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.

ANÁLISE TERMODINÂMICA DA DESTERPENAÇÃO DO ÓLEO DA CASCA DE LARANJA COM CO2 SUPERCRÍTICO A PARTIR DE UMA MISTURA SINTÉTICA

O projeto do processo de desterpenação do óleo da casca de laranja com CO2 supercrítico exige o bom conhecimento do comportamento de fases da mistura envolvida. Neste trabalho, faz-se uma análise termodinâmica preliminar desse processo, calculando-se a seletividade a partir da modelagem do equilíbrio líquido-vapor (ELV) para o sistema CO2-limoneno-linalol, com base em dados ternários medidos recentemente. Utilizou-se uma modificação da equação de Peng-Robinson e, com dados binários de ELV, avaliou-se a sua capacidade preditiva considerando-se 2 aspectos: a predição do equilíbrio a uma certa temperatura usando-se os parâmetros estimados em outra temperatura e a predição do comportamento de fases do sistema ternário com os parâmetros estimados dos sistemas binários. Foram determinados também os parâmetros de interação entre limoneno e linalol a partir dos dados experimentais do ternário.

MODELAGEM E SIMULAÇÃO DA DESTERPENAÇÃO DO ÓLEO DA CASCA DE LARANJA COM CO2 SUPERCRÍTICO EM MODO SEMI-CONTÍNUO

A desterpenação do óleo da casca de laranja com CO2 supercrítico foi investigada através da modelagem e simulação da separação de uma mistura sintética de limoneno (90 % em peso) e linalol (10 %), em um extrator operando em modo semi-contínuo. A modelagem matemática da extração supercrítica foi realizada por analogia com a destilação de uma mistura binária, em batelada, expressando-se a composição das fases em equilíbrio numa base molar livre de CO2. O cálculo das variáveis do processo foi feito por integração numérica da equação de Rayleigh empregando-se o método de Runge-Kutta de quarta ordem. Para a determinação da relação de equilíbrio entre as fases, adotou-se a equação de Peng-Robinson modificada, com os parâmetros de interação obtidos de dados de ELV dos sistemas binários CO2+limoneno e CO2+linalol e do ternário CO2+limoneno+linalol.

USO DA EQUAÇÃO DE ESTADO DE PENG-ROBINSON COM REGRA DE MISTURA DEPENDENTE DA COMPOSIÇÃO NA PREDIÇÃO DO EQUILÍBRIO DE FASES DO SISTEMA TERNÁRIO CO2-LIMONENO-CITRAL

Dados de equilíbrio de fases a pressões elevadas dos sistemas binários CO2-Limoneno e CO2-Citral e do sistema ternário CO2-Limoneno-Citral foram coletados da literatura e usados na modelagem termodinâmica que emprega a equação de estado de PENG-ROBINSON [1] com: 1) Regra de mistura clássica; 2) Regra de mistura dependente da composição de STRYJEK & VERA [2]. Os parâmetros de interação binária entre CO2-Limoneno e CO2-Citral foram obtidos pelo ajuste dos modelos a dados experimentais, fazendo uso de dois programas computacionais, os quais envolvem a minimização de uma função objetivo, pelo método Simplex de NELDER & MEAD (3), que foi escrita em termos dos desvios relativos entre os pontos experimentais e os calculados pelos modelos. O equilíbrio de fases do sistema ternário foi calculado utilizando-se os parâmetros de interação binária ajustados previamente e considerando parâmetros nulos entre os componentes Limoneno e Citral. A análise dos resultados indica, para as condições supercríticas, que os dois modelos foram capazes de predizer qualitativamente o sistema ternário, fornecendo resultados compatíveis, em ordem de grandeza, com os valores experimentais.

Desarrollo de la ingenieria basica de una planta industrial para extraccion con CO2 liquido. I. Extractores

En base a los resultados obtenidos en una unidad piloto cuyo diseño, montaje y puesta en operación fueron realizados con la finalidad de poder producir el cambio de escala, se dio inicio al proyecto de una planta de producción con características modulares por su flexibilidad operativa en cuanto a capacidad de producción y tipo de materia prima. Se desarrolló la ingeniería conceptual, consistente en la definición de las bases de diseño; las diferentes etapas del proceso, la capacidad de producción a instalar, los rangos de trabajo de las variables operativas, el régimen, la especificación de los materiales de construcción, características de la carga, materiales auxiliares y tipo de instrumentación y control. La ingeniería básica, especificación de equipos y componentes auxiliares, para: alimentación de CO2, bombeo y presurización, acondicionamiento térmico, extracción, separación fluido/extracto, medida y control del caudal, temperatura y presión, se encuentra en una etapa avanzada de ejecución. Se ha comenzado con la ingeniería de detalle de extractores con diferente capacidad.

Efeito da adição de CO2 sobre o crescimento microbiano em macarrão tipo massa fresca

O presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de avaliar o efeito da adição de CO2 sobre a qualidade do macarrão tipo massa fresca. O uso de atmosfera modificada no interior da embalagem, com concentrações mais elevadas de CO2, tem sido empregado comercialmente com a finalidade de inibir microrganismos, principalmente os aeróbios. Dessa forma, neste trabalho foi empregada uma nova técnica para a adição do CO2 no produto. Esta técnica consistiu em carbonatar a água que foi utilizada para a produção do macarrão tipo massa fresca, em substituição à injeção do gás CO2 na embalagem. Foram testadas as concentrações de 160 e 745mg/L de CO2. Os resultados mostraram, pelas análises microbiológicas, que o nível de 745mg/L de CO2 foi satisfatório para a inibição de bolores e leveduras durante os 50 dias de armazenamento a 7±1ºC. No entanto, não houve efeito na inibição de psicrotróficos e coliformes totais.

Redução do teor de limoneno e bergapteno do óleo essencial de bergamota adsorvido em sílica gel pelo CO2 - supercrítico

Testou-se a utilização do CO2 supercrítico na extração seletiva de compostos oxigenados (linalol e acetato de linalila) contidos no óleo essencial de bergamota (Citrus bergamia Risso), var. bergamia, adsorvido em sílica gel contendo baixo teor de limoneno e bergapteno. A densidade do dióxido de carbono e a temperatura de extração foram otimizadas, e os extratos obtidos foram analisados por cromatografia. Nas condições estudadas, observou-se uma redução de 72% no teor de limoneno e 92,5% para o bergapteno, sendo extraídos 52% de linalol e 69,4% de acetato de linalila.

Influence of multi-phase phenomena on semibatch crystallization processes of aqueous solutions

Crystal properties, product quality and particle size are determined by the operating conditions in the crystallization process. Thus, in order to obtain desired end-products, the crystallization process should be effectively controlled based on reliable kinetic information, which can be provided by powerful analytical tools such as Raman spectrometry and thermal analysis. The present research work studied various crystallization processes such as reactive crystallization, precipitation with anti-solvent and evaporation crystallization. The goal of the work was to understand more comprehensively the fundamentals, phenomena and utilizations of crystallization, and establish proper methods to control particle size distribution, especially for three phase gas-liquid-solid crystallization systems. As a part of the solid-liquid equilibrium studies in this work, prediction of KCl solubility in a MgCl2-KCl-H2O system was studied theoretically. Additionally, a solubility prediction model by Pitzer thermodynamic model was investigated based on solubility measurements of potassium dihydrogen phosphate with the presence of non-electronic organic substances in aqueous solutions. The prediction model helps to extend literature data and offers an easy and economical way to choose solvent for anti-solvent precipitation. Using experimental and modern analytical methods, precipitation kinetics and mass transfer in reactive crystallization of magnesium carbonate hydrates with magnesium hydroxide slurry and CO2 gas were systematically investigated. The obtained results gave deeper insight into gas-liquid-solid interactions and the mechanisms of this heterogeneous crystallization process. The research approach developed can provide theoretical guidance and act as a useful reference to promote development of gas-liquid reactive crystallization. Gas-liquid mass transfer of absorption in the presence of solid particles in a stirred tank was investigated in order to gain understanding of how different-sized particles interact with gas bubbles. Based on obtained volumetric mass transfer coefficient values, it was found that the influence of the presence of small particles on gas-liquid mass transfer cannot be ignored since there are interactions between bubbles and particles. Raman spectrometry was successfully applied for liquid and solids analysis in semi-batch anti-solvent precipitation and evaporation crystallization. Real-time information such as supersaturation, formation of precipitates and identification of crystal polymorphs could be obtained by Raman spectrometry. The solubility prediction models, monitoring methods for precipitation and empirical model for absorption developed in this study together with the methodologies used gives valuable information for aspects of industrial crystallization. Furthermore, Raman analysis was seen to be a potential controlling method for various crystallization processes.

Avaliação de diferentes híbridos suínos submetidos à insensibilização elétrica e gasosa (CO2): parte 2 - mensurações objetivas de qualidade

Suínos provenientes de três linhagens genética (A, B e C) comercializados no Brasil, com peso vivo de 100 a 120 kg foram submetidos ao insensibilizador elétrico manual (Karl Schermer 220-230/250 volts, 45-60 Hz e 1,4-1,5A) e ao gasoso coletivo (Combi-Butina 90% CO2) no mesmo abatedouro. O sistema gasoso proporcionou aos híbridos valores (b*) superiores (p<0,001) quando comparados ao sistema elétrico, assim como diferenças nos valores médios de refletância luminosa interna (Hennessy-gp4) aos 45 min. pm e 24ª h pm (p<0,05). Quando submetidos ao sistema gasoso, diferenças entre os híbridos nos valores médios de luminosidade superficial (L) 24ª h pm (p<0,0001), pH 24ª h pm (SM) (p<0,0001), valores (b*) 24ª h pm (p<0,05), reflectância luminosa interna aos 45 min e 24ª h (LD) (p<0,001) foram observadas. Utilizando-se o sistema manual elétrico verificaram-se diferenças significativas nos valores médios de refletância luminosa interna (LD) aos 45 min. e 24ª h pm (p<0,001), assim como nos valores médios de pH 24ª h pm (SM) e (SC) (p<0,05). Entretanto as diferenças obtidas entre os sistemas de insensibilização e híbridos estudados não foram suficientes para proporcionar diferenças significativas nos valores de capacidade de retenção de água, perda por exsudação e "umidade exprimível".

Avaliação de diferentes híbridos suínos submetidos à insensibilização elétrica e gasosa (CO2). Parte 3: mensurações visuais de qualidade

Três linhagens genética suína A, B e C comercializadas no Brasil, foram submetidas ao insensibilizador elétrico manual (Karl Schermer 220-230/250 volts, 45-60 Hz e 1,4 - 1,5 A) e ao sistema gasoso coletivo (COMBI-BUTINA 90% CO2) . A insensibilização elétrica proporcionou níveis mais elevados de salpicamento nas regiões do coxão mole (0,477 e 0,26, p < 0,01), paleta/cranial (0,154 e 0,039, p < 0,05), paleta/central (0,261 e 0,052, p < 0,001), paleta/caudal (0,180 e 0,030, p < 0,01), lombo/central (0,185 e 0,065, p < 0,01), lombo/caudal (0,06 e 0,207, p < 0,01) e lombo/lateral externa (0,061 e 0,013, p < 0,05), assim como salpicamento mais difuso nas regiões do coxão-mole (0,461 e 0,279, p < 0,05), paleta/cranial (0,154 e 0,039, p < 0,01), paleta/central (0,231 e 0,039, p < 0,001) e paleta/caudal (0,185 e 0,026, p < 0,001). O sistema elétrico também proporcionou maiores índices de escoriações da pele nas regiões da paleta (1,098 e 0,795, p < 0,001), corpo (1,04 e 0,948, p < 0,05) e pernil (0,84 e 0,68, p < 0,001), assim como elevados índices de reflexo palpebral (11,57%) comparativamente ao gasoso (2,86%), de um total de 426 suínos. Pequenos índices de fraturas ósseas e contusões musculares em animais de ambos os sistemas foram observados.

Avaliação de diferentes híbridos suínos submetidos à insensibilização elétrica e gasosa (CO2). Parte 1: mensuração de indicadores sanguíneos de estresse

Suínos provenientes de três linhagens genéticas A, B e C comercializadas no Brasil, com peso vivo de 100 a 120 kg foram submetidos ao insensibilizador elétrico manual (Karl Schermer 220-230/250 volts, 45-60 Hz e 1,4 -1,5 A) e ao sistema gasoso coletivo (COMBI-BUTINA 90% CO2). Alíquotas sanguíneas, para determinação dos níveis de creatina fosfoquinase (CPK), lactato e cortisol, assim como amostras do músculo semimembranosus (10 g) para a determinação do gene halotano, foram coletadas. Comparando-se os sistemas de insensibilização elétrico e gasoso (CO2), o elétrico demonstrou ser mais estressante, proporcionando maiores concentrações plasmáticas de cortisol (p < 0,001) e lactato (p < 0,001) para as linhagens genéticas A e C, nas condições estudadas, porém não se observou diferenças significativas para os indicadores sanguíneos e sistemas de insensibilização em questão quando a linhagem B foi considerada. Diferenças significativas entre as linhagens genéticas A, B e C foram obtidas comparando-se os valores plasmáticos de creatina fosfoquinase (p < 0,001), lactato (p < 0,001) e cortisol (p < 0,001) quando atordoados com o sistema gasoso, entretanto, quando o sistema elétrico foi utilizado, somente os valores de cortisol apresentaram diferenças significativas (p < 0,001). A presença do gene halotano (Nn) foi observada somente na linhagem B.

Benefits of gas driven ground source heat pump systems

This thesis studies energy efficiencies and technical properties of gas driven ground source heat pumps and pump systems. The research focuses on two technologies: gas engine driven compressor heat pump and thermally driven gas absorption heat pump. System consist of a gas driven compressor or absorption ground source heat pump and a gas condensing boiler, which covers peak load. The reference system is a standard electrically powered compressor heat pump with electric heating elements for peak load. The systems are compared through primary energy ratios. Coefficient of performances of different heat pump technologies are also compared. At heat pump level, gas driven heat pumps are having lower coefficient of performances as compared with corresponding electric driven heat pump. However, gas heat pumps are competitive when primary energy ratios, where electricity production losses are counted in, are compared. Technically, gas heat pumps can potentially achieve a slightly higher temperatures with greater total energy efficiency as compared to the electric driven heat pump. The primary energy ratios of gas heat pump systems in relation to EHP-system improves when the share of peak load increases. Electric heat pump system's overall energy efficiency is heavily dependent on the electricity production efficiency. Economy as well as CO2-emissions were not examined in this thesis, which however, would be good topics for further study.

Feasibility of industrial implementation of laser cutting into paper making machine

Laser cutting implementation possibilities into paper making machine was studied as the main objective of the work. Laser cutting technology application was considered as a replacement tool for conventional cutting methods used in paper making machines for longitudinal cutting such as edge trimming at different paper making process and tambour roll slitting. Laser cutting of paper was tested in 70’s for the first time. Since then, laser cutting and processing has been applied for paper materials with different level of success in industry. Laser cutting can be employed for longitudinal cutting of paper web in machine direction. The most common conventional cutting methods include water jet cutting and rotating slitting blades applied in paper making machines. Cutting with CO2 laser fulfils basic requirements for cutting quality, applicability to material and cutting speeds in all locations where longitudinal cutting is needed. Literature review provided description of advantages, disadvantages and challenges of laser technology when it was applied for cutting of paper material with particular attention to cutting of moving paper web. Based on studied laser cutting capabilities and problem definition of conventional cutting technologies, preliminary selection of the most promising application area was carried out. Laser cutting (trimming) of paper web edges in wet end was estimated to be the most promising area where it can be implemented. This assumption was made on the basis of rate of web breaks occurrence. It was found that up to 64 % of total number of web breaks occurred in wet end, particularly in location of so called open draws where paper web was transferred unsupported by wire or felt. Distribution of web breaks in machine cross direction revealed that defects of paper web edge was the main reason of tearing initiation and consequent web break. The assumption was made that laser cutting was capable of improvement of laser cut edge tensile strength due to high cutting quality and sealing effect of the edge after laser cutting. Studies of laser ablation of cellulose supported this claim. Linear energy needed for cutting was calculated with regard to paper web properties in intended laser cutting location. Calculated linear cutting energy was verified with series of laser cutting. Practically obtained laser energy needed for cutting deviated from calculated values. This could be explained by difference in heat transfer via radiation in laser cutting and different absorption characteristics of dry and moist paper material. Laser cut samples (both dry and moist (dry matter content about 25-40%)) were tested for strength properties. It was shown that tensile strength and strain break of laser cut samples are similar to corresponding values of non-laser cut samples. Chosen method, however, did not address tensile strength of laser cut edge in particular. Thus, the assumption of improving strength properties with laser cutting was not fully proved. Laser cutting effect on possible pollution of mill broke (recycling of trimmed edge) was carried out. Laser cut samples (both dry and moist) were tested on the content of dirt particles. The tests revealed that accumulation of dust particles on the surface of moist samples can take place. This has to be taken into account to prevent contamination of pulp suspension when trim waste is recycled. Material loss due to evaporation during laser cutting and amount of solid residues after cutting were evaluated. Edge trimming with laser would result in 0.25 kg/h of solid residues and 2.5 kg/h of lost material due to evaporation. Schemes of laser cutting implementation and needed laser equipment were discussed. Generally, laser cutting system would require two laser sources (one laser source for each cutting zone), set of beam transfer and focusing optics and cutting heads. In order to increase reliability of system, it was suggested that each laser source would have double capacity. That would allow to perform cutting employing one laser source working at full capacity for both cutting zones. Laser technology is in required level at the moment and do not require additional development. Moreover, capacity of speed increase is high due to availability high power laser sources what can support the tendency of speed increase of paper making machines. Laser cutting system would require special roll to maintain cutting. The scheme of such roll was proposed as well as roll integration into paper making machine. Laser cutting can be done in location of central roll in press section, before so-called open draw where many web breaks occur, where it has potential to improve runability of a paper making machine. Economic performance of laser cutting was done as comparison of laser cutting system and water jet cutting working in the same conditions. It was revealed that laser cutting would still be about two times more expensive compared to water jet cutting. This is mainly due to high investment cost of laser equipment and poor energy efficiency of CO2 lasers. Another factor is that laser cutting causes material loss due to evaporation whereas water jet cutting almost does not cause material loss. Despite difficulties of laser cutting implementation in paper making machine, its implementation can be beneficial. The crucial role in that is possibility to improve cut edge strength properties and consequently reduce number of web breaks. Capacity of laser cutting to maintain cutting speeds which exceed current speeds of paper making machines what is another argument to consider laser cutting technology in design of new high speed paper making machines.