ÁREA
Química Verde
Autores
Santana, R.J.R. (UNIVERSIDADE TIRADENTES) ; Costa, M.E.S. (UNIVERSIDADE TIRADENTES) ; Bjerk, T.R. (UNIVERSIDADE TIRADENTES) ; Franceschi, E. (UNIVERSIDADE TIRADENTES)
RESUMO
A produção em larga escala de café gera resíduos ricos em compostos bioativos, como a borra de café, com potencial para a indústria cosmética. Este estudo tem como objetivo extrair o óleo da borra de café usando uma mistura de propano e CO2 pressurizados em modo dinâmico. A biomassa foi preparada, e um estudo cinético variou a temperatura e a proporção de solventes. Os óleos foram avaliados quantitativamente e qualitativamente. Após 30 minutos de extração, não houve variações significativas no rendimento. A condição intermediária exibiu o melhor resultado em termos de rendimento, estatisticamente. Análises cromatográficas preliminares detectaram compostos bioativos. Assim, extrações de 30 minutos sob condições específicas podem ter aplicação cosmética, demandando mais caracterizações.
Palavras Chaves
resíduo de café; gases pressurizados; extração
Introdução
O café é considerado uma bebida cosmopolitana, sendo o seu consumo mundial de cerca de 2,25 bilhões de xícaras por dia (GEBREEYESSUS, 2022). O alto consumo aumenta a produção do grão de café, que é utilizado em larga escala por indústrias e cafeterias para a produção da bebida café. Em meio a esse processo, ocorre a produção da borra de café, um importante subproduto do grão de café torrado, que representa 30% da produção de café (MASSAYA et al., 2019). Este resíduo é normalmente descartado no ambiente sem que haja um reaproveitamento ou agregação de valor econômico. Isso se torna uma questão ambiental a ser considerada, pois a borra de café possui compostos bioativos (ácidos graxos, compostos fenólicos e flavonoides) em sua composição fitoquímica, com potenciais antioxidantes, fotoprotetores e ingredientes para produção de emulsões. O conjunto dessas características atribui aos produtos deste resíduo potenciais aplicações na indústria, sendo um exemplo a indústria de cosméticos (PETTINATO et al., 2019). Associada à possibilidade de aplicação na indústria de cosméticos e à necessidade deste setor de desenvolver cosméticos ecofriendly, além de agregar valor a um resíduo alimentar, é importante realizar o processo extrativo do óleo desta biomassa de forma eficaz, com consciência ambiental. Assim, a principal alternativa é utilizar tecnologias verdes, como a extração empregando gases pressurizados (DE ALMEIDA-COUTO et al., 2021). Deste modo, este estudo tem como objetivo obter o óleo da borra de café utilizando tecnologia de extração empregando misturas de propano e CO2 pressurizados e caracterizar o óleo por técnicas de espectroscopia e cromatografia.
Material e métodos
A borra de café foi preparada por extração sólido-líquido a partir de amostras de grãos de café torrados adquiridas em Sergipe, na empresa Lutchi Café (-10.85454° S, 37.09307° O). A biomassa produzida foi seca em estufa a 45°C (BOBKOVÁ et al., 2021). Após isso, foram utilizados 20 g para a obtenção dos óleos da borra de café. Para isso, realizou-se um estudo cinético (1 a 120 minutos) por meio de um delineamento composto central (DCC) com 8 experimentos, no qual se estudaram as variáveis independentes temperatura (20 a 60°C) e proporção de dióxido de carbono (CO2)/propano (0/100 a 40/60%), utilizando a metodologia de EFS, com pressão fixa em 150 bar e um fluxo de 1 mL/min. Os óleos da borra de café obtidos em diferentes tempos e condições foram avaliados de acordo com o rendimento percentual (%) em massa e estão sendo caracterizados quanto ao perfil de teor de fenólicos totais (método de Folin-Ciocalteu, equivalentes ao ácido gálico) e teor de flavonoides (equivalentes à rutina), bem como à presença de compostos bioativos por cromatografia gasosa/espectroscopia de massas (GC/qMS em inglês), onde serão determinados o perfil lipídico e, posteriormente, a atividade antioxidante apresentada pelos óleos avaliados (método de captura dos radicais DPPH).
Resultado e discussão
O tempo ideal para a obtenção dos óleos da borra de café foi definido de acordo
com o rendimento cumulativo de óleo. As curvas cinéticas (Figura 1) demonstraram
que, a partir de 30 minutos, o rendimento permaneceu constante. Por essa razão,
esse foi o tempo mais adequado para obter rendimentos entre 1,47 e 4,83 e
produzir a biomassa desengordurada em todas as condições estudadas. Além disso,
a análise de variância (ANOVA) permitiu realizar uma avaliação preliminar da
influência das variáveis temperatura e proporção de solvente em termos de
rendimento. Com isso, foi possível verificar que a condição extrativa a 20°C com
40% de CO2 e 60% de propano (experimento 2) foi estatisticamente diferente das
demais condições, apresentando o menor rendimento em massa. Isso pode ser
justificado pela premissa de que em baixas temperaturas e com redução na
quantidade de propano, não é possível reduzir a tensão superficial e facilitar a
ruptura da matriz a ser extraída sem um aumento na pressão ou no tempo de
extração (SILVA et al., 2022). Ambas as alternativas podem ser consideradas
inviáveis, a primeira devido a questões de segurança durante o processo e a
segunda devido ao gasto de energia. Por essa razão, é preferível aumentar a
proporção de propano no meio extrativo (experimentos 1,3 e ponto central) e/ou
aumentar a temperatura moderadamente (experimentos 3,4 e ponto central). Os
resultados preliminares qualitativos de GC/EM (Figura 2) indicam que a amostra
obtida na condição de maior temperatura (60°C) empregando propano puro possui a
presença de classes de compostos bioativos, como ácidos graxos, apresentando
picos com boas concentrações de ácido linolênico e oleico, os quais são
característicos da borra de café, de acordo com (BIJLA et al., 2022; PETTINATO
Perfil cromatográfico preliminar do óleo de melhor \r\nrendimento (%), obtido a 60ºC, propano puro, 150bar, \r\nfluxo 1 mL/min e 30 min de extração.
Determinação do tempo extrativo do óleo da borra de \r\ncafé. Avaliação do rendimento (%). ***p=0,0001. \r\nExtrações a 20°C (vermelho) e a 60°C (verde).
Conclusões
Perante os resultados de rendimento massa (%), foi possível definir que o tempo ideal para obtenção do óleo da borra de café em qualquer uma das condições é de cerca de 30 min. E que em uma condição extrativa de pressão a 150 bar, temperatura de 60ºC e propano puro como solvente, os resultados preliminares de caracterização cromatográfica demonstram haver presença de compostos de interesse para as futuras etapas do presente trabalho, sendo necessário a continuação das caracterizações.
Agradecimentos
Agradecimentos as agências de fomento e de apoio a pesquisa FAPITEC/SE e CAPES. A Universidade Tiradentes (UNIT) e ao Instituto de Tecnologia e Pesquisa (ITP).
Referências
BIJLA, L. et al. Spent coffee ground oil as a potential alternative for vegetable oil production: Evidence from oil content, lipid profiling, and physicochemical characterization. Biointerface Research in Applied Chemistry, v. 12, n. 5, p. 6308–6320, 15 out. 2022.
BOBKOVÁ, A. et al. Analysis of caffeine and chlorogenic acids content regarding the preparation method of coffee beverage. International Journal of Food Engineering, v. 17, n. 5, p. 403–410, 1 maio 2021.
DE ALMEIDA-COUTO, J. M. F. et al. Pressurized mixture of CO2 and propane for enhanced extraction of non-edible vegetable oil. Journal of Supercritical Fluids, v. 171, 1 maio 2021.
GEBREEYESSUS, G. D. Towards the sustainable and circular bioeconomy: Insights on spent coffee grounds valorization. Science of the Total EnvironmentElsevier B.V., , 10 ago. 2022.
MASSAYA, J. et al. Conceptualization of a spent coffee grounds biorefinery: A review of existing valorisation approaches. Food and Bioproducts Processing, v. 118, p. 149–166, 1 nov. 2019.
PETTINATO, M. et al. Eco-sustainable recovery of antioxidants from spent coffee grounds by microwave-assisted extraction: Process optimization, kinetic modeling and biological validation. Food and Bioproducts Processing, v. 114, p. 31–42, 1 mar. 2019.
PETTINATO, M. et al. Bioactives extraction from spent coffee grounds and liposome encapsulation by a combination of green technologies. Chemical Engineering and Processing - Process Intensification, v. 151, 1 maio 2020.
SILVA, M. F. DA et al. Design and evaluation of non-conventional extraction for bioactive compounds recovery from spent coffee (Coffea arabica L.) grounds. Chemical Engineering Research and Design, v. 177, p. 418–430, 1 jan. 2022.
