HIGH PRESSURE VAPOR-LIQUID EQUILIBRIA OF PALM FATTY ACIDS DISTILLATES-CARBON DIOXIDE SYSTEM

Vapor-Liquid equilibria of palm fatty acids distillates/carbon dioxide system has been investigated experimentally at temperatures of 333, 353, and 373 K and pressures of 20, 23, 26, and 29 MPa using the static method. Experimental data for the quasi-binary system palm fatty acids distillates/carbon dioxide has been correlated with Redlich-Kwong-Aspen equation of state. Modeling shows good agreement with experimental data. Selectivity obtained indicates that supercritical carbon dioxide is a reasonable solvent for separating saturated (palmitic acid) and unsaturated (oleic+linoleic acids) fatty acids from palm fatty acids distillates in a continuous multistage countercurrent column.

SEPARATION OF SATURED AND UNSATURATED FATTY ACIDS FROM PALM FATTY ACIDS DISTILLATES IN CONTINUOUS MULTISTAGE COUNTERCURRENT COLUMNS WITH SUPERCRITICAL CARBON DIOXIDE AS SOLVENT: A PROCESS DESIGN METHODOLOGY

In this work the separation of multicomponent mixtures in counter-current columns with supercritical carbon dioxide has been investigated using a process design methodology. First the separation task must be defined, then phase equilibria experiments are carried out, and the data obtained are correlated with thermodynamic models or empirical functions. Mutual solubilities, Ki-values, and separation factors aij are determined. Based on this data possible operating conditions for further extraction experiments can be determined. Separation analysis using graphical methods are performed to optimize the process parameters. Hydrodynamic experiments are carried out to determine the flow capacity diagram. Extraction experiments in laboratory scale are planned and carried out in order to determine HETP values, to validate the simulation results, and to provide new materials for additional phase equilibria experiments, needed to determine the dependence of separation factors on concetration. Numerical simulation of the separation process and auxiliary systems is carried out to optimize the number of stages, solvent-to-feed ratio, product purity, yield, and energy consumption. Scale-up and cost analysis close the process design. The separation of palmitic acid and (oleic+linoleic) acids from PFAD-Palm Fatty Acids Distillates was used as a case study.

EXTRAÇÃO DOS ALCALÓIDES: CAFEÍNA E TRIGONELINA DOS GRÃOS DE CAFÉ COM C SUPERCRÍTICO

A descafeinação do café canephora é vantajosa tanto para a obtenção da cafeína quanto para valorização desta espécie. A cafeína, subproduto da descafeinação, atua como estimulante e diurético no organismo e é usado pelas indústrias de bebidas de refrigerante e farmacêutica. Existem patentes industriais aplicando CO2 supercrítico na extração da cafeína do café. Porém pouco é divulgado sobre a extração da trigonelina (alcalóide importante na formação da vitamina‘ niacina’), que atua no sistema nervoso central, na secreção da bile e no intestino. O objetivo deste trabalho foi levantar subsídios experimentais e teóricos para a extração de alcalóides dos grãos de café canephora, variedade robusta, usando CO2 supercrítico. Os dados foram obtidos num aparelho de extração a altas pressões onde as variáveis termodinâmicas são independentemente controladas. Os alcalóides foram analisados por Cromatografia Liquida de Alta Eficiência (CLAE). As solubilidades da cafeína pura e a obtida dos grãos de café no CO2 supercrítico foram determinadas a 313, 323 e 343 K, de 9,5 a 23,5 MPa. Os resultados revelam a existência de um comportamento retrógrado para a solubilidade da cafeína pura e a obtida dos grãos de café; também mostram a seletividade do CO2 supercrítico pela cafeína quando comparada a trigonelina. A modelagem termodinâmica do equilíbrio sólido-fluido usando uma equação de estado de quarta ordem correlacionou satisfatoriamente as solubilidades da cafeína pura no solvente supercrítico.

DESENVOLVIMENTO E PROJETO DE UMA UNIDADE DE EXTRAÇÃO SUPERCRÍTICA PARA PURIFICAÇÃO DE ÓLEOS VEGETAIS

Este estudo investiga os diferentes arranjos de equipamentos para o desenvolvimento de uma unidade industrial para purificação de óleos vegetais utilizando extração com CO2 sob condições supercríticas. Objetivando a concepção de uma planta comercial a partir da unidade de laboratório o estudo deve iniciar-se através da determinação de alguns parâmetros experimentais e um estudo energético do processo. Em trabalho anterior foram definidas as condições ótimas (T, P) para purificação de óleos vegetais por CO2 supercrítico [7]. A etapa de otimização energética envolve um número máximo de variações possíveis nas condições de operação, visando fornecer dados adequados para a definição do rendimento e qualidade do produto, assim como do tempo de extração. A representação do processo nos diagramas de estado do solvente são muito úteis para a determinação das propriedades termodinâmicas em cada estágio do processo. Os diagramas Temperatura-Entropia (TxS) são particularmente apropriados para determinação da energia requerida ou removida no processo reversível. Com a determinação das condições de operação e do tempo para cada etapa individual é possível plotar a variação da pressão e da temperatura versus tempo, assim como definir e dimensionar os equipamentos necessários para o processo de extração supercrítica.

PURIFICAÇÃO DE ÓLEOS VEGETAIS POR EXTRAÇÃO COM CO2 SUPERCRÍTICO

Este estudo constatou a possibilidade de extrairem-se ácidos graxos livres de óleos vegetais com CO2 supercrítico. Utilizou-se neste trabalho óleos de soja e de castanha do Pará. A pesquisa desenvolveu-se em duas etapas, inicialmente investigou-se a possibilidade de se extrairem os ácidos graxos destes óleos em condições de extração que variaram de 50-140 bar e de 40-80oC durante 40-160 minutos. Concluiu-se que é possível realizar a desacidificação de óleos vegetais. A eficiência da extração foi de aproximadamente 30% a 140 bar e 80oC para ambos os óleos. Após esta primeira etapa, o próximo passo foi a tentativa de obter-se um aumento na eficiência do processo promovendo a pré-degomagem nos óleos brutos como uma etapa anterior ao processo de desacidificação com CO2 supercrítico. A degomagem foi realizada através de dois métodos diferentes, um para extrair as gomas hidratáveis e outro para extrair tanto as hidratáveis como as não-hidratáveis. Os resultados experimentais foram obtidos a 140 bar e 80oC durante 40-160 minutos, mostrando que a pré-degomagem é realmente necessária, pois a eficiência da extração aumentou para 57% para o óleo de soja e 42% para o de castanha do Pará totalmente degomados, sendo que o método escolhido deve extrair tanto as gomas hidratáveis como as não-hidratáveis. Finalmente, utilizou-se cossolvente (etanol a 1-5% do peso do óleo) para auxiliar a extração, observando-se um aumento na eficiência para aproximadamente 65% para o óleo de soja e 56% para o de castanha do Pará totalmente degomados a 140 bar e 80oC por 40-160 minutos.

EXTRACTION OF OIL FROM PRESSED PALM OIL (Elaes guineensis) FIBERS USING SUPERCRITICAL CO2

Residual fibers from palm oil production are a good source of carotene, since they contain more than 5% of the original oil, with about 5000 ppm of carotenoids. As carotenoids are thermosensitive molecules, supercritical CO2 can be used for oil recovery, because this technique employs low temperatures. In this work results of oil extraction experiments from pressed palm oil fibers are shown. Fibers were from AGROPALMA, an industry which is located in Tailândia (Pará, Brazil). Extractions were carried out at 200, 250 and 300 bar and at temperatures of 45 and 55oC. Oil was analyzed by UV/vis spectrophotometry for total carotene determination. Results showed a large increase in extraction rate from 200 to 250 bar and a small variation from 250 to 300 bar. The total amount of carotenes did not increase in the course of extraction at 300 bar, but it showed a large increase at 200 and at 250 bar. Free fatty acids are present in amounts larger than those found in commercial oils.

EXTRAÇÃO DO COLESTEROL COM MISTURAS DE DIÓXIDO DE CARBONO E ETANO SUPERCRÍTICO

Existem fatores nutricionais e dietéticos, como a ligação comprovada entre o excesso do colesterol no sangue e doenças cardíacas e alguns tipos de câncer, que justificam as pesquisas de desenvolvimento de tecnologias que reduzam o teor de colesterol dos alimentos. Estudos anteriores demonstraram a viabilidade da utilização de CO2 e etano na remoção do colesterol do óleo de manteiga. O colesterol apresenta maior solubilidade no etano que no CO2; porém, o etano é de maior custo. A utilização de misturas CO2/etano, portanto, apresenta-se como uma alternativa atraente, devido à redução dos custos energéticos e econômicos. Utilizando um aparelho experimental de extração a altas pressões, que permite um controle independente de temperatura e pressão, foram determinadas as solubilidades do colesterol em misturas de CO2/etano supercríticos com 8%, 16%, 34%, 76%, 88% e 96,5% de etano, a 328,1 K e pressões de 120 a 190 bar. Os resultados experimentais mostram um aumento da solubilidade com a pressão e a composição de etano na mistura. Para correlacionar os dados experimentais foi usado um modelo termodinâmico que utiliza a equação de Peng-Robinson com as regras de mistura de van der Waals e a regra que considera o parâmetro de interação dependente da densidade, resultando numa equação de quarta ordem. A regra de mistura dependente da densidade se mostrou eficaz na correlação dos dados experimentais.

THE EFFECTIVE DIFFUSIVITY OF CLOVE(Eugenia caryophyllus) ESSENTIAL OIL IN PRESSURIZED CO2

The effective diffusivity of clove essential oil in subcritical liquid CO2 was estimated. The experimental apparatus employed was a fixed-bed extractor. The fixed bed was formed with grounded (mesh -32 + 65) and compacted clove buds which were considered a solid element. The effective diffusion coefficient was evaluated by fitting the experimental concentration profile to the unsteady state mass balance equation for unidirectional diffusion in a finite solid medium. The diffusion coefficient was related to the concentration of oil in the solid by an exponential function. The estimated values of the effective diffusion coefficient varied from 3.64 to 5.22x10-10 m2/s. The average relative errors were lower than 3.1%.

EXTRAÇÃO DE OLEORESINA DE CÚRCUMA (Curcuma longa L) COM CO2 SUPERCRÍTICO

Dentre as fontes de corantes naturais mais utilizadas na indústria de alimentos, encontra-se a cúrcuma (Curcuma longa L), um rizoma do qual podem ser obtidas substâncias como a curcumina, demetoxicurcumina e bis-demetoxicurcumina. Estes pigmentos possuem coloração amarela e capacidade de substituir corantes artificiais. Com a finalidade de verificar a influência do pré-tratamento de secagem na extração, foram realizados experimentos de extração de oleoresina de cúrcuma com CO2 supercrítico, na unidade de extração do Laboratório de Engenharia Química da Universidade Federal do Pará, submetendo-se a matéria-prima a uma secagem nas temperaturas de 70 e 105oC. As extrações foram feitas a pressões de 200, 250 e 300 bar, e na temperatura de 45oC. Os resultados estão apresentados em tabelas e gráficos, em termos de rendimentos totais e teor de curcumina presente na oleoresina. A secagem a 70oC favoreceu a extração de oleoresina em termos de tempo de extração, e contribuiu para a manutenção de curcumina na matéria-prima.

EXTRAÇÃO DE LIPÍDEOS DA AMÊNDOA DE CASTANHA DE CAJU COM CO2 SUPERCRÍTICO

Nos últimos anos, vem crescendo o interesse em alimentos com baixo índice de calorias. Nos métodos tradicionais de extração de lipídeos com solventes orgânicos, devido as condições de extração, a integridade dos compostos extraídos e da matriz pode ser afetada pela decomposição térmica ou por contaminação pelo solvente. A extração com fluido supercrítico (EFSC) pode proporcionar um método alternativo para remover lipídeos, sem que haja redução significativa nas propriedades organolépticas do produto. O objetivo deste trabalho é extrair parcialmente o óleo contido na amêndoa da castanha de caju (Anacardium occidentale) com dióxido de carbono (CO2) supercrítico em condições de pressão de 100-170 bar e temperatura de 40-80 (C, para obter um produto de valor calórico reduzido que poderá ser usado como substituto para o amendoim e outras amêndoas na indústria de confeitos. Os experimentos foram realizados em um extrator de 300 ml, dispondo de sistemas de agitação magnética e variação de temperatura. Os resultados experimentais mostraram que o aumento da pressão acarretou um aumento na eficiência de extração. O efeito da temperatura foi o mesmo porém menos significativo.

COMPARISON OF GINGER (Zingiber officiale Roscoe) OLEORESIN OBTAINED WITH ETHANOL AND ISOPROPANOL WITH THAT OBTAINED WITH PRESSURIZED CO2

Ginger (Zingiber officinale Roscoe) belongs to the Zingiberacea family. It is a spice of great commercial importance. In this work ginger oleoresin was obtained with ethanol, isopropanol and liquid carbon dioxide. The chemical compositions of the extract were compared with each other. All oleoresin samples had monoterpenes and sesquiterpenes. Carboxylic acids were found in organic solvent extracts for an extraction time of 2 hours. The component responsible the for pungent characteristic of the oleoresin, gingerois, were detected in samples obtained with organic solvent for extraction times of 6 hours and in samples obtained with CO2 liquid for extraction times of 2 hours.

NOVAS APLICAÇÕES DE SISTEMAS SFE "HOME MADE".: I. PLANTAS MEDICINAIS BRASILEIRAS

Neste trabalho, apresenta-se uma visão geral da evolução do uso da SFE (extração com fluido supercrítico) na análise de plantas medicinais brasileiras dentro das pesquisas desenvolvidas pelo Laboratório de Cromatografia do IQSC-USP. Utilizou-se como fluido extrator o CO2, puro ou modificado com solventes de polaridade baixa a alta (pentano, solventes halogenados, álcoois, água), para a extração seletiva de princípios ativos de Maytenus aquifolium ("espinheira santa") e Mikania glomerata ("guaco"), respectivamente contendo triterpenos e cumarina. Os extratos obtidos por SFE foram analisados por CGAR (cromatografia gasosa de alta resolução), CLAE-DAD (cromatografia líquida de alta eficiência com detector" photodiodearray") ou CCD (cromatografia de camada delgada). A SFE forneceu resultados similares ou melhores do que os obtidos com métodos convencionais de extração (Soxhlet, maceração, etc), indicando o potencial uso da SFE para análise e/ou produção de preparações contendo estas plantas medicinais.

NOVAS APLICAÇÕES DE SISTEMAS SFE" HOME MADE".: II. PLANTAS DA AMÉRICA DO SUL

O Laboratório de Cromatografia do IQSC-USP tem desenvolvido pesquisas em conjunto com outros grupos de pesquisa do Brasil e da América Latina, visando a futura implantação da SFE (extração com fluido supercrítico) nestes laboratórios. No presente trabalho, apresenta-se alguns dos resultados obtidos na cooperação com pesquisadores do Chile e da Venezuela, direcionados para a SFE de substâncias de potencial interesse econômico, princípios ativos ou substâncias tóxicas: triglicerídeos, ácidos graxos, flavonóides, alcalóides, etc. Foram estudadas plantas nativas do Chile e da Venezuela, algumas delas nunca estudadas por métodos fitoquímicos convencionais e pertencentes a várias famílias vegetais: Leguminosae, Chrysobalanaceae, Annonnaceae, etc. O uso da SFE em conjunto com CGAR-EM (cromatografia gasosa de alta resolução - espectrometria de massas) ou CLAE-DAD (cromatografia líquida de alta eficiência com detector" photodiodearray") permitiu a identificação de algumas substâncias presentes em baixa concentração, a partir de pequenas quantidades de material vegetal; estes dados são de grande importância para a caracterização química das espécies estudadas.

NOVAS APLICAÇÕES DE SISTEMAS SFE "HOME MADE": III. ENERGIA QUÍMICA E ELÉTRICA

Este trabalho apresenta três aplicações da SFE com diferentes fluídos supercríticos, matrizes e sistemas de extração. Um sistema estático "home made" foi utilizado na pesquisa de fontes alternativas de insumos químicos e energéticos tais como o bagaço de cana-de-açucar e o carvão mineral. Foram usados, respectivamente, o etanol (sem e com catalisador) e o tolueno como fluídos extratores e hidrogênio como gás de pressurização. Na extração dos contaminantes do óleo mineral adsorvidos em bauxita, foi utilizado o dióxido de carbono como fluído extrator em um sistema "home made"/dinâmico. Estudos visando a maximização do rendimento de alguns dos processos também foram realizados, utilizando o planejamento fatorial e a metodologia da superfície de resposta. Os produtos de maior interesse neste trabalho (fração de resinas), obtidos do processo de extração do bagaço de cana-de-açucar e aqueles contaminantes do óleo isolante adsorvidos em bauxita extraídos com fluídos supercríticos foram caracterizados usando cromatografia gasosa de alta resolução com detector de ionização de chama (CGAR - DIC) e cromatografia gasosa de alta resolução com detector seletivo de massas (CGAR - EM) após fracionamento por cromatografia líquida preparativa em 8 frações distintas.

NOVAS APLICAÇÕES DE SISTEMAS DE PARA EXTRAÇÃO COM FLUIDO SUPERCRÍTICO (SFE)" HOME-MADE".: VI. CONTROLE DE AGROTÓXICOS EM PRODUTOS ALIMENTÍCIOS

No presente trabalho apresentamos um sistema para extração com fluido supercrítico (SFE)" home-made" utilizado em extrações de resíduos de pesticidas de diversas matrizes. Os pesticidas estudados foram extraídos usando-se como fluido extrator CO2 no estado supercrítico com ou sem modificadores. Os resultados obtidos mostraram-se mais vantajosos do que aqueles obtidos por métodos convencionais de extração.