Extração de baunilha por ultra-sons – Um método não térmico
- O extrato de baunilha é uma solução aromatizante extraída das vagens de baunilha numa solução de etanol e água.
- Para produzir vanilina de alta qualidade como componente de aroma, sabor e fragrância, é necessária uma técnica de extração eficiente, mas suave, para evitar a decomposição.
- A extração por ultra-sons é um método de extração mecânica suave, que permite obter elevados rendimentos de vanilina num tempo de extração muito curto.
Ultra-sons de elevado desempenho para extractos de vanilina de elevada qualidade
Como a segunda especiaria mais cara depois do açafrão, a produção de baunilha requer um método de extração eficiente, que evite a degradação dos valiosos óleos essenciais. A extração por ultra-sons é bem conhecida e estabelecida como um método suave, não térmico, mas altamente eficiente para libertar compostos bioactivos de material vegetal. A extração ultra-sónica baseia-se no fenómeno da cavitação acústica, que é um tratamento puramente mecânico. Isto faz com que a sonicação seja o método preferido para o isolamento de compostos bioactivos sensíveis, tais como compostos aromáticos e óleos essenciais, por exemplo, vanilina, polifenóis ou antioxidantes de plantas.
Vantagens da extração de baunilha por ultra-sons
- Rendimento superior
- Extração a alta velocidade – em poucos minutos
- Extractos de alta qualidade – Suave, não térmico
- Solventes verdes (por exemplo, água/etanol)
- rentável
- funcionamento fácil e seguro
- Baixos custos de investimento e operacionais
- Funcionamento 24 horas por dia, 7 dias por semana, em serviço pesado
- Método ecológico e amigo do ambiente
Extração de baunilha por ultra-sons – em modo de fluxo contínuo ou de lote
Lote: Os processos de extração por ultra-sons podem ser operados como simples processos descontínuos ou como tratamento em linha, em que o meio é continuamente alimentado através de um reator de fluxo ultrassónico.
O processamento em lote é um procedimento fácil, em que a extração é realizada lote a lote. Hielscher Ultrasonics oferece processadores de ultrassom para pequenos a grandes lotes, ou seja, 1L a 120L.
Para processar lotes de 5 a 10L, recomendamos o UP400ST (400W, vídeo abaixo) com o sonotrodo S24d22L2D.
Para processar lotes de aproximadamente 120L, recomendamos o UIP2000hdT (2kW, foto da coluna da direita no topo) com o sonotrodo RS4d40L4.
Sonicator UIP2000hdT para extração botânica num lote de 120L
Extração ultra-sónica de plantas com ultrasonicator UP400St
Para um volume de aprox. 8L/min., recomendamos o UIP4000hdt (4kW, foto à direita) com sonotrodo RS4d40L3 e célula de fluxo pressurizável FC130L4-3G0
Estudo de caso da extração de baunilha por ultra-sons
Jadhav et al. (2009) compararam a extração assistida por ultra-sons (UAE) e a extração de Soxhlet. A pesquisa confirmou que a extração ultra-sónica intensifica a libertação de vanilina significativamente quando comparado com a extração de Soxhlet. O tratamento Soxhlet exigiu temperatura de operação de 95 ° C, solvente: proporção de soluto de 66,67ml / g e um tempo de extração de 8hrs resultou na liberação de aproximadamente 180ppm vanilina. A extração assistida por ultra-sons (UAE) exigiu apenas 1 hora para libertar aproximadamente 140 ppm de vanilina utilizando a mesma relação solvente:soluto à temperatura ambiente.
Rasoamandrary et al. (2013) compararam a eficiência da extração de vanilina usando um ultrassonicador do tipo sonda de 100W (por exemplo UP100H), um banho de ultra-sons e um banho de água quente. Os investigadores concluíram que o ultrassom do tipo sonda é uma ferramenta de extração poderosa devido à sua alta intensidade ultra-sónica. Portanto, o ultrasonicator tipo sonda superou os métodos de extração alternativos, dando rendimentos semelhantes/ou mais elevados de vanilina extraídos em um tempo de extração significativamente mais curto e menos consumo de solvente (ou seja, etanol).
A comparação dos três métodos de extração – sonda de ultra-sons, banho de ultra-sons, extração por banho de água quente – mostraram que a extração com vanilina era mais eficiente para a sonicação da sonda utilizando 40% de etanol (v/v) à temperatura ambiente de 30°C e um tempo de extração de 1 hora. A extração em banho-maria exigiu uma concentração de 50% de etanol (v/v) a 56°C durante 15 horas.
UIP4000hdt – Extrator ultrassónico de 4kW para tratamento contínuo em linha.
Equipamento de ultra-sons para extração de alto desempenho
A Hielscher Ultrasonics é especializada no fabrico de processadores de ultra-sons de alto desempenho para a produção de extractos de alta qualidade a partir de plantas.
A vasta gama de produtos da Hielscher vai desde pequenos e potentes ultrassons de laboratório até sistemas robustos de bancada e totalmente industriais, que fornecem ultra-sons de alta intensidade para a extração e isolamento eficientes de substâncias bioactivas (por exemplo quercetina, cafeína, curcumina, Terpenos etc.). Todos os aparelhos ultra-sónicos de 200W para 16,000W apresentam um visor colorido para controlo digital, um cartão SD integrado para registo automático de dados, controlo remoto por browser e muitas outras caraterísticas de fácil utilização. Os sonotrodos e as células de fluxo (as partes que estão em contacto com o meio) podem ser autoclavados e são fáceis de limpar. Todos os nossos ultrassons são construídos para funcionar 24 horas por dia, 7 dias por semana, requerem pouca manutenção e são fáceis e seguros de operar.
Um visor digital a cores permite um controlo fácil do ultrassom. Os nossos sistemas são capazes de fornecer desde baixas amplitudes até amplitudes muito elevadas. Para a extração de polifenóis e outros compostos bioativos, como a vanilina, oferecemos sonotrodos ultra-sônicos especiais (também conhecidos como sondas ultra-sônicas ou chifres) que são otimizados para o isolamento sensível de substâncias ativas de alta qualidade. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite o funcionamento 24/7 em serviço pesado e em ambientes exigentes.
O controlo preciso dos parâmetros do processo ultrassónico assegura a reprodutibilidade e a normalização do processo.
O quadro seguinte dá-lhe uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos ultra-sons:
| Volume do lote | caudal | Dispositivos recomendados |
|---|---|---|
| 1 a 500mL | 10 a 200mL/min | UP100H |
| 10 a 2000mL | 20 a 400mL/min | UP200Ht, UP400ST |
| 0.1 a 20L | 0.2 a 4L/min | UIP2000hdT |
| 10 a 100L | 2 a 10L/min | UIP4000hdt |
| n.d. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.d. | maior | grupo de UIP16000 |
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Processadores ultra-sónicos de alta potência desde o laboratório até à escala piloto e industrial.
Literatura/Referências
- Velez Suaza, Catalina (2016): Otimização de uma abordagem analítica baseada na cromatografia líquida de alta eficiência para a caraterização de um extrato natural de baunilha. Tese, Universitaria Lasallista, 2016.
- Jadhav D. et al. (2009): Extração de vanilina de vagens de baunilha: Um estudo comparativo de soxhlet convencional e extração assistida por ultra-sons. Jornal de Engenharia Alimentar 93, 2009: 421-426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Extração melhorada de Vanillin 4-Hydroxy-3-methoxybenzaldehyde de feijões de baunilha curados usando extração assistida por ultrassom: Uma comparação da extração assistida por ultrassom e banho de água quente.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O'Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Tecnologia de ultra-sons para a extração de moléculas biologicamente activas a partir de fontes vegetais, animais e marinhas. TrAC Tendências em Química Analítica, Volume 122, 2020.
Fatos, vale a pena conhecer
O princípio de funcionamento da extração por ultra-sons
A aplicação de ondas de ultrassom intensas a um meio líquido resulta em cavitação. O fenómeno da cavitação conduz localmente a temperaturas extremas, pressões, taxas de aquecimento/arrefecimento, diferenciais de pressão e elevadas forças de cisalhamento no meio. Quando as bolhas de cavitação implodem na superfície dos sólidos (tais como partículas, células vegetais, tecidos, etc.), os microjactos e a colisão interparticular geram efeitos como a descamação da superfície, a erosão e a desagregação das partículas. Além disso, a implosão de bolhas de cavitação em meios líquidos cria macro-turbulências e micro-misturas.
Fig. 1: Criação de bolhas de cavitação estáveis e transitórias.
(a) deslocamento, b) cavitação transitória, c) cavitação estável, d) pressão
[adaptado de Santos et al. 2009]
A irradiação ultra-sônica do material vegetal fragmenta a matriz das células vegetais e aumenta a hidratação do mesmo. Chemat et al (2015) concluem que a extração ultra-sônica de compostos bioativos de botânicos é o resultado de diferentes mecanismos independentes ou combinados, incluindo fragmentação, erosão, capilaridade, detexturação e sonoporação. Estes efeitos perturbam a parede celular, melhoram a transferência de massa empurrando o solvente para dentro da célula e sugando o solvente carregado de fito-composto para fora, e asseguram o movimento líquido por micro-mistura.
Extração ultra-sônica de células vegetais: a seção transversal microscópica (TS) mostra o mecanismo de ações durante a extração ultra-sônica de células (ampliação 2000x) [recurso: Vilkhu et al. 2011]
A extração por ultra-sons permite um isolamento muito rápido dos compostos - superando os métodos de extração convencionais em termos de tempo de processamento mais curto, maior rendimento e a temperaturas mais baixas. Como um tratamento mecânico suave, a extração assistida por ultra-sons evita a degradação térmica de componentes bioactivos e destaca-se em comparação com outras técnicas, tais como a extração por solvente convencional, hidrodestilação, ou Soxhlet extração, que são conhecidos por destruir moléculas sensíveis ao calor. Devido a estas vantagens, a extração ultra-sónica é a técnica preferida para a libertação de compostos bioactivos sensíveis à temperatura a partir de plantas.
Vanilina
A baunilha é um aroma valioso, que pode ser extraído de orquídeas do género Vanilla, principalmente da espécie mexicana, a baunilha de folhas planas (V. planifolia). Os compostos de sabor único da orquídea baunilha encontram-se no seu fruto, que resulta da polinização da flor. Estas vagens de sementes têm cerca de 1/3 x 6 polegadas, com uma cor vermelha acastanhada a preta quando maduras. No interior destas vagens encontra-se um líquido oleoso cheio de pequenas sementes. Tanto a vagem como as sementes são utilizadas para a produção de vanilina.
Embora a vanilina seja o principal composto aromático da planta da baunilha, o extrato puro de baunilha contém várias centenas de compostos aromáticos adicionais, que contribuem para o seu sabor complexo e profundo.
A essência de baunilha apresenta-se sob duas formas: a verdadeira essência de vanilina da vagem de baunilha e a vanilina sintetizada industrialmente. O extrato real da vagem de baunilha é uma mistura complexa de várias centenas de compostos diferentes. O composto químico vanilina – 4-Hidroxi-3-metoxibenzaldeído – é o principal responsável pelo sabor e aroma caraterísticos da baunilha verdadeira e é o principal componente aromático das favas de baunilha curadas. Para além da vanilina, muitos outros compostos químicos como o acetaldeído, o ácido acético, o furfural, o ácido hexanóico, o 4-hidroxibenzaldeído, o eugenol, o cinamato de metilo e o ácido isobutírico contribuem para o aroma complexo da baunilha.
Cultivares de baunilha
A baunilha Bourbon ou baunilha Bourbon-Madagáscar é produzida a partir de plantas V. planifolia, que crescem nas ilhas do Oceano Índico, como Madagáscar, Comores e Reunião, antigamente denominada Île Bourbon. O termo “Baunilha de Bourbon” descreve também o aroma caraterístico da baunilha proveniente da V. planifolia.
A baunilha mexicana, extraída da planta nativa V. planifolia, é produzida em quantidades muito menores. A baunilha mexicana é conhecida e comercializada como baunilha do país de origem, uma vez que a planta V. planifolia é nativa da Mesoamérica.
A baunilha do Taiti é originária da Polinésia Francesa, produzida a partir da planta V. tahitiensis. A análise genética mostra que esta espécie é possivelmente uma cultivar de um híbrido de V. planifolia e V. odorata.
A baunilha das Índias Ocidentais é produzida a partir da V. pompona, que é cultivada nas Caraíbas e na América Central e do Sul.