Extração assistida por micro-ondas de óleo essencial de folhas de eucalipto (eucalyptus urophylla x globulus)

Abstract

A celulose das árvores do gênero Eucalyptus é um dos principais elementos de interesse econômico desse vegetal. Suas folhas, apesar de conter óleo essencial (OE), caracterizam-se como um subproduto da indústria de processamento de papel e celulose. Assim, pesquisas com relação à recuperação dessa biomassa tornam-se importantes, principalmente, do ponto de vista ambiental e econômico. Tradicionalmente, a extração de OEs ocorre pelo processo de hidrodestilação (HD), o qual necessita de longos tempos de extração. Visando superar essa restrição, a tecnologia de extração assistida por micro-ondas (Microwave Assisted Extraction - MAE) vem sendo desenvolvida e aplicada. O objetivo principal deste estudo foi avaliar o processo de extração de OE de folhas de eucalipto, empregando os métodos de extração HD e MAE. Para esse processo em escala de bancada, desenvolveu-se um aparato de extração por meio da adaptação de um forno micro-ondas doméstico. Inicialmente, analisou-se o rendimento de OE das matrizes de subprodutos de folhas de eucalipto das espécies Eucalyptus saligna, E. urohpylla e E. urophylla x globulus geradas a partir de uma indústria de celulose. Os resultados apontaram que a espécie E. urophylla x globulus apresentou maior teor de OE (2,16±0,02%), sendo a espécie escolhida para a aplicação da tecnologia MAE. Na segunda etapa do estudo, fez-se uma avaliação dos efeitos dos fatores do processo MAE, avaliando os fatores razão sólido:solvente (1:1; 1:1,5 e 1:2), potência do micro-ondas (680, 850 e 1.020 W) e tempo de extração total (20, 40, 60 min) no rendimento de OE. Desse modo, as condições ideais do processo foram determinadas como: razão sólido:solvente de 1:2, potência de 680 W e tempo de extração total de 60 minutos. Para essas condições, realizou-se o estudo cinético e modelagem matemática com a avaliação dos modelos de primeira ordem, segunda ordem, Peleg e Patricelli. No estudo cinético, o tempo total do processo MAE para a obtenção do rendimento de 1,8±0,1% foi apenas 60 minutos, tempo 57% inferior ao observado no método HD para igual rendimento (140 minutos). Dentre os modelos cinéticos estudados, o modelo de Patricelli foi o que apresentou melhor ajuste aos dados experimentais da extração HD (R² igual 0,9904 e RMSE igual 0,0016) e da extração MAE (R² igual 0,9962 e RMSE igual 0,0006). Por fim, as análises energéticas e de impacto ambiental também indicaram o método MAE como uma tecnologia mais ambientalmente amigável do que a HD, tornando-se atrativa para o setor industrial. Com base nos resultados obtidos, pode-se concluir que a extração de OE da matriz estudada proporcionou a reutilização de um subproduto industrial, sugerindo uma alternativa de exploração e agregando valor ao mesmo.

The cellulose from trees of the genus Eucalyptus is the main industrial product of this species. Its leaves, although containing essential oil (EO), are characterized as a by-product from the pulp and paper processing industry. Thus, researches about the recovery of this biomass are important, mainly from the environmental and ecological point of view. Traditionally, the extraction of EO occurs by hydrodistillation (HD), process that requires long extraction times. In order to overcome this restriction, microwave assisted extraction (MAE) has been developed and applied. The main objective of this study was to evaluate the extraction process of eucalyptus EO, using the HD and MAE methods. For this laboratory-scale process, an extraction apparatus was developed through the adaption of a domestic microwave oven. Initially, the yield of EO by-products of eucalyptus leaves of the species Eucalyptus saligna, E. urophylla and E. urophylla x globulus from a cellulose industry were analyzed. The results showed that the species E. urophylla x globulus presented the highest EO content (2.16 ± 0.02%), being the species chosen for the application of the MAE technology. In the second stage of the study, an evaluation of the effects of MAE process factors was performed, analyzing the factors ratio solid:solvent (1:1, 1:1,5 and 1:2), microwave power (680, 850 and 1.020 W) and total extraction time (20, 40, 60 min) in the EO yield. Thus, the ideal process conditions were determined as: ratio solid:solvent of 1:2, power of 680 W and total extraction time of 60 minutes. For these conditions, a kinetic study and a mathematical modeling were performed evaluating the first-order, second-order, Peleg and Patricelli models. In the kinetic study, the total time of the MAE process to obtain the yield of 1.8 ± 0.1% was only 60 minutes, 57% lower than the HD method for the same yield (140 min). Among the kinetic models studied, the Patricelli model presented the best fit to the experimental data of the HD extraction (R² equal to 0.9904 and RMSE equal to 0.0016) and MAE extraction (R² equal to 0.9962 and RMSE equal to 0.0006). Finally, the energy and environmental impact analyzes also indicated the MAE method more environmentally friendly than HD, being attractive for the industrial sector. Based on the results, it is possible to conclude that the extraction of EO from the studied matrix provided the reuse of an industrial by-product, suggesting an exploration alternative adding value to this residue.