O tensoativo anfotérico cocoamidopropil betaína (CAPB) é largamente utilizado na indústria de cosméticos, e é considerado um insumo essencial para a formulação de sabonetes líquidos, shampoos e géis de limpeza facial. A síntese deste tensoativo se dá por meio da reação entre ácido graxo de coco e dimetilaminopropilamina (DMAPA) e, posterior reação com o ácido monocloroacético (AMCA). O excesso de DMAPA considerado impureza, precisa ser monitorado devido a sua irritabilidade no contato com a pele, olhos e mucosas podendo em alguns casos provocar dermatite. Atualmente, o método adotado pela empresa Clariant S/A utiliza para a determinação desta substância, cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), entretanto, esta metodologia apresenta elevado tempo de análise e consumo de solventes, comprometendo a produtividade na indústria, por manter os reatores inoperantes na espera do resultado da análise. Existe uma demanda crescente na indústria de cosméticos para utilização de metodologias que abordem critérios de tempo e custo na determinação de impurezas, para assegurar a qualidade dos produtos finais. Assim, com o intuito de aumentar a eficiência no processo de produção, este trabalho tem como objetivo propor um método rápido e confiável por eletroforese capilar para determinar o teor de DMAPA durante a produção (controles de processo) e no produto final do tensoativo CAPB. Neste trabalho foram abordadas diversas técnicas de preparo de amostra e condições instrumentais, para se alcançar um limite de quantificação (LOQ) 10 mg kg-1 (especificação exigida pelo cliente no produto final). O DMAPA foi analisado como cátion, utilizando um eletrólito de corrida com imidazol e HIBA (ácido alpha hidroxibutírico), ambos com concentração de 0,01 mol L-1e pH acertado para 4,0 utilizando uma solução de HCl 1,0 mol L-1. Foi realizada inicialmente, uma tentativa de analisar o CAPB diluindo-o diretamente em água, porém, mesmo após tentativas de pré-concentração on-line como o Stacking (plug de água antes da injeção da amostra) e injeção de amostra no modo eletrocinético, os subprodutos presentes na amostra, interferiram, prejudicando a detectabilidade do método. Então, foi proposta uma alternativa de preparo de amostra por meio da destilação por arraste de vapor, que permitiu isolar o DMAPA de sua matriz, diminuindo o limite de detecção (LOD) e LOQ do método proposto. Posteriormente foi construída uma curva analítica processada (em CAPB) e o método proposto apresentou boa precisão (%CV < 5) e linearidade (R2=0,9955 faixa linear de 2,0 a 20 mg kg-1), com LOD e LOQ de 0,03 mg kg-1 e 0,1 mg kg-1, respectivamente. O método proposto nesta dissertação alcançou o objetivo desejado, uma vez que apresentou um LOQ para o DMAPA abaixo da especificação exigida pelos clientes no produto final, e significativamente mais rápido do que o método atualmente utilizado pela Clariant S/A. / The amphoteric surfactant cocoamidopropyl betaine (CAPB) is widely used in pharmaceuticals and cosmetics industries, and is considered an essential input for the formulation of liquid soaps, shampoos and facial cleansing gels. Its synthesis is based on the reaction between fatty acid and coconut dimethylaminopropylamine (DMAPA) and subsequent reaction with monocloroacetic acid (MCA). The excess of DMAPA, regarded as an impurity, needs to be monitored because of its skin, eyes and mucous membranes irritability and in some cases, it causes dermatitis. Currently, the method adopted by Clariant S/A Industry for the determination of this substance is based on high performance liquid chromatography (HPLC). However, this method has a high analysis time and solvent consumption, compromising the productivity because of the inactive reactors which cannot be operated without the results of DMAPA analysis. There is a growing demand in the cosmetics industry to use methodologies which use time and cost criteria for determination of impurities to ensure the end products quality. Thus, in order to increase efficiency in the production process, this paper aims to propose a fast and reliable method for capillary electrophoresis to determine the DMAPA content during production (process control) and in the end product (CAPB surfactant). In this study, we addressed several sample preparation techniques and instrumental conditions to achieve an LOQ (limit of quantification) 10 mg kg-1 (specification required by the customer in the final product). The DMAPA was analyzed as cation, using a running buffer with imidazole and HIBA (a-hydroxybutyric acid), both with concentration of 0.01 mol L-1, and pH adjusted to 4.0 using a solution of HCl 1.0 mol L-1. First, CAPB was diluted directly in water. However, even after online preconcentration as Stacking (water plug before sample injection) and sample injection using the electrokinetic mode, the by-products present in the sample interfered in the method detectability. Thus, it was proposed an alternative sample preparation by steam distillation, allowing the isolation of the DMAPA from its matrix, lowering the limit of detection (LOD) and LOQ. Subsequently a processed calibration curve was constructed (in CAPB) and the proposed had good precision (CV% <5) and linearity (R2 = 0.9955, linear range from 2.0 to 20 mg kg-1), with LOD and LOQ of 0.03 mg kg-1 and 0.1 mg kg-1, respectively. The developed method in this thesis has achieved its purpose, since it presented an LOQ for the DMAPA below the required specification by customers in the final product, and significantly faster than the method currently used by Clariant S/A.

O tensoativo anfotérico cocoamidopropil betaína (CAPB) é largamente utilizado na indústria de cosméticos, e é considerado um insumo essencial para a formulação de sabonetes líquidos, shampoos e géis de limpeza facial. A síntese deste tensoativo se dá por meio da reação entre ácido graxo de coco e dimetilaminopropilamina (DMAPA) e, posterior reação com o ácido monocloroacético (AMCA). O excesso de DMAPA considerado impureza, precisa ser monitorado devido a sua irritabilidade no contato com a pele, olhos e mucosas podendo em alguns casos provocar dermatite. Atualmente, o método adotado pela empresa Clariant S/A utiliza para a determinação desta substância, cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC), entretanto, esta metodologia apresenta elevado tempo de análise e consumo de solventes, comprometendo a produtividade na indústria, por manter os reatores inoperantes na espera do resultado da análise. Existe uma demanda crescente na indústria de cosméticos para utilização de metodologias que abordem critérios de tempo e custo na determinação de impurezas, para assegurar a qualidade dos produtos finais. Assim, com o intuito de aumentar a eficiência no processo de produção, este trabalho tem como objetivo propor um método rápido e confiável por eletroforese capilar para determinar o teor de DMAPA durante a produção (controles de processo) e no produto final do tensoativo CAPB. Neste trabalho foram abordadas diversas técnicas de preparo de amostra e condições instrumentais, para se alcançar um limite de quantificação (LOQ) 10 mg kg-1 (especificação exigida pelo cliente no produto final). O DMAPA foi analisado como cátion, utilizando um eletrólito de corrida com imidazol e HIBA (ácido alpha hidroxibutírico), ambos com concentração de 0,01 mol L-1e pH acertado para 4,0 utilizando uma solução de HCl 1,0 mol L-1. Foi realizada inicialmente, uma tentativa de analisar o CAPB diluindo-o diretamente em água, porém, mesmo após tentativas de pré-concentração on-line como o Stacking (plug de água antes da injeção da amostra) e injeção de amostra no modo eletrocinético, os subprodutos presentes na amostra, interferiram, prejudicando a detectabilidade do método. Então, foi proposta uma alternativa de preparo de amostra por meio da destilação por arraste de vapor, que permitiu isolar o DMAPA de sua matriz, diminuindo o limite de detecção (LOD) e LOQ do método proposto. Posteriormente foi construída uma curva analítica processada (em CAPB) e o método proposto apresentou boa precisão (%CV < 5) e linearidade (R2=0,9955 faixa linear de 2,0 a 20 mg kg-1), com LOD e LOQ de 0,03 mg kg-1 e 0,1 mg kg-1, respectivamente. O método proposto nesta dissertação alcançou o objetivo desejado, uma vez que apresentou um LOQ para o DMAPA abaixo da especificação exigida pelos clientes no produto final, e significativamente mais rápido do que o método atualmente utilizado pela Clariant S/A. / The amphoteric surfactant cocoamidopropyl betaine (CAPB) is widely used in pharmaceuticals and cosmetics industries, and is considered an essential input for the formulation of liquid soaps, shampoos and facial cleansing gels. Its synthesis is based on the reaction between fatty acid and coconut dimethylaminopropylamine (DMAPA) and subsequent reaction with monocloroacetic acid (MCA). The excess of DMAPA, regarded as an impurity, needs to be monitored because of its skin, eyes and mucous membranes irritability and in some cases, it causes dermatitis. Currently, the method adopted by Clariant S/A Industry for the determination of this substance is based on high performance liquid chromatography (HPLC). However, this method has a high analysis time and solvent consumption, compromising the productivity because of the inactive reactors which cannot be operated without the results of DMAPA analysis. There is a growing demand in the cosmetics industry to use methodologies which use time and cost criteria for determination of impurities to ensure the end products quality. Thus, in order to increase efficiency in the production process, this paper aims to propose a fast and reliable method for capillary electrophoresis to determine the DMAPA content during production (process control) and in the end product (CAPB surfactant). In this study, we addressed several sample preparation techniques and instrumental conditions to achieve an LOQ (limit of quantification) 10 mg kg-1 (specification required by the customer in the final product). The DMAPA was analyzed as cation, using a running buffer with imidazole and HIBA (a-hydroxybutyric acid), both with concentration of 0.01 mol L-1, and pH adjusted to 4.0 using a solution of HCl 1.0 mol L-1. First, CAPB was diluted directly in water. However, even after online preconcentration as Stacking (water plug before sample injection) and sample injection using the electrokinetic mode, the by-products present in the sample interfered in the method detectability. Thus, it was proposed an alternative sample preparation by steam distillation, allowing the isolation of the DMAPA from its matrix, lowering the limit of detection (LOD) and LOQ. Subsequently a processed calibration curve was constructed (in CAPB) and the proposed had good precision (CV% <5) and linearity (R2 = 0.9955, linear range from 2.0 to 20 mg kg-1), with LOD and LOQ of 0.03 mg kg-1 and 0.1 mg kg-1, respectively. The developed method in this thesis has achieved its purpose, since it presented an LOQ for the DMAPA below the required specification by customers in the final product, and significantly faster than the method currently used by Clariant S/A.

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-16T15:05:33Z (GMT). No. of bitstreams: 1 NavarroDiaz_HelmutJoel_M.pdf: 20602791 bytes, checksum: 810d1333271b6db64857c64c3c2a7904 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: O resumo poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The abstract is available with the full electronic document / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-09T21:18:11Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Leal_PatriciaFranco_D.pdf: 2381293 bytes, checksum: 5131ad6a5dbd2eb071d1516e4f5d09fc (MD5) Previous issue date: 2008 / Resumo: Este estudo teve por objetivo comparar o custo de manufatura (COM) de extratos vegetais e óleos voláteis de plantas aromáticas, condimentares e medicinais nativas ou adaptáveis ao cultivo brasileiro obtidos por processos de extração considerados limpos e que não agridem o meio ambiente. Foi realizado o estudo técnico-econômico do processo de extração com fluido supercrítico (SFE) e destilação por arraste a vapor (SD) para obtenção de extratos vegetais e óleos voláteis. A metodologia de estimativa de custo de manufatura utilizada neste estudo resulta em COM classe 4 ou 5, sendo uma estimativa preliminar para a decisão de prosseguimento ou a interrupção do projeto. As estimativas dos custos de manufatura dos extratos foram realizadas através das curvas globais de extração (OEC) dos sistemas determinadas experimentalmente neste trabalho (alecrim + vapor, camomila + vapor, erva-doce + vapor, erva-baleeira + vapor, erva-baleeira + CO2, canelinha + CO2) e também através das OECs da literatura (alecrim + vapor, alecrim + CO2, erva-doce + vapor, erva-doce + CO2,, gengibre + CO2, camomila + CO2, pimenta-do-reino + vapor, pimenta-do-reino + CO2, funcho + CO2,). As curvas globais de extração foram ajustadas a um spline contendo duas ou 3 retas: a primeira reta descreve a taxa de transferência de massa no período de taxa de extração constante (CER), a segunda reta descreve a taxa de transferência de massa no período de taxa de extração decrescente (FER) e a terceira reta descreve a taxa de transferência de massa no período controlado pela difusão (DC). Para o scale-up assumiu-se que o rendimento de extração e o tempo do processo para o equipamento em escala industrial são linearmente correlacionados aos parâmetros da escala laboratorial quando é mantida constante a razão entre a massa de solvente e a massa de alimentação. Os COMs para os extratos obtidos por SD e SFE foram estimados durante todo o processo de extração para tempos pré-selecionados ao longo das OECs. Para os extratos obtidos por SFE, o COM também foi estimado para dois tempos de processo préselecionados: (i) o tempo de ciclo correspondente ao período CER e denotado por tCER e (ii) tempo de ciclo correspondente à intercepção das retas que representam os períodos CER e DC e denotado por tCER2. O parâmetro tCER é amplamente proposto pela literatura e como uma boa aproximação para o tempo de ciclo do processo SFE, tendo em vista que aproximadamente 70% do leito de extração é esgotado nesta etapa. Para as OECs ajustadas a um spline linear contendo três retas o tempo de ciclo foi selecionado como tCER2. Através do estudo de simulação da etapa de separação extrato/solvente realizado para os sistemas funcho + CO2 e canelinha + CO2 foi possível observar que a condição de operação desta etapa tem grande influência na composição do extrato final. A pressão de operação do tanque flash igual a 40 bar foi considerada uma boa alternativa, pois tanto a perda de CO2 na corrente de saída de extrato quanto a perda de extrato na corrente de saída de solvente foram mínimas. O estudo da etapa de separação é uma área promissora e ainda pouco explorada frente à etapa de extração. Foi avaliado o impacto do custo fixo de investimento, custo de matéria-prima, custo de utilidades, custo de mão-de-obra e custo de tratamento de resíduos sobre o COM. Este estudo foi importante, pois quebrou o paradigma de que o custo fixo de investimento seria o fator de maior impacto no COM dos extratos produzidos por SFE. O custo de matéria-prima predominou na composição do COM dos extratos da grande maioria das matrizes vegetais obtidas por SFE e SD. A SFE é um processo promissor e já existem inúmeras unidades industriais operando na China, França, Alemanha, etc. A estimativa preliminar dos custos de manufatura dos extratos de erva-baleeira, alecrim, camomila, erva-doce e pimenta-do-reino obtidos por SFE e SD foram: US$ 914,00/kg e US$ 10.350,00/kg, US$ 214,00/kg e US$ 369,00/kg, US$ 277,00/kg e US$ 2.798,00/kg, US$ 216,00/kg e US$ 272,00/kg, US$ 198,00/kg e US$ 232,00/kg, respectivamente. Estes custos foram comparados ao preço de venda de similares produzidos no Brasil e/ou exterior. A produtividade anual para cada processo foi confrontada / Abstract: This study had the objective to compare the cost of manufacturing (COM) of vegetable extracts and volatile oils of aromatic, condimental and medicinal plants, natives or adaptable to cultivation in Brazil, obtained by extraction processes that are clean and harmless to the environment. A technical-economical study on supercritical fluid extraction (SFE) and steam distillation (SD) for obtaining of vegetable extracts and volatile oils was done. The methodology to estimate the cost of manufacturing used on this study produces estimation classified as COM class 4 or 5, being a preliminary estimation used in the decision of go or not go of the project. The cost of manufacturing estimations were done using information from the overall extraction curves (OEC) experimentally determined in this study (rosemary + steam, chamomile + steam, anise + steam, C. verbenacea + steam, C. verbenacea + CO2, C. zehntneri + CO2) and information obtained from literature for OECs (rosemary + steam, rosemary + CO2, anise + steam, anise + CO2, ginger + CO2, chamomile + CO2, black pepper + steam, black pepper + CO2, fennel + CO2). The overall extraction curves were fitted to a spline containing two or three lines: the first line describes the mass transfer rate for the constant extraction rate period (CER), the second line describes the falling extraction rate period (FER), and the third line describes the diffusion controlled rate period (DC). The scale-up procedure assumed that both the global yield and the time of processing of the industrial scale are linearly correlated to laboratory scale ones as long as the ratio of the solvent mass to the raw material mass is kept constant. The COMs of the extracts obtained by SD and SFE were estimated from beginning to end of the process at specified time intervals along the OECs. For the SFE process the COM was also estimated for two preselected times of process: (i) a time of cycle corresponding to CER period and denoted as tCER, and (ii) a time of cycle corresponding to the intercept of the CER and DC lines denoted in this study as tCER2. The tCER parameter is widespread in literature as being a good estimative for the time of processing for the SFE since approximately 70% of extraction bed is exhausted along this period. For the OECs adjusted to a linear spline containing three lines the time of cycle was chosen as tCER2. The simulation of the separation extract/solvent done for fennel + CO2 and C. zehntneri + CO2 system, showed that the operation conditions of this stage have great influence on the final composition of the extract. The operation pressure of 40 bar in the flash tank was considered as a good choice, since a minimum loss of CO2 (in the extract exit stream) and the extract loss (in the CO2 exit stream) were estimated. The study of the separation stage is a promising area, and still little explored when compared to the extraction stage. The impact of the fixed cost of investment, raw material cost, utilities cost, operational-labor cost and waste treatment cost on the COM were evaluated. This study was important since it broke the paradigm that the fixed cost of investment would be the factor of major impact on the COM of the extracts produced by SFE. The raw material cost was predominant on the composition of the COM of the extracts from most vegetable matrices obtained by SFE and SD. SFE is a promising process, and there already are many industrial units operating in China, France, Germany, etc. The preliminary estimative of the manufacturing costs of the extracts of C. verbenacea, rosemary, chamomile, anise and black pepper obtained by SFE and SD were: US$ 914.00/kg and US$ 10,350.00/kg, US$ 214.00/kg and US$ 369.00/kg, US$ 277.00/kg and US$ 2,798.00/kg, US$ 216.00/kg and US$ 272.00/kg, US$ 198.00/kg and US$ 232.00/kg, respectively. These costs were compared to the selling prices of similar products produced in Brazil and/or abroad. The annual productivities of each process were confronted. / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos