Termodinâmica de partição do corante natural carmim de cochonilha em diferentes sistemas aquosos bifásicos

Abstract

Atualmente, corantes e pigmentos são largamente utilizados nas indústrias de alimentos, cosméticos e fármacos. Devido a diversos corantes sintéticos terem sidos considerados carcinogênicos, a demanda por corantes naturais tem crescido. Dentro deste contexto, o pigmento vermelho extraído do corpo seco das fêmeas do inseto Dactylopius Coccus Costa (Cochonilha) tem recebido grande atenção. O componente majoritário presente no pigmento extraído é o ácido carmínico que representa aproximadamente 20 % da massa do corpo do inseto. O ácido carmínico é considerado um corante funcional, pois pode ser usado não somente como corante alimentício, mas também pode proteger os alimentos contra deterioração por oxidação. A extração do ácido carmínico é geralmente estabelecida pela complexação de alumínio e cálcio em solução aquosa e o complexo formado é conhecido como carmim. A presença de impurezas neste processo influencia diretamente a qualidade do corante. Para solucionar este problema alguns trabalhos têm procurado desenvolver metodologias de purificação do corante carmim que satisfaçam as expectativas e necessidades das indústrias e dos consumidores. Uma alternativa poderosa e ecologicamente correta para purificação de solutos que tem surgido nos últimos anos é a extração aquosa utilizando sistemas aquosos bifásicos (SABs). Estes são obtidos quando dois polímeros hidrossolúveis ou polímero e sal são dissolvidos em água até uma concentração crítica em que duas fases imiscíveis são formadas. Recentemente, Mageste e colaboradores introduziram os SABs como alternativa para a purificação do corante carmim. Os autores avaliaram o comportamento de partição do carmim em diferentes SABs formados pela mistura de soluções de polímero/copolímero e sal. Esta pesquisa revelou que as moléculas de carmim concentram-se na fase rica em polímero/copolímero de cada sistema. Este resultado tem sido atribuído às interações intermoleculares entre as moléculas de carmim e as moléculas de polímero/copolímero. A proposta do trabalho é elevar a partição do carmim em SABs para aumentar a eficiência de extração deste soluto. Para isso, o coeficiente de partição do carmim (Kc) foi avaliado para diversos SABs e os parâmetros termodinâmicos de transferência do corante foram obtidos (ΔtrH, ΔtrS and ΔtrG).

Nowadays, dyes and pigments are largely utilized in the industries foods, cosmetics and drugs. Because several synthetic colorants have been considered carcinogenic and toxic to health, the demand for natural dyes has increased. Within this context, the natural red pigment extracted of dried bodies of female insect Dactylopius Coccus Costa (cochineal) has received large attention. The major component of the pigment extracted from cochineal is carminic acid which represents approximately 20% of insect body mass. It is considered functional because not only to may be used as a food colorant but also it to protect food against the deterioration by oxidations. The extraction of carminic acid is commonly performed by use of complexation with aluminum and calcium in aqueous solution and the complex formed is known as carmine. The presence of impurities in this process directly influences the quality of the dye. For solve this problem, some works have searched to develop powerful methodologies for purification of carmine dye to satisfy the expectations and needs of industry and consumers. A powerful and correct ecologically alternative for the purification of solutes that has emerged in the last years is aqueous two-phase extraction. Aqueous two-phase systems (ATPS) are obtained when two water-soluble polymers or a polymer and a salt are dissolved in water beyond a critical concentration at which two immiscible phases are formed. In a recent work, Mageste et al. introduced ATPS as alternative for purification of carmine dye. These authors evaluated the partitioning behavior of carmine in different ATPS formed by mixture of aqueous solution of a polymer (or copolymer) and a salt. It was revealed that Carmine molecules concentrate in the polymer/copolymer-rich phase of such systems. This result has been attributed to enthalpic molecular interactions between carmine molecules and polymer/copolymer molecules. This work has the purpose of improve the knowledge of carmine partitioning behavior in aqueous two-phase systems to increase the efficiency of ATPS in the separation of this solute. For this, partition coefficient of carmine (K) was evaluated for several ATPS and thermodynamic parameters of transference of dye (ΔtrH, ΔtrS and ΔtrG) have been obtained.