UNIVERSIDADE FEDERAL DOS VALES DO
JEQUITINHONHA E MUCURI
Projeto de pesquisa: Avaliação do aproveitamento de resíduos da extração de óleo de
oleaginosas do cerrado mineiro (no contexto do biodiesel) para a produção de bioetanol
SACARIFICAÇÃO ENZIMÁTICA DO RESÍDUO DA EXTRAÇÃO DE ÓLEO
DE PINHÃO-MANSO (Jatropha curcas L.) PARA A PRODUÇÃO DE
BIOETANOL
Orientador: Dr. Alexandre Soares dos Santos (Depto. Ciências Básicas)
Acadêmico(a): Ricardo Salviano dos Santos (9º período – Farmácia)
Relatório Final de Iniciação Científica
Período: 07/2009 a 07/2010 (renovação de bolsa)
Data de ingresso como bolsista CNPq: 04/08/2008
Diamantina, MG
2010
1 - INTRODUÇÃO
A discussão sobre a inserção do biodiesel na matriz energética nacional tem se
intensificado no Brasil, principalmente, a partir do ano de 2003. Além da justificativa
ambiental para a substituição do óleo diesel de origem fóssil, várias potenciais
vantagens técnicas e socioeconômicas para essa alternativa energética têm sido
estudadas recentemente.
O biodiesel é produzido a partir de diferentes matérias-primas, tais como óleos
vegetais diversos (mamona, dendê, soja, girassol, amendoim, algodão, pinhão-manso
etc), gorduras animais, óleos e gorduras residuais, por meio de diversos processos. A
evolução tecnológica evidencia a adoção da transesterificação com um álcool (metanol
ou etanol) como principal processo de produção. Como subproduto, tem-se a glicerina,
de alto valor agregado e com aplicações diversas na indústria química. Além da
glicerina, a cadeia produtiva do biodiesel gera ainda uma série de outros coprodutos
(torta, farelo etc.), que podem agregar valor e se constituir em outras fontes de renda
importantes para os produtores agrícolas e industriais. Milhões de toneladas de resíduos
oriundos do processamento de oleagionasas para a produção do biodiesel são
produzidas por ano. Um grande desafio desse cenário é promover agregação de valor a
esse resíduo, tornando a indústria do biodisel mais competitiva. Uma estratégia possível
é aproveitar o significativo percentual de amido existente nessa biomassa residual
(tortas e farelos), para a produção de bioetanol através de processos hidrolíticos e
fermentativo. Ações do governo como a criação da Lei 11.097, de 13 de janeiro de
2005, (SILVA et al, 2005), que estabelece percentuais mínimos de misturas de biodiesel
ao diesel e o monitoramento da inserção do novo combustível no mercado, veem
ampliando esse panorama. Em junho de 2009 entrou em vigorar a adição de 4% de
biodiesel ao diesel comercializado no Brasil (mistura B4). Com a antecipação da
mistura B5(adição de 5% de biodiesel ao diesel) para 1 de janeiro de 2010, haverá um
crescimento de 25% na produção , o que beneficia toda a cadeia produtiva do biodiesel
(BRASIL, 2009). No mínimo 80% dessa produção será fornecida por unidades
produtoras detentoras do Selo Combustível Social. No mesmo tom, o Programa Mineiro
de Desenvolvimento Tecnológico e Produção de Biodiesel prevê a ocupação de 625.000
ha do território mineiro por plantações de oleaginosas para a produção do B5.
O cerrado mineiro comporta o cultivo de algumas espécies vegetais promissoras
para uso na indústria do biodiesel. Entre essas, está pinhão-manso. Além do potencial
para produção de óleo, essa cultura poderá trazer inclusão social e desenvolvimento
para a região norte do estado mineiro.
1.1 - Pinhão manso (Jatropha curcas L.)
O pinhão-manso é um arbusto ou árvore com até 4 m de altura, flores
pequenas, amarelo-esverdeadas, cujo fruto é uma cápsula com três sementes escuras,
lisas, dentro das quais se encontra a amêndoa branca, tenra e rica em óleo. A semente é
relativamente grande com forma capsular ovóide, tegumento rijo, quebradiço, de fratura
resinosa; quando secas medem de 1,5 a 2 cm de comprimento e 1,0 a 1,3 cm de largura.
Debaixo do invólucro da semente existe uma película branca cobrindo a amêndoa;
albúmem abundante, branco, oleaginoso, contendo o embrião provido de dois largos
cotilédones achatados. O Fruto é trilocular com uma semente em cada cavidade,
formado por um pericarpo ou casca dura e lenhosa, indeiscente, inicialmente verde,
passando a amarelo, castanho e por fim preto, quando atinge o estádio de maturação.
A semente de pinhão, que pesa de 0,44 a 0,72 g, pode ter, dependendo da
variedade e dos tratos culturais, de 29,9 a 31,9% de casca e de 68 a 70% de amêndoa.
Nas amêndoas, são encontradas ainda, 56,6 % de óleo, 32,8 % de proteínas, 4,4 % de
cinzas, 3,1 % de fibras, 4,0 % de açúcares livres totais e 5,5 % de amido (MartínezHerrera et al., 2006).
Em levantamento preliminar das zonas de incidência do pinhão-manso no
estado de Minas Gerais foi mostrado que as áreas potenciais de distribuição da
euforbiácea abrangem as regiões entre os limites de latitude 14,5 - 20,0 e de longitude
40,2 - 45,0, localizadas no norte e nordeste de Minas Gerais.
Em alguns municípios mineiros, como Januária, Brasília de Minas, Rio Pardo
de Minas, Santa Maria do Suaçui, Virgolândia, Rio Vermelho. Sabinópolis e Berilo, a
ocorrência da euforbiácea é mais abundante, seja na forma nativa, seja cultivado como
cerca viva especialmente nas zonas de atividade pecuária. Em Riacho da Cruz, próximo
a Januária, onde o pinhão-manso cresce com muito vigor no seu estado espontâneo, sem
quaisquer tratos agrícolas, os pés isolados são bastante produtivos, conforme
demonstraram as amostragens feitas In locum, no mês de fevereiro, em que se
obtiveram rendimentos médios de 6 Kg de sementes maduras por arbusto,
permanecendo retidos na planta cerca de 30% de frutos não maduros, o que representa
uma produção anual efetiva em torno de 8,6 Kg de sementes.
A produtividade do pinhão manso varia muito, em função da região de plantio,
método de cultivo e tratos culturais, idade da cultura, bem como da quantidade de chuva
e da fertilidade do solo. Segundo Brasil (1985), em espaçamento 3x3, o rendimento
anual de óleo pode atingir de 3,0 a 4,0 t/ha.
Diante do regime irregular de chuvas do semi-árido o pinhão manso tem
uma vantagem única dentre outras plantas oleaginosas: é a única com ciclo produtivo
que se estende por mais de 40 anos. O pinhão também se adapta bem a solos de pouca
fertilidade, bastante comuns na região. O rendimento do óleo na semente do pinhão é de
30 a 40% menor que o obtido da mamona, que pode render algo entre 45% e 50%. No
entanto, a produtividade do pinhão manso por hectare é cerca de 30% superior à
produtividade da mamona. Além disso, como o agricultor não terá necessidade de
plantar novamente a cultura por mais de 40 anos, o custo de produção fica bastante
reduzido. Estas características favorecem tanto sua produção em grande escala, quanto
em escalas de pequenas propriedades (agricultora familiar).
1.2 - Hidrólise do amido
Amido é uma fonte de energia naturalmente ocorrente em sementes, raízes e
tubérculos. Existem dois componentes no amido: a amilose e a amilopectina. A amilose
é um polímero linear formado por aproximadamente 2000 unidades de D-glicose unidas
por ligações glicosídicas -(1-4), e compõe entre 15 - 29% do peso total do amido. O
restante do amido é amilopectina, um polímero ramificado formado por várias centenas
de milhares de unidades de D-glicose unidas por ligações -(1-4) e ramificações
acopladas por ligações -(1-6).
Quando água é adicionada, o amido pode ser hidrolisado a unidades de
glicose, embora seja necessária a presença de um ácido ou enzimas específicas para que
um grau de hidrólise significativo possa ocorrer. Normalmente, antes da hidrólise, a
suspensão de amido é submetida a aquecimento prévio para que o polímero possa
desenredar (gelatinização) expondo as ligações glicosídicas ao ataque do ácido ou das
enzimas. A reação de hidrólise pode ser representada por:
amido + (n + m)H2O → n glicose + m maltose
Além de glicose e maltose, a maltotriose também aparece como um dos
intermediários formados durante a hidrólise. A quantidade relativa desses três diferentes
produtos depende das condições reacionais tais quais a duração da reação, a
temperatura, o pH e a presença de enzimas específicas (Colonna et al, 1988).
A hidrólise do amido é o passo fundamental no processo de produção de
bioetanol de fontes amiláceas. O principal papel desta etapa é propiciar a conversão dos
dois maiores componentes poliméricos do amido, a amilose e a amilopectina, para
açúcares fermentáveis que poderão ser convertidos subseqüentemente a etanol por
leveduras.
As etapas de hidrólise do amido iniciam com a gelatinização, que pode
acontecer combinada com o processo de liquefação, a liquefação propriamente dita e,
por fim, a sacarificação.
As vantagens principais deste processo são o menor consumo de energia e
um menor conteúdo de impurezas não glicosídicas, trazendo conveniência para o
processo de produção de etanol.
1.3 - Liquefação
Liquefação é a hidrólise do amido a oligossacarídeos: polímeros com até dez
resíduos de glicose. Isto é geralmente realizado submetendo o amido a alta temperatura
(100-105°C) por alguns minutos na presença de uma enzima α-amilase termoestável.
Pequena quantidade (50 ppm) de sal de cálcio também é adicionado ao processo para
auxiliar na atividade e estabilização da enzima. Durante esse tempo o amido hidratado é
quebrado por ação do calor, mas principalmente por intervenção da enzima:
Amido + H2O
enzima
oligossacarídeos
Após a liquefação inicial a mistura é resfriada para 97°C e mantida por 90
minutos para enriquecer o conteúdo a 10 – 12 unidades de dextrose equivalente. A
liquefação, como o próprio nome indica, diminui a viscosidade da solução e permite que
a etapa de sacarificação possa ocorrer de forma facilitada.
1.4 - Sacarificação
Após a liquefação, o pH é ajustado para valores entre 4 e 5, e o meio
resfriado para temperatura em torno de 60°C. Essa condição desfavorece a enzima de
liquefação e cria condições favoráveis para as enzimas de sacarificação.
Uma ou mais enzimas especializadas podem ser usadas nessa etapa. As
enzimas adicionadas dependem do tipo de xarope que se queira produzir. Por exemplo,
se um xarope com alto teor de glicose é desejado, então amiloglicosidase é adicionada,
mas se um xarope com alto teor de maltose for preferível, então se pode adicionar uma
alfa amilase de fungo ou uma pululanase. A reação de sacarificação ocorre segundo a
equação:
Oligossacarídeos + H2O
enzimas
glicose / maltose (mistura)
1.5 - Fermentação alcoólica
A fermentação de açúcar a etanol por leveduras tem um importante papel em
vários processos industriais. As leveduras de maior interesse industrial são as espécies
Saccharomyces
cerevisiae,
Saccharomyces
uvarum
(carlsbergensis),
Schizosaccharomyces pornbe, e Kluyveromyces. Uma ótima conversão de açúcares a
etanol requer das cepas de levedura capacidade para tolerar altas concentrações de
etanol, dado que o etanol inibe o crescimento e a fermentação (del Castillo Agudo, 1985
apud N. Kosaric, 2001).
Leveduras são capazes de utilizar uma variedade de substratos. Em geral,
crecem e fermentam eficientemente a valores de pH entre 3,5 a 6,0 e temperaturas de 28
a 35 °C. Embora a taxa inicial da produção de etanol seja maior a temperaturas elevadas
(40 °C) a produtividade global da fermentação é reduzida devido à inibição pelo etanol
produzido (Jones et al., 1981 apud N. Kosaric, 2001). Leveduras, sob condição
anaeróbica, metabolizam glicose a etanol primariamente pela via de Embden-Meyerhof.
A reação líquida global envolve a produção de 2 mols de etanol, 2 mols de CO 2, e 2
mols de ATP por mol de glicose fermentada. Em síntese, o metabolismo fermentativo
pode ser representado pela equação:
C6H12O6
2 C2H5OH + 2 CO2
Com base em peso, cada grama de glicose pode, teoricamente, reverter a 0,51
gramas de álcool e 0,49 gramas de CO2. Entretanto, na prática, o rendimento do etanol
produzido não excede usualmente a 90-95% do valor teórico. Isto é devido ao
requerimento celular de nutrientes para a síntese de nova biomassa celular e outras
demandas relacionadas com a manutenção celular. Reações laterais também ocorrem na
fermentação (normalmente glicerol e succinato) que podem consumir até 4-5% do
substrato total (Oura, 1977 apud N. Kosaric, 2001).
A principal vantagem da levedura S. cerevisiae é que ela pode utilizar uma
variedade de substratos como glicose, maltose, galactose, frutose e sacarose.
Em termos nutricionais, uma pequena quantidade de oxigênio deve ser provida
ao processo fermentativo como um componente necessário para a síntese de lipídeos e
ácidos graxos polinsaturados pela levedura. Valores comuns de tensão de O2 mantidos
no meio de fermentação estão entre 0,05 e 0,10 mm Hg. Qualquer valor superior a estes
promoverá o crescimento celular às custas da produtividade de etanol (efeito Pasteur).
As necessidades relativas por nutrientes não utilizados na síntese de etanol estão
na proporção dos principais componentes celulares da levedura. Estes incluem carbono,
oxigênio, nitrogênio e hidrogênio. Pequenas quantidades de fósforo, enxofre, potássio e
magnésio devem ser fornecidas. Minerais (exemplos: Mn, Co, Cu, Zn) e fatores
orgânicos de crescimento (aminoácidos, ácidos nucléicos e vitaminas) são requisitados
em quantidades traço. Os mais importantes fatores de crescimento para levedura são as
vitaminas, biotina, ácido pantotênico, inositol, tiamina, ácido nicotínico e ácido fólico
(Maiorella et al., 1981 apud N. Kosaric, 2001).
Muitas biomassas vegetais consideradas para a produção de etanol em larga
escala fornecem todos os nutrientes necessários para o crescimento e manutenção das
leveduras, além dos carboidratos para a bioconversão etanólica.
A suplementação
adicional pode ser necessária em alguns casos. Esses nutrientes podem ser fornecidos
individualmente, como sais de amônio e fosfato de potássio, ou provenientes de fontes
complexas de baixo custo como “corn steep liquor”.
2 - OBJETIVOS
Gerar conhecimento sobre a composição quantitativa de amido e açúcares
fermentáveis contidos na torta derivada do processamento (resíduos da extração de óleo
das sementes) do pinhão manso (Jatropha curcas L.).
Avaliar e otimizar processo enzimático de sacarificação do amido contido nos
resíduo citado.
Avaliar a fermentabilidade do hidrolisado do resíduo citados para produção de
etanol.
3 - METODOLOGIA
3.1 – Obtenção do Pinhão Manso
A semente do pinhão manso foi obtida na EPAMIG- EMPRESA DE
PESQUISA AGROPECUÁRIA DE MINAS GERAIS, da unidade FEAC - FAZENDA
EXPERIMENTAL DE ACAUÃ.
3.2 - Preparo da torta
A torta, derivado do processamento das sementes de pinhão manso para a
extração do óleo foi preparada no Laboratório de Bioprocessos e Biotransformação, por
extração com solvente (éter etílico). A torta de pinhão manso foi triturada e seca por
período de 48 horas em estufa à temperatura de 60 °C para eliminação da umidade e de
solvente residual. Para as análises e hidrólise, essa torta foi cominuída em moinhos
facas e posteriormente peneiradas sobre malhas de 0,5 e 0,2 mm.
3.3- Análises da torta
3.3.1- Dosagens de açúcares redutores
Os açúcares redutores (mono e oligossacarídeos) livres ou liberados durante o
processo hidrolítico do amido foram quantificados através dos métodos de SomogyiNeslon (1945, 1952).
O método de determinação quantitativa de açúcares redutores mostrou-se linear
para concentraçãoes de glicose entre 0 e 0,6 g/L (Figura 1).
Figura 1: curva padrão de glicose segundo médoto
de determinação de açúcares redutores (Somogyi).
3.2- Quantificação enzimática de glicose (Lloyd e Whelan, 1969)
Trata-se de um método enzimático que quantifica especificamente glicose. Por
ação das enzimas glicose oxidase (GOD) e peroxidase (POD), na presença dos reativos
fenol e 4-aminofenazona, a glicose é oxidada, produzindo um composto de coloração
rosa que é medido em espectrofotômetro a 505 nm.
O método enzimático-colorimétrico de determinação quantitativa de glicose
mostrou-se linear para concentrações entre 0 e 5,0 g/L de glicose (Figura 2).
Figura 2: Curva padrão para determinação de glicose
segundo o método enzimático-colorimétrico GOD-POD.
3.3- Determinação do teor de amido (AOAC 2002.02)
Uma massa de 0,200 g de amostra seca e desengordurada foi pesada, e
1,5mL de etanol 80% foi adicionado à amostra. O sistema foi mantido em banho-maria
a 90°C por 15 minutos, logo após centrifugado a 1000 rpm por 10 minutos e descartouse o sobrenadante. O precipitado foi lavado por mais duas vezes com o mesmo volume
de etanol 80%. O precipitado recuperado foi ressuspenso em 1,5 mL de solução de
ácido perclórico a 30%, e mantido em repouso por 30 minutos. Logo após a suspensão
foi centrifugada e o sobrenadante reservado. Esse passo foi repetido por mais duas
vezes. A dosagem de amido foi procedida por meio do método de antrona
(McCREADY, 1950).
3.4 - Determinação do Teor de Etanol
O teor de etanol no mosto fermentado, resultado da fermentação do amido
sacarificado presente nas tortas, foi quantificado por espectrofotometria, após destilação
do mosto, através da intensidade da coloração resultante da reação de oxidação do
álcool com dicromato. Após adição de 300uL da amostra e 3,0 mL do reagente
dicromato de potássio 0,1M em H2SO4 5M aguardou-se 15 min e foi feita a leitura a
590nm.
O método para determinação quantitativa de etanol mostrou-se linear para
concentrações entre 0 e 45 g/L de etanol (Figura 3).
Figura 3: curva-padrão para determinação de etanol
segundoo método espectrofotométrico com dicromato.
3.5 – Hidrólise enzimática do amido contido na torta
Os testes de hidrólise enzimática foram realizados em tubos de ensaio contendo
amostras suspensas em tampão acetato pH 5,8 (10milimolar). O planejamento
experimental seguiu o modelo Delineamento Composto Central Rotacional (DCCR),
onde as variáveis foram o tempo e a concentração de enzima amiloglicosidase
(Spirizyme ºFuel NAN01006) (Tabela 1). A temperatura, a razão sólido:líquido e a
concentração do enzima alfa-amilase (Liquozyme 30 DS LOTE AUP 50050) foram
constantes.
Tabela 1: Planejamento experimental para hidrólise enzimática das tortas.
Variáveis
Nível
(-1)
Ponto Central (0) Nível (+1)
Tempo (horas)
12
24
36
µL amiloglicosidase/grama de amido
12
31
50
O software STATISTICA Versão 7.0 (Statsoft Inc., Tulsa, OK) foi utilizado para
geração e análise do planejamento experimental. A qualidade do ajuste da equação do
modelo foi expressa pelo coeficiente de determinação (R²) e sua significância estatística
condicionada pelo teste-F. A significância de cada parâmetro foi exposta através do
diagrama de Pareto, com suas correlações e curvaturas.
Os tubos contendo, cada um, 30 µL de alfa-amilase por grama de amido contido
na amostra foram inicialmente submetido à temperatura de 100ºC por 15 minutos, em
autoclave. Posteriormente, ajustado pH para 4,3, adicionou-se a amiloglicosidase e os
tubos foram deixados no dubnoff sob agitação, à temperatura de 60ºC por tempo
predeterminado.
3.6 - Fermentabilidade dos hidrolisados
Este experimento foi realizado em frasco cônico compondo sistema fechado com
aparelho construído em vidro que permitem a saída do CO2 sem permitir a entrada de ar
(fermentômetros).
O frasco Erlenmeyer de 500 mL recebeu quantidade de hidrolisado e levedura
Saccharomyces cerevisiae, que foi utilizada como agente fermentativo sob condição
anaeróbia na concentração de 10 g.L-1. Após receber o inóculo os frascos foram
deixados a temperatura ambiente por período de 70 horas. O desprendimento de CO2 foi
acompanhado por meio de sucessivas pesagens do sistema fermentativo, em intervalos
de tempo regulares. Os valores obtidos de CO2 gerado ao longo do tempo foram
utilizados para estimar os perfis de produção do etanol segundo a estequiometria
metabólica do processo fermentativo. Ao fim do processo amostras foram colhidas para
determinação de etanol e açúcares redutores.
4 - RESULTADOS E DISCUSSÃO
As características físicas foram determinadas com o uso um paquímetro e
balança analítica. A caracterização química foi realizada através da determinação dos
teores de umidade, cinzas e lipídio totais (AOAC, 1992), açúcares solúveis totais
(Dubois, 1956), açúcares solúveis redutores (Southgate,1991) e amido (McCready,
1950).
A caracterização física do pinhão manso foi realizada em um universo de 50
frutos, e as medidas são mostradas na Tabela 2.
As análises químicas e centesimais foram realizadas para a semente triturada. O
teor de óleo encontrado na semente representa 53,89%. Tal valor o pinhão manso
potencialmente útil para a produção de ésteres graxos, usados como combustível.
Análises físico-químicas da torta foram realizadas e os resultados obtidos estão
apresentados na Tabela 3.
Tabela 2: Caracterização física da
Tabela 3: Composição centesimal da
semente de pinhão-manso
torta de pinhão-manso.
Parâmetro
Medidas
DP
Analito
Média (%)
DP
Altura (mm)
19,02
0,88
Cinza
6,24
0.13
Largura (mm)
10,13
0,65
Umidade
2,18
0.17
0,57
Lipídeos
1,15
0.08
Amido
4,80
0.33
AST
5,11
0.15
Espessura (mm) 8,81
Peso médio (g)
0,66
-
O planejamento experimental para a hidrólise enzimática do farelo de pinhão
manso (DCCR) usou dois fatores (variáveis), quatro pontos centrais e quatro axiais. As
variáveis foram o tempo e a concentração de enzima amiloglicosidase (Tabela 4).
Tabela 4: Planejamento fatorial para os fatores tempo e concentração de enzima
amiloglicosidase, e valores da variável de resposta (AR).
Amostras
µL amiloglicosidase/
g de amido
Tempo (horas)
AR%
Glicose %
1
12,00
6,00
1,79
0,58
2
12,00
36,00
2,84
0,96
3
50,00
6,00
2,96
0,98
4
50,00
36,00
3,79
1,26
5
4,13
24,00
1,47
0,49
6
57,90
24,00
3,77
1,26
7
31,00
2,79
1,02
0,52
8
31,00
45,00
3,80
1,32
9
31,00
24,00
3,02
1,08
10
31,00
24,00
3,00
1,05
11
31,00
24,00
2,97
0,99
12
31,00
24,00
3,01
1,01
O efeito combinado dos fatores avaliados dispostos graficamente em função do
percentual dos açúcares redutores e glicose (Figura 5) permite ver que o tempo e a
concentração da enzima contribuíram positivamente para a eficiência do processo
hidrolítico. No entanto, o efeito quadrático do tempo para a resultante glicose teve
influência negativa, contrário do que se espera para esse tipo de processo. Nesse caso,
pode ter ocorrido uma contaminação da amostra, resultando num consumo de glicose.
A
B
Figura 5: Gráfico de Pareto com os efeitos padronizados tempo e concentração
de amiloglicosidase para a resultante AR (A) e glicose (B).
O hidrolisado obtido na condição otimizada para a sacarificação enzimática da
torta resultou em material contendo 3,80 % de açúcares redutores. Este valor,
considerando somente o percentual de amido na torta (4,60%), equivale a um
rendimento hidrolítico de 82,60%. Além do bom rendimento hidrolítico, o ajuste feito
pelo programa estatístico, representado por R2 (R-sqr= 0,861 para AR e R-sqr=0,91597
para glicose) foi satisfatório. Os valores destacados em vermelho mostram que essas
condições foram estatisticamente significativas.
Tabela 5: Efeitos estimados para resultante AR
Tabela 6: Efeitos estimados para resultante glicose
O resultado da maioria das condições hidrolíticas predefinidas (Tabela 5 e
Tabela 6) apresentou valores concordantes com o esperado, sendo esse resultado visto
também através da Figura 6.
A
B
Figura 6: Gráficos de valores observados e preditos para AR(A) e glicose (B)
Com base no perfil do gráfico de Pareto (Figura 5), na análise dos fatores de
resposta (Tabelas 5 e 6 ) e no exame dos gráficos de superfície de resposta (Figuras 7 e
8), foram definidas as seguintes condições para a sacarificação preparativa do farelo de
pinhão manso: tempo de hidrólise 48 horas e uma quantidade de amiloglicosidase de
30µL por grama de amido presente na amostra. Sob estas condições foram hidrolisados
25g de torta de pinhão-manso para obtenção do mosto para a fermentação, sob razão
sólido:líquido de 15%. O final da hidrólise resultou em 4,07% de açúcares redutores.
O valor predito para esse condição foi de 3,70%, com limite de confidência de
2,72% (-95% Conf.) e 4,68% (+ 95% Conf.). Tendo em conta esses valores, o final da
hidrólise resultou em quantidades de AR dentro dos limites previstos.
Figura 7 : Gráficos dos efeitos combinados dos fatores Tempo e Concentração de
amiloglicosidase sobre a quantidade percentual de açúcares redutores.
Figura 8: Gráficos dos efeitos combinados dos fatores Tempo e Concentração de
amiloglicosidase sobre a quantidade percentual de glicose.
A fração solúvel do hidrolisado foi submetida à fermentação por Saccharomyces
cerevisiae (fermento biológico Fleishmann) inoculada na proporção de 1%.
Massa (g) CO2 liberada
0,600
0,500
0,400
0,300
0,200
0,100
0,000
0
20
40
60
80
Tempo (horas)
Figura 9: Curvas de progresso da fermentação alcoólica do hidrolisado da torta de
pinhão-manso. O concentração de etanol foi calculada com base na equivalência no CO2
desprendido.
O desprendimento de CO2 ocorreu rapidamente nas seis primeiras horas do
processo. Tendo em vista que aproximadamente um terço dos açúcares redutores
presentes na amostra (4,07%) é de glicose (1,15%) e sabendo que ela é um açúcar
facilmente fermentado, pode-se dizer que todo etanol produzido no início do processo é
oriundo da transformação da glicose.
Ao fim do processo fermentativo, chegou-se a uma concentração de etanol de
4,1 g/L (dosagem pelo método de dicromato). Com base na quantidade de AR presentes
no início da fermentação, a produção de etanol foi maior do que a esperada (2,68 g/L de
etanol). Tal resultado pode estar relacionado à continuidade do processo de
sacarificação do amido durante a fermentação, assim como a utilização de outros
açúcares que não foram quantificados pela levedura para a produção de etanol.
Tabela 8: Variáveis do processo fermentativo para o hidrolisado da torta de pinhãomanso
Tempo
Fermentação
Mosto
[AR] g/L
Etanol
(horas)
Início
Fim
(g/L)
YP/S
70
6,09
0,16
4,1
0,67
Relacionando a massa de etanol produzido para o volume de mosto usado,
chegou-se à relação de 2,76g de etanol por 100g de torta hidrolisada Com este último
valor a projeção de etanol produzido por tonelada de torta de pinhão manso é de 35 L de
etanol absoluto. Valor este que corresponde a uma biotransformação total do amido
presente na torta em etanol, além da fermentação de outros açucares não quantificados.
5 - CONCLUSÃO
A variedade de pinhão manso, avaliada detalhadamente neste trabalho apresenta
baixo teor de amido, mas nas condições otimizadas para sua hidrólise acarretaram em
sacarificação equivalente a 83% do teor de amido. A fermentação do hidrolisado do
farelo apresentou altos rendimentos, onde possivelmente todo amido presente na torta
foi biotransformado em etanol. Pode-se concluir que a torta de pinhão manso,
subproduto potencial das indústrias de biodiesel e óleos vegetais pode ser aproveitado
para produção de bioetanol. Tal estudo demonstrou ser uma estratégia eficiente e
promissora, podendo ser incorporada à cadeia produtiva do biodiesel como forma de
agregar valor a um coproduto abundante.
6 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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