Processamento de Guaraná em Pó para Xarope

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL
FACULDADE DE FARMÁCIA
OPERAÇÕES UNITÁRIAS FARMACÊUTICAS
MONOGRAFIA
Processamento de
Guaraná em Pó para produção de Xarope
Arielle Turcatel
Johanna Slaski
Natalie M. Gonçalves
Paula Dalbem
Sabrina Ártico
PORTO ALEGRE, JUNHO DE 2014
Arielle Turcatel
Johanna Slaski
Natalie M. Gonçalves
Paula Dalbem
Sabrina Ártico
Processamento de
Guaraná em Pó para produção de Xarope
Monografia apresentada ao curso de Farmácia da Universidade Federal do Rio Grande do Sul como requisito para aprovação na disciplina de Operações Unitárias Farmacêuticas. 
Professora: Mirian
PORTO ALEGRE
JUNHO 2014
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ............................................................................. Pg. 4
2. MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................... Pg. 5
3. OPERAÇÕES UNITÁRIAS .......................................................... Pg. 8
4. EQUIPAMENTOS ........................................................................ Pg. 10
5. CONCLUSÃO .............................................................................. Pg. 14
6. BIBLIOGRAFIA ........................................................................... Pg. 15
1. INTRODUÇÃO
O guaraná (Paullinia cupana) é uma sapindácea de cujo fruto, é retirada a semente. É um estimulante que aumenta a resistência nos esforços mentais e musculares e diminui a fadiga física e mental. 
Por meio das xantinas que possui cafeína e teobromina, o guaraná produz maior rapidez e clareza de raciocínio, possui ação tônica cardiovascular, diurética e auxilia no combate a cólicas e enxaquecas. 
Os xaropes de guaraná são obtidos a partir da dissolução de guaraná em pó em água para consumo direto como bebida energética e são usados principalmente na preparação industrial de refrigerantes e de sucos e bebidas pela adição de ingredientes como leite, água, frutas, gelo e farinha.
São variadas as formas de obtenção do extrato de guaraná, dentre elas, a extração comumente é feita pelo aumento de temperatura ou pela ação de um solvente alcoólico. Para elaboração deste trabalho, optamos pela forma de extração mais comum, a alcoólica. A partir das sementes de guaraná, é dado o processo de descascamento das sementes e posterior trituração, visando aumentar a superfície de contato que irá facilitar a extração. As sementes, depois de trituradas e padronizadas, passam por um processo de extração em solução alcoólica em duas etapas, aumentando o rendimento da extração. Em seguida, o extrato obtido é centrifugado e por fim é realizada a operação de secagem para obtenção do guaraná em pó. 
Para produção do xarope de guaraná faz-se necessária o tratamento da água que será utilizada para dissolução do guaraná em pó, sendo este tratamento realizado através da operação de destilação. 
Este trabalho enfoca a obtenção do guaraná em pó para produção de xarope e tem como objetivo salientar as operações unitárias utilizadas no processo, bem como, os equipamentos mais adequados para cada operação, seus parâmetros e critérios que nos levaram a escolhê-lo.
 
	
2. MATERIAIS E MÉTODOS
O processo de produção se inicia com a aquisição de sementes de guaraná, na forma habitual de comercialização, sendo o guaraná em rama (sementes inteiras, secadas ao sol, torradas ou não, devidamente embaladas).
Foi utilizada também o álcool etílico comercial a 95%, o qual formou em mistura com água, o solvente usado na extração dos princípios ativos das amêndoas. A maltodextrina foi utilizada como agente diluente para o tanino e a cafeína do extrato líquido original.
Primeiramente, ocorre a preparação da matéria-prima, onde as sementes de guaraná, secadas ao sol, foram posteriormente descascadas e trituradas, a fim de aumentar a superfície de contato. Enfim, o produto da trituração passou por um processo de tamisação, no intuito de homogeneizar o máximo o produto obtido. 
Para a preparação do extrato de guaraná, as amêndoas trituradas para evitar incrustações durante a extração e homogeneizadas, foram submetidas à extração pelo método de maceração a frio, em mistura de álcool e água, na proporção de 47%:53%, respectivamente. A relação usada de amêndoa/solvente foi 1:2, durante 24 horas na primeira extração. Decorrido este tempo, foi processada a separação do resíduo utilizando-se peneira de malha fina de náilon e o extrato passado em centrífuga de cesto, forrada com cânhamo, à velocidade de 2.500 rpm. O resíduo, assim separado, foi colocado em recipiente contendo mais uma parte do solvente, permanecendo em maceração durante 12 horas. Decorrido este tempo, o extrato foi separado seguindo o mesmo processo usado para o primeiro. Foram realizados dois extratos para abranger uma extração mais eficiente. Os dois extratos então foram misturados formando um único. 
Posteriormente, segue-se a secagem do extrato de guaraná, onde o extrato centrifugado anteriormente passou por uma secagem direta em aparelho Spray Dryer, em seguida, foram adicionados 30% de maltodextrina p/v e uma nova secagem em aparelho Spray Dryer. Foi ainda realizada uma terceira secagem e aparelho Spray Dryer, adicionando mais 50% de maltodextrina p/v.
	Após obter o pó de guaraná, podemos seguir um série de etapas para obtermos o xarope de guaraná. Este xarope é largamente utilizado pela indústria de alimentos, principalmente na produção de refrigerantes. No caso desta utilização temos a produção do xarope simples e após a produção de xarope composto. Neste trabalho iremos apenas tratar da produção do xarope simples e seu posterior armazenamento.
	O xarope simples é uma mistura (também chamada de calda) aquosa de água destilada com açúcar eventualmente enriquecida com ácidos orgânicos. A água utilizada na produção é primeiramente purificada através da operação de destilação em aço inox, sendo livre de microorganismos. Em seguida, a obtenção do xarope se dá pela utilização de um misturador pneumático com temperatura de 82-100 ºC de modo a retirar impurezas que possam gerar problemas de odor e sabor estranho no produto final. Esta mistura é então tratada e clarificada, usando carvão ativado em pó.
	Após isso, o xarope passa por um filtro de placas com a finalidade de remover o carvão ativado e outras partículas do xarope preparado, depois esse xarope passa por um trocado de calor, onde é resfriado a uma temperatura próxima a 20ºC. Ao término desse processo, o xarope é armazenado em tanques de aço inoxidável.
	
FLUXOGRAMA DO PROCESSO
3. OPERAÇÕES UNITÁRIAS
3.1. Operação: Desintegração
Fundamento: É a fragmentação de sólidos, que se traduz pelo surgimento de superfícies livres novas, necessitando, para isso, de uma fonte de energia.
Justificativa: Tem por finalidade deixar a matéria-prima em uma forma conveniente para as várias operações seguintes.
Critério de escolha da operação: Foi escolhida esta operação, pois a partir desta é possível aumentar a superfície de contato, para posterior extração.
3.2. Operação: Tamisação
Fundamento: Operação de separação mecânica de uma mistura de partículas sólidas de diferentes diâmetros, em duas ou mais frações, através de uma superfície perfurada.
Justificativa: Tem por finalidade a remoção de material estranho (impurezas) ao material processado e a padronização dos pós.
Critério de Escolha da operação: Foi escolhida esta operação, pois as impurezas podem comprometer a qualidade do processo de extração.
3.3. Operação: Extração com solvente
Fundamento: Operação na qual um dos constituintes de uma substância sólida ou líquida é transferido para um líquido.
Justificativa: Tem como objetivo extrair o composto requerido a partir da utilização de um solvente líquido.
Critério de Escolha: Permite a obtenção do extrato de guaraná de forma simples e eficientee com alto rendimento.
3.4. Operação: Centrifugação
Fundamento: Processo de separação de materiais de diferentes densidades por sedimentação, utilizando o campo centrífugo.
Justificativa: Tem a finalidade de separar o sólido que ainda não foi retido, do extrato líquido obtido na extração com solvente.
Critério de Escolha: Foi escolhida esta operação, pois permite a eficiente separação do sólido remanescente e do líquido requerido.
3.5. Operação: Secagem
Fundamento: Separação total ou parcial do líquido que acompanha um sólido.
Justificativa: É a etapa onde o produto é definitivamente seco.
Critério de Escolha: Esta operação foi selecionada, pois com a secagem, temos a remoção do solvente onde o extrato está eluído, e com isso obtemos somente o extrato em pó.
3.6. Operação: Destilação
Fundamento: Envolve a transferência de massa e calor entre a fase líquida e a fase de vapor.
Justificativa: Tem por finalidade a separação de componentes de uma mistura L-L por vaporização parcial da mesma, a partir do ponto de ebulição diferenciado de cada um dos componentes.
Critério de Escolha: Esta operação permite a obtenção de uma água purificada, livre de microorganismos, garantindo a qualidade do xarope que será obtido a partir da mesma.
3.7. Operação: Mistura
Fundamento: Movimento aleatório de duas ou mais fases inicialmente separadas.
Justificativa: Tem como objetivo juntar diversas substâncias com o intuito de obter uma solução homogênea.
Critério de Escolha: Permite a obtenção do xarope de guaraná a partir de água, açúcar e extrato de guaraná em pó de forma eficiente.
3.8. Operação: Adsorção
Fundamento: É caracterizado pela habilidade de sólidos porosos reterem, através de interações físicas ou químicas, as moléculas de um componente de uma mistura, separando assim os componentes dessa mistura.
Justificativa: Utilizada para tratar e clarificar a mistura obtida anteriormente. 
Critério de Escolha: Obtenção de um xarope puro, livre de impurezas que podem estar retidas por contaminações de diversas naturezas.
3.9. Operação: Filtração
Fundamento: Processo de separação de um sólido de um fluido que o carreia. Permite a separação de seus componentes através de um meio filtrante que permita a passagem do fluido, mas retém as partículas do sólido.
Justificativa: Utilizada para a separação do xarope (fluido) e dos fragmentos de carvão ativado utilizado na operação anterior.
Critério de Escolha: Separação eficiente do fluido requerido e dependendo do equipamento, mais rápida.
3.10. Operação: Refrigeração
Fundamento: Diminuição da temperatura de forma controlada.
Justificativa: Foi utilizada para resfriar o xarope com o objetivo de diminuir possíveis contaminações e colocá-lo em uma temperatura próxima a temperatura ambiente para posterior armazenamento.
Critério de Escolha: É uma forma de resfriar de forma controlada, a fim de se obter uma temperatura exata para o armazenamento. 
 
4. EQUIPAMENTOS
4.1. Triturador de Martelos 
Critérios de escolha do equipamento: Este equipamento foi escolhido por se mostrar eficiente em triturar grãos através da força de choque entre os martelos com os grãos de guaraná. 
Parâmetros críticos: Aumento da área de contato, dureza do material e moabilidade
Avaliação do equipamento: O equipamento se mostra muito eficiente pois possui capacidade de triturar as sementes de guaraná aumentando a superfície de contato facilitando assim a extração e deixando os grãos em um tamanho adequado para evitar incrustações durante a extração.
4.2. Tamis Industrial
Critérios de escolha do equipamento: Esse equipamento foi escolhido no intuito de homogeneizar ao máximo o produto obtido. Pode ser utilizado um tamis com abertura de 125 micrometros.
Parâmetros críticos: Tamanho das partículas, umidade das partículas, velocidade de alimentação.
Avaliação do equipamento: O equipamento se mostra muito eficiente na separação de partículas sólidas de um tamanho determinado. 
4.3. Tanque de maceração
Critérios de escolha do equipamento: Este equipamento foi escolhido, pois consiste no contato dos grãos de guaraná com o solvente, no caso etanol 47% em solução 1:2 de guaraná/ solvente.
Parâmetros críticos: Tempo de contato e natureza do solvente
Avaliação do equipamento: O equipamento se mostra muito eficiente, pois o contato do guaraná com o solvente é feito durante um período prolongado, com agitação ocasional, em recipiente fechado evitando assim contaminação, em temperatura ambiente. 
4.4. Centrífuga de Cesto
Critérios de escolha do equipamento: Este equipamento foi escolhido devido a sua alta capacidade de separar os cristais sólidos das sementes que não foram retidos na extração. Além disso, a centrífuga de cesto permite a desumidificação esses cristais de sólidos.
Parâmetros críticos: Deve ser levada em conta a velocidade angular da centrífuga para que ocorra a separação adequada que o equipamento fornece, a densidade da matéria-prima e o volume das partículas.
Avaliação do equipamento: A centrífuga de cesto é um equipamento de alto rendimento, pois sua rotação permite o máximo de separação entre sólido e líquido. É utilizado em escala industrial.
4.5. Secagem por Spray Dryer
O processo de secagem por aspersão consiste de três etapas fundamentais. Na primeira fase, o fluído é disperso como gotículas, produzindo uma grande área superficial. Na segunda, ocorre contato destas com uma corrente de ar aquecido, havendo transferência de calor. Na terceira etapa acontece a evaporação do solvente e a formação da partícula sólida.
Critérios de escolha do equipamento: O Spray Dryer foi o equipamento escolhido por secar e, com isso, evitar a oxidação, a hidrólise e também evita o crescimento de bactérias. 
Parâmetros críticos: Devem-se considerar para a realização dessa operação a partir desse equipamento a área de contando da matéria-prima a ser seca pelo equipamento, a temperatura, pois a elevação deste irá contribuir na eficiência da secagem e a umidade da matéria-prima.
Avaliação do equipamento: Este equipamento é eficiente em retirar a umidade do produto e evitar a oxidação, hidrólise e crescimento bacteriano.
Observação: Durante a operação de secagem, existe um processo de mistura que consiste a adição de maltodextrina. Essa mistura ocorre em duas etapas: primeiro a adição de 30% de maltodextrina e em seguida secagem em spray dryer. Depois disso, ocorre uma segunda adição de maltodextrina a 50% e mais uma secagem em spray dryer.
4.6. Destilador de aço inox
Critério de escolha do equipamento: O destilador em aço inox foi o equipamento escolhido, pois permite a destilação de compostos voláteis, a nível industrial, a partir de diferentes pontos de ebulição.
Parâmetros críticos: Diferentes pontos de ebulição da água e dos componentes que se deseja separar, transferência de massa e calor entre a fase líquida e a fase de vapor.
Avaliação do equipamento: Este equipamento é eficiente para destilação da água, retirando as impurezas, como por exemplo, microorganismos que poderiam afetar a qualidade do xarope ou diminuir o tempo de um possível armazenamento.
4.7. Misturador pneumático
Critério de escolha do equipamento: Esse equipamento foi escolhido devido a sua alta capacidade e rotação, que permite uma homogeneização mais eficaz do pó obtido para a formação do xarope. 
Parâmetros críticos: São levados em consideração a superfície de contato entre a matéria prima e o solvente (no caso a água), a temperatura pois o aquecimento facilita o processo de mistura; entretanto, uma temperatura muito elevada pode ocasionar na danificação das propriedades do produto. Outro parâmetro a ser levado em conta é a velocidade com que o misturador é operado. Essa velocidade pode ou não otimizar o tempo da operação.
Avaliação do equipamento: Esse equipamento é que mais adequado para essa operação em específico, pois é que torna mais eficiente esse processo. O misturador pneumático permite a homogeneização completaà medida que dissolve completamente o pó obtido em água. Como resultado dessa mistura, temos o xarope de guaraná.
4.8. Tanque com carvão ativado granulado
Critério de escolha do equipamento: Este equipamento foi escolhido devido a grande superfície de contato que teremos utilizando este equipamento. Já que estamos lidando com um xarope, com uma viscosidade bastante grande, temos que tem uma grande superfície de contato para termos eficiência na operação.
Parâmetros críticos: Tempo e vazão de entrada do fluido.
Avaliação do equipamento: Este equipamento se torna eficiente, pois encontramos uma grande superfície de contato e possui agitadores que não permitem o carvão precipitar. É possível trabalhar com temperatura.
4.9. Filtro de placas
Critério de escolha do equipamento: O equipamento foi escolhido devido a viscosidade do fluido de alimentação e devido a dimensão do sólido que se deseja reter.
Parâmetros críticos: Espessura da torta, dimensão da partícula sólida, distribuição granulométrica, área do filtro e viscosidade.
Avaliação do equipamento: Este equipamento é o mais adequado para essa operação, pois retém o sólido deixando assim o xarope livre dos resíduos do carvão ativado e pronto para a próxima etapa. 
4.10. Trocador de calor
Critério de escolha do equipamento: este equipamento visa transferir energia térmica de forma eficiente de um meio para outro. Tem a finalidade de propiciar calor de um fluido para o outro, encontrando-se estes a temperaturas diferentes. É normalmente inserido num processo com a finalidade de arrefecer (resfriar) ou aquecer um determinado fluido.
Parâmetros críticos: temperatura, material usado para construção.
Avaliação do equipamento: este equipamento é eficiente no resfriamento do xarope, permitindo o armazenamento do mesmo de forma adequada.
5. CONCLUSÃO
O xarope de guaraná é um produto muito importante, visto que possui várias propriedades terapêuticas, sendo utilizado como estimulante, diurético, energético e no auxílio nas funções cerebrais. É amplamente utilizado como acompanhante das refeições, por crianças e adultos e na indústria de alimentos, principalmente na produção de refrigerantes. 
É obtido através de operações unitárias, que pode ser dividida em duas etapas importantes: a obtenção do guaraná em pó, a partir do extrato das sementes de guaraná e a produção do xarope, a partir da mistura do guaraná em pó, água e açúcar. 
O guaraná em pó foi obtido através de operações unitárias como desintegração, tamisação, extração, centrifugação e secagem. Para obtenção do xarope de guaraná, utilizaram-se operações de destilação, mistura, adsorção, filtração e refrigeração.
Este trabalho evidenciou as operações unitárias necessárias na realização do processo, bem como sua importância, e os equipamentos considerados mais adequados para cada etapa, identificando seus critérios de escolha. Durante a escolha dos equipamentos, se percebeu ainda mais a sutil diferença existente entre a utilização de alguns deles, bem como o seu detalhamento, o material de construção, e tipo de matéria prima adequada, e o quão importante é a identificação dessas diferenças para se conseguir obter o produto desejado, sem haver perdas das propriedades do mesmo.
Percebemos também, o quão importante é o conhecimento de operações unitárias, uma vez que elas estão presentes no nosso dia-a-dia e são através delas que é possível a obtenção de produtos para nosso consumo, como alimentos, medicamentos, materiais de limpeza e produtos em geral.
Por fim, após a elaboração de todas as etapas do processo, conseguimos chegar ao produto final desejado, o xarope de guaraná.
6. BIBLIOGRAFIA
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http://www.centrixcentrifugas.com.br/cesto.pdf 
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http://www.grabe.com.br/agitadores.html?gclid=CKiM39HJ974CFclr7AodVjEABQ 
http://www.anuncios.sitesnobrasil.com/ads/misturador-pneumatico/
http://pt.wikipedia.org/wiki/Trocador_de_energia_térmica