DEGOMAGEM DE ÓLEO DE GIRASSOL PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL

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1 DEGOMAGEM DE ÓLEO DE GIRASSOL PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL 1 Anderson C. Vieira, 1 Marcos Luciano G. Barreto, 1 Vanessa M. Vasconcelos, 2 Gabriel F. da Silva. 1 Discente do curso de Química Industrial da Universidade Federal de Sergipe. 2 Professor de Engenharia Quimica da UFS/SE 1 Universidade Federal de Sergipe, Departamento de Engenharia Química, Av. Marechal Rondon, S/N, São Cristóvão- SE, Brasil, CEP: , Tel (79) gabriel@ufs.br RESUMO - A degomagem de óleos para produção de biodiesel é um processo que consiste na remoção dos fosfatídeos através de sua hidratação, fazendo com que aumente sua densidade e, consequentemente, ocorra à separação por precipitação Os fosfatídeos são derivados do á- cido fosfórico com composição química similar aos lipídios, mas contendo nitrogênio e fósforo. A técnica de degomagem é largamente aplicada na área industrial para refino de óleo bruto pelo seu baixo custo. O óleo de girassol tem grande potencial para a produção de biodiesel, pois é um combustível biodegradável obtido a partir de fontes renováveis como óleos e gorduras. Para tal, o óleo precisa sofrer um processo de degomagem com o intuito de facilitar a reação de transesterificação diminuindo a viscosidade do biodiesel. As vantagens da aplicação desta técnica foram a motivação de estudá-la na extração da goma do óleo de girassol que é rico em ácido oléico, melhorando assim a qualidade do biodiesel produzido a partir deste óleo. Para a obtenção da goma aqueceu-se o óleo a 60ºC, acrescentando 4% de água deionizada, também previamente aquecida, aumentando assim a solubilidade dos fosfatídeos Como resultado obteve-se uma diferença significativa nas propriedades físico-químicas do óleo, tais como diminuição de sua acidez, saponificação. Palavras-Chave : Degomagem, óleo de girassol, biodiesel. INTRODUÇÃO O girassol é nativo da América do Norte, podend o ser encontrado desde as planícies do noroeste do Canadá ate a América do sul. Sua semente é, botanicamente, um fruto composto por pericarpo (casca) e sementes propriamente dita (polpo) como mostra a figura 01 abaixo: Figura 01: Girassol Os híbridos, atualmente cultivados, têm ate 25% de casca e 75% ou mais de polpa. O rendimento do óleo da semente inteira é de 48 a 52%. A qualidade dos óleos é determinada pela quantidade e qualidade dos ácidos graxos insaturados que os compõem. O óleo de girassol apresenta vantagens por sua capacidade de conservação por períodos prolongados, devido ao baixíssimo conteúdo de ácido linoléico. (SOARES, et al. 2001). Porém para melhorar essa qualidade é preciso sofrer um processo de refino, no caso em questão a degomagem. Degomagem é a etapa de processamento de matérias graxas brutas, principalmente de origem vegetal, que visa à eliminação, remoção ou inativação de fosfatídeos ou (Fosfolipídeos) e substâncias afins, cuja presença poderia interferir nas etapas posteriores de processamento e/ou com a qualidade de matérias graxas refinadas a serem produzidas. A degomagem tem como objetivo principal a hidratação dos fosfatídeos hidratáveis, insolubilizando-os em matérias graxas, permitindo sua separação ou eliminação de suas propriedades tenso-ativas e decompor os nãohidratáveis em hidratáveis. Como consequência temos uma diminuição nas impurezas, minimizando a turbidez do óleo e, em casos especiais, possibilitar a recuperação de lecitina, como subproduto de valor comercial. Lecitina é um termo VIII Congresso Brasileiro de Engenharia Química em Iniciação Científica 27 a 30 de julho de 2009 Uberlândia, Minas Gerais, Brasil

2 que se refere à uma mistura de fosfatídeos e é removida do óleo através da hidratação da micela a uma temperatura elevada, formando duas fases que podem ser separadas por centrifugação. A superfície ativa da lecitina, ou seja, a porção dos fosfatídeos confere ao composto uma estrutura molecular ambifílica: a parte hidrofílica, composta pelo ácido fosfórico e a parte hidrofóbica, pela cadeia de ácidos graxos. (HERMAN s.d.) O tamanho desta cadeia de ácidos graxos confere à estrutura o caráter mais ou menos hidrofóbico. Este comportamento lhe atribui uma de suas principais aplicações que é o uso como e- mulsificantes para substâncias que têm superfícies ativas diferentes, como a água e óleo, permitindo que eles se misturem facilmente (MENDES, 2000). Os fosfolipídeos são substâncias de composição química similar aos lipídeos, mas contendo nitrogênio e fósforo conforme mostra a figura 02, onde temos a estrutura do principal constituinte da lecitina. Estes compostos são encontrados na maioria das sementes oleaginosas. Os fosfolipídios são bons agentes emulsificantes, são solúveis em álcool e insolúveis em acetona (SMITH & CIRCLE, 1972). A estrutura molecular dos fosfolipídios é derivada da estrutura dos triglicerídeos, com a substituição de uma molécula de ácido graxo por um éster de ácido fosfórico. Dependendo da molécula ligada ao grupo fosfatídeo, geralmente um aminoálcool, os fosfolipídios mais comumente encontrados são denominados de fosfatidilcolina, fosfatidilatenolemina e fosfatidilinositol. inconvenientes durante o processo de refinação, tal como, aumentar a quantidade de materiais adsorventes, com conseqüente aumento do custo de processamento e aumento de perdas de óleo por retenção no resíduo de tratamento com adsorventes devido sua ação emulsificante. Eles precisam ser retirados do óleo para que o biodiesel tenha melhor qualidade. Biodiesel foi definido pela National Biodiesel Board dos Estados Unidos, como derivado mono-alquil éster de ácidos graxos de cadeia longa, proveniente de fontes renováveis como óleos vegetais ou gordura animal, cuja utilização está associada à substituição de combustíveis fósseis em motores ciclo diesel. O presente trabalho tem como objetivo efetuar a degomagem do óleo de girassol, a baixa temperatura e curto tempo de agitação, comparando sua eficiência de acordo com as propriedades físico-químicas do óleo antes e depois de ter passado pelo processo de degomagem. MATERIAL E MÉTODOS A matéria prima utilizada foi o óleo bruto de girassol, extraído de sua semente com auxílio de uma prensa mecânica TECNAL modelo TE- 098, vista na figura 03, no LTA - laboratório de tecnologia de alimentos na Universidade Federal de Sergipe. Figura 03: Prensa mecânica esmagadora. Figura 02: Estrutura da fosfatidilcolina ou lecitina. Alguns fosfatídeos hidratados têm a propriedade de adsorver outros fosfatídeos, hidratáveis ou não hidratáveis; a fosfatidilcolina hidratada pode encapsular ácido fosfatídico, fosfatidilcolina e fosfatidilinositol em quantidades de até 80% de seu próprio peso. A importância da eliminação dos fosfatídeos é porque eles apresentam alguns Caracterizou-se a matéria-prima através dos índices de saponificação, acidez, densidade, u- midade e viscosidade de acordo com as normas da Tabela 01: Tabela 01: Normas para analises físicoquímicas de óleo. ANÁLISES Índice de Saponificação Índice de Acidez NORMA ASTM D94 ASTM D664 Umidade EN 12937

3 Densidade Viscosidade ASTM D4052 ASTM D445 Para determinação do índice de saponificação, pesou-se aproximadamente 3,00 mg da amostra, adicionou 50 ml de uma solução alcoólica de KOH 0,5M, levou-se para aquecer em um banho-maria com um sistema de refluxo por um tempo de 40 min. Após esse tempo titulou-se com uma solução de HCL 0,9M. Conforme Ribeiro e Seravalli (2004), a reação de saponificação pode estabelecer o grau de deteriorização e a estabilidade, verificar se as propriedades dos óleos estão de acordo com as especificações e identificar possíveis fraudes e adulterações. O índice de saponificação (IS) é definido como o número de (mg) de hidróxido de potássio (KOH), uma base, necessários para saponificar os ácidos graxos, resultantes da hidrólise de um grama da amostra. Quanto menor o peso molecular do ácido graxo, tanto maior será o índice de saponificação, grosseiramente; para as gorduras vegetais, quanto mais altos os índices de saponificação mais se prestam para fins alimentares (MORETTO e FETT, 1998). O índice de acidez foi determinado adicionando 100 ml da solução de álcool+éter (1:3) adicionou-se fenolftaleína e titulou-se com KOH. O índice de acidez é definido como o numero de (mg) de hidróxido de potássio necessário para neutralizar os ácidos livres presentes em um grama de óleo ou gordura. Segundo Ribeiro e Seravalli (2004), o estado de conservação do óleo está intimamente relacionado com a natureza e qualidade da matéria-prima, com a qualidade e o grau de pureza do óleo, com processamento e, principalmente com as condições de conservação. Para a análise da umidade, pesou-se 25 g de areia grossa numa cápsula de porcelana e secou-se na estufa a 105 ºC por uma hora. Resfriou-se num dessecador. Acrescentou-se 10 ml da amostra de óleo, misturou-se e levou-se à estufa por mais duas horas. Retornou-se para o dessecador pesando-se ao final. Determinou-se a densidade com o auxílio de um picnômetro. Para a viscosidade, inseriu-se num viscosímetro capilar 10 ml do óleo em estudo e o levou-se para o banho termostatizador a 40 ºC até atingir o menisco do viscosímetro. Metodologia Experimental No processo de degomagem, utilizou-se um banho termostatizado, agitador mecânico e um termômetro para controlar a temperatura em 60 C como pode ser visto na figura 04. O volume de óleo necessário foi de 200 ml medido com o auxílio de uma proveta, e transferido para um becker, onde foi degomado, e um funil de separação para a etapa posterior à degomagem. A a- mostra de óleo foi aquecida a fim de aumentar a solubilidade dos fosfatídeos na água que também foi previamente aquecida. Então, efetuou-se a degomagem, adicionando-se 3% em volume de água no óleo com agitação constante de 300 rpm por um tempo de 20 mim. Figura 04: Reator. Finalizando a etapa de hidratação, transferiu-se o óleo degomado com a goma (fosfatídeo solubilizado em água), para um funil de separação e deixou-se decantar por 24 horas. Após esse tempo pode-se separar a goma obtendo-se então, o óleo degomado, que foi caracterizado segundo as mesmas análises dele bruto. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 03 mostra as características físico-químicas do óleo bruto: Tabela 03 Caracterização físico-química do óleo bruto de girassol ANÁLISES RESULTADO Índice de saponificação Índice de Acidez Umidade Densidade Viscosidade Segundo o padrão britânico (FREIRE, 2001) o óleo de primeira qualidade deve apresentar um índice de saponificação entre 177 a 187 mg KOH/g. Esta determinação é útil para a verificação do peso molecular médio da gordura e da adulteração por outros óleos com índice de saponificação bem diferentes. No nosso caso, o índice está no limite, ou seja, o óleo está em boa condição. Para fim alimentício, quanto maior o índice de saponificação, mais adequado é óleo.

4 Segundo a Tabela 04, a acidez do óleo está alta. Isso pode ser explicado pela presença de acido graxo livre, que se deve à qualidade e manuseio das sementes e armazenamento do óleo, pois a decomposição dos glicerídeos é acelerada por aquecimento e pela luz, enquanto a acidez é quase sempre acompanhada pela sua formação. Um índice de acidez elevado aumenta os custos do processo de refino do óleo. Se o destino do óleo for produção de biodiesel este índice tem que ser inferior a 1% para que não venha causar danos no motor como corrosão das tubulações. A umidade do óleo analisado apresentouse elevada, antes da degomagem, isso pode favorecer a reação de hidrólise, a qual quebra as ligações de éster glicerídeo, ocorrendo à formação de ácidos graxos livres, monoacilglicerídeos, diacilglicerídeos e glicerol, promovendo o aumento da acidez. A presença de água em quantidades indesejáveis favorece a saponificação consumindo o catalisador e diminuindo-se assim a eficiência da reação de transesterificação alcalina. A densidade em um fluido incompressível é constante, considerando-se as impurezas que ainda estavam presentes no óleo podemos justificar sua pequena variação. Temos que no óleo em questão sua viscosidade está acima dos padrões, porém levando-se em conta que ele é rico em ácido oléico, que o mesmo ácido contém uma insaturação e este tem a cadeia longa, e também que ele continha muitas impurezas tal viscosidade é justificada como mostra a Tabela 05. Tabela 04 Caracterização do óleo de girassol degomado ANALISES RESULTADOS Índice de Saponificação Índice de Acidez Densidade Umidade Viscosidade Pode-se notar que após o processo de degomagem, obtivemos uma significativa mudança nas propriedades físico-químicas do óleo. No caso da acidez, a acentuada diferença é importante levando-se em conta os motivos supracitados onde, quanto menor a acidez melhor as etapas posteriores de refino e é um óleo bem recomendado para qualquer fim. O baixo índice de acidez também está relacionado com o baixo índice de umidade, onde também foi citado que quanto maior a umidade, maiores as reações de hidrolise as quais favorecem a formação de ácidos graxos. CONCLUSÃO Após este estudo pode-se notar a eficiência do processo de degomagem associado ao óleo de girassol onde este, depois de degomado, teve uma grande diferença nas suas propriedades físico-químicas, tornando-se assim um óleo ideal para os diversos fins, ou ao menos, um óleo que não precisa passar por muitas outras etapas de refino. A degomagem se mostrou bastante efetiva mesmo à baixas temperaturas e com pouco tempo de reação. Considerando-se os erros, experimental e analítico, tais diferenças não se mostraram maiores. Alem de tudo para se ter um óleo com boas características é preciso ter cuidados desde o armazenamento das sementes. Principalmente, levando em conta a acidez que é aumentada devido o aumento da umidade, que pode ser controlada tendo-se uma boa estocagem das sementes, até a etapa de processamento final. REFERÊNCIAS BLIOGRÁFICAS HERMAN, R. Tecnologia das Matérias Graxas. Purificação e Refinação. V. 2, p FREIRE, R.M.M. Ricinoquímica. In: AZEVEDO, D.M.P.; LIMA, E.F. (Ed.). O agronegócio da mamona no Brasil. Brasília: Embrapa Informação Tecnológica, p MORETTO, E; FETT, R. Tecnologia de óleos Vegetais e Gorduras Vegetais na Indústria de Alimentos. São Paulo: Varela, (1998). CECCHI, H. M. Fundamentos teóricos e práticos em análise de alimentos. Editora da UNI- CAMP: 2º Ed. rev.- Campinas, SP, editora da UNICAMP, p VIEIRA, F. F. Análise de óleos vegetais. U.E.P.B. Campina Grande, p. PONS, E. L.; MACHADO, M. R.; KORTZ, D. E. M.; SCHNEIDER, R. de C. de S.; KIST, L. T.; MARTINELLI, M.; CARAMÃO, E. B. Estudo físico-químico do óleo de variedades de Ricinus Communis L existentes no vale do rio pardo - Rio Grande do Sul. In: XXIII Reunião Anual da SBQ, RIBEIRO, E.P.; SERAVALLI, E.A.G. Química de Alimentos, São Paulo: Edgard Blücher, 2004 MENDES, A.C. Lecitina de Soja: processo de obtenção e refino. Porto Alegre: UFRGS, Monografia (Curso de Engenharia de Alimentos), Instituto de Ciência e Tecnologia de A-

5 limentos, Universidade Federal do Rio Grande do Sul, SMITH, A.K.; CIRCLE, S.J. Soybeans: chemistry and technology. v. 1. Westport: The AVI, 1972.