Obtenção de extratos vegetais por diferentes metodos de extração : estudo experimental e simulação dos processos
Priscilla Carvalho Veggi
DISSERTAÇÃO
Português
T/UNICAMP V525o
[Obtaining vegetable extracts by different extraction methods]
Campinas, SP : [s.n.], 2009.
143 p. : il.
Orientador: M. Angela de A. Meireles
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de Alimentos
Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo comparativo do custo de manufatura para diferentes técnicas de extração: extração com solventes a baixa pressão (LPSE: Low Pressure Solvent Extraction) em taque agitado e percolação, e extração supercrítica (SFE: Supercritical Fluid Extraction). As...
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Resumo: Neste trabalho é apresentado um estudo comparativo do custo de manufatura para diferentes técnicas de extração: extração com solventes a baixa pressão (LPSE: Low Pressure Solvent Extraction) em taque agitado e percolação, e extração supercrítica (SFE: Supercritical Fluid Extraction). As estimativas dos custos para os processos de extração LPSE por agitação e percolação foram realizadas por meio do simulador de processos SuperPro DesignerÒ. Foi realizado um estudo experimental para a obtenção, por extração supercrítica, de polifenóis de folhas de pitanga (Eugenia uniflora). Para o estudo do aumento de escala, assumiu-se que os parâmetros em escala laboratorial: rendimento da extração, tempo e a relação entre a massa de alimentação e solvente, são mantidos constantes para o equipamento em escala industrial. Assim, as estimativas foram realizadas tendo como base dados de literatura para a matriz vegetal macela (Achyrocline satureioides). Os estudos foram realizados para extratores de 50 L, 100 L e 300 L. Os custos de manufatura para LPSE em taque agitado e percolação foram: US$ 877,21/kg; US$ 698,73/kg; US$ 573,34/kg e US$ 814,46/kg; US$ 567,86/kg; US$ 384,00/kg, respectivamente em extratores de 50 L, 100 L e 300 L. Notou-se a influência dos parâmetros tempo e rendimento no custo dos extratos. Posteriormente, um estudo do custo do extrato através do processo SFE para mesma matriz vegetal foi realizado. Porém, para SFE o custo do extrato foi estimado através do parâmetro tCER, tempo em que aproximadamente 70 % do leito de extração é esgotado, sendo esta uma boa estimativa para o menor tempo de ciclo. O custo de manufatura do extrato obtido por SFE foi US$ 585,49/kg. Uma avaliação comparativa entre os três processos foi realizada e, dentre os principais custos obtidos: de investimento inicial, matéria-prima e utilidades, notou-se que o custo de investimento não é predominante na formação do custo de manufatura. O custo de matéria-prima para alguns dos tamanhos de extratores representou o fator preponderante. Posteriormente à esta etapa, foi realizado o estudo da cinética do processo de extração supercrítica para obtenção do extrato de folhas da pitanga (Eugenia uniflora) a partir de dados otimizados da literatura; este estudo foi realizado em coluna de extração de 300 mL. Utilizou-se temperatura e pressão de 333,15 K e 60 MPa sob diferentes condições de vazão a fim de estudar o comportamento cinético da extração em relação ao rendimento e à presença de compostos voláteis. Ainda foram realizadas análises para identificação dos compostos por cromatografia em camada delgada (CCD) e cromatografia gasosa acoplada à espectrometria de massas (CG-EM). O estudo do aumento de escala foi realizado usando-se uma unidade piloto equipada com dois extratores de 5 L contendo 3 separadores (S1, S2 e S3); como referência foi empregado o ensaio cinético realizado para folhas de pitanga na coluna de 300 mL. Seguindo o critério de aumento de escala em que se mantém constante a proporção entre a massa de solvente e a massa de matéria-prima, o aumento de escala foi de 17 vezes. Para os experimentos foram selecionadas as seguintes condições de operação para os três separadores S1, S2 e S3: 10 MPa/333,15 K; 7 MPa/303,15 K e 3 MPa /313,15 K, respectivamente. Quatro pontos selecionados da cinética de extração em coluna de 300 Ml foram então reproduzidos. O custo do extrato foi estimado utilizando o simulador SuperPro DesignerÒ obtendo-se um custo do manufatura de US$ 449,89/kg
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Abstract: In this work a comparative study of the cost of manufacturing (COM) for different extraction techniques is presented: low pressure solvent extraction (LPSE) in agitation and percolation, and supercritical fluid extraction (SFE). The COM estimation was carried using the processes simulator...
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Abstract: In this work a comparative study of the cost of manufacturing (COM) for different extraction techniques is presented: low pressure solvent extraction (LPSE) in agitation and percolation, and supercritical fluid extraction (SFE). The COM estimation was carried using the processes simulator SuperPro Designer®; agitation and percolation LPSE processes were developed in the simulator. An experimental study to obtain poliphenols by supercritical fluid extraction from leaves of pitanga (Eugenia uniflora) was also performed. For the scale-up study it was assumed that the parameters for the laboratorial scale SFE unit: yield of extraction, time and ratio between the feed mass and solvent mass are kept constant for the equipment in industrial scale. The estimations were carried using literature information for the vegetable matrix macela (Achyrocline satureioides). The studies were done for extraction vessels of 50 L, 100 L and 300 L. The COM for LPSE agitation and percolation processes were: US$ 877.21/kg; US$ 698.73/kg; US$ 573.34/kg and US$ 814.46/kg; US$ 567.86/kg; US$ 384.00/kg, respectively for extractors of 50 L, 100 L and 300 L. It was observed the influence of time and yield parameters on the COM. Later, a study of SFE process COM for the same vegetable matrix was done. For SFE the COM was estimated using the tCER parameter as cycle time, where approximately 70% of extraction bed is exhausted, being this a good estimation. The COM of extract obtained by SFE was US$ 585.49/kg. A comparative evaluation between the tree processes was carried out, and among the major costs factors: investment, raw material and utilities, it was observed that the investment cost is not predominant in the COM of the extracts. The raw material cost certain vessel sizes represented the major cost factor. After this step, a study of the SFE kinetics for leaves of pitanga (Eugenia uniflora) was carried out. The operating conditions were selected from optimized data from literature; this study was done in a 300 mL column vessel. It was utilized temperatures and pressure of 333.15 K and 60 MPa under different flow rates in order to study the kinetic behavior of the overall extraction curve and the presence of volatile compounds. Thin layer chromatography (TLC) and gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS) analyses were used for identification of the compounds present in the extract. The scale-up study was carried out using a pilot unit equipped with two extractor of 5L vessel containing 3 separators vessels (S1, S2 and S3); as reference the kinetic assay for pitanga leaves in 300 mL column vessel was used. According to the scaleup criterion that the ratio between solvent mass and raw material mass is kept constant, the scale-up was of 17 times. For the experiment the following operation condition for the three separators S1, S2 and S3 were selected: 10 MPa/333.15 K; 7 MPa/303.15 K and 3 MPa /313.15 K, respectively. Four points selected from kinetic experiment in 300 mL column vessel were reproduced. The extract COM was estimated using simulator SuperPro DesignerÒ (US$ 449,89/kg)
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