Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 9, p. 14871-14880sep. 2019 ISSN 2525-8761
Otimização e inovação do processo de clarificação de óleos vegetais
Optimization and innovation of the clarification process of vegetable oils
DOI:10.34117/bjdv5n9-086
Recebimento dos originais:20/08/2019 Aceitação para publicação: 13/09/2019
Renan Felicissimo Marangoni Mestre em Inovações Tecnológicas
Instituição: Universidade Tecnológica Federal do Paraná Endereço: Rua Quebec, 38B – Jardim Canadá, Maringá – PR, Brasil
E-mail: renanfmarangoni@gmail.com
Tatiane Viana Dutra
Mestre em Ciência de Alimentos
Instituição: Universidade Tecnológica Federal do Paraná Endereço: Rua Quebec, 38B – Jardim Canadá, Maringá – PR, Brasil
E-mail: tatianevdutra@gmail.com
Flávia Aparecida Reitz Cardoso Doutora em Engenharia Química
Instituição: Universidade Tecnológica Federal do Paraná Endereço: Rua São José, 720 - Centro, Campo Mourão – PR, Brasil
E-mail: flaviareitz@gmail.com
RESUMO
A etapa de clarificação é um processo de adsorção de pigmentos e impurezas presentes nos óleos vegetais. Este processo ocorre pelo emprego de um agente adsorvente mineral de elevado custo de aquisição. Devido tal adversidade, optou-se por realizar uma revisão bibliográfica com o intuito de levantar informações a respeito da otimização do processo de clarificação. Foram selecionados cinco estudos que tratam da otimização da clarificação de óleos vegetais e o emprego de novas tecnologias para melhoria da performance do processo. Os estudos demonstram que a matéria prima exerce influência nos parâmetros de processo sendo dependente de fatores como temperatura, tempo de reação e dosagem de adsorvente. O emprego de novas tecnologias auxiliares do processo de clarificação são potencias agentes de otimização do processo, pois apresentam resultados satisfatórios comparadas ao processo convencional de adsorção. A bibliografia consultada apresenta dados relevantes a respeito da otimização do processo de clarificação de óleos vegetais.
Palavras-chave: inovação; otimização; clarificação; óleos vegetais.
ABSTRACT
The clarification step is a process of adsorption of pigments and impurities present in vegetable oils. This process occurs using a mineral adsorbent agent of high acquisition cost. Because of this adversity we opted to carry out a bibliographical review in order to gather
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 9, p. 14871-14880sep. 2019 ISSN 2525-8761 information regarding the optimization of the clarification process. Five studies were selected that deal with the optimization of the clarification of vegetable oils and the use of new technologies to improve process performance. The studies show that the raw material influences the process parameters and is dependent on factors such as temperature, reaction time and adsorbent dosage. The use of new auxiliary technologies in the clarification process are potential process optimization agents because they show satisfactory results compared to the conventional adsorption process. The literature consulted presents relevant data regarding the optimization of the process of clarification of vegetable oils
Keywords: inovation; optimization; clarification; vegetable oils. 1. INTRODUÇÃO
A importância da inovação segue em ascensão no meio acadêmico, social e organizacional, nesta última, por se tratar de uma forma para obtenção de sucesso nos mercados atuantes ou como forma de criação de novos mercados (NAGANO et al., 2014).
Segundo Bessant (2009), inovar em processos envolve a melhoria dos processos já existentes, como a redução de desperdícios, aumento da eficiência ou alteração na forma de operação do referido processo. Como relatado pela Organization for EcnonomicCo-operationandDevolopment (2005) em seu manual de práticas e métodos de inovação conhecido como Manual de Oslo, inovar em processos traz mudanças significativas no método de produção ou distribuição de um produto ou serviço. Volberta et al. (2013) relatam que a inovação é o principal agente promovedor de progresso e prosperidade, podendo ser aplicado nos mais diversificados campos de conhecimento, tais como no desenvolvimento de novas tecnologias, novos conhecimentos, novos processos e novos produtos.
No processamento de óleos extraídos das mais diversas fontes vegetais para obtenção de óleo vegetal destinado à alimentação humana, uma série de etapas químicas e físicas constituídas no processo conhecido como refino de óleos vegetais se faz necessária para a obtenção de um produto final livre de impurezas e de qualidade assegurada. No processo industrial de refino químico de óleos vegetais, a etapa de clarificação se encarrega da remoção de pigmentos como a clorofila que, além de promover depreciação do produto final quando em alta concentração, é um agente oxidante quando exposto à radiação ultravioleta, o que impacta seriamente no shelf-life do produto (DORSA, 2008).
A etapa de clarificação de óleos vegetais exige uma grande quantidade de insumos, como energia, adsorventes e auxiliares de filtração que representam grande parte do custo final do óleo refinado, sendo a otimização do uso dos mesmos um fator determinante para a competitividade das refinarias de óleo vegetal. Uma vez que a otimização do processo de clarificação é um fator importante, o presente trabalho objetivou levantar junto à bibliografia
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 9, p. 14871-14880sep. 2019 ISSN 2525-8761 especializada trabalhos que visaram o emprego da otimização do processo de clarificação de óleos vegetais diversos, bem como trabalhos que empregaram tecnologias não convencionais e inovadores para obtenção de óleos vegetais clarificados de forma eficiente e aprimorada.
2. ABORDAGEM TEÓRICA
Óleos e gorduras extraídas de oleaginosas, frutas e amêndoas podem variar de produtos com aromas agradáveis e poucas impurezas a produtos com alto teor de impurezas e odor sensorialmente ofensivo. Nesse sentido o processo de refino tem o objetivo de eliminar tais impurezas para que tenham características físicas, químicas e sensoriais adequadas para o consumo humano (O’BRIEN, 2009). O estágio final do processo de obtenção de óleos vegetais comestíveis é o refino do óleo bruto, que é constituído de diversas etapas físicas e químicas visando a remoção de impurezas e uma de suas etapas mais delicadas é a etapa de clarificação, onde impurezas do óleo de soja são removidas por meio de um processo de adsorção (WANG, 2002).
Segundo Bailey (2005), tradicionalmente o termo bleaching, branqueamento ou clarificação vem sendo empregado para denotar o processo de redução de pigmentos, como feofitinas e carotenoides presentes em óleos vegetais por meio da adsorção destes componentes em adsorventes conhecidos como terra de clarificação ou argila clarificante. Após a mistura sob agitação e controle de temperatura do óleo vegetal com o adsorvente para promover a remoção dos pigmentos, o adsorvente é retirado do óleo vegetal por meio de um procedimento de filtração e o óleo resultante apresenta-se mais claro e mais estável.
Os materiais adsorventes empregados na etapa de clarificação de óleos vegetais são usualmente silicatos de alumínio, bentonitas, carbonos ativados ou montmorillonitas que podem ser tratadas por meio de processo de acidificação para aumento da superfície de contato e, por consequência, o aumento no poder de adsorção do material (MORETTO, 1998). Segundo Gupta (2008), as impurezas presentes no óleo a ser clarificado são atraídas por forças de atração de Van der Waal’s com os sítios ativos do agente adsorvente e tal força de tal atração depende de fatores como a força eletrostática entre as impurezas e os sítios ativos do adsorvente, o tamanho das partículas de impurezas, agitação do meio de mistura entre o adsorvente e o óleo a ser clarificado, porosidade do adsorvente e área específica do adsorvente.
O processo convencional de clarificação de óleos vegetais com a utilização de argilas de ácido ativadas remove pigmentos, como a clorofila, entre outros componentes indesejáveis
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 9, p. 14871-14880sep. 2019 ISSN 2525-8761 para o consumo humano, sejam eles naturalmente presentes no óleo vegetal ou formados no processo de refino (BOUKERROUI & OUALI, 2000). Entre estes, compostos bioativos como tocoferóis e esteróis, que podem causar perda de estabilidade oxidativa (NAZ et al., 2011) e provocando o aumento de ácidos graxos livres (VERLEYEN et al., 2002).
O procedimento convencional de clarificação de óleos vegetais, geralmente, leva a problemas como perda de óleo arrastado pelo adsorvente, problemas ambientais e altos custos de tratamentos de efluentes (ABEDI et al., 2016). Segundo Zschau et al. (2001), a otimização do processo de clarificação depende de fatores como temperatura, dosagem de adsorvente clarificante, tempo de reação e tipo de óleo a ser clarificado. Para O’Brien (2009), os parâmetros chave para a clarificação são: procedimento, dosagem de adsorvente, tipo do adsorvente, temperatura, tempo, umidade e filtração. Além de tais parâmetros, Gupta (2008) relata a concentração de sabões e fosfolipídios presentes no óleo a ser branqueado, formação da pré-capa homogênea nas placas do filtro, área filtrante e espaçamento entre as placas do filtro também como parâmetros a serem controlados para um procedimento de branqueamento eficiente.
3. METODOLOGIA
A revisão da literatura aconteceu entre os dias 21 de julho de 2017 e 23 de julho de 2017 por meio de coletas de materiais no banco de dados da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) e Scientific Eletronic Library Online (SciELO). Optou-se por elencar materiais acadêmicos que considerassem os assuntos otimização da clarificação de óleo e oilbleachingoptimization, submetidos em periódicos nacionais e internacionais no período compreendido de 2012 a 2017.
Como o objetivo era verificar resultados do emprego de novas tecnologias na otimização do processo de clarificação de óleos vegetais, este critério de escolha foi levado em consideração para a seleção dos artigos a serem estudados, além de trabalhos onde a otimização do processo de clarificação de óleos vegetais utilizando tecnologias já existentes, porém lançando mão de novos agentes adsorventes e planejamentos experimentais que buscam a otimização da clarificação de óleos vegetais.
4. ANÁLISE DOS RESULTADOS OBTIDOS
Após o levantamento de todo o material coletado, foram obtidos cinco artigos que se enquadram nos critérios de seleção estabelecidos. Tratam-se de estudos realizados fora do
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 9, p. 14871-14880sep. 2019 ISSN 2525-8761 Brasil e trazem empregos de novas tecnologias e otimização do processo de clarificação de óleos vegetais como óleo de soja, óleo de algodão, óleo de canola e óleo de colza.
Abedi et al. (2015) e Su et al. (2013) estudaram o emprego de ondas ultrassônicas para promover a clarificação de óleos vegetais. Ondas ultrassônicas são ondas sonoras com frequência acima da capacidade humana de audição e com intensidade suficiente para promover cavitação no meio onde se propaga (WU et al., 2008). Por sua vez, o fenômeno da cavitação é caracterizado pelo rápido colapso de micro cavidades (bolhas de gás, vapor ou ar) que promovem diversas alterações físicas e químicas no meio em que ocorrem, como alterações na pressão do meio, ondas de choque causadas pela liberação de energia e liberação de radicais livres (SU et al., 2013). O uso de ondas ultrassônicas no processo de extração de óleos traz grandes vantagens quando comparada com o processamento químico tradicional, com redução do tempo de processo, redução do consumo de energia (CHANDRAPALA et al., 2012) e aumento de rendimento sem alterações significantes no perfil dos ácidos graxos da matéria prima (ZHANG et al., 2008).
Em seu trabalho, Abedi et al. (2015) avaliaram o impacto de fatores como amplitude ultrassônica (0, 45%, 90% de amplitude) temperatura (35, 45, 55 e 65 °C), dosagem de adsorvente (0.5, 1, 1.5 e 2%) e tempo de reação (10, 15, 20, 25, e 30 minutos) no processo de clarificação e, por meio de seus experimentos, obteve que o uso de ondas ultrassônicas em conjunto com adsorventes visando a clarificação de óleo de soja provocou reduções da concentração de clorofila presente no óleo, em torno de 94.66% e 95.25%, quando utilizada uma frequência de 20.4 Hz e 15.6 Hz, respectivamente. Através do estudo, Abedi et al. (2015) puderam constatar que o processo conjunto de ondas ultrassônicas e argila clarificante para a clarificação do óleo de soja, desde que otimizado, pode reduzir a temperatura de processo em 35%, dosagem de adsorvente em 35% e tempo em 10%, quando comparada com a clarificação utilizando apenas o adsorvente, e que o aumento da amplitude ultrassônica tende a elevar a remoção de compostos bioativos, como tocoferóis.
Os experimentos de Su et al. (2013) visaram o emprego da tecnologia ultrassônica na clarificação de óleo de colza frente a variações de condições do processo de clarificação como adsorventes distintos, dosagem de adsorvente, temperatura e amplitude da onda ultrassônica, tendo como resposta a mensuração de pigmentos por meio de espectrofotometria, fixando o comprimento de onda em 446 nm. Como relatado por Su et al. (2013), a clarificação utilizando ondas ultrassônicas é resultado da adsorção e degradação de pigmentos presentes no óleo, como clorofila e carotenoides. Quando empregadas baixas
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 9, p. 14871-14880sep. 2019 ISSN 2525-8761 frequências de ondas ultrassônicas, a adsorção de pigmentos resulta na redução da absorbância medida em 446 nm de 1.82 para 0.65. Quando empregadas altas frequências de ondas ultrassônicas, a redução da absorbância medida em 446 nm é de 1.82 para 0.74, resultado na adsorção de pigmentos e degradação causada pelo efeito das ondas ultrassônicas em altas frequências. Seus estudos apontam que a clarificação do óleo de colza tem melhor eficiência quando aplicado 40% da amplitude ultrassônica máxima e utilizando bentonita como adsorvente. Também se constatou que, com o aumento da amplitude ultrassônica, a remoção e degradação de pigmentos é acentuada.
Após a clarificação utilizando ondas ultrassônicas, foi constatado o aumento de compostos de oxidação primários, porém, compostos de oxidação lipídica secundários permaneceram constantes, tornando a clarificação de óleo de colza por meio da utilização de ondas ultrassônicas uma alternativa ao processo de clarificação convencional. Em seu trabalho, Abedi et al. (2015) constataram a diminuição de compostos de oxidação primárias, como o índice de peróxidos, tanto em amostras submetidas à clarificação convencional como em amostras submetidas à clarificação ultrassônica, porém, os valores de índice de peróxidos nas amostras submetidas ao primeiro processo apresentaram resultados maiores que em amostras submetidas ao segundo processo.
Abedi et al. (2016) realizaram um experimento inovador onde fora aplicado um campo elétrico de alta voltagem para otimização do processo de clarificação de óleos vegetais. Para tal avaliação, fora realizado um planejamento experimental onde avaliou-se o efeito de parâmetros do processo como dosagem de adsorvente (0.5 a 2%), voltagem (0 a 24 kV), distância (8 a 12 mm) número de cátodos e ânodos (4 a 8) e variações de dosagens de ácido clorídrico (0 a 50 mM). Por meio de seus experimentos, os autores mensuraram como resposta parâmetros de cor e parâmetros físicos que indicam o estado oxidativo do óleo clarificado, obtendo resultados que demonstraram que o emprego de campos elétricos de alta voltagem no processo de clarificação de óleos de soja pôde reduzir em 50% a dosagem de adsorvente, 28% a temperatura do processo e 35% o tempo de reação e em 66% a dosagem de adsorvente, 28% a temperatura do processo e 35% o tempo de reação, quando aplicado na clarificação de óleo de girassol, provando ser uma alternativa inovadora e eficiente ao processo de clarificação convencional.
Skevin et al. (2012) buscaram a otimização da clarificação de óleo de soja por meio de um planejamento experimental constituído de três fatores: percentual de terra clarificante dosada (0.5, 1 e 1.5%), temperatura (95, 105 e 115 °C) e tempo de reação (20, 30 e 40
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 9, p. 14871-14880sep. 2019 ISSN 2525-8761 minutos). Um planejamento composto central para determinar os parâmetros que significativamente interferem na clarificação tendo como resposta parâmetros de cor e transparência do óleo clarificado e parâmetros relacionados com a estabilidade oxidativa do óleo clarificado.
Com o resultado de seus experimentos, os autores constataram a proporcionalidade entre a dosagem de terra clarificante e a eficiência da remoção de pigmentos, bem como o efeito negativo do aumento da temperatura no processo de clarificação e o aumento de compostos oxidativos de segunda ordem. A condição mais adequada para o branqueamento do óleo de soja se deu na dosagem na clarificação utilizando 1% de argila clarificante em relação à massa do óleo a ser clarificado à 95°C por 20 minutos. Essa condição de processo mostrou-se eficiente para a redução de cor e não geração de compostos degradativos, porém, não se mostrou a melhor opção quando se trata do teor de tocoferóis presente no óleo clarificado.
Em outro experimento, Saneei et al. (2015) investigaram a otimização do processo de clarificação do óleo de canola fazendo uso de um planejamento experimental envolvendo três fatores em três níveis e um fator intermediário. Os fatores empregados foram temperatura, dosagem de argila clarificante e tempo, com respostas mensuradas e analisadas utilizando a metodologia de superfícies de resposta. Estas, por sua vez, tiveram como respostas parâmetros de cor e parâmetros químicos que mensuram a estabilidade oxidativa do óleo clarificado.
Por meio dos experimentos realizados por Saneei et al. (2015), os autores puderam concluir que o processo de clarificação teve maior eficiência quando realizado por 42,46 minutos à 110ºC com adição de 3% de argila clarificante em relação à massa do óleo a ser clarificado. Os autores citam que o material adsorvente utilizado fora sepiolita e que a mesma possui custo baixo quando comparado com adsorventes comerciais como a bentonita, porém, não conclui se a substituição de bentonita por sepiolita dosada em 3% é financeiramente viável. Em trabalhos precedentes, Sabah e Celic (2005) investigaram o emprego de sepiolita de origem turca em óleo de canola e obtiveram que o rendimento máximo se deu quando dosados 1,5% do adsorvente a uma temperatura de 100°C.
Os estudos especificam detalhadamente o procedimento experimental adotado e apresentam os resultados sempre visando a maior otimização do processo de clarificação. Os parâmetros mais estudados são a dosagem de terra, temperatura e tempo de reação, que demonstram efetivamente impacto direto na otimização do processo, sendo variáveis dependendo da matéria prima estudada. O emprego de novas tecnologias, como ondas
Braz. J. of Develop., Curitiba, v. 5, n. 9, p. 14871-14880sep. 2019 ISSN 2525-8761 ultrassônicas e campos elétricos de alta voltagem, visando o maior rendimento da clarificação do óleo de soja, apresenta grande potencial, uma vez que promove grande redução de parâmetros de processo.
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS
A otimização do processo de clarificação de óleos vegetais é determinada por meio da combinação dos fatores tempo de reação, temperatura de reação e adição de adsorvente, sendo essas variáveis específicas para aplicação realizada. O emprego de novas tecnologias demonstra um aspecto promissor, uma vez que há grande redução de insumos diretamente ligados aos custos do processo de clarificação, o que torna tais tecnologias altamente atrativas.
Os trabalhos estudados para elaboração desse estudo não apresentam potencial redução de custos frente à otimização do processo de clarificação. O fato de apenas ser encontrado trabalhos de autores estrangeiros indica que o estudo e inovação no processo de clarificação de óleos vegetais é muito escasso no Brasil, uma vez que a pesquisa nessa área é quase predominantemente realizada pelo setor privado. O fortalecimento da aliança entre o setor privado com o meio acadêmico resulta em trabalhos de relevância tal qual os relatados nessa revisão bibliográfica, o que impacta positivamente para todos os envolvidos.
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