APLICAÇÃO DO PLANEJAMENTO FATORIAL PARA A OTIMIZAÇÃO DA EXTRAÇÃO DE ÓLEO ESSENCIAL DE Eucalyptus viminalis

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Texto

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APLICAÇÃO DO PLANEJAMENTO FATORIAL PARA A

OTIMIZAÇÃO DA EXTRAÇÃO DE ÓLEO ESSENCIAL DE Eucalyptus

viminalis

Priscila Morgana Cogo [PIBIC/Voluntário] 1, Sirlei Dias Teixeira [orientador] 1,2, Francyne Ferrari [Colaborador] 1, Carolina Sefstrom [Colaborador]1

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COQUI – Coordenação de Química

2

PPGTP – Programa de Pós-Graduação em Tecnologia de Processos Químicos e Bioquímicos Campus Pato Branco

Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR

Via do Conhecimento, Km 1 - Pato Branco/PR, Brasil - CEP 85503-390

priscilapmc@hotmail.com, sirlei@utfpr.edu.br, fran.npi@hotmail.com, carolinasefstrom@yahoo.com.br

Resumo - Óleo essencial é formado a partir dos metabólitos secundários das plantas, sendo extraídos de

diferentes partes de uma planta. Sua composição é basicamente de terpenos. O óleo essencial de eucalipto possui diferentes finalidades, na indústria de fármacos, perfumaria, produtos de limpeza, etc. Para identificar quais as variáveis que interferem no rendimento de um processo é preciso otimizar o método, ou seja, definir as variáveis e aplicar um planejamento fatorial, a fim de obter o melhor resultado do processo. Neste trabalho de obtenção de óleo essencial de Eucalyptus viminalis, foi realizado um planejamento fatorial do método de extração por hidrodestilação em aparelho de Clevenger, com o objetivo de analisar quais as melhores condições de extração para poder obter o maior volume de óleo essencial. Folhas e galhos de E. viminalis foram utilizados como material vegetal. Através do planejamento fatorial foi possível observar que as variáveis que mais influenciaram no volume de óleo essencial obtido foram biomassa e tempo de secagem do material vegetal. O tempo de extração e a superfície de contato não interferiram significativamente. Essas informações são de extrema importância, principalmente quando se tem interesse na obtenção de óleo essencial em escala industrial.

Palavras-chave: Planejamento fatorial, Hidrodestilação, Óleo essencial, Eucalyptus viminalis.

Abstract - Essential oil is formed from the secondary metabolites of plants, being extracted from different parts

of a plant. Its composition is mainly of terpenes. The eucalyptus essential oil has different purposes in industry, pharmaceuticals, perfumes, cleaning products, etc.. To identify the variables that affect the performance of a process is necessary to optimize the method, ie, define the variables and apply a factorial design in order to get the best outcome. This work to obtain the essential oil of Eucalyptus viminalis, we performed a factorial design method of extraction by hydrodistillation in a Clevenger apparatus with which to analyze the best conditions of extraction in order to obtain the largest amount of essential oil. Leaves and twigs of E. viminalis were used as plant material. Through factorial design was possible to observe that the variables that most influence the volume of essential oil were obtained and biomass drying time of the plant material. The extraction time and contact surface not affected significantly. This information is extremely important, especially when one is interested in obtaining essential oil on an industrial scale.

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INTRODUÇÃO

Umas das formas de economia associada a preservação ambiental foi a plantação de eucalipto, onde “o gênero Eucalyptus destaca-se pela grande plasticidade e por desenvolver-se com alto vigor em diferentes condições ecológicas” [1].

Dentre as diferentes finalidades do eucalipto, uma vem se destacando, que é a obtenção de óleo essencial, devido a aplicação dos componentes desse óleo, onde “entre as mais de 600 espécies de eucalipto existentes, em torno de 20 são citadas pela produção de óleo essencial, com interesse pela gama de constituintes químicos presentes em cada um desses óleos” [1].

“Eucalyptus viminalis Labill é uma árvore nativa das florestas da Austrália. Ela ocorre

ao longo de uma ampla gama de condições de chuva e tipos de solo no sudeste da Austrália” [2]. “E. viminalis se apresentou como uma árvore de grande interesse para ser introduzido em muitos países ao redor do mundo por causa da combinação de bom crescimento e tolerância à geada” [2].

Os óleos essências são “formados por misturas que envolvem de 50 a mais de 100 compostos orgânicos voláteis. Esses compostos podem ser desde hidrocarbonetos terpênicos, alcoóis simples e terpênicos, aldeídos, cetonas, fenóis, ésteres, óxidos, peróxidos, furanos, ácidos orgânicos, lactonas, cumarinas, até compostos com enxofre” [1].

A otimização é uma forma de aprimorar o desempenho de um determinado sistema ou metodologia de análise. Existem vários métodos para realizar a otimização de um sistema, entre eles o mais utilizado é o planejamento fatorial que “é o mais indicado quando se deseja estudar os efeitos de duas ou mais variáveis de influência, sendo que em cada tentativa ou réplica, todas as combinações possíveis dos níveis de cada variável são investigadas” [3].

Através do planejamento fatorial de experimentos, sendo aplicado na obtenção de óleo essencial de eucalipto, é possível avaliar quais são as variáveis que interferem no rendimento deste óleo, avaliando, também, qual a melhor condição para a extração de óleo essencial em escala laboratorial e industrial.

O presente artigo consiste no planejamento fatorial para obtenção do óleo essencial de

Eucalyptus viminalis obtido na região sudoeste do Paraná, onde a extração desse óleo foi

realizada por hidrodestilação em aparelho de Clevenger. O planejamento fatorial foi realizado a fim de avaliar quais as variáveis que influenciam no rendimento do óleo essencial.

METODOLOGIA

Amostras. O material vegetal (folhas e galhos) de Eucalyptus viminalis foi coletado na região

sudoeste do Paraná na cidade de Palmas, e levado até o laboratório da UTFPR – campus Pato Branco, onde permaneceu em processo de secagem a temperatura ambiente, a fim de reproduzir o ambiente das florestas de eucalipto.

Extração do óleo essencial. Foi realizada a secagem do material vegetal nos tempos de 24,

48 e 72h, a partir do momento da coleta, onde em seguida foi realizada a extração do óleo essencial por hidrodestilação em aparelho de Clevenger, utilizando as folhas e galhos. O tempo de secagem do material vegetal, biomassa, tempo de extração e superfície de contato, foram as variáveis utilizadas para o planejamento fatorial, com o intuito de otimizar o processo de obtenção de óleo essencial de E. viminalis.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Inicialmente foi realizado o planejamento fatorial do experimento, onde foram levadas em consideração quatro variáveis: tempo de secagem do material vegetal, biomassa utilizada, tempo de extração e superfície de contato. Foram utilizadas essas variáveis de maneira a

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verificar qual(is) seria(m) a(s) variável(is) que poderia(m) interferir no rendimento de óleo essencial. Esse planejamento fatorial foi da ordem de 24. Na tabela 1 é possível visualizar os resultados do planejamento fatorial, que teve por objetivo a otimização do processo de obtenção de óleo essencial de E. viminalis.

Tabela 1 – Resultados dos volumes obtidos (em mL) de óleo essencial E. viminalis por hidrodestilação a partir do planejamento fatorial realizado.

Extração Tempo de secagem (h) Biomassa (g) Superfície de contato (cm) Tempo de extração (h) Volume obtido (mL) 1 24 20 Mínimo 2 0,25 2 72 20 Mínimo 2 0,30 3 24 60 Mínimo 2 0,90 4 72 60 Mínimo 2 1,10 5 24 20 Máximo 2 0,30 6 72 20 Máximo 2 0,40 7 24 60 Máximo 2 0,85 8 72 60 Máximo 2 1,20 9 24 20 Mínimo 4 0,40 10 72 20 Mínimo 4 0,40 11 24 60 Mínimo 4 1,00 12 72 60 Mínimo 4 1,50 13 24 20 Máximo 4 0,30 14 72 20 Máximo 4 0,30 15 24 60 Máximo 4 0,70 16 72 60 Máximo 4 1,10 17 48 40 Médio 3 0,50 18 48 40 Médio 3 0,90 19 48 40 Médio 3 0,70

A partir desses dados do planejamento fatorial e também dos resultados das extrações, foi possível realizar um tratamento desses dados, verificando quais as variáveis que influenciaram no rendimento do óleo essencial. No gráfico de Pareto (Figura 1) é possível visualizar que as variáveis que tiveram mais influência no volume obtido de óleo essencial e no processo de hidrodestilação, foram à biomassa e o tempo de secagem do material vegetal. A superfície de contato e o tempo de extração não tiveram uma influência significativa.

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Standardized Pareto Chart for rendimento 0 2 4 6 8 10 12 Standardized effect AC BD AD D:tempo de extração BC C:superfície contato CD AB A:tempo de secagem B:biomassa +

-Figura 1: Gráfico de Pareto

A interação entre as variáveis A e B também foram significativas, onde quanto maior a variável A e a variável B, maior será o volume de óleo essencial obtido, se observa isto no gráfico de contorno (Figura 2) e na Figura 3 a seguir:

Contours of Estimated Response Surface superfície contato=0,0,tempo de extração=0,0

-1 -0,6 -0,2 0,2 0,6 1 tempo de secagem -1 -0,6 -0,2 0,2 0,6 1 b io m a ssa rendimento 0,31 0,41 0,51 0,61 0,71 0,81 0,91 1,01 1,11 1,21 1,31 1,41

Figura 2: Gráfico de contorno – interação entre as variáveis A e B

0,351974 0,864474

Square Plot for rendimento

superfície contato=0,0,tempo de extração=0,0

tempo de secagem bi oma ssa -1,0 1,0 -1,0 1,0 0,314474 1,22697

Figura 3: Gráfico de variação do volume de óleo essencial obtido com alterações na biomassa e tempo de secagem

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Possivelmente a variável tempo de secagem do material vegetal, interferiu devido ao fato de que as folhas do eucalipto possuem grande tendência em acumular água, então quanto maior o tempo de exposição das folhas a temperatura ambiente, para secagem, maior volume de óleo essencial estará concentrado nas mesmas, portanto, maior será a facilidade de obtenção desse óleo. Portanto, quanto maior o tempo de secagem maior o volume de óleo essencial obtido.

CONCLUSÕES

Com o planejamento fatorial foi possível observar quais as variáveis que interferem no volume de óleo essencial, definindo-se dessa forma, quais as melhores condições para a obtenção de óleo essencial de E. viminalis. A otimização de um processo acarreta muitas vantagens, como, economizar tempo, reduzir gastos e dispersão de materiais, além de aumentar o grau de confiança nos resultados.

Ao ser possível identificar as variáveis de interferência, também é possível trabalhar com apenas elas, assim encontra-se as melhores condições, para se ter o melhor rendimento.

Avaliando esse rendimento, em que uma das variáveis que interferiu foi o tempo de secagem do material vegetal e interpretando os gráficos, se percebe que quanto maior o tempo de secagem maior o rendimento, então é possível agregar valor ao resíduo deixado nas propriedades. O resíduo que fica pós-colheita da madeira estando em bom estado (sem estar fungado ou deteriorado) e também permanecendo por mais de 72 horas na propriedade, poderá render um bom volume de óleo essencial, podendo ser destinado a um fim comercial e industrial.

A variável que mais interferiu foi a biomassa utilizada, seguida do tempo de secagem do material vegetal. O tempo de extração e a superfície de contato não interferiram significativamente.

Essas informações são de extrema importância, principalmente quando se tem interesse na obtenção de óleo essencial em escala industrial.

AGRADECIMENTOS

À UTFPR pelo apoio a pesquisa e utilização dos laboratórios de Química, ao prof. Dr. Márcio Barreto Rodrigues pelo auxílio no desenvolvimento do planejamento fatorial.

REFERÊNCIAS

[1] CASTRO, Nilmar E. A. de. Caracterização fotoquímica de óleos essenciais de

eucalipto e seu efeito sobre o protozoário tripanosomatídeo Herpetomonas samuelpessoai. 2006. p. 82. Tese – Universidade Federal de Lavras. Lavras – MG. 2006.

[2] CAPPA, E. P.; PATHAUER, P. S.; LOPEZ, G. A. Provenance variation and genetic

parameters of Eucalyptus viminalis in Argentina. Tree Genetics & Genomes. n. 6: p. 981–

994. 2010.

[3] CUNICO, M. W. M.; CUNICO, M. M.; MIGUEL, O. G.; ZAWADZKI, S. F.; PERALTA-ZAMORA, P.; VOLPATO, N. Planejamento Fatorial: Uma Ferramenta

Estatística Valiosa para a Definição de Parâmetros Experimentais Empregados na Pesquisa Científica. Visão Acadêmica, Curitiba, v. 9, n.1, p. 23-32. Jan. - Jun./2008.

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