"PROCESSO INTEGRADO DE EXTRACÇÃO DE PROTEÍNAS E

ARABINOXILANAS DA DRECHE CERVEJEIRA"

Domínio Técnico da Invenção :

A presente invenção tem aplicação nas áreas de aproveitamento/valorização de um dos subprodutos da indústria cervejeira, a dreche, com vista à obtenção de produtos passíveis de serem usados como ingredientes na indústria alimentar, de produtos dietéticos e farmacêuticos .

Mais concretamente, a presente invenção descreve um processo integrado de extracção de proteínas e arabinoxilanas da dreche cervejeira, sem que esta necessite de qualquer tratamento prévio, através da utilização de reagentes alcalinos e a sua separação por alteração de pH e adição de etanol:

(1) extracção de proteínas e arabinoxilanas com reagentes alcalinos num processo sequencial com soluções de concentração crescente entre 0,1 e 4 M de hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio, preferencialmente, 0,1 M, 0,5 M e 4,0 M, a partir de uma amostra de dreche cervejeira sem qualquer tipo de pré-tratamento ;

(2) separação dos extractos alcalinos por decantação, filtração e/ou centrifugação;

(3) precipitação das proteínas e sua separação das arabinoxilanas por acidificação do meio com uma solução de ácido cítrico, preferencialmente, uma solução saturada;

(4) recolha das proteínas por filtração ou centrifugação, ficando as arabinoxilanas na solução aquosa;

(5) lavagem das proteínas precipitadas com etanol, para remoção de vestígios de ácido cítrico; (6) acidificação da solução aquosa remanescente com ácido clorídrico, preferencialmente com uma solução concentrada de deste ácido;

(7) adição de etanol, preferencialmente até perfazer 70% (v/v), para precipitação das arabinoxilanas ;

(8) recolha das arabinoxilanas por decantação, filtração e/ou centrifugação;

(9) lavagem das arabinoxilanas precipitadas com etanol, para remoção de vestígios de ácido cítrico;

(10) repetição dos passos 2 a 9 para cada solução alcalina usada ;

(11) neutralização do resíduo final, resultante da precipitação das proteínas e arabinoxilanas, com solução de ácido cítrico até o resíduo ficar a pH ácido, preferencialmente a pH 3, seguido de filtração e/ou centrifugação, permitindo obter uma fracção aquosa rica em arabinoxilanas que pode ser recuperada seguindo os passos 6 a 9, e a obtenção de um resíduo rico em celulose;

(12) reciclagem do ácido cítrico e etanol usados no processo integrado e recuperação do sal de cloreto de potássio ou cloreto de sódio entretanto formados, pela destilação do etanol, preferencialmente utilizando pressão reduzida. O ácido cítrico e o sal que permanecem na solução aquosa não destilada são separados por adição de etanol, que precipita selectivamente o sal e dissolve o ácido cítrico. O etanol é removido por destilação, podendo a solução saturada de ácido cítrico formada ser usada nos passos seguintes de neutralização.

Este processo integrado de extracção de proteínas e arabinoxilanas da dreche cervejeira tem como base o princípio de que as proteínas e as arabinoxilanas são solúveis em reagentes alcalinos e, por isso, extractáveis nestes solventes. Ao extracto alcalino separado da fracção sólida é adicionada uma solução concentrada de ácido cítrico. A acidificação do meio leva à precipitação das proteínas, permitindo a sua remoção, permanecendo as arabinoxilanas em solução. A solução contendo as arabinoxilanas é acidificada com ácido clorídrico concentrado até pH inferior a 2, sendo estas posteriormente recolhidas por precipitação após adição de etanol até uma concentração, preferencialmente, de 70% (v/v). O ácido cítrico permanece solúvel na solução de etanol.

A extracção pode utilizar reagentes alcalinos de concentrações crescentes, procedendo-se deste modo a uma extracção sequencial das proteínas e das arabinoxilanas com características estruturais e propriedades diferentes.

O hidróxido de potássio é o reagente alcalino utilizado no processo integrado de extracção de proteínas e de arabinoxilanas da dreche cervejeira que se propõe. A utilização deste reagente leva à formação de cloreto de potássio (KC1) após a acidificação com ácido clorídrico (HC1) . A solubilidade do KC1 em soluções aquosas contendo 70% de etanol é de 1, 874 g por 100 g de solução, à temperatura de 25°C e de 2, 834 g por 100 g de solução, à temperatura de 40°C. A solubilidade do KC1 em soluções aquosas contendo 60% de etanol é de 3, 759 g por 100 g de solução, à temperatura de 25°C e de 5, 444 g por 100 g de solução, à temperatura de 40°C. (Pinho, S.P. e Macedo, E.A. (2005), "Solubility of NaCl, NaBr, and KC1 in Water, Methanol, Ethanol, and Their Mixed Solvents", Journal of Chemical and Engineering Data, 50, 29-32) . Nestas condições, é possível separar as arabinoxilanas por precipitação nestas soluções, permanecendo o KC1 em solução. Dada a solubilidade do cloreto de sódio (NaCl) nas soluções de etanol ser comparável ou até superior à solubilidade do KC1 (Li, M.Y.; Constantinescu, D.; Wang, L.S.; Mohs, A.; Gmehling, J. (2010), "Solubilities of NaCl, KC1, LiCl, and LiBr in Methanol, Ethanol, Acetone, and Mixed Solvents and Correlation Using the LIQUAC Model", Industrial & Engineering Chemistry Research, 49, 4981- 4988), o hidróxido de sódio pode ser usado como substituto do hidróxido de potássio como reagente alcalino a utilizar. O processo de extracção pode ser realizado em batelada ("batch") ou em continuo.

O invento é utilizado para a extracção simultânea de proteínas e arabinoxilanas por um processo que permite obter as proteínas e arabinoxilanas como produtos com valor acrescentado, de um modo integrado e sequencial. O processo de extracção, nos moldes em que é aplicado, permite a reciclagem do ácido cítrico e do etanol usados, assim como a recuperação de cloreto de potássio (ou cloreto de sódio) , com ganhos substanciais em termos económicos. O processo é ambientalmente limpo e permite o aproveitamento do subproduto mais abundante da indústria cervejeira para obter, de forma integrada, extractos ricos em proteínas e arabinoxilanas que podem ser utilizados como ingredientes alimentares. São exemplos de possíveis aplicações das arabinoxilanas a sua utilização como fibra dietética e pré- bióticos (Patentes US 2008/012162 Al e WO 2010/020639 Al) . O material rico em proteínas poderá ser utilizado para obtenção de hidrolizados proteicos passíveis de suplementação em diferentes tipos de alimentos, produtos dietéticos e produtos farmacêuticos.

Este processo integrado de extracção de proteínas e arabinoxilanas da dreche cervejeira, permite extrair 65-70% das arabinoxilanas da dreche e 86-96% da proteína, num processo em que a dreche não necessita de ser submetida a nenhum pré-tratamento como a secagem (WO 2008/047081 Al) e/ou a moagem (US 2010/7709033 B2), integra todas as extracções e permite reciclar o ácido cítrico e etanol, recuperando também o sal formado (KC1 ou NaCl) .

A utilização da dreche cervejeira sem tratamento prévio, através da utilização directa de reagentes alcalinos, de modo sequencial e com concentração crescente constitui a novidade do processo proposto. Outra inovação a realçar é a precipitação selectiva e sequencial das proteínas por acidificação do meio com uma solução de ácido cítrico e das arabinoxilanas por adição de HC1 seguida de etanol. Dadas as características químicas e de solubilidade dos reagentes envolvidos, nomeadamente, as suas características de solubilidade em água e em soluções de água e etanol, é possível a separação por precipitação diferenciada das proteínas e arabinoxilanas da dreche sem a co-precipitação de sais. Por fim, este processo inovador, permite a reciclagem do ácido cítrico e etanol, que poderão ser usados nos passos seguintes, e a recuperação do sal (cloreto de potássio ou cloreto de sódio) .

0 processo usa como agente de neutralização do reagente alcalino uma solução saturada de ácido cítrico. Esta utilização inovadora tem a vantagem de utilizar um ácido de grau alimentar (E 330), com uma acidez mais elevada do que a maioria dos ácidos orgânicos e, com elevada solubilidade em água (61,8% m/m a 25°C) e em etanol (38,3% m/m a 25°C) . A elevada solubilidade do ácido cítrico em água permite a precipitação selectiva das proteínas após a neutralização e acidificação do meio, preferencialmente até pH 3, valor possível de atingir devido à acidez deste ácido. A elevada solubilidade do ácido cítrico em etanol permite que este não co-precipite juntamente com as arabinoxilanas. Dado que o ácido cítrico é utilizado para neutralização dos extractos alcalinos, este vai existir na forma de citrato. Para a sua conversão a ácido cítrico, pelas razões acima indicadas, é necessário adicionar um ácido forte, razão pela qual o processo usa uma solução concentrada de ácido clorídrico (aditivo alimentar 507). Deste modo, o citrato é convertido em ácido cítrico, com formação de cloreto de potássio ou cloreto de sódio, dependendo do reagente alcalino utilizado. Estes sais, nas concentrações em que são formados, permanecem solúveis nas soluções de etanol, o que permite a recuperação das arabinoxilanas sem co-precipitação destes sais. O etanol é um solvente GRAS - 184.1293 (Generally Recognized as Safe), geralmente utilizado na purificação de polissacarídeos por precipitação .

Antecedentes da Invenção:

A dreche cervejeira, muitas vezes também designada como "resíduos de malte" ou "bagaço de malte", constitui o principal subproduto gerado durante o processo de produção de cerveja.

Em termos genéricos, pode-se dizer que a dreche cervejeira corresponde à fracção insolúvel do mosto, sendo essencialmente constituída pelas partes fibrosas (as cascas) dos grãos da cevada maltada e de resíduos de fracções insolúveis de cereais não maltados por vezes adicionados à receita (cevada, trigo, milho, entre outros), utilizados como principal matéria-prima na produção de cerveja. A dreche é separada do mosto por filtração, após a fase de "brassagem".

A produção de cervejas origina 15-20 kg de dreche por cada hectolitro de cerveja produzida. A quantidade de dreche pode variar em função do tipo de cerveja produzida e do teor em humidade associado, sendo tipicamente entre 70 a 80%. Trata-se de um subproduto com elevado interesse, dadas as suas características em termos nutricionais e funcionais. Em Portugal, as dreches cervejeiras têm sido destinadas, praticamente exclusivamente, à alimentação animal, em particular de gado bovino. Contudo, os sectores da biotecnologia, da alimentação humana e da indústria farmacêutica podem constituir alternativas para a sua valorização .

A dreche é um material lenhocelulósico que contém proteína (25-30%), lenhina (-28%), hemiceluloses (-25%, maioritariamente, arabinoxilanas ) e celulose (-17%) em resíduo seco (Celus,I; Brijs, K.; Delcour, J.A. (2006) "The effects of malting and mashing on barley protein extractability" Journal of Cereal Science, 44, 203-211; Teimo, J.; Westereng, B; Horn, S.J.; Forssell, P . ; Robertson, J.A.; Faulds, C.B.; Waldron K.W.; Buchert, J.; Eijsink, V.G.H. ( 2009 ) , "Enzymatic solubilization of Brewer 's Spent Grain by Combined action of carbohydrases and peptidases", Journal of Agricultural and Food Chemistry, 57, 3316-3324). As principais proteínas da dreche são as hordeínas (A, B e C) constituindo mais de 50% do total, seguidas das gluteninas . A fracção menos abundante inclui as albuminas (cerca de 2%) .

Diversas tentativas têm sido realizadas para obter produtos enriquecidos em proteínas da dreche, nomeadamente, após moagem e crivagem da dreche seca (Patentes americanas n ^os 4377601 e 4547382). No entanto, neste processo as cascas ficam extremamente finas após a moagem, pelo que a separação da fracção rica em proteínas se torna difícil e, por isso, o produto resultante ainda apresenta alto teor de proteínas (cerca de 40%) . Adicionalmente, como a dreche cervejeira contém 70-80% de humidade, é necessária uma grande quantidade de energia para a sua secagem. Alternativamente, a separação da dreche em duas fracções: proteica (rica em proteínas e gordura e pobre em fibras) e fibrosa (pobre em proteínas e rica em arabinoxilanas ) por prensagem e crivagem pode ser realizada a húmido, como descrevem a patente europeia 0443813A1 e o processo desenvolvido pela Heineken (Schwencke, K.V. (2006), "Sustainable, cost-effective, and feasible solutions for the treatment of brewers' spent grains," Master Brewers Association of the Américas Technical Quartely, 43, 199- 202) . No último caso, é preparada uma suspensão de dreche em água quente (80°C) e posteriormente esta é passada através de um crivo.

Extracções da fracção proteica da dreche em meio alcalino estão descritas, nomeadamente, na patente Japonesa 51- 129776 que descreve a extracção alcalina da dreche a pH 11- 12, à temperatura de 104°C-121°C, com precipitação isoeléctrica das proteínas para obtenção da fracção proteica. Contudo, este processo envolve decomposição das proteínas, devido às condições drásticas de elevada temperatura da extracção, resultando num rendimento baixo das proteínas e deterioração da qualidade do produto. Além disso, o processo requer grande quantidade de energia para a extracção a elevada temperatura.

Mais recentemente foi realizada na Universidade de Leuven na Bélgica (Celus, I.; Brijs, K.; Delcour, J.A. ( 2007 ) , "Enzymatic Hydrolysis of Brewers' spent grain proteins and technofuncional properties of the resulting hydrolysates", Journal of Agricultural and Food Chemistry, 55, 8703-8710) a preparação de concentrados de proteína da dreche após extracção alcalina (17% m/v) com hidróxido de sódio (NaOH) 0,1 M a 60°C. Após 60 minutos de extracção, as amostras foram filtradas e as proteínas do filtrado foram precipitadas por acidificação a pH 4 usando ácido cítrico 2 M.

O produto "MNG-3 /Biobran" tem um princípio activo desenvolvido a partir de arabinoxilanas extraídas do farelo do arroz (Ghoneum, M. & Gollapudi, S. (2003), "Modified arabinoxylan rice bran (MGN-3/biobran) sensitizes human T cell leukemia cells to death receptor (CD95) -induced apoptosis.", Câncer Letters, 201, 41-49), estruturalmente semelhantes às arabinoxilanas da dreche.

Com o objectivo de extrair e caracterizar as arabinoxilanas da dreche cervejeira, foi realizado no Institute of Food Research (IFR), no Reino Unido (Mandalari, G.; Faulds, C. B.; Sancho, A. I.; Saija, A.; Bisignano, G.; LoCurto, R.; Waldron, K. W. (2005), "Fractionation and characterization of arabinoxylans from brewers' spent grain and wheat bran.", Journal of Cereal Science, 42, 205-212), um estudo em que as arabinoxilanas da dreche cervejeira foram extraídas com reagentes alcalinos (Mandalari et al . , 2005). Estas foram maioritariamente extraídas sequencialmente com soluções de hidróxido de potássio em concentração crescente de 0,5 M, 1 M e 4 M. Antes da extracção sequencial, a dreche cervejeira foi pré-tratada com uma solução de etanol a 80% (v/v) em refluxo, obtendo-se o resíduo insolúvel em etanol que foi submetido a duas lavagens durante duas horas, em primeiro lugar com água fria e depois com água quente. O resíduo insolúvel em água quente foi ainda submetido a um tratamento enzimático com pronase, uma enzima proteolítica . Só depois deste pré-tratamento é que a dreche foi submetida a tratamento com reagentes alcalinos. Os extractos alcalinos obtidos foram separados do resíduo por centrifugação e filtração, tendo sido neutralizados com ácido acético e dialisados exaustivamente contra água desionizada e, por fim, liofilizados . Com base nos estudos referidos, a presente invenção propõe um processo de extracção integrado de proteínas e arabinoxilanas da dreche cervejeira. Este processo tem a vantagem de extrair as proteínas e arabinoxilanas em simultâneo, que são separadas por alteração do pH do extracto alcalino em conjunto com a precipitação em etanol. A utilização de uma solução saturada de ácido cítrico como agente de neutralização permite que, após a precipitação das proteínas por alteração do pH e a sua remoção por filtração ou centrifugação, a solução contendo as arabinoxilanas possa ser tratada com etanol para precipitação selectiva dos polissacarídeos sem que haja co- precipitação do ácido cítrico. Para isso, é proposta uma solução inovadora de acidificação do extracto com um ácido forte, preferencialmente, o ácido clorídrico concentrado, que permite a protonação do citrato (insolúvel em soluções de etanol) com formação de ácido cítrico (solúvel em soluções de etanol) . Também não ocorre a co-precipitação dos sais formados (cloreto de potássio ou o cloreto de sódio) devido à sua solubilidade nas soluções de etanol propostas. Este processo permite a recolha das arabinoxilanas sem ser necessário recorrer a um passo de diálise, o que diminui significativamente o tempo de duração do processo. Num processo de diálise, há a necessidade de proceder a um mínimo de 3 mudanças de água, devendo cada água de diálise estar em contacto pelo mesmo 6 horas, o que totaliza 18 horas. A esta operação há a acrescentar o facto de as fracções ficarem diluídas pelo contacto com a água de diálise, tendo que se realizar um passo de concentração, moroso e com custos energéticos devido à necessidade de evaporação da água. Outra vantagem deste processo é a reutilização do ácido cítrico e do etanol usados, para além da recolha do cloreto de potássio ou cloreto de sódio entretanto formados. Até ao momento não foi descrito nenhum processo integrado de extracção das proteínas e arabinoxilanas da dreche, da sua recolha após utilização de ácido cítrico nem da reciclagem total dos reagentes utilizados, tal como se atesta pela consulta ao artigo de revisão recentemente publicado sobre dreche cervejeira e onde se referem várias possibilidades de utilização deste subproduto (Gupta, M. ; Abu-Ghannam, N.; Gallaghar, E. (2010), "Barley for brewing: characterist ic changes during malting, brewing and applications of its by- products.", Comprehensive Reviews in Food Science and Technology, 9, 318-328.) e o mesmo se verifica para a patente internacional WO 2008/047081 Al.

Sumário da Invenção :

O presente invento propõe um processo de extracção integrado das proteínas e das arabinoxilanas (AX) da dreche cervejeira através da utilização de reagentes alcalinos. As proteínas e as arabinoxilanas são solúveis em reagentes alcalinos e, por isso, extractáveis nestes solventes. O extracto alcalino é separado da fracção sólida e a posterior acidificação com uma solução concentrada de ácido cítrico leva à precipitação das proteínas, permitindo a sua separação das arabinoxilanas, que permanecem solúveis. A fracção proteica extraída é lavada com etanol para a remoção do ácido cítrico vestigial, facilitando também a sua secagem. As arabinoxilanas são recuperadas por acidificação até pH inferior a 2 com uma solução concentrada de ácido clorídrico, seguido de adição de etanol até formar uma solução, de preferência, até 70% (v/v) em etanol, que leva à insolubili zação das arabinoxilanas e, consequentemente, à sua precipitação. As arabinoxilanas são recuperadas por decantação, filtração e/ou centrifugação. A fracção polissacarídica extraída é lavada com etanol para a remoção do ácido cítrico vestigial e secagem. A acidificação a pH inferior a 2 permite a protonação completa do ácido cítrico, sendo este assim solúvel nas soluções aquosas de etanol, permitindo a separação das arabinoxilanas sem a sua co-precipitação . 0 sal de KC1 ou NaCl entretanto formado pela acidificação do citrato a ácido cítrico é solúvel nas soluções de etanol, pelo que não co-precipita com as arabinoxilanas.

A dreche não necessita de qualquer tratamento prévio à extracção das proteínas e arabinoxilanas e como ocorre a extracção simultânea destes dois conjuntos de compostos, o processo é mais rápido e de mais fácil aplicação do que se fossem utilizados processos separados para a extracção das proteínas e arabinoxilanas. 0 ácido cítrico e o etanol usados no processo são reciclados e o cloreto de potássio ou cloreto de sódio formados dependendo do reagente alcalino utilizado no processo integrado da extracção das proteínas e das arabinoxilanas, são recuperados. As proteínas e as arabinoxilanas extraídas possuem valor acrescentado em relação à dreche, e são obtidos por um processo ambientalmente limpo, não envolvendo a utilização de componentes problemáticos ao nível da toxicidade e os reagentes utilizados têm grau alimentar pelo que podem ser usados como ingredientes na indústria alimentar, de produtos dietéticos e farmacêuticos.

0 processo de extracção das proteínas e das arabinoxilanas da dreche cervejeira é, assim, caracterizado por ser integrado e compreender as seguintes etapas:

a) extracção da dreche com reagentes alcalinos;

b) separação do extracto alcalino; c) neutralização até o pH ser igual ou inferior a 4, preferencialmente pH 3, com solução concentrada de ácido cítrico;

d) acidificação até o pH ser igual ou inferior a 2 com ácido clorídrico concentrado;

e) adição de etanol, preferencialmente até perfazer 70% (v/v) ;

f) lavagem das fracções proteicas e das fracções de arabinoxilanas com etanol para eliminar eventuais vestígios de ácido cítrico e secagem das fracções.

g) reciclagem do etanol e do ácido cítrico concentrado por destilação;

h) recuperação do cloreto de potássio ou cloreto de sódio ;

i) repetição das etapas anteriores.

O processo de extracção é caracterizado por o reagente alcalino utilizado na etapa a) ser o hidróxido de potássio ou o hidróxido de sódio.

O processo de extracção é caracterizado por o reagente alcalino ser utilizado com um rácio de 1:2 (m/v) (massa de dreche por volume de solução do reagente alcalino) .

O processo de extracção é caracterizado por o reagente alcalino ser utilizado com concentrações crescentes entre 0,1 M e 4 M, preferencialmente, 0,1 M, 0,5 M e 4 M.

O processo de extracção é caracterizado por a extracção decorrer durante 24 horas à temperatura ambiente a partir de uma amostra de dreche sem qualquer tipo de pré- tratamento 0 processo de extracção é caracterizado por poder ser realizado em batelada ou em continuo.

0 processo de extracção é caracterizado por a etapa b) ocorrer por decantação, filtração e/ou centrifugação.

As proteínas e/ou as arabinoxilanas e/ou os seus derivados são caracterizados por serem obtidos pelo processos descritos anteriormente.

A utilização do resíduo obtido depois da extracção das proteínas e/ou das arabinoxilanas e/ou seus derivados é caracterizada por ser uma fonte de celulose e/ou fibra dietética insolúvel e/ou combustível e/ou matéria-prima para a indústria do papel.

Descrição Geral da Invenção:

0 processo da presente invenção tem como base a extracção integrada e sequencial da fracção proteica e das AX da dreche com soluções de KOH com concentrações crescentes para o rácio de 1:2 (m/v) (massa de dreche por volume das soluções de KOH), à temperatura ambiente, durante 24 h. 0 fluxograma esquematiza o processo integrado para a extracção de proteínas e arabinoxilanas da dreche. Após extracção alcalina (1) com concentrações crescentes de KOH [0,1 M (l)a; 0,5 M (l)b e 4 M (l)c] e precipitação ácida com uma solução concentrada de ácido cítrico até pH inferior ou igual a 4, preferencialmente pH 3 (2), são obtidas três fracções proteicas designadas, respectivamente, por FP 1, FP 2 e FP 3. Na fracção solúvel em ácido efectua-se a precipitação das arabinoxilanas por acidificação com HC1 concentrado até pH inferior ou igual a 2 (3) e adição de etanol até formar uma solução a 70% (v/v), sendo obtidas três fracções de arabinoxilanas designadas, respectivamente, por AX 1, AX 2 e AX 3. Finalmente, efectua-se uma lavagem do resíduo da dreche com água, durante 24 h à temperatura ambiente (4) para maximização da remoção de arabinoxilanas; sendo obtida a última fracção de arabinoxilanas, designada por AX 4.

Por último ocorre a reciclagem do ácido cítrico e etanol usados no processo integrado e recuperação do cloreto de potássio ou cloreto de sódio se, em vez do hidróxido de potássio for usado o hidróxido de sódio (5) .

Descrição Detalhada da Invenção:

1. Extracção com reagentes alcalinos

As arabinoxilanas e as proteínas são extraídas por um processo sequencial com soluções crescentes de hidróxido de potássio (ou hidróxido de sódio) com as concentrações entre 0,1 M e 4 M, preferencialmente, de 0,1 M, 0,5 M e 4 M a partir de uma amostra de dreche cervejeira sem qualquer tipo de pré-tratamento . O fluxograma esquematiza o processo integrado para a extracção de proteínas e arabinoxilanas da dreche cervejeira.

As extracções com hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio podem ser efectuadas à temperatura ambiente, durante 24 horas, com agitação ocasional. Pode ser adicionado metabissulfito de sódio 5 mM como agente antioxidante. Em alternativa, as extracções com hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio podem ser realizadas por períodos mais curtos, se forem realizadas acima da temperatura ambiente. Na primeira extracção alcalina da dreche utiliza-se, na proporção 1:2 (m/v) (massa de dreche por volume das soluções de KOH) , uma solução aquosa de KOH 0,1 M + Na ₂ S ₂ 0s 5 mM, (la) do fluxograma. Na segunda extracção alcalina (extracção do resíduo 1) utiliza-se uma solução aquosa de KOH 0,5 M + Na ₂ S ₂ 0 ₅ 5 mM, (lb) do fluxograma. A terceira extracção alcalina (extracção do resíduo 2) efectua-se com KOH 4 M + Na ₂ S ₂ 0 ₅ 5 mM (lc) do fluxograma. Os extractos alcalinos obtidos (extracto 1, extracto 2 e extracto 3) são separados dos resíduos (resíduo 1, resíduo 2 e resíduo 3) por decantação, filtração e/ou centrifugação.

2. Tratamento dos extractos

Todos os extractos alcalinos obtidos após decantação, filtração e/ou centrifugação (Extracto 1, Extracto 2 e Extracto 3) são acidificados com uma solução de ácido cítrico concentrada até pH inferior ou igual a 4, preferencialmente pH 3, (2) do fluxograma. Este valor de pH permite a precipitação das proteínas da dreche cervejeira (maioritariamente, hordeínas e gluteninas) que são separadas por decantação e filtração e lavadas com etanol. Neste passo são obtidas três fracções proteicas designadas, respectivamente, por FP 1, FP 2 e FP 3. As fracções solúveis em ácido 1, 2 e 3, que contêm as arabinoxilanas , são, por sua vez, acidificadas com ácido clorídrico concentrado até um pH inferior a 2 para que o ácido cítrico seja solúvel em etanol. As arabinoxilanas são recuperadas por precipitação em soluções a 70 % (v/v) em etanol, e separadas por decantação, filtração e/ou centrifugação e lavadas com etanol, (3) do fluxograma. Neste passo, são obtidas três fracções de arabinoxilanas designadas, respectivamente, por AX 1, AX 2 e AX 3.

Com o intuito de maximizar a remoção de arabinoxilanas efectua-se uma lavagem final do resíduo 4, durante 24 h à temperatura ambiente (ou em alternativa por períodos mais curtos, usando temperaturas mais elevadas), (4) do fluxograma . 0 sobrenadante obtido após precipitação das arabinoxilanas com etanol é destilado, o que permite a recuperação do etanol e da solução de ácido cítrico contendo KC1 (ou NaCl) . Esta solução aquosa é tratada com etanol para precipitação do sal, que é recolhido por decantação e/ou filtração e/ou centrifugação. A solução de ácido cítrico é evaporada para recolha do etanol e do ácido cítrico que fica na solução aquosa resultante da destilação. Esta solução de ácido cítrico será posteriormente utilizada, (5) do fluxograma. Neste passo pode ocorrer o reaproveitamento de proteínas e de arabinoxilanas que não tenham precipitado nas fases (2) e (3) e que voltam a entrar no circuito.

Exemplo :

Para uma mais fácil compreensão da invenção descrevem-se de seguida exemplos de realizações preferenciais do invento, as quais, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção.

A presente invenção é agora descrita com mais detalhe no exemplo seguinte, em que foram utilizadas amostras de 135 g de dreche cervejeira sem qualquer pré-tratamento e com um teor de humidade entre 72% e 76%. A extracção foi realizada à temperatura ambiente.

Na primeira extracção alcalina, à amostra de dreche foram adicionados 278 mL de uma solução contendo hidróxido de potássio 0,1 M e metabissulfito de sódio 5 mM. O contacto da amostra com estes reagentes realizou-se durante 24 horas, procedendo-se a agitação ocasional. Por decantação e filtração do extracto alcalino, obtiveram-se o Resíduo 1 e o Extracto 1. 0 Resíduo 1 foi extraído com 278 mL de solução de hidróxido de potássio 0,5 M e metabissulfito de sódio 5 mM, nas mesmas condições de tempo, temperatura e agitação. Procedeu-se à separação do resíduo do extracto alcalino por decantação e filtração, sendo designados, respectivamente, por Resíduo 2 e Extracto 2.

O Resíduo 2 foi extraído com 278 mL de solução de hidróxido de potássio 4 M e metabissulfito de sódio 5 mM, com contacto durante 24 horas e agitação ocasional. Separou-se o resíduo do extracto alcalino por decantação e filtração, que foram designados por Resíduo 3 e Extracto 3, respectivamente .

Ao Resíduo 3 adicionaram-se 200 mL de água, deixando-se em contacto durante 24 horas, com agitação ocasional. Separou- se o resíduo final do extracto 4 por decantação e filtração O extracto 4 foi acidificado com uma solução concentrada de ácido cítrico até pH próximo de 4 e depois com ácido clorídrico concentrado até um pH inferior a 2. De seguida, as arabinoxilanas foram precipitadas com adição de etanol até perfazer uma concentração em etanol de 70% (v/v), permanecendo o ácido cítrico solúvel, por estar totalmente protonado (na forma ácida) ao pH inferior a 2.

Efectuou-se uma avaliação prévia do teor proteico das amostras de dreche, obtendo-se concentrações que variaram entre 8 e 10 g por 100 g de dreche tal e qual (32 e 40 g de dreche seca) . Na primeira extracção alcalina, (l)a, são separadas entre 29-38% do total de proteínas presentes na dreche. Na segunda extracção alcalina, (l)b, são separadas entre 26-46% do total de proteínas presentes na dreche. Na terceira extracção alcalina, (l)c, são separadas entre 10- 19 % do total de proteínas presentes na dreche 0 resíduo final apresenta quantidades baixas de proteína na ordem dos 3-10%.

As fracções proteicas resultantes do processo extractivo FP

1, FP 2 e FP 3 não são puras, contêm 60% de proteína, arabinoxilanas , gordura, cinzas e outros constituintes da dreche. O estudo da composição destas fracções proteicas revelou que incluem maioritariamente hordeínas A, B e C.

Efectuou-se uma avaliação prévia do teor de arabinoxilanas em amostras de dreche cervejeira que variaram entre 23,3%- 35,3% determinado relativamente à massa seca da dreche.

Na primeira extracção alcalina (l)a são extraídas 11% do total das arabinoxilanas presentes na dreche cervejeira, em que 3% estão presentes na fracção FP 1 e as restantes 7% constituem a fracção AX 1. Na segunda extracção alcalina (l)b são extraídas 18% do total das arabinoxilanas presentes na dreche cervejeira, em que 4% estão presentes na fracção FP 2 e as restantes 14% constituem a fracção AX

2. Na terceira extracção alcalina (l)c são extraídas 27% do total das arabinoxilanas presentes na dreche cervejeira constituem a fracção AX 3. Com o intuito de maximizar a remoção das arabinoxilanas da dreche cervejeira efectuou-se uma lavagem final do resíduo 4 em que se consegue extrair 9% de arabinoxilanas que constitui a fracção AX 4. O resíduo final apresenta quantidades baixas de arabinoxilanas na ordem dos 15%.

Perante estes resultados, pode-se afirmar que o resíduo final é constituído maioritariamente por celulose, alguma lenhina e as arabinoxilanas remanescentes, enquanto as proteínas existem numa quantidade vestigial. Os resultados obtidos com este processo de extracção integrado de proteínas e arabinoxilanas quando extrapolados para uma tonelada de dreche tal e qual, indicam que podem ser extraídas, entre 86-96% das proteínas e 66% das arabinoxilanas totais da dreche cervejeira. Do total de arabinoxilanas extraídas por este processo, 59%, que corresponde a 40 kg de arabinoxilanas das 68 kg iniciais são solúveis em água, permanecendo as restantes 7% na fracção proteica que correspondem a 4,6 kg de arabinoxilanas das 68 kg iniciais. Estes valores são meramente indicativos, dependendo do tipo de dreche cervejeira usada.

Descrição das Figuras

Para uma mais fácil compreensão da invenção juntam-se em anexo as figuras, as quais, representam realizações preferenciais do invento que, contudo, não pretendem, limitar o objecto da presente invenção.

Figura 1 - Extracção sequencial da fracção proteica e de AX da dreche com soluções de KOH com concentrações crescentes para o rácio de 1:2, durante 24 à temperatura ambiente.

Referências :

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