Estudo da adsorção de componentes do aroma de café (benzaldeído e ácido acético) perdidos durante o processo de produção do café solúvel

Abstract

Durante o processamento de café solúvel ocorrem degradação e perda de aromas, principalmente durante a extração e a concentração a quente, o que compromete a qualidade do produto final. Esses compostos podem ser recuperados em solução aquosa durante o processo, mas precisam ser separados da água e é desejável a separação entre compostos sensorialmente agradáveis (benzaldeído) e desagradáveis (ácido acético). Usualmente, essa separação é realizada por meio de tratamentos térmicos que envolvem altos custos energéticos, além de degradação dos compostos devida às altas temperaturas envolvidas no processo. Uma alternativa promissora para recuperação e/ou separação de aromas é o processo de adsorção. Este trabalho tem por objetivo contribuir com o estudo da adsorção de benzaldeído e ácido acético, presentes em solução aquosa, em carvão ativado granular comercial de casca de coco. Todos os experimentos de adsorção foram feitos em batelada em uma incubadora com controle de temperatura a uma agitação de 150 min -1 . Determinou-se a cinética de adsorção a 30,0 ± 0,2 °C pela análise da quantidade de benzaldeído ou ácido acético (C 0 = 200 mg L -1 ) adsorvida em diferentes intervalos de tempo (10 min a 24 h). Construíram-se isotermas de adsorção com os sistemas monocomponentes a 20,0 ± 0,2 °C, 30,0 ± 0,2 °C e 40,0 ± 0,2 °C. As soluções de benzaldeído (200 a 900 mg L -1 ) foram agitadas com adsorvente por 16 h, enquanto que as de ácido acético (100 a 800 mg L -1 ) por 24 h. Para os sistemas binários foram construídas duas isotermas a 20,0 ± 0,2 °C, com tempo de adsorção de 16 h, sendo uma co m concentrações idênticas de benzaldeído e ácido acético (200 a 900 mg L -1 ) e outra com concentrações crescentes de benzaldeído (200 a 900 mg L -1 ) e decrescentes de ácido acético (800 a 100 mg L -1 ), com uma concentração total de 1000 mg L -1 . Determinou-se a concentração dos componentes por CLAE e a quantidade adsorvida foi calculada por balanço de massa. No estudo cinético, o equilíbrio foi atingido em aproximadamente 6 h para o benzaldeído e 10 h para o ácido acético. O modelo que melhor representou o comportamento cinético para ambos os componentes foi o de pseudo-segunda ordem. Considerando a adsorção monocomponente, os modelos de Langmuir e Freundlich representaram adequadamente os dados experimentais de equilíbrio. Valores negativos para ∆G ads e ∆H ads indicaram que a adsorção de ambos os compostos foi espontânea e exotérmica. A variação do calor isostérico (∆H ads ) com a cobertura de superfície confirmou a heterogeneidade energética da superfície do adsorvente. O processo de adsorção apresentou-se mais favorável para o benzaldeído, uma vez que a afinidade de adsorção por esse componente é mais de 2000 vezes maior que para o ácido acético, nas temperaturas estudadas. Em relação à adsorção dos sistemas binários, contatou-se que o benzaldeído interfere mais acentuadamente na adsorção do ácido acético que o oposto, possivelmente pelas diferenças de hidrofobicidade entre ambos os compostos. O modelo que representou mais adequadamente os dados dos sistemas binários foi o de Freundlich estendido com cinco parâmetros.

During soluble coffee processing there are degradation and loss of aromas, mainly during extraction and evaporation, which compromises the final product quality. These compounds can be recovered in aqueous solution during the process, but need to be separated from water and it is desirable separation between pleasant (benzaldehyde) and unpleasant (acetic acid) compounds. This separation is usually done by thermal treatment, which involves high energy costs and besides the high temperatures used can damaged the product. Adsorption process is a promising alternative for separation and/or recovering of aroma compounds. The aim of this work is to contribute to the study of benzaldehyde and acetic acid adsorption in aqueous solution onto commercial grade activated carbon from coconut-husk. All batch adsorption experiments were carried out in a temperature-controlled orbital shaker at a constant speed of 150 min -1 . The kinetic of adsorption was determined at 30,0 ± 0,2 °C by an alyzing adsorptive uptake of benzaldehyde or acetic acid (C 0 = 200 mg L -1 ) at different time intervals (10 min to 24 h). For single adsorption systems, isotherms were carried out at 20,0 ± 0,2 °C, 30,0 ± 0,2 °C e 40,0 ± 0,2 °C. Benzaldehyde solutions (200 to 900 mg L -1 ) were agitated with adsorbent for 16 h, while acetic acid solutions (100 to 800 mg L -1 ) for 24 h. Two isotherms were constructed at 20,0 ± 0,2 °C for bin ary systems, with 16 h of adsorption time, being one of them with identical benzaldehyde and acetic acid concentration (200 to 900 mg L -1 ) and another one with increasing benzaldehyde concentrations (200 to 900 mg L -1 ) and decreasing acetic acid concentrations (800 to 100 mg L -1 ), with total concentration of 1000 mg L -1 . Compound concentrations were determined using HPLC and the amount adsorbed was calculated by a mass balance. Regarding kinetics study, the contact time required in attaining equilibrium was approximately 6 h for benzaldehyde and 10 h for acetic acid. The kinetic behavior of both compounds was well represented by pseudo-second order model. Considering single adsorption, Langmuir and Freundlich models were suitable in representing the equilibrium experimental data. Negative values for ∆G ads and ∆H ads indicated that adsorption processes was spontaneous and exothermic for benzaldehyde and acetic acid. The isosteric heat change with surface coverage (∆H ads ) imply in an energetically heterogeneous surface for adsorbent. Adsorption was more favorable for benzaldehyde, because its adsorption affinity was more than 2000 times greater than that for acetic acid, at studied temperatures. About binary adsorption systems, benzaldehyde exerted more influence on acetic acid adsorption than the opposite. Binary systems adsorption equilibrium was best represented by the five-parameter extended Freundlich isotherm.