BRPI0719329A2

BRPI0719329A2 - Processo para extração e separação seletivas de materiais orgânicos por meio de pressão alta

Info

Publication number: BRPI0719329A2
Application number: BRPI0719329-7A2A
Authority: BR
Inventors: Michael Bork; Christoph Luetge
Original assignee: Uhde High Pressure Tech Gmbh
Priority date: 2006-11-23
Filing date: 2007-11-21
Publication date: 2014-02-04
Also published as: DE102006055710A1; WO2008061716A1; JP2010510057A; CN101588852A; CA2669477A1; KR20090086225A; CN101588852B; MX2009005439A; US20100136190A1; EP2097149A1; NO20092074L; NZ577016A

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PROCESSO PARA EXTRAÇÃO E SEPARAÇÃO SELETIVAS DE MATERIAIS ORGÂ- NICOS POR MEIO DE PRESSÃO ALTA".

A presente invenção refere-se a um processo para o restabele- cimento de constituintes solúveis de materiais brutos orgânicos em pressões acima de 110 mPa (1100 bar) até 500 mPa (5000 bar) por meio de um gás supercrítico, em que a adição de capturadores é dispensada completamente.

Processos para a extração de materiais brutos vegetais e ani- mais são conhecidos e são usualmente operados por meio de CO2 supercrí- 10 tico como um solvente. Tais processos fazem uso da circunstância que o gás supercrítico reage quase analogamente a um líquido e que a solubilida- de excelente dos materiais essenciais em CO2 supercrítico é garantida. Bem-conhecida é a descafeinação do café.

É também conhecido que a solubilidade dos materiais eleva-se se, por exemplo, a temperatura e a pressão forem aumentadas. É também conhecido que a solubilidade máxima é alcançada com temperatura cons- tante e pressão crescente. Em um aumento de pressão além do máximo a solubilidade diminuirá.

WO 2006/05537 A1 descreve um processo de extração por meio de CO2 para separação da cafeína de uma planta de chá. Para este propósi- to, pressões de até 100 mPa (1000 bar) e temperaturas de até 80° C são recomendadas como parâmetros de processamento.

EP 1 424 385 B1 descreve um outro processo para a produção de um extrato de lúpulo enriquecido com xantohumol e sua aplicação. Este 25 processo ocorre em uma pressão máxima de até 100 mPa (1000 bar) e tem- peraturas acima de 60° C. Os dois processos supracitados especificam 100 mPa (1000 bar) como um limite para a pressão no estágio de extração em temperaturas similares. A faixa ideal da extração é dada para ser um pouco abaixo de 100 mPa (1000 bar). Este limite de 100 mPa (1000 bar) descrito 30 em WO 2006/05537 Al e EP 1 424 385 B1 é idêntico à faixa fisicamente determinada em que a solubilidade máxima dos óleos naturais específicos para materiais brutos no gás supercrítico de CO2 é alcançada, a pressão exata sendo dependente da respectiva temperatura.

Estas pressões serão consideradas até mesmo como muito altas para aplicações industriais, visto que as pressões usualmente aplicadas no processo de extração varia entre 30 mPa (300 bar) e 50 mPa (500 bar). DE 5 1 95 24 481 C2, DE 44 00 096 C2 ou DE 198 54 807 A1 descrevem tais pro- cessos.

De acordo com o estado da técnica, a solubilidade em geral não é aumentada também elevando a pressão mas usando os assim chamados capturadores. Capturadores tais como etanol, acetona, hexano ou água alte- 10 ram a polaridade do solvente e desse modo também as propriedades do sol- vente. Uma desvantagem envolvida é que o capturador adicionado é para ser separado novamente. Isto aumenta o custo do processo de extração em que uma separação de 100 % é frequentemente impossível, que leva a im- purezas indesejadas. DE 198 54 807 A1 recomenda adicionar etanol ou he- 15 xano como um cossolvente ou capturador na extração de Iecitina de gema de ovo secada.

Conhecido são também processos que não requerem nenhum capturador adicional. US 4.466.923, por exemplo, descreve um processo em que um lipídio é extraído de um material contendo lipídios por meio de dióxi- 20 do de carbono supercrítico em que a extração é realizada a uma pressão variando entre 550° C e 1200° C e uma solubilidade de pelo menos 5 % do dióxido de carbono supercrítico no material a ser extraído é ajustada sele- cionando a pressão e a temperatura. Porém, misturas de substâncias a se- rem extraídas envolvem o problema que os diferentes componentes têm 25 comportamentos de dissolução diferentes e que, como a pressão e a tempe- ratura estão aumentando, a solubilidade de alguns componentes ainda esta- rá subindo enquanto a solubilidade de outros componentes, na maioria dos casos os mais facilmente solúveis, já estará diminuindo novamente.

Isto prova que há uma demanda persistente por uma extração de pureza alta de constituintes fracamente solúveis de materiais brutos ve- getais e animais.

Esta tarefa é resolvida com o processo de extração de acordo com a presente invenção para o restabelecimento de substâncias solúveis de materiais brutos orgânicos vegetais ou animais sob pressão alta, em que pelo menos um gás supercrítico é usado como um solvente, em que

• um ou mais vasos de pressão alta são enchidos com o material orgânico, vedados e depois submetidos a uma pressão de mais de 80 mPa

(800 bar), subsequentemente

• o gás supercrítico é passado pelo menos uma vez pelo vaso de pressão alta enchido em um estágio de extração, sem misturar qualquer capturador adicional ao gás supercrítico e subsequentemente

·ο gás supercrítico carregado é completamente ou em parte

provido a um estágio de separação em que as substâncias naturais ou mis- turas de substâncias são separadas ou separadas umas das outras enquan- to diminuindo a pressão, e

• a pressão no estágio de extração excede a pressão de solubi- Iidade máxima do óleo ou gordura específica(o) para material bruto no gás

supercrítico em pelo menos 10 %, o(a) respectivo(a) óleo ou gordura especí- fica(o) para material bruto age como um capturador.

É de importância decisiva neste respeito que a pressão no está- gio de extração exceda a pressão de solubilidade máxima do óleo ou gordu- 20 ra específica(o) para material bruto no gás supercrítico em pelo menos 10 %, este aumento de pressão pode também ser significativamente acima da pressão de solubilidade máxima do óleo ou gordura específica(o) para mate- rial bruto. Quando usar dióxido de carbono (CO2) como o gás supercrítico, a pressão deve preferivelmente variar entre 110 mPa (1100 bar) e 50 mPa 25 (5000 bar), no caso ideal, entre 130 mPa (1300 bar) e 250 mPa (2500 bar).

Uma descoberta surpreendente foi que ao aumentar excessiva- mente a pressão no estágio de extração os(as) óleos e gorduras específi- cas(os) para material bruto têm o efeito de um capturador específico para material bruto ou específico para espécie para a substância ou mistura de 30 substância a ser restabelecida. Desse modo, é também possível extrair substâncias das misturas de substâncias sem misturar os capturadores que previamente não poderiam ser de forma alguma restabelecidos na extração supercrítica ou apenas adicionando capturadores orgânicos.

Uma modalidade da invenção fornece gás supercrítico sendo recirculado várias vezes através do material orgânico no vaso de pressão alta do estágio de extração. Uma outra modalidade da invenção fornece uma 5 alteração na temperatura do gás supercrítico antes ou no estágio de separa- ção por meio de um permutador de calor.

O processo de extração pode ser melhorado em um tal modo que a pressão no primeiro separador seguindo o estágio de extração a ju- sante seja ajustada dentro da faixa da solubilidade máxima do óleo ou gor- 10 dura específica(o) para material bruto em CO2 e é maximamente 2 % acima ou abaixo que a solubilidade máxima no caso ideal. Aqui também, uma ob- servação surpreendente foi feita. Em tal nível de pressão, a fração obtida das substâncias dificilmente extraíveis permanece na mistura gasosa de sol- vente e óleo e pode, desse modo, ser separada de modo relativamente fácil 15 da mistura das substâncias mais facilmente solúveis. A separação destas substâncias dificilmente solúveis é depois realizada em separadores subse- quentes. A pressão no primeiro separador preferivelmente varia entre 80 mPa (800 bar) e 100 mPa (1000 bar).

Uma modalidade melhorada do processo fornece a extração sendo realizada em dois estágios. Antes da extração nas pressões supraci- tadas acima de 110 mPa (1100 bar), um estágio de extração a montante é provido, envolvendo uma pressão que é dentro da faixa da solubilidade má- xima do óleo ou gordura específica(o) para material bruto em CO2 e é maxi- mamente 2 % acima ou abaixo que a máxima no caso ideal, isto é, como no primeiro separador após a extração completa. Uma parte grande das subs- tâncias a serem extraídas pode ser separada através desta extração prelimi- nar no primeiro estágio, desse modo impedindo as mesmas de serem repre- cipitadas da solução se a pressão for subsequentemente elevada uma vez mais de forma significativa, para depois extrair os constituintes dificilmente extraíveis em um segundo estágio de extração, em pressões que excedem a pressão de solubilidade máxima do óleo ou gordura específica(o) para mate- rial bruto no gás supercrítico em menos 10 %, o(a) respectivo(a) óleo ou gordura específica(o) para material bruto servindo como capturador. Consi- derando que a parte do óleo ou gordura específica(o) para material bruto servirá como capturador, ela pode, claro, não ser separada completamente durante o primeiro estágio de extração mas apenas até onde não afeta o 'efeito do capturador' para a extração subsequente.

Em uma modalidade melhorada do processo, pelo menos dois e, no caso ideal, três ou quatro separadores são fornecidos no estágio de se- paração, que são de níveis de pressão diferentes. Por esta graduação é possível alcançar uma separação preliminar da mistura de substâncias ex- traída.

Em vários experimentos, caroços de avelãs foram submetidos a uma extração a 40° C e pressões diferentes. Uma batelada foi operada pelo processo de acordo com a presente invenção a uma pressão de 150 mPa (1500 bar) e, em um experimento comparativo, a mesma quantidade de ca- 15 roços de noz foi submetida à extração por um processo de acordo com o estado da técnica a uma pressão de 50 mPa (500 bar). O processo de acor- do com a presente invenção rendeu mais que o dobro da quantidade de óleo e alcalóides com a mesma quantidade de CO2, as porções de óleo e alcalói- des aumentando quase paralelamente. Estes experimentos também mos- 20 tram que a extração de pressão alta de acordo com a presente invenção é um processo termicamente muito suave.

Em outra série de experimentos, experimentos comparativos de acordo com o estado convencional correspondente da técnica foram realiza- dos. Inicialmente 0,5 kg de pimenta doce (capsicum annuum) foi enchido em 25 um extrator e extraído durante três horas a 180 mPa (1800 bar) e 60° C. A razão de solvente para carga de alimentação foi 40, referida a sua massa. Em um primeiro separador que foi operado a 100 mPa (1000 bar) e 40° C, 15 g de um produto semissólido vermelho escuro contendo capsantina, cap- sorrubina, beta-caroteno, beta-criptoxantina, luteína, violaxantina e zeaxanti- 30 na pôde ser separado, correspondendo a um rendimento de 3 %. No sepa- rador subsequente que foi operado a 100 mPa (1000 bar) e 40° C, uma e- mulsão de componentes aromáticos e água foi separada. O resíduo sólido ainda continha carotenos e carotinoides. No experimento comparativo de acordo com a invenção, a mesma quantidade de pimenta doce foi extraída na mesma pressão e na mesma temperatura mas com uma razão de solven- te para carga de alimentação de, inicialmente, 13 e um período de extração 5 de uma hora apenas. Em um primeiro separador, um produto comparável foi separado. No separador subsequente, que foi operado sob as mesmas con- dições que mencionadas antes, também uma emulsão de componentes a- romáticos e água separou-se, esta emulsão, porém, foi reconcentrada e re- tornada ao extrator de pressão alta. Em um outro estágio de extração, caro- 10 tenos e carotinoides foram também extraídos e o rendimento junto com cap- santina, capsorrubina, beta-caroteno, beta-criptoxantina, luteína, violaxantina e zeaxantina somaram um total de 8 %, o rendimento de óleo novamente de 10 %. A razão de solvente para carga de alimentação para ambos os está- gios de extração juntos foi 40, como acima, referida a sua massa.

Em um outro experimento comparativo, 0,5 kg de pimenta-

malagueta (capsicum frutescens) foi enchido em um extrator e extraído du- rante duas horas a 230 mPa (2300 bar) e 60° C. A razão de solvente para carga de alimentação foi 35, referida a sua massa. Em um primeiro separa- dor que foi operado a 100 mPa (1000 bar) e 40° C, 18 g de um produto se- 20 missólido vermelho escuro contendo capsantina, capsorrubina, beta- caroteno, beta-criptoxantina, luteína, violaxantina e zeaxantina pôde ser se- parado, correspondendo a um rendimento de 3,6 %. No separador subse- quente que foi operado a 30 mPa (300 bar) e 40° C, uma emulsão de com- ponentes aromáticos e água foi separada. O resíduo sólido ainda continha 25 carotenos e carotinoides. No experimento comparativo de acordo com a in- venção, a mesma quantidade de pimenta-malagueta foi extraída na mesma pressão e na mesma temperatura mas com uma razão de solvente para car- ga de alimentação de, inicialmente, 17,5 e um período de extração de uma hora apenas. Em um primeiro separador, um produto comparável foi separa- 30 do. No separador subsequente que foi operado sob as mesmas condições como mencionadas antes, também uma emulsão de componentes aromáti- cos e água separou-se, esta emulsão, porém, foi reconcentrada e retornada para o extrator de pressão alta. Em um outro estágio de extração, carotenos e carotinoides foram também extraídos e o rendimento junto com capsanti- na, capsorrubina, beta-caroteno, beta-criptoxantina, luteína, violaxantina e zeaxantina somaram um total de 7 %, o rendimento de óleo novamente de 5 10 %. A razão de solvente para carga de alimentação para ambos os está- gios de extração juntos foi 40, referida a sua massa.

Em um outro experimento comparativo, 0,5 kg de pó de tomate (esculentum lycoperscum) foi enchido em um extrator e extraído durante du- as horas a 280 mPa (2800 bar) e 60° C. A razão de solvente para carga de 10 alimentação foi 35, referida a sua massa. Em um primeiro separador que foi operado a 100 mPa (1000 bar) e 40° C, 12 g de um produto vermelho-escuro semissólido contendo carotenos e carotinoides, predominantemente Iicopeno e beta-caroteno, pôde ser separado, correspondendo a um rendimento de

2,4 %. No separador subsequente que foi operado a 30 mPa (300 bar) e 40° C, uma emulsão de componentes aromáticos e água foi separada. O resíduo sólido ainda continha carotenos e carotinoides. No experimento comparativo de acordo com a invenção, a mesma quantidade de pó de tomate foi extraí- da na mesma pressão e na mesma temperatura mas com uma razão de sol- vente para carga de alimentação de, inicialmente, 17,5 e um período de ex- tração de uma hora apenas. Em um primeiro separador, um produto compa- rável foi separado. No separador subsequente que foi operado sob as mes- mas condições como mencionadas antes, também uma emulsão de compo- nentes aromáticos e água separou-se, esta emulsão, porém, foi reconcen- trada e retornada ao extrator de pressão alta. Em um outro estágio de extra- ção, mais carotenos e carotinoides foram extraídos e o rendimento somou um total de 4 %, o rendimento de óleo novamente de 10 %. A razão de sol- vente para carga de alimentação para ambos os estágios de extração juntos foi 40, referida a sua massa.

Claims

1. Processo de extração para o restabelecimento de substâncias solúveis de materiais brutos orgânicos vegetais ou animais sob pressão alta, em que pelo menos um gás supercrítico é usado como um solvente, em que · um ou mais vasos de pressão alta são enchidos com o material orgânico, vedados e depois submetidos a uma pressão de mais de 80 mPa (800 bar), subsequentemente • o gás supercrítico é passado pelo menos uma vez pelo vaso de pressão alta enchido em um estágio de extração, sem misturar qualquer capturador adicional ao gás supercrítico e subsequentemente • o gás supercrítico carregado é completamente ou em parte fornecido a um estágio de separação no qual as substâncias naturais ou misturas de substância são separadas ou separadas umas das outras dimi- nuindo a pressão, caracterizado em que a pressão no estágio de extração excede a pressão de solubilidade máxima do óleo ou gordura específica(o) para material bruto no gás supercrítico em pelo menos 10 %, o(a) respecti- vo(a) óleo ou gordura específica(o) para material bruto age como capturador.

2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado em que CO2 é usado como o gás supercrítico e solvente.

3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizado em que uma pressão operacional de 110 mPa (1100 bar) a 500 mPa (5000 bar) é selecionada no estágio de extração.

4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado em que uma pressão operacional de 130 mPa (1300 bar) a 250 mPa (2500 bar) é selecionada no estágio de extração.

5. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizado em que 0 gás supercrítico é recirculado várias vezes pelo material orgânico no vaso de pressão alta do estágio de extração.

6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado em que a temperatura do gás supercrítico é alterada antes ou no estágio de separação por meio de um permutador de calor.

7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a .6,caracterizado em que a pressão no primeiro separador que segue o está- gio de extração a jusante é ajustada dentro da faixa da solubilidade máxima do óleo ou gordura específica(o) para material bruto em CO2 e é maxima- mente 2 % acima ou abaixo que a máxima no caso ideal.

8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado em que a pressão no primeiro separador varia entre 80 mPa (800 bar) e 100 mPa (1000 bar).

9.Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado em que pelo menos dois e, no caso ideal, 3 ou 4 separado- res são fornecidos no estágio de separação.

10. Processe de acordo com quaisquer das reivindicações 2 a 9, caracterizado em que um outro estágio de extração é adicionado a montante da extração como definido na reivindicação 1, em que a pressão é ajustada dentro da faixa da solubilidade máxima do óleo ou gordura específica(o) pa- ra material bruto em CO2 e é maximamente 2 % acima ou abaixo que a má- xima no caso ideal.