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Type: TESE DIGITAL
Degree Level: Doutorado
Title: Avaliação técnico-econômica do processo de obtenção de extrato de cúrcuma utilizando CO2 supercrítico e estudo da distribuição de temperatura no leito durante a extração   = Technical and economic evaluation of the process of obtaining turmeric extract using supercritical CO2 and temperature distribution study in the bed during the extraction  
Title Alternative: Technical and economic evaluation of the process of obtaining turmeric extract using supercritical CO2 and temperature distribution study in the bed during the extraction  
Author: Carvalho, Pedro Ivo Nunes de, 1988-
Advisor: Petenate, Maria Angela de Almeida Meireles, 1953-
Abstract: Resumo: A produção de extratos provenientes de matrizes vegetais com propriedades biológicas tem despertado grande interesse das indústrias de alimentos, de cosméticos e farmacêuticas. Dentro dessa demanda, o processo de extração com dióxido de carbono supercrítico (SFE-CO2) tem se mostrado uma tecnologia viável técnica e economicamente na geração de produtos com alto valor agregado. Essa tecnologia apresenta vantagens tanto em relação ao rendimento quanto em qualidade de extrato. Dessa forma, o primeiro objetivo proposto no projeto de tese foi a aplicação de SFE-CO2 na extração do óleo volátil de cúrcuma (Curcuma longa L.). Esse óleo é rico em ar-turmerona, composto que tem sido reportado na literatura por apresentar algumas propriedades bioativas como, por exemplo, anti-inflamatória, antimicrobiana, antioxidante e anticarcinogênica. Com base na análise técnica e econômica do processo foi concluído que temperatura de 333 K, pressão de 25 MPa e razão entre solvente utilizado e matéria-prima igual a 1,3 apresentam-se como as condições mais adequadas para a extração do óleo de cúrcuma e de seu composto bioativo ar-turmerona. Nessas condições, rendimento de extrato de 6,4% (mais de 80% dos compostos extraíveis) e rendimento relativo em ar-turmerona de 1,02% (mais de 90% de recuperação do composto) foram obtidos e o menor custo de manufatura (COM) (US$ 178,8/kg de extrato) foi estimado para uma unidade equipada com dois extratores de 0,005 m³ de capacidade usando o simulador SuperPro Designer 8.5®. Mais além, no contexto atual de SFE-CO2 torna-se importante o estudo das variáveis envolvidas no aumento de escala, visando à transferência dessa tecnologia para a indústria. Em qualquer processo que envolva o aquecimento de uma coluna é esperado que ocorra a formação de gradientes de temperatura, que tendem a ser maiores em colunas com diâmetros maiores e com o aumento de escala. Contudo, a temperatura, parâmetro que afeta diretamente a fluidodinâmica e a solubilidade dos compostos em SFE, vem sendo considerada constante e homogênea no leito nos trabalhos presentes na literatura. Assim, a determinação da distribuição de temperatura em dois extratores com diferentes geometrias de leito (HB/DB = 7,1 e 2,7) e a influência da heterogeneidade de temperatura no rendimento e na composição de extratos de cúrcuma e cravo-da-índia foram avaliadas no presente trabalho. Foi observado que o aquecimento do leito até a temperatura de processo é rapidamente alcançado com a entrada do CO2 pré-aquecido no extrator, bem como com o ganho térmico proveniente do aumento da pressão. O mapeamento da temperatura no interior dos leitos mostrou gradientes de temperatura, principalmente na direção axial. Contudo, para nenhuma das matérias-primas estudadas foi observado impacto importante no rendimento e na composição dos extratos entre as geometrias de extratores estudados. Concluiu-se que a escala em estudo (1 L) pode ainda ser considerada pequena e que os gradientes de temperatura formados não foram capazes de causar grandes variações na solubilidade dos compostos

Abstract: Production of extracts from vegetal matrices with biological properties has attracted great interest of food, cosmetic, and pharmaceutical industries. Within this demand, the extraction process using supercritical carbon dioxide (SFE-CO2) has been shown to be a technically and economically feasible technology in providing high-added value products. This technique presents advantages both in terms of yield and quality of the extract. Thus, the first study performed in the thesis project was the application of SFE-CO2 in the extraction of the turmeric volatile oil. This oil is rich in ar-turmerone, compound that has been reported in the literature by presenting some bioactive properties, such as, anti-inflammatory, antimicrobial, antioxidant and anticarcinogenic activity. Based on the techno-economic analysis of the process was concluded that temperature of 333 K, pressure of 25 MPa and S/F ratio present themselves as the most suitable conditions for obtaining the turmeric extract and its bioactive compound ar-turmerone. In these conditions, extract yield of 6.4% (more than 80% of extractable compounds) and ar-turmerone yield of 1.02% (more than 90% of recovery of compound) and the lowest COM (US$ 178.8/kg extract) was estimated for a pilot scale unit with two 0.005-m³ extractors using the simulator SuperPro Designer 8.5®. Further, in the current context of SFE-CO2 becomes important to study the variables involved in the scale-up procedure, aiming to transfer this technology to industry. In any process, which involves the heating of a column, it is expected to occur the formation of temperature gradients that tend to be larger in columns with larger diameters and with increasing in scale. However, the temperature parameter (that directly affects the fluid dynamic and the solubility of the compounds in SFE) has been considered constant and homogeneous in the bed in the works in the literature. So, the determination of the temperature distribution in two extractors with different bed geometries (HB/DB = 7.1 e 2.7) and the influence of temperature heterogeneity on the yield and composition of turmeric and clove extracts were also evaluated in this research. It was observed that heating of the bed until the process temperature is quickly reached with the input of pre-heated CO2 inside the extractor as well as with the heat gain from the increased in pressure. The mapping of the temperature within the bed showed the presence of temperature gradients especially in the axial direction. However, no important impacts on yield and composition of the turmeric and clove extracts were observed for the bed geometries and scale studied. We conclude that the scale study (1 L) can still be considered small and that the temperature gradients were not able to impose great variations in the solubility of the compounds
Subject: Curcuma
Extração
Tecnologia supercrítica
Produtos industrializados - Custos
Gradiente de temperatura
Language: Multilíngua
Editor: [s.n.]
Date Issue: 2016
Appears in Collections:FEA - Tese e Dissertação

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