Kopcak_Uiram_M

UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS 
Faculdade de Engenharia Química 
Área de concentração: Engenharia de Processos 
UNICAMP 
Extração de Cafeína das Sementes da Planta do 
Guaraná (Paullinia cupana) com Dióxido de 
Carbono Supercritico e co-solventes 
Uiram Kopcak 
Autor 
Prof. Dr. Rahoma Sadeg Mohamed 
Orientador 
Dissertação de Mestrado 
apresentada à Faculdade de Engenharia 
Química - UNICAMP como parte dos 
requisitos exigidos para a obtenção do titulo 
de Mestre em Eng. Quimíca. 
Campinas - São Paulo - Brasil 
Abril/2003 
UNICAMP 
BH3Ll0TECA C::t>,ff f\ AL 
DESENVOLViMENTO DE vvLcyuc~ 
FICHA CATALOGRÁFICA ELABORADA PELA 
BIBLIOTECA DA ÁREA DE ENGENHARIA - BAE - UNICAMP 
K838e 
Kopcak, Uiram 
Extração de cafeína das sementes da planta do 
guaraná (Paullinia cupana) com dióxido de carbono 
supercritico e co-solventes I Uiram Kopcak. --Campinas, 
SP: [s.n.], 2003. 
Orientador: Rohoma Sadeg Mohamed. 
Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de 
Campinas, Faculdade de Engenharia Química. 
l. Cafeína. 2. Extração com fluido supercritico. 3. 
Guaraná. 4. Dióxido de carbono. 5. Alcalóides. 6. 
Álcool. I. Mohamed, Raboma Sadeg. II. Universidade 
Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia 
Química. ill. Título. 
Dissertação de Mestrado defendida por Uiram Kopcak e a provada 
em 7 de abril de 2003 pela banca examinadora constituída pelos 
doutores: 
Prof. Dr. Rahoma Sadeg Mohamed 
DTF-FEQ!U nicamp (Orientador) 
(\ 
\ 
DPQ-FEQ!U icamp (Titular) 
Dr. Paulo de Tarso Vieira e Rosa 
PRODOC/CAPES- FEA!Unicamp (Titular) 
Este exemplar corresponde à versão final da Dissertação de Mestrado intitulada: 
Extração de Cafeina das Sementes da Planta do Guaraná (Paullinia cupana) com Dióxido 
de Carbono Supercdtico e Co-solventes. 
Rahoma Sadeg Mohamed 
----------------------------------------------------------~Agradeci111entos 
AGRADECIMENTOS 
Meus sinceros agradecimento a estas pessoas que contribuíram de alguma forma 
para a realização deste trabalho, quer seja através de discussões produtivas, quer 
seja através de colaborações, mas sobretudo pela amizade. 
•!• Ao Proj Dr. Rahoma S. Mohamed, pela amizade, orientação e apoio 
incondicional nos momentos mais difíceis da realização deste trabalho, 
•!• Ao Alvaro, pela ajuda e pelas discussões sem as quais este trabalho não teria 
sido realizado, 
•!• Aos colegas do laboratório Franscisléo, Ronaldo, Tatiana, Lilian e l11arleny 
que sempre ajudaram e com os quais construi uma grande amizade, 
•!• Aos colegas do laboratório do professor Theo, pela amizade e grande 
consideração, 
•:• Aos colegas do laboratório da professora Sandra, em especial ao Osvaldo pela 
ajuda incondicional, 
•!• Ao Clecios, pela grande amizade e consideração, 
•!• A todos os outros amigos, alunos, professores e fUncionários, que ganhei nestes 
mais de oito anos de FEQ, 
•!• Ao meu primo Igor, à Divina e à Cris por todo o apoio recebido e convivência 
estes anos na "nossa" República, 
•!• A minha mãe, Cidinha, e meu pai, Carlos, que sempre foram lutadores e deram 
a base ética para meu desenvolvimento, 
•!• A Cleide e ao meu pai por tudo que fizeram por mim e por darem condições 
para que pudesse me manter em Campinas, 
•!• Ao meu irmão Elias pela a ajuda e apoio incondicional todos estes anos que 
estamos em Campinas, 
•!• Aos meus irmãos Vandré e Leandro pela amizade e companheirismo, 
•!• A Sarah, pelo carinho e compreensão, sem os quais não haveria motivo para 
seguir em frente, 
•!• A F AP ESP e ao F AEP pelo financiamento da pesquisa. 
iii 
"Se você quiser salvar o seu filho da 
pólio, você pode rezar ou você pode 
vacinar ... Tente a ciência. " 
CarlSagan 
"Existem muitas hipóteses na ciência que 
são erradas. Isso é perfeitamente correto; 
elas são a abertura para descobrir o que 
é certo. A ciência é um processo auto-
corretivo. Para serem aceitas, novas 
idéias devem sobreviver aos mms 
rigorosos padrões de evidência e 
escrutínio. " 
CarlSagan 
lV 
Dedico este trabalho à minha mãe, 
Aparecida Pedra Kopcak (in memorian) 
ao meu pai, Carlos Kopcak e para 
alguns responsáveis pelo início de tudo 
isso, meus avós paternos, Pavão Kopcak 
(in memorian) e A1ikalina Kopcak. 
Dedico também este trabalho ao Proj 
Dr. Rahoma S. Mohamed (in memorian), 
que, antes de tudo, foi um grande amigo. 
-------------------------------'B"'~!fi/IIJ'O./I! 
RESlJMO 
Alcalóides são compostos orgânicos enconlrndos em produtos naturais. Estas 
substâncias podem apresentar efeitos tóxicos no ser humano e animais, porem apresenlan'l 
propriedades rempêuticas quando usados em doses moderadas. Akaióides como cafeína., 
teofilina., teobromina., emetina e pilocarpina., entre outros, são utilizados como princípios 
ativos em uma variedade de medícameutos e estimulantes. Devido às suas propriedades, 
processos para a recuperação de a!ca!óides de produtos naturais são de grande interesse 
para as indústrias de alimentos, de cosméticos e furmacêuticas. 
O alca!óide mais c.onsumido no mundo, a cafeína., é encontrado em grandes 
concentrações em produtos naturais, tais como, nas folhas da planta do mate, nos grãos de 
café e nas sementes de guaraná. Os processos convencionais utilizados para recuperar a 
cafeína a partir destas matrizes vegetais normalmente utilizam solventes orgânicos que 
podem causar danos ao meio ambiente e são tóxicos para o ser humano e animais. 
A extrnção de alca!óides com o uso de dióxido de caroono supercritico (CO.z-SC), 
um solvente não-tóxico, não-inflamavél, encontrado comercialmente com grande pureza, 
não-agressivo ao meio ambiente e que possui baixas constantes criticas, tem sido utilizada 
em substiruição a estes processos convencionais. 
Os fluidos no estado supercritico (FSC), em certas regiões de interesse nos 
processo reais, possuem densidades próximas às dos líquidos, viscosidades próxima às dos 
gases e difusividades intermediárias. Estas características tornam estes solventes 
potencialmente atrativos para os processos de extração. As extrações com o uso de FSCs 
são baseadas no fato de que, próximo ao ponto crítico do solvente, propriedades como a 
densidade e a capacidade de solvência variam enormemente com pequenas mudanças nas 
pressões e temperaturas do processo, possibilitando a fácil recuperação dos solutos com 
pequenas mudanças nestas variáveis. 
Um grande problema associado ao uso do COrSC, nos mais variados processos de 
extração, é a pequena polaridade deste solvente e, consequentemente, a baixa capacidade de 
solubilizar solutos polares. Esta capacidade pode ser aumentada através da adição de co-
solventes polares em baixas concentrações ao CQ.z-SC, como por exemplo água, etano! ou 
acetonitrila 
Esta dissertação de mestrado procura dar uma contribuição ao desenvolvimento 
científico de uma tecnologia promissora para a extração de a!ca!óides a partir de produtos 
naturais: o processo de extração com fluido supercriticos, tendo por objetivo principal, a 
extração da cafeína de sementes da planta do guaraná (Paullinia cupana) com dióxido de 
caroono supercritico e co-solventes polares como o etano! e o isopropanol. 
Com o intuito de determinar o efeito do uso de co-solventes na solubilidade da 
cafeína pura em C02-SC, experimentos de solubilidade da cafeína em misturas 
supercriticas de etanol!CO:! e isopropanol!C(h foram realizados usando um aparelho de 
extração de fluxo semi-continuo a altas pressões. A solubilidade da cafeína em misturas 
contendo 5% etanol!COz, l 0"/o etanol!COz e 5% isopropanoi!CO:! foram determinadas a 
323,2 e 343,2 K com pressões variando de 15,2 a 23,4 MPa. Experimentos de extração de 
cafeína a partir de sementes torradas e moídas de guaraná foram obtidos no mesmo 
aparelho experimental utilizando as misturas supercriticas a 323,2, 333,2 e 343,2 K e 17,9, 
23,4 e 30,0 MPa. Experimentos da extração de cafeína em fimção do diâmetro de partícula 
de sementes torradas e moídas de guaraná foram obtidos a 323,5 K., 23,4 MPa e diâmetros 
de partícula variando entre