PESQUISA COM PLANTAS CORANTES DA AMAZÔNIA

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ INSTITUTO DE TECNOLOGIA

FACULDADE DE ENGENHARIA QUÍMICA

LABORATÓRIO DE ENG. DE PRODUTOS NATURAIS

PESQUISA COM PLANTAS CORANTES DA AMAZÔNIA

Lênio José Guerreiro de Faria Prof. Associado – FEQ/ITEC/UFPA

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BREVE HISTÓRICO

LABORATÓRIO DE ENGENHARIA DE PRODUTOS NATURAIS

-LEPRON

LEPRON

- Beneficiamento de Produtos Naturais

- Programa de Pesquisa Aplicada – POEMA

“V í l d ” D i l B

- “Veículo verde” - Daimler – Benz - Fibras

- Óleos - Resinas - Corantes

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PLANTAS CORANTES

• PLANTAS CORANTES

A

tendência mundial na busca por produtos mais saudáveis e naturais é irreversível e tem proporcionado aumento no consumo de corantes naturais.

Diversas são as espécies de vegetais que podem ser consideradas plantas corantes, embora sejam classificadas em outros grupos, como:

p , j g p ,

- Especiarias: urucum, cúrcuma - Hortaliças : beterraba, espinafreHortaliças : beterraba, espinafre - Plantas ornamentais: “mary-gold” - frutíferas: açaí, jenipapo

- Plantas fibrosas: vinagreira - Plantas fibrosas: vinagreira

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• PLANTAS CORANTES EM USO OU EM ESTUDO

URUCUM (Bixa orellana L )

URUCUM (Bixa orellana L.)

• Generalidades

Generalidades

- Planta arbustiva, rústica e perene, da família bixaceae, encontrada na América Tropical de cultivo comercial promissor.

- Produção do urucuzeiro bastante variada, função das condições do solo, idade da planta e tratos culturais.

- Identificação dos tipos ou variedades feita pelas cápsulas: formas ovóide, alongada ou achatada, com poucos ou muitos pêlos, coloração verde, vermelha, amarela, carmim e verde-amarelado., , ,

- Número de sementes variável, em média 45. Sua coloração varia desde o vermelho intenso (maior teor de corantes) até róseo-claro (menor teor de corantes)

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• Corantes do Urucum

- Pericarpo das sementes rico em corantes de ampla aplicação tecnológica e industrial.g

- Corante presente em maior concentração é a bixina, que

compreende mais de 80% dos carotenóides totais compreende mais de 80% dos carotenóides totais.

- A concentração de bixina varia com o tipo de cultivar, solo, clima,

t t lt i õ ó lh it

tratos culturais e operações pós-colheita.

- Camada que encobre as sementes representa cerca de 6% do peso total delas, dos quais aproximadamente 2% são devidos a bixina.

- Na Amazônia encontram-se sementes com até 6% de bixina, baseNa Amazônia encontram se sementes com até 6% de bixina, base úmida.

O Brasil é o maior produtor mundial de urucum O Pará é um dos - O Brasil é o maior produtor mundial de urucum. O Pará é um dos maiores produtores nacionais (cerca de 1.000

ton/ano).

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Bi

O

ll

L

Bixa Orellana L.

Cápsulas (cachopas) de

urucum

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Teores de Bixina e Classificação das Sementes de Urucum

Tipo Procedência Umidade Teor de Bixina (%) Tipo Procedência Umidade

(%)

Teor de Bixina (%) Úmida

Piave Gigante Iguarapé-Açu/PA 12,07 6,00 Bico de Pato Iguarapé-Açu/PA 10,47 5,75 CPAF/Amapá Cerrado/AP 10 32 5 47 CPAF/Amapá Cerrado/AP 10,32 5,47 Dico Bento I Iguarapé-Açu/PA 12,49 4,77

Peruana/Ronald Belém/PA 7,81 4,78 Pastelão Iguarapé-Açu/PA 8,75 4,70 Piave Vermelha Iguarapé-Açu/PA 11 68 4 34

Piave Vermelha Iguarapé-Açu/PA 11,68 4,34 Dico Bento II Iguarapé-Açu/PA 13,57 4,18

Abe S. Fco. Pará/PA 11,51 4,27 Ramal do Prata Iguarapé-Açu/PA 10,50 4,25 Verdinha Iguarapé-Açu/PAg p ç 10,78, 4,17, Piave Verde Iguarapé-Açu/PA 9,25 4,22 Dico Bento III Iguarapé-Açu/PA 13,39 3,90

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Classificação das sementes de Urucum conforme a qualidade

Tipop Umidade Teor de pigmentos Impurezasp g Matérias Grãos

(min.)

p

estranhas avariados

1 10,0 % 2,5 % 3,0 % 0,0% 1,0%

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Pesquisas com plantas corantes

• Otimização dos processos de secagem e extração

Obt

ã

d

t

li

õ

t

ló i

• Obtenção de corantes para aplicações tecnológicas e

industriais (tingimento de fibras vegetais e elaboração de

tintas automotivas)

• Estabilidade (luz oxigênio temperatura)

• Estabilidade (luz, oxigênio, temperatura)

• Higroscopicidade.

M té i

i

Matérias primas

• Urucum (Bixa orellana L.)

Urucum (Bixa orellana L.)

• Cúrcuma (Curcuma longa L.)

• Jenipapo (Genipa americana)

• Açaí (Euterpe oleracea)

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Processos

• Extração descontínua sólido- líquido: lixiviação

• Variáveis de entrada típicas: temperatura, tipo e concentração

Variáveis de entrada típicas: temperatura, tipo e concentração

do solvente, agitação, tempo, massa de sólido/massa do

solvente.

• Respostas:

p

rendimento,

concentração

ç

do

componente

p

de

interesse.

• Planejamento de experimentos e otimização de processos.

Produtos

• Bixina / Norbixina

• Curcumina

• Antocianinas

Antocianinas

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Extração por Solvente

1-controlador de temperatura 2-sensor de temperatura 2 sensor de temperatura 3- agitador 4- condensador 5-amostra 6-solvente 7-aquecedor 8-indicador de temperatura

E t t

l

t

fl

it ã

p

Extrator por solvente com refluxo e agitação

(escala de laboratório)

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Processo de Extração de Corantes de

Urucum com Soluções Alcalinas

t = 45 min

T = 65

o

_C

KOH = 1 25%

KOH = 1,25%

5

1 m

m

_a

=

5 m

_sol

HCl = 1N

(13)

E

d A idifi

ã d E t

t

Esquema da Acidificação do Extrato

Alcalino de Urucum

HOOC HOOC COOH Bixina OH -3 -OOC H+ Sal da norbixina COO -H HOOC COOH Norbixina

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Processos de Extração de Corantes de

ç

Urucum

PROCESSO DESCRIÇÃO PRODUTO OBTIDO

Recristalização

Extração mecânica a quente.

Centrifugação do pigmento após filtragem Bixina cristalina Recristalização Centrifugação do pigmento após filtragem.

Secagem e recristalização com ácido acético.

Bixina cristalina

Químico Extração direta com óleos vegetais. Bixina lipossolúvel Químico Extração exaustiva com solvente: Clorofórmio. Pigmentos totais

Q í i E t ã b t d ódi Pi t t t i

Químico Extração com carbonato de sódio. Pigmentos totais

Químico Extração com hidróxido de sódio ou potássio Norbixato de sódio ou potássio

Lixiviação das sementes com água e agitação, a 60°C. Físico Centrifugação da suspensão obtida.

Secagem da pasta.

Pigmentos totais

Físico Raspagem por escova de nylon.

Peneiramento. Pigmentos totais

Físico Atrição e secagem em leito de jorro a 60°C. Pigmentos totais Físico Extração com fluidos pressurizados (CO2 supercrítico) Bixina

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Usos de Corantes de Urucum em Alimentos

Princípio Ativo Apresentação Principais Aplicações

0,35 - 1,12%

Norbixina Líquido hidrossolúvel iogurtes, sorvetes, Salsichas, queijos,

extrusados

0,23% Bixina Líquido oleossolúvel

(solução) Manteigas, extrusados, recheios de biscoitos

3,0 a 10,0% Bixina Líquido oleossolúvel

(suspensão) Margarinas, coloríficos, extrusados

1,0% Norbixina Pó hidrossolúvel

(maltodextrina) bebidas lácteas em pó, Sobremesas em pó,

produtos de panificação produtos de panificação

20% Bixina Pó microencapsulado Bebidas, misturas em

pó, confeitos, extrusados

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Secagem e Beneficiamento do Urucum

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Secador Convectivo

de Leito Fixo

1 - controle de velocidade do soprador 14 - bomba de vácuo 2 - soprador centrífugo 15 - exaustor

3 - controlador de potência 16 - balança eletrônica de precisão 4 - par de resistências de 2 kW 17 - camada de sementes

5 - par de resistências de 1 kW 18 - cesto (leito)

6 - tubo de Pitot 19 - corpo do leito secador

7 - micromanômetro 20 - termômetro de máxima e mínima 8 - distribuidor de ar 21 - termohigrômetro

9 - câmara plenum 22 - telas difusoras de ar 10 medidor de temperat ra do ar de 23 nidade básica de secagem 10 - medidor de temperatura do ar de

entrada

23 - unidade básica de secagem

11 - medidor de temperatura do ar de saída 24 - seção de acoplamento ao leito 12 - psicrômetro (Ts e Tu à entrada) 25 - anteparo

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Estabilidade

Eliminação de m-xileno e formação de C17 e C18 (pigmentos amarelos) na degradação térmica de bixina e metilbixina