CINÉTICA DE EXTRAÇÃO DO ÓLEO DA POLPA DE AÇAÍ (Euterpe Oleracea) COM CO2 SUPERCRÍTICO: EXPERIMENTOS E MODELAGEM MATEMÁTICA

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Alimentos

Autores

de Souza e Silva, A.P. (UFPA) ; Rodrigues Batista, C.C. (UFPA) ; Paiva da Silva, M. (UFPA) ; Almeida da Costa, W. (UFPA) ; Chaves Tuma, J. (UFPA) ; do Nascimento Bezerra, P. (UFPA) ; Macedo Cordeiro, R. (UFPA) ; Batista de Carvalho, A.R. (UFPA) ; Costa Ferreira, G. (UFRA) ; Nunes de Carvalho Junior, R. (UFPA)

Resumo

A Extração com fluido supercrítico vem ganhando importância, por ser uma tecnologia limpa. Portanto, faz-se necessária a modelagem para que se forneça parâmetros do processo. O objetivo deste trabalho consistiu na determinação de parâmetros cinéticos de extração de óleo de açaí (Euterpe oleracea). Os experimentos foram realizados a 150, 250 e 350 bar e temperatura de 50°C. Os dados de cinética de extração (massa acumulada de óleo versus tempo) foram correlacionados com modelos da literatura a fim de determinar os parâmetros de transferência de massa. A modelagem foi analisada com os seguintes parâmetros: erro médio relativo, desvio padrão e faixa de erro. Apenas um modelo descreveu quantitativamente as cinéticas para todas as pressões estudadas.

Palavras chaves

Açaí; Extração supercrítica; Modelagem matemática

Introdução

O desenvolvimento de tecnologias de separação com potencial aplicação no processamento e obtenção de produtos livres de compostos químicos tóxicos, e com propriedades funcionais e nutracêuticas têm crescido consideravelmente em razão da necessidade e procura do consumo de produtos benéficos à saúde humana bem como a crescente restrição quanto a utilização de substâncias sintéticas na indústria de alimentos e farmacêuticas. A extração com fluido supercrítico é um processo baseado na solubilidade dos componentes no fluido supercrítico. A capacidade de separação soluto- solvente através da variação do poder de solvatação com as condições de estado (temperatura e pressão) tornaram a tecnologia de fluidos supercrítica voltada para diversas aplicações nas últimas décadas (BRUNNER, 2005). O processo de extração com fluido supercrítico vem se tornando uma tecnologia apropriada e de grande interesse, em particular com CO₂, pois se trata de um solvente inerte, que não oferece riscos de reações secundárias, como oxidações, reduções, hidrólises e degradações químicas; é seguro, não explosivo, não poluente e não tóxico; possui polaridade máxima a do hexano, solvente apolar usualmente utilizado nas extrações tradicionais. A modelagem matemática é provavelmente a principal ferramenta de predição, que tem por objetivo a estimativa dos parâmetros envolvidos no processo (QUISPE-CONDORI, 2005). Os modelos matemáticos usados para descrever as curvas globais de extração consideram que na extração de um soluto a partir da matriz sólida, o extrato é formado principalmente por uma substância, independente de sua composição química. Alguns modelos consideram a resistência à transferência de massa na fase fluída ou sólida, como um controlador de processo e outros consideram as duas resistências simultaneamente. Os modelos matemáticos permitem generalizar os resultados experimentais, descrevendo os principais fenômenos de interesse através de uma equação ou um sistema de equações, que posteriormente poderão ser aplicados a condições de trabalho, possibilitando assim obter informações necessárias para um dimensionamento de uma unidade supercrítica em diferentes escalas (MOURA, 2004). O açaí (Euterpe oleracea), fruto típico da região amazônica, é encontrado espontaneamente nos estados do Pará, Amapá, Amazonas e Maranhão, e possui diversas propriedades que conferem vários benefícios potenciais à saúde humana, principalmente devido à sua alta concentração de polifenóis e altas concentrações de antocianinas, além da presença de quantidades expressivas de ácidos graxos monoinsaturados e poliinsaturados no óleo de sua polpa. (NOGUEIRA et al., 1995; BICHARA & ROGEZ, 2011; NASCIMENTO et al., 2008). Estudos recentes mostraram as inúmeras vantagens das substâncias presentes no açaí para a saúde humana, principalmente como agente antioxidante que age na inibição dos radicais livres (MERTENS-TALCOTT et al., 2008), efeito anti-inflamatório (XIE et al., 2012; KANG et al, 2012; FAVANCHO, 2009), efeitos antileucêmicos (POZO-INSFRAN et al., 2006) e efeitos de neuroproteção (WONG et al., 2012). Portanto, este trabalho teve como objetivo a determinação de parâmetros cinéticos de transferência de massa a partir de dados experimentais de cinética de extração do óleo de açaí (Euterpe oleracea) sob condições de pressão de 150, 200 e 250 bar e temperatura de 50°C, a fim de contribuir com melhorias no processo de extração, bem como nos estudos de ampliação de escala.

Material e métodos

2.1 Matéria prima Os frutos de açaí in natura foram coletados no município de Abaetetuba (Pará-Brasil) em agosto de 2014, com as coordenadas geográficas de 1°43'46"S e 48°52'27"W. 2.2 Pré-tratamento da matéria-prima Os frutos de açaí foram previamente lavados com água corrente para a retirada das sujidades aderidas aos frutos e, em seguida, imersos em tanques com água quente a 50°C para o amolecimento do mesocarpo e endocarpo durante 15 (quinze) minutos, com a finalidade de facilitar o despolpamento. Depois, com a adição de água os frutos foram despolpados com auxílio de despolpadeira mecânica de açaí. A polpa de açaí obtida foi acondicionada nas bandejas do liofilizador e levadas em freezer vertical (BRASTEMP) para congelamento na temperatura de -25°C durante 24 horas. Em seguida a polpa congelada junto às bandejas foi colocada no liofilizador (LIOTOP, modelo: L101), e submetida a condições de liofilização sob pressão de 138 µ mmHg e temperatura do condensador de -51°C durante 72 horas. A polpa de açaí liofilizada foi armazenada em sacos plásticos a vácuo e armazenadas em freezer. 2.3 Cinética de extração supercrítica As condições de extração para a realização do estudo dos parâmetros cinéticos foram 150, 250 e 350 bar para temperatura de 50°C, selecionadas segundo os critérios maiores rendimento, menor custo e maior qualidade. Dessa forma, menores valores de pressão e temperatura proporcionam menores custos de manufatura, além do fato de que uma menor temperatura implica em menor degradação térmica. Para obtenção dos dados cinéticos de extração foi utilizada a unidade Spe- ed SFE (Applied Separations, Inc., Allentown, PA USA, modelo 7071) equipada com recirculador (POLYSCIENCE, F08400796), um compressor (SCHULZ, modelo CSA 7,8), um medidor de vazão de CO₂ na saída do sistema ( Alicat Scientific, M5SLPM) e um cilindro de CO₂ (Pureza 99,9%, LINDE). Durante os experimentos cinéticos, os frascos de coleta de extratos foram substituídos por frascos limpos e previamente tarados para a determinação da massa de óleo coletada por tempo até o fim da extração. Por fim, as curvas de extração foram construídas relacionando massa acumulada de óleo em função do tempo. O ensaio cinético foi realizado até que não se observasse mais saída de extrato no frasco coletor. 2.4. Determinação dos parâmetros cinéticos Para a determinação dos parâmetros cinéticos de modelos de transferência de massa utilizou-se um aplicativo computacional desenvolvido em Excel por Santos (2007) e validado por Santana (2013). Os modelos de transferência de massa aplicados às curvas de extração supercrítica do óleo de açaí foram de Goto et.al. (1993), Tan e Liou (1989) e Martínez et.al. (2003). Os parâmetros estatísticos utilizados para análise dos resultados da modelagem matemática foram erro relativo (e), erro médio relativo (Em), desvio padrão (S) e faixa de erro (R)

Resultado e discussão

A Figura 1 apresenta as curvas globais de extração obtidas no decorrer do tempo de extração para os ensaios cinéticos realizados. Os experimentos de extração do óleo de açaí com CO₂ supercrítico apresentaram rendimentos crescentes com a pressão, com valores de 23,20%, 33,37% e 42,51% a pressões de 150, 250 e 350 bar, respectivamente. Os valores dos parâmetros dos modelos matemáticos e estatísticos estão apresentados na Tabela 1. De acordo com os valores estatísticos, os modelos de Tan e Liou (1989) e Goto et. al. (1993) não reproduziram os dados experimentais. O modelo de Martinez et al. (2003) foi o que melhor descreveu os dados experimentais para todas as pressões estudadas, desta forma, foi o modelo que apresentou menores desvios para as curvas de extração.

Curvas globais de extração obtidas sob pressões de 150, 250 e 350 bar e temperatura de 50°C.


Valores dos parâmetros ajustados e parâmetros estatísticos.

Conclusões

O aumento da pressão influenciou positivamente no rendimento da extração, de forma que o aumento da pressão acarretou no aumento do rendimento. Os dados de cinética de extração (massa acumulada de óleo versus tempo) foram correlacionados com os modelos de Tan e Liou (1989), Goto et al. (1993) e Martínez et al. (2003) a fim de determinar os parâmetros de transferência de massa. Sendo assim, o modelo Martinez (2003) foi o modelo que melhor descreveu a cinética de extração do óleo da polpa de açaí. Estes parâmetros contribuem para estudos de ampliação de escala.

Agradecimentos

Os autores agradecem o apoio financeiro recebido por Capes e Cnpq.

Referências

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