Produção de extratos ricos em estigmasterol por extração supercrítica a partir de biomassa

Mestrado em Engenharia QuímicaThe production of stigmasterol enriched extracts from two different vegetal raw materials, Eichhornia crassipes and Moringa oleifera was assessed in this work, targeting at process optimization and economic analysis through supercritical fluid extraction (SFE) Regarding E. crassipes, the optimization of the operating conditions aimed at obtaining the best combination of pressure and ethanol content that maximizes total extraction yield, total sterols extraction yield and total and individual sterols concentration in the extract. In the range of operating conditions studied (200-300 bar and 0.0-5.0% (wt.) ethanol content),the optima were found for 300 bar and 5% ethanol for total extraction yield, amounting 1.24%; and 300 bar and 2.5% ethanol for both total sterol yield and total sterols concentration, . As to disclose the rate determining step of the extraction process, six extraction curves were measured for different flow rates and ethanol content, and three simplified phenomenological models were adjusted to the experimental data, with models based in diffusion controlled assumptions providing the best fitting adequacy. For the SFE of Moringa oleifera seed oil, a techno-economic study encompassing the coproduction of oil and sterols was accomplished using the RSM-COM approach, where the costs of drying of the biomass and separating the sterols from the bulk oil were taken into account besides the supercritical fluid extraction expenses. For a SFE unit comprising two-extractors of 1 m3 capacity and operating under optimum pressure and time conditions of 350 bar and 1.3 h, respectively, the cost of manufacturing (COM) of the oil was estimated to be 2.64€ kgoil−1. For the coproduction of a sterols mixture with 89.4 wt. % purity, the minimum COMsterols= 5.11€ kgsterols−1. The overall annual production of oil and sterols under these conditions is 558.9 tons and 1.9 tons, respectively. The most favorable net income of the studied process reaches 15.94M€ year−1, showing the proposed integrated process to be feasible, and that non negligible cost synergies exist. In the whole, the study opens the way to exploit these raw materials by supercritical fluid extraction within the scope of biorefinery premises.Neste trabalho, abordou-se a produção de extratos ricos em estigmasterol a partir de duas matérias-primas distintas por via da tecnologia de extração supercrítica, tendo como foco a otimização experimental de processo quer pela perspetiva técnica como pela económica Relativamente à espécie E. crassipes, realizou-se um estudo de otimização das condições de operação com o objetivo de encontrar a melhor combinação de pressão e quantidade de co-solvente (etanol) que maximizasse o rendimento total, rendimento de esteróis e ainda a concentração de total e individual de esteróis no extrato final. Na gama de condições estudadas (200-300 bar e 0.0-5.0% (wt.) de etanol), as condições ótimas foram obtidas para 300 bar e 5.0% de etanol, obtendo-se 1.24% de rendimento total; e 300 bar e 2.5% de etanol quer para o rendimento como para a concentração de esteróis. De modo a estudar o passo limitante no transporte de massa do processo, 4 curvas de extração foram medidas para diferentes caudais e % de co-solvente, e diferentes modelos fenomenológicos simplificados foram ajustados aos dados experimentais, tendo-se observado que os modelos baseados nas hipóteses de controlo por difusão proporcionam um melhor ajuste. Relativamente à espécie Moringa oleifera, um estudo tecno-económico abrangendo a coprodução de óleo e de esteróis foi realizado usando a abordagem de optimização (RSM) de custo de produção (COM) que incluiu o custo de secagem inicial da matéria-prima, separação final dos esteróis do óleo, para além dos custos diretamente associados ao processo de extração supercrítica. Nas condições ótimas de pressão e tempo de extração de 350 bar e 1.3h, respetivamente, COMóleo= 2.64 € kgóleo−1 para uma unidade de extração composta por dois extratores de 1m3 cada. No caso da coprodução de uma mistura de esteróis com 89.4 wt.% de pureza, o COMesteróis mínimo é de 5.11 € kgesteróis−1. Nestas condições a produção anual ascende a 558.9 tonóleo e 1.9 tonesteróis . No processo estudado, estima-se um lucro de 15.94 M€ ano−1, mostrando que o processo integrado proposto é viável e que existem sinergias económicasque não deverão ser negligenciadas. De um modo geral, este trabalho abre caminhos de exploração destas duas matérias-primas por via da extração supercrítica, no âmbito do conceito de biorefinaria