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Vanilina natural e sintética - Diferenças e aplicações

Teoricamente, a vanilina sintética não possui diferença em relação a vanilina natural. Entretanto, na prática, existe diferença em relação ao odor e flavor. Essa evidência é relacionada ao fato da vanilina natural ser o resultado de vários compostos extraídos que não existem na vanilina sintética.

A vanilina é o principal constituinte da baunilha, sendo obtida na forma de glucovanilina, na proporção de 2% em peso. Possui como grupos funcionais um aldeído, um éter (grupo metóxido) e um fenol. Quando pura, é um pó cristalino branco, com odor e sabor adocicado, balsâmico e agradável. Apresenta massa molar de 152.15 g/mol, ponto de fusão de 81ºC a 83ºC, ponto de ebulição de 285ºC e solubilidade de 10 g/L.

O extrato natural de baunilha é uma mistura de várias centenas de compostos diferentes além da vanilina. O processo natural de extração da vanilina é realizado por meio da colheita e maturação das vagens da orquídea da baunilha, onde a vanilina encontra-se sob a forma de glucovanilina, sendo que nessas condições ainda não possui o aroma característico de baunilha. Após o processo de maturação, que envolve a secagem e umidificação das vagens e que pode durar até seis meses para ocorrer, a glucovanilina é hidrolisada enzimaticamente em glucose e vanilina. O conteúdo de vanilina extraído por esse processo é de aproximadamente 2,5% em massa.

A vanilina natural também pode ser obtida mediante processo de extração com etanol (60% v/v), em temperaturas brandas ou por meio da extração com fluidos quentes, processo em que as vagens são adicionadas sobre grades situadas em tanques de aço, nos quais o solvente é recirculado por um período de aproximadamente duas semanas. A extração com etanol das vagens ainda é o processo mais vantajoso para a obtenção da vanilina.

Devido à escassez e alto custo para obtenção do extrato natural, a preparação sintética da vanilina, tornou-se de grande interesse industrial e hoje, é usada com mais frequência do que o extrato natural de baunilha, como agente aromatizante em alimentos e bebidas.

A vanilina foi um dos primeiros compostos a serem isolados na sua forma quase pura, em 1858, pelo farmacêutico e bioquímico Nicolas-Theodore Gobley, que a obteve evaporando o extrato de baunilha até a obtenção de um pó, recristalizando o composto com água quente. Em 1874, os cientistas alemães Ferdinand Tiemann e Wilhelm Haarmann deduziram a sua estrutura química, assim como a sua síntese a partir da coniferina, um glicosídeo encontrado na casca dos pinheiros. Em 1876, o cientista Karl Reimer sintetizou pela primeira vez a vanilina a partir do guaiacol.

A primeira síntese comercial da vanilina utilizou o composto natural mais facilmente disponível na época, o eugenol (4-alil-2-metoxifenol). Atualmente, a vanilina sintética é feita de guaiacol ou lignina.

Alega-se que o aromatizante artificial de baunilha à base de lignina possui um perfil de sabor mais rico do que o aromatizante à base de óleo; a diferença se deve a presença de acetovanilona, um componente secundário do produto derivado da lignina que não é encontrado na vanilina sintetizada a partir do guaiacol.

A vanilina sintética tornou-se significativamente mais disponível na década de 1930, quando a produção de óleo de cravo foi suplantada pela produção de resíduos contendo lignina produzidos pelo processo de polpação de sulfito para preparar polpa de madeira para a indústria de papel. No entanto, desenvolvimentos subsequentes na indústria de polpa de madeira tornaram os resíduos de lignina menos atraentes como matéria-prima para a síntese da vanilina. Hoje, aproximadamente 15% da produção mundial de vanilina ainda é feita de resíduos de lignina, enquanto aproximadamente 85% é sintetizada em um processo de duas etapas a partir dos precursores guaiacol e ácido glioxílico.

A maior parte da vanilina comercial é sintetizada a partir do guaiacol e o restante ainda se produz a partir de licores sulfíticos residuais oriundos da indústria de papel e celulose. O guaiacol pode ser obtido a partir de catecol ou de ortonitrobenzeno. Na produção de vanilina a partir de catecol, o processo mais interessante para a síntese inicia-se pela condensação do guaiacol por ácido glioxílico; o ácido mandélico obtido dessa forma é oxidado em ácido fenilglioxílico, sendo essa reação seguida por uma descarboxilação. Nesse processo, o guaiacol é obtido a partir de catecol que é preparado por hidroxilação ácido do fenol, catalisada com peróxido de hidrogênio. O ácido glioxílico é um subproduto da síntese do glioxal a partir do acetaldeído. A oxidação do glioxal por ácido nítrico também permite a produção de ácido glioxílico.

A condensação do guaiacol com o ácido glioxílico efetua-se a temperatura ambiente, em condições ligeiramente alcalinas, sendo necessário um ligeiro excesso de guaiacol para evitar a formação de produtos dissubstituídos; esse excesso é recuperado ao final da síntese.

A solução alcalina que contém o ácido 4-hidroxi-3- metoximandélico é oxidada no ar em presença de um catalisador até que se consuma a quantidade adequada de oxigênio. A vanilina bruta é obtida por acidificação e descarboxilação simultânea da solução de ácido glioxílico. O produto comercial é, então, obtido por destilação a vácuo e posterior recristalização. Esse processo apresenta a vantagem de que sob condições de reação, o radical glioxílico entra no núcleo aromático guaiacol unicamente em posição para, antes do grupo de fenol hidroxila.

Na produção de vanilina a partir de ortonitroclorobenzeno, a condensação do guaiacol com urotropina na presença de N,N-dimetil-4-nitrosoanilina, seguida por hidrólise, permite sintetizar a vanilina; contudo, apresenta várias impurezas.

A matéria-prima para a produção de vanilina sintética também pode ser a lignina, presente nos licores sulfíticos residuais da indústria de celulose. O licor concentrado é tratado com álcalis em altas temperaturas e pressões, na presença de oxidantes. A vanilina assim formada é separada de seus subprodutos, particularmente a acetovanilona (4-hidroxi-3-metoxiacetofenona), por extração, destilação e cristalização, sofrendo hidrólise contínua de purificação para a obtenção de um produto de grau alimentício.

A vanilina também pode ser produzida biotecnologicamente, a partir do uso de fontes renováveis. Esse processo é realizado através de extratos enzimáticos ou enzimas purificadas, microrganismos e cultura de células de planta.

Quando produzida por meio de processos biotecnológicos, a vanilina é considerada um produto natural, pois é oriunda de compostos de fontes renováveis e com custos relativamente baixos, se comparados ao processo de extração da vanilina natural.

A produção biotecnológica da vanilina ocorre mediante o uso de extratos enzimáticos brutos ou enzimas purificadas produzidas principalmente por microrganismos ou plantas, ou ainda, por culturas de células. Um dos diversos compostos utilizados como precursores para a produção biotecnológica da vanilina, é a vanililamina, extraída da pimenta, que pode ser convertida em vanilina por meio da ação da enzima álcool vanilil oxidase. Outro percursor que pode ser utilizado é o ácido ferúlico que, por sua vez, é o componente majoritário da lignina.

Outros compostos fenólicos obtidos por meio de fontes naturais também podem ser utilizados para a produção biotecnológica de vanilina, como por exemplo, o ácido vanílico, um composto intermediário formado antes da produção da vanilina a partir do ácido ferúlico.

Na indústria alimentícia, a vanilina é usada não apenas como um ingrediente aromatizante, mas também para mascarar sabores indesejáveis desenvolvidos durante o armazenamento de subprodutos suscetíveis à degradação oxidativa, ou seja, não apenas adiciona sua agradável nota de sabor, mas também atua como um antioxidante em alimentos complexos que contêm ácidos graxos poliinsaturados.

É ainda reconhecida por seu potencial antioxidante, bem como por sua atividade de eliminação de radicais livres. A presença de vanilina em micro quantidade aumenta a proteção dos alimentos contra a oxidação. O extrato hidroalcóolico de baunilha também exibe propriedades antioxidantes, agindo como conservante de alimentos. A vanilina também inibe a auto oxidação da gordura do leite.

A vanilina e seus análogos estruturais também exibem vários graus de atividade antifúngica contra os diferentes fungos e leveduras que causam a deterioração dos alimentos, inibindo o crescimento de bolores e leveduras.

A atividade antifúngica da vanilina contra as leveduras de importância medicinal, como Candida albicans e Cryptococcus neoformans, também foi documentada, demonstrando que a porção aldeído da vanilina desempenha papel fundamental na atividade antifúngica.

O papel da vanilina como agente antibacteriano contra Escherichia coli, Lactobacillus plantarum e Listeria innocua é promissor. As bases de Schiff derivadas da vanilina foram avaliadas quanto ao seu potencial como agentes antibacterianos contra algumas cepas bacterianas Gram-positivas e Gram-negativas, como Pseudomonas pseudoalcaligenes, Proteus vulgaris, Citrobacter freundii, Enterobacter aerogenes, Staphylococcus subfava e Bacillus megaterium. No entanto, pesquisas adicionais precisam ser realizadas para determinar a concentração mínima na qual a vanilina atua como um agente antimicrobiano ou um conservante natural.

A vanilina, como aditivo alimentar, também é usada para prevenir o desenvolvimento de condições patológicas, como a hiperlipidemia. Sua ação farmacológica como agente hipotrigliceridêmico/hipolipidêmico foi reconhecida em uma ampla faixa de concentração no tratamento de diabetes (tipo 2), distúrbios cardiovasculares e obesidade.




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