Improving the debittering of Andean lupin beans using a combination of supercritical fluid extractions and natural eutectic solvents

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Barbosa, Nathan Zafalon
Data de Publicação: 2024
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10198/30020
Resumo: Mestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do Paraná
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spelling Improving the debittering of Andean lupin beans using a combination of supercritical fluid extractions and natural eutectic solventsLupin beansQuinolizidine alkaloidsEutectic solventsSupercritical extractionDomínio/Área Científica::Engenharia e Tecnologia::Engenharia QuímicaMestrado de dupla diplomação com a UTFPR - Universidade Tecnológica Federal do ParanáLupins are emerging as a promising source of protein for human and animal nutrition. However, they also have a high content of bitter quinolizidine alkaloids in their composition, toxic for human beings. Traditionally, the removal of these alkaloids from lupin grains involves the use of large amounts of water, resulting in contaminated wastewater. Therefore, there is a growing need to improve the debittering process of Andean lupin grains by exploring alternative and sustainable techniques that minimize the generation of toxic waste. This work investigates the combined use of supercritical carbon dioxide fluid extractions and natural based solvents to optimize the lupins debittering process. Initially, COSMO-RS was applied as a preliminary screening tool to explore the best solvents for the extraction of quinolizidine alkaloids. Butanol showed the best performance among conventional organic solvents, tetramethylammonium chloride among the ionic liquids/molten salts, and the mixtures of oxalic acid + thymol (1:1, molar ratio) among the eutectic mixtures. Subsequently, a set of candidates were selected to be evaluated as solvents on the extraction of sparteine, lupanine and 13- hydroxylupanine from Andean lupin beans. Experimental results showed that the application of solutions of lactic acid and formic acid at concentrations of 0.9 M in Et-OH/Water (8:2) mixtures, led to significantly high alkaloids extraction efficiencies under ambient conditions. Lactic acid was able to maintain its extracting efficiency even when its concentration was reduced, to around 0.45 M. Following, the best system – lactic acid 0.45 M in Et- OH/Water (8:2) – was applied as co-solvent in the supercritical carbon dioxide extraction. It was observed that, under supercritical conditions, the solvent did not maintain its efficacy, indicating that the supercritical state and the solvent to solid ratio substantially alters the solvent-alkaloid interaction. Therefore, this study showed that solutions of organic acids are promising solvent candidates for more efficient debittering processes. Future investigations should focus on optimizing these solvents under various operational conditions including supercritical, to enhance the viability of their industrial application, with the goal of facilitating the safe and sustainable use of lupin grains in human food.Os tremoços são uma fonte promissora de proteína para nutrição humana e animal. No entanto, estes contêm um alto teor de alcaloides quinolizidínicos amargos na sua composição, tóxicos para os seres humanos. Tradicionalmente, a remoção destes alcaloides dos tremoços envolve o uso de grandes quantidades de água, resultando em águas residuais contaminadas. Há assim uma crescente necessidade de melhorar o processo de demolha dos tremoços, explorando técnicas alternativas mais sustentáveis que minimizem os resíduos tóxicos. Este trabalho investiga o uso combinado de extrações com dióxido de carbono supercrítico e solventes naturais para otimizar o processo de demolha. Inicialmente, o COSMO-RS foi aplicado como ferramenta de seleção para explorar os melhores solventes para a extração de alcaloides quinolizidínicos. O butanol mostrou os melhores resultados entre os solventes orgânicos tradicionais, o cloreto de tetrametilamónio entre os líquidos iónicos/molten salts, e as misturas de ácido oxálico + timol (1:1) entre as misturas eutécticas. Posteriormente, os melhores sistemas foram avaliados na extração de sparteina, lupanina e 13-hidroxilupanina de grãos de tremoço andino. Os resultados experimentais mostram que a aplicação de soluções de ácido láctico e o ácido fórmico em concentrações de 0.9M em misturas de Et-OH/Água (8:2) levaram a eficiências de extração de alcaloides significativamente altas em condições ambiente. O ácido láctico foi capaz de manter sua eficiência de extração a concentrações reduzidas de 0.45M. Em seguida, o melhor sistema – ácido láctico 0.45M em Et-OH/Água (8:2) – foi aplicado como co-solvente na extração de dióxido de carbono supercrítico. Observou- se que, sob condições supercríticas, os solventes não mantêm a sua eficácia, indicando que o estado supercrítico altera substancialmente a interação solvente-alcaloide. Portanto, este estudo mostra que soluções de ácidos orgânicos são candidatos promissores para processos de demolha mais eficientes. Contudo, é ainda necessário otimizar os solventes sob várias condições operacionais, incluindo supercríticas, para aumentar a viabilidade de sua aplicação industrial, com o objetivo de facilitar o uso seguro e sustentável dos grãos de tremoço na alimentação humana.Martins, Mónia A.R.Pinho, SimãoFerreira, OlgaSgorlon, JulianaBiblioteca Digital do IPBBarbosa, Nathan Zafalon2024-07-12T10:19:47Z20242024-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10198/30020TID:203659740enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2024-10-23T01:23:22Zoai:bibliotecadigital.ipb.pt:10198/30020Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openairemluisa.alvim@gmail.comopendoar:71602024-10-23T01:23:22Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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