Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-26T11:16:03Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moraes_MoysesNavesde_D.pdf: 11795880 bytes, checksum: 816fd6cdb3996f8cf9ea868d729c0050 (MD5) Previous issue date: 2015 / Resumo: A busca por produtos naturais que apresentem elevado grau de pureza tem impulsionado pesquisas por processos de extração e, preferencialmente, que não agridam o meio ambiente. Assim, processos de extração com fluido supercrítico (SFE ¿ Supercritical Fluid Extraction) vêm ganhando espaço por propiciar extratos diferenciados. O resíduo obtido da SFE é a matriz sólida livre do extrato de interesse, sendo que esse resíduo pode ser utilizado como matéria-prima em outros processos. Atualmente há grande interesse também em processos que utilizem integralmente a matéria-prima, minimizando a produção de resíduo, e garantindo uma produção mais diversificada oriunda de uma mesma matéria-prima, mas não se pode desconsiderar o processo industrial, e para isso, é necessário desenvolver processos que possam ser integrados sem perder a continuidade da produção, mesmo que o processo, por definição, seja intitulado pseudocontínuo. Para a implementação da SFE em escala industrial uma opção é a operação pseudocontínua de extração com CO2 supercrítico (ScCO2), para que isso seja possível é necessário que a unidade de extração possua no mínimo n+1 extratores, tal que n seja um número inteiro positivo. Então, neste trabalho foi estudada a obtenção de dois tipos de extratos em operação pseudocontínua: (1) óleo volátil de cravo-da-índia, para a validação do processo de extração em modo pseudocontínuo e (2) extrato rico em tocotrienóis de sementes de urucum. Nos dois casos as matrizes vegetais após a SFE podem ser utilizadas para obtenção de outros produtos. No caso do urucum, as sementes desengorduradas possuem grande quantidade de bixina, a qual tem grande aceitabilidade no mercado devido ao seu poder corante, e por isso, utilizou-se esse resíduo como matéria-prima para a obtenção de bixina, promovendo, uma integração de processo. Ademais, o resíduo da extração da bixina e o material lignocelulósico obtido após a SFE do cravo-da-índia podem ser hidrolisados a alta pressão catalisada ou não por CO2 para produzir biopolímeros úteis para serem utilizados na fabricação de nanoestruturas porosas. Para que o processo pseudocontínuo pudesse ser desenvolvido foi necessário o conhecimento atual da área supercrítica, principalmente a nível regional (América Latina e Brasil), além da necessidade de entender as limitações que as diferentes técnicas de extração apresentam para as diferentes classes de compostos de interesse. Então o processo de extração pseudocontínuo foi avaliado, e se mostrou eficaz, permitindo aproveitamento do tempo, pois durante o período de carga e descarga de um leito extrativo o outro estava em período de extração. Deste modo, houve a manutenção de ao menos um extrator em período de extração, caracterizando-se assim a operação pseudocontínua. A extração pseudocontínua do óleo de cravo-da-índia apresentou uma taxa média 3,6 vezes maior que o processo em batelada. A manutenção da razão S/F e do tempo de extração iguais pode ser usada satisfatoriamente para mudança de escala para o cravo e o urucum, ao se utilizar extratores de relação Hb/Db distintas. Por fim, a composição química do óleo de cravo-da-índia foi distinta, sendo então aconselhado uma avaliação prévia dessa composição química antes de definir qual a relação Hb/Db será utilizada / Abstract: The demand for natural products with high purity is promoting studies focused on extraction processes that avoid environmental damages. Supercritical fluid extraction (SFE) processes are gaining emphasis because they afford the extraction of selective compounds when compared with conventional techniques. The residue from SFE is the solid matrix free of target compounds; this residue can be a raw material in other processes. Recently, the appeal for green technologies and the searching for integral use of raw materials are receiving attention. These green technologies minimize the residue generation and promote a diversified production of bioactive compounds from the same raw material. Regarding the industrial scale, integrated processes with continuous productive lines are needed, even that in some cases the processes are named pseudo continuous. Thus, the pseudo continuous extraction using supercritical CO2 (ScCO2) is an important issue for implementing SFE processes in industrial scales. To make it possible, the extraction equipment needs to contain at least n+1 extractors, where n should be a positive integer number. Based on these aspects, we performed in this study the pseudo continuous extraction of two classes of compounds: (1) volatile oil from clove buds for validating the process and (2) tocotrienol rich-extracts from annatto seeds. In both cases the material from SFE can be used to obtain other products. Defatted annatto seeds contain bixin, a coloring pigment that finds several applications. Then, we selected annatto to obtain bixin by using process integration. Furthermore, the residue from the extraction of bixin and the lignocellulosic fraction from the extraction of clove compounds can be hydrolyzed applying high pressure. The reaction can be catalyzed with CO2 to produce biopolymers useful for manufacturing porous nanostructures. To become the pseudo continuous process feasible, we evaluated the information available on the scientific community, especially in Latin America and Brazil. With this search, we could find some limitations about extracting different classes of compounds. Then, we performed the proposed operation, and it yielded good results with respect to optimizing the time. While one bed was in extraction step, the other was in charge/discharge step, characterizing the pseudo continuous extraction mode. In this case, at least one bed was maintained in extraction step along the time. The pseudo continuous extraction of clove oil presented an extraction rate 3.6-fold higher when compared with batch extraction. Besides, process scale up using the studied raw materials might be accomplished by maintaining the S/F ratio equal (for a fixed time) in different Hb/Db ratios. Finally, we observed significant difference (5 % of probability) in the chemical composition of clove oil obtained in both extractors. An evaluation of the oil composition is needed to define the suitable Hb/Db ratio for extraction processes / Doutorado / Engenharia de Alimentos / Doutor em Engenharia de Alimentos

Orientadores: Maria Angela de Almeida Meireles, Carlos Eduardo Vaz Rossell / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos / Made available in DSpace on 2018-08-06T15:36:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Shintaku_Alberto_M.pdf: 7098448 bytes, checksum: b538eba167ccbd49382fabb569cc75ee (MD5) Previous issue date: 2006 / Resumo: Neste trabalho estimou-se o custo de obtenção de extratos de cera, por extração supercrítica, a partir do resíduo da industria de açúcar e álcool, a torta de filtro. Foram realizados ensaios para determinação das isotermas de rendimento global, as curvas globais de extração (cinéticas de extração) e a identificação da composição química dos extratos obtidos. Na determinação da isoterma de rendimento global foram estudadas as pressões no intervalo de 100 a 350 bar com variações de 50 bar para as temperaturas de 30 e 50 ºC inicialmente para a matéria prima A. A quantidade utilizada de matéria prima (matéria prima A) foi de 2,5 gramas e uma vazão de CO2 de 0,249 ± 0,002 kg/h. Todos os ensaios foram realizados em duplicata e o tempo de extração de 60 min.. Para obtenção das curvas globais de extração foram utilizadas matérias primas distintas provenientes de 3 regiões do estado de São Paulo (matérias primas A, B e C). A temperatura de 50 ºC foi escolhida inicialmente para a matéria prima A, com as pressões de 200 bar e 350 bar respectivamente. Em seguida foi utilizado o binômio: temperatura e pressão, de 60 ºC e 200 bar para a matéria prima A, B e C sendo a temperatura escolhida pela característica do extrato de alta viscosidade (sólido à temperatura ambiente). A quantidade de matéria prima utilizada em cada ensaio foi de 25 gramas, uma vazão de 0,249 ± 0,003 kg/h de CO2, que fornece uma relação de 15 kg de CO2/kg de matéria prima. O tempo de extração utilizado para cada ensaio foi de 360 minutos. A partir do rendimento de extração, do tempo de extração do período CER (Constant Extraction Rate) e das características físicas da matéria prima (densidade, porosidade, etc.), foi estimada a capacidade dos extratores tomando-se o cuidado de dimensionar um extrator compatível com a capacidade de extratores comerciais existentes. Esta estimativa de capacidade permitiu a obtenção do custo do produto, a partir de uma análise econômica. A análise de sensibilidade do custo de produção para variações no custo de investimento, custo de insumos, custo de energia, custo de mão de obra e rendimento de extração, mostrou que o mesmo é influenciado principalmente pela variação no custo de investimento e pela variação do rendimento de extração. O custo de produção do extrato de cera foi estimado em US$ 13.626,93/tonelada / Abstract: The purpose of this work was to determine the manufacturing cost for the wax extract obtained from residues of the sugar cane and ethanol industry (filter cake), using SFE (Supercritical Fluid Extraction). Experiments were accomplished to determine the global yield isotherms, the overall extraction curves (kinetic of extraction) and to identification chemical composition of the extracts. The global yield isotherms were determined at the pressures of 100, 150, 200, 250, 300 and 350 bar and temperatures of 50 ºC and 30 ºC The amount of raw material (raw material A) used in each trial was 2.5 grams and a CO2 flowrate of 0.249 ± 0.002 kg/h. The experiments were duplicated. In order to determine the overall extraction curves (OEC), distinct raw materials were used from three different regions of São Paulo State (raw materials A, B and C). The OEC for the raw material A was initially determined at 50 ºC, with 200 bar and 350 bar of pressure respectively. In spite of 50 ºC be chosen initially, the experiments were accomplished in the SFE (Supercritical Fluid Extraction) equipment at 60 ºC and 200 bar for the raw material A, B and C being the temperature chosen due to characteristics of extract high viscosity (solid state at the ambient or room temperature). A 25 grams raw material sample was used in each trial with an outflow of 0,249 ± 0,003 kg/h of CO2 (a relation of 15 kg of CO2/kg of raw material). The extractors capacity was estimated from the extraction yield, the extraction time of Constant Extraction Rate period (CER) and the physical characteristics of the raw material (density, porosity, etc.). Extractors sizing considered the compatibility with existent extractors commercial capacity. This capacity estimation allowed the attainment of the product cost, from an economic analysis where investment cost, equipment cost, cost of operating labor, cost of operating supplies, etc. have been determined, composing the total extraction cost. The cost sensitivity was analyzed for variations in the investment cost, cost of operating supplies, energy cost, cost of operating labor and extraction income, showing that the production cost is influenced mainly by the variation in the investment cost and by the variation of the extraction yield. The determined wax extract obtaining cost, with SFE technology, was US$ 13,626.93/ton except for taxes / Mestrado / Mestre em Engenharia de Alimentos