Extraction of spent coffee ground (Coffea arabica) oil by cold pressing vs. solvente extraction assisted and non-assisted with ultrasound: processes yield and volatile, sensory, fatty acid and antioxidant profiles of the oils obtained

In the world, the consumption of the coffee generates annually about 22 thousand tons of spent coffee ground that, after drying contain more than 10% of oil. The objective of the present research was to evaluate the advantages and disadvantages of the cold pressing extraction of the oil present in coffee residues (Coffea arabica) comparing to solvent extraction, with and without the use of ultrasound. Spent coffee ground generated by espresso machine was dried at 10% moisture, and the oil extracted by three methods: cold pressing (55 ton), and ethanol extraction at 30 ° C, assisted and not assisted with ultrasound. The solvent extraction conditions were optimized by varying the spent coffee ground / solvent ratio and the extraction time, using a DCCR design, Response Surface Methodology and Desirability function. The oils obtained were characterized for humidity, relative density and peroxide, refraction, acidity, saponification and iodine indexes, fatty acid profile and antioxidant capacity (DPPH, ABTS and ORAC). The volatiles present in the oils headspace were isolated by SPME (DVB / Carboxen / PDMS fiber), separated on an HP-5MS capillary column and identified in GC-MS system. The conditions of isolation were optimized by varying the adsorption temperature in the fiber and the extraction time, using a DCCR design, Response Surface Methodology and Desirability function. Trained judges generated the aroma profile of the oils using ADQ®; the results were analyzed by ANOVA, Tukey (p≤0.05) and ACP. On a dry basis, the lipid content of the spent coffee ground was ~ 13%. The cold pressing showed an average yield of 29%. The optimum solvent extraction conditions without the use of ultrasound occurred with 550 mL of solvent / 100 g of spent coffee ground and 36 minutes of extraction; and showed 77% yield. Ultrasound, extraction time to give 78% yield was 10 minutes. Oils extracted by cold pressing, with ultrasonic assisted solvent, and with solvent without the use of ultrasound presented relative density of 0.93; 0.95; 0.93 g.cm-3, refractive indexes of 1.4702; 1.4547; 1.4561, acidity 0.99; 1.30; 1.38 mg KOH.g-1, saponification of 196; 195; 195 mg KOH.g -1, iodine 89.5; 91.5; 91 gI.g.g -1, peroxides of 3.41; 2.31; 1.99 meq O2.kg-1, all values within the ranges established by the Codex Alimentarius Commission for edible oils. Linoleic acid (C18: 2) was the major fatty acid in oils, followed by palmitic acid. The oils extracted with solvent had higher antioxidant capacities (by ORAC and ABTS methods) and higher total phenolic compounds than the oil extracted by cold pressing. The optimal condition of volatile insolation occurred with exposure of the fiber at 63ºC for 60 minutes. Furans and pyrroles were the main chemical classes in the oil extracted by cold pressing, representing respectively 13% and 11% of the total area of the chromatogram. Hydrocarbons and alcohols were the major chemical class in the solvent extracted oils. The oil generated by cold pressing presented an higher aromatic note described as "coffee beverage" (p≤0.05) than the others, which besides presenting notes described as "roasted" and “grounded coffee”, presented peculiar aromas, described as "alcohol","pungent" and "sweet". The three extraction methods evaluated yielded nutritionally advantageous products, the oil obtained by cold pressing being more suitable for food applications, and the oils extracted with solvent, suitable for the elaboration of nutritional supplements, cosmetics and hygiene products.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNo mundo, o consumo da bebida café gera anualmente cerca de 22 mil toneladas de borra que, após secagem contêm mais que 10% de óleo. O objetivo da presente pesquisa foi avaliar as vantagens e desvantagens da extração por prensagem a frio, do óleo presente em borra de café (Coffea arábica) comparativamente à extração com solvente, com e sem o uso de ultrassom. Borra gerada por máquina de café expresso foi seca a 10% de umidade, e o óleo extraído por três métodos: prensagem a frio (55 ton.), extração com etanol à 30°C, assistida e não assistida com ultrassom. As condições de extração com solvente foram otimizadas variando-se a proporção borra/solvente e o tempo de extração, utilizando-se delineamento DCCR, Metodologia de Superfície de Resposta e função Desirability. Os óleos obtidos foram caracterizados quanto à umidade, densidade relativa e índices de peróxido, refração, acidez, saponificação e iodo, perfil de ácidos graxos e capacidade antioxidante (DPPH, ABTS e ORAC). Os compostos voláteis do headspace dos óleos foram isolados por SPME (fibra DVB/Carboxen/PDMS), separados em coluna capilar HP-5MS e identificados em sistema GCMS. As condições de isolamento foram otimizadas, variando-se a temperatura de adsorção na fibra e o tempo de extração, utilizando-se delineamento DCCR, Metodologia de Superfície de Resposta e função Desirability. Julgadores treinados geraram o perfil sensorial dos óleos utilizando ADQ®; os resultados foram analisados por ANOVA, Tukey (p≤0,05) e ACP. Em base seca, o teor de lipídios da borra foi de ~13%. A prensagem a frio apresentou rendimento médio de 29%. As condições ótimas de extração com solvente sem o uso de ultrassom ocorreram com 550 mL de solvente/100g borra e 36 minutos de extração; e apresentou 77% de rendimento. Com ultrassom, o tempo de extração para se obter 78% de rendimento foi de 10 minutos. Os óleos extraídos por prensagem a frio, com solvente assistido de ultrassom, e com solvente sem o uso de ultrassom apresentaram densidade relativa respectivamente de 0,93; 0,95; 0,93 g.cm-3 , índices de refração de 1,4702; 1,4547; 1,4561, acidez de 0,99; 1,30; 1,38 mgKOH.g-1 , saponificação de 196; 195; 195 mgKOH.g-1 , iodo de 89,5; 91,5; 91 gI2.g-1 , peróxidos de 3,41; 2,31; 1,99 meq O2.kg-1 , todos valores dentro das faixas estabelecidas pela Codex Alimentarius Commission para óleos comestíveis. O ácido linoleico (C18:2) foi majoritário nos óleos, seguido pelo ácido palmítico. Os óleos extraídos com solvente, apresentaram maiores capacidades antioxidantes (pelos métodos ORAC e ABTS) e maiores teores de compostos fenólicos totais, que o óleo extraído por prensagem. A condição ótima de isolamento dos voláteis ocorreu com a exposição da fibra a 63ºC por 60 minutos. Furanos e pirróis foram as classes químicas majoritárias no óleo extraído por prensagem a frio, representando respectivamente 13% e 11% da área total do cromatograma. Hidrocarbonetos e álcoois foram a classe química majoritária nos óleos extraídos com solvente. O óleo gerado por prensagem apresentou nota aromática descrita como “bebida café” mais intensa (p≤ 0,05) que os demais, que além de apresentarem notas descritas como “torrado” e pó de café, apresentaram aromas peculiares, descritos como “álcool”, “pungente” e “doce”. Os três métodos de extração avaliados geraram produtos nutricionalmente vantajosos, sendo o óleo obtido por prensagem a frio mais adequado a aplicações alimentícias, e os óleos extraídos com solvente, adequados para elaboração de suplementos alimentares, cosméticos e produtos de higiene.São Cristóvã