Capítulo de livro publicado no Congresso Brasileiro de Química dos Produtos Naturais. Para acessa-lo clique aqui.

Este trabalho foi escrito por:

Maria José do Amaral e Paiva ^*; Nataly de Almeida Costa  ;Vanessa Caroline de Oliveira ; Nicole Marina Almeida Maia ; Daniele Juliana Rodrigues Gonçalves Érica Nascif Rufino Vieira  ; Edgard Augusto de Toledo Picoli ;

*Autor correspondente (Corresponding author) – Email: [email protected]

Resumo: A curcumina é um polifenol extraído do açafrão da terra (Curcuma longa L.) É o principal curcuminóide presente na planta, tanto pela concentração como por ser aquele que proporciona os maiores benefícios para a saúde. Mas apesar de todos os benefícios a curcumina é um composto insolúvel em água, sua molécula é altamente instável, sendo influenciada pelo pH do meio, oxigênio, luminosidade, apresenta baixa biodisponibilidade sistêmica e baixa eficiência de rendimento em boa parte dos métodos de extração e purificação. Muitos estudos tem sido desenvolvidos, várias técnicas são empregadas e o uso de métodos tanto isolados quanto combinados com o objetivo de melhorar a eficiência de rendimento durante a extração e purificação, a preservação da molécula, e também aumentar o tempo de circulação a biodisponibilidade e a absorção intestinal. Os métodos tradicionais muitas vezes resultam na produção de resíduos que são altamente poluentes para o meio ambiente. Alguns utilizam solventes tóxicos e apresentam maior tempo para extração, comprometendo a integridade do composto. Por causa disso técnicas alternativas ecologicamente corretas, baseadas em novas substâncias ou novas tecnologias estão sendo desenvolvidas para aumentar a eficiência de rendimento com baixo ou nenhum componente residual que possa trazer prejuízos ao meio ambiente, além disso novos métodos têm sido pesquisados para extração da curcumina em escalas maiores do que aquelas que já são atingidas. Assim o objetivo da presente revisão é apresentar estratégias utilizadas hoje para aumentar a biodisponibilidade e também métodos isolados ou combinados praticados para extração da curcumina com seus respectivos rendimentos.

Palavras chaves: biodisponibilidade, corantes naturais, curcumina, métodos de extração

Abstract: Curcumin is a polyphenol extracted from turmeric (Curcuma longa L.) It is the main curcuminoid present in the plant both because of its concentration and because it is the one that provides the greatest health benefits. But despite all the benefits, curcumin is a compound insoluble in water, its molecule is highly unstable, being influenced by the pH of the environment, oxygen, luminosity, it has low systemic bioavailability and low yield efficiency in most extraction and purification methods. Many studies have been developed, various techniques are employed and the use of both isolated and combined methods with the aim of improving the yield efficiency during extraction and purification, the preservation of the molecule, and also to increase the circulation time, the bioavailability and the intestinal absorption. Traditional methods often result in the production of waste that is highly polluting for the environment. Some use toxic solvents and take longer to extract, compromising the integrity of the compound. Because of this, alternative ecologically correct techniques based on new substances or new technologies are being developed to increase yield efficiency with low or no residual components that could harm the environment. Many methods presented are intended for small-scale extraction. It can be concluded that it is necessary that the methods, isolated or integrated, continue to be developed in order to obtain curcumin in sufficient quantities to meet all the segments demanded by the industry.

Key words: bioavailability, curcumin, extraction methods, natural dyes

INTRODUÇÃO

A procura por versões naturais dos alimentos tem crescido nos últimos anos por serem considerados mais saudáveis. Componentes culinários como os corantes vegetais são preferidos em relação aos aditivos sintéticos. Um dos corantes naturais mais utilizados em alimentos, em escala mundial, é a cúrcuma (Curcuma longa Linnaeus) (Figura 1).

Devido às suas propriedades esta especiaria utilizada a milhares de anos tem recebido interesse especial de médicos e cientistas. Além do uso culinário também tem destinação para fins medicinais, cosméticos e como suplemento dietético, atualmente tem sido adicionada a bebidas, alimentos processados e nutracêuticos (1). Alimentos funcionais são desenvolvidos utilizando a cúrcuma como ingrediente por causa dos vários benefícios promovidos à saúde (Figura2) (4).

Cúrcuma é uma planta perene rizomatosa da família Zingiberaceae, a mesma do gengibre, é nativa do Sudeste Asiático e sua distribuição para outros continentes ocorreu através da Índia. A cor da cúrcuma pode variar do amarelo brilhante ao laranja escuro (2).

O componente ativo responsável pela maioria dos benefícios proporcionados pela cúrcuma é a curcumina (3). A curcumina pode ser extraída de Curcuma longa L., Curcuma aromatica Salisb, Curcuma amada Roxburgh, Curcuma zedoaria Roxburgh e Curcuma xanthorrhiza Roxburgh, a fonte mais utilizada é a Curcuma longa L. por possuir maior quantidade de curcumina e também pela extração ser economicamente mais viável (2).  

Apesar de todos os benefícios proporcionados à saúde a curcumina é um composto insolúvel em água, a molécula é instável às variações de pH, à presença de oxigênio, à luminosidade e apresenta baixa biodisponibilidade sistêmica, (5).

Assim o objetivo da presente revisão é apresentar estratégias e métodos, isolados ou combinados, que estão sendo utilizadas para aumentar a biodisponibilidade e melhorar a eficiência de extração desse composto bioativo.

COMPOSIÇÃO E BIODISPONIBILIDADE

A composição da cúrcuma pode variar em função de fatores como a cultivar, o clima, fertilidade do solo e também o nível de maturação dos rizomas, mas de forma geral é composta por 1,8 – 5,4 % de pigmentos que são responsáveis pela coloração característica; 1,0 – 5,0 % de óleo essencial; 25 – 50 % de amido; 4,0 – 10,0 % de proteínas; 2,0 – 7,0 % de fibras e 3,0 – 7,0 % de cinzas (2).

 Após a secagem da cúrcuma são obtidos, a cúrcuma em pó, o extrato de cúrcuma e a curcumina purificada que é o principal cromóforo e representa de 2,5 a 8,1 % (7). Os principais compostos bioativos presentes na cúrcuma são curcumina 1,7-dis (4-hidroxi-3-metoxifenil) hepta-1,6-dieno-3,5-dione; desmetoxicurcumina 1-(4-hidroxipentenil) -7-(4-hidroxi-3-metoxipentenil) hepta-1,6-dieno-3,5-dione e bisdemetoxicurcumina 1,7-bis(4-hidroxipentenil) hepta-1,6-dieno-3,5-dione nas proporções de 70-77%, 18-20% e 5-10% respectivamente e são denominados comumente de curcuminóides, em 1993 foi isolado o quarto curcuminóide ciclocurcumina, presente apenas em traços (8) (Figura 3).

O composto encontrado em maior quantidade é a curcumina denominada também por difluoroilmetano e é aquele que mais colabora com os benefícios, descritos da cúrcuma, para promover a saúde (10). A curcumina e seus metabólitos formam as β-dicetonas que possuem várias propriedades farmacológicas (7)

Apesar dos muitos benefícios do uso da cúrcuma seus principais compostos bioativos, os curcuminóides, apresentam baixa biodisponibilidade pois são metabolizados e excretados rapidamente. Mesmo que a degradação seja rápida e assim a absorção não seja considerada boa, a ingestão através da dieta em diferentes matrizes alimentares, de acordo com Mahale et. al. (12), permitiu que fosse detectada a presença de curcuminóides no plasma humano, sendo necessárias mais pesquisas para verificar quais os efeitos farmacológicos desses baixos níveis na saúde.

 De forma geral são necessárias dosagens altas de curcumina, que é o principal composto bioativo, para indução de respostas que promovem a saúde. Através de estudos das ações biológicas da curcumina administrada como açafrão cru de forma oral em humanos Singletary & Sharma (10) identificaram a baixa solubilidade em água, baixa absorção intestinal e também degradação metabólica rápida, o que compromete a distribuição sistêmica e a biodisponibilidade. Pesquisas vem sendo desenvolvidos para identificar novas abordagens na forma de entregar o composto para que as propriedades benéficas sejam plenamente usufruídas.  Uma das estratégias aplicadas é o preparo de formulações contendo outros compostos naturais juntamente com os curcuminóides para aprimorar a absorção, a piperina é um desses compostos (13).

 A piperina é um composto orgânico alcalóide derivado da pimenta do reino que apresenta propriedades anti-inflamatórias, antidepressivas e antioxidantes, esta potencializa os efeitos da cúrcuma na redução do estresse oxidativo e da resposta inflamatória por aumentar a biodisponibilidade dos curcuminóides (14).

 De acordo Panahi (14) a combinação de piperina e curcuminóides proporcionou melhora significativa no estado oxidativo e resposta inflamatória em pacientes com Síndrome Metabólica, com redução da PCR.

Silva-Santana et. al. (13) compararam os efeitos da cúrcuma isolada e em combinação com piperina oferecidas a pacientes de hemodiálise e identificaram redução de malondialdeído, que é um marcador de estresse oxidativo, e também redução de ferritina no grupo que recebeu a combinação de cúrcuma e piperina, mostrando que essa combinação pode ser eficiente para modular tanto a resposta inflamatória quanto e estresse oxidativo em pacientes de hemodiálise.

Outra estratégia aplicada para aumentar a biodisponibilidade da curcumina e de outros curcuminóides é sua complexação ou incorporação em micelas, microemulsões, lipossomas, nanopartículas, moléculas lipídicas e de biopolímeros que permitem a circulação do composto por mais tempo por oferecer maior resistência aos processos durante a metabolização (Figura 4) (10, 11, 15, 16, 17 18).

Púrpura et. al.  (16) avaliaram a biodisponibilidade da curcumina em formulações complexadas com  γ-ciclodextrinas comparadas com extrato de curcumina não formulado padronizado, formulação comercial de fitossoma de curcumina e curcumina com óleos essências do próprio açafrão e os resultados apontaram, significativamente, que a formulação complexada com γ-ciclodextrina proporcionou melhor absorção da curcumina em humanos saudáveis, o que foi verificado através das maiores concentrações plasmáticas médias de curcumina e curcuminóides totais, medidos por HPLC-MS/MS. A ciclodextrina, oligossacarídeo cíclico, forma um composto molecular com compostos lipofílicos melhorando assim a dispersão aquosa e a biodisponibilidade da curcumina.

O encapsulamento também pode aumentar a biodisponibilidade sistêmica desse composto. Neves et. al.  (5) encapsularam a curcumina com o leite em pó, os resultados mostraram estabilidade da atividade antioxidante da curcumina e bons rendimentos. Isso ocorreu porque o leite em pó contém micelas de caseínas que são anfifílicas, ou seja, possuem uma região hidrofílica e uma hidrofóbica que é solúvel em lipídios e solventes orgânicos, essas micelas apresentam porosidade assim são ideais para carreamento da curcumina que é hidrofóbica. A encapsulação foi por spray-drying e as avaliações da estabilidade foram realizadas ao longo do tempo de armazenamento.

Pesquisas mais recentes vêm mostrando também a influência da microbiota intestinal na degradação dos curcuminóides. Bresciani et. al. (19) ao estudarem o metabolismo colônico humano dos curcuminóides em resposta a extratos de curminóides formulados e não formulados com lecitina, em modelo in vitro por 24 horas, detectaram maiores concentrações de bis(demetil)-tetraidrocurcumina e bis(demetil)-hexaidrocurcumina no extrato formulado com lecitina

De acordo com Púrpura et. al. (16) os microrganismos que colonizam o trato gastrointestinal exercem importante papel na degradação desses compostos em vários metabólitos. A ação dos microrganismos que promove a maior solubilização da curcumina é realizada através de mudança estrutural na molécula via efeito enzimático, como a glicosilação em hidroxila fenólica, desmetoxilação ou conexão do grupo hidrofílico que tem a finalidade de degradar a curcumina em seus derivados, em metabólitos e também em análogos (20).

 No estudo de Tan et. al. (21) foi realizada a avaliação de um modelo in vitro para metabolização dos três principais curminóides da cúrcuma, nas seguintes proporções 80,1% curcumina, 15,6%, desmetoxicurcumina e 2,6% bis-demetoxicurcumina, por starters iniciais de fezes humanas por 24 horas. Após o período de incubação e análise dos metabólitos resultantes, através da cromatografia líquida de ultra alta eficiência e espectrometria de massa com armadilha de íons (UHPLC-MSn), foi verificado que cerca de 24% da curcumina, 61% da desmetoxicurcumina e 87% da bis-desmetoxicurcumina sofreram degradação pela microbiota fecal. Os três principais metabólitos identificados foram a tetrahidrocurcumina (THC), ácido diidroferúlico (DFA) e um metabólito com uma massa precisa de 181,08734, identificado como 1-(4-hidroxi-3-metoxifenil)-2-propanol. Os autores sugerem estudos adicionais para averiguação da biodisponibilidade da curcumina nesses produtos oriundos da degradação pela microbiota fecal.

Os metabólitos da curcumina ingerida por via oral são reduzidos a dihidrocurcumina e tetrahidrocurcumina que são conjugados com glicuronídeo e/ou sulfato, resultando em curcumina glicuronósido, dihidrocurcumina glicuronósido, tetrahidrocurcumina glicuronósido ou monossulfato correspondente e mistura de sulfato/glucuronosídeo (16). Apesar dos esforços com as pesquisas já desenvolvidas novos estudos se fazem necessários para aumentar o tempo de circulação da curcumina, sua biodisponibilidade e consequentemente a absorção intestinal. Outro fator ao qual os cientistas tem se dedicado a estudar é a forma como a curcumina é extraída já que, de forma geral, seu rendimento é considerado baixo.

MÉTODOS PARA EXTRAÇÃO DA CURCUMINA

Vários métodos são aplicados para extração da curcumina, cada método tem suas vantagens, desvantagens, e também diferentes taxas de rendimento. A extração da curcumina e dos outros curcuminóides da cúrcuma pode ser feita por metanol, etanol, acetonitrila, dimetil sulfóxido, acetona e outros solventes que sejam polares, visto que os curcuminóides são insolúveis em água e éter, além desses sua dissolução também pode ser em alguns solventes hidrocarbonetos, como hexano e ciclohexano. Para a escolha do solvente deve ser analisada a sua eficiência de extração e sua recuperação, para que os níveis residuais sejam mínimos (22, 23).  

A extração com solventes químicos, de acordo com Rao et. al, (24), apesar de ser economicamente mais viável pode deixar contaminantes tanto de reagentes como de catalisadores. Outra opção é a extração por equipamentos, mas este apresenta menor eficiência por causa do desperdício de matéria prima e presença de compostos voláteis (25, 18).

Pode também ser aplicado pré-tratamento com enzimas para promover o rompimento das membranas e dos constituintes fibrosos da parede celular do vegetal melhorando o rendimento de extração, de acordo com Jiang et al. (26), as condições desse modelo de extração proporcionam ganhos ao meio ambiente e é economicamente viável.

Devido à instabilidade da estrutura da molécula de curcumina quanto à pH, luminosidade, altas temperaturas e até mesmo toxicidade de muitos solventes utilizados, técnicas alternativas de extração estão sendo desenvolvidas no decorrer dos anos de pesquisa, como a utilização dos fluídos subcríticos, supercríticos e líquidos pressurizados. A técnica do CO₂ supercrítico é descrita como um método que não polui o meio ambiente como alguns métodos convencionais, mantém a integridade dos compostos, é de baixo custo e não inflamável (27, 28).

As técnicas de extração também podem ser combinadas para que sejam realizadas de forma integrada otimizando as condições de processo e preservando a integridade do composto.  Arachchilage et. al. (29), aplicaram o processamento a alta pressão como pré-tratamento para extração da curcumina através dos métodos de Soxhlet e assistido por ultrassom. Os autores encontraram diferença significativa nos tratamentos que foram submetidos ao pré-processamento em relação àqueles que não foram para os dois métodos de extração utilizados. O teor de curcumina no extrato foi de 76,2% no método de extração por Soxhlet e de 57,5% por ultrasson em relação ao controle sem pré-tratamento. A recuperação da curcumina foi superior ao controle em 32,9% e 23,8%, respectivamente.

Os principais métodos utilizados para extração e purificação da curcumina com os respectivos rendimentos estão descritos na tabela 1.

As várias formas de extração e purificação da curcumina apresentam vantagens e desvantagens e também rendimentos diferentes, para identificar a que melhor se aplica é necessário analisar cada método baseado nos objetivos a serem atingidos, na viabilidade econômica, acesso a equipamentos, reagentes, se apesenta bom rendimento e se é ou não ecologicamente correto. 

CONCLUSÃO

Por causa das descobertas ao longo dos anos sobre os benefícios da curcumina para a saúde, estudos devem continuar a serem realizados com o objetivo de identificar novas formas de aumentar a sua biodisponibilidade.

A busca dos consumidores por alimentação mais saudável tende a aumentar, assim a curcumina deverá ser cada vez mais demandado como ingrediente de alimentos funcionais e como suplemento

Métodos para extração desse composto em escalas maiores do que aquelas que já são atingidas são necessários para atender as demandas da indústria.

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