A seleção da matéria-prima, fibra de palma prensada (FPP), justificou-se por se tratar de um resíduo rico em compostos de aplicação industrial tais como, carotenoides e polissacarídeos, que podem ser transformados em monossacarídeos e oligossacarídeos. O Capítulo 2 consistiu de uma pesquisa do uso de tratamentos hidrotérmicos para a obtenção de oligo- e monossacarídeos a partir de resíduos agrícolas e agroindustriais. Estes compostos têm inúmeras aplicações como matérias-primas na indústria química, alimentícia, cosmética e farmacêutica. Uma das aplicações mais interessantes na indústria de alimentos é a formação de oligossacarídeos, que podem ser utilizados como fibras solúveis para o consumo humano, monossacarídeos que podem ser transformados em álcool ou polióis. A conversão dos polissacarídeos celulose, hemicelulose e amido melhora significativamente utilizando a Tecnologia de Água Sub/Supercrítica, pois atua como meio de reação devido à mudança das propriedades da água em temperaturas e pressões acima das condições normais. Esta mudança de propriedades inclui a diminuição da constante dielétrica que favorece a solubilidade de compostos orgânicos e o incremento do produto iônico da água que favorece as reações ácido-base. Desta forma, dependendo do tipo de polissacarídeo, certas condições de operação promovem diferentes rendimentos de monossacarídeos e oligossacarídeos. Com base nos estudos de hidrólise de compostos modelo e materiais agrícolas (lignocelulósicos e amiláceos), o amido e a hemicelulose são preferentemente convertidos à temperatura inferiores a 200°C, enquanto que a celulose é convertida a temperatura superior a 200°C na formação de oligossacarídeos e monossacarídeos.
No Capítulo 3 o estudo do Processo Integrado de Extração Supercrítica (SFE) da fibra de palma desengordurada com dióxido de carbono seguido sequencialmente da Tecnologia de Hidrólise em Água Subcrítica (SubWH) mostrou-se ser um ótimo modelo de utilização efetiva de resíduos agroindustriais por meio da otimização global do processo. A influência de parâmetros operacionais na extração SFE e SubWH foram investigados com a finalidade de obter um extrato enriquecido em carotenoides e altos rendimentos de oligo- e monossacarídeos, minimizando a formação de produtos de degradação de açúcares, nos produtos hidrolisados. Na extração SFE ocorreu o fenômeno de inversão da isoterma de rendimento global nas temperaturas de 45°C (318 K) e 55ºC (328 K) devido à influência da densidade e solubilidade antes e depois do ponto de inversão. O
extrato supercrítico com maior conteúdo de carotenoides foi encontrado à temperatura de 318 K, 15 MPa e razão S/F de 30 com rendimento de extrato de 2,3% b.s. e concentração de carotenoide no extrato de 800 g -caroteno/g extrato. A fibra de palma prensada desengordurada obtida após a extração por fluido supercrítico foi usada como matéria- prima para os experimentos SubWH. O rendimento de açúcares redutores totais nos produtos hidrolisados foram de 4 a 11 g glicose/100 g carboidrato para 423 K (150°C), seguido de 11 a 23 g glicose/100 g carboidrato para 523 K (250°C) até 16 a 20% g glicose/100 g carboidrato para 673 K (400°C) nas condições de pressão de 15 e 25 MPa, e razão S/F de 120 e 240. A conversão da biomassa resultou entre 40 e 97% da fibra de palma inicial e os valores aumentaram com o aumento da temperatura, indicando a formação de subprodutos tais como furfural e 5-hidroximetilfurfural (produtos de degradação de açúcares). Por outro lado, a melhor seletividade na formação de sacarídeos sobre os produtos de degradação foi encontrada para a condição de 423 K (20 a 59 mol glicose/mol equivalente furfural). Os valores de pH variaram entre 3 e 5. Nesta segunda etapa de hidrólise da fibra de palma prensada, a condição de operação adequada na alta formação de sacarídeo e baixo produto de degradação de açúcares foi de 523 K, 15 MPa, S/F de 120 e tempo de residência de 2,5 minutos com rendimento de açúcares redutores totais de 23 g de glicose/100 g de carboidrato e conversão de 85%.
O uso de etanol como solvente limpo na obtenção de extratos enriquecidos com carotenoides da fibra de palma prensada a alta e baixa pressão foi também estudado com o objetivo de explorar técnicas de extração alternativas ao SFE que possam extrair altas quantidades de carotenoides contidos na fibra de palma prensada (Capítulo 4). A obtenção de extratos ricos em carotenoides a partir de matrizes vegetais é altamente desejável nas indústrias de alimentos, farmacêutica e cosmética. Os resultados das comparações das técnicas a baixa pressão Soxhlet e percolação, com a técnica a alta pressão de extração por fluidos pressurizados mostraram que o rendimento de carotenoides para o processo PLE na condição de 308 K (35°C), 4 MPa, 2,4 g/min e 17 min de tempo dinâmico (305 ± 18 g -caroteno/g extrato e 713 ± 46 g -caroteno/g extrato) foi maior do que o processo LPSE-SOX num tempo de 6 h (142 ± 13 g - caroteno/g extrato e 317 ± 46 g -caroteno/g extrato) e o processo LPSE-PE na condição de 308 K (35°C), 2,4 g/min e 17 min de tempo dinâmico (79 ± 9 g -caroteno/g extrato e 195 ± 20 g -caroteno/g extrato). A análise económica utilizando diferentes capacidades de extratores de 0,005 m3, 0,05 m3 e 0,5 m3 mostrou que os mais baixos
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custos de manufatura (COM) foram obtidos utilizando extração por líquido pressurizado, demostrando desta forma a viabilidade econômica de tecnologias a altas pressões.
Após a obtenção dos resultados obtidos nos Capítulos 3 e 4, relacionados com as técnicas de extração que favorecem a obtenção de um extrato rico em carotenoides, um estudo cinético nas melhores condições de operação que resultaram em altos rendimentos de carotenoides no extrato foi realizado utilizando tecnologia a altas pressões (Capítulo 5). Neste estudo, as condições de operação utilizadas no processo PLE foram de 35°C, 4 MPa, 2.4 g/min e relação S/F de 1, 2, 4, 8, 12, 16 e 20. Da mesma forma, as condições de operação estudadas no processo SFE foram de 328 K (45°C), 15 MPa, 3.4 g/min e S/F de 2, 4, 6, 12, 16, 20, 30 e 40. Os rendimentos de extrato e recuperação de carotenoides no processo PLE e S/F de 20 foram de 42,6 ± 0,2 mg extrato/ g PPF b.s. (1137 ± 54 g -caroteno/g extrato e 2740 ± 110 g -caroteno/g extrato). No processo SFE, os rendimentos de extrato e recuperação de carotenoide no S/F de 20 foram de 58 ± 3 mg extrato/g PPF b.s. (461 ± 211 g -caroteno/g extrato e 1144 ± 439 g -caroteno/g extrato). A relação S/F obtida da modelagem por meio do ajuste de 3 retas dos períodos de etapa de taxa constante de extração, taxa decrescente de extração e período difusional foi de 7 e 10 para os processos PLE e SFE. No entanto, a recuperação de carotenoides e concentração de carotenoides no extrato neste S/F foi 30 - 50% do total de carotenoides obtido no final da extração. Diante disto, o COM em cada ponto de cinética foi estimado com o objetivo de encontrar a relação S/F que maximize a produção de carotenoides com os menores valores de custo de extrato. Para o processo PLE e SFE os menores valores de COM foram encontrados nas capacidades de extratores industriais de 0,05 m3 e 0,5 m3. Para o processo PLE, na razão S/F de 8 obtiveram-se os menores valores de COM e COM* específico: US$30,4/kg extrato e US$0,02/g carotenoide para 0,5 m3. Uma tendência similar foi observada para o processo SFE com valores de COM de US$30,8/kg extrato e US$0.08/g carotenoide para 0,5 m3. Baseados nestes resultados, o processo PLE apresenta uma melhor vantagem econômica que o processo SFE e pode ser considerado como a primeira etapa do processo integrado de obtenção de extrato rico em carotenoides seguido do processo SubWH para a obtenção de produtos hidrolisados.
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