Nanofiltração para a concentração e purificação de extratos obtidos a partir de resíduos da indústria do tabaco

Abstract

A nicotina e o solanesol são compostos fenólicos que possuem alto valor comercial e industrial e podem ser extraídos de resíduos da indústria de tabaco. Entre os métodos de extração de compostos fenólicos do tabaco, a extração por fluido supercrítico é considerada não convencional, com alta seletividade e ambientalmente favorável ao não deixar resíduos de solvente no produto. Entretanto, é muito difícil realizar a extração de solanesol sem extrair nicotina e outras impurezas, sendo então importante aplicar um processo para separá-los e purificá-los. O processo de nanofiltração por membranas se destaca por ser viável para aplicações industriais. Além disso, o solanesol e a nicotina possuem uma grande diferença de massa molecular (4 vezes maior), o que torna este processo interessante. Esta pesquisa teve como objetivo investigar o processo de separação de nicotina e solanesol por membranas de nanofiltração. Inicialmente, foram realizados estudos de solubilidade de Hansen, determinação de permeância de hexano, etanol e isopropanol em três membranas diferentes de nanofiltração. Em seguida, uma das membranas e um solvente foram selecionados para verificar a concentração de extrato obtido por CO2 supercrítico de farelos de tabaco. Para estudar a eficácia da purificação por nanofiltração, foi realizada GC-FID para quantificar a nicotina e HPLC para quantificar o solanesol das alimentações, dos concentrados e dos permeados do extrato e da solução padrão. Os resultados mostraram que o isopropanol foi o solvente com melhor interação com as duas substâncias, e a membrana organofílica NF70706 apresentou melhor permeação com o isopropanol. Ao testar a permeação com o extrato, a membrana não rejeitou a nicotina, o que era esperado por conta da massa de corte da membrana. Porém, a membrana também não rejeitou o solanesol, o que pode ser explicado por sua forte interação com o solvente. Essa pesquisa pode ser usada como base para futuros estudos que testem a permeação com maior concentração de água, para otimizar a separação por meio da precipitação do solanesol.

Nicotine and solanesol are biocompounds that have high commercial and industrial value and can be extracted from industrial waste from the tobacco industry. Among the methods of extracting phenolic compounds from tobacco, the supercritical fluid extraction is a non-conventional method that has high selectivity and is environmentally friendly as it does not leave solvent residues in the product. However, it is very difficult to extract solanesol without extracting nicotine and other impurities, making it important to apply a separation process to purify. The membrane nanofiltration process stands out for being viable for industrial applications. In addition, solanesol and nicotine have a large difference in molecular weight, which makes this process interesting. This research aimed to investigate the process of separating nicotine and solanesol by nanofiltration membranes. Initially, Hansen solubility studies, permeance determination of hexane, ethanol, and isopropanol in three different nanofiltration membranes were carried out. Then, one of the membranes and a solvent were selected to check the concentration of CO2 supercritical extract from tobacco bran. To study the effectiveness of purification by nanofiltration, GC-FID was performed to quantify the nicotine and HPLC to quantify the solanesol in the feeds, concentrates, and permeates of the extract and standard solution. The results showed that isopropanol had the best interaction with both substances, and the organophilic membrane NF70706 exhibited better permeation with isopropanol. When testing the permeation with the extract, the membrane did not reject nicotine, as expected due to the membrane's cut-off mass. However, the membrane also did not reject solanesol, which can be explained by its strong interaction with the solvent. This research can serve as a basis for future studies that explore permeation with higher water concentrations to optimize the separation through solanesol precipitation.