Estudo da caracterização de obtenção de açúcares fermentescíveis presentes no resíduo de laranja para produção de etanol 2G

ISBN 978-85-85905-21-7

Área

Iniciação Científica

Autores

Brito, P.B. (UCL) ; Loureiro, F.A.M. (UCL)

Resumo

O Brasil é globalmente o maior exportador de suco de laranja concentrado, segundo a CitrusBr. Desta forma, a fruta passa por um processo de extração para se transformar na commodity, e após o processamento industrial, subprodutos podem ser obtidos e até mesmo exportados. Um dos subprodutos possíveis é o álcool, resultante da fermentação do líquido obtido através da prensagem do bagaço da laranja. Neste trabalho, avaliamos o potencial dos açúcares redutores provenientes do bagaço de laranja, para isso, realizamos uma abertura ácida em autoclave de uma carga de bagaço e medimos o Brix do líquido resultante. Notamos que quando a razão v/v de ácido/volume de água era de 6%, alcançamos em torno de 5,7°Bx. Este resultado é bastante promissor.

Palavras chaves

Bagaço de laranja; açúcares redutores; etanol de segunda geração

Introdução

O Brasil é globalmente o maior exportador de suco de laranja concentrado, segundo a CitrusBr (Associação Nacional dos Exportadores de Sucos Cítricos). A fruta passa por um processo industrial de extração do suco concentrado para se transformar na commodity, e o concentrado tem cerca de 66°Brix. Após a extração os resíduos sólidos gerados têm outros fins como subprodutos, e podem ser usados como fonte energética quando transformados em carvão vegetal (Tienne e colaboradores, 2004). Outro subproduto menos convencional é o álcool, obtido a partir da fermentação do líquido ainda presente no bagaço da laranja. Pela prensagem do bagaço, é extraído um líquido concentrado de laranja, porém a casca também reserva uma quantidade de açúcares úteis para a fermentação. O obstáculo do uso do bagaço da laranja é a resistência à bioconversão dessa biomassa (RABELO, 2007), devido à presença de fibras, principalmente lignina e hemicelulose, na estrutura da casca da laranja. Desta forma, a produção de etanol exige um pré-tratamento, que irá romper as estruturas de lignina e hemicelulose e permitir que a celulose se libere para a fermentação futura. O rompimento pode ser por meio de leveduras, mas nesse trabalho foi adotada a abertura ácida seguida de aquecimento em autoclave. O uso do bagaço de laranja na produção de álcool é sustentável, uma vez que os resíduos não serão descartados no meio ambiente e irão servir como matéria prima de uma fonte limpa e renovável de energia. O objetivo deste trabalho é avaliar, através do grau Brix, o potencial de fermentação dos açúcares redutores do bagaço de laranja e propor uma rota de pré-tratamento adequada. Além de avaliar e determinar um valor ótimo de produção de açucares fermentescíveis em um processo semi-piloto.

Material e métodos

Na etapa inicial do trabalho foi estudada a produção de açúcares fermentáveis para a produção de etanol de segunda geração por meio do pré-tratamento ácido. O bagaço de laranja utilizado no experimento foi recolhido de uma empresa que produz suco de laranja na Grande Vitória, onde o bagaço já havia sido processado para extração do suco, restando, então, casca prensada, caroços e pequena parte do suco. Foram realizadas 4 bateladas de abertura ácida, variando a concentração de ácido sulfúrico (98%) v/v de 0, 0,6, 2 e 6%. Foi separado e pesado 3 kg da carga sem nenhum tratamento prévio e depositado em autoclave de carga máxima de 10 litros, avolumado com 6 litros de água destilada e por fim adicionado o ácido. A operação de pré-tratamento foi realizada à pressão de 1 kgf/cm² à 120°C e mantida por 60 minutos. Após o resfriamento, a solução foi filtrada e separada em alíquotas de 500 ml para a medição de Brix e caracterização analítica das amostras em triplicata. As bateladas foram realizadas sob as mesmas condições a fim de verificar a produção de açúcares por meio do aumento da concentração de ácido na abertura. Para as leituras de °Brix das amostras foram utilizados refratômetro analógico ATC, a qual têm leitura de graus Brix de 0 a 32% e refratômetro digital HANNAH Instruments®, modelo HI 96801 leitura de 0 a 85% Brix. O método analítico escolhido para a determinação dos açúcares redutores foi o de Lane-Eyon, e realizado em triplicata para cada amostra. Os reagentes foram: água destilada, reagentes de Fehling A e B, soluções de glicose, azul de metileno 1% (m/v), ferrocianeto de potássio 15%, acetato de zinco 30%, e hidróxido de sódio 50%. Os testes analíticos informam se há relação entre o percentual de açúcares redutores e o grau Brix para o bagaço de laranja.

Resultado e discussão

O pré-tratamento do bagaço de laranja foi realizado à uma temperatura de 120°C sob pressão constante de 1 kgf/cm² durante uma hora. Para as quatro bateladas, os valores de °Brix medidos através do refratômetro analógico foram crescendo à medida que a concentração de ácido é aplicada ao sistema, aumentando a hidrólise dos polissacarídeos naturais. A primeira batelada com 0,0% (v/v) de ácido sulfúrico resultou em 3,9°Brix, indicando eficiência dos fatores pressão e temperatura para o pré-tratamento. Quando a concentração de ácido é aumentada de 0,6 para 2,0% (v/v) de ácido em solução de biomassa, ocorre um aumento linear de °Brix em solução de 25%. O índice de °Brix passa de 4 para 5°Brix, o que indica um aumento no processo de hidrolise ácida. Por fim, ao aumentar a concentração de ácido sulfúrico para 6% (v/v), o grau Brix aumentou levemente para 5,4. Esta última batelada também foi analisada pelo refratômetro digital, e resultou em 5,7°Brix. Os resultados dos refratômetros estão na Figura 1. Machado e colaboradores determinaram o máximo de conversão de açúcares solúveis (2°Brix) para polpa de carambola utilizando as mesmas condições ácidas e em autoclave, porém com o dobro de tempo para a hidrólise ácida. Para uma a análise quantitativa e validação da produção de açúcares fermentescíveis na batelada com 6% (v/v) de ácido sulfúrico, foi utilizada a metodologia de Lane-Eyon, em que para os ensaios foram determinados os valores médios de açúcares fermentescíveis: 5,5%, 5,7% e 5,3% para cada amostra. Na Figura 2 são mostrados os valores do ensaio para a maior concentração de açucares obtidos com utilização de 6% (v/v) de ácido sulfúrico em autoclave por 60 minutos de hidrólise.

Gráfico dos valores de °Brix medidos com refratômetro analógico e tabela dos valores de °Brix medidos com refratômetro analógico e digital.


Tabela com os dados da titulação em triplicata da amostra com 6% (v/v) de ácido sulfúrico.

Conclusões

O estudo de avaliação de produção de açúcares fermentescíveis ainda está em estágio inicial, porém observa-se evolução na quantidade de açúcares produzidos com aumento de concentração de ácido diluído no mosto, como era de se esperar. Como trabalho futuro, sugerimos a continuação do estudo com a adição de ácido até verificar a não evolução da taxa de conversão em açúcares e também avaliação do efeito tempo na hidrólise da biomassa de laranja e comparação dos índices de açúcares fermentescíveis em ambos os processos.

Agradecimentos

Agradecemos à Faculdade UCL.

Referências

CitrusBr, Exportações Brasileiras. Disponível em: <http://www.citrusbr.com/> Acesso em 25 de ago. 2017.

TIENNE L.; DESCHAMPS, M.C.; ANDRADE, A.M. Produção de carvão e subprodutos da pirólise da casca e do bagaço de laranja (Citrus sinensis). Biomassa & Energia, v.1, n.2, p. 191-197, 2004.

RABELO, S.C. Avaliação de desempenho do pré-tratamento com peróxido de hidrogênio alcalino para a hidrólise enzimática de bagaço de cana-de-açúcar. Dissertação (mestrado), Universidade Estadual de Campinas, São Paulo, 2007.

MACHADO, M.C., OLIVEIRA-AGUIAR, E., KAMIMURA, S.E., MALDONADO, R.R. Pré-tratamento ácido do bagaço de carambola para obtenção de açúcares fermentescíveis. Trabalho completo do XXI Congresso Brasileiro de Engenharia Química, 2016.