Estudo Da Produção De Bioetanol Em Resíduo Soro De Leite

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1 Estudo Da Produção De Bioetanol Em Resíduo Soro De Leite Huilian Colpo 1*, Fabiane Bach 2, Barbara L. de Nadai 1, Mônica L. Fiorese 1, Camilo F. M. Morejon 1,Salah D. M. Hasan 1 (1) Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. Universidade Estadual do Oeste do Paraná UNIOESTE, Campus Toledo-PR. huilian_colpo@hotmail.com (2) Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Alimentos - PPGEAL Universidade Federal do Paraná - UFPR Resumo: A busca por biocombustíveis a partir de fontes energética renováveis e mais limpa, vêm sendo pesquisadas, principalmente as provenientes de resíduos das agroindústrias, sendo uma delas o soro de leite. Nesse contexto, o objetivo desse trabalho foi avaliar a influência das variáveis: temperatura, agitação, concentração de enzima e glicose, na produção de bioetanol a partir de soro de leite. A fermentação alcoólica do soro de leite foi realizada seguindo um planejamento experimental fracionário (PEF). A lactose naturalmente presente no soro de leite foi previamente hidrolisada pela enzima lactase. A levedura Saccharomyces cerevisiae foi empregada para realizar a fermentação alcoólica. Os resultados obtidos mostraram que para todas as condições houve produção de etanol, e somente a concentração de glicose teve influência significativa a p-valor=0,1 na concentração de etanol final. Palavras Chave: Biocombustíveis; Soro do Leite; Fermentação Alcoólica; Saccharomyces Cerevisiae INTRODUÇÃO Segundo Laufenberg (2003), os resíduos industriais podem servir de matérias-primas para processos secundários podendo ser convertidos em produtos comerciais. O interesse mundial pelo desenvolvimento de biocombustíveis aumentou em virtude de uma preocupação maior com o desenvolvimento de fontes energéticas renováveis e mais limpas. Nesse contexto, o bioetanol pode ser obtido a partir de qualquer matéria-prima que contenha quantidade significativa de amido ou açúcares, no Brasil os estudos estão voltados principalmente para matérias-primas provenientes de resíduos agroindustriais (BNDES; CGEE, 2008). Um dos subprodutos gerados pelas agroindustriais que produzem queijo é o soro de leite, o qual pode ser empregado para obtenção de produtos biotecnológicos, devido sua alta disponibilidade e por representar uma fonte alternativa de baixo valor comercial (MANERA et al., 2011). De acordo com Zarcachenco et al. (2012), cerca de 85% do volume do leite que é processado na produção de queijo resultam em soro. No Brasil em 2011 a produção de soro de leite sob algum tipo de inspeção foi 461 milhões de litros (BRASIL, 2011), sendo o soro de leite rico em lactose e segundo Masud et al (1999), 2 kg de lactose rendam 1 kg de etanol, a quantidade de soro líquido potencialmente disponível poderia competir com as fontes de matérias primas convencionais para produção de etanol agrícola. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência das variáveis: temperatura, agitação, concentração de enzima e glicose, na produção de bioetanol a partir de soro de leite. MATERIAIS E MÉTODOS O soro de leite in natura desnatado foi cedido pela indústria Sooro, de Marechal Cândido Rondon (Pr). A enzima empregada para hidrolisar a lactose foi a lactase, cedida pela indústria Prozyn. A levedura utilizada 73

2 foi a Sacharomyces cerevisiae, sob a forma de produto comercial fermento biológico liofilizado. A ativação da levedura, o inóculo e os cultivos foram preparados segundo metodologia adaptada de Corazza (2001).O etanol produzido foi quantificado com cromatógrafo a gás, marca Construmaq, modelo U-13. A coluna de separação empregada foi a Carbowax; gás de arraste: hidrogênio a uma vazão de 60 ml min -1. As condições térmicas foram: coluna à 150ºC; vaporizador à 131ºC; detector à 204ºC. A concentração de açúcares redutores totais foi determinada empregando-se a metodologia proposta por (LUTZ, 2005). Um planejamento experimental fracionário de resolução IV, com quatro fatores, dois níveis e triplicata no ponto central (Tabela 1), totalizando 11 ensaios (Tabela 2), foi empregado para determinar a influência das variáveis no processo de produção de etanol. A análise estatística foi realizada por meio do programa computacional STATISTICA (versão 7.0) da StatSoft. Tabela 1 Planejamento experimental fracionário resolução IV Fatores Nível (-1) Ponto Central Nível (+1) Lactase (%) 0,05 0,075 0,1 Sacarose (g L -1 ) Temperatura (ºC) Agitação (rpm) Tabela 2 Experimentos e seus respectivos níveis e fatores Variáveis Experimentos Temperatura Agitação Concentração de enzima Concentração de glicose RESULTADOS E DISCUSSÃO Fermentação Alcoólica Uma forma de acompanhar a evolução do processo fermentativo é através do consumo de açucares redutores (AR), deste modo, durante o processo fermentativo alcoólico, acompanhou-se a variação dos AR. A fermentação alcoólica foi realizada por 59 h, sendo monitorada ao longo desse período. O comportamento do consumo de AR pela levedura S. cerevisiae em todas as condições testadas é apresentado na Figura De acordo com a Figura 1, pode-se observar que durante as 59 h de fermentação ocorre uma redução contínua dos AR em todas as condições testadas, evidenciando que os mesmos foram consumidos pela S. cerevisiae, transformando-os em produto principal (etanol) e produtos secundários. Ainda na Figura 1, observa-se que o tempo de consumo dos AR sofreu uma variação, em todos os ensaios. Desse modo os ensaios I e II apresentaram maior diferença, onde houve uma redução para 2% da concentração de AR presentes no meio

3 em aproximadamente 35 h de fermentação para o ensaio I e para o ensaio II a mesma redução ocorreu em 15 h de fermentação. Este fato pode ser explicado devido a maior quantidade de AR no ensaio II. Figura 1 Concentração de açúcar redutor durante a fermentação alcoólica para as todas as condições propostas no PEF. Etanol Produzido Na Tabela 3 são apresentadas as concentrações finais de etanol obtidas em cada ensaio. Tabela 3. Concentração final de etanol para cada ensaio Ensaio I II III IV V VI VII VIII PC I PC II PC III Conc. Etanol % 4,90 4,74 6,41 5,34 5,60 4,01 4,08 5,26 4,25 5,27 5,22 Observa-se na Tabela 3, que a menor concentração de etanol produzida foi de 4,01%, (Ensaio VI). As condições para a realização do ensaio IV foram: sem agitação, temperatura de 36 C (maior temperatura), adicionou-se maior concentração da enzima lactase, no entanto, a adição de glicose foi de 45,0 g.l -1 (menor concentração). Isto pode ser explicado devido à limitação de glicose no meio de cultivo gerando um baixo percentual de etanol. Ainda na Tabela 3 observa-se que o Ensaio III apresentou o maior percentual de etanol produzido durante o processo fermentativo alcoólico (6,41%). As condições estabelecidas pelo PEF, e aplicadas a este ensaio foram: menor temperatura (28 ºC), máxima agitação (100 rpm), menor adição de lactase (0,05%) e máxima adição de glicose (65,0 g.l -1 ). Possivelmente, o emprego de temperatura reduzida, combinada com a adição de maior 75

4 concentração de glicose fez com que o percentual de etanol produzido no Ensaio III fosse um dos maiores obtidos nesta pesquisa. Resultados similares a este foram obtidos por Massud et al (1999), que utilizando a levedura Kluyveromyces fragilis com concentração de lactose inicial de 50 g L -1 obtiveram uma concentração final de etanol de 2,5%, a levedura consumiu 2 g de lactose para produzir 1 g de etanol. Análise Estatística A Tabela 4 e a Figura 2 apresentam o efeito das variáveis analisadas. As condições para fermentar soro de leite foram avaliadas estatisticamente tendo como variável dependente a produção de etanol. Tabela 4. Tabela de efeitos para a resposta % de etanol Variação Efeito Erro Padrão p-valor Coeficiente Erro Padrão Intercepto 5,01 0,171 0,000 5,007 0,171 Temperatura -0,41 0,400 0,345-0,205 0,200 Agitação 0,46 0,400 0,294 0,230 0,200 Conc. Enzima -0,61 0,400 0,178-0,305 0,200 Conc. Glicose* 0,92* 0,400* 0,061* 0,460* 0,200* *Diferença significativa (p-valor=0,10) Observa-se na Tabela 4 e Figura 2, que para produção de etanol somente a concentração de glicose em intervalo de confiança de 90% apresentou diferenças significativas (p-valor= 0,061). As demais variáveis avaliadas temperatura, concentração de enzima e agitação não tiveram diferença significativa a p-valor 0,10. Figura. 2 Gráfico de Pareto para a concentração de etanol. 76

5 A Figura 3 apresenta o comportamento das superfícies de respostas obtidas para a produção de etanol. Analisando a Figura 3, observa-se que a influência da variável significativa (concentração de glicose) é positiva, ou seja, para obter um maior percentual de etanol maior deverá ser a concentração de glicose presente no meio. Observa-se também que a variável agitação não teve influência significativa na fermentação alcoólica, porém seu efeito é positivo, ou seja, aumentando a agitação durante o processo haverá um aumento na concentração de etanol (Figura 3 II). (I) (II) Figura 3. Superfície de reposta: (I) concentração de glicose vs temperatura, (II) concentração de glicose vs agitação e (III) concentração de glicose vs concentração de enzima. (III) As variáveis concentração de enzima e temperatura não apresentaram influencia significativa (Figura 3-III), no entanto, seu efeito sobre a concentração de etanol é negativo, para obter maiores concentração de etanol não se faz necessário o emprego de altas temperaturas e concentração de enzimas lactase. CONCLUSÕES Neste trabalho, verificou-se que para produção de etanol a partir de soro de leite somente a concentração de glicose adicionada ao meio foi significativa e positiva, para um intervalo de confiança de 90%. 77

6 O ensaio III apresentou uma concentração de etanol de 6,41% sendo suas condições de fermentação: temperatura de 28 C, agitação de 100 rpm, concentração de enzima lactose de 0,05 % e 65 g L -1 de glicose PA. Conclui-se que é possível a produção de etanol a partir de resíduo soro de leite. Agradecimentos REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BNDES; CGEE. (2008) Bioetanol de cana-deaçúcar: Energia para o Desenvolvimento Sustentável. 1ª ed. Rio de Janeiro: BNDES. BRASIL. Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística IBGE. Tabela 1 - Produção e vendas dos produtos e/ou serviços industriais, segundo as classes de atividades e a descrição dos produtos - Brasil Disponível em: < ftp://ftp.ibge.gov.br/industrias_extrativas_e_de_tran sformacao/pesquisa_industrial_anual/produto2011/t abela1.pdf>. Acesso em 23 de setembro CORAZZA, M.L.; RODRIGUES, D.G.; NOAZAKT,J. Preparação e caracterização de vinho de laranja. Química Nova, v.24, n.4, p , LAUFENBERG, G. Transformation of vegetable waste into added products: (A) the upgrading concept; (B) practical implementations. Bioresource Technology, v. 87, p , INSTITUTO ADOLF LUTZ. Normas Analíticas do Instituto Adolf Lutz- Métodos físico-químicos para análise de alimentos. 4 a ed. Brasília, DF: Ministério da saúde, p MANERA, A. P.; ORES, J. C.; RIBEIRO, V. A.; RODRIGUES, M. I.; KALIL, S. J.; FILHO, F. M.; Utilização de resíduos agroindustriais em Processo biotecnológico para produção de β-galactosidase de Kluyveromyces marxianus CCT Acta Scientiarum Technology. Maringá, v. 33, n. 2, p , MASUD, Z.; VALLET, C.; MARTIN, G. J. Stable Isotope Characterization of Milk Components and Whey Ethanol. J. Agric. Food Chem. V. 47, p , ZARCACHENCO, P. B.; VAN DENDER, A. G. F.; SPADOTI, L. M.; GALLINA, D. A.; TRENTO, F. K. H. S.; ALVES, A. T. S. e. Permeado de soro: aplicações que agregam valor aos coprodutos do leite. Anuário Leite & Derivados, n. 131, p ,