Composição Do caldo Extraído Dos Colmos Da Cultivar De Sorgo Sacarino BRS 506 (Sorghum bicolor L.)

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1 Composição Do caldo Extraído Dos Colmos Da Cultivar De Sorgo Sacarino BRS 506 (Sorghum bicolor L.) Iran Dias Borges (1), Adriano Aguiar Mendes (1), Edilson Jardin Viana (2), Carlos A. G. Gusmão (2) E Heverton F. F. Rodrigues (3) (1) Prof. DSc. UFSJ, Sete Lagoas, idb@ufsj.edu.br, Mendes@ufsj.edu.br, , cp 56; (2) Engenheiro da equipe SADA BIOENERGIA, gusmaocag@yahoo.com.br, , cp 01, (3) Graduandos UNIMONTES, , cp 91. nandoheverton@yahoo.com.br; Palavras-chave: sorgo sacarino, densidade de plantas, época de corte, etanol. Introdução A crise do petróleo que se instaurou nas últimas décadas, aliada ao aumento da demanda por combustíveis e à crescente preocupação com o meio ambiente, preconizou a busca por fontes alternativas de energia no Brasil e no mundo. As pesquisas têm se concentrado no desenvolvimento de novos insumos básicos, de caráter renovável, para a produção de combustíveis que possam substituir os derivados de petróleo, o que coloca a biomassa em uma posição de destaque, em razão da sua natureza renovável, ampla disponibilidade, biodegradabilidade e baixo custo. A utilização da biomassa vegetal como fonte de energia renovável contribui para a redução da emissão de dióxido de carbono no ar atmosférico (Antczak et al., 2009). Dentre os bicombustíveis obtidos da biomassa vegetal destacam-se o etanol e o biodiesel, que podem ser obtidos a partir de culturas como sorgo, milho e cana-de-açúcar e oleaginosas como soja, mamona, girassol, pinhão-manso e palmáceas, respectivamente (Zhao et al. 2009; Antczak et al., 2009; Audilakshmi et al., 2010). Nesse contexto, a cultura do sorgo merece destaque por ser uma planta de ciclo relativamente curto, manejo com tecnologias dominadas pela maioria dos produtores e atualmente contempladas em pesquisas na área agrícola de pós-colheita, além de se adaptar a condições edafoclimáticas nem sempre ideais ao cultivo de culturas como soja, milho e algodão, características essas comuns a muitas regiões do estado de Minas Gerais (Ribas, 2008). Além de excelente alternativa como cereal e cultura forrageira a produtores e pecuaristas de leite e corte, seria opção de fonte de matéria prima complementar a ser fornecida na entressafra a destilarias para a produção de etanol da cana-de-açúcar (Souza et al., 2005) ou mesmo de outros produtos como aguardente (Ribeiro Filho et al., 2008) e açúcar. Além disso, seus colmos podem ser processados nas mesmas instalações usadas para produção de etanol a partir da cana-de-açúcar, proporcionando também resíduo fibroso (bagaço) que pose ser usado como fonte de energia para gerar vapor nas caldeiras. O sorgo sacarino é uma opção economicamente viável na alimentação animal, assemelhando-se à cana, uma vez que o armazenamento do açúcar ocorre no colmo, além de fornecer bagaço (Ratnavathi et al., 2010). Como alternativa para antecipar o início e, consequentemente, prolongar a safra da cana-de-açúcar, as destilarias colhem precocemente os canaviais comprometendo a produção e a qualidade. O sorgo sacarino pode ser colhido na entressafra da cana-deaçúcar, no período de dezembro a abril, reduz o período de ociosidade da indústria e favorece o corte da cana-de-açúcar após a maturação completa. A rapidez do ciclo (cerca de 120 dias), facilidades de mecanização, alto teor de açúcares fermentecíveis presentes no colmo e a possibilidade de antecipação da colheita em 4 meses são

2 vantagens do uso do sorgo sacarino (Ratnavathi et al., 2010). Os grãos de sorgo, rico em amido, e os resíduos lignocelulósicos e subprodutos da destilaria também podem ser empregados na alimentação animal e geração de energia (Li et al., 2010). Os grãos produzidos adicionalmente pelo sorgo podem ser utilizados na alimentação humana, além de elevada saturação lumínica e maior tolerância ao déficit hídrico e à salinidade, que caracterizam essa planta como tolerante a condições edofoclimáticas menos favoráveis (Ratnavathi et al., 2010). Entender o comportamento dos genótipos, notadamente os sacarinos, em diferentes condições de manejo como densidade de plantas, época de corte das plantas e época de semeadura dentre outros, possibilita a adoção de estratégias de manejo mais eficientes do ponto de vista agronômico, forrageiro e industrial, aumentando a sustentabilidade da atividade. Isso contribui para o aumento da eficiência no manejo da cultura, proporcionando aumento na produção e redução de custos na lavoura, pela utilização mais racional e eficiente dos recursos de produção (Borges, 2006). O objetivo do presente trabalho foi verificar o comportamento do sorgo sacarino genótipo BR 506 por delineamento experimental para a produção de etanol, testando quatro épocas de corte das plantas de sorgo sacarino e cinco densidades de plantas. As variáveis resposta foram a concentração de sólidos solúveis (Brix), concentrações de açúcares redutores e açúcares redutores totais, açúcares totais recuperáveis e produção estimada de álcool. Materiais e Métodos Os experimentos foram conduzidos na safra primavera-verão de 2009/2010 na Fazenda Experimental da UNIMONTES sediada no município de Janaúba-MG em solo classificado como Latossolo Vermelho Distrófico. Neste estudo foi empregado o genótipo BR 506, com bom rendimento industrial, boa qualidade na composição do caldo e baixo perfilhamento. O delineamento estatístico empregado foi de blocos casualizados com quatro repetições e tratamentos dispostos em esquema fatorial avaliando 4 épocas de corte das plantas após o florescimento (14, 24, 34 e 44 dias após o florescimento DAF) e 5 densidades de plantas (60000, 90000, , e plantas ha -1 ). A parcela foi composta por quatro linhas de 5 m, espaçadas de 0,7 m e empregadas as duas linhas centrais coleta de dados. Todas as parcelas tiveram idêntica adubação de plantio, realizada manualmente utilizando o equivalente a 350 kg ha -1 da formulação NPK , e adubação de cobertura com 180 kg ha -1 de sulfato de amônio, considerando resultados da análise de solo e de acordo com de Ribeiro et al. (1999). O preparo do solo foi feito com uma aração e duas gradagens. A semeadura foi feita manualmente e o desbaste, para as densidades de cada parcela, ocorreu com 3 a 4 folhas. O experimento foi conduzido com os tratos culturais normalmente dispensados à cultura na região. O controle de pragas e doenças foi realizado sempre que necessário utilizando-se agroquímicos recomendados para a cultura, aplicados com bomba costal. O experimento recebeu irrigação complementar do tipo aspersão convencional durante todo o ciclo. As colheitas foram realizadas, considerando as épocas de corte de cada tratamento, cortando as plantas manualmente e rente ao solo. Na colheita, foram cortados os colmos de dois metros lineares das linhas centrais da parcela e imediatamente transportados até o Laboratório de Controle de Processos da Usina São Judas Tadeu da empresa SADA BIOENERGIA E AGRICULTURA LTDA, localizada em Mocambinho, Jaíba/MG, em veículo cedido pela própria empresa para a extração e análises do caldo.

3 O volume de caldo (VC) foi estimado pela medição do volume extraído dos colmos colhidos na parcela; Sólidos Solúveis Totais (BRIX) foram determinados com o auxílio de um refratômetro digital com o caldo previamente homogeneizado e filtrado; Açúcares redutores (AR%) e Açucares redutores totais (ART%) foram estimados pelo método redutométrico de Somogy, adaptado por Nelson (1944); Açúcares totais recuperáveis (ATR%) foram determinados conforme metodologia descrita por Schneider (1979). Estimativa de produção de álcool por tonelada de colmos (EST LTS) foi calculada segundo fórmula a seguir: ATR x 10 x 0,6475 x 0,85= Lts ton colmos -1. Na colheita, foi avaliada a massa de matéria verde produzida por plantas colhidas em 4 m lineares na área útil da parcela em balanças tipo dinamômetro, e após secagem de amostras em estufa obteve-se a massa seca, com valores convertidos em kg ha -1. Esses valores foram utilizados para estimativa do rendimento de álcool por hectare segundo metodologia proposta pelo Institution of Japan Energy (2006). Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância com o auxílio do programa estatístico SISVAR (Ferreira, 2000) e para as diferenças significativas identificadas pelo teste F foi aplicado o teste de médias de Scott-Knott (5%) sendo também avaliados por análise de regressão, com ajuste de curvas representativas para cada característica. Resultados e Discussão Todas as características avaliadas foram afetadas pela época de corte das plantas, permitindo inferir que esse fator influencia diretamente nas características industriais do caldo extraído de plantas de sorgo sacarino. A densidade de plantas não influenciou nenhuma das características avaliadas excetuando o volume de caldo a ser extraído dos colmos. Na interação entre as variáveis testadas neste estudo (x1.x2), apenas o volume de caldo foi significativo, conforme análise de variância sumarizada na Tabela 1. Tabela 1: Análises de variância para teor de sólidos solúveis (Brix), açúcares redutores (AR%), açúcares redutores totais (ART%), Açúcares totais recuperáveis (ATR), estimativa de produção de álcool por tonelada de colmos (EST LTS) e volume de caldo por hectare (VC), considerando cinco densidades (x1) e quatro épocas de corte das plantas de sorgo sacarino (x2).. Janaúba, MG, Variáveis GL Quadrado médio BRIX AR ART ATR EST LTS V CALDO x1 4 0,959 ns 0,129 ns 4,287 ns 351,05 ns 129,85 ns ** x2 3 76,011** 6,992** 190,05** 15565,3** 5756,77** ** x1.x2 12 3,512 ns 0,147 ns 3,69 ns 302,35 ns 111,82 ns ** BLO 3 10,076 ns 0,106 ns 7,44 ns 609,43 ns 225,39 ns 18113,6 ns Erro 57 3,670 0,164 4,23 347,48 128, Total 79 CV (%) 10,46 28,70 21,78 21, ,47 Média 18,32 1,41 9,46 85,60 52, ** significativo a 1% pelo teste F; NS não significativo; GL: grau de liberdade. A concentração de sólidos solúveis (Brix) teve comportamento quadrático em função da época de corte das plantas após o florescimento, atingindo ponto máximo, estimado pela equação de regressão, aos 31 dias após o florescimento DAF (Figura 1). Assim, cerca de 15 dias após o florescimento pode-se iniciar a colheita do sorgo sacarino com o Brix superior a 16%, independentemente da densidade adotada, conforme mostrado na Figura 1. Após 34 dias, há uma ligeira redução da concentração

4 AR (%) de sólidos solúveis (Brix) para valores inferiores a 18%. De acordo com trabalhos descritos na literatura, a concentração de Brix presente no colmo do cultivar BR 506, testada no presente trabalho, foi similar às cultivares 27 B x kellar e 27 B x BJ 248 também testadas para a produção de etanol (Audilakshmi et al., 2010). Para o cultivar Wray, empregada para a obtenção de glutamato monossódico, a máxima concentração de sólidos solúveis obtida (Brix) foi de apenas 15,6% (Tsuchihashi e Goto, 2004), mostrando que o cultivar testado neste trabalho é bastante promissora para a produção de etanol de primeira geração. Vale ressaltar que a concentração de sólidos solúveis (Brix) tem sido largamente empregada pelas indústrias de produção de açúcar e álcool como principal parâmetro para estimar a concentração de açúcares presente no caldo (Tsuchihashi e Goto, 2004). Os açúcares redutores (AR) tiveram comportamento quadrático em função da época de corte das plantas após o florescimento. De acordo com a Figura 2, a concentração de açúcares redutores, constituída de glicose e frutose, no período estudado de 14 a 44 dias de colheita após o florescimento oscilou entre 2,5 a 3,0%, atingindo ponto mínimo, estimado pela equação de regressão, aos 29 dias. De acordo com dados reportados na literatura especializada, a redução da concentração de açúcares redutores pode ser explicada pela conversão destes açúcares em amido, acumulado nos grãos. Em comparação à cana-de-açúcar, o sorgo sacarino apresenta maior concentração de açúcares redutores no caldo (Gonçalves et al., 1997). Este parâmetro pode ser bastante atraente, visto que o tempo necessário para a conversão de açúcares em etanol com o emprego do caldo de sorgo sacarino pode ser inferior à cana de açúcar. brix AÇÚCARES REDUTORES 21 2,5 20 2,0 19 Y= 5,144-0,266 X + 0,004 X 2 ; R 2 = 99,57% 18 1,5 Pmin= 28,25 DAF 17 Y= 6, ,8946 X - 0,0147 X 2 ; R 2 = 83,25% Pmax = 30,37 DAF 1, Figura 1. Teor de sólidos solúveis (Brix%) obtidos com sorgo sacarino (BR 506) em função da época de corte das plantas após o florescimento, considerando cinco densidades (60, 90, 120, 150 e 180 mil plantas ha -1 ). Janaúba, MG, , Figura 2. Médias para açúcares redutores (AR%) obtidos com sorgo sacarino (BR 506) em função da época de corte das plantas após o florescimento, considerando cinco densidades (60, 90, 120, 150 e 180 mil plantas ha -1 ). Janaúba, MG, Os açúcares redutores totais (ART%) tiveram comportamento quadrático em função da época de corte das plantas após o florescimento, atingindo ponto máximo, estimado pela equação de regressão, aos 28 dias após o florescimento DAF, como mostrado na Figura 3. Contudo, os valores obtidos neste trabalho (9,66% em média) estão de acordo com os resultados obtidos por Ribeiro Filho et al. (2008), com moagem de colmos de sorgo sacarino com as folhas, obtendo 9,81% de ART. De acordo com a literatura, a redução de sólidos solúveis presentes no caldo após 34 dias de florescimento está relacionada com a conversão destes compostos, principalmente açúcares, em amido nos grãos como material de reserva e em material fibroso, sob a forma de celulose (Tsuchihashi e Goto, 2004). A redução da concentração de açúcares totais mostrou um comportamento similar à redução de brix no caldo. Estudos realizados por Tsuchihashi e Goto (2004) mostram uma correlação linear entre

5 ART (%) ATR a concentração de açúcares totais e o brix extraído de colmos de sorgo sacarino. As concentrações de açúcares redutores totais (ART) presentes no colmo do sorgo sacarino testado no presente trabalho são similares aos valores encontrados para as cultivares 27 B x kellar e 27 B x BJ 248 (Audilakshmi et al., 2010). Assim como o Brix, AR e ART, os açúcares totais recuperáveis (ATR) tiveram comportamento quadrático em função da época de corte das plantas após o florescimento, atingindo ponto máximo, estimado pela equação de regressão, aos 28, 29 e 32 dias após o florescimento DAF, respectivamente (Figuras 2, 3 e 4). Com esses resultados é possível inferir que o rendimento industrial de sorgo sacarino tem pico máximo entre 28 e 32 DAF, ou seja, 36 e 40 dias após plantio considerando que a emergência ocorreu com 8 dias. Já que o florescimento ocorreu aos 58 dias após a emergência (DAE), esse pico máximo de rendimento industrial ocorre muito próximo à maturidade fisiológica dos grãos do terço médio da panícula, que foi observada entre 93 e 96 DAE nas condições de realização desse trabalho. Açúcares Redutores Totais Açúcares Totais Recuperáveis Y= - 4, ,2520 X - 0,0227 X 2 ; R 2 = 96,52% Pmax= 27,6 DAF Y= - 92, ,973 X - 0,205 X 2 ; R 2 = 96,52% Pmax = 31,6 DAF Figura 3. Médias para açúcares redutores totais (ART%) obtidos com sorgo sacarino (BR 506) em função da época de corte das plantas após o florescimento, considerando cinco densidades (60, 90, 120, 150 e 180 mil plantas ha -1 ). Janaúba, MG, Dias Apóa Florescimento - DAF Figura 4. Médias para açúcares totais recuperáveis (ATR%) obtidos com sorgo sacarino (BR 506) em função da época de corte das plantas após o florescimento, considerando cinco densidades (60, 90, 120, 150 e 180 mil plantas ha -1 ). Janaúba, MG, Corroborando com os resultados obtidos para outras características industriais neste trabalho, a estimativa de produção de álcool do sorgo sacarino apresentou valores máximos após 32 DAF (identicamente ao ATR), período próximo à maturidade fisiológica da planta, e ainda entre 24 e 44 DAF foram estimados de 50 a 65 litros de álcool por tonelada de colmos de sorgo sacarino. Nesse trabalho a produção de álcool por hectare, em média, variou entre 3508 e 6636 Litros ha -1, com valores máximos, estimados pela equação de regressão, obtidos aos 28 DAF (Figura 6). Observa-se também que no intervalo estudado, 14 a 44 DAF, a produção de álcool esteve sempre acima de 3500 Litros ha -1, e que, estimando-se pela equação de regressão, no intervalo entre 19 e 37 DAF o rendimento esteve acima de 5000 Litros ha -1 (Figura 6). Esses são valores muito atrativos, principalmente se tratando de uma espécie que pode ser cultivada e colhida durante a entressafra da canade-açúcar, sendo então uma alternativa para otimizar o uso de máquinas, equipamentos e mão-de-obra na empresa rural por proporcionar prolongamento do funcionamento da unidade industrial,sendo também opção de rotação de culturas. Esses resultados corroboram com os obtidos por Zhao et al. (2009) que trabalhando com três épocas de corte das plantas após o florescimento e cinco cultivares de sorgo sacarino no ano 2007 obtiveram rendimentos entre 1281 e 5414 Litros ha -1 de álcool. Ratnavathi et al. (2010) testaram seis variedades híbridas de sorgo sacarino

6 Estimativa Álcool / ton colmos (Litros) como Keller, SSV 84, BJ 248, Wray, Madhura e NSSH 104 para a obtenção de etanol e os resultados apresentados foram inferiores aos obtidos no presente trabalho, com exceção da variedade SSV 84 (4500 Litros ha -1 ). Considerando que nossa última época analisada foi aos 44 DAF, pode-se inferir que a colheita da cultivar BRS 506 para obtenção de rendimento industrial satisfatório, pode iniciar aos 19 DAF e ir até os 44 DAF, caracterizando um período de utilização industrial (PUI) de 25 dias; assim, o PUI iniciaria na terceira semana após o florescimento indo até a primeira semana após a maturidade fisiológica. Os valores proporcionados pela cultivar BRS 506 em condições de clima semi árido são bastante promissores para a produção de etanol, principalmente se tratando de uma espécie que pode ser cultivada e colhida durante a entressafra da cana-de-açúcar. A produção de etanol proveniente da fermentação do caldo do sorgo sacarino é importante alternativa para otimizar o uso de máquinas, equipamentos e mão-de-obra na indústria sucro-alcooleira e pode proporcionar prolongamento do funcionamento da destilaria. Produção Estimada de Álcool Y= - 56, ,889 X - 0,125 X 2 ; R 2 = 96,52% 30 Pmax = 31,6 DAF Figura 5. Estimativa de produção de álcool por tonelada de colmos, obtida com sorgo sacarino (BR 506) em função da época de corte após o florescimento, considerando cinco densidades (60, 90, 120, 150 e 180 mil plantas ha -1 ). Janaúba, MG, 2010.

7 LITROS DE ÀLCOOL POR HECTARE Litros ha Y= , ,80 x - 10,309 x 2 ; R 2 = 70% P max = 27,9 DAF OBS Figura 6. Estimativa de produção de álcool por hectare, obtida com sorgo sacarino (BR 506) em função da época de corte após o florescimento, considerando cinco densidades (60, 90, 120, 150 e 180 mil plantas ha -1 ). Janaúba, MG, Conclusões A época de corte das plantas de sorgo sacarino influencia a concentração de sólidos solúveis (Brix), açúcares redutores, açúcares redutores totais, açúcares totais recuperáveis e produção estimada de álcool por tonelada de colmos e por hectare, características não afetadas pela densidade. A época de cortar colmos de sorgo sacarino que maximiza a produção de etanol é 32 DAF, com estimativa de produção de 3508 a 6636 litros ha -1 de álcool. O período de utilização industrial da cultivar BRS 506, nas condições deste trabalho, é de cerca de 25 dias, indo dos 19 aos 44 DAF O sorgo sacarino pode ser utilizado no período da entressafra da cana-de-açúcar e a sua exploração como matéria-prima complementar para a produção de etanol em micro-destilarias é uma alternativa bastante promissora. Agradecimentos Á FAPEMIG pelo apoio financeiro na cessão de bolsas BIPDT e PROBIC e participação no evento. Os autores agradecem à empresa SADA BIOENERGIA E AGRICULTURA LTDA, situada em Jaíba/MG, pela extração e caracterização do caldo do BRS 506. Bibliografia Antczak, M.S.; Kubiak, A.; Antczak, T.; Bielecki, S. Enzymatic biodiesel synthesiskey factors affecting efficiency of the process. Renewable Energy, v. 34, p , EST

8 Audilakshmi, S.; Mall A. K.; Swarnalatha, M.; Seetharama, N. Inheritance of sugar concentration in stalk (brix), sucrose content, stalk and juice yield in sorghum. Biomass and Bioenergy, v. 34, p , Borges, I. D. Marcha de Absorção de Nutrientes e Acúmulo de Matéria Seca em Milho. 2006, 168p, Tese (Fitotecnia) - UFLA, Universidade Federal de Lavras, Lavras, Ferreira, D. F. Análises estatísticas por meio do SISVAR (Sistema para Análise de Variância) para Windows 4.0. In: Reunião Anual Da Região Brasileira Da Sociedade Internacional De Biometria, Anais. São Carlos: UFSCar, p , Institution of Japan Energy (Ed.), In: Hua, Z. Z., Shi, Z. P. (Translator). Biomass International Energy Agency (IEA), World Energy Outlook, 1998 edition. Avaliable fron: Li, B. Z.; Balan, V.; Yuan, Y. J.; Dale, B. E. Process optimization to convert forage and sweet sorghum bagasse to ethanol based on ammonia fiber expansion (AFEX) pretreatment. Bioresource Technology, v. 101, p , Nelson, N. A fotometric adaptation of Smogy method for the determination og glucose. Jornal of Biologic Chemistry. V. 153, p , Ratnavathi, C V.; Suresh, K.; Vijay Kumar, B. S.; Pallavi, M.; Komala, V. V.; Seetharama, N. Study on genotypic variation for ethanol production from sweet sorghum juice. Biomass and Bioenergy, v. 34, p , Ribas, P. M. Importância econômica. Cultivo do Sorgo, Sete Lagoas: Embrapa Milho e Sorgo (Versão eletrônica), 4 ª ed, set Disponível em: Acesso 6 de março de Ribeiro Filho, N. M.; Alves, R. M.; Florêncio, I. M.; Florentino, E. R.; Dantas, J. P. Viabilidade de utilização do caldo do sorgo sacarino para a Produção de álcool carburante (etanol). Revista Brasileira de Produtos Agroindustriais, Campina Grande, Ribeiro, A. C.; Guimarães, P. T. G.; Alvarez, V. V. H. (Ed.). Recomendações para o uso de corretivos e fertilizantes em Minas Gerais 5 a aproximação. Viçosa, MG: Comissão de Fertilidade do Solo do Estado de Minas Gerais, 1999, 359 p. Schneider, F. (Ed.). Sugar analysis methods. Peterborough: ICUMSA, p. Souza, C. C.; et al. Produtividade do sorgo granífero cv. sacarino e qualidade de produtos formados isoladamente ou combinados ao caldo de cana-de-açúcar p. Teixeira, C. G.; Jardine, J. G.; Beisman, D. A. Utilização do sorgo sacarino como matéria-prima complementar à cana-de-açúcar para a obtenção de etanol em microdestilarias. Ciência e Tecnologia dos Alimentos, v. 17, p , Tsuchihashi, N.; Goto, Y. Cultivation of sweet sorghum (Sorghum bicolor (L.) Moench) and determination of its harvest time to make use as the raw material for fermentation, practiced during rainy season in dry land of Indonesia. Plant Production Science, n, 7, p , Zhao, Y. L.; Dolat, A.; Steinberger, Y.; Wang, X.; Osman, A.; Xie, G. H. Biomass yield and changes in chemical composition of sweet sorghum cultivars grown for biofuel. Field Crops Research, v. 111, p , 2009.