Please use this identifier to cite or link to this item: http://repositorio.unicamp.br/jspui/handle/REPOSIP/254910
Type: TESE
Degree Level: Doutorado
Title: Obtenção de extratos enriquecidos em carotenoides e produtos hidrolisados através do fracionamento da fibra de palma prensada com solventes limpos e fluidos pressurizados
Title Alternative: Obtaining of carotenoid-rich extracts and hydrolysate products by fractionation of pressed palm fiber using clean solvents and pressurized fluids
Author: Cardenas Toro, Fiorella Patricia, 1980-
Advisor: Petenate, Maria Angela de Almeida Meireles, 1953-
Carneiro, Tânia Forster, 1971-
Abstract: Resumo: A fibra de palma prensada (Elaes guineensis) é um resíduo procedente da indústria de extração de óleo de palma que possui na sua composição compostos bioativos tais como alfa- e beta-caroteno, assim como os polissacarídeos (celulose e hemicelulose). Estes compostos podem ser recuperados mediante processos de extração e hidrólise com a finalidade de produzir de forma sustentável, extratos enriquecidos com carotenoides e produtos hidrolisados com aplicação na indústria química, de alimentos e farmacêutica. Entre as tecnologias que utilizam solventes limpos a altas e baixas pressões, temos a extração por Soxhlet (LPSE-SOX), extração por percolação (LPSE-PE), extração por líquido pressurizado (PLE), extração com fluído supercrítico (SFE) e hidrólise subcrítica com água (SubWH). Neste trabalho, um processo integrado utilizando SFE e SubWH foi proposto como modelo de aproveitamento integral da fibra de palma prensada. O estudo incluiu a avaliação dos efeitos dos parâmetros operacionais de extração: temperatura e pressão empregando uma razão mássica de solvente por massa de matéria-prima (S/F) de 30 na obtenção de um extrato rico em carotenoides; e dos parâmetros operacionais de hidrólise: temperatura, pressão, S/F e tempo de residência na produção de monossacarídeos e oligossacarídeos nos produtos hidrolisados. Após esse primeiro estudo, um segundo estudo dos processos de extração LPSE-SOX, LPSE-PE e PLE utilizando etanol como solvente limpo foi realizado com o objetivo de explorar as condições de operação: temperatura, pressão e vazão na razão S/F de 20, que favorecessem a produção de um extrato rico em carotenoides (alfa e beta-caroteno) incluindo a avaliação econômica de cada processo. Os resultados do primeiro estudo para o SFE utilizando dióxido de carbono como solvente indicaram que o maior rendimento de carotenoides totais no extrato foi 800 ± 200 ug beta-caroteno/g extrato na condição de 318 K (45°C) e 15 MPa. Posteriormente, os experimentos de hidrólise subcrítica da fibra de palma desengordurada obtiveram uma mistura de produtos hidrolisados e produtos de degradação de açúcares, sendo a condição de 523 K (250°C), 15 MPa, tempo de residência de 2,5 min e S/F de 120 aquela com maiores rendimentos de açúcares redutores totais (22,9 g glicose/100 g carboidrato). Este estudo mostrou a viabilidade de integração de processos para o melhor aproveitamento da fibra de palma prensada. Na segunda parte do estudo, os processos de extração com etanol à baixa e alta pressão com melhores rendimentos de carotenoides foram: 305 ± 18 ug alfa-caroteno/g extrato e 713 ± 46 ug beta-caroteno/g extrato para o processo PLE na condição de 308 K (35°C), 4 MPa, 2,4 g/min e 37 min; 142 ± 13 ug alfa-caroteno/g extrato e 317 ± 46 ug beta-caroteno/g extrato para o processo LPSE-SOX num tempo de 6 h; 79 ± 9 ug alfa-caroteno/g extrato e 195 ± 20 ug beta-caroteno/g extrato para o processo LPSE-PE na condição de 308 K (35°C), 2,4 g/min e 37 min. Os custos de manufatura (COM) na escala industrial de 0,5 m3 utilizando 2 extratores em modo contínuo foram de US$98,1/g carotenoide para o processo LPSE-SOX; US$48,9/g carotenoide para o processo LPSE-PE e US$28,7/g carotenoide para o processo PLE. Diante dos resultados obtidos no primeiro e segundo estudo, um estudo cinético dos processos de extração a altas pressões PLE e SFE foi realizado nas condições operacionais que obtiveram altos rendimentos de carotenoides no extrato. O rendimento de extração na razão S/F de 7 e 10 resultou em 90% do total do extrato obtido no final da extração para o processo PLE e SFE, respectivamente. Para o processo PLE e SFE os menores valores de COM foram encontrados para as capacidades de extratores industriais de 0,05 m3 e 0,5 m3. Para o processo PLE, na razão S/F de 8 obtiveram-se os menores valores de COM e COM* específico: US$30,4/kg extrato e US$0,02/g carotenoide para 0,5 m3. Uma tendência similar foi observada para o processo SFE com valores de COM de US$30,8/kg extrato e US$0.08/g carotenoide para 0,5 m3. Baseados nestes resultados, o processo PLE apresenta uma melhor vantagem econômica que o processo SFE e pode ser considerado como a primeira etapa do processo integrado de obtenção de extrato rico em carotenoides seguido do processo SubWH para a obtenção de produtos hidrolisados

Abstract: Pressed palm fiber (Elaes guineensis) is a residue obtained from the palm oil extraction industry that is a source of bioactive compounds such as alpha- and beta-carotene present in the residual oil and polysaccharides (cellulose and hemicellulose), which can be recovered by extraction and hydrolysis processes in order to produce in a sustainable manner extracts enriched with carotenoid for direct application in food industry as additives and/or formation of hydrolysate products with high yields of monosaccharides and oligosaccharides with application in the chemical food and pharmaceutical industry. Technologies that use clean solvents at high and low pressures include Soxhlet extraction (LPSE-SOX), extraction by percolation (LPSE-PE), pressurized liquid extraction (PLE), supercritical fluid extraction (SFE) and subcritical hydrolysis (SubWH). In this work, an integrated process using SFE and SubWH was proposed as the model of completely utilization of pressed palm fiber. The study included the evaluation of the effects of operating parameters of extraction: temperature and pressure at the ratio of solvent mass to feed mass (S/F) of 30 in the obtaining of extracts rich in carotenoids and the study of operational parameters of hydrolysis: temperature, pressure, S/F and residence time on the production of monosaccharides and oligosaccharides in the hydrolyzed products. After this first study, a second study of the extraction processes LPSE-SOX, LPSE-PE and PLE using ethanol as a clean solvent was conducted in order to explore the operational conditions: temperature, pressure and flow rate at S/F ratio of 20, which promotes the production of an extract rich in carotenoids (alpha- and beta-carotene) including the economic evaluation of each process. Results of the first study for SFE using carbon dioxide as a solvent indicated that the highest yield of total carotenoids in the extract was 800 ± 200 ug alpha-carotene/g extract at the condition of 318 K (45°C) and 15 MPa. Thereafter, the experiments of subcritical hydrolysis of defatted pressed palm fiber resulted in a mixture of hydrolysate products and sugar degradation products, where the condition of 523 K (250°C), 15 MPa, residence time of 2.5 min and S/F 120 presented the highest yield of total reducing sugars (glucose 22.9 g/100 g carbohydrate). In the second part of this study, the extraction processes with ethanol at low and high pressure with highest yields of carotenoids in extracts were: 305 ± 18 ug alpha-carotene/g extract and 713 ± 46 ug beta-carotene/g extract for the PLE process at the condition of 308 K (35°C), 4 MPa, 2.4 g/min and 37 min; 142 ± 13 ug alpha-carotene/g extract and 317 ± 46 ug beta-carotene/g extract for LPSE-SOX process at 6 h; and 79 ± 9 ug alpha-carotene/g extract and 195 ± 20 ug beta-carotene/g extract for LPSE-PE process at condition of 308 K (35°C), 2.4 g/min and 37 min. The cost of manufacturing (COM) for the industrial scale of 2 extractors in continuous mode with capacity of 0.5 m3 were US$98.1/g carotenoid for the LPSE-SOX process, US$48.9/g carotenoid for the LPSE-PE process and US$28.7/g carotenoid for the PLE process. From the results obtained in the first and second study, a kinetic study of the PLE and SFE processes at the operating conditions which obtained the highest carotenoid yields from pressed palm fiber was carried out in order to find the adequate processing time and manufacturing cost. The results showed that the extraction at the S/F ratio of 7 and 10 resulted in extract yields higher than 90% for the PLE and SFE process. On the other hand, the carotenoid yield of carotenoids in the extract increased with the S/F ratio. For PLE and SFE processes, the lowest COM values were found for the industrial scale of extractors of 0.05 and 0.5 m3. For PLE process, the S/F ratio of 8 resulted in the lowest COM and specific COM* value: US$30.4/kg extract and US$0.02/g carotenoid for 0.5 m3. A similar trend was observed for the SFE process with values of US$30.8/kg extract and US$0.08/g carotenoid for capacity of 0.5 m3. Based on these results, the PLE process is economically more advantageous than the SFE process and PLE can be considered as the first step of the integrated process for obtaining of extract rich in carotenoids followed by SubWH for obtaining of hydrolysate products
Subject: Carotenóides
Extração com líquido pressurizado
Hidrólise
Extração supercrítica
Residuos agricolas
Editor: [s.n.]
Citation: CARDENAS TORO, Fiorella Patricia. Obtenção de extratos enriquecidos em carotenoides e produtos hidrolisados através do fracionamento da fibra de palma prensada com solventes limpos e fluidos pressurizados. 2015. 203 p. Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos, Campinas, SP. Disponível em: <http://www.repositorio.unicamp.br/handle/REPOSIP/254910>. Acesso em: 27 ago. 2018.
Date Issue: 2015
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

Files in This Item:
File SizeFormat 
CardenasToro_FiorellaPatricia_D.pdf19.63 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.