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ÓLEOS ESSENCIAIS DE Cinnamomum
zeylanicum, Cymbopogon nardus e Zingiber
officinale: CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA,
ATIVIDADE ANTIOXIDANTE E
ANTIBACTERIANA
MILENE APARECIDA ANDRADE
2010
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MILENE APARECIDA ANDRADE
ÓLEOS ESSENCIAIS DE Cinnamomum zeylanicum, Cymbopogon nardus e
Zingiber officinale: CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA, ATIVIDADE
ANTIOXIDANTE E ANTIBACTERIANA
Dissertação apresentada à Universidade Federal
de Lavras como parte das exigências do
Programa de Pós- Graduação em Agroquímica,
área de concentração Agroquímica e
Agrobioquímica, para a obtenção do título de
“Mestre”.
Orientadora
Profª. Drª Maria das Graças Cardoso
LAVRAS
MINAS GERAIS – BRASIL
2010
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Andrade, Milene Aparecida
.
Óleos essenciais de Cinnamomum zeylanicum, Cymbopogon
nardus e Zingiber officinale: caracterização química, atividade
antioxidante e antibacteriana / Milene Aparecida AndradeLavras:
UFLA, 2010.
83 p. : il.
Dissertação (mestrado)Universidade Federal de Lavras, 2010.
Orientador: Maria das Graças Cardoso.
Bibliografia.
1. Produtos naturais. 2. Plantas condimentares. 3. Propriedades
biológicas. 4. Canela. 5. Citronela. 6. Gengibre. I. Universidade
Federal de Lavras. II. Título.
CDD – 664.53
Ficha Catalográfica Preparada pela Divisão de Processos Técnicos da
Biblioteca Central da UFLA
MILENE APARECIDA ANDRADE
ÓLEOS ESSENCIAIS DE Cinnamomum zeylanicum, Cymbopogon nardus e
Zingiber officinale: CARACTERIZAÇÃO QUÍMICA, ATIVIDADE
ANTIOXIDANTE E ANTIBACTERIANA
Dissertação apresentada à Universidade Federal
de Lavras como parte das exigências do
Programa de Pós-Graduação em Agroquímica,
área de concentração Agroquímica e
Agrobioquímica, para a obtenção do título de
“Mestre”.
APROVADA em 22 de fevereiro de 2010.
Prof. Dr. Luís Roberto Batista UFLA
Prof. Dra. Samísia M. Fernandes Machado UFS
Profa. Dra. Maria das Graças Cardoso
UFLA
(Orientadora)
LAVRAS
MINAS GERAIS – BRASIL
À minha mãe, Onilda, e à minha a-mãe, Marica, pessoas
a quem eu amo mais do que sou capaz de dizer e eu sempre
sentirei muitas saudades.
OFEREÇO
Ao meu grande amor, Otávio, que mesmo
tão longe, continua sendo meu porto
seguro.
DEDICO
(...) Cada um de nós come a
sua história, cada ser em si
Carrega o dom de ser capaz, e ser feliz.
AGRADECIMENTOS
A Deus por indicar o caminho e dar-me forças para segui-Lo;
À minha falia, que mesmo longe, incentivaram-me com sua torcida e
confiança.
À minha orientadora, professora e amiga, Maria das Graças Cardoso,
pela harmônica orientação, cujos ensinamentos profissionais e pessoais serão
levados comigo por toda à vida...
Ao professor Luís Roberto Batista (DCA-UFLA), pela coorientação
precisa, pela confiança em mim depositada e disposão em ajudar-me sempre.
À professora Prof. Dra. Samísia M. F. Machado e ao Prof. Dr. Péricles
Barreto Alves (UFS), pelas análises cromatográficas.
A todos os professores do Departamento de Química, pela dedicação,
empenho e conhecimentos transmitidos.
Aos colegas e amigos do curso de Agroquímica, em especial, Roberta,
Elaine, Eliane, Jake, Thaís, Stefânia, Marcus, Anderson e Paulo, pela amizade e
convivência ao longo do curso.
Aos amigos do Laboratório de Química Orgânica, Juliana, Lucilene,
Luiz Gustavo, Renata, Maria Luiza, Marcos, Cínthia, Lidy, Felipe, Ana, João,
Wilder, Rodrigo, pelo companheirismo e amizade, e principalmente, à Aline,
pela colaboração na condução do experimento.
Às minhas amigas de república, Renata e, principalmente, à Lílian pela
amizade de longa data, pela ajuda em todas as horas e por agüentar-me nos
momentos de crise...
Às meninas” Cláudia e Sílvia, à Juliana e ao meu eterno amigo, Jean,
pelos momentos de descontração.
Aos meus amigos do Laboratório de Microbiologia de Alimentos,
Thales, Rodriguinho, Alexandre, Alezinha, Alessandra, Manú, Maíra, Danilo e
Naty, e a técnica Eliane, do Laboratório de Micologia de Alimentos, Elis,
Daiane, Fabi, Chris, Josy, Mariana, Michele, Abiah e Mônica, pela convivência
agradável e pela ajuda no decorrer do experimento.
Aos funcionários do Departamento de Química, às secrerias Miriam,
Ana Cristina, Shirley e a técnica Xulita, pela convivência e prestabilidade.
À Universidade Federal de Lavras, ao Departamento de Química, pela
oportunidade e à Capes (Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível
Superior), pela concessão da bolsa de estudo.
E a todos que durante esses dois anos contribuíram direta ou
indiretamente para este momento.
SUMÁRIO
gina
LISTA DE SÍMBOLOS E SIGLAS..........................................................
i
LISTA DE FIGURAS ................................................................
.......................
iii
LISTA DE TABELAS .................................
.......................................................
v
RESUMO ................................................................
................................
vi
ABSTRACT ................................................................
................................
vii
1 INTRODUÇÃO ................................................................
.............................
1
2 REFERENCIAL TEÓRICO.................................................................
3
2.1 Plantas aromáticas, medicinais e condimentares................................
...........
3
2.2 Metabólitos secundários......................................................................
3
2.3 Óleos essenciais ................................................................
............................
6
2.3.1 Biossíntese de terpenoides ................................
................................
8
2.3.2 Biossíntese de fenilpropanoides................................
..............................
11
2.4 Atividade antioxidante dos óleos essenciais ................................
.................
13
2.5 Atividade antibacteriana dos óleos essenciais................................
...............
16
2.6 Bactérias patogênicas encontradas em alimentos................................
19
2.6.1 Staphylococcus aureus................................................................
................
21
2.6.2 Escherichia coli................................................................
........................
22
2.6.3 Listeria monocytogenes ................................................................
............
24
2.6.4 Pseudomonas aeruginosa ................................
................................
24
2.6.5 Salmonella Cholerasius ................................................................
............
25
2.7 Canela-da-índia (Cinnamomum zeylanicum) ................................
..................
26
2.8 Gengibre (Zingiber officinale) ................................
................................
28
2.9 Capim-citronela (Cymbopogon nardus).....................................
29
3 MATERIAL E MÉTODOS................................................................
..............
31
3.1 Obtenção do material vegetal................................
................................
31
3.2 Extração do óleo essencial................................................................
.............
31
3.2.1 Determinação da umidade................................
................................
31
3.3 Identificação e quantificação dos constituintes dos óleos essenciais
.............
32
3.4 Atividade biológica dos óleos essenciais.............................................
33
3.4.1 Manutenção e ativação das culturas bacterianas..............................
33
3.4.2 Efeito inibitório dos óleos essenciais sobre bactérias......................
34
3.4.2.1Teste de Difusão Cavidade em Agar.............................................
33
3.4.3 Análise estatística............................................................................
34
3.5 Atividade antioxidante.......................................................................
35
3.5.1 Sistema β caroteno/ácido linoleico................................................. 35
3.5.1.1 Alise estatística........................................................................ 36
3.5.1 . Método de sequestro de radicais DPPH (1,1-difenil-2-
picrilidrazila)............................................................................................
36
3.5.1.2 Alise estatística........................................................................
37
4 RESULTADOS E DISCUSSÃO..........................................................
38
4.1 Rendimento........................................................................................
38
4.2 Identificação e quantificação dos constituintes dos óleos
essenciais.................................................................................................
39
4.2.1 Cymbopogon nardus (Capim-citronela).........................................
39
4.2.2 Cinnamomum zeylanicum (Canela)................................................
41
4.2.3 Zingiber officinale (Gengibre).......................................................
43
4.3 Atividade antibacteriana ..............................................................
45
4.4 Atividade antioxidante.....................................................................
50
5 CONCLUSÃO....................................................................................
54
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS................................................
55
ANEXOS................................................................................................
72
i
LISTA DE SÍMBOLOS E SIGLAS
ATCC American Type Culture Colletion
ANVISA Agência Nacional de Vigilância Saniria
BHT 2,6-di-terc-butil-4-metilfenol
BHA 2-terc-butil-4-hidroxianisol
BHI Caldo infusão de cérebro e coração
BLU Base livre de umidade
CG-DIC Cromatografia em fase gasosa com detector por ionização de
chamas
CG/EM Cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas
CI
50
Concentração de 50% de inibição
CL Cloranfenicol
CMI Concentração Mínima Inibitória
HMG-CoA 3-hidroxi-3-metilglutaril- Coa
DIC Delineamento inteiramente casualizado
DMAPP Dimetilalilpirofosfato
DMSO Dimetilsulfóxido
DNA Ácido desoxiribonucleico
DTA Doença Transmitida por alimento
DXPS 1-deoxi-D-xilulose-5-fosfato
EPEC Enteropatogênica clássica
EIEC Enteroinvasiva
ETEC Enterotoxogênica
EHEC Entero-hemorrágica
DAEC Difusamente adesiva
EAggEC Enteroagregativa
GPP trans-geranilpirofosfato
DPPH 1,1-difenil-2-picrilidrazila
NADPH Nicotinamida adenina dinucleotídeo fosfato
IPP Isopentil-pirofosfato
FAL Fenilalanina amonialiase
ii
PG Galato de propila
RNA Ácido ribonucleico
TSA Triptic soy Agar
TSB Triptic soy Broth
TBHQ Terc-butil-hidroquinona
UFC Unidade formadora de colônia
iii
LISTA DE FIGURAS
gina
FIGURA 1 Principais rotas de biossíntese de metabólitos
secundários.....................................................................
5
FIGURA 2 Estrutura química do isopreno........................................ 8
FIGURA 3 Biossíntese de terpenos via mevalonato......................... 10
FIGURA 4 Biossíntese de terpenos via DXPS.................................. 11
FIGURA 5 Representação químicasica de um fenilpropanoide... 11
FIGURA 6 Biossíntese de fenilpropanoides..................................... 12
FIGURA 7 Estruturas químicas dos principais antioxidantes
utilizados na indústria(a) α- Tocoferol, (b) BHT, (c)
BHA, (d) PG e (e) TBHQ...............................................
15
FIGURA 8 Aspecto geral da espécie canela (Cinnamomum
zeylanicum).....................................................................
27
FIGURA 9 Aspecto geral da espécie gengibre (Zingiber
officinale)........................................................................
29
FIGURA 10 Aspecto geral da espécie capim-citronela
(Cymbopogon nardus)....................................................
30
FIGURA 11 Estruturas químicas dos compostos majoritários
presentes no óleo essencial de Cymbopogon nardus (a)
Citronelal, (b) Citronelol e (c) Geraniol.........................
41
FIGURA 12 Estruturas químicas dos compostos majoritários
presentes no óleo essencial de Cinnamomum
zeylanicum. (a) 1,8-Cineol, (b) Acetato de cimamila e
(c) Aldeído cinâmico......................................................
43
FIGURA 13 Estruturas químicas dos compostos majoritários
iv
presentes no óleo essencial de Zingiber officinale. (a)
Neral, (b) Geranial, (c) Geraniol, (d) 1,8-Cineol, (e)
Canfeno e (f) Acetato de geranila...................................
45
FIGURA 14 Fotografias do último dia de experimento para a
avalição do efeito inibitório do óleo Cinnamomum
zeylanicum, sobre (a) Escherichia coli, (b) Listeria
monocytogenes, (c) Staphylococcus aureus, (d)
Pseudomonas aeruginosa e (e) Salmonella
Cholerasuis.....................................................................
47
v
LISTA DE TABELAS
gina
TABELA 1 Rendimentos dos óleos essenciais de Cymbopogon
nardus, Cinnamomum zeylanicum e Zingiber
officinale..........................................................................
38
TABELA 2 Composição química do óleo essencial das folhas de
Cymbopogon nardus.......................................................
40
TABELA 3 Composição química do óleo essencial da casca de
Cinnamomum zeylanicum...............................................
42
TABELA 4 Composição química do óleo essencial dos rizomas de
Zingiber officinale...........................................................
44
TABELA 5 Concentração mínima inibitória dos óleos essenciais de
Cymbopogon nardus, Cinnamomum zeylanicum e
Zingiber officinale encontrada para os micro-organismos
Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Listeria
monocytogenes, Pseudomonas aeruginosa e Salmonella
Cholerasuis....................................................................
46
TABELA 6 Atividade antioxidante dos óleos essenciais de
Cymbopogon nardus, Cinnamomum zeylanicum e
Zingiber officinale e dos padrões Timol, Ácido ascórbico
pelo teste β-caroteno/ácido linoleico e pelo método de
sequestro de radicais DPPH (1,1-difenil-2-picrilidrazila)...
51
vi
RESUMO
ANDRADE, Milene Aparecida. Óleos essenciais de Cinnamomum
zeylanicum, Cymbopogon nardus e Zingiber officinale: caracterização
química, atividade antioxidante e antibacteriana. 2010. 83p. Dissertação
(Mestrado em Agroquímica) – Universidade Federal de Lavras, Lavras.
Atualmente tem-se observado uma crescente busca por produtos
naturais, tanto para a utilização em indústrias farmacêuticas, alimentícias e de
cosméticos, como para utilização na agricultura. Entre os produtos de origem
vegetal, os óleos essenciais, pertencentes à classe dos metabólitos secundários,
vêm se destacando por suas atividades biológicas. Nesse contexto, objetivou-se
neste estudo caracterizar quimicamente e avaliar as atividades antioxidante e
antibacteriana dos óleos essenciais de Cymbopogon nardus, Cinnamomum
zeylanicum e Zingiber officinale. A obtenção do óleo essencial foi realizada pela
cnica de hidrodestilação utilizando o aparelho de Clevenger modificado, e a
identificação e quantificação dos constituintes, pelas análises em CG/EM e CG-
DIC. A avaliação da atividade antibacteriana foi realizada por meio da técnica
Difusão cavidade em ágar, utilizando os micro-organismos Staphylococcus
aureus ATCC 6538, Listeria monocytogenes ATCC 19117, Escherichia coli
ATCC 11229, Salmonella Cholerasuis ATCC 6539 e Pseudomonas aeruginosa
ATCC 15442. A atividade antioxidante foi avaliada utilizando sistema β-
carotenocido linoleico e o método de sequestro de radicais DPPH. Nas análises
cromatográficas, os constituintes majoritários encontrados no óleo essencial de
C. nardus foram citronelal (47,12%), geraniol (18,56%), e citronelol (11,07%),
no óleo essencial de C. zeylanicum foram identificados (E)- cinamaldeído
(77,72%), acetato de (E)-cinamila (5,99%) e o monoterpenoide 1,8-cineol
(4,66%) como componentes majoritários, e para Z. officinale os majoritários
foram geranial (25,06%), neral (16,47%), 1,8-cineol (10,98%), geraniol (8,51%)
e acetato de geranila (4,19%) e o canfeno (4,30%). Os óleos essenciais
apresentaram atividade antibacteriana satisfatória, tanto para bactérias Gram-
negativas como para Gram-positivas, sendo o óleo essencial de C. zeylanicum o
mais eficiente. A atividade antioxidante foi evidenciada pelo teste β-
carotenocido linoleico para C. nardus, seguido de Z. officinale e C.
zeylanicum, respectivamente, e pelo teste do DPPH, foi observada apenas para
C. nardus.
Comitê Orientador: Maria das Graças Cardoso – UFLA (Orientadora) e Luís Roberto
Batista UFLA
vii
ABSTRACT
ANDRADE, Milene Aparecida. Essential oils of Cinnamomum zeylanicum,
Cymbopogon nardus and Zingiber officinale: chemical characterization and
antioxidant and antibacterial activity. 2010. 83p. Dissertation (Master’s in
Agrochemistry) – Federal University of Lavras, Lavras.
Currently an increasing search for natural products has been observed,
for use in the pharmaceutical, nutrition and cosmetics industries, as well as in
agriculture. Among the products of vegetable origin, the essential oils, belonging
to the class of the secondary metabolites, stand out for their biological activity.
In this context, the objective of this study consisted of chemically characterizing
and evaluating the antioxidant and antibacterial activity of the essential oils of
Cymbopogon nardus, Cinnamomum zeylanicum and Zingiber officinale. The
obtaining of the essential oil was conducted using the hydrodestilation technique
through a modified Clevenger apparatus and the identification and
quantification of the constituents by GC/MS analyses and GC-FID. The
evaluation of the antibacterial activity was accomplished through the agar well
diffusion technique, using the microorganisms Staphylococcus aureus ATCC
6538, Listeria monocytogenes ATCC 19117, Escherichia coli ATCC 11229,
Salmonella Cholerasuis ATCC 6539 and Pseudomonas aeruginosa ATCC
15442. The antioxidant activity was evaluated using β- carotene/ linoleic acid
system and the DPPH radical scavenging method. In the chromatographic
analyses the major constituents found in the C. nardus essential oil were
citronellal (47.12%), geraniol (18.56%), and citronellol (11.07%), in the
essential oil of C. zeylanicum (E)- cinnamaldehyde (77.72%), (E)- cinnamyl
acetate (5.99%) and the monoterpenoid 1,8-cineol (4.66%) as majority
components, and for Z. officinale the majority were geranial (25.06%), neral
(16.47%), 1,8-cineol (10.98%), geraniol (8.51%) and geranyl acetate (4.19%),
and camphene (4.30%). The essential oils presented satisfactory antibacterial
activity, for Gram-negative bacteria as well as for Gram-positive, except for the
species E. coli that showed the most resistant, since the inhibitory effect of C.
nardus and Z. officinale essential oils was not verified. The antioxidant activity
was evidenced by the β- carotene/ linoleic acid test for C. nardus, followed by Z.
officinale and C. zeylanicum, respectively and by the DPPH test it was only
observed for C. nardus.
Guindance Committee: Maria das Graças CardosoUFLA (Advisor) and Luís Roberto
Batista – UFLA
1
1 INTRODUÇÃO
A utilização de plantas medicinais por seres humanos data de milhares
de anos devido às suas propriedades medicinais e nutricionais. Muitos
compostos naturais presentes nas plantas, ervas e condimentos têm apresentado
atividade biológica e servem como fonte de agentes antimicrobianos contra
diversos patógenos. Entre esses compostos, destacam-se os óleos essenciais,
metabólitos secundários voláteis que se caracterizam por serem misturas
complexas de compostos orgânicos responsáveis pela qualidade da essência.
Entretanto, alguns contêm um componente majoritário em elevada concentração.
Os óleos essenciais ocupam um lugar preponderante nas indústrias de
insumo farmacêutico, agroalimentícias, perfumaria e costicos. As exportações
brasileiras de óleos essenciais e produtos derivados deles estão em alta. De
janeiro de 2005 a outubro de 2008, os embarques desses produtos renderam US$
309,5 milhões, referentes a 119.772 toneladas de óleos, 95% de óleos cítricos
(Bizzo et al., 2009).
O interesse pelos óleos essenciais está baseado não somente na
possibilidade de obtenção de compostos aromáticos (odor agradável), mas
também daqueles possuidores de propriedades terapêuticas ou, ainda, de
compostos precursores de substâncias de elevado valor agregado.
Tendo em vista os problemas de resistência a antibióticos e desinfetantes
convencionais, e diante da atual tendência do mercado de utilizar produtos
naturais, a utilização de óleos essenciais para a conservação de alimentos e
controle fitossanirio vem sendo muito estudada, propiciando o
desenvolvimento de técnicas que procuram reduzir os efeitos negativos de
oxidantes, radicais e micro-organismos causadores de grandes prejuízos às
indústrias alimentícias (Santos, 2004).
Na indústria alimentícia, os óleos essenciais, além de conferirem aroma
2
e sabor aos alimentos, possuem importantes atividades antioxidante e
antimicrobiana, que podem potencializar o seu uso. Em razão da importância
crescente dos óleos essenciais no mercado mundial e da diversidade de espécies
existentes, ainda inexploradas, o necessários mais estudos que viabilizem o
uso dessas plantas.
Diante do exposto, objetivou-se nesta pesquisa caracterizar
quimicamente e avaliar as atividades antioxidante, antibacteriana dos óleos
essenciais de Cymbopogon nardus (capim-citronela), Cinnamomum zeylanicum
(canela) e Zingiber officinale (gengibre).
3
2 REFERENCIAL TEÓRICO
2.1 Plantas aromáticas, medicinais e condimentares
As plantas medicinais, condimentares e aromáticas são utilizadas pelo
homem desde a Antiguidade, na alimentação, na cura de doenças e também na
agricultura. No Brasil, o emprego das plantas está presente desde antes da
colonização, quando índios as utilizavam e, em seguida, passaram seus
conhecimentos para os colonizadores, tornando-as amplamente utilizadas na
medicina caseira (Mendonça, 2004).
As plantas aromáticas são definidas como aquelas que possuem aroma
ou perfume capazes de sensibilizar nosso olfato de forma agradável, as plantas
medicinais como aquelas que, dependendo da concentração do seu princípio
ativo, podem apresentar toxicidade ou propriedades curativas e as plantas
condimentares o usadas como tempero, para reaar o sabor e o aspecto dos
alimentos, podendo apresentar propriedade de conservação (Upnmoor, 2003).
Nas últimas décadas, tem-se observado uma crescente busca por
produtos naturais com atividades biológicas que minimizem o impacto
ambiental e na saúde causado por diversas substâncias sintéticas. As plantas
constituem uma fonte inesgotável de substâncias potencialmente ativas e,
embora os vegetais contenham milhares de constituintes químicos, as
propriedades relacionadas a elas estão especialmente ligadas aos chamados
metabólitos secundários.
2.2 Metalitos secundários
Os vegetais sintetizam compostos, que o divididos em dois grandes
grupos: metabólitos primários, como a celulose, lignina, proteínas e outras
substâncias, que são originadas do metabolismo primário, realizam suas
4
principais funções vitais e que fazem parte da atividade celular de praticamente
todos os seres vivos e os metabólitos secundários, originados do metabolismo
secundário, que são substâncias de baixo peso molecular, geralmente produzidas
em pequenas quantidades, que possuem características químicas muito variadas
e, às vezes, bem complexas e que são responsáveis por funções nem sempre bem
definidas, mas nem por isso menos importante (Dewick, 2002).
O metabolismo secundário responde a estímulos ambientais bastante
variáveis, de natureza física, química ou biológica. Fatores tais como fertilidade
e tipo de solo, umidade, radiação solar, vento, temperatura e poluição
atmosférica, entre outros, podem influenciar e alterar a composição química dos
vegetais. Além desses, interações e adaptações coevolutivas complexas que
se produzem entre planta-planta, planta-animal e planta-micro-organismo de um
dado ecossistema (Alves, 2001).
Durante muito tempo, acreditou-se que os metabólitos secundários
fossem produzidos sem uma função específica, simplesmente como produtos
finais das reações. Chegaram a ser considerados até como anomalias; porém,
com o surgimento de estudos relacionados com as plantas, tem-se descoberto
cada vez mais sobre a função dessas substâncias, sua utilidade para o
desenvolvimento fisiológico das plantas e seu papel como mediadores das
interações entre as plantas e outros organismos (Simões et al., 2007).
Os metabólitos secundários despertam grande interesse pelas atividades
biológicas exercidas nas plantas em resposta aos estímulos do meio ambiente e
também pela sua grande atividade farmacológica. Muitos o de importância
comercial nas áreas farmacêutica, alimentar, agronômica, perfumaria e outras
(Pereira, 2006).
De acordo com Simões et al. (2007), os metabólitos secundários
produzidos pelas plantas podem ser divididos em três grupos: terpenos,
compostos fenólicos e compostos nitrogenados; porém, todos eles originam-se
5
do metabolismo da glicose, via dois intermediários principais: o ácido
chiquímico e o acetato, conforme demonstrado na Figura 1.