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INFLUÊNCIA DA MASSA E NÚMERO DE BANDEJAS NA EXTRAÇÃO DE
ÓLEO ESSENCIAL DE GENGIBRE VIA ARRASTE DE VAPOR
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1
2
Evelyn Kraneck, 2 Ana Maria da Silveira, 2 José Teixeira Freire
Bolsista de Iniciação Científica CNPq/UFSCar, discente do curso de Engenharia Química
Professor do Departamento de Engenharia Química da UFSCar/SP
1,2
Departamento de Engenharia Química da Universidade Federal de São Carlos. Rodovia Washington Luiz,
km 235 – SP-310, São Carlos – SP, CEP 13565-905
e-mail: [email protected]
RESUMO - O gengibre (Zingiber officinale, Roscoe) pertence à família das
zingiberáceas e possui alto teor de óleo essencial, muito empregado nas indústrias
farmacêuticas, alimentícias e de perfumaria, dada a grande gama de utilização, desde
tratamento de fratura, reumatismo, artrites, problemas digestivos até condimentos e
essências. Para a extração dos óleos essenciais, encontram-se na literatura várias
técnicas e equipamentos disponíveis para cada finalidade do óleo. Neste trabalho se
estudou as melhores condições de extração para um extrator de bandejas e utilizouse também um equipamento em escala laboratorial, o Clevenger MA 553, a fim de
comparar o teor de óleo extraído pelos dois equipamentos. Os resultados mostraram
que a melhor extração para o extrator de bandejas, ocorreu para o maior número de
bandejas e para a menor massa distribuída nas bandejas. Na comparação dos dois
equipamentos, obteve-se, para uma mesma massa de amostra, melhor rendimento
no extrator de bandejas.
Palavras-Chave: gengibre, óleo essencial, arraste de vapor
INTRODUÇÃO
Algumas
técnicas
comumente
empregadas para extração de óleos
essenciais incluem a destilação a vapor,
hidrodestilação, extração por solventes, por
fluido supercrítico entre outras (Guenther,
1972), e para cada finalidade do óleo podese optar por uma técnica diferente.
A destilação via arraste de vapor e a
hidrodestilação são técnicas que possibilitam
a obtenção de um óleo livre de resíduos, pois
o vapor gerado é condensado e separado do
óleo. Na hidrodestilação o material a ser
destilado permanece diretamente em contato
com a água em ebulição, enquanto que a
técnica por arraste de vapor a matéria-prima
é colocada sobre uma placa perfurada, a
certa distância do fundo do extrator, de modo
a evitar o contato direto com a água em
ebulição; ou ainda, pode-se introduzir vapor
de água, gerado a partir de caldeiras ou
autoclaves, em uma câmara de expansão do
extrator, antes de passar pela placa
perfurada (Borsato et al., 2008).
A técnica de extração via solvente
orgânico, Soxhlet, extrai outros compostos
além dos óleos voláteis, deixando impurezas.
A grande desvantagem da presença de
solventes orgânicos no óleo extraído é seu
impedimento de uso nas indústrias de
alimentos e farmacêutica e esse problema
aumenta à medida que a escala de produção
cresce (Marinho et al., 2007).
O processo de extração com um fluido
supercrítico é baseado no contato entre o
material sólido em estado natural e o
solvente pressurizado, normalmente o CO2,
que remove os componentes de interesse da
fase sólida. Depois dessa remoção, o extrato
é separado do solvente através da redução
da pressão com baixa temperatura (Martínez
et al., 2007). É a técnica mais utilizada em
escala industrial, porém é de alto custo.
Para a hidrodestilação é comum o uso
do aparelho Clevenger que opera em
pequena escala. Ele é construído em vidro e
opera em tempos longos; apesar de
apresentar bons resultados tem limitações
quanto à quantidade de matéria-prima que
suporta (Atkins, 1990).
Baseado na análise das vantagens e
desvantagens dos diferentes tipos de
extratores de óleos essenciais, Tavares
(2007) projetou, construiu, testou e operou
um extrator de óleos essenciais que utiliza
como técnica a destilação por arraste de
vapor e possibilita a manipulação das
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variáveis pressão e temperatura. Como
matéria-prima para a operação foi utilizado o
gengibre por se destacar na quantidade de
óleo essencial que possui, e por apresentar
extensa utilização pelas indústrias. O
equipamento foi construído no Departamento
de Engenharia Química da Universidade
Federal de São Carlos (DEQ/UFSCar), e
será denominado daqui para frente de
extrator de bandejas.
A cultura de gengibre está cada vez
mais comum, tanto no mercado brasileiro
quanto no internacional, pois tem grande importância e ampla aplicação. Na área da saúde, é reconhecido devido ao seu potencial
terapêutico, como antiinflamatório, antiemético e antináusea, antiúlcera, entre outros. Na
área de perfumaria e cosmética, devido a
sua refinada e complexa composição, sendo
utilizado desde perfumes até produtos de
limpeza. E na área alimentícia, devido ao seu
potencial como aditivo flavorizante, sendo
muito utilizado como tempero em receitas
doces e salgadas.
O óleo é um produto do metabolismo
da célula vegetal, representa cerca de 1 a
3% da composição da matéria, sendo a
composição não estável e é dependente de
diversos fatores que são regulados pelo
metabolismo. O acúmulo do óleo essencial
depende das fases de desenvolvimento da
planta (Povh e Ono, 2006).
O óleo essencial de gengibre tem valor
agregado muito maior do que o do gengibre
in natura (Maia et al., 1991), o que apresenta
muitas vantagens tanto para o produtor
quanto para o país. Os principais
constituintes são b-bisaboleno, borneol,
linalol, felandreno, citral, cineol, alfazingebereno, vetiverol, zenziberol, tendo
como principais ações em tratamento de
fratura, reumatismo, artrites, entorpecimento,
cansaço muscular, problemas digestivos,
náusea, resfriado e gripe, frieza emocional,
cansaço nervoso, debilidade geral, tônico
sexual, dores de garganta, impotência,
ressacas e celulite (Extração de óleos
essenciais, 2008).
Com a finalidade de obter o teor de
óleo essencial de gengibre e estudar o
extrator de bandejas, foi proposta a análise
do efeito da quantidade de massa e do
número de bandejas que são fatores
importantes
para
a
extração
neste
equipamento.
Após a obtenção do teor de óleo no
extrator em questão comparou-se com o teor
de óleo obtido no Clevenger, um
equipamento de utilização comercial que
utiliza técnica de extração semelhante.
MATERIAIS E MÉTODOS
Material
O material utilizado foi o rizoma do
gengibre
(Zingiber
officinale,
Roscoe)
adquirido no mercado local. A amostra foi
preparada lavando-se o gengibre, fatiando-o
e depois triturando-o com água em
liquidificador doméstico.
Equipamento
A extração foi realizada em dois
equipamentos, um que utilizou a técnica de
arraste de vapor, o extrator de bandejas e o
outro a técnica de hidrodestilação, Clevenger
MA553 da marca MARCONI. O extrator de
bandejas é composto por uma caldeira que
permite a manipulação da variável pressão e
conseqüentemente da temperatura, uma
câmara de extração cilíndrica de aço inox
isolada termicamente com lã de rocha e
recoberta com placas de alumínio corrugado,
fixadas por presilhas, com 0,300 m de
diâmetro e 0,283 m de altura, mostrado nas
Figura 1 e 2, comportando até três bandejas
perfuradas com 100 orifícios/cm2. A função
dessas bandejas é suportar a amostra do
material e são independentes, pois estão
apoiadas sobre flanges também de aço inox,
soldadas em uma placa de distribuição de
2
vapor com 10 orifícios/cm .
Na
parte
superior
da
tampa
encontram-se um manômetro, uma válvula,
para regular a taxa de destilação, e o
destilador todo em vidro, construído com três
tubos
concêntricos
para
se
obter
desempenho semelhante aos convencionais
de tamanho superior; mais detalhes podem
ser obtidos em Tavares (2007). Para a
determinação da massa das amostras de
gengibre e do óleo extraído utilizou-se uma
balança com precisão de 0,001g.
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1
21
1 - Purga do Destilador
2 - Destilador
3 - suporte do Destilador
4 - Alimentação de Água
5 - Coletor de Óleo
6 - Válvula para Vapor
7 - Manômetro
8 - Câmara de Extração
9 - Alimentação de Vapor
10- Purga da Câmara de Extração
11- Mesa
12- Regulador de Pressão
13- Manômetro da Caldeira
14- Painel de Controle
15- Válvula para Vapor
16- Caldeira
17- Purga da Caldeira
18- Bomba
19- Motor Elétrico
20- Tanque de Água
21- Bandeja Perfurada
22- Distribuidor de Vapor
2
4
3
22
5
13
12
14
6
7
DI FF.
12
11
.8
10
.7
8
.6
.5
6
.4
4
.3
.2
20
MAIN
3.5
3
50
40
2.5
2
30
1.5
1
20
.5
0
10
0
9
8
15
10
16
19
18
17
Figura 1 - Equipamento de extração de óleo de gengibre.
de operação, durante 4 horas, e pesado para
a determinação do teor de óleo na amostra
em base seca.
Destilador
de
óleos
essenciais
Clevenger MA 553: A amostra já preparada
foi transferida para o balão volumétrico para
ser aquecida. O vapor gerado continuamente
rompe as células que armazenam o óleo,
arrastando-o para o destilador onde são
condensados, e por diferença de densidade
pode ser separado da água. A água
condensada chamada de água florada tem
vazão contínua e foi coletada em um frasco
de Erlenmeyer e depois descartada. O óleo
foi coletado ao final de 4 horas de extração e
foi pesado para a determinação do teor de
óleo na amostra em base seca.
Procedimento de Cálculo
Figura 2 - Câmara de extração.
Procedimento Experimental
Extrator de bandejas para óleos
essenciais: A amostra preparada foi
distribuída em até três bandejas do próprio
extrator. As bandejas foram transferidas para
a câmara de extração que em seguida foi
fechada e operada a uma pressão de 2,0
2
kgf/cm . Alimentou-se a câmara de extração
com vapor gerado pela caldeira à pressão
2
constante de 2,4 kgf/cm . O vapor arrasta o
óleo contido na amostra para o destilador
onde é condensado e coletado a cada hora
O rendimento do óleo essencial
extraído do gengibre pode ser calculado com
base na matéria seca ou base livre de
umidade (BLU) de acordo com a seguinte
equação:
TO =
Bm
-
Mo
Bm × U
( 100 )
× 100
(1)
onde, Bm é a massa do gengibre utilizada
(g), Mo é a massa de óleo extraída (g), U é o
teor de umidade do gengibre (determinado
em 85,83% b.u.) e TO é o teor de óleo
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essencial extraído (g de óleo essencial em
100g de biomassa seca) ou rendimento de
extração (Santos et al., 2004).
RESULTADOS E DISCUSSÃO
Para a operação do extrator de
bandejas fixou-se a pressão da caldeira e da
2
câmara de extração em 2,4 e 2,0 kgf/cm
respectivamente e a temperatura de
saturação calculada em 132,7°C, com vazão
média de destilado de 0,450 L/h.
Os resultados da extração estão
apresentados na Tabela 1, para massas
totais de 300g, 400g, 600g, 800g, 900g,
1200g, 2400g e 3200g com até três
bandejas, podendo assim variar a espessura
e a porosidade da torta formada. Para cada
bandeja realizou-se dois experimentos,
portanto os valores apresentados são uma
média entre as réplicas.
Tabela 1 - Massa e teor de óleo obtido
durante a extração no extrator de
bandejas.
Mband Mtotal Móleo
Teor
nº
(g)
(g)
(g)
(%)
Band.
400
400 0,741 1,307
1
2
3
300
300
0,504
1,184
600
600
0,880
1,035
1200
1200
1,674
0,984
200
400
0,930
1,641
400
800
1,473
1,299
600
1200
2,061
1,212
300
600
1,029
1,209
1200
2400
3,364
0,988
133,3
400
0,961
1,694
400
1200
2,494
1,464
200
600
1,166
1,371
300
900
1,646
1,364
600
1800
2,940
1,153
1200
3600
5,817
1,140
Band. – bandeja
A partir dos experimentos, foi possível
determinar as condições ótimas de operação,
ou seja, em que condições de distribuição da
massa nas bandejas o teor de óleo extraído
foi máximo.
Comparando-se
as
quantidades
extraídas entre as bandejas para uma
mesma massa total de amostra, obteve-se o
maior teor de óleo, utilizando-se 3 bandejas,
com 400g distribuídas igualmente.
Para uma melhor visualização as
Figuras 3, 4 e 5 mostram os resultados do
teor de óleo em cada bandeja. Pode-se
observar pelas figuras, que independente do
número de bandejas, o comportamento em
relação à quantidade de massa permanece o
mesmo, quanto mais massa utilizada, menor
foi o teor obtido, com exceções, para 1200g
em duas e três bandejas.
Esse fato ocorreu devido à maior
dificuldade que o vapor tem em percolar a
torta que ficou mais espessa, mais compacta
e menos porosa com o aumento da massa.
Analisando um tempo específico de
2,5 horas, por exemplo, pode-se comparar a
extração entre as três bandejas, para 400g,
enquanto o teor com uma bandeja é próximo
de 1,1%, para duas bandejas esse valor é de
1,4% já para três bandejas, observa-se o
maior teor, de aproximadamente 1,5%. Esse
fato é recorrente para as demais massas
totais, portanto a configuração com três
bandejas proporciona melhores resultados
de extração.
Para a extração com o Clevenger MA
553, com 400g de gengibre em 800 ml de
água, à temperatura de 98 °C no balão, foi
obtido 0,835 g de óleo correspondendo a um
teor de 1,47%. O óleo foi coletado apenas ao
final das 4 horas de extração.
Quando comparados os resultados do
teor de óleo extraído no extrator de bandejas
com 400g e o Clevenger MA 553, o extrator
teve melhor rendimento quando utilizou duas
e três bandejas, cerca de 12% a mais e
obteve o mesmo teor com uma hora a menos
de extração. Para uma única bandeja, a
massa de 400g ficou mais compacta
dificultando a passagem do vapor, e para
este caso o Clevenger apresentou um teor
11% maior que o extrator de bandejas.
Este equipamento é muito utilizado nos
dias atuais por apresentar boa eficiência,
porém sua limitação em relação à quantidade
de matéria que suporta mostra uma grande
desvantagem para a produção em grande
escala.
Devido
à
tendência
crescente
apresentada nas Figuras 3, 4 e 5, verifica-se
que o tempo de destilação empregado
(quatro horas) foi insuficiente para extrair
completamente o óleo das amostras.
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Teor de óleo essencial de gengibre (%)
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
400 g
300 g
600 g
1200 g
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
1
2
3
4
5
Tempo (h)
Teor de óleo essencial de gengibre (%)
Figura 3 - Teor de óleo essencial de gengibre
em função do tempo usando uma bandeja.
2,0
1,8
1,6
1,4
1,2
400 g
800 g
1200 g
600 g
2400 g
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
1
2
3
4
5
Tempo (h)
Teor de óleo essencial de gengibre (%)
Figura 4 - Teor de óleo essencial de gengibre
em função do tempo para duas bandejas.
2,0
1,8
1,6
1,4
400 g
1200 g
600 g
900 g
1800 g
3600 g
1,2
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0,0
0
1
2
3
4
5
Tempo (h)
Figura 5 - Teor de óleo essencial de gengibre
em função do tempo para três bandejas.
CONCLUSÕES
A partir da análise dos resultados pode-se
concluir que as melhores condições operacionais
para o extrator de bandejas são aquelas com um
maior número de bandejas (3) para menor massa
(400g), extraindo 0,961g de óleo, o que
corresponde a um teor de 1,7%.
Na comparação dos dois equipamentos, o
extrator de bandejas mostrou-se mais eficiente
para duas e três bandejas, cerca de 12%.
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Uberlândia, Minas Gerais, Brasil