Emprego da tecnologia supercrítica para a valorização do resíduo de semente de chia (Salvia hispanica)

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos, Florianópolis, 2014.

A chia (Salvia hispanica) é uma planta cultivada nas Américas do Sul e Central, cuja semente é fonte de antioxidantes naturais e ácidos graxos essenciais. O presente estudo avaliou a obtenção de extratos de torta de chia, subproduto proveniente da extração do óleo de chia. Foram aplicadas as técnicas a baixa pressão como extração em Soxhlet (SOX), ultrassom (US) e maceração (MAC) utilizando etanol (EtOH), hexano (Hex) e acetato de etila (EtOAc) como solventes, a fim de comparar com o processo de extração supercrítica (ESC). As operações de ESC foram realizadas com pressões de 150 bar a 300 bar e temperaturas de 40 °C e 50 °C empregando o CO2 como solvente. Também foi realizada a aplicação de EtOH e EtOAc como cossolventes no processo de ESC em concentrações de 2,5 até 7,5 %. O processo de extração supercrítica sequencial (ESC-S) foi estudado, o qual possui duas etapas de extração, com uma despressurização rápida do sistema entre a primeira e a segunda etapa. A construção da curva cinética e modelagem matemática de processos de ESC e ESC-S foram executadas, além da estimativa de custos de manufatura da instalação de uma unidade industrial de ESC. Todos os extratos obtidos foram submetidos a análises de atividade antioxidante (método ABTS), teor de fenólicos totais (TFT), perfil de ácidos graxos e atividade antimicrobiana. Nas extrações a baixa pressão, os maiores rendimentos foram obtidos utilizando SOX com EtOH (15,4 ± 0,4 %). Nas ESC com CO2 puro, a pressão de 300 bar permitiu alcançar rendimentos de até 10,6 ± 0,2 %, na maior temperatura estudada. A utilização de cossolvente causou aumento no rendimento de extração (11,3 ± 0,1% utilizando EtOH a 7,5%). Os extratos obtidos em extrações a baixa pressão com EtOH e EtOAc obtiveram os melhores valores de TFT e atividade antioxidante. A utilização de cossolvente afetou positivamente os resultados de TFT e atividade antioxidante dos extratos de ESC. O perfil de ácidos graxos dos extratos confirmou altos teores de ácido linoleico e a-linolênico em todos os extratos testados. Extratos obtidos pelas diferentes técnicas mostraram atividade antimicrobiana contra B. cereus. A ESC-S com despressurização rápida teve efeito positivo com relação ao rendimento, onde foi atingido rendimento de 8,7 ± 0,2%, estatisticamente igual ao rendimento obtido em ESC na mesma condição, porém reduzindo o tempo de extração pela metade. A realização da segunda etapa de ESC-S utilizando EtOH 7,5% ocasionou um aumento no TFT dos extratos obtidos. O modelo que melhor se ajustou as curvas experimentais foi o modelo de Martínez et al. (2003). Segundo o modelo de Sovová (1994), para os processos de ESC e primeira etapa de ESC-S, o mecanismo de convecção foi mais representativo. Na segunda etapa de ESC-S o mecanismo de difusão também mostrou representatividade. A ESC-S quando realizada até a etapa de despressurização (ESC-Desp) mostrou ser um processo economicamente viável e lucrativo para aplicação em escala industrial, com valores de extrato competitivos com os valores de mercado, gerando extratos de alta qualidade em um menor tempo de processo.<br>

Abstract : Chia (Salvia hispanica) is a plant cultivated in South and Central America, whose the seed is a source of natural antioxidants and essential fatty acids. The present study evaluated the extracts attainment from chia seed cake, which is a byproduct from chia seed oil extraction process. It were applied low-pressure techniques, like Soxhlet extraction (SOX), ultrasound assisted extraction (US) and maceration (MAC) using ethanol (EtOH), hexane (Hex) and ethyl acetate (EtOAc) and as solvents with the objective of comparing with the high pressure process, performed by supercritical fluid extraction (SFE). SFE were performed at pressures from 150 to 300 bar and temperatures of 40 °C and 50 °C, using CO2 as solvent. It was also performed an application of EtOH and EtOAc as cosolvents on SFE process, using concentrations from 2.5 to 7.5%. A sequential supercritical fluid extraction (S-SFE) process was studied, wich includes two steps of extraction, with a fast depressurization of the system between the first and the second step of extraction. The kinetic extraction curves of SFE and S-SFE processes were built and mathematical models adjusted the experimental data. It were also performed an estimative of manufacturing costs from installing a supercritical fluid extraction industrial unit. All extracts was submitted to antioxidant analysis (ABTS method), total phenolics content (TPC), fatty acids profile and antimicrobial analysis. Among low-pressure extraction, the highest yield was achieved using SOX with EtOH (15.4 ± 0.4 %). Among the SFE assays using pure CO2, the pressure of 300 bar allowed to achieve yields up to 10.6 ± 0.2 %, in the highest tested temperature. The use of a cosolvent caused increase in yield (11.3 ± 0.1% using EtOH 7,5%). Extracts obtained by lowpressure techniques using EtOH and EtOAc showed the best values of TPC and antioxidant activity. The using of a cosolvent affected in a positive way the results of TPC and antioxidant activity of SFE extracts. The fatty acids profile of the extracts confirmed the high content of linoleic and a-linolenic acids in all tested extracts. Extracts obtained by different techniques showed antimicrobial activity against B. cereus. SSFE process with fast depressurization caused a positive effect in yield, achieving a yield of 8.7 ± 0.2%, statiscally equal to the yield obtained by SFE using the same condition, but reducing the extraction time by half. The performance of the S-SFE second step using EtOH 7.5% caused an increase in the TPC of the obtained extracts. Martínez et al (2003) was the model which best-adjusted experimental data. According to Sovová s model (1994), in S-SFE first step and SFE processes, the convection mechanism was more representative. In the S-SFE second step, the diffusion mechanism showed to be representative. S-SFE process, when realized until the depressurization step (SFE-Desp), showed to be an economically viable and profitable process on an industrial scale application, with values of extract competitive with market values, generating high quality extracts in a shorter process time.