Mierea produsă de albine fără ac poate deveni solvent alimentar pentru extragerea compușilor bioactivi din coaja boabelor de cacao

Un studiu realizat la Universidade Estadual de Campinas (Brazilia) și publicat în jurnalul ACS Sustainable Chemistry & Engineering la 21 august 2025 a investigat utilizarea mierii produse de albine fără ac drept solvent natural pentru extracția compușilor bioactivi din coaja boabelor de cacao. Cercetarea arată că mierea poate funcționa ca un solvent alimentar eficient, capabil să extragă teobromină și cafeină, generând extracte cu activitate antioxidantă crescută și cu potențiale aplicații alimentare, nutraceutice sau cosmetice.

Rezumat

• Coaja boabelor de cacao este un reziduu agro-industrial bogat în metilxantine (teobromină și cafeină) și compuși fenolici.

• Studiul a testat cinci tipuri de miere produse de albine fără ac ca solvenți alimentari naturali pentru extracția acestor compuși.

• Metoda utilizată a fost extracția asistată de ultrasunete de mare intensitate, optimizată prin modele experimentale statistice.

• Condiția optimă de extracție:

  • 400 W putere ultrasunete

  • 3,5 minute timp de extracție

  • raport solvent/materie primă 20 g/g

• Recuperarea maximă observată:

  • teobromină ≈ 9,8–10,4 mg/g

  • cafeină ≈ 0,96–1,00 mg/g

• Extractele obținute au prezentat creșteri semnificative ale conținutului de compuși fenolici și ale capacității antioxidante comparativ cu mierea brută.

• Procesul prezintă caracteristici compatibile cu principiile chimiei verzi și ale economiei circulare.

Context

Industria cacao generează cantități mari de coji ale boabelor de cacao, un reziduu adesea subutilizat. Totuși, aceste coji conțin compuși biologic activi, în special:

• teobromină

• cafeină

• compuși fenolici antioxidanți

Tehnicile clasice de extracție folosesc frecvent temperaturi ridicate și timpi lungi de procesare, ceea ce poate duce la:

• degradarea compușilor termolabili

• consum energetic ridicat

• necesitatea unor etape suplimentare de purificare.

În ultimii ani au fost explorate alternative mai sustenabile, precum solvenți bio-bazați sau solvenți eutectici naturali, însă mulți dintre aceștia nu sunt potriviți pentru consum direct.

În acest context, mierea produsă de albine fără ac prezintă câteva caracteristici interesante pentru extracția compușilor bioactivi:

• conținut mai mare de apă

• aciditate mai ridicată

• vâscozitate mai mică decât mierea clasică

Aceste proprietăți pot facilita transferul de masă și dizolvarea compușilor polari, transformând mierea într-un solvent alimentar funcțional.

Despre studiul actual

Materii prime analizate

Cercetătorii au utilizat:

• coji de boabe de cacao (Theobroma cacao)

• cinci tipuri de miere produse de albine fără ac, provenite din Brazilia:

• Tetragona clavipes

• Tetragonisca angustula

• Melipona quadrifasciata

• Scaptotrigona postica

• Frieseomelitta varia

Coaja de cacao a fost:

• uscată până la ≈7% umiditate

• măcinată la particule de 250–500 μm

• păstrată la −20°C până la utilizare.

Caracterizarea fizico-chimică a mierii

Pentru fiecare tip de miere s-au analizat:

• vâscozitatea

• conținutul de apă

• pH-ul

• aciditatea titrabilă

• conținutul de cenușă

• compoziția zaharurilor (glucoză și fructoză)

Valorile au variat semnificativ între specii.

Exemple:

• vâscozitate

  • minim: 140 cP (T. clavipes)

  • maxim: 3161 cP (F. varia)

• conținut de apă

  • 38,3 ± 2,4% (T. clavipes)

  • 25,1 ± 0,9% (F. varia)

• pH

  • interval: 3,3 – 4,2

• aciditate

  • interval: 43,7 – 189,5 meq/kg

Metoda de extracție

A fost utilizată extracția asistată de ultrasunete cu sondă, folosind:

• frecvență: 20 kHz

• putere maximă: 400 W

Procedura experimentală:

• 500 mg coajă de cacao

• volum de miere stabilit prin raport solvent/materie primă

• extracția în tub Falcon de 50 mL

• centrifugare: 10 600 g timp de 10 min

Ulterior, compușii au fost cuantificați prin cromatografie lichidă de înaltă performanță (UPLC).

Optimizarea procesului

Optimizarea a implicat două etape statistice:

• Design Plackett–Burman pentru identificarea factorilor importanți

• Design factorial centrat pe față pentru optimizarea parametrilor

Variabilele testate:

• puterea ultrasunetelor: 160–400 W

• timpul de extracție: 1–5 min

• raport solvent/materie primă: 20–50 g/g

• apă adăugată în miere: 20–50%

• acid lactic: 0–10%

Rezultatele au arătat că factorii cu influență semnificativă asupra extracției sunt:

• timpul de extracție

• puterea ultrasunetelor

• conținutul de apă

• concentrația de acid lactic.

Condiția optimă stabilită:

• 3,5 minute extracție

• 20% apă

• fără acid lactic

• 400 W ultrasunete

• raport solvent/materie primă 20 g/g

Testele ulterioare au arătat că mierea pură (fără apă adăugată) oferă rezultate similare, astfel încât a fost preferată pentru experimentele finale.

Analizele biochimice

Au fost evaluate:

• conținutul total de compuși fenolici (Folin–Ciocalteu)

• activitatea antioxidantă prin metodele:

  • ABTS

  • DPPH

  • FRAP

Rezultatele au fost exprimate în:

• mg echivalent acid galic/g

• μg echivalent Trolox/g

• μmol Fe²⁺/g.

Rezultate

Conținutul de metilxantine

Extracția optimizată a permis recuperarea eficientă a compușilor activi din coaja de cacao.

Valorile maxime observate:

Teobromină

• apă: 10,40 ± 0,01 mg/g

• Tetragona clavipes: 9,78 ± 0,48 mg/g

• Melipona quadrifasciata: 9,80 ± 0,24 mg/g

Cafeină

• apă: 1,00 ± 0,01 mg/g

• Tetragona clavipes: 0,98 ± 0,01 mg/g

• Melipona quadrifasciata: 0,96 ± 0,02 mg/g

• Tetragonisca angustula: 0,84 ± 0,07 mg/g

Astfel, anumite tipuri de miere au prezentat performanțe comparabile cu apa, un solvent standard pentru extracția metilxantinelor.

Activitatea antioxidantă

Extractele obținute au prezentat activitate antioxidantă semnificativ mai mare decât mierea brută.

De exemplu:

• conținut total de fenoli în mierea crudă:

  • 0,460 ± 0,008 mg GAE/g (minim)

  • 1,286 ± 0,259 mg GAE/g (maxim)

După extracție, valorile au crescut semnificativ în toate tipurile de miere analizate.

Eficiența ultrasunetelor

Metoda cu sondă ultrasonică a fost mult mai eficientă decât extracția în baie ultrasonică:

• 3,5 minute extracție vs

• 45 minute în baia ultrasonică

Aceasta confirmă avantajele ultrasunetelor de mare intensitate în:

• ruperea matricei vegetale

• accelerarea transferului de masă.

Formarea 5-hidroximetilfurfuralului

Un indicator al degradării termice este 5-hidroximetilfurfuralul (5-HMF).

Rezultatele au arătat:

• valori nedetectabile în unele tipuri de miere

• creșteri până la 0,275 ± 0,007 mg/g în mierea Frieseomelitta varia după extracție.

Temperatura maximă atinsă:

• ≈79°C în mierea foarte vâscoasă

• ≈56°C în apă.

Evaluarea sustenabilității

Procesul a fost evaluat prin indicatorul Path2Green, bazat pe 12 principii ale extracției verzi.

Scorul final:

+0,118

Avantaje:

• utilizarea unui reziduu agro-industrial

• solvent comestibil și biodegradabil

• eliminarea etapelor de purificare

• aplicabilitate directă în produse alimentare.

Limitări:

• randament global relativ modest (≈20%)

• cantitate mare de biomasa reziduală (≈80%)

• dificultăți de scalare industrială.

Concluzii

Cercetarea demonstrează că mierea produsă de albine fără ac poate funcționa ca solvent alimentar natural pentru extracția compușilor bioactivi din coaja boabelor de cacao. Metoda bazată pe ultrasunete permite obținerea rapidă a unui produs bogat în teobromină, cafeină și compuși fenolici, cu activitate antioxidantă crescută.

Strategia prezintă mai multe avantaje:

• valorificarea unui reziduu agro-industrial

• utilizarea unui solvent natural și comestibil

• reducerea etapelor de procesare

• integrarea principiilor economiei circulare și chimiei verzi.

Pentru aplicații comerciale viitoare sunt necesare studii suplimentare privind:

• stabilitatea produsului

• degradarea compușilor

• siguranța microbiologică

• acceptabilitatea senzorială.