Extração do óleo de farelo de arroz parboilizado utilizando dióxido de carbono supercrítico e etanol

Abstract

Resumo: Neste estudo, foi investigada a técnica de extração combinando CO2 em estado supercrítico e etanol (CO2-SC+EtOH) para obter o óleo do farelo de arroz. As cinéticas de extração foram realizadas variando temperatura de 40-80 oC, pressão de 100-200 bar e relação mássica de co-solvente e farelo (R) entre 0:1 e 2:1. Os resultados indicaram que em condições isotérmicas os rendimentos obtidos foram maiores com o aumento da pressão utilizada, enquanto em condições isobáricas o aumento da temperatura teve efeito inverso e diminuiu o rendimento obtido. Além disso, os resultados mostraram que na pressão de 100 bar o CO2-SC atuou como carreador do processo de extração, e nesta pressão quanto maior a quantidade de co-solvente aplicada, maior foi o rendimento de óleo alcançado. No entanto, na pressão de 200 bar o CO2-SC atuou como agente extrator do processo. Na extração com CO2-SC+EtOH o maior rendimento de 25,48% (massa de óleo extraído relacionado a massa inicial de farelo de arroz) foi obtido nas condições de 40 °C, 200 bar e R de 1:1, a extração durou 250 minutos e consumiu 46,46 g de CO2 por g de farelo. Nas mesmas condições experimentais de temperatura e pressão, foram realizadas comparações entre uma extração com etanol pressurizado e uma extração sequencial. A extração com etanol pressurizado durou menos tempo (90 minutos), porém necessitou de grandes quantidades de etanol (21,09 g de etanol por g de farelo). A extração sequencial obteve rendimento de 26,32% utilizando pouca quantidade de etanol (2,12 g de etanol por g de farelo) comparado a extração com etanol pressurizado, e pouco CO2 (18,82 g de CO2 por g de farelo) comparado a extração com CO2-SC+EtOH, sendo também um processo rápido (55 minutos). O período de extração dinâmica (PED) foi determinado em todas as extrações, a aplicação de co-solvente mostrou ser eficiente para reduzir o PED comparado com a extração utilizando somente CO2-SC como solvente (R=0:1). A Microscopia eletrônica de varredura (MEV) do farelo mostrou que após a extração o aspecto das partículas do farelo se alterou, ocorrendo uma diminuição de tamanho devido a retirada do óleo da superfície interna. Neste estudo também foi realizada a caracterização do óleo obtido, dessa maneira, foram determinadas as propriedades físico-químicas, quantificação dos compostos fenólicos e atividade antioxidante, e análise da estabilidade oxidativa. Os valores obtidos para índice de iodo, índice de saponificação, índice de refração e percentagem de ácidos graxos livres variaram entre 103,75- 105,05, 193,81-194,03 mg KOH g-1, 1,4725-1,4750 e 4,01-4,91%, respectivamente. De modo geral, os resultados mostraram que quanto maior a quantidade de etanol utilizada como co-solvente, maior foi a quantidade de compostos fenólicos extraídos. A atividade antioxidante, pelo método de sequestro do radical DPPH, foi maior para o óleo obtido na extração com CO2-SC+EtOH (R=2:1, T= 80 oC, P=200 bar) equivalente a 3,95 ?mol ET por g de amostra. Pelo método de sequestro do radical ABTS foi obtido o maior valor de 11,62 ?mol ET por g de amostra na extração tipo Soxhlet com etanol. Por fim, as análises de Termogravimetria (TG) e Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC) mostraram que os óleos possuíam elevada estabilidade térmica, os quais degradaram com temperatura superior a 220 oC. Palavras-chave: Subproduto. Dióxido de carbono supercrítico. Etanol. Co-solvente. Farelo de arroz.

Abstract: In this study, the extraction technique combining supercritical CO2 and ethanol (SC-CO2+EtOH) was investigated to obtain the rice bran oil. The extraction kinetics were performed varying temperature of 40-80 oC, pressure of 100-200 bar and mass ratio of co-solvent and bran (R) between 0:1 and 2:1. The results indicated that under isothermal conditions the yields obtained were higher with the increase of the pressure used, while under isobaric conditions the increase of temperature had an inverse effect and decreased the yield obtained. Moreover, the results showed that at 100 bar of pressure the SC-CO2 acted as the carrier of the extraction process, and at this pressure the higher the amount of co-solvent applied, the higher the oil yield achieved. However, at 200 bar the SC-CO2 acted as agent extractor of the process. In the extraction with SC-CO2+EtOH the highest yield of 25.48% (mass of extracted oil related to the initial mass of rice bran) was obtained under conditions of 40°C, 200 bar and R=1:1, the extraction lasted 250 minutes and spent 46.46 g of CO2 per g of bran. Under the same experimental conditions of temperature and pressure, comparisons were made between a pressurized ethanol extraction and a sequential extraction. Extraction with pressurized ethanol lasted less time (90 minutes), but required large amounts of ethanol (21.09 g of ethanol per g of bran). Sequential extraction yielded 26.32% using low amount of ethanol (2.12 g of ethanol per g of bran) compared to pressurized ethanol extraction, and few CO2 (18.82 g CO2 per g of bran) compared to SC-CO2+EtOH extraction, being also a fast process (55 minutes). The dynamic extraction period (DEP) was determined in all extractions, the co-solvent application showed to be efficient in reducing DEP compared to the extraction using only SC-CO2 as solvent (R=0:1). The Scanning electron microscope (SEM) analyzes of the bran showed that after extraction the appearance of the bran particles changed, resulting in a size decrease due to removal of the oil from the inner surface. In this study, the characterization of the oil obtained was also performed, in this way, the physicochemical properties, quantification of phenolic compounds and antioxidant activity and oxidative stability analysis were determined. The values obtained for iodine value, saponification value, refractive index and percentage of free fatty acids varied between 103.75-105.05, 193.81-194.03 mg KOH g-1, 1.4725-1.4750 and 4.01-4.91%, respectively. In general, the results showed that the higher the amount of ethanol used as co-solvent, the higher the amount of phenolic compounds extracted. The antioxidant activity, by the DPPH radical sequestration method was higher for the oil obtained in the extraction with SC-CO2+EtOH (R=2:1, T= 80 oC, P=200 bar) equivalent to 3.95 ?mol ET per g of sample. By the ABTS radical sequestration method it was obtained the higher value of 11.62 ?mol ET per g of sample in Soxhlet extraction with ethanol. Finally, the Thermogravimetry (TG) and Differential scanning calorimetry (DSC) analyzes showed that the oils had high thermal stability, which degraded with temperature higher than 220 oC. Keywords: By-product. Supercritical carbon dioxide. Ethanol. Co-solvent. Rice bran.