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Extração do óleo essencial de menta (Mentha arvensis L.) por
destilação por arraste a vapor e extração com etanol
Watanabe, C.H.; Nosse, T. M.; Garcia, C. A.; Pinheiro Povh, N.
DEQ – UEM, Av. Colombo, 5790, 87020-900 Maringá, PR, Brasil. E-mail: [email protected]
RESUMO: A Mentha arvensis (L.) var. piperascens, pertencente à família Labiatae, produz um óleo essencial,
rico em mentol, cujas aplicações nas indústrias farmacêuticas, de higiene e do tabaco lhe conferem uma
importância econômica muito grande. O Estado do Paraná que já teve destaque no cenário nacional, no
período de 1940 a 1960, com 95% da produção brasileira, tenta novamente retomar a cultura de menta, na
região de Cascavel, por meio da Associação dos Plantadores de Menta. O objetivo deste trabalho foi
identificar as melhores condições visando ao rendimento maior em óleo essencial e uma porcentagem
também maior do componente principal – mentol. No processo de destilação por arraste a vapor, utilizouse a pressão de 101,3 Pa na autoclave, uma vazão de condensado em torno de 60 mL/min e um tempo de
extração de 60 minutos, condições determinadas em outros trabalhos, sendo analisada somente a
influência da perda de umidade do material sobre o rendimento. A porcentagem de mentol contida no óleo
essencial e obtida pelo processo de destilação por arraste a vapor foi menor (≅ 58%) do que a obtida no
processo de extração com etanol (≅ 75%). O rendimento em óleo essencial no processo de destilação por
arraste a vapor foi em torno de 0,5%, para uma razão entre a altura do extrator e a altura da carga de
aproximadamente 1/1 e cerca de 0,8% para uma razão de 2/1. Já no processo de extração com etanol o
rendimento foi de 3,9%, em 6 horas de extração a uma temperatura de 60 ºC e partículas de 0,351 a 0,175 mm.
Palavras-chave: Mentha arvensis (L.) var. piperascens, destilação por arraste a vapor, extração com etanol
ABSTRACT: Extraction of the essential oil from menthol mint (Mentha arvensis) by steam distillation
and ethanol extraction. The essential oil of menthol mint (Mentha arvensis (L.) var. piperascens), from the
Labiatae family was extracted by steam distillation and ethanol extrated. Menthol crystals isolated by
cooling and centrifuging of the essential oil are extensively used in flavor, fragrance, and pharmaceutical
industries. Menthol mint (referred as Japanese mint) was introduced in Brazil in the state of Paraná back in
1940 – 1960. It now accounts for 95% of the total Brazilian mint oil production. Nowadays, the state of
Paraná is trying to regain the menthol mint crops, with the help from the Association of Menthol Mint
Farmers. The price of the menthol mint oil produced by the farmers from that region varies according to the
quality that is determined based on the menthol content. Considerably large variation has been observed
in the quality of oil extracted from the same cultivars of menthol mint extracted by distinct processes. The
aim of the present work was to identify the best processing conditions to maximize the yields of essential
menthol oil and crystallized menthol contents of the essential oil, as well as their limonene, menthone,
isomenthone, menthyl acetate contents in the extracts. The best yield of essential oil for the steam distillation
process was of 0.8 (wt %), and the highest percentage of menthol was 58% (average). On the other hand,
ethanol extraction, the best yield of essential oil (3.9 wt %) was obtained when using 0.351 a 0.175 mm
particles at 60ºC and 6 h extraction, and the highest percentage of menthol was 75% (average).
Key words: Mentha arvensis, steam distillation, ethanol extraction
INTRODUÇÃO
Existem diversas espécies de menta, mais do
que se consegue identificar, pois a polinização das
várias espécies ocorre de forma cruzada, dando
origem a novos híbridos. O gênero menta compreende
cerca de 25 espécies diferentes de hortelãs e
correlatos que pertencem à família Labiatae.
Destacam-se pelo uso de chás, com efeito medicinal,
sendo bastante conhecidos principalmente pelo seu
sabor característico e aroma refrescante. Todas as
plantas são perenes, de crescimento rápido e fácil,
com caules violáceos, ramificados; folhas opostas,
serreadas e cor verde-escura; flores lilases ou
azuladas dispostas em espigas terminais, frutos tipo
aquênio. Dentre as mais populares destacam-se: a
hortelã verde (Mentha viridis); o mentrasto (Mentha
Recebido para publicação em 01/03/2004 e aceito para
publicação em 31/10/2006.
rotundifolia); a menta-do-levante (Mentha citrata); a
hortelã-verde (Mentha. spicata); poejo (Mentha
pulegium); a hortelã-crespa (Mentha crispa); a hortelãromana (Balsamite); a hortelã-pimenta que é a mais
refrescante das hortelãs (Mentha piperita); e a mentajaponesa ou hortelã-doce (Mentha arvensis), rica em
óleo essencial, cujo principal componente é o mentol
(Maia, 1958).
As espécies mais cultivadas no Brasil são a
Mentha arvensis e a Mentha spicata, pois ambas são
bem adaptadas ao clima subtropical, com
temperaturas oscilando entre 18 e 24 ºC, apesar de
suportarem temperaturas de até 40 ºC na máxima e
5 ºC na mínima. Sua necessidade de chuvas é em
torno de 1300 a 2000 mm por ano, desde que bem
distribuídas. Necessitam, também, de boa iluminação
e não suportam longas estiagens ou prolongados
períodos de chuvas (Corrêa Junior, 1994).
No Brasil, a menta desenvolveu-se como uma
cultura desbravadora, em terras recém- desmatadas,
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
77
dadas suas características de exigência em fertilidade
do solo e água. Os solos férteis do Estado do Paraná
e de São Paulo ofereceram condições favoráveis para
seu cultivo. Durante a Segunda Guerra Mundial, o
Brasil passou a ter grande importância mundial na
produção do óleo essencial de menta. O Paraná
obteve destaque no cenário nacional, pois nesse
período o Brasil participava entre 63,7 e 80,8% da
produção mundial e o Paraná, com 95% da produção
brasileira. Com o fim do desmatamento no Estado
do Paraná, desapareceu a produção da planta e de
mentol nacional. Contribuiu também para o fim da
produção nacional de menta a criação do mentol
sintético que, por ser mais barato, diminuiu a
demanda e participação do mentol natural no mercado
internacional. A suscetibilidade da planta à ferrugem,
uma doença causada pelo Puccinia menthae, foi outro
fator importante para a redução da área plantada.
A menta, também, é utilizada em indústria de
chicletes, de pasta de dente e farmacêuticas devido
as suas propriedades medicinais, pois suas folhas
possuem vitaminas A, B, C e minerais como cálcio,
fósforo, ferro e potássio; exercem ação tônica e
estimulante sobre o aparelho digestivo, além de
propriedades anti-sépticas e ligeiramente
anestésicas. Em geral, cada quilo de óleo obtido das
ramas é capaz de produzir, aproximadamente 50%
de óleo desmentolado e 40% de mentol cristalizado.
A produção mundial de Mentha arvensis é
estimada em torno de 20.000 toneladas, e os maiores
paises produtores de óleo essencial de menta são
China, Índia, Brasil, Japão, França e Estados Unidos
(Srivastava, 2002). O Estado do Paraná, Brasil, tenta
novamente retomar a cultura da menta, na região de
Cascavel, por meio da Associação de Agricultores
Orgânicos de Capitão Leônidas Marques e cujos
agricultores têm interesses em processos de
extração que melhor se adaptem à extração do óleo
essencial da Mentha arvensis var. piperascens.
A menta doce (Mentha arvensis var. piperascens), existente em vários paises da Ásia, pode ter
rendimento até de 5% em óleo essencial; no entanto,
é mais comum encontrar um rendimento de 1% a
2% de óleo essencial, cujo componente principal é o
mentol (de 50% a 70% e em alguns casos 90%).
Depois do mentol ser removido do óleo essencial (óleo
desmentolado), restam ainda, 17% a 35% de
mentona, 5% a 13% de mentil acetato, 2% a 5% de
limoneno, e 2,5% a 4% de neomentol. Existem ainda
traços de outros terpenos (piperitone, pulegone, âcariofileno, â-cariofileno-epóxido, á-pineno, â-pineno,
germacreno D, 1,8-cineol, linalol, mentofurano,
canfeno) (Rajeswara Rao, 1999).
Uma série de processos têm sido investigados, para obter o óleo essencial de plantas. Entre
os processos convencionais destacam-se os
processos de destilação por arraste a vapor e extração
com solventes voláteis. A destilação por arraste a vapor
pode ser subdividida em três categorias: destilação
com água, destilação com água e vapor e destilação
com vapor direto. As três categorias envolvem vários
processos físico-químicos e estão sujeitas às
mesmas considerações teóricas: hidrodifusão,
hidrólise de certos componentes do óleo essencial e
decomposição ocasionada pelo calor. Já no processo
de extração com solventes voláteis, o solvente penetra
nas folhas e caules, já preparadas, e dissolve o
princípio ativo juntamente com algumas graxas,
compostos albuminosos e pigmentos. A solução é
enviada a um evaporador e concentrada a baixa
temperatura e, dessa forma, o solvente é recuperado.
Obtém-se, assim, o que chamamos de “concreto”.
Para se obter a fração conhecida como “abstrato” a
mistura obtida da evaporação do solvente é redissolvida em etanol que dissolverá os diversos
componentes do óleo essencial e permanecendo
insolúveis as substâncias de natureza graxa. Se por
um lado, os extratos obtidos neste processo
apresentam uma coloração forte, devido aos
pigmentos não voláteis da matéria-prima, por outro,
os extratos obtidos por hidrodestilação apresentam
uma coloração clara. O fator mais importante para o
sucesso da extração é a eficiência e a seletividade
aliada ainda à qualidade do solvente empregado
(Guenther, 1972).
O objetivo deste trabalho foi identificar as
melhores condições de operação em relação a dois
processos convencionais, visando ao rendimento
maior em óleo essencial e à percentagem também
maior do componente principal, o mentol.
MATERIAL E MÉTODO
Material
A menta utilizada neste trabalho foi colhida em
26 de novembro de 2002, com tempo úmido e quente,
na lua minguante e no início da floração. O solo era
argiloso e a última correção foi feita em 2001, com
2000 kg/ha de calcário; em setembro de 2002, foi
feita uma adubação orgânica, mas sem irrigação. A
menta proveniente do município de Cascavel, PR, foi
adquirida diretamente do produtor in natura,
acondicionada em saco plástico e vedada. Após o
recebimento, foi mantida sob refrigeração a –5 ºC. A
identificação da planta foi feita pelo departamento de
Botânica da Universidade Estadual de Maringá. Foram
utilizados folhas e caules da menta (Mentha arvensis
[L.] var. piperascens).
Solvente
Etil acetato – grau HPLC (Mallinckrodt).
Etanol
Grau PA (Induslab, Arapongas, Brasil).
Umidade - A umidade do material foi determinada
periodicamente, pelo método proposto por Jacobs
(1958).
Tamanho das partículas
A menta seca, à temperatura ambiente, foi
moída em um moinho elétrico de facas (TECNAL,
modelo TE 340, Brasil) e, em seguida, determinou-
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
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se sua granulometria utilizando peneiras da série
Tyler, com um agitador (BELTER, Brasil). A menta
seca e moída foi usada no processo de extração com
etanol, com a seguinte classificação em relação ao
tamanho da partícula: amostra A (0,833 mm), amostra
B (0,589 mm), amostra C (0,417 mm) e amostra D
(0,351 a 0,175 mm).
Planejamento experimental
No processo de destilação por arraste a vapor,
estudou-se somente a influência da perda de umidade
da matéria-prima, pois as melhores condições de
operação: Pressão de Operação (PO) = 101,3 Pa e
Tempo de extração (TE) = 1 hora, já foram
determinadas em outros experimentos (Pinheiro Povh
et al., 2001). Já no processo de extração com etanol
foi empregado um planejamento fatorial fracionado (4
x 3 x 2) com a finalidade de selecionar as variáveis
que apresentavam influências significativas na
resposta, tais como: Tempo de Extração (TE) = 1, 3
e 6 horas, Tamanho das partículas (TP) = A, B, C e D
(mm), Temperatura (T) = 30 e 60 ºC. Além desses
experimentos, foram feitos outros: 4 a 30 ºC e 4 a 60
ºC, no tempo de extração de 24 horas. Os
experimentos de 24 horas foram realizados para se
determinar o rendimento máximo em óleo essencial
na menta, para cada temperatura e tamanho de
partícula. Esse planejamento foi feito para verificar
se uma variável teria efeito negativo ou positivo na
resposta quando passasse de um nível para outro e
se essas variáveis eram independentes ou
apresentavam interações (Barros et al., 1995). As
condições de operação e os rendimentos são
apresentados nas Tabelas 1 e 2.
Destilação por arraste a vapor
Para a extração do óleo essencial da Mentha
arvensis foi utilizado o módulo projetado por Pinheiro
Povh et al. (2001) conforme Figura 1. Nesse método,
o vapor é gerado, através do aquecimento da água,
colocado dentro de uma autoclave cujos dispositivos
permitem o controle da pressão e vazão do vapor. O
vapor produzido é injetado em um destilador, provido
de uma câmara de expansão com um prato perfurado
em aço inoxidável, no qual se coloca a matéria-prima.
Na saída do destilador são colocados um
condensador e um funil de separação. A matéria-prima
preparada nas condições preestabelecidas é colocada
dentro da célula. O vapor, depois de passar pelo leito
da matéria-prima, é condensado pelo resfriamento da
água à temperatura ambiente, sendo depositado, por
diferença de densidade, em um funil de separação,
junto com o óleo essencial extraído.
FIGURA 1. Aparelho experimental – (1) autoclave; (2) destilador; (3) condensador; (4) dreno; (5) separador.
Extração com etanol
A extração do óleo essencial da menta com
etanol foi feita em um “shaker” (MARCONI, modelo
MA 830, Brasil), com temperatura e agitação
controladas. As extrações foram feitas em duas
bateladas uma à temperatura de 3 0ºC e outra a 60
ºC, variando-se os outros parâmetros, conforme dados
mostrados na Tabela 2. Os frascos de erlemeyers,
tampados com rolhas de borracha, contendo 30 g de
menta moída e etanol, eram pesados antes e depois
da extração. Em seguida, o conteúdo era filtrado a
vácuo e a miscela (solvente + extrato), colocada em
frasco escuro, tampado, pesado e guardado sob
refrigeração, para posteriores análises.
Nesse processo de extração com etanol,
primeiramente separou-se o solvente do extrato.
Pesou-se 20 mL do filtrado em placas de Petri (já
pesadas) e deixou-as durante 48 horas em uma sala
refrigerada a 18 ºC, para evitar a evaporação do óleo
essencial junto com o solvente. Depois da evaporação
do solvente determinou-se a quantidade de extrato. A
quantificação do óleo essencial contida nesses
extratos foi feita por gravimetria (Spricigo, 1998).
Já a quantificação dos principais componentes
como limoneno, mentona, isomentona, mentol e
mentil acetato foi feita com base na percentagem de
área, quando das análises cromatográficas.
Identificação e quantificação do óleo essencial
de menta
As análises da composição química do óleo
essencial e do filtrado, obtidos nas extrações de
destilação por arraste a vapor e extração com etanol,
respectivamente, foram feitas em cromatógrafo
gasoso (CG marca VARIAN modelo 3300) dotado de
uma coluna capilar DB-5 (30m x 0,25 mm x 0,25 mm),
nas seguintes condições: temperatura do injetor =
240 ºC e temperatura do detector = 230 ºC, com a
programação de 50 ºC (5 min); 180 ºC (5 ºC/min);
280 ºC (3 ºC/min), usando H2 como gás de arraste.
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
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Foi injetado 1 mL de solução (@ 0,005 g de óleo
diluído em 1 mL de acetato de etila p.a) das amostras
da hidrodestilação e 1 mL do filtrado das amostras
da extração com solventes orgânicos. As amostras
foram injetadas em duplicatas, usando a técnica de
split/splitless (1:21).
A identificação dos componentes do óleo
essencial foi feita por comparação dos cromatogramas
com dados da literatura (Rajeswara Rao, 1999; Phatak
e Heble, 2002) e pela análise do banco de dados do
sistema CG-EM, por comparação do padrão de
fragmentação obtido na espectrometria de massas.
Nessa comparação, utilizou-se um cromatógrafo
gasoso Shimadzu, mod GC-17AAF CBM 101, dotado
de uma coluna capilar de sílica fundida DB-5 (50 m x
0,25 mm i.d. x 0,25 mm), acoplado a um
espectrômetro de massas (GC-MS SHIMADZU,
modelo QP-5000). A temperatura do injetor foi de 220
ºC, com a programação de 90 ºC (1 min); 290 ºC (4
ºC/min). Para as análises cromatográficas, realizadas
nos dois cromatógrafos, utilizaram-se as mesmas
amostras.
Quantificação do resíduo nas extrações com
etanol
O procedimento utilizado para calcular a
quantidade de óleo essencial retido na matriz sólida
(resíduo) de uma extração sólido/líquido em batelada
pode ser feita da seguinte maneira: Considerando que
o cilindro constante da Figura 2 representa as
operações de extração e filtração das fases sólido e
líquido, propôs-se o seguinte esquema:
F(óleo essencial) e A (sólido insolúvel)
E = (B + S)
yE = g de S/g de (B + S)
yF = 1,0
NF = g de A/g de (B + S)
R = (B + S)
NR = g de A/g de (B + S)
xR = g de S/g de (B + S)
A (sólido insolúvel)
B (solvente puro)
xB = 0
FIGURA 2. Esquema de um extrator sólido/líquido em batelada.
Definindo como:
F = quantidade de óleo essencial (soluto)-S, contido
na matriz sólida (sólido insolúvel)-A.
B = quantidade de solvente puro (etanol).
R = quantidade de miscela (solvente + óleo essencial)
retida na matriz sólida, após filtração a vácuo.
E = quantidade de miscela (solvente + óleo essencial)
obtida após a filtração a vácuo.
A = matriz sólida (sólido insolúvel).
x, y = g de S/g de (S + B)Þ razão mássica do óleo
essencial livre do sólido insolúvel (A).
N = g de A/g de (S + B) Þ razão mássica de sólido
insolúvel (A) em relação a miscela.
Logo:
O balanço de massa global será: F + B = R + E
Balanço de massa do soluto S: F.yF + B.xB = R.xR + E.yE
Balanço de massa do solvente B: B = E (1-yE) + R (1-xR)
Considerou-se ainda que:
(i) a quantidade de sólido “A” é insolúvel no solvente,
portanto a quantidade de sólido que entra = sai;
(ii) para o solvente “B” puro, NB=xB=0 e para o sólido
seco, yF=1,0.
RESULTADO E DISCUSSÃO
Destilação por arraste a vapor
Analisando os resultados da Tabela 1, verificase que o rendimento foi baixo, comparado com os
dados da literatura que apresentaram valores entre
0,7 e 0.9 (Srivastava, 2002). Segundo Srivastava
(2002), o solo rico em Cu e Zn favorece um alto
rendimento do óleo essencial de menta, ao contrário
do N que teve um efeito negativo sobre o solo; no
entanto, o rendimento não foi muito afetado pelo pH,
carbono orgânico e Fe contidos no solo. Por outro
lado, a associação de Zn, Fe, Mn e P tiveram um
efeito altamente positivo sobre o rendimento de
mentol, enquanto o pH foi altamente negativo.
Comparando as características do solo, onde foi
cultivada a menta utilizada neste trabalho com as
características do solo citadas por Srivastava (2002),
observam-se diferenças no tratamento do solo.
Ademais, a menta utilizada foi contaminada por
Gryllotalpa sp. e tratada com água e sabão. Esses
fatos associados às perdas de voláteis, em função
da alta temperatura dentro do extrator (em torno de
102 ºC), justifica o baixo rendimento obtido. Assim
como na Tabela 1, na Figura 3 éobservada a influência
da perda de umidade da menta, à temperatura
ambiente, sobre o rendimento do óleo essencial
obtido.
Verificou-se nas amostras de menta umidade
total de 79%. Comparando os experimentos com
aproximadamente a mesma perda percentual de
umidade, ou seja, os experimentos 1, 2 e 4, 5, observase que o rendimento foi maior no segundo e quinto
ensaio. Essa diferença foi porque a razão entre a
altura do extrator e a altura da carga (Hextr./Hcarga) foi
de 2:1, ou seja, esse parâmetro está associado à
vazão do condensado, que esteve fixo e em torno de
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55 mL/min, para que não houvesse tanta perda de
voláteis na saída do condensador. Isto é, para vazões
de condensado acima de 55 mL/min, a água de
resfriamento não era suficiente para condensar o vapor
que saía do destilador. Assim, a vazão foi mantida
em 55 mL/min em todos os experimentos. Como a
altura da carga foi reduzida pela metade, nos ensaios
2 e 5, então o leito fixo da matéria-prima foi menor e,
conseqüentemente, ofereceu menor resistência ao
fluxo de vapor. Acredita-se que ao dobrar a área de
troca térmica do condensador, de tal forma que seja
possível trabalhar com uma vazão bem maior que a
utilizada, sem que haja perda de voláteis na saída do
condensador, pode-se obter um rendimento maior
com uma proporção da Hext./Hcarga em torno de 1:1.
TABELA 1. Planejamento experimental para a extração do óleo essencial da Mentha arvensis pelo processo
de destilação por arraste a vapor.
Ensaio
Pressão de
Operação (Pa)
Tempo de
Extração (horas)
Perda de
Umidade (%)
Rendimento
(%)
1
101,3
1,0
3
0,57
2
101,3
1,0
5
0,78
3
101,3
1,0
16
0,45
4
101,3
1,0
25
0,34
5
101,3
1,0
25
0,48
6
101,3
1,0
35
0,38
5HQGLPHQWR
Rendimento (%) = (góleo/gmat. prima seca)x100
Perda de umidade (%) = quantidade de água que a planta perdeu, após o recebimento (@79%).
1žGR([SHULPHQWR
FIGURA 3 - Rendimento do óleo essencial de menta, com as respectivas perdas de umidade.
Na hipótese da hidrodifusão de Denny
(1986), considera-se como superfície de difusão
aquela na qual o óleo está contido, ou seja, uma
superfície circular envolta por uma membrana em
interface com a água. O comprimento da interface
governa o tamanho da área de transferência de
calor e o calor liberado pela condensação do
vapor pode ser utilizado para vaporizar o óleo.
Assume-se que o óleo essencial está
difundindo ao longo de algumas fissuras na planta
e emergindo à superfície, formando uma pequena
área circular de óleo superficial e podendo
evaporar-se somente no perímetro dessa difusão,
onde terá a interface do óleo líquido e da água
num contato imediato. Inicialmente, as gotas de
óleo contidas na célula têm raio “r” e área “pr 2 ”.
Se a taxa de difusão for aumentada por um fator
proporcional “Z”, a área deve ser reduzida a “pr 2/
Z”. Então a circunferência contendo óleo se rompe
e a área de troca de calor é reduzida por um fator
“Z 1/2”. Com a área de troca de calor reduzida
nessa proporção, a vazão de vapor pode ser
aumentada pelo mesmo fator, “Z1/2”, para reunir o
óleo à mesma taxa anterior e Z pode ser também
um fator de relação entre o tempo de extração
de um experimento e outro.
No entanto, condições ideais não existem na
prática. Os fluidos não aumentam sua vazão de
escoamento ao longo de canais restritos na mesma
proporção das forças atuantes.
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
81
Quando se destilam óleos essenciais que são
dependentes da hidrodifusão, a relação entre a vazão
de vapor e a taxa de difusão explica porque qualquer
tentativa para economizar tempo aumentando-se a
destilação, deve envolver um consumo desproporcional de vapor e combustível.
Na destilação por arraste a vapor, foram utilizados
folhas e pequenos caules por inteiro, logo o óleo
essencial estava mais difícil de se extrair, necessitando,
pois, de uma vazão de vapor maior para compensar a
redução da área de troca térmica na interface entre o
óleo essencial e a corrente de vapor. Mas a vazão de
vapor estava delimitada pela área de troca térmica da
água de resfriamento no condensador. Portanto, a
difusão do óleo essencial na fase vapor encontrou uma
resistência maior do que se a matriz sólida estivesse
cominuída. Por outro lado, para evitar a compactação
do leito foram utilizados folhas e caules inteiros.
Extração com etanol
Antes de iniciar as extrações da menta com
etanol, as amostras com ≅12% de umidade foram
moídas e separadas em peneiras granulométricas.
Os experimentos foram feitos em duplicata, sendo
considerada a média dos resultados, conforme
resultados apresentados na Tabela 2. O maior
rendimento obtido foi 3,9%, nas condições de 60
ºC e partículas de 0,351 a 0,175 mm. De posse
destes dados foi possível fazer um balanço de
massa para cada extração, considerando o
esquema da Figura 2, permitindo, desta forma, o
cálculo do rendimento em óleo essencial e o
percentual residual. Os níveis das variáveis
envolvidas nesse processo, com seus respectivos
rendimentos e a quantidade de óleo essencial retido
(R) na matriz sólida em cada extração estão
explícitos na Tabela 2.
TABELA 2. Planejamento experimental 4x3x2 para a extração do óleo essencial da Mentha arvensis pelo
processo de extração com etanol
Ensaio
Tempo Extração
(horas)
Tamanho de
Partícula (mm)
Temperatura
(ºC)
Rendimento
(%)*
Resíduo
(%)
1
1
A
30
0,946
75,74
2
1
A
60
1,354
65,28
3
3
A
30
0,961
75,36
4
3
A
60
1,473
62,23
5
6
A
30
1,259
67,72
6
6
A
60
1,753
55,05
7
1
B
30
1,352
65,33
8
1
B
60
1,922
50,72
9
3
B
30
1,515
61,15
10
3
B
60
2,102
46,10
11
6
B
30
1,926
50,62
12
6
B
60
2,554
34,51
13
1
C
30
1,761
54,85
14
1
C
60
2,825
27,56
15
3
C
30
1,792
54,05
16
3
C
60
2,989
23,36
17
6
C
30
1,879
51,82
18
6
C
60
3,115
20,13
19
1
D
30
2,040
47,69
20
1
D
60
3,032
22,26
21
3
D
30
2,091
46,38
22
3
D
60
3,453
11,46
23
6
D
30
2,177
44,18
24
6
D
60
3,867
0,54
Rendimento (%) = (góleo/gmat. prima seca)x100
Resíduo = (%) de óleo essencial retido na matriz sólida.
Partículas: A=0,833mm
B=0,589mm C=0,417mm D=0,351 a 0,175 mm
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
82
A Figura 4 representa o rendimento em óleo
essencial nas duas temperaturas utilizadas 30 e 60
ºC, para quatro tamanhos de partículas. Verifica-se
que há um aumento do rendimento em óleo essencial
quando se aumenta a temperatura e diminui-se o
tamanho de partículas. Esse fato condiz com a
teoria, ou seja, o método de extração que utiliza
solventes voláteis depende da distribuição e
proporção do constituinte solúvel no sólido, da
natureza dos sólidos e do tamanho das partículas. À
medida que a extração prossegue a velocidade de
extração diminui porque o gradiente de concentração
do soluto no solvente diminui enquanto aumenta a
viscosidade do solvente devido à grande quantidade
do soluto. Alguns fatores influenciam na velocidade
de extração como o tamanho das partículas sólidas;
a seletividade do solvente e uma baixa viscosidade,
às temperaturas mais altas, freqüentemente,
5HQGLPHQWR
aumentam a solubilidade do soluto no solvente e a
agitação do solvente favorece o contato sólido/
solvente. A Tabela 3 contém os resultados dos ensaios
de 24 horas de extração.
Comparando-se os resultados dos experimentos realizados a 30 e 60 ºC, verificou-se
aumento significativo no rendimento do mentol
contido no óleo essencial de menta, ou seja, 43,2;
53,3; 39,2; 42,2; 38,8; 34,0; 60,4; 66,8; 65,3; 48,6;
65,1; 70,4%, em média, para os experimentos de 1
a 12 respectivamente.
A primeira análise do planejamento revelou que
os efeitos principais foram mais importantes na
formulação do modelo do que a interação de três e
até mesmo de dois fatores. O tempo de extração foi
tão significativo (p=0,0135) quanto o tamanho de
partícula (p=0,0001) e a temperatura (p=0,0001) sobre
o rendimento do processo.
ž&
ž&
%
$
$
$
%
'
'
&
& & '
%
7HPSRGHH[WUDomRK
FIGURA 4. Rendimento do óleo de menta em função dos tempos de extração, em diferente tamanho de
partículas a 30 e 60 ºC.
TABELA 3. Rendimento (%) em óleo essencial e tempo de extração de 24 horas
Tamanho de partícula (mm)
Temperatura (ºC)
Rendimento (%)
0,833 – (A)
30
1,919
0,589 – (B)
30
2,149
0,417 – (C)
30
2,434
0,351 a 0,175 – (D)
30
2,683
0,833 – (A)
60
2,114
0,589 – (B)
60
2,759
0,417 – (C)
60
3,347
0,351 a 0,175 – (D)
60
3,879
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
83
Caracterização e quantificação do óleo essencial
e dos extratos
Observou-se em todos os cromatogramas
comportamento semelhante, tanto nas destilações por
arraste a vapor quanto nas extrações com etanol,
havendo pequenas variações nas composições das
principais substâncias do óleo essencial da menta.
Para a destilação por arraste a vapor, escolheu-se o
cromatograma do experimento n.º 3 representado pela
Figura 5, enquanto para a extração com etanol,
escolheu-se o cromatograma do experimento n.º 4
representado pela Figura 6. Por outro lado, a Tabela
4 mostra o tempo de retenção e a área percentual
das principais substâncias do óleo essencial de
menta, sendo o limoneno, mentona, isomentona,
mentol e mentil acetato as cinco substâncias mais
importantes.
Analisando os resultados obtidos na Figura 7,
a média percentual do limoneno, mentona,
isomentona, mentol e mentil acetato, no processo
de destilação por arraste a vapor foi de 2,02; 7,81;
4,73; 57,60; 17,43 respectivamente. Por outro lado,
a média percentual da mentona, isomentona, mentol
e mentil acetato, reportadas nas Figuras 8 e 9,
referente aos extratos obtidos a 60 ºC foi 5,41%;
6,07%; 75,88%; 9,24% respectivamente. Já nos
extratos obtidos a 30 ºC, a média percentual foi 5,36%;
6,32%; 73,44%; 9,43% respectivamente. Em algumas
amostras, tanto a 30 ºC quanto a 60 ºC não foi
detectada a presença do limoneno, provavelmente
devido à baixa concentração de óleo essencial no
extrato. Comparando-se os experimentos realizados
a 30 e 60 ºC e representados pelas Figuras 8 e 9,
verificou-se aumento significativo de mentol (≅88,8%),
mas nenhuma quantidade de limoneno e mentil
acetato foi detectada.
Apesar de o rendimento em óleo essencial ser
mais significativo a 60 ºC, a média percentual das
principais substâncias do óleo essencial de menta
manteve-se constante em relação à média percentual
das principais substâncias do óleo essencial de menta
a 30 ºC.
FIGURA 5. Cromatograma do experimento 3 da
destilação por arraste a vapor.
FIGURA 6. Cromatograma do experimento 4 da
extração com etanol.
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
84
TABELA 4. Relação das principais substâncias no óleo essencial de menta, obtida pela destilação por
arraste a vapor e pela extração com etanol, referente ao experimento 3 e 4 respectivamente.
Principais
substâncias
Destilação por arraste a vapor
Extração com etanol
Tempo de retenção (min)
Área (%)
Tempo de retenção (min)
Área (%)
Limoneno
13,75
1,659
14,497
0,547
Mentona
19,25
9,462
19,173
4,589
Isomentona
19,66
6,064
19,617
5,872
Mentol
20,11
62,207
20,170
77,198
Mentil Acetato
21,91
13,235
24,848
5,740
Outros
7,3741
6XEVWkQFLDVGRyOHRHVVHQFLD
GHPHQWD
6,054
Limoneno
Isomentona
Mentil acetato
Mentona
Mentol
1žGR([SHULPHQWR
FIGURA 7. Porcentagens do limoneno, mentona, isomentona mentol e mentil acetato no óleo essencial de
menta da destilação por arraste a vapor.
6XEVWkQFLDVGRyOHRHVVHQFLD
GHPHQWD
Limoneno
Mentona
Isomentona
Mentol
Mentil acetato
ž&
1žGR([SHULPHQWR
FIGURA 8. Porcentagens do limoneno, mentona, isomentona mentol e mentil acetato no extrato das extrações
com etanol a 60 ºC.
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
85
Limoneno
6XEVWkQFLDVGRyOHRHVVHQFLD
GHPHQWD
Mentona
Isomentona
Mentol
Mentil acetato
ž&
1žGR([SHULPHQWR
FIGURA 9 - Porcentagens do limoneno, mentona, isomentona mentol e mentil acetato no extrato das extrações
com etanol a 30ºC.
CONCLUSÃO
1. O melhor rendimento em óleo essencial para
o processo de destilação por arraste a vapor foi de
0,8%, ou seja, com 5% de umidade e uma relação
de 2:1 entre a altura do extrator/altura do leito da
menta. Já o melhor rendimento em óleo essencial
para o processo de extração com etanol foi de 3,7%,
na temperatura de 60ºC, 6 horas de extração e
partículas de 0,351 a 0,175 mm.
2. Pela análise do planejamento fatorial 4 x 3
x 2 verificou-se que a temperatura, o tamanho das
partículas, e o tempo de extração tiveram uma
influência significativa no rendimento do processo
(p=0,0001, p=0,0001, p=0,0135, respectivamente). A
interação entre a temperatura e o tamanho das
partículas (p=0,0478) também foi significativa.
3. Comparando-se os experimentos realizados
a 30 ºC e 60 ºC, verificou-se um aumento significativo
no rendimento do óleo essencial de menta a 60ºC
(de 34% a 70%). No entanto, a média percentual do
limoneno, mentona, isomentona, mentol e mentil
acetato foi aproximadamente constante, para as duas
temperaturas.
4. A qualidade, bem como as propriedades
físico-químicas do óleo essencial são fortemente
influen-ciadas pelas condições da planta vegetal, tais
como: a idade da planta, tipo de solo, percentagem
de umidade, época e forma de colheita, método de
extração, grau de cominuição, qualidade do solvente,
qualidade do vapor d’água etc. No entanto, como foi
usada a mesma matéria-prima nos dois métodos, as
vantagens e desvantagens de cada processo ficam
limitadas pelo compromisso entre custos, rendimento
e composição do produto obtido.
5. Processo de destilação por arraste a vapor:
(i) A vantagem desse método está na utilização de
grandes volumes de produção, pois requerem
equipamentos convencionais mais baratos. (ii) A
desvantagem está na solubilização de compostos tais
como fenóis e alguns álcoois e ácidos que ficam
retidos na água de condensação. Outra desvantagem
é a perda dos constituintes do óleo essencial mais
voláteis quando da destilação, além de que, alguns óleos
essenciais contêm compostos voláteis que são
sensíveis à temperatura do processo. Devido a essas
dificuldades, em muitos casos, sugere-se o uso do
método de extração com solventes voláteis e depois a
concentração do extrato por destilação por arraste a
vapor.
6. Processo de extração com etanol: (i) A
vantagem deste processo consiste na obtenção de
um rendimento bem maior em relação ao método de
destilação por arraste a vapor, além de se obter um
extrato com o odor mais próximo ao odor original da
planta. No entanto, os extratos obtidos contêm certas
quantidades de resinas, graxas, corantes etc.
Portanto, esse processo pode ser aplicado com
vantagem somente se o extrato tiver um preço alto
no mercado. (ii) A desvantagem está no alto custo do
processo de separação do óleo essencial dos demais
materiais extraídos, tais como: resinas, graxas,
corantes etc.; na escolha do solvente apropriado para
cada caso e seu custo.
AGRADECIMENTO
À Associação de Agricultores Orgânicos de
Capitão Leônidas Marques, ao CNPq e Universidade
Estadual de Maringá.
Rev. Bras. Pl. Med., Botucatu, v.8, n.4, p.76-86, 2006
86
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