DESCOLORAÇÃO DO LICOR DE MALTODEXTRINA UTILIZANDO
CARVÃO ATIVADO GRANULADO DE OSSOS BOVINOS
Thiago Luiz Belo Pasa1, Gilberto da Cunha Gonçalves1
Campus Toledo
Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR Rua Cristo Rei, 19 CEP 85902-490- Toledo - PR - Brasil
thiagopasa@hotmail.com, cunha@utfpr.edu.br
Resumo - A maltodextrina é produzido a partir da hidrólise enzimática do amido, tem aplicações importantes nas indústrias alimentícias e farmacêuticas, entre outras. As características desejáveis para o licor na preparação de alimentos processados incluem a coloração que não interfira no produto final, o que demonstra uma grande importância na descoloração. O objetivo deste estudo é avaliar a descoloração isotermica do licor de maltodextrina usando carvão ativado a partir de ossos granulado. Os testes experimentais foram realizados com 50 ml de licor de maltodextrina não clarificado com 34 º Brix e diferentes massas de carvão ativado a partir de ossos granulados, que estiveram em agitação recíproca a diferentes temperaturas. Os dados experimentais foram ajustados aos modelos de Langmuir e Freundlich.
Palavras-chave: Carvão ativado granulado; Maltodextrina; Descoloração; Isoterma.
Abstract - Maltodextrin is produced from enzymatic hydrolysis of starch, has major applications in the food and pharmaceutical industries among others. The desirable characteristics for the liquor in the preparation of processed foods include, staining that does not interfere in the final product, which shows a great importance in discoloration. The objective of this study is to evaluate the isotherm discoloration of the maltodextrin liquor using activated coal from granular bones. The experimental tests were performed using 50 ml of maltodextrin liquor not clarified with 34 º Brix and different masses of activated coal from granular bones, which stayed in reciprocal agitation at different temperatures. The experimental data were fitted to Langmuir and Freundlich models.
Keywords: Granular activated carbon; Maltodextrin; Discoloration; Isotherm.
INTRODUÇÃO
As maltodextrinas são biopolímeros originados da hidrólise parcial do amido, utilizando-se enzimas α-amilases, e têm extensa utilização como ingredientes por proporcionar características desejáveis a alimentos processados [1], [2]. Uma representação desse biopolímero está apresentada na figura 1.
Figura 1. Estrutura das maltodextrinas Fonte: [3]
A produção e o consumo de maltodextrina vêm aumentando consecutivamente ao passar dos anos devido sua ampla faixa de aplicações nas indústrias do ramo alimentício, podendo ser acrescentado nos mais diversos produtos, como formulações infantis, pós para preparo de bebidas (como achocolatados, capuccino em pó), produtos dietéticos e energéticos, formulados sólidos, coberturas para confeitaria, encapsulamento de aromas e derivados, panificação, entre outros [4]. Dependendo da aplicação, a maltodextrina pode ser adquirida na forma clarificada ou não-clarificada, diferenciando apenas na interferência ou não da cor nas características finais do produto formulado na qual a maltodextrina for adicionada.
O processo de fabricação da maltodextrina clarificada e não-clarificada é praticamente idêntico, diferindo apenas pela etapa de descoloração do licor antes da filtração. Primeiramente, a matéria-prima (amido) é diluida em água, em tanques com agitação constante, formando-se uma suspensão. Essa suspensão é encaminhada até tanques de recebimento no setor da conversão para efetuar a reação ou “quebra” enzimática utilizando enzima específica, a α-amilase [5]. Após efetuar as reações enzimáticas de degradação da cadeia de amido, a suspensão formada, conhecida como “licor”, é um produto com diferentes teores de açúcar, apresentando características de escurecimento pela presença de substâncias coloridas e partículas em suspensão. Quando a maltodextrina comercializada não necessita de coloração branca, o licor produzido recebe a adição de um auxiliar de filtração e é submetido à filtração para a remoção dos sólidos em suspensão. Posteriormente, o licor filtrado é concentrado em evaporadores e secos usando spray-dryer, produzindo um produto na forma de pó com coloração bege.
Porém, quando o produto desejado para comercialização necessita de coloração branca, o licor formado após as reações enzimáticas passa por uma etapa de clarificação que visa à eliminação de uma maior quantidade possível de compostos coloridos e sólidos suspensos gerados durante os processos de formação do licor. Esta etapa inicia pela transferência do licor para um tanque onde são adicionados o adsorvente (carvão ativado) e o auxiliar de filtração com quantidades pré-estabelecidas para promover a adsorção dos compostos presentes no licor e que são causadoras do escurecimento. O carvão ativado em pó (CAP) é o produto mais utilizado atualmente para esta operação de descoloração. Após a adição dos produtos, a suspensão é constantemente agitada a uma temperatura aproximada de 60°C por um período de tempo pré-estabelecido (aproximadamente 30 minutos). Passado o tempo de contato, a mistura (licor, CAP e o auxiliar de filtração) é submetida a uma filtração, sendo que o licor filtrado é enviado para a evaporação e secagem e os componentes sólidos (sólidos suspensos, CAP e o auxiliar de filtração) são retidos nos filtros formando uma torta de resíduos. Esta torta é removida do equipamento de filtração por meio da lavagem com água sob pressão, não sendo possível a reutilização para outras aplicações industriais, pois sua
separação é impraticável. A suspensão de sólidos formada é arrastada para o sistema de tratamento de resíduos, gerando um resíduo sólido que acarreta em custos para as empresas.
Uma alternativa para reduzir geração de resíduos sólidos provenientes da etapa de clarificação é a substituição do CAP pelo carvão ativado granulado (CAG), sendo este aplicado na forma de colunas de leito fixo de carvão. O CAG também é aplicado em áreas alimentícias [6] e tem como vantagem a possibilidade de regeneração e/ou reativação após seu uso, atributo este que o CAP não possui devido sua dificuldade de separação após sua aplicação.
Carvão ativado ou ativo (CA) é uma forma microcristalina, não grafítica de carbono que foi processado para desenvolver porosidade interna, aumentando a área superficial e o volume dos poros [7]. O carvão ativado é muito versátil e eficiente na adsorção, pode ser utilizado para remover cor, odor, gosto entre outros compostos orgânicos e inorgânicos [8].
O carvão ativado pode ser obtido a partir de ossos, materiais lignocelulósicos como madeira, endocarpo de coco, endocarpo de nozes, sementes, polímeros sintéticos, entre outros [9].
Geralmente os produtos utilizados para a produção de carvão são substâncias com alto valor de carbono e baixo teor de inorgânicos [10].
Ao passo em que os carvões ativados convencionais apresentam majoritariamente carbono, o carvão de osso apresenta somente cerca de 10% p/p de carbono. O restante é constituído principalmente de hidroxiapatita e quantidades menores de carbonato de cálcio. A presença do carbonato de cálcio confere uma característica alcalina ao carvão [11].
Uma vez ativado, o carvão apresenta uma porosidade interna comparável a uma rede de túneis que se bifurcam em canais menores e assim sucessivamente, no decorrer da ativação a área superficial aumenta com a oxidação dos átomos de carbono. Após a ativação, o carvão pode apresentar área superficial acima de 800 m²/g. [12].
Todos os carvões ativados contêm micro, meso e macroporos em sua estrutura, mas a proporção relativa varia consideravelmente de acordo com o precursor e processo de fabricação utilizado [12].
A figura 2 demonstra a diferença de uma partícula de carvão comum e uma partícula de carvão após ativação.
(a) (b)
Figura 2 – Diferença na porosidade de carvão comum (a) e carvão ativado (b) Fonte: [13].
Segundo Foust et al. [14], a adsorção envolve a transferência de um constituinte de um fluido para a superfície de uma fase sólida, o processo de adsorção é, muitas vezes, reversível, de modo que a modificação da pressão, ou temperatura pode provocar a fácil remoção do soluto adsorvido no sólido.
A adsorção é o termo usado para descrever a tendência de um ou mais constituintes provenientes de uma fase gasosa ou liquida, de aderirem na superfície de uma fase sólida [7]. É um fenômeno de superfície que propicia a concentração de um soluto na superfície de um sólido [15].
As variáveis que influenciam na adsorção de soluções orgânicas aquosas são as quantidades de micro, meso e macroporos, o modo de fabricação do CA, temperatura da solução, força iônica e pH [13].
Neste contexto, o estudo tem como objetivo avaliar a descoloração do licor de maltodextrina utilizando CAOG atraves das isotermas de adsorção.
METODOLOGIA
Materiais. A amostra de maltodextrina não-clarificada, na forma de pó, foi gentilmente cedida por uma empresa produtora da região de Toledo – PR. O CAOG foi gentilmente cedido pela empresa Alphacarbo Industrial Ltda. do município de Umuarama – PR.
Preparo do licor de maltodextrina. Para os ensaios de descoloração com o CAOG, o licor de maltodextrina foi preparado a partir do produto em pó não-clarificado. Dissolveu-se em água destilada uma quantidade de maltodextrina suficiente para produzir um licor com 34 º Brix que apresentou coloração amarelo escura.
Determinação das isotermas de adsorção em batelada. Os ensaios foram realizados em frascos erlenmeyer de 125 mL colocados em um banho com agitação recíproca (marca Oxylab). Em cada erlenmeyer, foram adicionados 50 mL de licor de maltodextrina e diferentes massas de CAOG (0,05 a 2,20 g seco em estufa a 105º C por 12 horas) o que corresponde a uma dosagem de 1 a 44 kg de CAOG por m³ de licor. Os frascos ficaram em agitação por aproximadamente 48 horas em diferentes temperaturas (50, 60 e 70º C). O mesmo procedimento foi realizado para o branco, porém, sem a adição de CAOG. O licor foi filtrado em membrana de 0,45 µm, efetuada a correção de pH para 5,00 e medido a absorbância no comprimento de onda de 420 nm.
Para a obtenção das isotermas de adsorção foi utilizadas a metodologia desenvolvida por Carabasa et al.,[16].
A quantidade de material retido pelo CA foi estimada pela equação (1).
C A AB A m (1)
em que C é a concentração de CAOG no licor (g CA / mL licor), AB e AA são as absorvâncias do branco e residual do caldo (em unidades de absorvância – u.a.), respectivamente, e m é a quantidade de material colorido retido pelo CAOG (u.a. *mL licor/ g CAOG).
Os modelos de isotermas estudados foram de Langmuir e de Freundlich, conforme apresentado nas equações (2) e (3), respectivamente.
A ad A ad A K A K m m . 1 . . max (2)
n A
A
K
m
.
(3)em que mmax e Kad são os parâmetros da equação de Langmuir e representam a quantidade máxima de material retido pelo CA (u.a.*mL licor/ g CAOG) e a constante de adsorção (u.a.-1), respectivamente e n e K (mL licor/ g CA) são parâmetros empíricos do modelo de Freundlich.
Os parâmetros dos modelos de isotermas foram estimados usando-se o pacote computacional de estimação não-linear quasi-newton do software STATISTICA 8.0.
Isoterma. O efeito da dosagem de CAOG na descoloração do licor de maltodextrina para as diferentes temperaturas está apresentado na figura 3. Pode-se observar um aumentou a descoloração do licor com o aumento da dosagem de CAOG até 20 kg/m³ nas três temperaturas estudadas. Para dosagem maiores, não se observou um aumento significativo na descoloração do licor, permanecendo no patamar de 69%.
Figura 3. Efeito da dosagem do CAOG na descoloração do licor de maltodextrina em diferentes temperaturas.
Os parâmetros de isoterma da descoloração do licor de maltodextrina estão apresentados na tabela 1.
Tabela 1. Parâmetros dos modelos de isoterma estudados para a descoloração do licor de maltodextrina. Modelos 50ºC 60ºC 70ºC Langmuir mmax k R² 259706,8 0,00033 0,9247 142138,5 0,00044 0,9470 129,95 0,82 0,9933 Freundlich n k R² 1,34 145,52 0,9337 1,10 71,83 0,9545 0,80 66,59 0,9929
Pode ser observado que para as temperaturas de 50 e 60ºC o modelo Freundlich representou melhor os dados experimentais em virtude de maiores valores de R². No entanto, para a temperatura de 70ºC o modelo de Langmuir foi o que apresentou maior ajuste com R² de 0,9933.
A partir dos valores obtidos dos paramêtros mmax pode-se observar que a remoção de compostos coloridos presentes no licor foi influênciada pela tempertura, sendo que um aumento na temperatura diminui a quantidade adsorvida.
A figura 4 (a), (b) e (c) mostra as isotermas de descoloração do licor de maltodextrina nas temperaturas de 50, 60 e 70ºC respectivamente.
De acordo com a classificação de isoterma de Mc Cabe et al.,[18], os resultados encontrados para a descoloração do licor de maltodextrina é considerada desfavorável na temperatura de 50ºC (figura 4 (a)). Para a temperatura de 70ºC (figura 4 (c)) pode-se notar o inicio de uma curva que é caracterizada como isoterma favorável. Na temperatura de 60ºC (figura 4 (b)) é definida como isoterma linear.
(a)
(c)
Figura 4. Isoterma de adsorção do licor de maltodextrina nas temperaturas de 50ºC (a), 60ºC (b) e 70ºC (c) utilizando os modelos de Langmuir e Freundlich.
É possível observar na figura 6 que os dados experimentais foram bem representados pelos dois modelos.
CONCLUSÕES
A partir dos resultados apresentados, verificou-se que o CAOG apresentou potencialidade de utilização como adsorvente para a remoção de cor do licor de maltodextrina.
Os teste de isoterma mostra um melhor resultado na temperatura de 70ºC, devido ao equilíbrio ser alcançado mais rapidamente, além dos modelos estudados representarem melhor os resultados.
Os resultados obtidos indicam o CAOG como uma alternativa promissora para a substituição do CAP, comumente empregado no processo industrial, podendo diminuir a carga de rejeitos industriais produzidos, reduzindo os custos industriais de processo e tratamento dos resíduos.
Neste sentido, novos estudos sobre o número de ciclos de adsorção e regeneração do CAOG são necessários, tendo em vista a análise da viabilidade de substituição do CAP pelo CAOG no processo industrial de produção de maltodextrina.
AGRADECIMENTOS
Os meus agradecimentos a Universidade Tecnologia Federal do Paraná pelo incentivo financeiro para a realização desde projeto.
REFERÊNCIAS
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