ESTUDO DO EFEITO DA TEMPERATURA NA COMPOSIÇÃO DO ÓLEO ESSENCIAL DE Eucalyptus citriodora DURANTE A SECAGEM EM LEITO FIXO

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1 ESTUDO DO EFEITO DA TEMPERATURA NA COMPOSIÇÃO DO ÓLEO ESSENCIAL DE Eucalyptus citriodora DURANTE A SECAGEM EM LEITO FIXO N. P. Braga, J. O. Brito 2 e M. A. Cremasco Faculdade de Engenharia Química/Unicamp C.P. 666 Campinas - SP Departamento de Ciências Florestais/ESALQ/USP Piracicaba SP RESUMO O composto predominante do óleo essencial de Eucalyptus citriodora é o aldeído citronelal, que pode ser utilizado na indústria de flavorizantes, de fármacos e de detergentes. Entretanto, uma das etapas que antecede à extração do óleo essencial é a secagem, a qual normalmente é conduzida por via natural, e está sujeita, entre outras, às condições climáticas. Neste sentido, o presente trabalho procura avaliar experimentalmente a influência da temperatura do ar de secagem em um secador tipo leito fixo, visando a remoção de umidade de folhas de Eucalyptus citriodora. Além das curvas de cinética de secagem, apresenta-se o efeito dessa temperatura no rendimento do óleo essencial, este obtido via extração por coobação, bem como no teor de citronelal nele contido, que é obtido por cromatografia gasosa. Os resultados mostram que a secagem propícia o aumento rendimento do óleo essencial sem afetar o teor de citronelal. INTRODUÇÃO Os óleos essenciais encontram aplicação nas indústrias farmacêutica, de alimentos e de aromas (Guenther, 972). Sua importância para essas indústrias depende da disponibilidade no mercado e dos aspectos econômicos que os cercam, tais como variação climática e a competição de produtos sintéticos, os quais advêm da indústria petroquímica. A destilação do óleo essencial das folhas verdes do Eucalyptus citriodora possibilita, a baixo custo, a obtenção de um produto que, ao que tudo indica, é de fácil colocação no mercado consumidor, sendo uma técnica que pode ser implementada por pequenos produtores rurais (Andrade e Gomes, 2). Entretanto durante a secagem, etapa que antecede a extração, podem ocorrer problemas como a diminuição do rendimento em óleo essencial e do teor de citronelal. Isto pode acontecer quando as folhas são amontoadas e expostas aos raios solares. Essa prática de secagem pode ocasionar perda excessiva de umidade ou propiciar a fermentação das folhas. O rendimento do óleo essencial pode está relacionado com as condições de solo, clima, época da colheita, idade da planta, teor de umidade da matéria-prima, método de destilação, procedência da planta (Galanti, 987). Em termos médios, no Brasil, o plantio de Eucalyptus citriodora destinado à extração de óleo essencial apresenta rendimentos variando de,2% a,4%. Já a teor de citronelal no óleo essencial de Eucalyptus citriodora varia de 65 a 8%. Em termos de mercado, é exigido um teor mínimo de 7% de citronelal nos óleos destinados à exportação. No Brasil, os óleos para exportação contêm cerca de 75 a 8% de citronelal. Deste modo, buscando estratégias para controlar o processo de secagem, procura-se, no presente trabalho, estudar o efeito da temperatura do ar de secagem em um secador em leito fixo no rendimento do óleo essencial de folhas de Eucalyptus citriodora, obtido por coobação, bem como no teor de citronelal, presente neste óleo, a partir de análise cromatográfica gasosa.

2 MATERIAIS E MÉTODOS As etapas de secagem das folhas de Eucalyptus citriodora, bem como a extração do óleo essencial foram desenvolvidas no Laboratório de Processos em Meios Porosos (LPMP) do Departamento de Termofluidodinâmica (DTF), da Faculdade de Engenharia Química (FEQ), da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp). Já a análise cromatográfica gasosa do óleo essencial foi realizada no Laboratório de Ciências Florestais da ESALQ/USP, em Piracicaba. Materiais O material estudado consiste de folhas verdes de Eucalyptus citriodora, provenientes da Estação Experimental de Ciências Florestais de Itatinga. Tais espécies são originariamente provenientes do norte da Austrália, região que apresenta um maior rendimento e melhor qualidade de óleo essencial (Vitti e Brito, 999). As características físicas do secador e das folhas do Eucalyptus citriodora estão apresentadas na Tabela. Tabela : Dimensões das folhas do Eucalyptus citriodora e do secador de leito fixo E (cm) L c D D H (cm) (cm) (cm) (cm) (cm) 25 2,5,5 5,8 2 6 Figura Sistema de secagem utilizado neste trabalho. 2 Legenda: - Válvulas de controle de vazão do ar de secagem. 2- Compressor. 3- Sistema de aquecimento do ar de secagem. 4- Manômetro para tomada da velocidade do ar de secagem. 5- Painel de controle da temperatura do ar de secagem. 6- Secador de leito fixo. 7- Leito do secador. 8- Balança semi-analítica para medida da perda de massa. 9- Psicrômetros. - Termopares tipo J. - Bomba de vácuo. 2 Sistema de aquisição de dados. Equipamentos O processo de secagem das folhas de Eucalyptus citriodora é realizado em um sistema isolado com lã de rocha e alumínio corrugado, do qual faz parte um secador do tipo leito fixo. Este sistema consiste de um soprador centrífugo com controle de vazão de ar por uma ramificação na tubulação do sistema de secagem. O aquecimento do agente de secagem se processa por meio de quatro resistências de 4W. Adaptado a esta unidade encontra-se o sistema de aquisição de dados, conforme ilustrada na Figura. A massa de material úmido a ser utilizada no secador é pesada em uma balança semi-analítica, marca C&F, com precisão de,g. Já a massa de material que será utilizada para a determinação da umidade é medida em uma balança analítica, marca BG4 Gehaka (precisão g). O acompanhamento da remoção de umidade ao longo do tempo é feito por meio da perda de massa das folhas, a qual é monitorada por uma balança semi-analítica marca Gehaka, com uma precisão de g, que é disposta sobre o secador e acoplada a um cesto e este contido no interior da câmara de secagem. Tanto na entrada quanto na saída do secador existem psicrômetros de dupla mecha, aos quais está acoplada uma bomba à vácuo para garantir que a velocidade no interior dos psicrômetros sejam superior a 3 m/s, de modo a propiciar a aplicabilidade da

3 teoria do bulbo úmido e, consequentemente, a determinação da umidade do ar na entrada e na saída do secador somente para acompanhamento do incremento de umidade no ar de saída do secador. A extração é efetuada por coobação em um destilador tipo Clevenger MA553 com capacidade de 25 ml. A massa é pesada em balança analítica, marca BG4 Gehaka, com precisão de g. O esquema de extração pode ser visualizado na Figura 2. Apesar de não estar ilustrada nesta figura, cabe ressaltar que a água de resfriamento necessária à condensação, advém de um banho ultratermostático microprocessado com circulador, da marca Quimis, modelo 24M2. Este banho mantém a água a 5 ºC. 7 Legenda: 3 - Balão de 25 ml contendo água e folhas de E. citriodora 2- Retorno da água para o balão 6 3- Condensador 4- Reservatório de óleo essencial e água 2 5- Dispositivo de separação das fases óleo 4 essencial e água 6- Entrada da água gelada 7- Saída da água gelada 5 Figura 2: Sistema de extração Clevenger. Após a extração, o óleo essencial encontra-se em mistura com a água. Devido à menor densidade do óleo, este pode ser drenado por gravidade. Contudo, para separálo de qualquer água residual, o líquido é levado à centrífuga Centribio, modelo 8-2B e depois armazenado em uma geladeira mantida a 5ºC para, então, ser posteriormente analisado por análise cromatográfica, a qual foi realizada em um cromatógrafo gasoso da marca HP589 II, em coluna capilar HP-2M (Carbovax 2M) com 5 metros de comprimento, visando a determinação da fração do citronelal contido no óleo essencial. Procedimento experimental Inicialmente ajustou-se a temperatura do ar de secagem por meio das resistências, a quais foram monitoradas por um termopar posto na linha de alimentação do ar, bem como por meio dos psicrômetros de dupla mecha. Atingiu-se o regime permanente no leito de secagem após uma hora de operação, tendo em vista que não se constatou variação significativa na temperatura dos psicrômetros na entrada e saída do leito de secagem. Após este tempo, as folhas foram dispostas horizontalmente em um cesto no leito de secagem, ocupando um volume inicial de,3m 3. A perda de massa foi monitorada por uma balança semi-analítica, da marca Gehaka, com uma precisão de g. Estabeleceu-se um intervalo de tempo de 5 min para a leitura da perda de massa. O tempo de secagem em todos os ensaios foi fixado em 6 minutos. No inicio de cada ensaio, coletou-se uma amostra para a determinação da umidade inicial das folhas pelo método da estufa. Antes e depois da secagem foi feito uma extração com as folhas frescas e secas, respectivamente, para a determinação do rendimento do óleo essencial e do teor de citronelal. O teor de citronelal foi determinado no cromatógrafo gasoso já detalhado no item anterior. O aquecimento foi de 6 ºC/minuto, iniciando em 75 ºC e finalizando aos 2 ºC. O gás de arraste, hélio, foi injetado num fluxo de ml/minuto. O volume de óleo utilizado para análise foi de,5 microlitros. O rendimento em base úmida foi expresso pela razão entre a massa de óleo destilado e a massa de folhas frescas antes de serem submetidas à secagem, conforme equação. Para efeito de comparação dos resultados, foi determinado, o rendimento em base seca, no qual se considerava as folhas frescas isentas de umidade, conforme equação 2. massa de óleo extraído Rd bu (%) = () massa de folhas úmidas

4 massa de óleo extraído Rd bs (%) = (2) massa isenta de umidade O rendimento em base seca do modo como proposto, parte do pressuposto sobre o quanto de umidade pode ser removida, em outras palavras, o limite possível para a remoção da umidade. Por exemplo, antes de se efetuar a secagem, realiza-se a extração do óleo das folhas frescas, bem como, a determinação da sua umidade determinandose os rendimentos em base úmida e o rendimento em base seca. O rendimento em base seca, neste exemplo, seria o desejado a ser obtido após a secagem, pois traz a noção da quantidade máxima de água a ser retirada. A partir de então, pode-se acompanhar o desempenho do secador, para determinadas condições operacionais (W, T, v, t). Desse modo, ao dividir-se o rendimento final (em base úmida) pelo rendimento inicial (em base seca) (rendimento relativo em base seca), gera-se um novo ente de comparação, o rendimento relativo dado pela equação 3: (%bs) (%bu) Rd Rdrel = (3) Rd Desse modo, o desempenho do secador pode, dessa maneira, ser avaliado como ótimo quando tal rendimento relativo aproximar-se de. RESULTADOS OBTIDOS A Figura 3 apresenta os resultados experimentais para as curvas da cinética de secagem que é expressa em kg de H 2 O/kg de material seco, pelo tempo. Nota-se que as curvas a 35, 4 e 45ºC estão praticamente sobrepostas, o mesmo acontecendo com as curvas de 5, 55 e 6ºC. Isto pode ser explicado devido às diferentes umidades iniciais do material foliar. W/W,,8,6,4,2 T = 35 ºC T = 4 ºC T = 45 ºC T = 5 ºC T = 55 ºC T = 6 ºC t (min) Figura 3 Cinética de secagem das folhas de Eucalyptus citriodora. A Figura 4 apresenta o efeito da temperatura do ar de secagem no rendimento do óleo essencial das folhas de Eucalyptus citriodora. Verifica-se, na figura 4, que o rendimento, em base úmida, aumenta cerca de duas vezes em relação ao inicial para temperaturas do ar de secagem entre 4ºC e 6ºC. Nota-se, também, a elevação do rendimento em base seca, para o qual é suposto que toda umidade foi removida das folhas de Eucalyptus citriodora. Foram realizados 6 ensaios experimentais utilizando-se carga inicial de material úmido de g e velocidade do ar de secagem de 6,3 cm/s, que são apresentados na Tabela 2. Rd(%) Rd(%bu) Rdf(%bu) Rd(%bs) Tabela 2: Resultados obtidos. Ens X T Rd Rd f C C (%bs) ( o C) (%bu) (%bu) (%) (%),24 35,28,26 87,72 88,33 2 2,37 4,28 2,55 88,22 87,85 3 4,8 45,36 2,87 87,77 88, ,3 5,73 3,8 85,2 87,93 5 4, 55,43 3,3 87,85 88,9 6 22,4 6,22 3,7 87,7 88, Figura 4 Rendimento do óleo essencial em função da temperatura do ar de secagem. Utilizando-se do critério proposto pela Eq.(3), pode-se construir a Figura 5. Verifica-se, nesta, que o rendimento relativo

5 aproxima-se da unidade na medida em que se aumenta a temperatura do ar de secagem, indicando o bom desempenhos das condições operacionais utilizadas no presente trabalho. 2, C (%) Rd relativo,5,,5 2 C (%) C (%) Figura 6 Teor de citronelal em função da temperatura Figura 5 Rendimento relativo do óleo essencial em função da temperatura. Já a Figura 6 mostra o efeito que a temperatura do ar de secagem exerce no teor de citronelal (em fração mássica), contido no óleo essencial, advindo tanto de folhas frescas quanto daqueles submetidas à secagem Notase que o teor de citronelal não sofreu alteração significativa quando as folhas foram submetidas à secagem. Para que se possa avaliar o efeito apenas da secagem, propõe-se a Figura 4, na qual há a adimensionalização do teor do citronelal mediante: (%) (%) C C ad = C (4) Essa adimensionalização é efetuada tendo em vista os diferentes teores de citronelal presentes nas folhas frescas. O adimensional, assim portanto, procura amenizar essa influência na análise do teor do citronelal encontrado no óleo essencial após a secagem. Desse modo, ao se inspecionar a Figura 7, constata-se que não houve variação significativa do teor do citronelal presente no óleo essencial das folhas, após estas serem submetidas à secagem. Esta constatação, em conjunto com os resultados advindos da análise do rendimento, permite que se trabalhe com a temperatura do ar de secagem em torno de 6 o C, diminuindo-se o tempo de operação, aumentando-se a carga de material a ser processada e, consequentemente, o óleo extraído sem prejuízo no teor de citronelal. Rd relativo 3, 2,5 2,,5,,5 Rd relativo,5 C adimensional , 2,5 2,,5, C adimensional Figura 7 Rendimento relativo do óleo essencial e teor adimensional de citronelal em função da temperatura. CONCLUSÃO A partir da análise dos resultados obtidos da secagem das folhas de Eucalyptus citriodora em leito fixo utilizando-se temperaturas do ar secagem entre 4ºC e 6ºC, verifica-se, considerando-se a dimensão do secador, carga de material úmido e velocidade do ar de secagem utilizadas neste trabalho em leito fixo, um desempenho bastante satisfatório do sistema utilizado, o qual permite dobrar o rendimento do óleo essencial sem comprometer o teor de citronelal nele contido. AGRADECIMENTOS Este trabalho faz parte do Projeto Fapesp nº / NOMENCLATURA b.u base úmida; b.s base seca; C fração de citronelal presente no óleo, %;

6 c comprimento médio das folhas, L; D diâmetro da entrada do secador, L; D diâmetro do leito de secagem, L; E espessura média das folhas, L; H altura do leito de secagem, L; L largura média das folhas, L; Rd rendimento do óleo essencial, %; W massa perdida no tempo t, M; W massa de folhas inicial, M; t tempo de secagem, T; T temperatura do ar de secagem, t; X umidade, %b.s; Subscritos: - Inicial f Final ad - adimensional rel - relativo REFERÊNCIAS ANDRADE, A. M. e GOMES, S. S. (2), Influência de alguns fatores não genéticos sobre o teor de óleo essencial em folhas de Eucalyptus citriodora Hook, Floresta e Ambiente, Vol.7, N., p GALANTI, S. (987), Produção de óleo essencial do Eucalyptus citriodora Hooker, no município de Torrinha, Estado de São Paulo. Viçosa, MG, Universidade Federal de Viçosa UFV. 48p. (Monografia). GUENTHER, E. (972), The production of essential oil: methods of distillation, enfleurage, maceration, and extration with volatile solvents, In: The essential oils, 2 Ed., Vol., New York: Robert E. Krieger Publishing. VITTI, A. M. S. e BRITO, J. O. (999), Avaliação do rendimento e do teor de citronelal do óleo essencial de procedências e raças locais de Eucalyptus citriodora, Scientia Florestalis, N. 56, p