EXTRAÇÃO - RELATÓRIO

Prévia do material em texto

EXTRAÇÃO 
Alessandra Luvizottia, Alessandra Secco Nesia, 
aUniversidade do Estado de Santa Catarina, Departamento de Engenharia de Alimentos e Engenharia 
Química, BR 282, Km 574, CEP: 89870-000, Pinhalzinho SC, Brasil 
____________________________________________________________________________________
Resumo 
A cafeína é um estimulante natural que pode ser encontrada em mais de 63 espécies de 
plantas, inclusive na erva-mate. A erva-mate é uma espécie nativa da américa do sul que 
tem um teor de cafeína muito variado podendo estar entre 0,16 e 1,4 %. A extração é uma 
operação unitária de separação que pode ser feita de duas formas, solido-líquido e líquido-
líquido. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi extrair a cafeína da erva-mate. A 
extração final teve um rendimento de 13,21%, que é um valor absurdamente alto, 
comparado com os dados da literatura, isso pode ter ocorrido pela extração de outros 
componentes também presentes na erva-mate. 
 
Palavras-Chaves: Cafeína; Erva-mate; Extração. 
_____________________________________________________________________ 
Abstract 
Caffeine is a natural stimulant that can be found in over 63 plant species, including yerba 
mate. Yerba mate is a native species from South America that has a very varied caffeine 
content ranging from 0.16 to 1.4%. Extraction is a unitary operation of separation that 
can be done in two ways, solid-liquid and liquid-liquid. Thus, the objective of this work 
was to extract caffeine from yerba mate. The final extraction had a yield of 13.21%, which 
is an absurdly high value, compared to the literature data, this may have been due to the 
extraction of other components also present in yerba mate. 
 
Keywords: Caffeine; Yerba mate; Extraction. 
______________________________________________________________________ 
1. Introdução 
A cafeína é um alcaloide pertencente 
a uma classe de compostos naturais 
chamada xantina. As xantinas são 
estimulantes, sendo a cafeína um dos 
mais potentes (BRENELLI, 2003). Na 
natureza, a cafeína é encontrada em mais 
de 63 espécies de plantas, associada a 
outros dois compostos do mesmo grupo: 
a teofilina e a teobromina (CAMARGO; 
TOLEDO, 1998). As principais fontes de 
cafeína são: Grãos de café (Coffee sp.); 
Folhas de chá verde (Camilla sinensis); 
Cacau (Theobroma cocoa); Guaraná 
(Paullinia cupana); e Erva-mate (Ilex 
paraguayensis) (MARIA; MOREIRA, 
2007; FERNANDES, 2007). A 
solubilidade da cafeína em clorofórmio é 
nove vezes maior do que em água, e por 
isso ele é um ótimo solvente para realizar 
a extração liquido-liquido da cafeína 
(FERNANDES, 2007). 
A erva-mate (Ilex paraguariensis) é 
uma espécie nativa da américa do sul, em 
que as folhas e ramos finos, secos e 
triturados são utilizados para o preparo 
do chimarrão. Sendo este, primeiramente 
utilizado pelos indígenas por ter efeito 
estimulante. Este efeito foi mais tarde 
explicado devido à presença de cafeína 
nas folhas de erva-mate. (GUTKOSKI et 
al., 2001). O teor de Cafeína na erva-
mate é extremamente variável, com 
quantidades de 0,16 até 1,4% 
(GNOATTO, 2007). 
A extração é uma operação unitária 
que consiste em uma técnica de 
separação (SILVA, 2013). Para uma 
extração liquido-liquido, uma mistura 
líquida é separada pelo contato com um 
segundo solvente líquido. Onde que os 
componentes da mistura devem ser 
solúveis, em diferentes graus, no 
solvente. Para uma extração ideal, o 
componente de interesse deve ser solúvel 
no solvente, e os outros componentes 
devem ser insolúveis. E dessa forma, o 
componente de interesse será o único 
transferido da mistura inicial para a fase 
do solvente (FOUST, 1982). A extração 
sólido-líquido, ocorre quando um 
solvente líquido entra em contato com 
um sólido (finamente triturado). Para 
uma extração ideal, o componente 
desejado deve ser solúvel, e o restante 
do sólido insolúvel no solvente (FOUST, 
1982). 
O objetivo deste trabalho foi a 
extração da cafeína a partir da erva-mate, 
utilizando o método de extração solido-
liquido em série com o método de 
extração liquido-liquido. 
2. Materiais e métodos 
Os materiais utilizados foram: 
balança analítica, agitador magnético e 
barra magnética para agitação, funil de 
separação, funil de plástico, papel filtro 
qualitativo, placa aquecedora, provetas, 
béqueres e Erlenmeyer. 
Os reagentes utilizados foram: erva-
mate da marca Tertúlia, carbonato de 
cálcio e clorofórmio. A figura 1 mostra a 
embalagem da erva mate utilizada. 
 
Figura 1. Embalagem da erva mate utilizada 
Inicialmente foi peneirada a erva-
mate, depois foram pesados 15,0228 g da 
erva-mate peneirada e 7,0013 g de 
carbonato de cálcio em um béquer. A 
figura 2 demostrando uma amostra da 
erva mate que foi utilizada. 
 
Figura 2. Amostra de erva mate antes do 
peneiramento. 
Em seguida 200 ml de água destilada 
foram adicionados à mistura e esta foi 
aquecida sob agitação por 30 min após 
começar a ferver. Passados os 30 min a 
amostra foi filtrada e o filtrado foi 
transferido para um funil de separação. A 
figura 3 representa a mistura durante o 
tempo de fervura e a figura 4 representa 
o funil de contendo a mistura. 
 
Figura 3. Mistura durante o período de fervura. 
 
Figura 4. Funil de decantação contendo a mistura. 
Aferiu-se a massa de 3 Erlenmeyer 
vazios, sendo elas 123,2191 g, 
140,0658 g e 117,8736 g, para os 
Erlenmeyer 1, 2 e 3, respectivamente. 
Em seguida, foi adicionado 10 ml de 
clorofórmio ao funil de separação 
contendo o filtrado, foi agitado a mistura 
(filtrado+ clorofórmio) e esperado 
decantar, após isso, foi realizada a 
separação das fases para extrair a cafeína 
que passou para a fase do solvente 
(clorofórmio). A parte que foi separada, 
foi colocada em uma chapa de 
aquecimento para evaporar o 
clorofórmio e obter a massa seca de 
cafeína extraída. Esse processo foi 
realizado 3 vezes, e as massas dos 
Erlenmeyer + cafeína foram aferidas, 
sendo elas 123,5723 g, 140,7556 g e 
118,8150 g, para os Erlenmeyer 1, 2 e 3 
respectivamente. A figura 5 está 
representando a decantação no funil de 
separação. 
 
Figura 5. Decantação no funil de separação. 
A massa de cafeína extraída em cada 
extração foi calculada diminuindo a 
massa final do Erlenmeyer da sua massa 
inicial, sendo elas 0,3532 g, 0,6906 g e 
0,9414 g, para os Erlenmeyer 1,2 e 3, 
respectivamente. A massa total de 
cafeína extraída foi obtida pela soma das 
massas de cafeínas obtidas em cada 
extração, sendo essa massa igual a 
1,985 g. 
O rendimento foi obtido dividindo a 
massa total de cafeína extraída pela 
massa total da amostra e multiplicado 
por 100%, assim o rendimento foi de 
13,21 %. 
3. Resultados e discussões 
Foram extraídos 1,985 g de cafeína 
em 15,0228 g de erva-mate resultando 
em uma quantidade de 13,21 %. A 
literatura cita teores de 0,16 a 1,4 %. 
Assim, valor obtido foi extremamente 
alto, tal fato pode ser atribuído à extração 
de outros compostos solúveis em 
clorofórmio. Após a secagem do 
Erlenmeyer houve grande quantidade de 
resíduos verdes que foram pesados junto 
à cafeína, esses resíduos são mostrados 
na figura 6. Tais resíduos podem ser 
clorofila, taninos ou flavonoides. 
 
 
Figura 6. Cafeína e resíduos extraídos. 
 
Um tempo maior de secagem poderia 
melhorar os resultados, evaporando 
compostos mais voláteis e isolando a 
cafeína. Outra forma para extrair 
somente a cafeína, seria a utilização de 
outro solvente que não arrastasse outras 
substânciasque compõem a erva mate, 
ou também a utilização de misturas de 
solventes. 
A cafeína é um composto muito 
consumido, sendo que está presente em 
vários alimentos e bebidas, mas também 
pode ser consumida na forma pura 
(encapsulada). Ainda não estão 
disponíveis estudos sobre a demanda de 
consumo da cafeína pura. Dessa forma, 
para a realização do dimensionamento, 
foi considerando a demanda de cafeína 
baseando-se no consumo de café por 
habitantes do brasil, que é de 
aproximadamente uma xicara de café por 
dia, sendo que em uma xicara contem 
62 mg de cafeína. Foi considerado 
também que cerca de 0,5 % da população 
consome cafeína encapsulada. A partir 
dessas considerações, estimou-se que a 
produção diária de cafeína deveria ser de 
65 kg. 
Sendo a demanda diária de cafeína de 
65 kg, foi possível calcular a demanda 
anual, através de um balanço de massa, 
que foi de 23.725 kg. Pra suprimir essa 
demanda anual, seria necessário 
179.555 kg de erva mate, 83.665 kg de 
carbonato de cálcio, 2.390.428 L de água 
e 358.564 L de clorofórmio, tudo isso 
considerando uma extração de 13,21 % 
de cafeína. 
Foi realizado o dimensionamento do 
volume dos extratores, Sólido-líquido e 
líquido-líquido, em batelada para 
suprimir a demanda diária de 65 kg de 
cafeína. Assim, o volume do extrator 
sólido-líquido seria de 6,550 m3 e o 
volume do extrator líquido-líquido seria 
de 7,532 m3. 
 
4. Conclusão 
A extração da cafeína da erva-mate 
não obteve um resultado satisfatório, já 
que comparado com os dados da 
literatura, obtivemos uma extração 
altíssima, e dessa forma, outros 
componentes, como clorofila, taninos ou 
flavonoides, devem ter sido extraídos 
junto com a cafeína. Assim, não foi 
possível determinar a quantidade real de 
cafeína presente na erva-mate analisa. 
Para o dimensionamento também foi 
utilizado o valor obtido 
experimentalmente, assim, este 
dimensionamento não pode ser 
considerado como o tamanho real para 
suprir a demanda anual de cafeína pura. 
 
5. Referências Bibliográficas 
BRENELLI, Eugênia Cristina Souza. A 
EXTRAÇÃO DE CAFEÍNA EM 
BEBIDAS ESTIMULANTES – UMA 
NOVA ABORDAGEM PARA UM 
EXPERIMENTO CLÁSSICO EM 
QUÍMICA ORGÂNICA. Química 
Nova, Niterói, v. 26, n. 1, p.136-138, jan. 
2003. 
 
CAMARGO, M.c.r.; TOLEDO, M.c.f.. 
TEOR DE CAFEÍNA EM CAFÉS 
BRASILEIROS. Ciência e Tecnologia 
de Alimentos, [s.l.], v. 18, n. 4, p.421-
424, out. 1998. FapUNIFESP (SciELO). 
http://dx.doi.org/10.1590/s0101-
20611998000400012. 
 
FERNANDES, Gislaine. EXTRAÇÃO 
E PURIFICAÇÃO DA CAFEÍNA DA 
CASCA DO CAFÉ. 2007. 107 f. 
Dissertação (Mestrado) - Curso de 
Engenharia Química, Universidade 
Federal de Uberlândia, Uberlância, 
2007. 
 
FOUST, A. S. Princípios das operações 
unitárias. 2ed. Rio de Janeiro: LTC, 
1982. 
GNOATTO, Simone C. B. et al. 
INFLUÊNCIA DO MÉTODO DE 
EXTRAÇÃO NOS TEORES DE 
METILXANTINAS EM ERVA-MATE 
(Ilex paraguariensis A. ST.-HIL., 
AQUIFOLIACEAE). QuÍmica Nova, 
Porto Alegre, v. 30, n. 2, p.304-307, jan. 
2007. 
 
GUTKOSKI, Luiz Carlos et al. 
AVALIAÇÃO DE PARÂMETROS 
FÍSICOS E QUÍMICOS DE MARCAS 
DE ERVAMATE PROCESSADAS EM 
DIFERENTES ÉPOCAS. Ceppa, 
Curitiba, v. 19, n. 1, p.95-104, jan. 2001. 
 
MARIA, Carlos A. B. de; MOREIRA, 
Ricardo F. A.. CAFEÍNA: REVISÃO 
SOBRE MÉTODOS DE 
ANÁLISE. Química Nova, Rio de 
Janeiro, v. 30, n. 1, p.99-105, 2007. 
 
RECUPERAÇÃO DE SOLVENTES. 
2019. Disponível em: 
<http://www.zaraplast.com.br/sustentab
ilidade/recuperacao-de-solvente/>. 
Acesso em: 04 set. 2019 
 
ROCHA, R. F.; BENEDETTI FILHO, 
E; FIORUCCI, A. R. Determinação de 
cafeína em erva mate (ilex 
paraguariensis) da região de dourados 
– MS através de 
espectrofotometria. 2019. Disponível 
em: 
<http://www.abq.org.br/cbq/2006/trabal
hos2006/13/8-IC-368-539-13-T1.htm>. 
Acesso em: 04 ago. 2019. 
 
6. Anexos 
6.1 memória de cálculo 
O cálculo da porcentagem de cafeína extraída foi realizado pela equação abaixo: 
% 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑓𝑒í𝑛𝑎𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 = 
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑓𝑒í𝑛𝑎 𝑒𝑥𝑡𝑟𝑎𝑖𝑑𝑎 (𝑔)
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑟𝑣𝑎 𝑚𝑎𝑡𝑒 (𝑔)
 
 
O calculo para o volume do extrator sólido-líquido foi realizado pela seguinte 
equação: 
𝑉𝑒𝑥𝑡. 𝑠ó𝑙−𝑙í𝑞 =
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑑𝑒 á𝑔𝑢𝑎 (𝐿) 
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑓𝑒í𝑛𝑎 (𝑔)
× 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑓𝑒í𝑛𝑎 (𝑔) 
 
E o cálculo para o volume do extrator líquido-líquido foi realizado pela equação 
descrita abaixo: 
𝑉𝑒𝑥𝑡. 𝑙í𝑞−𝑙í𝑞 =
𝑉𝑜𝑙. á𝑔𝑢𝑎 (𝐿) + 𝑣𝑜𝑙. 𝑐𝑙𝑜𝑟𝑜𝑓ó𝑟𝑚𝑖𝑜 (𝐿)
𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑓𝑒í𝑛𝑎 (𝑔)
× 𝐷𝑒𝑚𝑎𝑛𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑓𝑒í𝑛𝑎 (𝑔) 
 
6.2 Problemas propostos 
1) Discutir sobre os riscos do processo e alternativas para sua minimização. 
O uso de solventes aumenta o risco do processo. O Clorofórmio é um solvente 
altamente tóxico, quando inalado pode ser fatal para o organismo. Pode causar 
irritabilidade à pele, olhos e aparelho respiratório; também pode afetar o sistema nervoso 
central, rins, sistema cardiovascular e fígado. Pode ainda causar câncer dependendo o 
tempo e nível de exposição. A cafeína também é tóxica em grandes quantidades, no 
entanto como estamos extraindo pequenas quantidades, o risco maior se concentra no uso 
do clorofórmio. Uma alternativa para evitar os riscos é o uso de equipamentos que 
realizem o reciclo do solvente, ou seja, não permita a sua evaporação evitando riscos de 
aspiração e inalação. 
2) Avaliar a possibilidade de recuperação do solvente clorofórmio. Quais 
equipamentos precisariam ser adicionados ao processo de extração 
dimensionado? 
A implantação de um sistema de recuperação de clorofórmio seria uma alternativa 
eficaz para diminuir os riscos de toxicidade e contaminação. Seria necessário adicionar 
ao processo um sistema de destilação para separar o clorofórmio e manda-lo novamente 
para o sistema de extração. Inicialmente o vapor de clorofórmio é captado por adsorção 
com carvão ativado. Em seguida ocorre a regeneração, onde o leito de carvão ativado é 
estabilizado para iniciar um novo ciclo. Posteriormente um condensador irá transformar 
o clorofórmio da fase gasosa para a fase líquida; será feita a desidratação do clorofórmio, 
eliminando partículas de água contidas no solvente. Finalmente o destilador irá separar 
os componentes do solvente pelo equilíbrio líquido-vapor. O solvente captado no estado 
gasoso inicialmente contém impurezas e os processos de adsorção, regeneração, 
condensação, desidratação e destilação permitirá a obtenção de um solvente recuperado 
com elevada pureza.