Estudo teórico e experimental da extração de café com ciclos de compressão e descompressão hidrostática

Abstract

Resumo: O objetivo principal do presente trabalho foi investigar a influencia da pressao e dos ciclos de compressao e descompressao hidrostatica sobre a cinetica da extracao de solutos totais do cafe torrado e moido. Os experimentos de extracao foram realizados com agua destilada a baixa temperatura („l17 oC), em um intervalo de pressao de 91,4 kPa a 338,2 kPa, durante 25200 s (7 h). As curvas experimentais de extracao transiente foram descritas corretamente, usando um modelo matematico puramente difusivo no caso da extracao com pressao constante, e um modelo hibrido difusivo-convectivo para a extracao com ciclos de compressao e descompressao hidrostatica. Com 80 % de probabilidade a modelagem matematica suporta e explica em termos dos fenomenos de transporte, o efeito positivo significativo dos fatores examinados sobre a cinetica da extracao. De acordo com o modelo, o aumento da pressao incrementa a difusividade, enquanto que os ciclos de compressao e descompressao hidrostatica ocasionam um movimento de fluido atraves dos micro canais do solido, gerando transferencia de massa por conveccao. Neste sentido, o tempo necessario para alcancar o maximo rendimento foi reduzido de 25200 s (7 h) a 91,4 kPa (a pressao constante) para 2400 s (40 min) a 338,2 kPa (com ciclos de compressao e descompressao hidrostatica). Tambem foi observado um impacto positivo de ambos os fatores considerados sobre o rendimento da extracao no equilibrio, o qual aumentou de 13 % a 91,4 kPa e pressao constante, para 26 % a 338,2 kPa com ciclos de compressao e descompressao hidrostatica, o que representa uma eficiencia de 85 %. Foram extraidos tambem os lipideos do cafe sob pressao constante e ciclos de compressao e descompressao, usando um solvente polar (agua destilada) e um solvente nao polar (cloroformio). A fracao de lipideos totais na fase aquosa no equilibrio foi desprezivel, refutando uma importante vantagem da extracao com ciclos de compressao e descompressao hidrostatica alegada na literatura, isto e, de que a referida tecnica permite a extracao de compostos insoluveis. Alem disso, foi observado que a influencia da pressao e dos ciclos de compressao e descompressao hidrostatica nao foi significativa (..>0,02) sobre a extracao de lipideos totais usando cloroformio.

Abstract: The main aim of this study was to investigate the influence of pressure and pressure cycles on the kinetics of total solute removal from ground coffee. Extraction experiments were performed with water at a low temperature („l17 oC) in the pressure range from 91.4 kPa to 338.2 kPa for 25200 s (7 h). A pure diffusive and an hybrid diffusive-convective model described correctly the transient experimental extraction curves at constant and cyclically pressurized conditions, respectively. With 80% of probability the modeling approach supports, and explains in terms of transport phenomena, the significant positive effect of the examined factors on the kinetics of extraction. According to it, the rise of pressure increases the diffusivity, while the pressure cycles cause a movement of fluid through the solid microchannels and consequent solute transfer by convection. In this regard, the time required to achieve maximum yield was reduced from 25200 s (7 h) at 91.4 kPa (constant pressure) to 2400 s (40 min) at 338.2 kPa (with pressure cycles). A positive effect of both factors considered over the equilibrium extraction yield was also observed, increasing from 13% at 91.4 kPa and constant pressure to 28% at 338.2 kPa with pressure cycles, which represents a 87% efficiency. Coffee lipids were also extracted under constant and cyclic pressurized conditions with a polar (water) and a nonpolar (chloroform) solvent. The negligible fraction of total lipids in the aqueous phase at equilibrium refutes an important alleged advantage of hydrostatic pressure cycling extraction, that is, it extracts insoluble compounds. Moreover, a non-significant influence of pressure and pressure cycles (..>0,02) on total extracted lipids at equilibrium was observed when using chloroform.