Extração de óleo de borra de café usando dióxido de carbono supercrítico e etanol (scCO2+EtOH)

Abstract

Resumo: A borra de café é o resíduo mais expressivo da produção de café. O óleo é o componente mais valioso economicamente e mais facilmente extraível da borra de café. E possui diversas aplicações na indústria farmacêutica, alimentícia e de combustíveis. A extração do óleo de borra de café com solventes orgânicos tem sido amplamente estudada. Porém devido à recente exigência da lei por processos mais benéficos ao meio ambiente e a saúde humana estudos da extração com fluidos supercríticos (SFE) e extração com líquidos pressurizados (PLE) para obtenção de óleo de borra de café vem sendo realizados. Porém, a extração com fluidos supercríticos é lenta e resulta em menores rendimentos quando comparada a metodologias tradicionais de extração. Já a extração com fluidos pressurizados utiliza grandes quantidades de solvente. Uma interessante classe de solventes verdes para extração de óleos de matrizes vegetais são os líquidos expandidos com gás (GXL). As principais vantagens industriais que o GXL apresenta são a operação em baixas pressões (em comparação com a SFE) e uso de menor quantidade de solvente (em comparação com a PLE). Por motivos econômicos e de segurança os líquidos expandidos com CO2 (CXLs) são os mais utilizados. E o etanol (EtOH) é comumente utilizado como solvente líquido principalmente devido a sua não toxidade. Neste trabalho é proposto a extração de óleo de borra de café com scCO2+EtOH (CXL) como uma alternativa aos métodos de extração com solventes orgânicos e a realização da comparação do CXL com outros solventes verdes como o dióxido de carbono supercrítico (scCO2) e etanol pressurizado, por meio dos rendimentos e perfil químico dos óleos. Para a avaliação da influência dos parâmetros do processo sobre as extrações foram obtidas as cinéticas de extração, os perfis de ácido graxo, os teores de compostos fenólicos totais, os perfis de compostos fenólicos e as atividades antioxidantes dos óleos. Este estudo demostrou a viabilidade técnica da utilização de scCO2+EtOH para obtenção de óleo de borra de café. Com o scCO2+EtOH foram obtidos altos rendimentos de óleo utilizando de 10 a 20 MPa, pressões nas quais o uso scCO2 resultou em baixos rendimentos e maiores tempos de extração. A utilização de scCO2+EtOH resultou em rendimentos comparáveis a extração com etanol pressurizado, porém utilizando menor quantidade de etanol e menores tempos de extração. O maior rendimento neste estudo foi de 15,87% utilizando razão mássica de etanol para borra de café (RMEB) de 2:1, 80 °C e 20 MPa, equivalendo a uma recuperação de 109,30% quando comparado com a extração usando n-hexano (14,52 ± 0,12%) e de 101,47% quando comparado com etanol em Soxhlet (15,64 ± 0,04%). Os perfis de ácidos graxos foram semelhantes para as diferentes técnicas de extração (CXL, SFE, PLE e Soxhlet) e condições experimentais. Os principais ácidos graxos encontrados nas amostras foram o ácido linoleico e o ácido palmítico, aproximadamente 45% e 31% do total de ácidos graxos, respectivamente. Os ácidos fenólicos encontrados em maior concentração foram o ácido di-hidroxibenzoico e o ácido caféico. Com scCO2+EtOH (2:1) foram obtidas as maiores concentrações em média de ácidos fenólicos e cafeína. Além disso, os resultados de teor de compostos fenólicos e atividade antioxidante do óleo foram semelhantes aos obtidos com etanol pressurizado, porém utilizando uma quantidade de etanol menor.

Abstract: ABSTRACT Spent coffee grounds (SCG) are the most expressive waste of coffee production. Oil is the most economically and easily extractable component of SCG. And it has several applications in the pharmaceutical, food and fuel industries. The extraction of SCG oil with organic solvents has been extensively studied. However, due to the recent requirement of the law for processes that are more beneficial to the environment and human health, studies of the application of supercritical fluid extraction (SFE) and pressurized liquid extraction (PLE) to obtain SCG oil are being carried out. However, the extraction with supercritical fluids is slow and results in lower yields when compared to traditional extraction methodologies. While the extraction with pressurized liquids uses large amounts of solvent. An interesting class of green solvents for extracting oil from vegetal matrix are the gas-expanded liquids (GXL). The main industrial advantages that the GXL presents are the operation at low pressures (compared to SFE) and use of less solvent (compared to PLE). For economic and safety reasons, CO2-expanded fluids (CXLs) are the most widely used. And ethanol (EtOH) is commonly used as the liquid solvent mainly because of its non-toxicity. In this work it is proposed the extraction of SCG oil with scCO2+EtOH (CXL) as an alternative to the organic solvent extraction methods and the comparison of CXL with other green solvents such as supercritical carbon dioxide (scCO2) and pressurized ethanol, through the yields and chemical profile of the oils. The extraction kinetics, fatty acid profiles, total phenolic compounds contents, profiles of phenolic compounds and the antioxidant activities of the oils were obtained for the evaluation of the influence of the process parameters on the extractions. This study demonstrated the technical feasibility of the use of scCO2+EtOH to obtain SCG oil. In the extraction with scCO2+EtOH, high oil yields were obtained using 10 to 20 MPa, pressures in which the use of scCO2 resulted in low yields and longer extraction times. The use of scCO2+EtOH resulted in yields comparable to pressurized ethanol extraction, but using less ethanol and shorter extraction times. The highest yield in this study was 15.87% using mass ratio of ethanol to SCG (RMEB) of 2:1, 80 ° C and 20 MPa, equivalent to a recovery of 109.30% when compared to the extraction using n-hexane (14.52 ± 0.12%) and 101.47% of recovery when compared to ethanol in Soxhlet (15.64 ± 0.04%). The fatty acid profiles were similar for the different extraction techniques (CXL, SFE, PLE and Soxhlet) and experimental conditions. The main fatty acids found in the samples were linoleic acid and palmitic acid, approximately 45% and 31% of total fatty acids, respectively. The phenolic acids found in the highest concentrations were dihydroxybenzoic acid and caffeic acid. The highest concentrations of phenolic acids and caffeine on average were obtained with scCO2+EtOH (2:1). In addition, in this RMEB the results of phenolic compounds content and antioxidant activity of the oil were similar to those obtained with pressurized ethanol, but using a smaller amount of ethanol.