OBTENÇÃO DE CORANTE DE URUCUM EM LEITO DE JORRO

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Produtos Naturais

Autores

Coelho, C.P. (FEQ/UFPA) ; Corumbá, L.G. (PNPD/UFPA) ; Santana, E.B. (PRODERNA/ UFPA) ; Barros, H.C. (PRODERNA/ UFPA) ; Andrade, E.L. (PRODERNA/ UFPA) ; Costa, C.M.L. (PPGEQ/UFPA) ; Faria, L.J.G. (PPGEQ/UFPA)

Resumo

As sementes de urucum se destacam como uma importante fonte de corante natural encontrada no país. Para a extração do corante das sementes foi aplicada a técnica mecânica do leito de jorro. Uma matriz experimental foi proposta para avaliar as variáveis de processo: temperatura do ar de entrada (40, 50 e 60°C) e velocidade do ar de entrada nos diferentes regimes fluidodinâmicos (mínimo jorro, jorro estável e jorro turbulento), e as variáveis de resposta: Produtividade e Teor de Bixina. Os dados experimentais foram submetidos a uma análise de variância em blocos casualizados e comparação de médias por meio do teste de Tukey com nível de significância 0,05. A coloração do produto final também foi avaliada por colorimetria, utilizando o sistema CIE L*a*b.

Palavras chaves

URUCUM; CORANTE; LEITO DE JORRO

Introdução

A tendência atualmente demonstrada pelo mercado mundial em substituir ou restringir o uso dos corantes sintéticos, devido à sua toxicidade, aumenta a cada dia o interesse por novas pesquisas em desenvolvimento de pigmentos naturais (ASHFAQ; MASUD, 2002). Nesse aspecto, as sementes de urucum (Bixa Orellana L.) se destacam como uma importante matéria-prima encontrada no país para obtenção de corantes, devido principalmente às suas características de produto natural, não tóxico, elevado poder tintorial e amplo espectro de cores (FARIA, 1998). O principal pigmento do urucum é o carotenoide bixina e, representa mais de 80% dos carotenoides totais presentes na semente. Sua tonalidade varia entre o amarelo e o vermelho (ALVES, 2005). O pigmento (bixina) localiza-se na sua camada externa que encobre as sementes (FARIA, 1998). A extração mecânica da bixina em leito de jorro surge como uma alternativa viável para obtenção do corante. Esta técnica possibilita operar com partículas grandes, ao mesmo tempo em que favorece o contato fluido- partícula e um movimento padrão cíclico, proporcionando um controle mais efetivo do processo. Entretanto, o jorro é um fenômeno dependente de várias condições combinadas, dentre elas: a velocidade do gás incidente nas partículas e a temperatura do processo, as quais possuem influencia na estabilidade do jorro e consequentemente no rendimento do processo de obtenção de corante em pó. Desta forma, visando contribuir para o aproveitamento industrial das sementes de urucum na extração de corante, o presente trabalho tem como objetivo estudar a influência da velocidade do gás e da temperatura sob a produtividade na obtenção do pó, e no teor de bixina contido no mesmo, bem como uma avaliação colorimétrica do corante obtido.

Material e métodos

Nos ensaios foram mantidos constantes o tempo de extração (2 horas), carga operacional (630 g).Foram avaliadas as variáveis operacionais de entrada: temperatura do ar (40, 50 e 60 °C) e velocidades do ar nas condições de jomo jorro mínimo, estável e turbulento. Foi quantificada a influência dessas variáveis sobre as respostas produtividade (Pr, g/Kg. h), teor de bixina (Tb, %) e cor instrumental do corante obtido. Quantificação das respostas: produtividade e teor de bixina A Produtividade é calculada com base na Equação 1. P_r=M_f/(M_i.t) (1) Onde Mf, Mi e t correspondem à massa extraída de corante em pó (g), massa inicial de sementes (Kg) e tempo de extração (h), respectivamente. A análise química do teor de bixina foi realizada com base no método padronizado da reação de bixina com as KOH (Yabiku & Takahashi, 1991). Para o cálculo do teor de bixina (Tb, %) nas amostras do corante em pó obtidas foram utilizadas Equações 2 e 3. % Norbixina=(A.d.V)/(m.E)(2) Tb= % Norbixina.1,037(3) Onde A é a absorbância em 453 nm, medida no espectrofotômetro; d e V correspondem ao fator e volume de diluição, respectivamente; m é a massa da amostra de corante em pó e E1%1cm é o coeficiente específico de extinção (E1%1cm = 3473). Planejamento experimental e análise estatística Foram realizadas 9 corridas experimentais, em triplicata, totalizando 27 ensaios. Os dados obtidos experimentalmente foram submetidos à análise de variância (ANOVA) com blocos casualizados, onde as variáveis de processo temperatura do ar de entrada, nos níveis: 40, 50 e 60°C, constituíram os tratamentos e a velocidade do ar de entrada nos diferentes regimes fluidodinâmicos: mínimo jorro, jorro estável e jorro turbulento, constituíram os blocos. As variáveis de resposta analisadas foram a produtividade de obtenção do pó (Pr, g/kgh) e o teor de bixina (Tb, %). Os dados experimentais foram submetidos a uma análise de variância e a comparação de médias por meio do teste de Tukey com nível de significância 0,05. Cor instrumental A cor do corante em pó obtido foi avaliada por leitura direta em colorímetro e forneceu valores de L* (luminosidade), que varia do branco (L= 100) ao preto (L= 0); valores de a*, que indica coloração na região do vermelho (+a*) ao verde (-a*) e b*, que indica coloração no intervalo do amarelo (+b*) ao azul (-b*). A partir dos valores de a* e b*, foforam calculados o parâmetros de tonalidade (h*) e saturação de cor (c*) utilizando as Equações 4 e 5, respectivamente. h*=arctan(b*/a*)(4) c*=√(a*^2+b*^2)

Resultado e discussão

Nas Tabelas 1 e 2 constam as médias dos valores experimentais para cada variável de tratamento e de bloco, onde foram quantificados também os totais e as médias dos tratamentos e dos blocos, além do total geral e da média geral. Como esperado, os maiores níveis de velocidade do ar (jorro estável e turbulento), para as três temperaturas analisadas, promovem uma elevação na massa de pó extraído e consequentemente na produtividade. Foi observado que a condição de jorro turbulento provocou uma sensível redução na concentração de bixina no pó extraído, para todas as temperaturas de operação. Isto provavelmente se deve aos resíduos de cascas de sementes gerados pelo impacto e pelo atrito entre as mesmas no interior do equipamento. Tal comportamento também foi observado por Cunha (2008). As Tabelas 3 e 4 consistem das tabelas de análise de variância, em função dos dados contidos nas Tabelas 1 e 2. De acordo com o teste de F, ao nível de significância 5%, para a resposta produtividade, há diferença significativa em pelo menos uma variável de bloco. Assim, somente a condição de operação do leito correspondente ao jorro turbulento influencia significativamente a produtividade, uma vez que o valor de F calculado para os blocos, que corresponde aos regimes de jorro estudados, é superior ao valor de F crítico (tabelado), conforme os dados da Tabela 4. Após verificar a diferença significativa entre os blocos para a resposta produtividade através do Teste F, foi avaliada a magnitude destas diferenças, utilizando o Teste de Tukey para a comparação de médias duas a duas. A Tabela 5 apresenta as médias dos blocos e as diferenças entre elas. Para um nível de confiança de 95% (nível de significância 0,05), foi determinada a diferença mínima significativa (DMS), com valor de 11,3. Rejeita-se a igualdade de significância entre dois níveis se |U ̅_i-U ̅_j | ≥DMS. Desta forma, a velocidade do ar nas condições de mínimo jorro e jorro estável se mostraram equivalentes, ou estatisticamente iguais, ao passo que a velocidade do ar no regime turbulento é significativamente diferente dos outros regimes. A significância estatística da velocidade do ar na condição de jorro turbulento para a resposta produtividade também pode ser verificada com o gráfico das médias através da Figura 2. Para a resposta teor de bixina, as fontes de variação analisados não promoveram diferentes teores, sendo as médias consideradas equivalentes, pois os valores de F calculado para os tratamentos e blocos são inferiores ao valor de F tabelado correspondente. Este resultado está em concordância com o estudo de FARIA (1998), o qual verificou a independência da temperatura com relação ao teor de bixina, Observou ainda, que para temperaturas abaixo de 70°C, algumas propriedades do urucum são mantidas praticamente inalteradas, como o teor de bixina. Isto sugere que, para temperaturas inferiores a esta temperatura limite, a influência desta variável é estatisticamente insignificante, contribuindo para a boa estabilidade da bixina quando se utiliza o leito de jorro. Portanto, no que diz respeito à degradação do pigmento, é seguro extrair o corante em pó no intervalo de temperatura e condições de leito estudados. As alterações sofridas pelo pigmento no decorrer do processo de extração implicaram em pequenas alterações na coloração do pó obtido. A análise colorimétrica foi realizada para os pontos ótimos de produtividade e teor de bixina. Desta forma, os parâmetros colorimétricos foram analisados para as condições de jorro turbulento a temperatura de 50°C e jorro mínimo a temperatura de 40°C. A Tabela 6 apresenta os parâmetros colorimétricos obtidos. Com o aumento da temperatura e da velocidade do ar de entrada, foi verificado um aumento das coordenadas colorimétricas b* e c* e diminuição das coordenadas L*, a* e h*. Isto indica uma diminuição na luminosidade, tonalidade de vermelho e ângulo de tonalidade. A diminuição da coordenada a* para a condição 2 indica menor tonalidade vermelho no corante, o que está em conformidade com o experimento, uma vez que observou-se uma ligeira diminuição do teor de bixina, provocado pelo aumento da temperatura e maior choque entre as partículas. O corante obtido pela condição 2 também apresentou maior tendência ao amarelado, devido ao aumento do parâmetro b* (valores +). Para corantes a base de pigmentos de urucum, quando se almeja obter corante vermelho-alaranjado, deseja-se obter maiores valores do parâmetro a*, indicativo da presença de bixina e menores valores da coordenada b*. O aumento de b* observado pode ser justificado pelo aumento do sal norbixina no corante, bem como pela presença de compostos de degradação ou de outros pigmentos contidos na semente de urucum, como sugere estudos de SILVA (2007).

A Figura apresenta as tabelas referentes ao tópico Resultados e Discussões


Gráfico das Médias

Conclusões

A secagem de sementes de urucum em leito de jorro é afetada pelo regime de operação, sendo obtido produtividade mais alta para velocidade do ar que promova a condição de regime turbulento, para a faixa de temperatura de operação de 40 a 60ºC.

Agradecimentos

Agradeço ao CNPq e a UFPA pelo apoio financeiro na realização da pesquisa.

Referências

ALVES, R. W. Extração de corante de urucum por processos adsortivos utilizando argilas comerciais e colloidal gas aphrons. Florianópolis: 2005. 146 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Departamento de Engenharia Química e Engenharia de Alimentos, Universidade Federal de Santa Catarina- SC.
ASHFAQ, N.; MASUD, T. Surveillance on artificial colours in different ready toeat foods. Pakistan Journal of Nutrition, v. 1, n.5, p. 223-225, 2002.
CUNHA, F.G. E. Estudo da extração mecânica de bixina das sementes de urucum em leito de jorro. Uberlância: 2008. 91 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) – Faculdade de Engenharia Química, Universidade Federal de Uberlândia- MG.
FARIA, L. J. G. Análise experimental do processo de secagem de urucum (Bixa Orellana L.) em leito fixo. Campinas: 1998. 252 f. Tese (Doutorado em Engenharia Química) – Faculdade de Engenharia Química, Universidade Estadual de Campinas – SP.
SILVA, P.I. Métodos de extração e caracterização de bixina e norbixina em sementes de urucum (Bixa orellana L.) Viçosa: 2007. 145 f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos), Universidade Federal de Viçosa – MG.
YABIKU, H. I.; TAKAHASHI, M. Y. Avaliação dos métodos analíticos para determinação de bixina em grãos de urucum e suas correlações. In: Seminário de corantes naturais para alimentos. Simpósio internacional de urucum, p. 275-279, 1991, Campinas-SP, Anais. ITAL, 1991.