Valorization of vegetal biomass through supercritical CO2 extraction: from lab to exploitation - Melo, Marcelo Morais Rodrigues de (2020)
A investigação no tema de extração com dióxido carbono supercrítico (SFE) de compostos de valor acrescentado a partir de biomassa vegetal tem sido fortemente impulsionada por duas motivações: a valorização de subprodutos e a biorefinaria. Neste trabalho seis estágios diferentes da investigação neste campo são abordados: a caraterização preliminar de extratos, a otimização experimental, a medição de curvas cinéticas, a modelação das mesmas, estudos de escalabilidade (scale-up), e a análise tecno-económica. Para este efeito, selecionaram-se subprodutos e resíduos agroflorestais promissores, a saber: resíduos de café, folhas e ramos de jacinto de água, cortiça de carvalho turco, sementes de moringa, fruto gac, e casca de eucalipto, com especial ênfase neste último pela sua pertinência no contexto industrial português, nomeadamente para o setor da pasta e papel. O trabalho experimental focou-se em extratos crude e compostos bioativos com potencial para aplicações em cosmética e nutracêutica, tais como os ácidos triterpénicos (ácidos ursólico, oleanólico, betulínico), diterpenos (cafestol, kahweol, 16-O-methylcafestol), esteróis (estigmasterol, etc), friedelina, e licopeno.  Casca de eucalipto (Eucalyptus globulus): puro ou modificado com etanol, o SC-CO2 foi capaz de remover ácidos triterpénicos, e a medição e modelação de curvas de extração em condições ótimas (200 bar, 40 ºC e 2.5-5.0 % m/m de etanol) apontaram o rácio entre o caudal e a massa de biomassa como o critério de scale-up apropriado para o processo. Seguindo este critério realizou-se com sucesso um scale-up experimental a três escalas: 0.5, 5.0, and 80 L.  Cortiça de carvalho turco (Quercus cerris): extratos crude contendo cerca de 35 % m/m de friedelina foram produzidos com sucesso por SFE e as curvas de extração foram modeladas. A seletividade para a friedelina pode atingir 2.5 através da correta seleção do tamanho de partícula, quantidade de cosolvente (etanol) e tempo de extração.  Folhas e ramos de jacinto de água (Eichhornia crassipes): extratos ricos em estigmasterol foram obtidos para tempos de extração curtos (<1 h). As condições ótimas para o rendimento total de extração são 250–300 bar e 5.0 % m/m de etanol, enquanto que para os esteróis são 300 bar e 2.5 % m/m  Resíduos de tomate (Solanum lycopersicum): tanto o dióxido de carbono como o etano podem ser usados como solvente supercrítico para produzir um óleo essencial que é rico em licopeno. A viabilidade da SFE foi demonstrada, e apesar de o etano conduzir a maior produtividade, mais investigação é necessária para definir qual dos solventes é preferível na globalidade.  Fruta gac (Momordica. cochinchinensis): poderá ser uma promissora e economicamente viável fonte de carotenos, quando extraídos por SFE a 400 bar, 70-90 , durante 0.5-1.0 h.  Sementes de moringa (Moringa oleifera): uma análise tecno-económica revelou que um processo integrado bem projetado e combinando SFE com destilação a vácuo permite a produção simultânea de um óleo essencial e de um extratos com uma concentração de esteróis de 89.4 %.  Borras de café (Coffea spp.): o óleo produzido por SFE é até 4.1 vezes mais rico em diterpenos do que extratos obtidos com n-hexano, e um processo altamente rentável é esperado a nível comercial. No cômputo geral, esta tese contribui para a sistematização de uma abordagem científica e técnica que promova a valorização industrial de biomassa vegetal através da tecnologia de extração supercrítica.