Prática beterraba (1)

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Departamento de Engenharia Química
EXTRAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO DE CORANTES PRESENTES NA BETERRABA
Autores: Christovam de Carvalho Almeida 
Filipe Siman Assis Alves 
Juliana Barcellos da Silva Sacramento 
Letícia Menezes de Morais 
Orientador(a): Leticia Fabri Turetta
Coronel Fabriciano – MG
Junho/2022
1. INTRODUÇÃO
A agroindústria gera milhões de toneladas de resíduos a cada ano, gerando problemas ambientais e econômicos, porém, muitos desses resíduos são ricos em nutrientes e compostos funcionais, o que pode torná-los subprodutos de valor agregado. O uso de subprodutos pode enriquecer os alimentos processados, reduzir o descarte do meio ambiente e aproveitar melhor os recursos naturais. Os caules da beterraba são um exemplo de resíduo com potencial de desenvolvimento e, assim como os bulbos, são ricos em betaína, composto que causa sua cor vermelho-púrpura. Esses pigmentos podem ser utilizados como corantes naturais na indústria alimentícia, mas sua estabilidade é um dos maiores desafios para sua utilização. (SANTOS & CASSINI, 2017).
A cor é um importante indicador de qualidade que afeta a aceitação dos alimentos pelos consumidores. Para obter a cor desejada, a indústria alimentícia utiliza corantes naturais ou sintéticos em seus produtos. Devido à crescente preferência por pigmentos naturais devido aos seus benefícios à saúde, a atenção da indústria se voltou para tais compostos. As opções de corantes naturais incluem a betalaína, um pigmento com alto poder de tingimento que é abundante na beterraba, principal fonte desse corante. Um dos maiores desafios na expansão do uso das betaínas é sua baixa estabilidade, fato que limita seu uso na indústria alimentícia. (CASSINI, 2018).
Para tal trabalho é estudado a extração das betalaínas a partir de um leito fixo com refluxo de água continuamente e pedaços mensurados. Com auxílio de equipamentos de precisão tais como picnômetros e espectrofotômetro, tal prática visa a extração desses corantes e a análise de uma curva de absorbância para se calcular as concentrações dessas betalaínas.
2. OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Realizar o estudo de ensaio da extração de corantes (betalaínas) presentes na beterraba com água.
2.2 OBJETIVOS ESPECÍFICOS
a) Caracterizar a matéria prima com relação à massa específica e a área específica; 
b) Caracterizar o leito fixo em relação a área específica e a porosidade;
c) Determinar a cinética de extração das betalaínas (betacianinas e betaxantinas) presentes na beterraba; 
d) Discutir e determinar o coeficiente de transferência de massa para o processo experimental e a difusividade mássica dos corantes (betalaínas).
3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS
O experimento de extração sólido-líquido do corante natural (betalaína) da beterraba foi realizado em um módulo didático, composto por uma coluna com diâmetro interno de 2,56 cm. Em um primeiro momento, amostras de beterraba são submetidas a uma análise de massa e volume específico, onde as amostras são separadas e pesadas, e posteriormente submetidas a uma análise de volume em uma proveta parcialmente com água destilada. O leito foi preenchido com os cubos de beterraba naturais, livres de qualquer impureza ou resíduos e são previamente cortados e pesados. O solvente utilizado para o processo de extração é água a temperatura ambiente (cerca de 24 ºC), a qual é bombeada por uma bomba peristáltica ajustada a uma vazão nominal de 750 mL/min. Na parte superior da coluna é coletadas alíquotas, em provetas ou béqueres de 50mL, onde o tempo é cronometrado quando tal volume era atingido. Após a coleta de cada alíquota, é feita a leitura da absorbância no espectrofotômetro UV-Vis a ondas de 600, 538 e 480 nm para determinação da concentração de betalaína na solução. 
A área superficial do particulado (As) foi calculada conforme a Equação 1.
 Equação (1)
O cálculo da área específica foi efetuado por meio da Equação 2.
 Equação (2)
A massa específica do leito foi determinada através da Equação 3.
 Equação (3)
Calculou-se através da Equação 4 a porosidade do leito fixo.
 Equação (4)
Através da Equação 5 foi obtida a área específica do leito.
 Equação (5)
As concentrações de betacianina (CBC) e betaxantinas (CBX) foram determinadas conforme as Equações 6 e 7, respectivamente.
 Equação (6)
 Equação (7)
O coeficiente de transferência de massa por convecção foi determinado através da Equação 8.
 Equação (8)
O cálculo para o coeficiente de difusividade mássica binária do corante foi obtida com a Equação 9. 
 Equação (9)
Para a obtenção do coeficiente convectivo de massa experimental, foi necessário fazer um balanço de massa na superfície da beterraba, como mostrado na Equação 10.
 Equação (10)
A partir do balanço, chegou-se a essa expressão para o acúmulo de massa pelo tempo de extração, mostrado na Equação 11.
 Equação (11)
PROCEDIMENTOS
Caracterização do particulado: Paquimetria
Corte a beterraba em cubos pequenos. Faça a paquimetria de 15 cubos e anote suas dimensões.
Calcule a área superficial (𝐴𝑠) do particulado, o volume da partícula (𝑉), seu comprimento característico médio (𝑐𝑚) e sua área específica (𝑎).
	Amostra
	C (mm)
	L(mm)
	H (mm)
	As (mm2)
	V (mm2)
	1
	 
	 
	 
	 
	 
	2
	 
	 
	 
	 
	 
	3
	 
	 
	 
	 
	 
	4
	 
	 
	 
	 
	 
	5
	 
	 
	 
	 
	 
	6
	 
	 
	 
	 
	 
	7
	 
	 
	 
	 
	 
	8
	 
	 
	 
	 
	 
	9
	 
	 
	 
	 
	 
	10
	 
	 
	 
	 
	 
	11
	 
	 
	 
	 
	 
	12
	 
	 
	 
	 
	 
	13
	 
	 
	 
	 
	 
	14
	 
	 
	 
	 
	 
	15
	 
	 
	 
	 
	 
	...
	 
	 
	 
	 
	 
	75
	 
	 
	 
	 
	 
	média
	 
	 
	 
	 
	 
Caracterização do particulado: Proveta
Corte cubos de beterraba com granulometria reduzida. Utilizando uma balança de precisão, meça a massa total dos cubos, depois coloque em uma proveta cheia de água com um volume conhecido e veja o deslocamento de água, que será o volume utilizado para calcular a densidade a partir da massa pesada.
Caracterização do leito fixo
Determine a porosidade do leito fixo (𝜀) e a área específica do leito (𝑎𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜).
 
 
Determinação da cinética de extração de corantes
Os dois corantes (betalaínas) analisados serão a betacianina e a betaxantina. As concentrações desses corantes são determinadas em função da absorbância em determinados comprimentos de onda. 
A betacianina absorve luz no comprimento de onda de 536 nm e a betaxantina no comprimento de 480 nm. As concentrações de betacianina (𝐶𝐵𝐶) e betaxantinas (𝐶𝐵𝑋) são determinadas conforme as expressões abaixo:
	Dados
	Betaxantina(480)
	Betacianina (536)
	ε (L/mol*cm)
	48000
	60000
	MM (g/mol)
	308
	550
Siglas:
𝐴 – Absorvância;
𝐶 – Concentração de corante (mg/L);
𝑀𝑀 – Massa molar do corante (g/mol);
𝐹𝐷 – Fator de diluição da solução analisada;
𝜀 – Absortividade molar do corante (L/mol.cm);
𝑛𝑑 – Comprimento do caminho ótico da cubeta (= 1 cm);
Índices:
𝐵𝐶 – Betacianina;
𝐵𝑋 – Betaxantina;
536 – Comprimento de onda 536 nm (absorvância de betacianina);
600 – Comprimento de onda 600 nm (absorvância de interferentes);
480 – Comprimento de onda 480 nm (absorvância de betaxantina);
Construa a curva cinética da concentração de corante em função do tempo.
A extração deve ser feita com água a uma vazão de _________ mL/min e uma temperatura de __________ ºC (valores fornecidos pelo professor no início da prática). O intervalo de tempo de coleta será o tempo necessário para coletar 50 mL de extrato em uma proveta devidamente aferida. Para tanto, utilizar 2 provetas de 50 mL para as coletas. 
Determinação dos coeficientes de transferência de massa por convecção e por difusão (difusividade mássica)para cada corante.
O coeficiente de transferência de massa por convecção pode ser determinado em função da taxa de transferência de massa:
Onde: 
 – Taxa de transferência de massa (mg/s); 
ℎ – Coeficiente de transferência de massa por convecção (m/s); 
𝐴𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓 – Área de transferência de massa (m²) calculada como: 
𝐴𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑓 = 𝑎𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜𝑉𝑙𝑒𝑖𝑡𝑜
 𝐶 – Concentração mássica de corante na beterraba (mg/m³);
𝐶∞ – Concentração mássica de corante na corrente de água (mg/m³).
Determine a difusividade mássica do corante (𝐷𝑐𝑜𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒,á𝑔𝑢𝑎)
𝐷𝑐𝑜𝑟𝑎𝑛𝑡𝑒,á𝑔𝑢𝑎 – Difusividade mássica do corante em água (m2 /s); 
c𝑚 – Comprimento médio característico (m)
REFERENCIAS
SANTOS, Claudia Destro dos; CASSINI, Aline Schilling. Extração, clarificação e estabilização de betalaínas provenientes de talos de beterraba vermelha (Beta vulgaris L.). UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL – UFRS. 2017. Disponível em: <https://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/163774>. Acesso em: Junho/2022.
CASSINI, Aline Schilling. Influência do HTST na estabilidade de betalaínas provenientes do bulbo da beterraba vermelha. UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL – UFRS. 2018. Disponível em: <https://www.lume.ufrgs.br/handle/10183/182328 >. Acesso em: Junho/2022.
AZEVEDO, E. G.; ALVES, A. M. (2009). Engenharia de Processos de Separação. Editora IST Press, Lisboa.
FOUST, A.S et al., (1982). Princípio das Operações Unitárias. Editora LTC, segunda edição, Rio de Janeiro-RJ.
SEMEDO, A. C. J. Compostos bioativos de Opuntia ficus indica. Dissertação (Mestrado em Controlo da Qualidade e Toxicologia dos Alimentos) — Faculdade de Farmácia, Universidade de Lisboa, Lisboa, Portugal, 2012.