EXTRAÇÃO DE ÓLEO DE CRAMBE: SUPERCRÍTICA E SOXHLET

ISBN 978-85-85905-25-5

Área

Química Tecnológica

Autores

Aguiar, C.M. (UTFPR) ; Santos, K.A. (UNIOESTE) ; Silva, E. (UNIOESTE) ; Sampaio, S.C. (UNIOESTE)

Resumo

O objetivo do estudo foi comparar os métodos de extração com CO2 supercrítico (SC-CO2) e hexano (HEX) do óleo de crambe em termos de rendimento, determinar a solubilidade do óleo e realizar a cinética experimental de extração com SC-CO2. Os rendimentos das extrações foram 5,67% e 33,86%, para as extrações com SC-CO2 (20 Mpa; 40 ºC; 240min) e HEX (480min), respectivamente. Foi construída curva cinética experimental para a extração com SC-CO2. O tempo utilizado não foi suficiente para atingir o segundo estágio. A solubilidade foi de 1,92x10-3 g óleo g CO2-1, determinada com a parte linear da curva de extração. A extração com SC-CO2 é um processo ambientalmente vantajoso para extração de óleos vegetais com características de qualidade superiores sem resíduos de solventes.

Palavras chaves

Crambe abyssinica; extração supercrítica; cinética

Introdução

O cultivo do Crambe abyssinica Hochst iniciou-se no Brasil em 1995 na Fundação do Mato Grosso do Sul (Fundação MS) (Jasper et al., 2013). Além das vantagens como tolerância à seca e geada (Jasper et al., 2013), o crambe apresenta elevada quantidade de óleo (30-45%) (Cremonez et al., 2015) com alta estabilidade oxidativa (Pitol et al., 2010) e alta concentração de ácido erúcico (55%), o qual o torna não comestível (Colodetti et al., 2012; Cremonez et al., 2015). O óleo apresenta grande potencial como matéria-prima para a produção de biodiesel (Jasper et al., 2013), além de lubrificantes (Carlsson, 2009; Shashidhara e Jayaram, 2010), inibidor de corrosão, borracha sintética, filmes plásticos, nylon, entre outros (Falasca et al., 2010). Tradicionalmente, os óleos vegetais são extraídos de grãos por prensagem a frio e por solventes orgânicos, como o hexano devido a sua eficiência, proporcionando rendimentos mais elevados (Li et al., 2007). O método que utilizada solventes orgânicos é a extração Soxhlet, sendo uma técnica bem estabelecida e de referência para comparação com os demais métodos de extração (Wu et al., 2011). O método de extração de óleos com fluido supercrítico vem sendo desenvolvido nos últimos anos, sendo o dióxido de carbono (CO2) o solvente mais utilizado, visto que não é tóxico, é inerte, não inflamável, apresenta baixo custo e pode ser facilmente eliminado dos extratos. Além disso, o CO2 apresenta temperatura e pressão críticas relativamente baixas (31,1 °C; 7,39 MPa), adequadas às condições industriais (Shao et al., 2015) e propriedades como: baixa viscosidade, próxima a dos gases e alta difusividade, entre líquidos e gases. Extração com CO2 em condições supercríticas é um método que pode substituir ou complementar o processo industrial convencional, como a prensagem e a extração com solventes, pois possui vantagens como a preservação de compostos termossensíveis devido à baixa temperatura utilizada, consumo reduzido de energia (Moslavac et al. , 2014) e produção de extratos livres de resíduos de solvente (Aladic et al., 2015). Vários estudos vêm sendo desenvolvidos com SC-CO2 na extração de diversos óleos vegetais (Li et al., 2007; Corso et al., 2010, Nimet et al., 2011; Da Porto et al., 2012; Solati et al., 2012; Moslavac et al., 2014; Ruttarattanamongkol et al., 2014; Aladic et al., 2015; Danlami et al., 2015; Przygoda e Wejnerowska, 2015; Shao et al., 2014). Colza, canola e crambe pertencem à família Brassicaceae, portanto, destaca-se os trabalhos de Boutin e Badens (2009), Pederssetti et al. (2011) e Uquiche et al. (2012) que extraíram óleo de colza/canola com SC-CO2. Na literatura foram encontrados apenas dois trabalhos que investigaram o método supercrítico na extração de óleo de crambe. Onorevoli et al. (2014) estudaram a composição de ácidos graxos e o rendimento de óleo de crambe extraído com hexano, propano e prensa mecânica. Santos et al. (2015) avaliaram o efeito da temperatura e pressão sobre o rendimento da extração com proprano e compararam a composição química e estabilidade oxidativa do óleo em relação à extração Soxhlet com hexano e diclorometano. Neste contexto, o objetivo do estudo foi comparar os métodos de extração com SC-CO2 e HEX do óleo de crambe em termos de rendimento, determinar a solubilidade do óleo e realizar a cinética experimental de extração supercrítica.

Material e métodos

A moagem dos grãos foi realizada sem casca em moinho refrigerado (20 ºC). Padronizou-se o tamanho das partículas com uso de peneiras, utilizando partículas menores ou iguais a 1,18 mm (14 mesh) para a extração Soxhlet e partículas entre 0,30 e 1,18 mm (14-48 mesh) para a extração supercrítica. Uma amostra do material moído foi pesada (10g) em papel filtro, o qual foi armazenado em cartucho de celulose e transferido para o extrator tipo Soxhlet. A extração ocorreu por 8h com HEX entre 70 e 80 ºC. Posteriormente, o solvente foi rotaevaporado a 40 ºC e os balões foram deixados em estufa a 70 °C até peso constante (máximo duas horas) (adaptado de IAL, 2008). O óleo foi armazenado a -20 ºC em frasco âmbar até a realização das análises. A extração foi realizada em triplicata. O rendimento foi determinado como a razão da massa do óleo extraído em relação à massa inicial de grãos de crambe moído. A extração foi realizada em triplicata em módulo de escala laboratorial que consiste em: reservatório para o solvente, bomba seringa (Isco, modelo 500D), dois banhos termostáticos e extrator de aço inoxidável com 58 cm³ de capacidade (1,95 cm de diâmetro e 19,4 cm de altura). Um banho (Julabo, modelo FP-50) resfria o solvente antes de entrar na bomba e o outro (Marconi, modelo MA-184) mantém o extrator na temperatura desejada (Santos et al., 2015). As condições de extração foram selecionadas visando a maior densidade possível do CO2 (20 MPa, 40 ºC) com base nos trabalhos de Nimet et al. (2011), Pederssetti et al. (2011) e Przygoda e Wejnerowska (2015), nos quais temperaturas mais baixas e pressões mais altas proporcionaram maior rendimento de extração. O tempo foi fixado em 240 min. A pressão foi de 20 MPa devido às limitações operacionais da bomba. O procedimento de operação do módulo seguiu metodologia de Santos et al. (2013) com modificações. Cerca 20 g de grãos de crambe moídos foram introduzidos no extrator. O solvente foi resfriado a 5 °C para prevenir sua vaporização antes de entrar na bomba. Resfriado e na fase líquida, o solvente foi bombeado e introduzido no extrator. O sistema foi pressurizado em intervalos de pressão de 2 MPa até alcançar a pressão desejada (20 MPa). Após a temperatura do banho de aquecimento alcançar o equilíbrio térmico (40 ºC), iniciou-se a extração pelo acionamento da bomba seringa e abertura das válvulas de expansão. A vazão volumétrica para o CO2 (Linde; 99,5%) foi de 3 mL min-1, sendo regulada a partir do ajuste da válvula micrométrica na saída do extrator. A temperatura na saída do extrator foi mantida a 60 °C pelo temorregulador (Tholz, modelo MSC-04E) para a separação entre o extrato e o solvente. O extrato foi coletado em recipiente de vidro âmbar e pesado a cada 10-20 minutos até 240 minutos. O rendimento foi determinado como a razão da massa do óleo extraído em relação à massa inicial de grãos de crambe moído. A solubilidade do óleo em SC-CO2 foi obtida pela razão entre a massa total de óleo e a massa de solvente gasto.

Resultado e discussão

Os rendimentos das extrações foram 5,67% ± 0,11 e 33,86% ± 0,98, para as extrações com SC-CO2 (20 Mpa; 40 ºC; 240min) e HEX (480min), respectivamente. A porcentagem de remoção de óleo dos grãos de crambe com a extração supercrítica foi de 16,74%, considerando a remoção por HEX como 100%. Pederssetti et al. (2011), extraindo óleo de canola com SC-CO2 na condição de 20 Mpa e 40 ºC, obtiveram rendimento de aproximadamente 11% com 240 min de extração, com remoção de óleo em torno de 29,9%. Boutin e Badens (2009) obtiveram rendimento de 8,00% de óleo de colza a 15 MPa e 35 ºC e 45% a 45 MPa na mesma temperatura. Uquiche et al. (2012) obtiveram rendimento de 10,4% nas condições de 20 MPa e 40 ºC com 120 min de extração. A Fig. 1 apresenta a curva cinética para a média das três extrações do óleo de crambe com SC-CO2. De acordo com Han et al. (2009), no primeiro período da extração o solvente está saturado com a fração de óleo facilmente removível e a extração ocorre a uma taxa constante, determinada pela solubilidade do óleo em SC-CO2. O segundo período é de transição, durante a qual as partículas na entrada do leito perdem o óleo facilmente acessível que continha inicialmente e a taxa de extração cai rapidamente. Portanto, a solubilidade seria determinada com os dados da parte linear da curva de extração (primeiro período). No presente estudo o tempo utilizado não foi suficiente para atingir o segundo estágio da extração. A solubilidade foi obtida utilizando-se todos os pontos da curva de extração, visto que seu comportamento foi linear até 240 min (Fig. 1). A solubilidade do óleo de crambe foi 1,92x10-3 g óleo g CO2-1. Pederssetti et al. (2011) obtiveram solubilidade entre 1,71x10-3 e 3,08x10-3 g óleo g CO2-1, removendo de 29,9 a 52,7% do óleo contido nos grãos de canola (40-60 ºC; 20-25 MPa; 480 min). Boutin e Badens (2009) obtiveram solubilidades de 1,9x10-3 g óleo g CO2-1 e 1,04x10-2 g óleo colza g CO2-1, verificando que em pressões menores a solubilidade dos lipídeos diminui com o aumento de temperatura, comportamento reportado também por Dunford e Temelli (1997). Tomita et al. (2013) extraindo óleo de Cannabis sativa, encontraram valor médio de solubilidade de 1,75x10-3 g óleo g CO2-1 (40-80 ºC; 20-40 MPa; 180min). O baixo rendimento encontrado no presente estudo em relação aos citados pode ser justificado por alguns fatores como o tempo de extração, o qual pode influenciar o rendimento como reportado por Boutin e Badens (2009) e Uquiche et al. (2012). Além disso, estes autores trabalharam com pressões mais elevadas, o que aumentou significativamente a solubilidade e o rendimento da extração. Todos os estudos citados acima observaram que o aumento da densidade do CO2, inerente ao aumento da pressão durante o processo, aumentaram a solubilidade do óleo com melhores rendimentos das extrações. No entanto, por limitações da bomba utilizada neste estudo, não foi possível se trabalhar com pressões maiores que 20 MPa. Estes fatores aliados à baixa solubilidade justificam o baixo rendimento da extração do óleo de crambe com SC-CO2.

Curva cinética experimental para a extração do óleo de crambe com SC-CO2 (20 MPa; 40 ºC).

Conclusões

Verificou-se que o HEX proporcionou maior rendimento (33,86%) em relação à extração supercrítica (5,67%). O tempo de extração utilizado não foi suficiente para atingir o segundo estágio da extração, sendo a solubilidade determinada com os dados da parte linear da curva, com resultado de 1,92x10-3 g óleo g CO2-1. Destaca-se que o método supercrítico é mais seletivo na extração de compostos de alto valor agregado como antioxidantes, já que solventes orgânicos extraem além de compostos lipídicos, porções não lipídicas, pigmentos e água presentes na matriz. Assim, a extração com SC-CO2 é um processo ambientalmente vantajoso para extração de óleo com características de qualidade superiores sem resíduos de solventes.

Agradecimentos

PUCPR Câmpus Toledo.

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