AVALIAÇÃO DA FORMAÇÃO DE RADICAIS LIVRES POR RESSONÂNCIA PARAMAGNÉTICA ELETRÔNICA (RPE) NA REAÇÃO DE OXIDAÇÃO DE BIODIESEL DE CANOLA EM MISTURA COM ANTIOXIDANTES

Resumo

A técnica de spin trapping é considerada uma metodologia importante no estudo de radicais livres. Ela foi aplicada no trabalho para a análise de radicais livres gerados na degradação do biodiesel de canola e em misturas com os antioxidantes TBHQ e extrato alcóolico de orégano. A amostra de biodiesel foi obtida a partir do processo de transesterificação do óleo de canola por rota metílica. As amostras foram mantidas em temperatura ambiente, no escuro, e medidas a aproximadamente cada 7 dias. A partir das análises, foi possível notar uma correlação entre o período de aprisionamento de radicais livres e o período de indução. A amostra de biodiesel de canola com antioxidante de orégano apresentou maior período de análise por RPE e período de indução, indicando possuir maior estabilidade.

Palavras chaves

spin trapping; antioxidante; biodiesel

Introdução

A matriz energética mundial, ao longo dos anos, tem se baseado primordialmente em produtos derivados do petróleo, assim como a gasolina, óleo diesel, gás natural. O uso persistente de tais materiais tem gerado inúmeros problemas ambientais. A partir disso, a comunidade internacional tem se preocupado no desenvolvimento de formas alternativas de energia, visando atenuar tais problemas. Entre essas fontes alternativas de estudo, encontra-se o biodiesel, substituto do diesel de petróleo (RAMOS et al., 2013). O biodiesel é formado por ésteres de ácidos graxos e produzido, principalmente, pelo processo de transesterificação de óleos vegetais (KARAVALAKIS E SOTURNAS, 2010), gorduras animais (YAAKOB et al., 2014). Diferentes óleos vegetais podem ser usados para a fabricação de biodiesel como: soja (YAAKOB et al., 2014), milho (JAIN E SHARMA, 2012), girassol (YAAKOB et al., 2014), entre outros. A estabilidade do biodiesel pode ser influenciada por alguns fatores, assim como temperatura, contato com oxigênio, incidência de luz (DE SOUZA et al., 2014) e metais (COMIN et al., 2017). Desse modo, um dos principais objetos de estudo relacionado ao biodiesel é quanto a sua vulnerabilidade a processos oxidativos, especialmente, quando se encontra estocado (KARAVALAKIS E SOTURNAS, 2010). O biodiesel pode sofrer dois principais processos de oxidação denominados de auto e foto-oxidação. A auto oxidação é o processo oxidativo mais comum, ela ocorre a partir do contato do material com o oxigênio presente na atmosfera. A foto-oxidação acontece a partir do contato com oxigênio e incidência de luz ultravioleta. Ambos processos degradativos são gerados por uma reação radicalar, auto catalítica, não reversível, apresentando etapas características de iniciação, propagação e terminação (RAMALHO et al., 2006). Pela grande dificuldade em se evitar a oxidação do biodiesel diversos estudos têm sido realizados com o objetivo de preveni-lo, visando minimizar fatores que possam dar início à reação em cadeia de degradação. O uso de antioxidantes tem se mostrado atualmente o método de maior eficácia no retardamento do processo oxidativo pelo aumento do período de indução (YAAKOB et al., 2014). A principal função dos antioxidantes é retardar o processo de degradação. O efeito depende do tipo de matéria-prima usada para produção do biodiesel. A concentração e tipo de antioxidantes empregados influenciam diretamente na estabilidade do material (YAAKOB et al., 2014), apresentando crescimento linear entre estabilidade e concentração usada. A maioria dos antioxidantes usados são produtos sintéticos e obtidos comercialmente, como TBHQ (terc-butil-hidroquinona), PG (propil galato), PA (ácido pirogálico), BHA (butil-hidroxianisol), BHT (butil hidroxitolueno). Mas, nos últimos anos, visando uma facilidade em manuseio e baixo custo, estudos sobre antioxidantes naturais têm sido conduzidos. Dentre os antioxidantes naturais investigados encontram-se: alecrim (ABRAMOVIC E ABRAM, 2006), cúrcuma (DE SOUZA et al., 2014), orégano, sálvia, manjericão. A Ressonância Paramagnética Eletrônica (RPE) é considerada um dos métodos de menor ambiguidade na detecção de radicais livres. Mas, os radicais livres de interesse a serem pesquisados nem sempre são detectados pois suas concentrações podem estar abaixo do limite de detecção do equipamento ou até mesmo devido ao seu curto tempo de vida. Assim, o uso do spin trapping auxilia na resolução desses problemas (DUBOSE et al., 1987). A técnica de spin trapping é baseada no uso de espécies diamagnéticas para o estudo de sistemas paramagnéticos, assim como os radicais livres (HARTGERINK, 2012). A espécie diamagnética é adicionada ao sistema de estudo formando um radical com maior estabilidade, chamado de spin adulto (DAMIAN et al., 2007). O spin adulto pode fornecer pelo menos uma indicação qualitativa da presença de radicais, o tipo de radical livre observado e até mesmo, em alguns casos, informações quantitativas sobre os mesmos (SWARTZ et al., 2007). O spin trapping é considerado uma ferramenta interessante no estudo de radicais livres pois possui um uso experimental considerado simples, menor demanda de tempo quando comparado com outras técnicas de estudo de radicais livres que apresentam curtos tempos de vida (HARTGERINK, 2012), além de permitir a quantificação indireta de radicais (DUBOSE et al., 1987). Essa técnica tem sido aplicada eficientemente na detecção e identificação de vários tipos de radicais livres em amostras in vivo (SWARTZ et al., 2007) assim como em análises de óleos e gorduras (VELASCO et al., 2005), estudos biomédicos (DAVIES, 2013). A partir da eficiência da técnica na análise de radicais livres em diversas áreas de estudo, a metodologia foi aplicada ao estudo de radicais livres gerados no processo de degradação oxidativa de biodiesel, com o intuito de analisar tal processo através de um método não convencional ao estudo desse biocombustível.

Material e métodos

A reação de transesterificação foi feita utilizando 100 g de óleo de canola, 0,8 g de hidróxido de sódio com 50 mL de metanol grau P.A. A mistura foi submetida à agitação lenta, com aquecimento, sob refluxo a uma temperatura de 65 ºC durante um período de 2 h. Para proporcionar a separação de resíduos do catalisador nos ésteres obtidos, o biodiesel formado foi neutralizado com uma solução de ácido clorídrico 0,10% (v/v) a 80 ºC. Em seguida, o mesmo foi lavado com água destilada a 80 ºC até que a água de lavagem atingisse o pH neutro, aferido em papel indicador universal pH 1-14. Após a neutralização do biodiesel, houve a etapa de desumidificação adicionando-se 8 g de sulfato de sódio anidro PA ACS no biodiesel formado. A mistura foi agitada e filtrada em papel de filtro quantitativo a vácuo, sendo que essas etapas foram repetidas mais duas vezes. O biodiesel produzido foi armazenado em frasco de vidro sob refrigeração. Para o preparo do extrato alcoólico de Orégano (Oreganum vulgare), 10 g do condimento seco foi adicionado a 250 mL de etanol (99,5% ANIDROL PA) e, misturados com um bastão de vidro. A mistura foi guardada durante 48 h e filtrada após esse período. O filtrado foi submetido ao processo de evaporação com o auxílio de uma placa de aquecimento a 40 ºC, para obter 50 mL do extrato. A concentração de antioxidante na amostra foi de 0,8% (v/v). O teor de fenóis totais do extrato foi de 16,074 mg_EAG g_{massa seca^-1}, determinado por espectrofotometria utilizando o reagente de Folin-Ciocalteu, de acordo com a metodologia descrita por Kumazawa et al. (2004). Para a amostra com antioxidante sintético, 0,0031 g do antioxidante TBHQ foi adicionado a 10 g do biodiesel e agitado até a total homogeneização. As amostras, foram submetidas ao aquecimento acelerado até 110 °C de acordo com a norma EN 14112, utilizando-se o equipamento RANCIMAT (marca: METROHM, suíça; modelo: 873). As amostras de biodiesel/biodiesel com antioxidante foram incubadas usando o spin trapping α-Phenyl-N-tert-butylnitrone (PBN) com pureza ≽ 98% comprados da empresa Sigma-Aldrich Chemie GmbH (Steinheim, Alemanha) e usado como recebido. Foram coletadas 1 g de cada amostra e adicionado 1 mg de PBN. As amostras foram agitadas manualmente por 2 min até a total solubilização do spin trapping. Após a solubilização, 0,05 g de cada amostra incubada foram pipetadas nos tubos de RPE e usadas em todos os dias de análise. A metodologia de incubação foi adaptada de VELASCO et al. (2005). Os experimentos de RPE foram realizados em um espectrômetro JEOL (JES-PE-3X) operando em banda X (~9,5 GHz). Os parâmetros adotados foram: centro de campo de 3290 G; varredura de 250 G; tempo de resposta de 0,1 s, frequência de 100 KHz e scan de 4 min. As amostras foram analisadas por RPE no dia da incubação e, posteriormente a, aproximadamente, cada 7 dias. Em todas as medidas foi usado um padrão marcador de campo MgO:Mn²⁺.

Resultado e discussão

Na Figura 1 é apresentado os dados de contagem dos radicais adultos formados na amostra de biodiesel de canola, biodiesel de canola com antioxidante TBHQ e biodiesel de canola com antioxidante de orégano. Na Figura 1-a é possível observar que a contagem de radicais adultos formados apresentou um pico máximo em 6 dias e, logo após, a contagem foi decaindo e apresentou sinal de radicais até, apenas, o dia 14. Em 1-b observa-se que na amostra de biodiesel de canola com antioxidante TBHQ há sinal de radicais por um período de tempo maior, até os 42 dias de análise, e um pico intenso também no dia 6. Na figura 1-c, a amostra de biodiesel de canola com antioxidante natural de orégano apresentou sinais da formação de radicais até o dia 253, com pico máximo de captura de radicais no dia 14. Sabe-se que quanto maior o período de indução de uma amostra, menor é a sua propensão a processos de oxidação degradativos. A amostra de biodiesel de canola apresentou um período de indução de 2,49 h, e o menor período de contagem de radicais livres por EPR. O biodiesel de canola com o antioxidante sintético TBHQ apresentou um período de indução de 2,95 h e a amostra com antioxidante de orégano expressou um período de indução de 4,79 além de ter tido um tempo de análise por EPR superior às demais. Assim, pode-se induzir que a amostra de biodiesel juntamente com o antioxidante natural de orégano é a amostra com menor susceptibilidade oxidativa. A partir de tais informações, é possível inferir que quanto maior o período de indução e maior o tempo no qual os spins adultos estejam sendo aprisionados, maior é a estabilidade da amostra. Quanto menor o tempo para desaparecimento do sinal de radicais livres aprisionados, menor é o período de indução e, consequentemente, menor é sua estabilidade à oxidação.

Figura 1

Contagem de radicais adultos formados no biodiesel de (a) canola, (b) canola com antioxidante TBHQ e (c) canola com extrato alcóolico de orégano.

Conclusões

A partir dos dados e análises realizadas foi possível estabelecer uma relação entre o período de aprisionamento de radicais livres nas amostras e seus respectivos períodos de indução. Constatou-se que, a amostra de biodiesel de canola com compostos fenólicos extraídos do orégano apresentou um maior período de análise por RPE, de até 253 dias, e um maior período de indução, indicando ter uma maior estabilidade. O extrato alcoólico de orégano atua como um antioxidante natural, sendo esse renovável e de baixo custo. O EPR se mostrou uma eficiente ferramenta para a detecção e avaliação da formação de radicais livres na reação de oxidação de biodiesel e também em mistura com antioxidante sintético e natural.

Agradecimentos

A CAPES pela concessão da bolsa.

Referências

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