Transcript Il γ-orizanolo - ZyXEL NSA210

Liceo di Lugano 2
Lavoro di maturità in chimica 2007
Estrazione e purificazione di
γ-orizanolo dalla pula di riso
Brice Donati
Mattia Gianinazzi
Docente responsabile: Carlo DeVittori
Indice
‣Introduzione
‣Presentazione del problema
‣Obiettivi del lavoro
‣Parte sperimentale
‣Conclusioni
‣Bibliografia principale
‣Ringraziamenti
‣Domande
Introduzione
‣La pula di riso è uno scarto di lavorazione del riso economicamente
poco interessante ma valorizzabile attraverso l’estrazione di principi
attivi contenuti quali il γ-orizanolo;
‣costituisce un problema di smaltimento per le industrie;
‣in letteratura non si sono raggiunte concentrazioni di γ-orizanolo
>3%;
γ-orizanolo
La materia prima: la pula di riso
Glumella
‣Scarto della raffinazione del riso
‣Miscuglio composto da “pellicola argentea”
e gemma
‣Ricca in lipidi, vitamine e minerali
Pellicola
argentea
Cariosside
Gemma
‣Si può ricavarne un olio
‣Contiene γ-orizanolo
Attaccatura
allo stelo
Il γ-orizanolo
‣Miscuglio di acidi ferulici esterificati con alcoli triterpeni e steroli vegetali
( 10 composti);
‣Presente nell’olio di pula di riso in concentrazioni 0.6 - 2.9%;
‣Proprietà terapeutiche contro alcune malattie (ipercolesterolemia,
iperlipidemia, neurosi vegetativa, ecc.);
‣Proprietà antiossidanti;
‣Di interesse anche in campo cosmetico e come integratore alimentare.
Presentazione del problema
‣Non sono descritti in letteratura metodi di purificazione di γ-orizanolo
senza l’utilizzo di solventi organici;
‣Le caratteristiche chimico-fisiche dei componenti del γ-orizanolo
rendono difficile l’estrazione e la separazione di γ-orizanolo dall’olio;
‣Irreperibilità di uno standard di γ-orizanolo;
Obiettivi del lavoro
‣Verificare qualitativamente e quantitativamente la presenza di γorizanolo nella pula di riso;
‣Sviluppare un processo di estrazione del γ-orizanolo dalla pula di riso
che ne assicuri la naturalezza e che sia applicabile su scala industriale;
‣Ottimizzare il metodo mediante uno studio parametrico del processo;
‣Sviluppare un metodo di purificazione del γ-orizanolo dagli estratti
ottenuti
Estrazione dolce (« Green chemistry »)
Fluido supercritico quale solvente
Fase aeriforme atossica avente una densità di liquido e una
viscosità di gas.(CO2)
Estrazione con fluido supercritico
Solvente: CO2 puro
Pressione (autoclave): 280
bar
Temperatura
(autoclave):
40°C
Portata del solvente: 1.5 kg/h
Condizioni fissate sulla base
sull’estrazione dell’olio dalla pula.
di
lavori
specifici
pubblicati
Estrazione con fluido supercritico
Estratto grezzo: massa pastosa-oleosa
di colore giallo-verde chiaro che fonde a
50°C.
Costituenti principali: cere e trigliceridi.
Resa: 15.4% (m/m)
Estrazione Soxhlet
Estrazione con impiego di un solvente
organico (tossico).
Solvente: esano
Estratto: pasta semi-solida di colore giallo
scuro.
Resa: 19%
Analisi dell’estratto mediante spettrofotometria UV
Scopo: quantitifcazione del -orizanolo nell’estratto
Strumenti:
• Spettrofotometro Kontron UVIKON 930
• Bilancia analitica Mettler A50
Reagenti:
• n-eptano per spettrofotometria UV puro per analisi Carlo Erba
Procedimento:
• In un matraccio graduato da 50 mL pesare esattamente circa 0.1 g di campione e portare a volume con
il solvente prescritto.
• La soluzione risultante deve essere perfettamente limpida.
• Leggere allo spettrofotometro il valore d’estinzione alla lunghezza d’onda di 315 nm, usando come
solventeoluzione di riferimento il solvente impiegato.
• I valori d’estinzione devono essere compresi tra 0.1 e 0.8; in caso contrario, ripetere le misurazioni
operando con soluzioni più concentrate o più diluite.
Espressione risultati:
Dove:
• A è il valore di estinzione assorbanza
• W è la concentrazione della soluzione in g di olio/100mL di soluzione
• 359 è il coefficiente di estinzione del γ-orizanolo
Confronto dei metodi di estrazione
SC-CO2
Soxhlet
Resa (%)
16
19
Orizanolo
(%)
3.30
4.39
Conclusioni: il risultato dell’estrazione SC-CO2 è buono ma il
processo va ottimizzato con una ricerca sui parametri p, T, tempo
e portata.
Concentrazione del -orizanolo
tramite estrazione in fase solida (SPE)
Mediante solventi di polarità inversa:
‣vengono trasportati attraverso la colonna i composti solubili nella
fase mobile (estratti);
‣rimangono adsorbiti (trattenuti) i composti non solubili o molto
interattivi con la fase stazionaria.
I composti trattenuti, nel nostro caso -orizanolo, vengono in seguito
desorbiti (eluati) con un eluente adatto.
Si possono quindi sfruttare le differenti polarità tra γ-orizanolo
(relativamente polare), cere e trigliceridi (apolari).
Concentrazione del -orizanolo tramite
estrazione
in fase solida (SPE)
Miscuglio: simulazione con olio di riso
SABO contenente 1% -orizanolo
(decerato).
I risultati migliori si ottengono con le
seguenti fasi:
Fase solida = ossido di alluminio
(polare)
Fase mobile = eptano (apolare)
Concentrazione del -orizanolo tramite estrazione
in fase solida (SPE)
Diluizione
Olio Scotti : n-eptano
Valore d’assorbanza eluato
Concentrazione di γ-orizanolo
(%)
9 :1
0.5641
3.14
5:5
0.6731
3.75
1:9
0.7475
4.16
Concentrazione mediante SPE: conclusioni
‣Tecnica SPE applicabile all’estratto grezzo, utilizzando le condizioni
precedentemente studiate (con una diluizione 10x);
‣eluente (n-eptano), sostituibile con CO2 supercritica.
Per ridurre il carico, può essere determinante ottimizzare il processo
estrattivo dell’olio dalla pula, così da ottenere frazioni preconcentrate.
Occorre uno studio di frazionamento dell’estrazione basato sui parametri
più influenti, T e p.
Concentrazione di γ-orizanolo mediante
frazionamento dell’estratto grezzo
Estrazione condotta in modo da raccogliere nel tempo singole frazioni di
estratto da analizzare per il contenuto in γ-orizanolo.
L’estrazione viene condotta dapprima in condizioni adatte all’estrazione
delle cere (p = 80-100 bar, T = 50°C).
Dopo esaurimento delle cere la densità della CO2 viene drasticamente
aumentata (p = 300 bar, T = 40°C).
Frazione
Massa CO2 [γ-orizanolo]
(Kg)
(%)
1
4.8
1.14
4
30.7
0.86
7
51.9
1.05
10
74.7
1.48
13
191.0
3.26
14
197.7
7.76
16
214.0
6.26
17
216.8
4.25
Concentrazione di γ-orizanolo mediante
frazionamento dell’estratto grezzo
Obiettivi raggiunti
1.Siamo riusciti ad ottenere concentrazioni fino al 7% senza utilizzo di
solventi organici, contro il 3.5% descritto in letteratura;
2.abbiamo simulato un processo di purificazione in grado di
incrementare la concentrazione di 4 volte, utilizzando olio scotti e neptano al posto dell’estratto frazionato e SC-CO2.
L’applicazione della tecnica SPE con Alox/Eptano/Etanolo alle
frazioni concentrate dovrebbe permettere di raggiungere
concentrazioni di γ-orizanolo superiori al 20% (ancora da
dimostrare).
Conclusioni finali: ipotesi di processo complessivo
Pensiamo che sia quindi realizzabile una procedura consistente nelle
seguenti fasi:
1.Estrazione della pula con CO2 densa a circa 100 bar (possibilmente
solo 80-90) e 50°C fino a esaurimento delle cere (cessazione di
accumulo di estratto);
2.Continuazione dell’estrazione con CO2 densa a 300 bar e 40°C con
produzione di un estratto oleoso ricco di γ-orizanolo (circa 7%);
3.Passaggio forzato dell’estratto concentrato in γ-orizanolo su fase
solida di ALOX mediante CO2 densa quale solvente (eluizione dei
trigliceridi e trattenuta dell’γ-orizanolo);
•Eluizione della fase solida ALOX con etanolo e raccolta di un
concentrato in γ-orizanolo;
•Ricircolo di CO2 ed etanolo.
Schema di processo per la conentrazione di γorizanolo
dalla pula di riso
Pompa etanolo
Etanolo
Estrattore
SPE
cere
CO2
olio
Pompa CO2
conc.orizanolo
Bibliografia principale
‣ Karan A., Separation of Oryzanol from crude Rice Bran Oil, 1998,
University of Toronto;
‣Patel P.M, Spercritical Fluid Extraction of Rice Bran Oil with
Adsorbtion on Rice Hull Ask, Diss. Louisiana State Univ.. 2005;
‣Xu Z., Godber J. S., Purification and identification of componente
of γ-oryzanol in rice bran oil, 1999, J. Agric. Food Chem., 47,
2724-2728;
‣Zhao W., Shishikura A., Fujimoto K., Arai K., Saito S., 1987,
Fractional Extraction of Rice Bran Oil with Supercritical Carbon
Dioxide, Agricultural and Biological Chemistry, Vol.51, No.7,
pp.1773-1777
Ringraziamenti
Ringraziamo:
‣Il Prof. Carlo DeVittori per il lavoro di assistenza;
‣La Riseria di Taverne SA e in particolare la Signora Ing. Paola Galli
per le spiegazioni dateci sulla lavorazione del riso e per la fornitura
di pula di riso;
‣Il reparto controllo qualità dell’Oleificio SABO di Manno per le
informazioni sulla produzione di olio di riso e per il controllo d’analisi
del γ-orizanolo.
Domande?