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TÍTULO: OBTENÇÃO DO ÓLEO DE MORINGA OLIFEIRA LAM POR MEIO DE EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO PARA TRATAMENTO DE ÁGUA DE REUSO
CATEGORIA: CONCLUÍDO
ÁREA: CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA SUBÁREA: Engenharias
INSTITUIÇÃO: UNIVERSIDADE SANTA CECÍLIA - UNISANTA
AUTOR(ES): NATALLYAM VARGAS DE BARROS, BRUNA PAIVA DA SILVA, VITÓRIA MARTINS DE LIMA MOSCATELLI, MARIANA SANTOS DA SILVEIRA
ORIENTADOR(ES): DEOVALDO DE MORAES JÚNIOR, LUIZ RENATO BASTOS LIA, NELIZE MARIA DE ALMEIDA COELHO
OBTENÇÃO DO ÓLEO DE MORINGA OLIFEIRA LAM POR MEIO DA
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO PARA TRATAMENTO DE ÁGUA DE
REUSO
1. RESUMO
A demanda para um eficiente tratamento de água e esgoto cresce proporcionalmente ao aumento populacional e à imposição de legislações mais rígidas. As diferenças apontadas entre os países desenvolvidos e os que estão ainda em processo de desenvolvimento evidenciam que a crise hídrica está diretamente ligada às desigualdades sociais, sendo as comunidades e micro comunidades instaladas em zonas rurais, em áreas afastadas e de risco as mais prejudicadas quanto ao recebimento de água tratada. O tratamento convencional da água utiliza um coagulante à base de alumínio, no entanto além de produzir lodos que agridem o meio ambiente, a exposição ao alumínio se apresenta como um fator de risco para diversas desordens mentais. Soma-se a isso, o alto custo de transporte desse químico para regiões isoladas. Um dos métodos alternativos avaliados para substituição do sulfato de alumínio no processo de tratamento de água é o óleo extraído da semente de
Moringa Oleifera Lam. Esse produto natural possui a vantagem de ser biodegradável,
de baixo custo, não tóxico, de fácil cultivo e, além de possuir propriedades coagulantes, ainda tem potencial bactericida. O objetivo do presente estudo foi avaliar e otimizar os parâmetros de processo e produção do óleo da semente de Moringa, através da extração Soxhlet, para maximizar o rendimento da produção desse bem, visando sua utilização no tratamento e a consequente valorização de água de reuso. Foram avaliados, através de um planejamento de experimentos realizado em triplicata, o tempo de extração e o tipo de substrato em relação à produção percentual de óleo. Os resultados obtidos (26,18% com semente in natura) demonstraram que não é necessária uma extração além de 3h, pois gasta-se uma energia excessiva para pouco aproveitamento. A extração da casca não teve uma obtenção significativa de óleo (inferior a 4%), mostrando que não compensa sua extração.
Palavras chave: Moringa Oleifera Lam, tratamento de água, coagulante natural,
2. INTRODUÇÃO
A preservação e o uso racional da água é um assunto recorrente do século XXI, pois os impactos sociais e ambientais causados pela deficiência e má utilização desse bem são alarmantes. A crise hídrica brasileira que se instaurou a partir de 2014 é um exemplo recente desse tema e narra a dificuldade de distribuição de água, principalmente de boa qualidade, quando o crescimento populacional, industrial e da agricultura coexistem com a falta de prioridade de políticas públicas, o desperdício e a diminuição do número de chuvas pelo alto índice de desmatamento. Ao longo do tempo, os níveis dos reservatórios diminuem e a água residual que atende principalmente as comunidades ribeirinhas, a população de baixa renda e os municípios isolados é de péssima qualidade.
O processo utilizado para o tratamento da água proveniente das redes de distribuição pública envolve diversas etapas, divididas em: captação, coagulação, floculação, decantação, filtração, cloração, fluoretação, armazenamento e distribuição (RICHTER; NETO, 1991).
O coagulante químico mais utilizado no Brasil para o tratamento público de água é o sulfato de alumínio em função de sua elevada eficácia na redução da turbidez e de seu preço atrativo. No entanto, nos municípios mais isolados do país, os custos relativos ao seu transporte comprometem sua utilização e o tratamento de água fica deficiente (ARANTES; RIBEIRO; PATERNIANI, 2012). Além disso, a alta concentração de alumínio na natureza, originária principalmente do tratamento de água, é muito polêmica no mundo todo, estando associada ao aumento da incidência de desordens mentais como a demência e sendo um fator de risco para o desenvolvimento do Mal de Alzheimer (MARTIN; MENG; CHIA, 1989). Portanto, a geração de flocos ricos em alumínio durante o processo de decantação representa um passivo ambiental que necessita de conhecimento técnico para descarte apropriado, comprometendo a viabilidade do tratamento convencional da água em comunidades carentes.
Nesse contexto, os coagulantes/floculantes naturais têm demonstrado vantagens em relação aos químicos, especificamente em relação à biodegradabilidade, baixa toxicidade e baixo índice de produção de Iodo residual (MATOS, 2004). Soma-se à essas vantagens, o baixo custo, a alta disponibilidade e a capacidade de cultivo, armazenamento e manipulação in loco em comunidades carentes e isoladas. Dentre os coagulantes naturais, o óleo de Moringa (Moringa
Oleifera Lam - Figura 1), espécie perene da família Moringacea originária do nordeste
da Índia, tem sido apontado como uma excelente oportunidade de exploração, principalmente devido a sua fácil adaptação em vários solos e sua tolerância à seca, o que vai de encontro às regiões com menor Índice de Desenvolvimento Humano (IDH) brasileiro (THE AGROFORESTRY INFORMATION SERVICE, 1993) (ÖZCAN, 2018). Amplamente distribuída pelos países da Ásia e África, sua semente produz óleo para lubrificação de maquinários delicados, tem participação na fabricação de perfumes, além de suas folhas e caule serem utilizadas como suplemento nutricional, pois contém quantidades significativas de vitaminas A, B, C, E, íons Ca2+, Fe e
proteínas, o que faz com que as sementes tenham um valor alto na indústria (DUKE, 1987) (FERREIRA et al., 2008). Outro estudo avaliou a estrutura interna das sementes de moringa e apontou características antioxidantes e antimicrobianas interessantes do ponto de vista mercadológico (SENTHILKUMAR et al., 2019).
Figura 1: A) Árvore de Moringa Oleifera Lam. B)Semente da Moringa para extração do óleo com propriedades coagulantes e bactericidas.
Fonte: https://sementescaicara.bbshop.com.br/cart, 2019.
Os benefícios presentes na Moringa Oleifera já possuem algumas aplicações exploradas pelo mercado como o uso de nanofibras da semente em queijos para o combate de bactérias na conservação do alimento (LIN; GU; CUI, 2019) e da adição de sementes no Biodiesel para conter reações oxidativas no combustível (VALENGA et al., 2019). Já no campo do tratamento de águas residuárias, o óleo da semente de
B A
Moringa age como um coagulante natural, substituindo o alumínio na etapa de coagulação e apresentando redução da turbidez da água entre 80,0 a 99,5 % e remoção de bactérias entre 90 e 99 % (SANTOS et al., 2010) (NDABIGENGESERE; NARASIAH; TALBOT, 1995). De acordo com (FRANCO, 2010), com uma dose de semente adequada é possível alcançar uma redução de 98 a 100 % da contagem de coliformes fecais de águas grosseiras que exibiam, inicialmente, alta turbidez.
Através do exposto, a proposta do presente estudo foi aprimorar quantitativamente o processo de extração Soxhlet do óleo de Moringa Oleifera Lam, para o futuro desenvolvimento de um produto de mercado de baixo custo para tratamento de água de reuso. Dessa forma, melhorar a qualidade de vida de populações carentes e, muitas vezes, distantes de políticas públicas inclusivas no que tange a mínima qualidade da água para consumo, ou mesmo um produto para a população regular que utiliza a água da chuva como forma de contribuir para o uso sustentável desse bem.
3. OBJETIVO
O objetivo do presente estudo foi avaliar e otimizar os parâmetros de processo e produção do óleo da semente de Moringa, através da extração Soxhlet, para maximizar o rendimento da produção desse bem, visando sua utilização no tratamento e valorização de água de reuso.
4. METODOLOGIA
Os ensaios referentes à extração do óleo da Moringa Oleifera foram realizados no Laboratório de Operações Unitárias da Universidade Santa Cecília (UNISANTA), localizada em Santos/SP. O método selecionado se deu através do aparelho Soxhlet, que tornou possível a extração do produto de interesse através de um sistema contínuo utilizando hexano como solvente.
Nesse processo de extração contínua, o hexano aquecido no balão entrava em ebulição e o vapor formado subia pelo tubo lateral até o condensador, onde sofria condensação, gotejando no extrator e cobrindo o cartucho. Quando o nível do hexano atingia o sifão, este era evacuado pelo braço lateral, carregando o óleo extraído da semente da moringa. O processo foi repetido enquanto o sistema ficava
A
em aquecimento, com o objetivo de enriquecer o solvente com o óleo extraído. Após o resfriamento, o solvente era removido por destilação e reciclado. Na Figura 2 são apresentadas as vidrarias e a montagem do aparato experimental utilizado.
Unidade de extração composta por: 1) Saída de água, 2) Condensador, 3) Garra, 4) Entrada de água, 5) Extrator Soxhlet, 6) Corrente de vapor, 7) Cartucho de celulose, 8) Braço lateral, 9) Amostra, 10) Balão, 11) Solvente e 12) Manta aquecedora.
Unidade de destilação composta por: 1) Termômetro, 2) Tubo três vias, 3) Balão, 4) Manta aquecedora, 5) Saída de água, 6) Condensador, 7) Entrada de água, 8) Tubo de duas vias e 9) Erlenmeyer.
Figura 2: Procedimento experimental composto pelas etapas: A) extração com Soxhlet e B) recuparação do solvente por destilação.Fonte: Própria, 2019.
O planejamento de experimentos foi feito de acordo com a Tabela 1 e em triplicata.
Tabela 1: Planejamento experimental para o presente estudo. Número do Ensaio Extrato Tempo Extração (h) 1 Semente Natural 6 2 Semente Seca * 6 3 Casca 6 4 Semente Natural 3 5 Semente Seca * 3 6 Casca 3 7 Semente Natural 2 8 Semente Seca * 2 9 Casca 2 10 Semente Natural 1 11 Semente Seca * 1 12 Casca 1 *seca a 90º por 24h 5. DESENVOLVIMENTO
O processo de extração se iniciou com o preparo do cartucho, o qual foi preenchido até 2 mm da borda com, aproximadamente, 25 g do extrato e fechado com uma camada de algodão. Em seguida, o cartucho foi posicionado verticalmente no extrator Soxhlet, e este foi acoplado a um balão volumétrico de vidro contendo 150 ml de hexano PA e a um sistema de aquecimento proporcionado por uma manta aquecedora. Foi tirada uma amostra de 2 ml depois de destilado, para análise da composição do óleo. É importante observar que todos os ensaios foram realizados em triplicata para garantir que os efeitos observados foram provenientes das condições experimentais e não de interferências externas.
O óleo da semente de moringa extraído será avaliado como coagulante natural e bactericida em três tipos de água: água de rio, água de represa e água de reuso (chuva) segundo a proporção utilizada de óleo e a variação dos parâmetros de qualidade da água como cor, turbidez, pH, contagem microbiológica, DBO e DQO.
6. RESULTADOS
O equipamento foi testado inicialmente para que fosse encontrado um tempo ideal de extração no qual a semente mostrasse uma eficácia na geração do óleo e também em toda questão financeira que envolve o processo. Isso porque esse tempo limite permite obter informações das quais é possível ser feita uma filtragem dos resultados e assim conseguir um processo, material e método otimizados para que a extração seja eficaz tanto no quesito produto final quanto financeiro. O tempo ideal obtido foi de 3 horas de extração, no qual já se observou que após esse tempo a quantidade de óleo extraída não gerou uma quantidade significativa em relação ao tempo mínimo de três horas. A fim de possuir uma gama maior de informações sobre a semente foram feitos testes em algumas variações da Moringa, como sua casca, e a semente, tanto in natura quanto seca, para um maior aproveitamento da semente.
Apresenta-se na Figura 3 os resultados obtidos através das extrações do óleo da semente da Moringa natural, seca e de sua casca em 4 etapas, sendo elas a extração de 1 hora, 2 horas, 3 horas e 6 horas. É possível observar no processo de extração que a curva está mais elevada para o tempo de 3 horas e 6 horas. Sendo que a semente natural em 3 horas teve um rendimento de 26,18% e em 6 horas 28,18%. No caso da semente seca em 3 horas forneceu um rendimento de 23,62% e em 6 horas 27,61% e já no caso da casca seus rendimentos foram muito baixos tornando-o seu processo inviável.
30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 Tempo de Extração (h)
Figura 3: Resultado dos Ensaios
Semente Natural Casca Semente Seca R en di m ent o (%)
Determinou-se que apesar do rendimento obtido em 6 horas de extração ser superior ao de 3 horas ele não é o ideal, já que sua duração é superior e o rendimento obtido não tem uma significância tão grande em relação ao de três horas, isso torna o processo mais longo e com menos custo benefício.
Levando-se em consideração os fatos anteriormente mencionados foi visto que a extração de óleo da semente em 3 horas foi o que mais se qualificou, tanto do ponto de vista produtivo (quantidade de óleo), quanto financeiro.
Em relação ao o processo de extração que forneceu o melhor rendimento foi à semente natural (de 15 a 28,18%), em seguida a semente seca (de 18,61 a 27,61%) e por fim a casca com rendimento abaixo de 4%.
7. CONSIDERAÇÕES FINAIS
De acordo com os resultados do presente estudo pode-se concluir que a semente natural extraída em 3 horas é a operação mais viável para o de tratamento de água de reuso.
8. FONTES CONSULTADAS
ARANTES, C. C.; RIBEIRO, T. A. P.; PATERNIANI, J. E. S. Processamento de sementes de Moringa oleifera utilizando-se diferentes equipamentos para obtenção de solução coagulante. Revista Brasileira de Engenharia Agrícola e Ambiental, v. 16, n. 6, p. 661–666, 2012.
DUKE, J. A. Moringa a multipurpose tree that purifies water. Science and
Technology for Environment and Natural Resources, p. 19–28, 1987.
FERREIRA, P. M. P. et al. Moringa oleifera: compostos bioativos e potencialidade nutricional. Rev. Nutr., v. 21, n. 4, p. 431–437, 2008.
FRANCO, M. Uso de coagulante extraído de sementes de Moringa Oleifera
como auxiliar no tratamento de água por filtração em múltiplas etapas. [s.l.]
Universidade de Campinas, 2010.
LIN, L.; GU, Y.; CUI, H. Moringa oil/chitosan nanoparticles embedded gelatin
aureus on cheese. Food Packaging and Shelf Life, v. 19, p. 86–93, 1 mar. 2019. MARTIN, M.; MENG, Y. B.; CHIA, W. Regulatory elements involved in the tissue- specific expression of the yellow gene of Drosophila. MGG Molecular & General
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MATOS, A. T. Práticas de manejo e tratamento de resíduos agroindustriais. Caderno Di ed. Viçosa: Associação dos Engenheiros Agrícolas de Minas Gerais, 2004.
NDABIGENGESERE, A.; NARASIAH, K. S.; TALBOT, B. G. Active agents and mechanism of coagulation of turbid waters using Moringa oleifera. Water Research, v. 29, n. 2, p. 703–710, 1995.
ÖZCAN, M. M. Moringa spp: Composition and bioactive properties. South African
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RICHTER, C. A.; NETO, J. M. A. Tratamento de água - Tecnologia atualizada. 1. ed. São Paulo: Edgar Blucher, 1991.
SANTOS, L. M. et al. Tratamento de água residuária de curtume com utilização de sementes de moringa (Moringa oleifera L.). Revista Agro@Mbiente on-Line, v. 4, n. 2, p. 96–101, 2010.
SENTHILKUMAR, A. et al. Essential oil from the seeds of Moringa peregrina:
Chemical composition and antioxidant potential. South African Journal of Botany, 8 fev. 2019.
THE AGROFORESTRY INFORMATION SERVICE. Moringa oleifera: A Perfect Tree for Home Gardens. Agroforestry Species Highlights, n. April, p. 5, 1993.
VALENGA, M. G. P. et al. Agro-industrial waste and Moringa oleifera leaves as
antioxidants for biodiesel. Industrial Crops and Products, v. 128, p. 331–337, 1 fev. 2019.
