Extração ultrassónica de baunilha – 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 elevada qualidade como componente de aroma, sabor e fragrância, é necessária uma técnica de extração eficiente, mas suave, para evitar a decomposição.
- A extração ultrassónica é um método de extração mecânica suave que proporciona elevados rendimentos de vanilina num tempo de extração muito curto.
Ultrassons de elevado desempenho para extratos de vanilina de elevada qualidade
Sendo a segunda especiaria mais cara depois do açafrão, a produção de baunilha exige um método de extração eficiente que evite a degradação dos valiosos óleos essenciais. A extração ultrassónica é bem conhecida e está estabelecida como um método suave, não térmico, mas altamente eficiente para libertar compostos bioativos de material vegetal. A extração ultrassónica baseia-se no fenómeno da cavitação acústica, que é um tratamento puramente mecânico. Isto torna a sonicação o método preferido para o isolamento de compostos bioativos sensíveis, como compostos aromatizantes e óleos essenciais, por exemplo, vanilina, polifenóis ou antioxidantes de matérias-primas vegetais.
Vantagens da extração ultrassónica de baunilha
- Rendimento superior
- Extração rápida – em poucos minutos
- Extratos de elevada qualidade – extração suave e não térmica
- Solventes ecológicos (por exemplo, água/etanol)
- Economicamente vantajosa
- Operação fácil e segura
- Baixos custos de investimento e de operação
- Operação 24/7 em condições de serviço intensivo
- Método ecológico e respeitador do ambiente
Extração ultrassónica de baunilha – Em modo descontínuo ou de fluxo contínuo
Modo descontínuo: Os processos de extração ultrassónica podem ser realizados como processos descontínuos simples ou como tratamento em linha, em que o meio é alimentado continuamente através de um reator ultrassónico de fluxo contínuo.
O processamento descontínuo é um procedimento simples, em que a extração é realizada lote a lote. A Hielscher Ultrasonics disponibiliza processadores ultrassónicos para lotes pequenos a grandes, ou seja, de 1L a 120L.
Para processar lotes de 5 a 10L, recomendamos o UP400ST (400W, vídeo abaixo) com o sonotrodo S24d22L2D.
Para processar lotes de aprox. 120L, recomendamos o UIP2000hdT (2kW, imagem no topo da coluna da direita) com o sonotrodo RS4d40L4.
Sonicador UIP2000hdT para extração de matérias-primas vegetais num lote de 120L
Extração ultrassónica de matérias-primas vegetais com o sonicador UP400St
Para um volume de aprox. 8L/min., recomendamos o UIP4000hdT (4kW, imagem à direita) com o sonotrodo RS4d40L3 e a célula de fluxo pressurizável FC130L4-3G0
Estudo de caso da extração ultrassónica de baunilha
Jadhav et al. (2009) compararam a extração assistida por ultrassons (UAE) e a extração Soxhlet. A investigação confirmou que a extração ultrassónica intensifica significativamente a libertação de vanilina em comparação com a extração Soxhlet. O tratamento Soxhlet exigiu uma temperatura de operação de 95°C, uma relação solvente:soluto de 66,67ml/g e um tempo de extração de 8hrs, resultando na libertação de aprox. 180ppm de vanilina. A extração assistida por ultrassons (UAE) exigiu apenas 1hr para libertar aprox. 140ppm de vanilina, utilizando a mesma relação solvente:soluto à temperatura ambiente.
Rasoamandrary et al. (2013) compararam a eficiência da extração de vanilina utilizando um sonicador de sonda de 100W (por exemplo, UP100H), um banho ultrassónico e um banho de água quente. Os investigadores concluíram que o sonicador de sonda é uma ferramenta de extração potente devido aos seus ultrassons de elevada intensidade. Por conseguinte, o sonicador de sonda superou os métodos de extração alternativos, proporcionando rendimentos semelhantes ou superiores de vanilina extraída num tempo de extração significativamente mais curto e com menor consumo de solvente (ou seja, etanol).
A comparação dos três métodos de extração – sonda ultrassónica, banho ultrassónico e extração em banho de água quente – mostrou que a extração de vanilina foi mais eficiente com a sonicação por sonda, utilizando etanol a 40% (v/v), a uma temperatura ambiente de 30°C e com um tempo de extração de 1hr. A extração em banho de água exigiu uma concentração de etanol de 50% (v/v), a 56°C durante 15hrs.
UIP4000hdT – Extrator ultrassónico de 4kW para tratamento contínuo em linha.
Equipamento ultrassónico para extração de elevado desempenho
A Hielscher Ultrasonics é especializada no fabrico de processadores ultrassónicos de elevado desempenho para a produção de extratos de elevada qualidade a partir de matérias-primas vegetais.
A vasta gama de produtos da Hielscher abrange desde sonicadores de laboratório pequenos e potentes até sistemas de bancada robustos e sistemas totalmente industriais, que fornecem ultrassons de elevada intensidade para a extração e o isolamento eficientes de substâncias bioativas (por exemplo, quercetina, cafeína, curcumina, terpenos etc.). Todos os dispositivos ultrassónicos de 200W a 16 000W dispõem de um ecrã a cores para controlo digital, um cartão SD integrado para registo automático de dados, controlo remoto através do navegador e muitas outras funcionalidades fáceis de utilizar. Os sonotrodos e as células de fluxo (as peças que estão em contacto com o meio) podem ser autoclavados e são fáceis de limpar. Todos os nossos sonicadores são concebidos para operação 24/7, exigem pouca manutenção e são fáceis e seguros de operar.
Um ecrã digital a cores permite um controlo fácil do sonicador. Os nossos sistemas são capazes de fornecer amplitudes desde baixas até muito elevadas. Para a extração de polifenóis e de outros compostos bioativos, como a vanilina, disponibilizamos sonotrodos ultrassónicos especiais (também conhecidos como sondas ou cornetas ultrassónicas), otimizados para o isolamento suave de substâncias ativas de elevada qualidade. A robustez do equipamento ultrassónico da Hielscher permite a operação 24/7 em condições de serviço intensivo e em ambientes exigentes.
O controlo preciso dos parâmetros do processo ultrassónico assegura a reprodutibilidade e a normalização do processo.
A tabela abaixo dá uma indicação da capacidade de processamento aproximada dos nossos sonicadores:
| 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.a. | 10 a 100L/min | UIP16000 |
| n.a. | superior | conjunto de UIP16000 |
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Processadores ultrassónicos de elevada potência, da escala laboratorial à escala piloto e industrial.
Bibliografia/Referências
- Velez Suaza, Catalina (2016): Otimização de uma abordagem analítica baseada em cromatografia líquida de elevado desempenho para a caracterização 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 da extração Soxhlet convencional e da extração assistida por ultrassons. Journal of Food Engineering 93, 2009: 421–426.
- Rasoamandrary N. et al. (2013): Extração melhorada de vanilina 4-hidroxi-3-metoxibenzaldeído de vagens de baunilha curadas utilizando extração assistida por ultrassons: uma comparação entre a extração assistida por ultrassons e a extração em banho de água quente.
- K. Shikha Ojha, Ramón Aznar, Colm O’Donnell, Brijesh K. Tiwari (2020): Tecnologia de ultrassons para a extração de moléculas biologicamente ativas de fontes vegetais, animais e marinhas. TrAC Trends in Analytical Chemistry, Volume 122, 2020.
Informações úteis
O princípio de funcionamento da extração ultrassónica
A aplicação de ondas ultrassónicas intensas a um meio líquido resulta em cavitação. O fenómeno da cavitação provoca localmente temperaturas, pressões, taxas de aquecimento/arrefecimento e diferenciais de pressão extremos, bem como forças de cisalhamento elevadas no meio. Quando as bolhas de cavitação implodem na superfície de sólidos (como partículas, células vegetais, tecidos, etc.), os microjatos e as colisões entre partículas geram efeitos como descamação superficial, erosão e fragmentação de partículas. Além disso, a implosão de bolhas de cavitação em meios líquidos cria macroturbulência e micromistura.
Fig. 1: Formação de bolhas de cavitação estáveis e transitórias.
(a) deslocamento, (b) cavitação transitória, (c) cavitação estável, (d) pressão
[adapted from Santos et al. 2009]
A irradiação ultrassónica de material vegetal fragmenta a matriz das células vegetais e melhora a sua hidratação. Chemat et al (2015) concluem que a extração ultrassónica de compostos bioativos de matérias-primas vegetais resulta de diferentes mecanismos independentes ou combinados, incluindo fragmentação, erosão, capilaridade, desestruturação e sonoporação. Estes efeitos provocam a rutura da parede celular, melhoram a transferência de massa ao impelir o solvente para o interior da célula e ao aspirar para o exterior o solvente carregado de compostos vegetais, e asseguram o movimento do líquido através da micromistura.
Extração ultrassónica de células vegetais: o corte transversal (TS) microscópico mostra o mecanismo de ação durante a extração ultrassónica de células (ampliação 2000x) [fonte: Vilkhu et al. 2011]
A extração ultrassónica permite um isolamento muito rápido de compostos – superando os métodos de extração convencionais com um tempo de processo mais curto, um rendimento superior e temperaturas mais baixas. Como tratamento mecânico suave, a extração assistida por ultrassons evita a degradação térmica dos componentes bioativos e destaca-se em comparação com outras técnicas, como a extração convencional com solventes, a hidrodestilação, ou a extração Soxhlet , que são conhecidas por destruírem moléculas sensíveis ao calor. Devido a estas vantagens, a extração ultrassónica é a técnica preferida para a libertação de compostos bioativos sensíveis à temperatura a partir de matérias-primas vegetais.
Vanilina
A baunilha é um aromatizante valorizado 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 da baunilha encontram-se no seu fruto, que resulta da polinização da flor. Estas vagens com sementes medem aproximadamente 1/3 x 6 polegadas e apresentam uma cor entre o vermelho acastanhado e o preto quando maduras. No interior destas vagens encontra-se um líquido oleoso repleto de pequenas sementes. Tanto a vagem como as sementes são utilizadas para a produção de vanilina.
Embora a vanilina seja o principal composto aromatizante da planta da baunilha, o extrato puro de baunilha contém várias centenas de compostos aromatizantes adicionais que contribuem para o seu sabor complexo e profundo.
A essência de baunilha existe em duas formas, nomeadamente a essência de vanilina genuína proveniente da vagem de baunilha e a vanilina sintetizada industrialmente. O extrato genuíno da vagem 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 característicos da baunilha genuína e é o principal componente aromatizante das vagens de baunilha curadas. Além da vanilina, muitos outros compostos químicos, como acetaldeído, ácido acético, furfural, ácido hexanoico, 4-hidroxibenzaldeído, eugenol, cinamato de metilo e 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 de V. planifolia que crescem em ilhas do oceano Índico, como Madagáscar, as Comores e a Reunião, anteriormente denominada Île Bourbon. O termo «baunilha Bourbon» também descreve o aroma característico de baunilha proveniente de V. planifolia.
A baunilha mexicana, extraída da espécie nativa V. planifolia, é produzida em quantidades muito menores. A baunilha mexicana é conhecida e comercializada como a baunilha da sua terra de origem, uma vez que a planta V. planifolia é nativa da Mesoamérica.
A baunilha do Taiti provém da Polinésia Francesa e é produzida a partir da planta V. tahitiensis. A análise genética mostra que esta espécie é possivelmente uma cultivar proveniente de um híbrido de V. planifolia e V. odorata.
A baunilha das Índias Ocidentais é produzida a partir de V. pompona, cultivada nas Caraíbas e na América Central e do Sul.