Autor(es):
Simões, Joana Sá Ramalho 
Data: 2012
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/10489
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Química; Café: Resíduos; Polissacarídeos; Olígomeros; Imunologia
Descrição
As galactomananas das infusões de café apresentam atividade
imunoestimuladora in vitro, sendo esta atividade semelhante à das mananas
acetiladas extraídas de Aloe vera. As galactomananas presentes no resíduo de
café também possuem atividade imunoestimuladora in vitro quando são
parcialmente acetiladas. Como as galactomananas são o componente
maioritário do resíduo de café e como o café é um produto de largo consumo a
nível mundial, o reaproveitamento deste resíduo como fonte de
galactomananas com atividade imunoestimuladora deve ser considerado. Esta
dissertação procura dar resposta a duas questões: 1. Quais são as estruturas
das galactomananas responsáveis pela atividade imunoestimuladora destes
polissacarídeos; e 2. Como é que as galactomananas podem ser extraídas
quantitativamente do resíduo de café de modo a serem solúveis em água à
temperatura ambiente e, assim, poderem ser utilizadas como ingredientes
alimentares com atividade imunoestimuladora.
A questão 1 foi respondida pela caracterização estrutural de quatro
galactomananas, de três origens: a) as galactomananas das infusões de café e
do resíduo que apresentaram atividade imunoestimuladora; b) a
galactomanana da goma de alfarroba (LBG), que não apresentou atividade
imunoestimuladora; e c) a manana acetilada de Aloe vera, que apresentou
atividade imunoestimuladora. Estes polissacarídeos foram submetidos à
análise de açúcares e de ligações glicosídicas e a hidrólise por endo-β-D-
(1→4)-mananase. Os fragmentos de oligossacarídeos mais pequenos foram
ainda analisados por espetrometria de massa por ionização de electrospray e
espetrometria de massa tandem.
As galactomananas das infusões de café, do resíduo de café e do Aloe vera
apresentaram grau de ramificação e peso molecular semelhantes, enquanto as
galactomananas da LBG apresentaram grau de ramificação e de polimerização
maiores. Todas as galactomananas apresentaram resíduos de arabinose como
ramificação. O grau de acetilação das galactomananas da LBG foi vestigial
enquanto as galactomananas do Aloe vera apresentaram um grau de
acetilação de 2,08; para as galactomananas do resíduo de café o grau de
acetilação foi de 0,98 e para as infusões foi de 0,08. A localização dos grupos
acetilo foi irregular em todos os polímeros. Os resultados obtidos permitem
inferir que baixos níveis de ramificação, cadeias pequenas e alguma acetilação
parecem promover a atividade imunoestimuladora atribuída às
galactomananas. Para responder à questão 2, foi testada uma metodologia que envolveu a torra
do resíduo de café a 160 ºC e a 220 ºC e a sua extração com água quente e
com soluções de 4 M NaOH à temperatura de 20, 60 e 120 ºC. A torra do
resíduo a 160 ºC e a extração sequencial permitiu extrair 56% das
galactomananas presentes no resíduo de café e, simultaneamente, 54% das
arabinogalactanas. As galactomananas mantiveram a sua estrutura
caraterística de polissacarídeo acetilado composto por uma cadeira principal
de resíduos de manose em ligação β-(1→4) e resíduos de Gal e Ara nas
cadeias laterais. A 220 ºC, as galactomananas foram parcialmente degradadas
e o rendimento de extração foi muito menor do que a 160 ºC. No entanto,
mesmo a esta temperatura as galactomananas apresentaram resíduos
acetilados e a presença de pentoses nas cadeias laterais, o que permite inferir
a elevada resistência destes polissacarídeos à temperatura e aos reagentes
alcalinos.
De forma a melhor compreender a estabilidade térmica das galactomananas
do resíduo de café e a influência que a presença de arabinogalactanas pode
ter na sua estabilidade, foi feita uma análise termogravimétrica aos
polissacarídeos extraídos do resíduo de café assim como a polissacarídeos
relacionados estruturalmente com estes, como a celulose, a galactomanana de
LBG e a goma arábica, uma arabinogalactana. As galactomananas são
termicamente estáveis durante 3 h a 200 ºC, enquanto as arabinogalactanas
são estáveis a 180 ºC. De acordo com os perfis dos termogramas obtidos, e
pelo cálculo das energias de ativação da degradação térmica, o resíduo de
café apresenta uma estabilidade térmica menor do que a galactomanana,
possivelmente devido à presença de arabinogalactanas. Apesar de não se ter
verificado alterações no termograma da galactomanana do café submetida a
um tratamento térmico de 200 ºC durante 3 h, verificam-se alterações
estruturais que envolvem a formação de novas ligações glicosídicas,
nomeadamente, a formação de resíduos de manose ligados em O-2 e em O-6,
reações de transglicosilação, despolimerização, formação de resíduos de
anidro-hexoses no terminal redutor e isomerização manose-glucose. Estas
alterações promovem a solubilização das galactomananas.
Os resultados obtidos permitem propor que o resíduo de café possa ser
submetido a uma torra seguida de extração com reagentes alcalinos a quente
para obtenção das galactomananas com rendimentos elevados. Estes
polissacarídeos podem tornar-se solúveis em água após tratamento térmico a
200 ºC, permitindo assim a sua utilização em formulações alimentares,
nomeadamente, por preparação de compostos acetilados com baixos níveis de
ramificação e cadeias pequenas de modo a promover a sua atividade
imunoestimuladora. The coffee infusion galactomannans present in vitro immunostimulatory activity.
These polysaccharides present a similar activity to the acetylated
galactomannans of Aloe vera. The galactomannans extracted from coffee byproduct,
when partially acetylated, also present in vitro immunostimulatory
activity. As the galactomannans are the main components of coffee residue,
and because the coffee is a product largely consumed all over the world, the
reutilization of the residue as a source of galactomannans with
immunostimulatory activity required to be considered. The present PhD thesis
tries to answer two questions: 1. What the galactomannans structures
responsible for the immunostimulatory activities of these polysaccharides are;
and 2. How can the galactomannans be quantitatively extracted from coffee
residue to be rendered soluble in water at room temperature and, thus, be used
as food ingredients with immunostimulatory activity.
Question 1 was answered performing the structural characterisation of four
galactomannans from three different origins: a) coffee infusion and coffee
residue galactomannans presenting immunostimulatory activity; b) locust bean
gum (LBG) galactomannan not presenting immunostimulatory activity; and c)
Aloe vera acetylated galactomannan presenting immunostimulatory activity.
These polysaccharides were submitted to sugar and glycosidic-linkage
analyses and were hydrolysed by an endo-β-D-(1→4)-manannase. The
oligosaccharide fragments were also analysed by electrospray-ionization mass
spectrometry and tandem mass spectrometry.
Coffee infusion, coffee residue, and Aloe vera galactomannans presented
similar degree of branching and molecular weight whereas LBG
galactomannans presented higher degree of branching and molecular weight.
All galactomannans present arabinose residues as branching side chains. The
acetylation degree of LBG galactomannans approached zero whereas Aloe
vera galactomannans presented an acetylation degree of 2.08, coffee residue
galactomannans presented 0.98, and coffee infusion galactomannans
presented an acetylation degree of 0.08. The location of the acetyl groups was
irregular in all polymers. The results obtained allowed to infer that low
branching, short chains and some acetylation seem to promote the
immunostimulatory activity attributed to the galactomannans.
ix
To answer to question 2, a methodology using the roasting of the residue at
160 ºC and at 220 ºC and its extraction with hot water and 4 M NaOH solutions
at 20, 60, and 120 ºC was tested. The roast of the residue at 160 ºC and the
sequential extraction allowed the extraction of 56% of the coffee residue
galactomannans and, simultaneously, 54% of the arabinogalactans. The
galactomannans kept their characteristic structure of acetylated polysaccharide
composed by a backbone of β-(1→4)-linked mannose residues and Gal and
Ara residues as side chains. At 220 ºC, the galactomannans were partially
degraded and the yield of extraction was much lower than at 160 ºC.
Nevertheless, even at this temperature, the galactomannans presented
acetylated residues as well as pentose residues as side chains. These
observations allowed to infer that these polysaccharides are highly resistant to
high temperatures and alkali reagent conditions.
In order to better understand the thermal stability of coffee residue
galactomannans and the influence of the presence of arabinogalactans in
galactomannans stability, a thermogravimetric analysis was performed using
the coffee residue polysaccharides as well as structural related
polysaccharides such as cellulose, LBG galactomannan and gum Arabic, an
arabinogalactan. The galactomannans are thermally stable during 3 h at 200
ºC, whereas the arabinogalactans are stable at 180 ºC. According to the
thermogravimetric profiles obtained, and by the calculation of the activation
energy of thermal decomposition, the coffee residue presented a lower thermal
stability then the galactomanans, possibly due to the presence of the
arabinogalactans. Although no changes in the coffee galactomannan
thermogram were observed upon a thermal treatment at 200 ºC during 3 h
have been observed, structural changes involving the formation of new
glycosidic linkages, namely, the formation of mannose residues O-2 and O-6
linked, transglycosilation reactions, depolymerization, formation of
anhydrohexose residues on the reducing end, and mannose-glucose
isomerization have been observed. These changes promoted galactomannan
solubilisation in cold water.
The results obtained allow to propose that coffee residue can be submitted to a
roasting followed by an hot alkali extraction to obtain galactomannans in high
yield. These polysaccharides can be soluble in cold water upon thermal
treatment at 200 ºC, allowing their use in food formulations, namely, by
preparation of acetylated compounds, low branched and with short chains in
order to promote their immunostimulatory activity. Doutoramento em Química
