Estrazione e purificazione di γ -orizanolo dalla pula di riso

2. Estrazione e purificazione di γ-orizanolo dalla pula di riso Liceo di Lugano 2 Lavoro di maturità in chimica 2007 Brice Donati Mattia Gianinazzi Docente responsabile: Carlo DeVittori

3. Indice • Introduzione • Presentazione del problema • Obiettivi del lavoro • Parte sperimentale • Conclusioni • Bibliografia principale • Ringraziamenti • Domande

4. 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

5. La materia prima: la pula di riso Glumella Pellicola argentea • Scarto della raffinazione del riso • Miscuglio composto da “pellicola argentea” e gemma • Ricca in lipidi, vitamine e minerali • Si può ricavarne un olio • Contiene γ-orizanolo Cariosside Gemma Attaccatura allo stelo

6. 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.

7. 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;

8. Obiettivi del lavoro • Verificare qualitativamente e quantitativamente la presenza di γ-orizanolo 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

9. Estrazione dolce (« Green chemistry ») Fluido supercritico quale solvente Fase aeriforme atossica avente una densità di liquido e una viscosità di gas.(CO2)

10. 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 di lavori specifici pubblicati sull’estrazione dell’olio dalla pula.

11. 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)

12. Estrazione Soxhlet Estrazione con impiego di un solvente organico (tossico). Solvente: esano Estratto: pasta semi-solida di colore giallo scuro. Resa: 19%

13. Analisi dell’estratto mediante spettrofotometria UV Scopo: quantitifcazione del γ-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

14. Confronto dei metodi di estrazione Conclusioni: il risultato dell’estrazione SC-CO2 è buonoma il processo va ottimizzato con una ricerca sui parametri p, T, tempo e portata.

15. Concentrazione del γ-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 γ-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).

16. Concentrazione del γ-orizanolo tramite estrazione in fase solida (SPE) Miscuglio: simulazione con olio di riso SABO contenente 1% γ-orizanolo (decerato). I risultati migliori si ottengono con le seguenti fasi: Fase solida = ossido di alluminio (polare) Fase mobile = eptano (apolare)

17. Concentrazione del γ-orizanolo tramite estrazione in fase solida (SPE)

18. 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.

19. 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).

20. Concentrazione di γ-orizanolo mediante frazionamento dell’estratto grezzo

21. Obiettivi raggiunti • Siamo riusciti ad ottenere concentrazioni fino al 7% senza utilizzo di solventi organici, contro il 3.5% descritto in letteratura; • abbiamo simulato un processo di purificazione in grado di incrementare la concentrazione di 4 volte, utilizzando olio scotti e n-eptano 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).

22. Conclusioni finali: ipotesi di processo complessivo • Pensiamo che sia quindi realizzabile una procedura consistente nelle seguenti fasi: • 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); • Continuazione dell’estrazione con CO2 densa a 300 bar e 40°C con produzione di un estratto oleoso ricco di γ-orizanolo (circa 7%); • 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.

23. CO2 Schema di processo per la conentrazione di γ-orizanolo dalla pula di riso Pompa etanolo Etanolo Estrattore SPE cere olio conc.orizanolo Pompa CO2

24. 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

25. 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.

26. Domande?