EXTRAÇÃO DO ÓLEO DA BORRA DO CAFÉ: ALTERNATIVA PARA REDUÇÃO DOS IMPACTOS AMBIENTAIS

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1 EXTRAÇÃO DO ÓLEO DA BORRA DO CAFÉ: ALTERNATIVA PARA REDUÇÃO DOS IMPACTOS AMBIENTAIS BATISTA G. L. A. S. 1, SOUZA, E. S. 2, ALMEIDA, M. M. 1, ALBURQUERQUER, C.J. 2, ARAUJO, M. B. V. 1 e ARAÚJO, H. W. 2 1 Universidade Estadual da Paraíba, Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de Engenharia Sanitária e Ambiental 2 Universidade Estadual da Paraíba, Centro de Ciências e Tecnologia, Departamento de Química para contato: gustavo.luiz-@hotmail.com RESUMO Há uma grande preocupação no desenvolvimento de alternativas para substituição de fontes de energia não renováveis. Em meio a essas alternativas de fonte de energia renovável, temos os óleos vegetais, alguns resíduos agrícolas como a borra de café. Neste trabalho propõem-se realizar estudos com borra de café obtido dentro do Campus I, da Universidade Estadual da Paraíba, para extração de lipídeos após o processo de secagem. Utilizou-se um planejamento fatorial 2 3 com três repetições no ponto central. Utilizou-se o principio de determinação de lipídeo (Soxhlet), o solvente utilizado no trabalho foi o hexano P.A. As condições ótimas para a extração do óleo da borra do café foi de volume máximo do solvente hexano (200 ml), massa mínima da borra do café (2g) e temperatura máxima (90ºc). O processo de extração do lipídio da borra do café apresenta viabilidade. O rendimento obtido em torno de 16,71%. 1. INTRODUÇÃO Com as legislações ambientais cada vez mais rigorosas veio à necessidade de toda a comunidade, setores públicos e privados de darem uma destinação final correta aos seus resíduos sólidos gerados. Umas das alternativas encontradas, conforme Cabral e Moris (2010) formam: aterros sanitários, tratamento físico-químico e biológico, incineração, métodos de solidificação e estabilização química. Com as altas taxas de crescimento populacional, a intensificação dos processos industriais e da agricultura, além da utilização descontrolada dos recursos naturais vem aumentando os níveis de degradação ambiental. Os avanços das tecnologias atrelados ao processo desenfreado de urbanização resultam muitas vezes na explosão não sustentável dos recursos naturais e associado a isso está à falta de controle na destinação final dos resíduos provenientes da produção.

2 Dessa forma, o reaproveitamento de resíduos agrega um valor econômico para os produtos, subprodutos e resíduos dos processos produtivos, diminuindo os impactos ao meio ambiente, estimulando a não geração de resíduos, a reciclagem de matérias-primas e/ou subprodutos e evitando a geração de passivos ambientais (CABRAL; MORIS, 2010). Segundo a ABIC, o café é uma cultura perene que é explorada por um longo período de tempo, ao lado da cerveja, é a bebida mais popular do planeta. Um pé de café começa a produzir plenamente cinco anos depois de ter sido plantado. Ele produz em média 2,5 Kg de frutos por ano. Esses 2,5 Kg renderão 0,5 Kg de café verde (grãos), o que corresponde a cerca de 0,4 Kg de café torrado. O Brasil é um grande produtor e consumidor de café e sua borra é descartada sem nenhuma aplicação. O consumo interno brasileiro de café continua crescendo. Segundo a FIEP, o Brasil é responsável por 30% do mercado internacional, que se destaca como o maior produtor do mundo e o segundo maior consumidor, ficando atrás apenas dos Estados Unidos. Como no passado, atualmente é possível encontrar plantações de café espalhadas por todas as regiões do país, mantendo maior destaque para o centro-sul. Biodiesel é a denominação atribuída a combustíveis manufaturados pela esterificação de óleos, gorduras e ácidos graxos, e que são renováveis. O biodiesel pode ser empregado como um combustível em motores a diesel fóssil de petróleo sem a necessidade de modificações nestes (CAMARGOS et al.,2005). Segundo a Lei nº , de 13 de janeiro de 2005, biodiesel é um biocombustível derivado de biomassa renovável para uso em motores a combustão interna com ignição ou por compressão ou, conforme regulamento, para geração de outro tipo de energia, que possa substituir parcial ou totalmente combustíveis de origem fóssil Extração do Óleo da Borra de Café Segundo dados da Associação Brasileira da Indústria de Café, o Brasil foi o maior produtor mundial de café em 2007, com uma produção de 33,4 milhões de sacas, foi também o maior exportador do mundo, com 28,1 milhões de sacas embarcadas em O Brasil também é o segundo maior consumidor de café, com a marca de 17 milhões de sacas em 2007, perdendo apenas para os Estados Unidos. A busca por fontes renováveis e menos ofensivas ao meio ambiente aliado a implementação das tecnologias chamadas de produção mais limpa incentivaram as pesquisas de produção de biodiesel a partir de um resíduo industrial, a borra de café. Cientistas da Universidade de Nevada, nos Estados Unidos, comprovaram que a borra do café é tão eficiente quanto à soja para produzir biocombustível. A borra contém aproximadamente de 11% a 20% de óleo, que poderia ser convertido em biodiesel (CABRAL; MORIS, 2010).

3 A biomassa vegetal é considerada como sendo fonte de energia, pois é a energia gerada como resultado da fotossíntese que pode ser transformada em produtos energéticos. A energia, denominada bioenergia, é então a energia armazenada nas ligações químicas existentes nos componentes estruturais da biomassa, e/ou dos componentes de reserva, proveniente dos processos fotossintéticos (CINELLI, 2012). O processo de extração dos óleos vegetais é realizado por processos físico-químicos com uso de solventes é um processo físico de extração sólido-líquido onde ocorre à transferência de soluto (óleo) da matriz sólida para o solvente. Os solventes apolares são os que têm maior afinidade com a fração lipídica. Os solventes convencionais mais utilizados são o éter de petróleo e hexano; os alternativos são o etanol (menos tóxico ao meio ambiente e ao homem e ainda a vantagem do processo a partir da cana de açucar), isopropanol, acetona, mistura de clorofórmio e metanol (FREITAS et al., 2000). O hexano é um solvente alifático obtido por destilação de frações do petróleo, que segunda o Petrobras, com faixa de destilação compreendida entre 62 ºc e 74 ºc. Uma das características principais deste produto é possuir alto poder extrativa e rápida evaporação, com curva de destilação estreita. É utilizado na extração de óleos e gorduras vegetais ou animais, apresentando as seguintes vantagens: - Excelente poder de solvência para um grande número de sementes oleaginosas; - Separação facilitada do óleo ou gordura, simplificando o processo de recuperação do solvente; - Alta pureza e ausência de resíduos, não afetando a qualidade dos produtos obtidos. A busca de alternativas para substituição do solvente orgânico na extração de óleos vegetais tem como meta reduzir a dependência tecnológica em relação aos derivados de petróleo, além da preservação do meio ambiente e do homem, tendo em vista a alta toxicidade do hexano. O uso do álcool etílico para substituir o hexano apresenta boas perspectivas comercial uma vez que o etanol pode ser obtido a partir de diferentes fontes vegetais, a preços competitivos. Além disso, o álcool não é tóxico e, embora também inflamável, é menos perigoso que o hexano. A obtenção de etanol a partir da cana de açúcar coloca o Brasil em uma posição privilegiada para desenvolver novas tecnologias visando à eliminação de derivados de petróleo (FREITAS, 2000) 2. METODOLOGIA Para a realização desse trabalho foi realizado a coleta da borra de café na praça de alimentação do Centro de Ciências e Tecnologia, Campus I da Universidade Estadual da Paraíba. O material coletada foi submetido a um pré-tratamento de secagem, posteriormente armazenado em embalagens plásticas á vácuo. Utilizou-se um planejamento fatorial 2 3 com três repetições no ponto central para a extração dos lipídeos. As variáveis operacionais codificadas e reais são apresentadas na Tabela 1.

4 Tabela 1. Variáveis codificadas e reais do planejamento Variável Nível V (ml) M (g) T ( C) A extração do óleo realizou-se usando o principio de determinação de lipídeo (Soxhlet), que consiste na quantificação dos lipídeos determinados por extração com solvente orgânico Hexano e posteriormente separação do óleo e o solvente. Sendo o teor de lipídeo correspondente ao peso de resíduo remanescente após a evaporação do solvente. Os materiais e equipamentos utilizados foram: pipeta, espátula, pinça metálica, luva térmica, reboillers, cartucho de papel e algodão; balança analítica (Denver APX 200), dessecador (Vidro Labor), estufa de secagem (Tecnal TE393/2) e extrator de Soxhlet (Tecnal TE/044). Para estimar a quantidade média de óleo, utilizou-se a equação (1). ÓLEO (%) = x 100 (1) 3. RESULTADOS A tabela 2 ilustra os resultados obtidos no processo de extração de óleo da borra de café após secagem em estufa com circulação de ar com tempo de secagem de 10h, massa inicial de 400g e temperatura de 60 ºc. Como podemos observar o experimento que apresentou melhor eficiência na extração foi nas condições de máximo do volume e temperatura, por outro lado, nas condições de menor quantidade da massa da borra café. O valor encontrado neste trabalho foi de 16,71%. Este comportamento provavelmente deve-se ao fato do maior contato do solvente de extração com a borra de café, além da temperatura mais elevada provoca uma maior solubilização do óleo. Este resultado corrobora com os obtidos em estudos realizados por Cabral (2010), onde o rendimento obtido foi de 15,67%, no entanto, essa diferença de rendimento se dá provavelmente pelo diferente solvente de extração utilizado, uma vez que Cabral usou o etanol comercial 85%. Levando em consideração estudos realizados anteriormente por Cabral (2010) mostra que o tempo de repouso (contato Borra de Café/Hexano) antes do inicio da extração, ainda à temperatura ambiente, não apresenta grande influencia sobre o rendimento do processo. Verificou ainda que o

5 tempo de extração de 4h apresentou maior rendimento. Com isso, não levamos em consideração o tempo de repouso e adotamos o tempo de extração de 4h (quatro horas). Tabela2: Resultados experimentais. EXP. V (ml) M (g) T ( C) % lipídio , , , , , , , , , , , Análise estatística A Figura 1 apresenta o diagrama de Pareto para a eficiência da extração. Observamos que os efeitos individuais das varáveis independentes são todas positivas, desta forma, quanto maior os valores utilizados durante os experimentos destes parâmetros provoca um aumento da extração dos lipídeos com o solvente hexano corroborando com trabalhos realizados por diversos autores. Comportamento semelhante é apresentado pelo efeito combinado entre as três variáveis independentes. Por outro lado, verifica-se que os efeitos combinados entre duas variáveis operacionais apresenta um efeito negativo.

6 2by3-337,417 1by2-334,968 (1)V (ml) 300,6749 (3)t (h) 202,6953 1by3-158,604 1*2*3 146,357 (2)m (g) 136,5591 p=,05 Efeito estimado padronizado (Valor absoluto) Figura 1. Diagrama de Pareto A Figura 2 exibe os pontos experimentais da eficiência de extração em relação aos valores previstos pelo modelo. Verifica-se que os valores observados em relação aos valores previstos apresentam uma boa concordância. Pressupondo que o modelo estatístico seja significativo. 17,5 17,0 16,5 16,0 15,5 Valores preditos 15,0 14,5 14,0 13,5 13,0 12,5 12,0 11,5 11,0 11,5 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 14,5 15,0 15,5 16,0 16,5 17,0 17,5 Valores observados Figura 2. Valores observados versus valores preditos versus De acordo com ANOVA mostrada na Tabela 3, verifica-se e confirmam-se os resultados mostrados através da Figura 2 dos valores observados versus valores preditos, não apresentam a dispersão dos dados, assim sendo, os modelos são estatisticamente significativos, com coeficiente

7 de correlação de 0,96. O modelo encontrado ajusta bem os valores experimentais dentro da faixa operacional estudada. Tabela 3. Resultados da análise de regressão Teste F (Regressão) Variável QA (%) R² F calc F tab F calc /F tab Efic. (%) 86,50 0,96 10,15 5,266 1,92 Limite de confiança 95% O modelo estatístico obtido a partir da análise realizada é apresentado pela Equação 2 eliminando os termos que não foram importantes na análise realizada. Efic. = 15,35+0,61V+0,27m+0,41t-0,68V.m-0,32V.t-0.68m.t+0,29V.m.t (2) 4. CONCLUSÃO Alguns estudos mostram que a produção de biodiesel proveniente de óleos vegetais em comunidades pequenas e/ou cooperativas é economicamente viável podendo resultar na diminuição dos custos envolvidos no cultivo de oleaginosas, se o combustível obtido for usado em máquinas e equipamentos envolvidos na agricultura local. As condições ótimas para a extração do óleo da borra do café foi de volume máximo do solvente hexano (200 ml), massa mínima da borra do café (2g) e temperatura máxima (90ºc). O processo de extração do lipídio da borra do café apresenta viabilidade. O rendimento obtido em torno de 16,71%. Os resultados encontrados na análise estatística comprovam o estudo fenomenológico do processo de extração. O modelo estatístico linear apresentado é apenas significativo. Provavelmente, a expansão da matriz do planejamento fatorial para configuração estrela apresentasse melhores resultados.

8 5. REFERÊNCIAS Associação Brasileira de Indústrias de Café. Curiosidades. Disponível em: Acesso em: 22/03/2015. CABRAL, M. S. e MORIS, V. A. Reaproveitamento da borra de café como medida de minimização da geração de resíduos. XXX Encontro Nacional de Engenharia de Produção. São Carlos, SP, CAMARGOS, R. R. S., FRANCA, A.S. e FERRAZ, L. S. O. Estudo de viabilidade de conversão de óleo de grãos de café defeituosos e sadios em biodiesel. Simpósio de Pesquisa dos Cafés do Brasil (4. : 2005 : Londrina, PR). Anais. Brasília, D.F. : Embrapa Café, CINELLI, A. B. Produção de etanol a partir da fermentação simultânea à hidrólise do amido granular de resíduo agroindustrial. Dissertação de Mestrado em Engenharia Química, Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-graduação e Pesquisa de Engenharia, Rio de Janeiro, FREITAS, S. P., MONTEIRO, P. L. e LAGO, R. C. A. Extração do óleo da borra de café solúvel com etanol comercial. SPCB. Poço de Caldas, MG FIEP. Café: A bebida mais popular do Brasil. Disponível em: Acesso em: 22/03/2015. SOLUÇÕES QUÍMICAS: Hexano BR. Disponível em: Acesso em: 22/03/2015.