Estudo Reológico do Óleo de Café-verde.

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Produtos Naturais

Autores

Carvalho, G.C. (UFRN) ; Moura, M.F.V. (UFRN) ; Fernandes, N.S. (UFRN) ; Barros, T.M. (UFRN) ; Carvalho, R.S.G. (UFRN) ; Dantas, R.C. (UFRN) ; Gomes, J.L.G. (UFRN)

Resumo

A procura de matérias-primas alternativas na produção cosmética, de combustíveis e farmacêutica, tem aberto várias possibilidades do uso de óleos vegetais, entre eles o óleo de café verde. Obtido através do grão de café antes desse passar pelo processo de torrefação, o óleo de café cru vem se destacando na geração de produtos por suas propriedades hidratantes, emolientes e bloqueador solar. A viscosidade dos óleos vegetais é afetada por uma série de fatores que incluem as propriedades físicas e químicas. Os estudos reológicos demonstraram os O estudo reológico possibilitou avaliar o comportamento do óleo de café verde através de quatro variáveis: a temperatura, a taxa de cisalhamento, tensão de cisalhamento e viscosidade, comprovando que o material é um fluído newtoniano.

Palavras chaves

Café-verde; Estudo Reológico; Óleo Vegetal

Introdução

De acordo com TSUKUI, et al. (2015) o Brasil é o primeiro produtor mundial de grãos de café verde. Juntamente com a potência produtora, o grão de café verde propicia a possibilidade de extração do seu óleo, material rico em compostos fenólicos como os ácidos clorogênicos e esteróis, onde se destaca o Beta-sitosterol (TURATTI, 2001), além da presença da cafeína. A aplicação do óleo de café verde na indústria farmacêutica (LAGO, 2001), de cosméticos (SILVA, et al., 2015) e atuante como estimulante termogênico natural, faz dele ativo em pesquisas químicas e biológicas. No ramo de combustíveis, os óleos vegetais vêm sendo estudados no intuito de serem utilizados na produção de biodiesel, o qual é uma alternativa para a substituição de combustível derivado do petróleo. PEREIRA (2016) afirmou que o óleo de café verde é um potencial como fonte oleaginosa com alta capacidade na produção bioenergética, uma vez que apresentou resultados satisfatórios na produção de biodiesel via rota etílica. Diante dessas aplicações, conhecer as propriedades físico-químicas do óleo de café verde se faz necessário. Os processos de oxidação e degradação que o óleo pode sofrer, faz com que haja alterações em sua composição e em seus aspectos organolépticos. A partir disso, suas aplicações já se tornam comprometidas. A viscosidade é o parâmetro que representa a resistência oferecida por um fluido a fluir e pode ser considerado a integral das forças de inibição das moléculas [ESTEBAN et al., 2012]. Existe uma estreita relação entre a viscosidade do óleo vegetal e a temperatura. Em particular, o aumento da temperatura dos óleos vegetais causa a redução da viscosidade. Por conseguinte, pode ser muito útil estabelecer exatamente o valor da viscosidade de um óleo vegetal como resultado do seu aquecimento. Neste sentido, a literatura proporciona vários modelos ligando a viscosidade à temperatura. No entanto, os óleos vegetais diferem na composição química com efeitos importantes sobre os valores de viscosidade. A viscosidade, principalmente na indústria cosmética, é uma propriedade essencial na caracterização do material. A fabricação de cremes e emulsões, por exemplo, tem essa propriedade como item avaliativo no controle de qualidade, sendo assim aferida tanto na matéria prima, que nesse caso pode ser o óleo de café verde ou qualquer outro óleo vegetal essencial, como no produto final. A importância dos óleos vegetais em indústrias como alimentos, sabonetes, cosméticos e produtos farmacêuticos tem sido bem documentada [FORMO, 1979 e BOCKISCH, 1998]. A estimativa da densidade e viscosidade dos óleos vegetais é essencial na concepção de processos unitários, tais como destilação, trocadores de calor, tubagens e reatores. Para óleos vegetais, tem sido demonstrado que a densidade diminui linearmente com os aumentos de temperatura [FORMO, 1979]. Com o aumento na demanda de mercado em relação a óleos vegetais das mais diversas fontes naturais, vale salientar as aplicações em derivados alimentícios que cobrem desde a formulação de produtos, em que a viscosidade para alimentos líquidos é parâmetro fundamental para caracterização e avaliação de textura destes, a transformação e obtenção de ésteres a partir de triacilglicerídeos, o emprego dos óleos vegetais diretamente na formulação de combustíveis minerais [CONCEIÇÃO et al., 2005], bem como sua utilização na indústria cosmética são causa dessa elevada demanda. Poucos estudos referentes ao comportamento reológico de óleos vegetais têm sido reportados na literatura [SANTOS et al., 2005; ENCINAR et al., 2002]. No entanto, há trabalhos apresentados referente a tais medidas para triglicerídeos puros e misturas binárias de triglicerídeos de cadeias curtas [EITMAN & GOODRUM, 1993; RABELO et al., 2000]. Na indústria de cosméticos, alimentos e farmacêuticas o conhecimento de tais propriedades se faz necessário para o projeto e desenvolvimento de cálculos, de equipamentos e processos que envolvam a produção e formulações de novos produtos. A viscosidade é um parâmetro essencial para o design do equipamento de transferência de calor, tubagem de processo, reatores, colunas de extração, desodorizantes, extratores de líquidos, colunas de destilação, equipamento de cristalização, e de outras unidades utilizadas na indústria de óleos [RABELO et al., 2000]. Neste contexto, o presente trabalho tem por objetivo apresentar resultados experimentais de medidas de viscosidade de diversos óleos vegetais com aplicações comerciais na indústria alimentícia e farmacêutica, bem como a caracterização reológica destes óleos. Para tal, foi avaliado o óleo café verde oriundo da Indústria Plantus.

Material e métodos

Para a análise do comportamento da viscosidade foi utilizado um Reômetro Haake Mars da Thermo, com sensor do tipo cilindros coaxiais de modelo DG41Ti e um controlador de temperatura do tipo DC50 acoplado ao equipamento. As medidas foram realizadas a 20, 30, 40, 50 e 60°C, e com taxa de cisalhamento variando de 1 a 50 1/s.

Resultado e discussão

Segundo estudos realizados por RICÓN [2011] a presença de diterpenos de café em amostras de óleo de café verde tem influência direta sobre seu comportamento viscoso. Ainda segundo RICÓN [2011] essa substância tem importância na indústria farmacêutica e cosmética, uma vez que possui propriedades emolientes na pele e, efeitos quimioprotetores. A viscosidade do óleo de café verde foi avaliada através de seu comportamento por análise reológica. Os dados foram obtidos variando as condições de temperatura, de 20 °C a 60 °C, e uma taxa de cisalhamento até 50 s-1 . Newton foi o primeiro a expressar a lei básica da viscosimetria, descrevendo o comportamento de fluxo de um líquido ideal, onde afirmou que a tensão de cisalhamento é resultado da viscosidade x taxa de cisalhamento de um líquido. A Figura 1a demonstra através de um gráfico exatamente esse comportamento relacionado a variação de temperatura. Pode-se observar que a viscosidade não é afetada por mudanças na taxa de cisalhamento, a uma temperatura fixa, permitindo classificar o óleo de café verde como um fluído newtoniano. Outro aspecto que pode ser observado é que com o aumento da temperatura, a viscosidade do óleo diminui. Segundo OLIVEIRA [2009] a temperatura é um parâmetro relacionado com a energia interna de uma substância. Com o seu aumento, a força de atração entre as moléculas diminui, tornando o líquido menos viscoso. Os dados reológicos permitiram também os resultados expressos na Figura 1b que contém um gráfico de tensão de cisalhamento x taxa de cisalhamento. Assim como no gráfico da Figura 1a, ele confirma a informação de que o óleo de café verde é um fluído newtoniano, uma vez que as duas variáveis crescem de maneira proporcional. Considerando uma taxa de cisalhamento fixa, o aumento da temperatura diminui a tensão, podendo concluir que essas duas variáveis são inversamente proporcionais. Outra leitura que o gráfico da Figura 1b permite fazer é que a uma temperatura fixa, uma maior tensão de cisalhamento é aplicada, levando a concluir que o material se torna mais viscoso. A partir dos dados obtidos calculou-se a média e o desvio padrão para as viscosidades em suas respectivas temperaturas, com eles construiu-se o gráfico do comportamento da viscosidade em função da temperatura (figura 2) do óleo de café verde, a reta resultante confirma o que já foi demonstrado pela Figura 1a, que a viscosidade tente a diminuir de forma exponencial à medida que a temperatura aumenta, este efeito da temperatura na viscosidade do óleo foi atribuído à diminuição das interações intermoleculares por grande movimento molecular térmico [SANTOS et al., 2005]. A partir da figura 2 pode-se observar a concordância da equação da reta com a equação do tipo Arrheniu. Observa-se ainda que ocorre uma diminuição da viscosidade com o aumento da temperatura. Em função dos resultados experimentais obtidos, foi realizada a simulação matemática a partir equação de Arrhenius, por meio do uso do software EXCEL 2010. A partir da modelagem matemática, chegou-se a valores de A igual a 161,07, B igual a 0,034 e coeficiente de determinação igual a 0,9954. Foi utilizada a Equação de Arrhenius para realizar a regressão de ln ƞ versus 1/T, onde o coeficiente angular da reta corresponde numericamente à razão Ea/R e o coeficiente linear corresponde a ln ƞ0. Estes parâmetros têm por objetivo verificar os efeitos da temperatura sobre a viscosidade, além de modelar matematicamente o comportamento reológico desse fluido. A Energia de Ativação Viscosa (Ea), é uma grandeza que indica a sensibilidade da viscosidade devido à mudança de temperatura, de modo que, quanto maior for a Energia de Ativação Viscosa, maior será a influência da temperatura, ou seja, alta Energia de Ativação Viscosa indica uma mudança mais rápida na viscosidade com a temperatura [PEREIRA, et al. 2003]. Para a determinação do modelo, considerou-se a constante universal dos gases ideais (R) igual a 8,314x10-3KJ.mol-1K-1. Os resultados obtidos para o óleo de café-verde para a Ea foi igual a 27,6864, η0 foi igual a 0,000975 e o R2 igual a 0,9991. Estes resultados estão de acordo com os resultados obtidos para os óleos de algodão, arroz, canola, girassol, milho, soja e oliva obtidos por CANCIAM, 2010.

Conclusões

O estudo reológico possibilitou avaliar o comportamento do óleo de café verde através de quatro variáveis: a temperatura, a taxa de cisalhamento, tensão de cisalhamento e viscosidade, comprovando que o material é um fluído newtoniano. Na faixa de temperatura de 20 a 60ºC (293,15 a 333,15K), foi possível determinar valores da energia de ativação (Ea) e do parâmetro de ajuste (η0), considerando a relação do tipo Arrhenius, para o óleo vegetal de café-verde. O conhecimento da energia de ativação (Ea) e do parâmetro de ajuste (η0) para os óleos vegetais refinados permite modelar matematicamente o comportamento reológico desses óleos vegetais. Valores da energia de ativação (Ea) e do parâmetro de ajuste (η0) para o óleo vegetal de café-verde estudado neste trabalho foram pesquisados na literatura para comparação, entretanto não foram encontrados.

Agradecimentos

Agradecemos a CAPES, a UFRN (Departamento de Engenharia Química, Departamento de Engenharia de Petróleo, PPGQ-Instituto de Química), a Plantus Industria e Comercio d

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