O Potencial da Espécie Moringa oleifera (Moringaceae). I. A Planta como Fonte de Coagulante Natural no Saneamento de Águas e como Suplemento Alimentar

Resumo

Moringa oleifera Lam. é uma planta tropical que contém substâncias solúveis em água, dotada de excelentes propriedades de coagulação, para o tratamento de água e água residuária. Uma proteína floculante das sementes é responsável pela eficiência e propriedade como coagulante natural, sendo comparável ao sulfato de alumínio, atualmente o produto químico mais usado nos processos de tratamento de água. Apresenta potencial de aplicabilidade no tratamento de efluentes, com adsorção de compostos orgânicos em solução aquosa, bem como no pré-tratamento de efluentes na Usina de destilação de óleo de palmeira. Esta planta produz óleos de excelente qualidade, com características comparáveis às de azeite de oliva. É uma planta rica em aminoácidos, vitamina A (β-caroteno) e α-e δ-tocoferol, sendo excelente fonte alternativa de proteínas para suplemento alimentar humano e animal. Também é empregada na medicina herbática na Índia.

Unitermos:

Moringa oleifera.

Moringaceae.

Coagulante Natural.

Amaciador de Água Dura.

Óleo Comestível.

Hortaliças.

Componente Nutricional.

Abstract

Moringa oleifera Lam. is a tropical plant containing water soluble substances with excellent coagulation properties for treating water and wastewater. A flocculating protein from the seeds is responsible for the efficiency and properties as natural coagulant and comparable to aluminum sulfate, presently the most widely used chemical in water treatment process. Many studies have demonstrated that substances can be removed from water and wastewater by Sorption potential of organic pollutants from aqueous solutions, as well for pretreatment of palm oil mill effluent using Moringa oleifera. Its seed is a source of edible oil, 25-41% yield, with excellent quality, with its physico-chemical characteristics comparable to the Olive oil. The leaves of Moringa oleifera are a rich source of amino acids, β-carotene, α- and δ-tocoferol, and protein for human food and animal feed. Furthermore it is used in the herbal medicine in India.

Key Words:

Moringa oleifera.

Moringaceae.

Natural Coagulant.

Hardwater Softener.

Edible Oil.

Vegetables.

Nutritional Components.

Introdução

É notório que a qualidade da água é uma das grandes preocupações atuais e, certamente, será o maior problema a ser enfrentado nos próximos anos. Por esta razão, seria de grande valia buscar e estimular o uso de tecnologias de recuperação de águas, que envolvam um baixo custo financeiro e uma oferta de tecnologias apropriadas, simples e acessíveis, principalmente, quando se objetiva implementá-las em regiões mais carentes (GUPTA; CHAUDHURI, 1992; POLLARD et al., 1992). Moringa oleifera Lamarck, da família Moringaceae, é uma árvore nativa do norte da Índia, hoje encontrado em diversos países tropicais de baixa altitude, incluindo-se zonas áridas (MORTON, 1991; VERDCOURT, 1985; JAHN, 1986). É uma planta rústica e de fácil propagação, que se adapta bem ao clima tropical, tanto em solos pobres, quanto nas regiões áridas e semi-áridas. A multiplicação e a implantação de cultivos racionais de M. oleifera podem ser feitos através de sementes ou mesmo por reprodução assexuada através de estaquia (JAHN, 1991; DELDUQUE, 2000), dependendo da variedade. Trata-se de uma planta de crescimento rápido, florescendo e frutificando no final do sexto mês após o plantio (variedade Periyakulam 1 desenvolvida na Índia) ou outras variedades que demoram de 3 a 4 anos (PALADA, 1996).

Um aspecto importante, do ponto de vista agronômico e ecológico, é o papel dos pigmentos, responsáveis pela cor das flores, que influem diretamente no comportamento dos insetos em relação à planta. Esses pigmentos pertencem essencialmente à classe de flavonóides e carotenóides e atuam como estimulante alimentar em alguns grupos de insetos, nas regiões áridas e semi-áridas (MURUGESAN, 1996). Na região norte da Índia, esta planta floresce duas vezes ao ano, geralmente no período entre fevereiro a maio e de setembro a dezembro. Os grãos de pólen, produzidos entre agosto e setembro, não se dispersam devido à presença de substâncias aderentes, inviabilizando sua ação fecundante, ao passo que em dezembro, essa resinosidade diminui aumentando as chances de polinização, principalmente através do transporte pelos insetos (JYOTHI et al., 1990), e com conseqüente aumento da sua propagação. Um aspecto desfavorável do ponto de vista agronômico se refere ao tempo de viabilidade das sementes. Porém, essa desvantagem pode ser revertida pela possibilidade de propagação através da tecnologia de cultura de tecido (MUGHAL et al., 1999) ou através de seleção prévia em sementes pesadas e leves, sendo que as pesadas apresentaram melhor índice de germinação e de plântulas mais vigorosas (BEZERRA et al., 2004).

M. oleifera é considerada uma planta de amplo espectro de ação e com grande potencial de uso múltiplo. Inicialmente, na China, foi utilizada como planta ornamental e de sombra, ou ainda, como cerca viva, ou como barreira de proteção eólica. Nos últimos anos, mais precisamente desde o início da década de 90, esta planta vem sendo alvo de estudos para sua utilização, partes ou o seu todo, como fonte de proteínas no suprimento alimentar humano e animal, como fonte de óleo vegetal comestível ou fonte de energia combustível, como fonte de proteínas na floculação de impurezas em águas; como matéria prima na fabricação de carvão ativo e como insumo na indústria de celulose. Finalmente, em diversas partes desta planta têm-se identificado princípios ativos medicinais com ação em diferentes áreas da saúde humana (COOTE et al., 1997; GUEVARA et al., 1996; EZEAMUZIE et al., 1996; PAL et al., 1995; JAHN, 1996). Pelo amplo espectro de ação, e pelas boas perspectivas de aplicações que oferece, o cultivo de M. oleifera poderia constituir numa interessante alternativa sócio-econômica a ser explorada em países tropicais, sendo que no Brasil esta planta vem sendo difundida como fonte de vitamina A (SILVA; KERR, 1999).

Atividade como coagulante natural na remoção da turbidez de águas

O tratamento tradicional de águas visando sua potabilidade envolve, sucessivamente, processos de coagulação-floculação-sedimentação, seguidos por filtração e desinfecção da água, este último procedimento normalmente feito através do uso de cloro. Na etapa inicial do processo, utilizam-se primordialmente substâncias com grande potencial eletrolítico representadas por:

• coagulantes inorgânicos, na forma de sais de alumínio, normalmente sulfato de alumínio, ou, mais modernamente, cloreto de polialumínio (PAC) ou sulfato silícico de polialumínio (PASS) (JOLICOEUR; HAASE, 1989), conhecidos como polieletrólitos;

• polímeros organo-sintéticos, como polietilenoiminas ou poliacrilamidas;

• coagulantes naturais, de origem microbiana e quitosana, onde se enquadra a ação da M. oleifera.

Ainda que se reconheça a eficiência, a disponibilidade e a praticidade de uso dos insumos químicos tradicionais, vários estudos recentes associam diversas doenças humanas à presença de alumínio na água, incluindo-se a doença de Alzheimer (AWWS, 1990; MILLER et al., 1984; LETTERMAN; DRISCOLL, 1988; QURESHI; MALMBERG, 1985). Por outro lado, polímeros organo-sintéticos, como poliacrilamida, apresentaram propriedades neurotóxicas e carcinogênicas (MCCOLISTER et al., 1964). Além destes aspectos atinentes à saúde do consumidor, devem-se salientar o aspecto das dificuldades na obtenção e no manuseio de insumos químicos, demandados no tratamento de águas, em locais mais carentes e subdesenvolvidos, além do custo que lhes é imputado como produtos de importação (WARHURST et al., 1997a).

Nos estudos feitos com sementes de M. oleifera, após a retirada da casca e da extração do óleo, obtém-se um resíduo denominado de “torta ou borra”, constituído de tegumento ou polpa, que pode ser aproveitado como condicionador de solo e fertilizante ou mesmo como suprimento alimentar animal (FOLKARD; SUTHERLAND, 1996). Porém, o enfoque de maior impacto deste material consiste no seu aproveitamento em processos de purificação de água, devido à presença de proteínas piezoelétricas. Ressalve-se, porém, a inconveniência no uso de tal material devido ao incremento na concentração de matéria orgânica na água tratada por este processo, demandando, por conseguinte, uma maior carga de cloro, que por sua vez, na presença da matéria húmica existente na água, pode formar compostos conhecidos como trialometanos, estes com comprovada ação mutagênica (ZHANG; WANG, 2000).

Este problema pode ser contornado pela extração aquosa e purificação prévia das proteínas ativas presentes nas sementes de M. oleifera e responsáveis por sua ação coagulante, através de mecanismo de adsorção, e conseqüente neutralização das cargas coloidais, seguido de sedimentação (NDABIGENGESERE et al.,1995; NDABIGENGESERE; NARASIAH, 1998a; FINK, 1984) (Figura 1). As substâncias ativas isoladas são proteínas catiônicas com peso molecular de aproximadamente 13 kDa e ponto isoelétrico (NDABIGENGESERE et al., 1995) entre 10 e 11. A caracterização e a seqüência de aminoácidos de proteínas específicas foram determinadas (GASSEN et al., 1990; GASSENSCHMIDT et al., 1991; GASSENSCHMIDT et al., 1995).

Com o intuito de promover um aumento na eficiência da extração protéica e, conseqüentemente, na disponibilidade de agentes coagulantes, Okuda e colaboradores (1999) introduziram nesse processo uma solução de cloreto de sódio (NaCl), na concentração de 1.0 mol L^-1, podendo este ser substituído por soluções, em idêntica concentração, de nitrato de potássio, cloreto de potássio ou nitrato de sódio pois o fator principal pelo incremento da eficiência na extração dos componentes ativos está na modificação da força iônica (OKUDA et al., 1999) (Figura 2). As proteínas obtidas da casca, desde que purificadas, foram mais eficientes que os compostos de alumínio no tratamento de água, com algumas vantagens adicionais como a atoxicidade e biodegradabilidade do precipitado protéico e, contrariamente aos compostos químicos, não afetando o pH e a condutividade da água pós-tratamento. O volume de resíduo gerado é de 4 a 5 vezes menor que o precipitado com os compostos de alumínio e é completamente biodegradável (NDABIGENGESERE et al., 1995; GASSENSCHMIDT et al., 1995).

Águas provenientes de uso doméstico (JAHN, 1988) e de uso industrial (JAHN, 1986; JAHN, 1988; MCCONNACHIE et al., 1994; MUYIBI; EVISON, 1995a) foram submetidas a um processo de coagulação-floculação-sedimentação usando, como agente coagulante, extrato aquoso de sementes de M. oleifera, previamente secas. Os resultados foram comparados a outros métodos tradicionais de purificação, no tocante ao material sólido, DQO (demanda química de oxigênio), nutrientes (N e P), microrganismos e metais pesados. A eficiência na remoção de partículas sólidas e de microrganismos foi comprovada, mas para alguns metais, este resultado foi apenas parcial. Já o extrato aquoso foi ineficiente em relação a DQO e aos nutrientes (N e P), que podem ser removidos facilmente por compostos de alumínio, especialmente o fósforo. Contudo, resultados sensivelmente melhores neste processo foram obtidos, com a utilização das proteínas isoladas e previamente purificadas. Muyibi e Evison (1995b) conduziram estudos complementares para a otimização do processo de coagulação de águas túrbidas afetado pelos parâmetros físicos.

Comprovou-se ainda que as sementes, tanto na sua forma integral quanto moída, ou mesmo na forma de torta, em proporções de 1 a 3%, atuam como um polieletrólito catiônico no tratamento de águas. Foi eficiente mesmo em conteúdos menores de cascas em relação ao volume de água tratada (50 mg L^-1), dependendo do grau de impurezas presentes nas águas. Segundo Sutherland e colaboradores (BARTH, 1982 et al.; SUTHERLAND et al., 1989; SUTHERLAND et al., 1990), para sementes in natura, não descascadas, a proporção mais efetiva foi de 500 mg L^-1. Além do uso in natura das cascas de M. oleifera na etapa de floculação, as mesmas foram submetidas a um processo de pirólise à temperatura de 750 a 800°C, fornecendo um carvão ativo de altíssima qualidade. O mesmo estudo demonstrou a eficiência desse material na adsorção, sedimentação e conseqüente remoção de hepatotoxinas, produzidas por cianobactérias, através do processo de filtração por carvão ativo em grânulo, em pó ou acondicionado em filtro (WARHURST et al., 1997b). Diversos estudos demonstraram a eficiência do carvão na remoção de turbidez da água, em condições diversas de pH, temperatura, diferentes concentrações de cátions e ânions, e esses estudos sistemáticos comprovaram a remoção entre 80 e 99% da turbidez (NDABIGENGESERE; NARASIAH, 1996; NDABIGENGESERE; NARASIAH, 1998b; WARHURST et al., 1997b; NDABIGENGESERE et al., 1995; MUYIBI; OKUOFU, 1995; MUYUBI; EVISON, 1996). Em outros estudos, sobre a relação entre a porosidade cristalina do carvão ativado e as características de adsorção de impurezas em suspensão, em diferentes condições de temperatura e variação no tempo de ativação, concluíram que se trata de um processo técnica e economicamente viável, especialmente para países em desenvolvimento (WARHURST et al., 1997a; WARHUST et al., 1996; WARHURST et al., 1997c; POLLARD, 1995). Outra variante do processo consistiu na suspensão das sementes de M. oleifera em águas consideradas duras, com teor de 300 a 1000 mg.L^-1 de carbonato de cálcio, visando o amolecimento das mesmas. O mecanismo de ação consiste na adsorção dos íons que conferem a dureza das águas, formando produtos insolúveis que se separam por precipitação, independente do pH da água (MUYIBI; EVISON, 1995a). Os oxalatos presentes na planta também participam da ação de seqüestro de cálcio da água, sedimentando o produto formado (PANKAJA; PRAKASH, 1994).

Além da sua aplicação no tratamento de água, registra-se atualmente a procura por floculante natural destinado à clarificação de caldo de cana na produção de açúcar orgânico devido à proibição do uso de polieletrólitos sintéticos nesse processo. Quando a semente de M. oleifera (0.16%) foi usada juntamente com a bentonita (0.05%) alcançou-se um bom resultado, com potencial de clarificação acima de 52%; contudo o lodo gerado ainda é considerado alto (WONG; TSE, 1999). As 14 espécies de Moringa, já identificadas e estudadas, apresentaram atividade coagulante em maior ou menor escala. Porém, os melhores resultados ainda foram obtidos nos estudos com M. oleifera Lam. (JAHN, 1988). Outra espécie de Moringaceae a merecer atenção, com estudos em curso, é a M. stenopetala (FOLKARD; SUTHERLAND, 1996), cujos estudos de domesticação foram realizados por Jahn (1991).

Êxito da aplicação de M. oleifera no tratamento de água

O emprego de uma tecnologia simples na purificação de águas, conjugando a ação de areia bentonita e sementes de M. oleifera na sedimentação de impurezas, revelou ser um processo eficiente também no tratamento de águas com Schistossoma mansoni, Cercariae, em vilas do Sudão (OLSEN, 1987). É, pois, desejável que alternativas como esta, da utilização de M. oleifera, científica e tecnicamente bem fundamentadas e comprovadas, com experiências bem sucedidas no Sudão (JAHN; HAMID, 1979; JAHN, 1981), possam constituir-se em processos alternativos eficientes no tratamento e na purificação de águas. Em relato mais recente (NYEIN et al., 1997), esta tecnologia também foi bem aceita pela população de uma vila em Myanmar (continente asiático), sendo rejeitada por apenas 2,7% das famílias.

Hoje, o interesse pelo uso de coagulantes naturais vem despertando interesse, principalmente, como alternativa acessível e barata para países em desenvolvimento, com ênfase no suprimento de água potável às populações mais carentes, especialmente em zonas rurais (JAHN, 1981; JAHN, 1986; JAHN, 1988; DIAZ et al., 1999).

Aplicabilidade no tratamento de efluentes

A torta das sementes, após a extração de óleo, apresentou grande potencial de uso nos processos de tratamento de efluentes, através do mecanismo de adsorção dos poluentes orgânicos presentes em soluções aquosas, apresentando maior adsorção de cumeno (BTEC)>etilbenzeno>tolueno>benzeno (AKHTAR et al., 2007). Estudo similar foi realizado no tratamento de efluentes da usina de extração de óleo de palmeira (BHATIA, 2007), apresentando remoção de 95% de sólidos em suspensão e 52,2% de redução na demanda química de oxigênio (DQO). A combinação da torta com um floculante comercial (NALCO 7751) apresentou um desempenho superior ao do alumínio, com a eficiência de remoção de sólidos em suspensão aumentando para 99,3% e a redução de DQO em 52,5% (BHATIA, 2007).

Aproveitamento como suprimento alimentar

Na análise de sementes maduras, além dos componentes principais como proteínas, gorduras e carboidratos (Tabela 1), registrou-se a ocorrência de metionina e cisteína num teor de 43,6 g kg^-1 de proteína, considerada excepcionalmente alta e muito próxima à encontrada no leite humano, no leite de vaca e em ovos de galinha. Porém, estudos nutricionais com ratos evidenciaram uma série de anomalias, como perda de apetite, diminuição do crescimento e aumento em diversos órgãos vitais e atrofias do timo e do baço, quando comparados com ratos alimentados à base de clara de ovo, sugerindo cautela no consumo de sementes maduras de M. oleifera, até que estudos detectem quais seriam os fatores adversos causadores destas anomalias (OLIVEIRA et al., 1999).

Estudos com as folhas desidratadas de M. oleifera (Tabela 2) levaram à conclusão de que elas apresentam um bom potencial nutritivo, especialmente como fonte de caroteno, para dietas de populações de países em desenvolvimento (SESHADRI et al., 1997). O teor de proteínas nas folhas alcança valores da ordem de 27%. Para alimentação animal, tanto as folhas, como a torta de resíduos, mesmo após a extração de óleo vegetal e dos coagulantes protéicos, constituem-se em fontes ricas de proteínas, comparáveis às existentes em soja, com teores correspondentes a 260, 70 e 60 g kg^-1, nas folhas, brotos e caules, respectivamente, degradáveis em sua grande maioria, em até 24 horas de ruminação (AREGHEORE, 2002). É também recomendado como substituto da torta de girassol na ração animal em regiões escassas em alimentação (SARWATT et al., 2002). Embora em proporção menor, também foi verificada a presença de proteínas insolúveis (MAKKAR; BECKER, 1996; MAKKAR; BECKER, 1997;).

Devido a essas características desfavoráveis, a substituição de proteínas a partir das folhas de Moringa oleifera não deve exceder 10% na ração destinada para tilápia (Oreochromis niloticus L.) (RICHTER et al., 2003). Outro estudo mostrou a potencialidade de uso de M. oleifera como planta olerícola em área sub-tropical dos EUA (PALADA, 1996). A presença de componentes antinutricionais foi comprovada através de ensaios com ratos recém desmamados, onde um grupo foi alimentado somente com leite e outro com dieta enriquecida de folhas de M. oleifera. Os resultados revelaram considerável diminuição na absorção e retenção de cálcio neste último grupo. Isto é devido à presença de oxalatos no material vegetal que atuam como seqüestradores de cálcio (PANKAJA; PRAKASH, 1994).

As sementes de M. oleifera são muito ricas em óleo, conhecido como “Ben oil” ou “behen oil”, num teor que varia entre 25 a 41%, de acordo com o processo extrativo como a prensagem a frio, extração com hexano (ou éter de petróleo) ou com a mistura clorofórmio: metanol (50:50). Esse nome popular ao óleo se deve a alta porcentagem de ácido behénico (C_22:0) na composição do óleo, em até 6.4%, e esse componente tem boa aplicabilidade na indústria alimentícia (RAVAL; TOLIWAL, 1996; LALAS; TSAKNIS, 2002 ). Comparado ao Azeite de oliva, o óleo de M. oleifera apresentou estabilidade e composição em ácidos graxos, similares aos de oliva, embora apresentasse um grau menor de insaturação (TSAKNIS et al., 1998; FOLKARD; SUTHERLAND, 1996), conteúdos similares em ácido oléico (C_18:1), maiores em ácidos behénico (6,4%, C_22:0), palmítico (6,4%, C_16:0), e esteárico (5,7%, C_18:0), e menores em linoléico (0,7%, C_18:2) e linolênico (0,2%, C_18:3) (TSAKNIS et al. 1998; RAVAL; TOLIWAL, 1996). Registram-se, ainda, altos teores de componentes como o β-sitosterol, campesterol e stigmasterol (Tabela 3). O óleo apresentou alta estabilidade à oxidação rançosa, em especial aquele extraído com clorofórmio:metanol. O óleo de M. oleifera contém α-, γe δ-tocoferol; quando a maioria dos óleos vegetais contém o α-, βe γtocoferol. Ressalta-se que a atividade antioxidante de δ-tocoferol excede as de γ-, βe α-tocoferol (LALAS; TSAKNIS, 2002). Além de seu uso como condimento em culinária, este óleo foi utilizado como aditivo em cosméticos, como lubrificante em engrenagens delicadas ou mesmo como combustível em lamparinas (ECKEY; MILLER, 1954; VAUGHAN, 1970;; FOLKARD; SUTHERLAND, 1996).

Conclusões

A partir deste estudo de revisão, tornou-se patente o amplo espectro de ação e potenciais aplicações e usos que a Moringa oleifera apresenta, especialmente no tratamento de águas, industriais ou domésticas, e como fonte alternativa de proteínas e vitaminas no suplemento alimentar humano e animal. As sementes de Moringa oleifera constituíramse em objeto de muitos estudos, como agentes de coagulação-floculação-sedimentação em processos depurativos de águas. Mostraram-se ativas, tanto as sementes por inteiro, quanto suas partes, como as cascas “in natura”, ou pirolizadas, estas fornecendo um carvão ativo de alta qualidade, devido à sua densa microporosidade que aumenta sua eficiência na retenção de poluentes. Do tegumento, após a extração do óleo, para uso condimentar, biocombustível, lubrificante ou cosmético, obtém-se extratos protéicos de alta eficiência na purificação de águas. Os principais parâmetros preconizados para águas tratadas por processos convencionais, como pH, alcalinidade, condutividade, concentração catiônica-aniônica, são compatíveis com as águas tratadas com Moringa oleifera. Dessa maneira, a espécie Moringa oleifera representa uma alternativa eficiente, biorenovável, inócua à saúde humana e animal, na remoção de turbidez, partículas em suspensão ou microrganismos em sistemas aquosos, constituindo-se numa opção interessante como processo de potabilização de águas.

Considerando-se a viabilidade de cultivo de Moringa oleifera em regiões áridas e tropicais, onde os problemas com água potável são mais patentes, e o envolvimento de processos de baixa tecnologia agregada aos extratos de Moringa oleifera na depuração de águas impróprias ao consumo, conclui-se que sua implementação é desejável e recomendável. Finalmente, no âmbito social, a exploração racional de Moringa oleifera pode significar uma abertura de frentes de trabalho em áreas tropicais, a fixação do homem à vida e às atividades de campo, contando com suprimento de água tratada, podendo-se estabelecer uma exploração econômica de M. oleifera, gerando recursos adicionais para o seu sustento.

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