Extrato aquoso de erva-mate (Ilex paraguariensis St. Hill) clarificado : extração em batelada e processamento por membranas

Abstract

Resumo: O interesse da população em consumir produtos naturais livres de aditivos tem aumentado a necessidade de se explorar novas tecnologias de processamento. Os chás do tipo pronto para beber, consituídos basicamente por extratos de ervas, estão entre estes produtos e têm conquistado o mercado. A erva-mate (Ilex paraguariensis) é uma opção de matriz vegetal utilizada para este fim por conter compostos bioativos que trazem benefícios à saúde. O objetivo deste trabalho foi estudar o processo de obtenção de um extrato de erva-mate clarificado para uso na indústria de bebidas. A erva-mate foi caracterizada e submetida à extração aquosa em batelada. A influência da temperatura e da agitação na extração de sólidos totais, fenólicos totais e bioativos (ácido 5-cafeoilquínico, rutina, cafeína e teobromina) foi avaliada através de um delineamento composto central 2² em dois blocos: erva-mate moída e cancheada. Cada ensaio foi conduzido na forma de cinética de extração com tempo máximo de 180 minutos. Os modelos de transferência de massa de conveção externa e difusivo foram ajustados aos dados cinéticos referentes aos compostos bioativos. A clarificação do extrato bruto foi avaliada em três membranas diferentes (cerâmica, polieterimida e polietersulfona) através de ensaios em sistema fechado. A cinética da clarificação em regime de batelada foi realizada para a microfiltração em membrana de polieterimida. O processo de clarificação foi avaliado por meio da determinação do fluxo de permeado, fator de concentração, coeficiente de rejeição e transmitância. Os modelos de bloqueio de poro foram ajustados aos dados do ensaio cinético que também foram avaliados por meio do modelo de resistências em série. A temperatura e a agitação foram significativas no processo de extração para todas as respostas avaliadas, melhor condição: 80 °C e 400 rpm. O tempo também influenciou significativamente o rendimento da extração, onde os maiores teores de compostos bioativos foram encontrados no tempo máximo de extração (180 minutos). O modelo difusivo apresentou melhor ajuste aos dados. Todas as membranas utilizadas removeram 100% da turbidez do extrato bruto, porém a cerâmica apresentou maior retenção de compostos bioativos seguida pela de polietersulfona e polieterimida. A microfiltração com membrana de polieterimida em batelada apresentou fluxos de permeado estáveis mesmo com redução de 50% do volume inicial e pode ser operacionalizada aproximando-se de uma operação de clarificação em regime estacionário. Os coeficientes de rejeição para os compostos bioativos foram pequenos (<8,0%) e os de transmitância foram altos (>90,0%), indicando que estes compostos não se depositaram na superfície da membrana. A resistência devido à concentração por polarização foi predominante no processo. O modelo de bloqueio de poro parcial apresentou melhor ajuste aos dados experimentais (R² = 0,98) seguido pelo bloqueio superficial (R² = 0,94) e torta filtrante (R² = 0,85). A produção de extrato clarificado de erva-mate visando a fabricação de chás do tipo pronto para beber pode ser viabilizada por meio de extração em batelada e microfiltração, rendendo um produto final com altos teores de compostos bioativos.

Abstract: The population interest in consuming natural, additives free, products increased the need to exploit new processing technologies. Ready to drink teas, constituted basically by herbal extracts, are among these products and have conquering the market. Yerba mate (Ilex paraguariensis) is an option of raw material used for this purpose because contains bioactive compounds providing health benefits. The objective of this work was to study the obtaining process of cleared yerba mate extract used in the beverage industry. The yerba was characterized and subjected to batch liquid extraction. The temperature and agitation influence at the extraction of solids and phenolic compounds (5-caffeoylquinic acid, rutin, caffeine and theobromine) was evaluated using a central composite design 2² in two blocks: milled and cancheada yerba mate. Each test was conducted as kinetics extraction with a maximum time of 180 minutes. The external convection and diffusion mass transfer models were adjusted to bioactive compounds kinetic data. The clarification of the crude extract was evaluated by three different membranes (ceramic, polyetherimide and polyethersulfone) through tests in a total recycling mode. The batch clarification kinetics was held for microfiltration polyetherimide membrane. The clarification process was assessed by the determination of permeate flux, concentration factor, rejection and transmittance coefficient. The pore blocking models were adjusted to kinetic data were also evaluated by resistance in series model. The temperature and agitation were significant in the extraction process for all measured responses, better conditions: 80 °C and 400 rpm. The time also significantly influenced the performance of the extraction, where the highest levels of bioactive compounds were found at the maximum extraction time (180 minutes). The diffusive model showed the best fit to the data. All membranes removed 100% turbidity of the crude extract, but the ceramics showed greater bioactive compounds retention followed by the polyethersulfone and polyetherimide. The polyetherimide microfiltration membrane batch shows stable permeate flux even with 50% of the initial bulk, which can be operated closer to a steady clarification operation. Bioactive compounds rejection coefficients were small (<8.0%) and the transmittance was high (>90.0%), indicating that these compounds were not deposite on the membrane surface. The resistance due concentration by polarization was predominant in the process. The partial pore blocking model showed the best fit to the experimental data (R² = 0.98) followed by surface blocking (R ² = 0.94) and filter cake (R² = 0.85). The clarified yerba mate extract production aiming ready to drink tea fabrication can be made possible by batch extraction and microfiltration, yielding a final product with high levels of bioactive compounds.