Aplicação das tecnologias de fluidos supercríticos e de líquidos pressurizados para a valorização dos rejeitos de cúrcuma : obtenção de compostos bioativos, custo de manufatura, equilíbrio de fases e encapsulamento dos extratos

Orientador: Maria Angela de Almeida Meireles PetenateTese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia de AlimentosResumo: Além de ser uma perspectiva atual, a obtenção de compostos bioativos a partir de rejeitos agroindustriais é uma alternativa viável para o aproveitamento destes materiais, o que resulta na formação de produtos com características diferenciadas e alto valor agregado. No caso da cúrcuma (Curcuma longa L.), que possui vasta aplicação como corante natural, a quantidade de rejeito sólido gerado a partir dos processos de extração de óleos voláteis e curcuminóides (pigmentos amarelos) é elevada, e chega a atingir aproximadamente a quantidade de matéria-prima bruta utilizada para se realizar os procedimentos; por exemplo, para se obter óleo volátil por hidrodestilação, 98% de rejeito sólido é gerado para se obter da matéria-prima bruta apenas 2% de extrato. Esses resíduos possuem composição atrativa em termos de carboidratos que lhe conferem aplicação para a formulação de novos produtos, seja na forma de amido isolado, seja para produção de biofilmes ou açúcares simples e etanol a partir de hidrólise. Além de carboidratos, esses rejeitos possuem curcuminóides, que lhe conferem poder corante e efeitos antioxidantes. Diante disso, esta tese propõe alternativas sustentáveis para a valorização dos rejeitos de cúrcuma gerados a partir de processos que empregam fluidos supercríticos e líquidos pressurizados. Inicialmente foi investigado o cenário promissor da utilização de fontes não convencionais de amido para fins comerciais, além das tendências e perspectivas futuras para inclusão dos resíduos de cúrcuma como fonte complementar para o mercado de amidos. Posteriormente, foram investigadas duas alternativas para o aproveitamento dos rejeitos de cúrcuma, que consistem na realização de ensaios de hidrólise parcial com o uso de água pressurizada e na investigação do impacto das tecnologias de extração com dióxido de carbono supercrítico e etanol pressurizado na modificação física dos rejeitos de cúrcuma e nos subsequentes amidos isolados. A partir da reação de hidrólise foram estudados dois produtos, um extrato líquido e o rejeito sólido, ambos constituídos de curcuminóides e carboidratos. Não fugindo dessa questão do aproveitamento, o comportamento a altas pressões do rejeito parcialmente hidrolisado e dos óleos voláteis de cúrcuma foi estudado a partir do levantamento de dados de equilíbrio de fases empregando-se o método sintéticovisual sem retirada de amostra, cujo aparato experimental foi construído e validado nesta tese. Diante da baixa estabilidade e pobre absorção dos compostos bioativos da cúrcuma no organismo humano, foram realizados ensaios de encapsulação dos extratos de curcuminóides e óleos voláteis em polietilenoglicol com o intuito de oferecer um novo produto de maior estabilidade em termos de biocompostos com efeitos antioxidantesAbstract: In addition to being a current perspective, obtaining bioactive compounds from agroindustrial wastes is a viable alternative for the use of these materials, which results in the formation of products with differentiated characteristics and high added value. In the case of turmeric (Curcuma longa L.), which has a wide application as a natural dye, the amount of solid waste generated by the extraction of volatile oil and curcuminoids (yellow pigments) is elevated and reaches approximately the amount of the raw material used to carry out the procedures, i.e., to obtain volatile oil using hydrodistillation, 98% solid waste is generated to obtain only 2% crude extract from raw material. These residues have attractive composition in terms of carbohydrates that give it application for the formulation of new products, either as an isolated starch or for the production of biofilms or simple sugars and ethanol from hydrolysis. In addition to carbohydrates, these materials have curcuminoids, which attribute it colorant power and antioxidant effects. In this context, this thesis proposes sustainable alternatives for the valorization of the turmeric wastes generated from processes that use supercritical fluids and pressurized liquids. We initially investigated the promising scenario of the use of unconventional sources of starch for commercial purposes, as well as future trends and perspectives for inclusion of turmeric residues as a complementary source for the starch market. Afterwards, we investigated two alternatives aimed for the reuse of turmeric wastes, which consists of application of partial hydrolysis using pressurized hot water and the investigation of the impact generated by extraction technologies using supercritical carbon dioxide and pressurized liquid ethanol in the physical modification of turmeric wastes and the subsequently isolated starches. From the hydrolysis reaction, two products, i.e., a liquid extract and the solid waste, both consisting of curcuminoids and carbohydrates, were studied. High-pressure phase behavior of the turmeric partial hydrolyzed waste and volatile oils was studied through acquisition of phase equilibrium data using the synthetic-visual method without sample withdrawal, which experimental apparatus was constructed and validated in this thesis. In view of the low stability and poor absorption of turmeric bioactive compounds in the human body, encapsulation tests of curcuminoids ethanolic extract and volatile oils in polyethylene glycol were carried out in order to provide a new product with greater stability in terms of bioactives with antioxidant effectsDoutoradoEngenharia de AlimentosDoutora em Engenharia de AlimentosCAPE

Bioeconomic evaluation of an agroforestry system and the potential to recover degraded areas and capitalize producers in the state of Pará, Brazilian Amazon

The state of Pará has the largest deforested and degraded area in the Amazon, a result from the expansion of extensive livestock, the projects of rural settlement in the Agrarian Reform, mining, timber extraction, hydroelectric power plants and the pressure from large urban centers for food. Reversing the deforestation and soil degradation can thrive with the adoption of appropriate technologies in systems of higher productivity and bioeconomic efficiency, higher social inclusion, and less impact on the environment. The Agroforestry System, formed by the combination of acai, cocoa and black pepper crops, and African mahogany as a forest species, can be one of the alternatives to recover degraded areas and meet the objectives of sustainable development. According to the bioeconomic criteria of viability, this agroforestry system presented a competitive advantage in relation to monocultures of acai, cocoa, and black pepper; due having a higher net present value of US$6,508.94/ha; internal rate of return 13.93$ 764.54/ha; occupy more labor and mitigate the emission of greenhouse gases; reduce erosion, recovers water quality and interaction with biodiversity. The inclusion of the opportunity cost of natural assets such as land, water, and forest, and of the benefits with the green certification in the price of products, contributes to the use of good practices in the production, commercialization and preservation of natural resources.O estado do Pará possui a maior área desmatada e degradada da Amazônia, resultado da expansão da pecuária extensiva, dos projetos de assentamento rural na Reforma Agrária, mineração, extração de madeira, hidrelétricas e pressão dos grandes centros urbanos pela Comida. Reverter o desmatamento e a degradação do solo pode evoluir com a adoção de tecnologias adequadas em sistemas de maior produtividade e eficiência bioeconômica, maior inclusão social e menor impacto ao meio ambiente. O Sistema Agroflorestal, formado pela combinação das lavouras de açaí, cacau e pimenta-do-reino, e o mogno africano como espécie florestal, pode ser uma das alternativas para recuperar áreas degradadas e cumprir os objetivos do desenvolvimento sustentável. De acordo com os critérios bioeconômicos de viabilidade, esse sistema agroflorestal apresentou vantagem competitiva em relação às monoculturas de açaí, cacau e pimenta-do-reino; por ter um valor presente líquido maior de US $6.508,94 / ha; taxa interna de retorno 13,93$ 764,54 / ha; ocupar mais mão de obra e mitigar a emissão de gases de efeito estufa; reduz a erosão, recupera a qualidade da água e a interação com a biodiversidade. A inclusão do custo de oportunidade dos ativos naturais como terra, água e floresta, e dos benefícios com a certificação verde no preço dos produtos, contribui para a utilização de boas práticas na produção, comercialização e preservação dos recursos naturais

Estudo econométrico da demanda por peixe do mercado varejista de Belém em 2019, na percepção do consumidor: Econometric study of demand for fish in the retail market of Belém in 2019, in the perception of the consumer

A demanda por peixe do mercado varejista de Belém e suas conexões horizontais com os produtos substitutos e complementares foram especificadas e analisadas a partir de dados obtidos de amostra representativa de consumidores. As variáveis comportamentais gosto e preferência, nível de escolaridade, frequência e locais de compra, tamanho da família e o conhecimento sobre os peixes oriundos da pesca extrativista e peixes de cultivo. O modelo foi especificado através de uma regressão múltipla e os parâmetros estimados por mínimos quadrados robustos. A elasticidade-preço de -0,73 caracteriza a demanda como inelástica a preço e a elasticidade-renda de 0,52 indica que o peixe é um bem normal de primeira necessidade. O açaí e a carne de boi apresentaram relação complementar com o consumo de peixe e as variáveis educação, gostos e preferências e tamanho da família apresentaram relações positivas com a demanda de peixe

Partial-hydrothermal hydrolysis is an effective way to recover bioactives from turmeric wastes

Partial-hydrothermal hydrolysis using pressurized hot water was applied in waste turmeric, derived from extraction processes that employed supercritical and pressurized fluids, as a sustainable alternative for the recovery of bioactive constituents from this material. The reaction products consisted of a liquid extract of fermentable sugars and a solid fraction, which is a mixed biopolymer with relevant composition in terms of starch and antioxidant constituents. The effects of reaction conditions on resulting products were investigated. Economic evaluation was also performed showing that application of partial-hydrothermal hydrolysis from a residual feedstock is feasible in terms of low spend of energy and materials38228029

Determinação de parâmetros de transferência de massa do processo de extração supercrítica

Supercritical fluid extraction of liquid and solid materials sparked interest for industrial applications in recent decades, particularly under the concept of green chemistry and biorefineries, so it is essential to make a modeling of this process in order to optimize and simulate operating conditions process. The objective of this work consists in determining the parameters of mass transfer of supercritical extraction of solid matrix by employing carbon dioxide as solvent, from kinetic data extraction and five systematic evaluation of mathematical models to describe the kinetics extraction of oils from the peel and pulp of buriti, oil from açaí and oleoresin from turmeric, measured in Supercritical Extraction Laboratory, Faculty of Chemical Engineering (UFPA) in order to contribute to the study of scale-up and production cost analysis. Were evaluated the models of Tan and Liou, Goto et al. (1993), Martinez et al. (2003), Esquível et al. (1999), and Sovová (1994). The extraction kinetics modeling was performed using computer applicatives developed and validated in this work from different experimental data published in the literature. Facing 40 kinetic measurements with different extraction equipment, bed settings, types of raw materials, preparation of materials, pressure and temperature and other process parameters (especially income and global flow solvent), was built an overview of results ability of the models on the mass transfer in more different curves describing the overall extraction. Generally, the model Goto et al. (1993) and Sovová (1994) showed the best predictions to experimental data of raw materials treated in this work with smaller values of chi-square, relative errors, range and standard error and R2 values close to unity.CNPq - Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e TecnológicoA extração com fluido supercrítico de materiais líquidos e sólidos despertou o interesse para aplicações industriais nas últimas décadas, mais particularmente sob o conceito de química verde e biorrefinarias, portanto é fundamental que se faça uma modelagem desse processo a fim de otimizar as condições operacionais e simular o processo. O objetivo geral deste trabalho consiste na determinação de parâmetros de transferência de massa do processo de extração supercrítica de matriz sólida, empregando o dióxido de carbono como solvente, a partir de dados cinéticos de extração e na avaliação sistemática de cinco modelos matemáticos para descrever as cinéticas de extração dos óleos da polpa e da casca do buriti, do óleo de açaí de da oleoresina de cúrcuma, medidas no Laboratório de Extração Supercrítica, da Faculdade de Engenharia Química (UFPA), a fim de contribuir para o estudo de ampliação de escala e análise de custo de produção. Foram avaliados os modelos de Tan e Liou, Goto et al. (1993), Martinez et al. (2003), Esquível et al. (1999), e Sovová (1994). A modelagem das cinéticas de extração foi realizada utilizando aplicativos computacionais desenvolvidos e validados neste trabalho a partir de diferentes dados experimentais publicados na literatura. Diante de 40 cinéticas medidas com diferentes equipamentos de extração, configurações de leito, tipos de matérias primas, preparo dos materiais, pressão e temperatura e outros parâmetros de processo (com destaque ao rendimento global e a vazão de solvente), foi construído um panorama dos resultados acerca da capacidade dos modelos de transferência de massa em descrever as mais diferentes curvas globais de extração. De forma geral, os modelos de Goto et al. (1993) e Sovová (1994) apresentaram as melhores previsões aos dados experimentais das matérias primas tratadas neste trabalho com menores valores de quadrado, erros relativo, faixa de erro e desvios padrão e valores de R2 próximos da unidade

Açaí pulp demand in the retail market of Belém, state of Pará

The aim of this work was to estimate the parameters associated to the demand for açaí pulp in the retail market of Belém. Multiple regression analysis was applied to identify the key variables that impact on product consumption and to estimate the price and income elasticities and cross demand. The econometric estimation method applied was the least squares to correct heteroscedastic variance problems. Results have shown that the demand for açaí pulp is price and income inelastic. Fish and cassava flour were confirmed as complementary products of strong influence on the decisions of consumers. Product quality, with regard to its association to Chagas disease, also revealed a strong influence on product choice for household consumption. Finally, the socio-economic benefit of açaí pulp was R$762.78 million per year.O objetivo deste trabalho foi estimar os parâmetros da demanda por polpa de açaí do mercado varejista de Belém. Aplicou-se a análise de regressão múltipla para identificar as principais variáveis que influenciam sobre as decisões do consumo do produto e estimar as elasticidades preço, renda e cruzada da demanda. O método econométrico de estimação foi o de mínimos quadrados robustos, para corrigir problemas de variância heterocedástica. Os resultados mostram que a demanda de polpa de açaí é inelástica a preço e a renda. Os produtos peixe e farinha de mandioca confirmaram-se como produtos complementares de forte influência nas decisões dos consumidores. A qualidade do produto, em função da associação do produto à doença de Chagas, revelou forte influência na escolha do produto para o consumo das famílias. Finalmente, o benefício socioeconômico da polpa de açaí foi de R$ 762,78 milhões por ano

AÇAÍ PULP DEMAND IN THE RETAIL MARKET OF BELÉM, STATE OF PARÁ

ABSTRACT The aim of this work was to estimate the parameters associated to the demand for açaí pulp in the retail market of Belém. Multiple regression analysis was applied to identify the key variables that impact on product consumption and to estimate the price and income elasticities and cross demand. The econometric estimation method applied was the least squares to correct heteroscedastic variance problems. Results have shown that the demand for açaí pulp is price and income inelastic. Fish and cassava flour were confirmed as complementary products of strong influence on the decisions of consumers. Product quality, with regard to its association to Chagas disease, also revealed a strong influence on product choice for household consumption. Finally, the socio-economic benefit of açaí pulp was R$ 762.78 million per year

A IMPORTÂNCIA DOS SERVIÇOS ECOSSISTÊMICOS PARA O DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO E O BEM-ESTAR SOCIAL NA PERCEPÇÃO DA POPULAÇÃO: O CASO DA FLORESTA NACIONAL DE CARAJÁS

O estudo avaliou a percepção da população da região de Carajás sobre a influência da exploração dos recursos naturais, envolvendo desmatamento e queimadas, urbanização, alteração no clima e preservação da Floresta Nacional de Carajás sobre a economia e o bem-estar da população local. Aplicou-se a análise multivariada para associar um conjunto amplo de variáveis na definição de indicadores representativos das dimensões ambiental e ecológica. Os resultados indicaram que mais de 80% das pessoas entrevistadas afirmaram ter conhecimento sobre a importância da Flona de Carajás para o desempenho das atividades econômicas e do bem-estar da população do seu entorno. Os indicadores das dimensões ambiental e ecológica foram considerados, por mais de 52% dos entrevistados, como de alta importância para compor o valor econômico total da Flona e contribuir para sua preservação e/ou gestão sustentável. Conclui-se que a população local percebe e qualifica os efeitos das mudanças causadas pela ação antrópica sobre os recursos naturais sobre o desempenho da economia e a qualidade de vida das pessoas.Palavras-chave: economia ambiental, serviços ecossistêmicos, unidade de conservação, Floresta Amazônica. THE IMPORTANCE OF ECOSYSTEM SERVICES FOR ECONOMIC DEVELOPMENT AND SOCIAL WELFARE IN THE POPULATION’S PERCEPTION: THE CASE OF THE CARAJÁS NATIONAL FOREST ABSTRACT:This study evaluates the perceptions of the population residing in the region of Carajás with respect to the natural resource exploitation, deforestation and forest fires, urbanization, climate change and the preservation of the Carajás National Forest, considering the economy and welfare of local the population. Multivariate analysis was applied to associate a wide group of variables with the representative indicators in environmental and ecological dimensions. Interviews with local people indicate that more than 80% of all interviewed are aware of the importance of the Carajás Flona for the development of economic activities and for the population´s welfare in their surroundings. Indicators of environmental and ecological dimensions were regarded by more than 52% of interviewees as being of great importance to the composition the total economic value of Flona and to contribute to preservation or sustainable management. We conclude that the local population adequately perceived and qualified the effects of the changes caused by the anthropic action on the natural resources with respect to the development of economy and the quality of life of the people.Keywords: environmental economics, ecosystem services, conservation unit, Amazon Forest