico de cada ensaio.
Os ensaios foram conduzidos de maneira aleatória com a
geração da ordem sendo estabelecida com o auxílio de
software estatístico.
Os procedimentos para extração e produção do quelato
empregados nessa parte do estudo foram os seguintes:
pesaram-se aproximadamente 5g de matéria-prima e
adicionados a 1000mL de água com pH corrigido (com NaOH
ou HCl) para os valores do estudo. A solução foi aquecida à
ebulição por 30 minutos, esfriada e o pH foi novamente
corrigido para os valores estabelecidos para a reação de
quelação. Os reagentes necessários à formação do quelato
foram adicionados, na proporção e situação (juntos ou
10
P. R. N. CARVALHO
et al.
separados) descritas no planejamento experimental, e a mistura
foi aquecida à ebulição, por 15 minutos. A solução foi resfriada
e o material precipitado foi separado por filtração a vácuo. O
corante retido pelo papel de filtro (Whatman 42) foi seco em
estufa a vácuo (270 kPa) em temperatura inferior a 60oC. O
material resultante foi pesado, triturado e o teor de ácido
carmínico determinado por espectrofotometria (FAO/WHO,
1981).
2.2.3 Estudo de otimização dos processos de produção
do corante
Após o conhecimento dos fatores que afetam
significativamente o rendimento do processo de produção do
corante carmim de cochonilha, procurou-se otimizar esse
rendimento alterando-se os valores desses fatores.
a) Otimização de pH e tempo de reação para formação
do quelato
Para avaliar o melhor pH para a formação do quelato e
o tempo necessário para essa reação, foi utilizado um
delineamento simplex seqüencial (BRUNS et al., 1994), partindo
do pH = 7 e tempo de aquecimento de 30 minutos. As variações
iniciais foram de 1 unidade de pH e de 15 minutos para o
tempo de aquecimento.
Os procedimentos de extração dos pigmentos usados
nesse ensaio foram os seguintes: foi pesado
aproximadamente 1g de matéria-prima que foi adicionado a
250mL de uma solução aquosa de NaOH 0,4%. A solução foi
aquecida à ebulição por 30 minutos, esfriada e o pH foi
corrigido para 4, com a utilização de HCl. O material
precipitado foi separado por filtração e o pH do extrato foi,
então, corrigido aos valores estipulados pelo modelo. Os
reagentes necessários à formação do quelato foram
adicionados ao extrato, na concentração estequiométrica, e a
mistura aquecida até a ebulição por períodos de tempo dados
pelo modelo. O extrato foi resfriado e o material precipitado
foi separado por filtração a vácuo. O corante retido pelo papel
de filtro (Whatman 42) foi seco em estufa a vácuo (270 kPa)
em temperatura inferior a 60oC. O material resultante foi
pesado, triturado e o teor de ácido carmínico foi analisado
por espectrofotometria (FAO/WHO, 1981).
b) Otimização do pH de extração, concentração de
sulfato de alumínio e potássio e concentração de
acetato de cálcio
Dois estudos de superfície de resposta foram conduzidos
visando a otimização do rendimento do processo. No primeiro
delineamento foram estudados o pH de extração e as
concentrações de sulfato de alumínio e potássio e de acetato
de cálcio. Cada fator foi estudado em três níveis, utilizando-se
o modelo descrito por BOX, BEHNKEN (1960).
Os procedimentos de extração usados foram similares
ao descrito para o estudo do tempo de aquecimento e pH de
precipitação, alterando as variáveis agora avaliadas.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
As concentrações dos sais utilizados apresentaram, no
ponto 0, o valor estequiométrico para a precipitação do ácido
carmínico contido na matéria-prima empregada.
c) Otimização do volume de NaOH e tempo de
aquecimento para a extração do ácido carmínico
A segunda superfície de resposta foi conduzida visando
a otimização do processo de extração do ácido carmínico (etapa
inicial do processo de extração). Foram estudados, como fatores,
o volume da solução de NaOH 0,4% e o tempo de
aquecimento. O modelo escolhido foi o central composto
rotacional, com cinco níveis para os dois fatores.
O ponto central de cada fator foi estipulado em 60
minutos para o tempo de aquecimento e 30mL para o volume,
com uma variação de 30 minutos e 10mL, respectivamente.
Os procedimentos de extração utilizados para o
desenvolvimento dessa parte do estudo foram similares ao
apresentado anteriormente, com as alterações nas variáveis
estudadas.
2.2.4 Estudo da aplicação do carmim produzido e
análise de cor
Amostras de carmim comercial e carmim produzido nas
condições estabelecidas pelo estudo, foram diluídas com uma
solução aquosa de hidróxido de amônio e utilizadas para avaliar
a aplicação em produtos com baixa transmitância (leite) e de
alta transmitância (água).
As concentrações utilizadas para estas avaliações foram
de 6,0 e 12,0mg de carmim por 100mL de água e de 6,0mg de
carmim por 100mL de leite.
A análise da cor das amostras diluídas em água foi
realizada no sistema CIE L* a* b*, por meio do espectrômetro
Comcor 1500 plus, utilizando uma cápsula de fundo de vidro
óptico munida de um adaptador de fundo branco (L*= 90,67;
a* = -1,1 e b* = 5,40) que tem a finalidade de refletir a luz
transmitida até o fotodetector.
O equipamento para a leitura da cor recebeu a
configuração DREOL, com leituras feitas sob iluminante C a
um ângulo de 10o, no intervalo de 400 a 740nm. Foram
determinadas as curvas espectrais das amostras.
Para a escolha da melhor condição de leitura da cor, em
amostras transparentes foram realizadas leituras em diversas
espessuras de camadas, utilizando o adaptador de fundo
branco e duas amostras de carmim comercial com tonalidades
semelhantes. Foram realizadas leituras em camadas de 2, 4, 7,
10 e 15mm, selecionando a espessura de 7mm por refletir
melhor as diferenças entre as amostras.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1 Caracterização da matéria-prima
A cochonilha utilizada no estudo foi avaliada quanto à
sua composição e os resultados dessas avaliações estão
apresentados na Tabela 1.
11
P. R. N. CARVALHO
et al.
TABELA 1. Composição da cochonilha utilizada como
matéria-prima neste estudo.
Concentração
1
(%)
Erro-padrão
da média2
Umidade
8,88
0,06
Resíduo mineral fixo
4,56
0,08
Matéria graxa
Proteína bruta (%N x 6,25)
5,06
50,1
0,06
0,2
Ácido carmínico
15,9
0,1
Determinação
1
2
Média aritmética de três repetições analíticas
Erro-padrão absoluto
Esses valores, comparados com os citados pela
literatura, indicam baixa concentração de carmim,
possivelmente resultado de uma matéria-prima com maior
tempo de armazenamento que a trabalhada pelos outros
autores.
Supondo que os efeitos das interações de três,
quatro e cinco fatores são desprezíveis, pode-se concluir
que foram significativos os efeitos principais do fator A
(pH de extração), B (pH da reação de complexação) e C
(massa do sulfato de alumínio e potássio) e as interações
BD (pH da reação de quelação e massa de acetato de cálcio)
e CE (massa do sulfato de alumínio e potássio e ordem de
adição dos sais).
3.2.2 Resultado do estudo de pH e tempo de reação
na extração do carmim de cochonilha (simplex
seqüencial)
A Figura 1 apresenta a evolução do modelo simplex
seqüencial utilizado para o estudo de pH e do tempo para a
reação de quelação e os resultados obtidos. Observou-se
que os melhores rendimentos foram encontrados em pH 6 e
com 30 minutos de reação. Estabeleceram-se, assim, o pH
inicial para a reação de quelação igual a 6 e o tempo de
aquecimento de 30 minutos.
3.2 Estudos sobre a produção de carmim de cochonilha
60
3.2.1 Resultados dos estudos dos fatores significativos
na produção de carmim de cochonilha
(delineamento fatorial fracionado)
50
4 (69)
2 (68)
40
Tempo
As estimativas dos efeitos dos fatores estudados com a
utilização do delineamento fatorial fracionado 25-1 para o
estudo dos fatores significativos na produção do carmim estão
apresentadas na Tabela 2.
Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
3 (74)
5 (70)
30
1 (56)
20
TABELA 2. Estimativas dos efeitos dos fatores significativos
na produção do corante carmim de cochonilha.
Tratamento
a
Efeitos principais e
interações
Rendimento
(%)
Estimativa
dos efeitos
44
23,00
A
+
BCDE
=
b
B
+
ACDE
=
7
-9,00
ab
AB
+
CDE
=
10
-5,00
c
C
+
ABDE
=
22
9,00
ac
AC
+
BDE
=
60
1,00
bc
BC
+
ADE
=
15
1,50
abc
ABC
+
DE
=
30
0,00
3,25
d
D
+
ABCE
=
12
ad
AD
+
BCE
=
39
2,25
bd
BD
+
ACE
=
11
11,25
abd
ABD
+
CE
=
42
6,75
cd
CD
+
ABE
=
20
-3,25
acd
ACD
+
BE
=
40
-4,75
bcd
BCD
+
AE
=
22
-0,25
abcd
ABCD
+
E
=
45
-0,25
abcde
MÉDIA
+
ABCDE
=
17
27,25
A = pH de extração
B = pH da reação de complexação
C = massa de sulfato de alumínio e potássio
D = massa de carbonato de cálcio
E = ordem de adição dos sais
6 (57)
10
0
1
3
5
7
pH
9
11
13
FIGURA 1. Modelo da evolução do simplex seqüencial
utilizado para avaliar pH e tempo da reação de quelação.
Os valores entre parênteses indicam os redimentos
obtidos.
3.2.3 Resultado das superfícies de resposta no estudo
de produção do carmim de cochonilha
a) Estudo de pH de extração, concentração de sulfato
de alumínio e potássio e acetato de cálcio
Os resultados dos ensaios da superfície de resposta
delineada, para a otimização do pH de extração e
concentração dos sais de alumínio e cálcio estão
apresentados na Tabela 3.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
12
P. R. N. CARVALHO
et al.
TABEL A 3. Rendimentos obtidos na produção do
corante carmim de cochonilha para o estudo dos fatores
pH de extração, concentração de sulfato de alumínio e
potássio e acetato de cálcio, com base no delineamento
BOX-BEHNKEN.
Ordem dos
Ensaios
Fatores
Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
TABELA 4. Análise de variância para o ajuste do modelo
escolhido.
Fonte de variação
Graus de
liberdade
Soma dos
quadrados
Regressão
9
3018,89
335,43
Rendimento
(%)
Resíduo
5
61,23
12,25
Falta de ajuste
3
43,13
14,38
9,05
pH de
extração
AlK(SO4)2
13
-1
-1
0
54,43
Erro puro
2
18,10
6
1
-1
0
65,29
Total
14
3080,12
5
-1
1
0
67,57
2
1
1
0
92,19
1
-1
0
-1
69,48
3
1
0
-1
91,70
7
-1
0
1
73,09
11
1
0
1
94,19
14
0
-1
-1
44,79
12
0
1
-1
72,07
8
0
-1
1
50,00
9
0
1
1
57,10
4
0
0
0
62,18
15
0
0
0
67,57
10
0
0
0
67,19
Ca(CH3COO)2
Quadrado
médio
F
27,39
1,59
% de variação explicada pelo modelo = 98,01
A análise estatística dos coeficientes da equação
proposta indica que existe uma interação significativa (ao nível
de 5%) entre a concentração de sulfato de alumínio e potássio
e a concentração de acetato de cálcio. Desse modo, foram
construídas superfícies de resposta para os valores de acetato
de cálcio, fixados em -1 (0,13g), 0 (0,26g) e +1 (0,39g),
representados pelas seguintes equações:
(+1) R = 66,48 + 9,57 x1 +4,25 x2 +15,17 x1 2 - 10,95 x2 2 +3,44 x1 x2
(E2)
( 0 ) R = 65,65 + 9,85 x1 +9,30 x2 +15,17 x1 - 10,95 x2 +3,44 x1 x2
(E3)
(-1) R = 67,40 + 10,13 x1 +14,35 x2 +15,17 x1 - 10,95 x2 +3,44 x1 x2
(E4)
2
2
2
2
As Figuras 2, 3 e 4 apresentam as superfícies de resposta
descritas pelas equações anteriores (E2, E3 e E4).
Níveis codificados
Fatores
-1
0
+1
2
7
13
AlK(SO4)2 (g)
0,40
0,80
1,20
Acetato de cálcio (g)
0,13
0,26
0,39
pH de extração
Os rendimentos (R) observados podem ser descritos
pela seguinte equação (E1):
R=
65,64 + 9,85 x1 + 9,30 x2 - 0,46 x3 + 15,17 x12 - 10,95 x22 + 1,29 x32 + 3,44 x1 x2 -0,28 x1 x3 -5,05 x2 x3
(1,74)
(1,06)
(1,06)
(1,06)
(1,57)
(1,57)
(1,57)
(1,51)
(1,51)
(1,51)
onde: x1, x2, x3 representam, respectivamente, os fatores: pH
de extração, concentração de sulfato de alumínio e potássio e
concentração de acetato de cálcio, e os números entre
parênteses representam os erros-padrão dos coeficientes da
equação.
A Tabela 4 apresenta a análise de variância do modelo
escolhido. Os valores obtidos indicaram que não há evidência
de falta de ajuste no modelo. O valor de “F” calculado (1,59)
não é estatisticamente significativo ao nível de 5%.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
FIGURA 2. Superfície de resposta e curvas de nível para a
equação ajustada à concentração de acetato de cálcio = 1.
13
P. R. N. CARVALHO
et al.
FIGURA 3. Superfície de resposta e curvas de nível para a
equação ajustada à concentração de acetato de cálcio = 0.
O maior rendimento foi obtido para a concentração de
acetato de cálcio igual a -1 (0,13g). Assim, utilizando a equação
de rendimento máximo (E4), o valor de pH = 13 (x1 = 1 ) e o
rendimento ( R ) = 99,90%, obtém-se o valor de 1,14g, que
corresponde à quantidade ideal de sulfato de alumínio e
potássio, para as condições do estudo.
b) Estudo do volume de NaOH e tempo de
aquecimento dos processo de extração
Os resultados dos ensaios para otimização do tempo e
do volume de extração do ácido carmínico da matéria-prima
estão apresentados na Tabela 5.
O ajuste da equação polinomial de segundo grau para
os valores obtidos fornece a seguinte equação:
R=
65,31 + 4,23 x1 - 1,02 x2
(1,07)
(0,93)
(0,93)
- 3,76 x1 2
(0,97)
- 1,55 x2 2
(0,97)
- 1,44 x1 x2
(1,32)
(E5)
onde: R = rendimento observado; x1 e x2 = fatores:
volume e tempo de extração, respectivamente. Os números
entre parênteses representam os erros padrão dos coeficientes
da equação.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
FIGURA 4. Superfície de resposta e curvas de nível para a
equação ajustada à concentração de acetato de cálcio = -1.
A Figura 5 apresenta a superfície de resposta descrita
pela equação anterior (E5).
A Tabela 6 apresenta a análise de variância do modelo
escolhido. Os valores obtidos indicam que não há evidência
de falta de ajuste no modelo. O valor de “F” calculado (0,14)
não é estatisticamente significativo ao nível de 5%.
Desenvolvendo a equação polinomial proposta (E5)
para maximizar o rendimento obtiveram-se, para a variável x1,
o valor de 0,648 e para a variável x2, o valor de 0,567, que
representam 79,44mL e 24,33 minutos para o volume e o
tempo de extração, respectivamente, nas condições do estudo.
Observou-se, ainda, que a variável “tempo” não apresenta
participação significativa no modelo estudado.
3.2.4 Tecnologia proposta
Com os resultados obtidos foi possível otimizar a
tecnologia proposta para a produção do carmim de cochonilha.
Os valores observados no estudo de extração do ácido
carmínico da matéria-prima apresentaram um baixo
rendimento (≅ 67%) sendo, portanto, o aspecto limitante do
processo. Sugere-se uma reciclagem do resíduo desta extração,
procurando aumentar a eficiência da tecnologia.
14
Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
P. R. N. CARVALHO
et al.
TABELA 5. Resultados obtidos para o estudo de tempo e
volume de extração de ácido carmínico, com base no
delineamento central composto rotacional.
Ordem dos
ensaios
7
3
2
9
5
1
Fatores
Volume
Tempo
Rendimento
(%)
-1
1
-1
1
-1
-1
1
1
0
56,19
65,93
55,87
61,06
51,32
0
64,71
2
-
2
14
0
6
0
8
12
4
13
11
10
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Volume de
NaOH 0,4% (mL)
Tempo (minutos)
Soma dos
quadrados
Quadrado
médio
F
Regressão
5
273,33
54,67
11,58
Resíduo
8
37,76
4,72
Falta de ajuste
3
3,04
1,01
Erro puro
5
34,72
6,94
13
311,09
0,14
O tempo de extração estabelecido foi de aproximadamente 25 minutos (medidos após a entrada em ebulição)
para uma proporção de solvente igual a 80mL/g de amostra.
O solvente utilizado foi uma solução de NaOH 0,4%.
Após a extração, o extrato foi resfriado, seu pH corrigido
para 4 (com HCl) e filtrado. O resíduo foi reciclado para nova
extração e o pH do filtrado acertado para 6. Os sais foram,
então, adicionados ao extrato.
67,30
63,81
63,60
69,74
64,34
63,07
A concentração de sulfato de alumínio e potássio
estabelecida equivale a 150% do valor estequiométrico, ou
seja, para cada grama de ácido carmínico deve-se utilizar 0,72g
de AlK(SO4)2 . 12 H2O.
Níveis codificados
Fatores
Graus de
liberdade
% de variação explicada pelo modelo = 87,87
61,38
2
Fonte de
variação
Total
63,49
2
-
TABELA 6. Análise de variância para ajuste do modelo.
- 2
17,58
-1
0
+1
30
60
90
102,42
15,86
20
30
40
44,14
2
A concentração de acetato de cálcio encontrada que
apresentou maior rendimento foi igual a 50% do valor
estequiométrico, sugerindo a participação de outra fonte de
cátion na formação do quelato, nas condições utilizadas neste
estudo. O valor estabelecido para cada grama de ácido
carmínico foi igual a 0,08g de Ca(CH3COO)2 .
A mistura foi aquecida à ebulição por 30 minutos,
resfriada e o material precipitado, separado por filtração. O
corante obtido foi seco em estufa a vácuo em temperatura
inferior a 60oC, triturado e envasado.
A Figura 6 apresenta o fluxograma do método
estabelecido.
-
FIGURA 5. Superfície de resposta e curvas de níveis para a
equação ajustada ao estudo de extração de ácido carmínico.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
FIGURA 6. Fluxograma do processo estabelecido para a
produção do corante carmim de cochonilha.
15
Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
P. R. N. CARVALHO
et al.
3.2.5 Avaliação das condições propostas para
produção do carmim de cochonilha
Estabelecidos os valores dos processos estudados
na extração do carmim de cochonilha, realizou-se a
comprovação de sua eficiência, por meio de três ensaios.
Procurou-se avaliar o balanço de massas e o rendimento
em ácido carmínico (Tabela 7).
TABELA 7. Resultados do estudo de produção de carmim de
cochonilha estabelecido neste estudo.
Ensaios
1
2
3
Média + EP
Resíduo da 1a filtração (g)
3,74
3,93
4,08
3,92 +0,10
% de ácido carmínico
10,12
8,23
12,50
10,28 +1,24
910
1245
950
1035 +106
% de ácido carmínico
0,015
0,011
0,010
0,01 +0,002
Carmim (g)
2,82
2,52
2,69
2,68 +0,09
% de ácido carmínico
41,07
42,21
44,85
42,71 +1,12
Rendimento (%)
73,02
67,07
76,07
72,05 +2,64
Extrato da 2a filtração (g)
EP = erro-padrão da média
O rendimento do processo de extração (1a etapa) foi de
74,59%, pouco superior ao observado no modelo estudado
(67%). A reação de complexação apresentou um rendimento
de 91,25%, inferior ao valor teórico de rendimento máximo
(99,9%).
O rendimento total do processo foi de 72,05%, em
média, superior aos valores observados na literatura onde
OVIEDO, GIBAJA (1977), avaliando quatro processos de
produção de carmim (métodos Alemão, Madame Cenette,
Frances e Thorpe), obtiveram rendimentos inferiores a 70%.
PRADO (1985) obteve rendimento de 73,28% utilizando
um sistema de extração com tempo superior a 12 horas,
com troca constante de solventes. RIOS (1989) conseguiu
rendimento de 65,05%, utilizando sucessivas extrações do
carmim da matéria-prima previamente desengordurada.
O teor de ácido carmínico do produto final (42,7%)
deve ser melhorado ao se trabalhar com matéria-prima de
melhor qualidade. A cochonilha utilizada, com 15,9% de ácido
carmínico, é de qualidade inferior às utilizadas por PRADO
(20,87%) e RIOS (23,80%).
A Tabela 8 apresenta os resultados da composição do
corante produzido. Os valores observados para umidade,
proteína, cinza e ácido carmínico estão de acordo com as
especificações dadas pela legislação brasileira.
A cor do carmim obtida foi mais escura que a cor da
amostra comercial e possivelmente foi resultado da quantidade
de sulfato de alumínio e potássio utilizada. O valor otimizado
para máximo rendimento resultou em um produto com
coloração diferente (mais escura) do comercial.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
TABELA 8. Composição do carmim obtido neste estudo.
Amostras
1
2
3
Média + EP
Umidade (%)
16,04
13,26
13,43
14,24 + 0,90
Proteína (%N x 6,25) (%)
24,2
24,6
24,1
24,3 + 0,2
Cinzas (%)
9,04
8,91
9,64
9,20 + 0,22
Ácido carmínico (%)
41,1
42,2
44,9
42,7 + 1,1
EP = erro-padrão (absoluto) da média
3.3 Estudo da aplicação do carmim produzido em
amostras-modelos e análise da cor
A Tabela 9 apresenta os dados de cores no sistema CIE
L* a* b*, para as amostras de água e leite coloridas com o
carmim comercial e com o carmim produzido em nosso
laboratório. Observou-se que todas as amostras coloridas com
o carmim, obtido nas condições estabelecidas neste estudo,
apresentaram menos luminosidade (L*), menos vermelho (+a*)
e mais azul (-b*) do que as amostras coloridas com o carmim
comercial. Observou-se, ainda, que as amostras de água
coloridas com o carmim comercial, nas concentrações de
12,0mg/100g, apresentaram tonalidade amarela (+b*), o que
não aconteceu nas amostras coloridas com o carmim
produzido pelo estudo.
TABELA 9. Cor no sistema CIE L* a* b*, das amostras de água
(em camada de 7mm de espessura) e de leite, coloridas com o
carmim comercial e com o carmim produzido pelas condições
estabelecidas neste estudo.
Amostra
Água + carmim comercial (6,0mg/100g)
L*
a*
b*
46,70
42,04
-1,22
Água + carmim comercial (12,0mg/100g)
35,61
52,59
5,84
Água + carmim produzido (6,0mg/100g)
40,83
38,35
-6,86
Água + carmim produzido (12,0mg/100g)
26,42
45,70
-3,70
Leite + carmim comercial (6,0mg/100g)
66,83
32,27
-2,32
Leite + carmim produzido (6,0mg/100g)
62,08
27,55
-9,37
L* = luminosidade, a* = vermelho, b* = amarelo, -b* = azul
4. CONCLUSÕES
Os resultados alcançados durante o estudo do corante
carmim de cochonilha permitiram observar que:
- O rendimento conseguido pelas condições propostas (72%)
foi superior aos encontrados na literatura para condições
semelhantes.
- O processo desenvolvido apresentou rapidez e simplicidade,
podendo, com ajustes, ser extrapolado para condições
industriais.
16
P. R. N. CARVALHO
et al.
- O corante, produzido em condições em que se procurou
maximizar o rendimento, apresentou uma coloração com
tonalidade mais azul do que a do pigmento comercial.
- Este trabalho indicou, também, que é possível obter corantes
carmim com tonalidades diferentes, apenas modificando
alguns fatores no processo de produção, merecendo, por isso,
estudos posteriores que padronizem essas alterações.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
ANGELUCCI, E. Corantes Naturais Versos Corantes Artificiais. Vantagens
e Desvantagens. In: CARVALHO, P. R. N. Corantes Naturais para
Alimentos. ITAL, Campinas, SP. 1989, 89p.
ANGELUCCI, E. Corantes para Alimentos In: CARVALHO, P. R N.,
YABIKU, H. Y. II Seminário de Corantes Naturais para Alimentos. I
Simpósio Internacional de Urucum. ITAL, Campinas, SP., 1991, 320p.
BOX, G. E. P., BEHNKEN, D. W. Some New Three Level Designs for the
Study of Quantitative Variables Technometrics., 2:455-475, 1960.
BRUNS, R. E., BARROS NETO, B., SCARMINIO, I. S. Otimização e
Planejamento de Experimentos. Uma Introdução à Quimiometria.
UNICAMP. Campinas, SP. 1994.
DIEMAIR, W. Laboratoriumsbuch für Lebensmittelchemiker. 8
Auflage Verlag Von Theodor Steinkopff, Dresden., 1963.
Braz. J. Food Technol., 4:9-17, 2001
Extração e Produção do Corante Carmim
de Cochonilha
FAO/WHO. Specification for Identity and Purity of Carrier Solvents,
Emulsifiers and Stabilizers, Enzime Preparations, Flavoring
Agents, Foods Colours, Sweetening Agents and Other Food
Additives. no 19, Geneva.:58-61, 1981.
HORWITZ, W. (ed.) Official Methods of Analysis of the Association of
Official Analytical Chemists. 13th ed. Association of Official Analytical
Chemists. Washington, D. C., 1980, 1018p.
INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz.
Vol. 1. Métodos Químicos e Físicos para Análise de Alimentos. 3a ed.
Instituto Adolfo Lutz, São Paulo, 1985.
NAZÁRIO, G. Avaliação Toxicológica de Corantes Naturais. In:
CARVALHO, P. R. N. Corantes Naturais para Alimentos. ITAL,
Campinas, SP., 1989, p.2-6.
OVIEDO, S. G., GIBAJA, L. D. A. Preparacion del Carmin. I. Evaluacion
de Cuatro Procesos para Preparar Carmin. Bol. Soc. Quim. Peru.,
43:133-138, 1977.
PRADO, D. M. Obtención de Carmin a partir de Extracto de Cochinilla.
Universidad Nacional Agrária La Molina, Tese para obtenção de
título de Engenheiro de Alimentos, Lima, Peru, 1985, 76p.
RIOS, E. F. Utilización del Método Carré Modificado para la Obtención
del Carmin. Tese para obtenção de título de Engenheiro de Alimentos.
Universidad Nacional Agrária La Molina. Lima, Peru, 1989, 92p.
SATO, G. S., CHABARIBERY, D., MAIA, M. L., CARVALHO, F. C., NEGRI
NETO, A., MARQUES, S. A. Tendência de Mercado para Corantes
na Indústria para Alimentos. Agricult. São Paulo. São Paulo, SP.
1:1-50, 1992.
17