RECUPERAÇÃO DA BIXINA DO URUCUM UTILIZANDO EXTRAÇÕES SEQUENCIAIS

Transcrição

1 RECUPERAÇÃO DA BIXINA DO URUCUM UTILIZANDO EXTRAÇÕES SEQUENCIAIS T. TAHAM 1, D. O. SILVA 1, F. A. CABRAL 2 e M. A. S. BARROZO 1 1 Universidade Federal de Uberlândia, Faculdade de Engenharia Quíica 2 Universidade Estadual de Capinas, Faculdade de Engenharia de Alientos, Departaento de Engenharia de Alientos E-ail para contato: thiago.taha@ift.edu.br; asbarrozo@ufu.br RESUMO O corante de urucu pode ser epregado e diversos produtos alientícios, e substituição a corantes sintéticos, devido ao seu baixo custo de produção e baixa toxicidade. Coercialente três étodos de extração da bixina do urucu são utilizados: a extração alcalina, a extração e óleo aquecido e a extração co solvente. Tais étodos são geradores de ipactos abientais e pode gerar copostos tóxicos. Este trabalho objetivou axiizar o rendiento de extração da bixina das seentes de urucu utilizando tecnologias distintas: a extração ecânica e leito de jorro seguida de extração etanólica e leito fixo. Foi utilizado u algorito de otiização para elhorar as condições operacionais e leito de jorro e fora avaliados diferentes solventes (etanol, água e CO 2 supercrítico) e leito fixo, e extração sequencial. A cobinação entre as tecnologias resultou e diferentes perfis de extração, axiizando a recuperação de bixina (87%) e a concentração deste coposto nos extratos obtidos. 1. INTRODUÇÃO O urucu (Bixa orellana L.) é u arbusto característico da floresta aazônica de várzea, cujas seentes produze u pigento averelhado, dependendo de sua concentração e solução (NOBRE et al., 2006). O corante de urucu é bastante utilizado na indústria alientícia, ais particularente e lácteos e carnes. O êxito de uso no setor é devido à coparativa instabilidade dos corantes sintéticos nestas aplicações (PRENTICE-HERNANDEZ e RUSIG, 1992). O principal pigento do urucu é a bixina, u coposto da faília dos carotenoides que está contido no revestiento externo da seente (pericarpo). A bixina é responsável pela coloração característica dos extratos de urucu, que pode variar do aarelo ao verelho intenso, dependendo da sua concentração na solução (NOBRE et al., 2006). Coercialente três étodos de extração da bixina do urucu são ais utilizados: a extração alcalina, que transfora a bixina e norbixina, a extração e óleo, que resulta na reoção da bixina e de outros ateriais coloridos, e a extração co solvente, que resulta na fora ais pura do

2 pigento (PRENTICE-HERNANDEZ e RUSIG, 1992). As extrações co solvente orgânico ou solução alcalina, alé de requerere ua operação unitária subsequente para reover o solvente ou solução utilizada na extração, pode gerar resíduos tóxicos, elevando o custo energético do processo (ALBUQUERQUE e MEIRELES, 2012). A extração e óleo vegetal produz suspensões ais concentradas de pigentos, as que pode conter produtos de degradação, haja vista que a extração é realizada e teperaturas aiores que 100 C (McKEOWN e MARK, 1962). A indústria atual, sob a ótica da sustentabilidade, visa a alterações substanciais no projeto de processos industriais. Para tanto, é exigido o desenvolviento de novos processos baseados e atérias-prias renováveis, na utilização ínia necessária de energia e no eprego de solventes se restrições abientais (SANTOS et al., 2011). Neste sentido, novos étodos de extração da bixina de urucu tê sido aplaente estudados, apresentando-se e destaque os estudos que utiliza dióxido de carbono (CO 2 ) supercrítico, líquidos pressurizados, adaptações e extrações convencionais, extração assistida por ultrasso, alé das técnicas convencionais de extração ecânica, dentre as quais se destaca o leito de jorro. Tendo e vista os aspectos encionados anteriorente, o presente estudo teve coo objetivo a extração da bixina das seentes de urucu, utilizando diferentes tecnologias e processo único ou cobinadas entre si. 2. METODOLOGIA As seentes de urucu fora obtidas na cidade de Rio Verelho (Vale do Jequitinhonha - MG) e arazenadas e sacos de polietileno de cor escura e câara fria (a -18 C) até que os experientos fosse conduzidos Caracterização das Seentes As seentes fora caracterizadas e teros de sua uidade e teor de bixina. A uidade foi deterinada pelo étodo de estufa a 105 C - étodo AOAC (1997). Para a deterinação do teor de bixina no extrato obtido e nas seentes foi utilizado o étodo espectrofotoétrico recoendado pela FAO (Food and Agriculture Organization of the United Nations, 2006). A absorbância das aostras foi edida e cubeta de quartzo de 1 c, e copriento de onda de 487 n, utilizando u espectrofotôetro UV visível (Perkin Eler Labda 40). O teor de bixina nas aostras foi calculado utilizando a Lei de Labert-Beer, utilizando E(1%, 1c) = 3090 (FAO, 2006) Extração Convencional da Bixina Para a deterinação do teor de bixina nas seentes de urucu, foi feita ua extração convencional co clorofório a 50 C. Esta condição foi escolhida para a extração baseada nos trabalhos de Silva et al. (1994) cujos resultados ostra que, alé do bo desepenho do clorofório coo solvente, teperaturas abaixo de 80 C causa ínia degradação na bixina. Para efeito de coparação, a esa extração foi feita utilizando água, tabé a 50 C. As extrações fora feitas e ua célula de equilíbrio, cujo conteúdo ficou sob constante agitação por eio de u agitador agnético. A célula de equilíbrio foi acoplada a u recirculador, para ipedir a perda de substâncias voláteis, sendo o banho terostatizado antido a 5 C.

3 2.3. Extração Mecânica da Bixina Utilizando o Leito de Jorro As extrações e leito de jorro fora realizadas e ua unidade experiental apresentada, esqueaticaente, na Figura 1: Figura 1 Unidade Esqueática do leito de jorro. A Figura 1 ostra o leito de jorro, coposto por ua base cônica e estrutura cilíndrica (1) co visor e vidro ao longo do corpo cilíndrico, u copressor de ar de 7,5 hp (2), ua placa de orifício (4) ligada a u transdutor de pressão (3). O pó de bixina extraído foi coletado e frasco âbar (7), protegido da luz, conectado ao underflow de u ciclone, tipo Stainard de 10 c de diâetro (8). Os sinais do transdutor de pressão fora transitidos a u coputador por eio de ua placa de aquisição de dados (6) e processados utilizando o software LabVIEWTM 7.1. As diensões do leito de jorro são: ângulo da base cônica de 60, orifício de entrada do ar de 3,5 c, diâetro da seção cilíndrica de 21 c e copriento igual a 70 c. A este aparato foi acrescentada u tubo draft cilíndrico, feito co ua tela de aço inoxidável 8 MESH (diensões 4,5 c de diâetro, 10 c de copriento, posicionado a 4 c da entrada de ar). A distância de 4 c foi escolhida baseada no resultado obtido no trabalho experiental de Barrozo et al. (2013). Ua odificação feita no equipaento foi a inclusão de u anteparo no interior da parte cilíndrica, coposto por ua tela circular, de aço inoxidável 8 MESH, co altura regulável. Esta tela peritia a passage do pó, as não das seentes, e contribuiu, tabé, para auentar o atrito e elhorar o rendiento de extração. Duas condições operacionais fora utilizadas para o processaento das seentes de urucu in natura: a condição 1, cujo objetivo foi axiizar a quantidade de pó (extrato de urucu), contendo u ínio de 30% de bixina; e a condição 2, cujo objetivo foi obter pó co a aior porcentage de bixina possível, se fixar ua quantidade ínia para a quantidade de pó. Nos ensaios fora variados a assa das seentes, a altura do anteparo e a vazão de ar, confore ostra a Tabela 1.

4 Tabela 1. Condições operacionais do leito de jorro Condição Experiental Massa das Seentes (g) Altura do Anteparo (c) Vazão de ar (³/h) , As condições operacionais apresentadas na Tabela 1 fora o resultado da otiização do odelo proposto para os dados experientais de Taha et al. (2016). A otiização foi feita utilizando o étodo de Evolução Diferencial (DE), baseado e operações vetoriais que gera potenciais candidatos à resolução dos probleas de otiização (PRICE e STORN, 1997). O extrato obtido e as seentes pós-processaento, nos dois ensaios, fora arazenados e sacos de polietileno escuros, protegidos do calor, da luz e da uidade para análises. As seentes fora, ainda, utilizadas coo atéria-pria para extração sequencial Extração e Leito Fixo Os experientos e leito fixo fora realizados e ua unidade experiental de bancada, cujo diagraa esqueático está apresentado na Figura 2a. A Figura 2b representa a unidade e si. Figuras 2(a,b), e que (a) representa o esquea e (b) a fotografia da unidade experiental O extrator foi preenchido co as seentes inteiras, copletando-se o volue co pérolas de vidro. Esta ontage deixava o sistea copletaente cheio, fazendo co que o solvente utilizado passasse entre as partículas e facilitando a extração. O banho foi copletado co água até a cobertura do extrator e das válvulas, para garantir a uniforidade de teperatura (50 C e todas as extrações). Nos experientos à pressão abiente, ua pressão de 5 bar era fornecida ao sistea soente para garantir o copleto preenchiento do leito. Os ensaios fora codificados por eio de letras específicas: U, para extrações e que u único tipo de solvente foi utilizado, S para extrações

5 sequenciais, co variação no solvente de extração ou nas condições operacionais do leito. A Tabela 2 resue as condições operacionais dos experientos realizados no leito fixo. Tabela 2 - Condições experientais e leito fixo Código Solvente Vazão Solvente P (bar) t (in) U 1 CO 2 1,5 L/in U 2 Etanol 0,5 L/in U 3 Etanol 0,5 L/in S 1 S 2 CO 2 1,5 L/in Etanol 0,5 L/in CO 2 1,5 L/in Etanol 0,5 L/in S 3 Etanol 0,5 L/in S 4 Etanol 0,5 L/in As extrações S 3 e S 4 fora realizadas utilizando as seentes pré-processadas e leito de jorro, ou seja, passara por ua pré-extração ecânica anterior ao leito fixo. As condições operacionais utilizadas estão encionadas na Tabela 1: Condição 1, para S 3 e condição 2, para S 4. Três respostas experientais fora analisadas: a extração global, calculada por eio da Equação (1) e que representa a totalidade de copostos extraídos, a porcentage de bixina no extrato, representada pela Equação (2) e a Recuperação de bixina (R), que representa a quantidade de corante extraído a partir do total que havia na seente, representada pela Equação (3). X 0 = pó 100 seentes (1) C 0 = bixina 100 pó (2)

6 R = seentes bixina % bix seente (3) 3. RESULTADOS A uidade édia das seentes foi de 8,7 ± 0,3% (base úida). O teor de bixina das seentes foi deterinado a partir da extração convencional até o total esgotaento das seentes, resultando e ua porcentage de bixina nas seentes igual a 4,54 %. Os resultados da extração convencional (C), extrações e etapa única (U) e extrações sequenciais (S) estão apresentadas na Tabela 3. Tabela 3 Resultados dos ensaios experientais Rendiento Global (X 0 %) Concentração Bixina (C 0 %) Recuperação (R %) Recuperação total (R %) C 35,42 12, U 1 1,31 3,84 1,06 1,06 U 2 6,93 31,10 47,58 47,58 U 3 4,98 17,71 19,38 19,38 S 1 1,31 3,84 1,12 6,96 16,80 25,98 27,10 S 2 1,31 3,84 1,12 5,40 15,45 18,53 19,65 S 3 5,40 35,21 42,22 7,18 13,57 44,79 87,01 S 4 1,39 66,21 20,59 5,04 12,92 15,75 36,34 Os resultados ostrara que o CO 2 supercrítico não é u solvente vantajoso e relação ao rendiento de bixina. A aplicação da alta pressão (400 bar), tanto e extração sequencial quanto e

7 etapa única, tabé não foi efetiva na reoção da bixina das seentes; resultados seelhantes fora observados por Rodrigues et al. (2014) e Taha et al. (2015). Dentre todas as extrações e etapa única realizadas, nenhua foi ais efetiva do que o etanol à pressão abiente. Esta condição foi responsável pelos aiores valores de recuperação de bixina e porcentage deste coposto nos extratos, ou seja, foi a que resultou e extratos ais puros. Por outro lado, pôde-se constatar que o pré-trataento das seentes, utilizando CO 2 supercrítico resultou na extração do óleo, antendo na seente a aior parte do conteúdo de bixina originalente presente. Taha et al. (2015) caracterizara o óleo e teros da presença de vitaina E, tendo apresentado elevados teores de δ-tocotrienol, u de seus constituintes. Este pré-trataento pode ser, então, u iportante eio de obtenção de vitaina E co pouca interferência, portanto, na obtenção de bixina por extração etanólica a baixa pressão e ua extração sequencial. Nas duas últias extrações sequenciais foi proposta a cobinação de duas tecnologias, a extração ecânica e leito de jorro e a extração etanólica e leito fixo co o objetivo de axiizar o rendiento da extração de bixina e aproxiá-lo ao áxio do rendiento obtido co a extração convencional usando clorofório. O rendiento de bixina obtido na extração sequencial que utilizou as configurações da prieira otiização foi o que ais se aproxiou do resultado obtido na extração convencional, dentre todas as condições testadas (87 %), indicando a potencialidade das técnicas envolvidas na obtenção do corante presente nas seentes. 4. CONCLUSÃO Neste estudo alguns étodos de extração fora testados e cobinados entre si, co o foco na obtenção da bixina do urucu. Nenhua das cobinações testadas foi ais eficiente do que a extração sequencial que utilizou u pré-trataento ecânico das seentes e leito de jorro, co o foco na obtenção do pó, seguido de extração etanólica e leito fixo, se utilizar altas pressões. Esta condição foi a responsável pela aior recuperação de bixina e relação à quantidade original presente (87 %), dentre todas as condições testadas. Alé disso, ainda conseguiu apresentar bons resultados percentuais de bixina no extrato obtido, que pode ser caracterizado coo de alto valor coercial (> 30% de bixina). Este fato indica que as extrações sequenciais pode ser ua boa alternativa de processaento, peritindo o áxio aproveitaento do corante presente nas seentes e coparação co as tecnologias estudadas isoladaente. 5. AGRADECIMENTOS Os autores gostaria de agradecer à FAPEMIG (EV/PCE/ ), pelo apoio financeiro dado a este trabalho.

8 6. REFERÊNCIAS ALBUQUERQUE, C. L.; MEIRELES, M. A. de A. Defatting of annatto seeds using supercritical carbon dioxide as a pretreatent for the production of bixin: Experiental, odeling and econoic evaluation of the process. The Journal of Supercritical Fluids, v. 66, p , AOAC INTERNATIONAL. Official ethods of analysis. 16ª ed., 3ª rev. Gaitherburg: Published by AOAC International,. v.2, cap. 32, p.1-43, BARROZO, M. A. S.; SANTOS, K. G.; CUNHA, F. G. Mechanical Extraction of natural dye fro Bixa orellanna seeds in spouted bed. Ind Crop Prod, v. 45, p , FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE UNITED NATIONS (FAO). Cobined Copendiu of Food Additive Specifications, in: 67 th Joint FAO/WHO Expert Coittee on Food Additives, v.3, p. 11, MCKEOWN, G. G.; MARK, E. The coposition of oil-soluble annatto food colors. Journal of the AOAC. v. 45 (3), p , NOBRE, B. P.; MENDES, R. L.; QUEIROZ, E. M.; PESSOA, F. L. P.; COELHO, J. P.; PALAVRA, A. F. Supercritical carbon dioxide extraction of pigents fro Bixa orellana seeds (experients and odeling). Braz. J. Che. Eng., v. 23(2), p , PRENTICE-HERNANDEZ, C.; RUSIG, O. Extrato de urucu (Bixa orellana L.) obtido utilizando álcool etílico coo solvente. Arquivos de Biologia e tecnologia, v. 35 (1), p.63-74, RODRIGUES, L. M.; ALCÁZAR-ALAY, S. C.; PETENATE, A. J.; MEIRELES, M. A. A. Bixin extraction fro defatted annatto seeds. C. R. Chiie, v. 17, p , SANTOS, D. T.; ALBUQUERQUE, C. L. C.; MEIRELES, M. A. A. Antioxidant dye and pigent extraction using a hoeade pressurized solvent extraction syste. In: SARAVACOS, G., et al (Ed.). 11th International Congress on Engineering and Food. Asterda: Elsevier Science Bv, v. 1, p , SILVA, G. F; CAVALCANTI, S. A.; SOBRAL, M. C. Extração de corantes do urucu II. Anais da Associacao Brasileira de Quiica, v. 43(1-2), p , TAHAM, T.; CABRAL, F. A.; BARROZO, M. A. Extraction of bixin fro annatto seeds using cobined technologies. J Sup Flu, v. 100, p , TAHAM, T.; SILVA, D. O.; BARROZO, M. A. Iproveent of bixin extraction fro annatto seeds using a screen-topped spouted bed. Sep Pur Technol., v.158, p , 2016.