Obtenção de etanol a partir de sobras de alimentos amiláceos.

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1 Obtenção de etanol a partir de sobras de alimentos amiláceos. Tamires Barlati Vieira da Silva [Voluntário] 1, Regiane da Sila Gonzalez [orientador] 2, Manuel Plata Oviedo [Colaborador] ³ Éder Correa Filho[Bolsista] 4 1 Coordenação do curso de Engenharia de Alimentos. 2 Coordenação do curso de Química 3 Coordenação do curso de Engenharia de Alimentos 4 Coordenação de Informática. Campus Campo Mourão Universidade Tecnológica Federal do Paraná - UTFPR BR km 0, Caixa Postal: Campo Mourão - PR Brasil tamires_barlati@hotmail.com, { regiane,}@utfpr.edu.br, maopaov@utfpr.edu.br, eder.sdz@gmail.com Resumo Normalmente as sobras de alimentos não possuem um fim útil. No entanto, as sobras de feijão e arroz ricas em amido podem ser usadas para da obtenção de etanol. A hidrólise feita com sabão em pó enzimático, alfa e gluco amilase e a fermentação do feijão e do arroz conduziram a obtenção de mostos contendo, respectivamente, 1 e 4,88% (v/v) de etanol. maltotriose. O álcool obtido neste processo pode posteriormente ser utilizado domesticamente, para exterminação microbiana ou combustível. Além disso, a massa restante do processo de fermentação após a extração do álcool pode ser utilizada como adubo orgânico. Palavras-chave: Amilases; Destilação; Etanol; Restos de Alimentos. Abstract - The waste of food does not always have a useful purpose. However, the remains of beans and rice starchy can be used for the production of ethanol. Fermentation of enzymatic hydrolyzates of beans and rice resulted in obtaining musts containing respectively 4.88 and 1% (v / v) ethanol. Keywords: Amylases, distillation, Ethanol, Food residues. INTRODUÇÃO O etanol ou álcool etílico é o álcool comum, de extenso uso doméstico, obtidos através da hidratação do etileno e através da fermentação de açúcares ou cereais [1]. De acordo com o Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas [2], o etanol (C 2 H 5 OH), também chamado de álcool etílico, é uma substância obtida da fermentação de açúcares, comumente presente em bebidas alcoólicas como cerveja, vinho e aguardente, bem como na perfumaria. No Brasil, tal substância é também muito utilizada como combustível de motores de explosão, constituindo assim um mercado em ascensão para o etanol obtido de maneira renovável, e o estabelecimento de uma indústria de química de base, sustentada na utilização de biomassa de origem agrícola e renovável. Na fermentação dos açúcares usualmente adiciona-se ao mosto levedura ou fermento. O fermento contém enzimas que promovem uma série de reações

2 para a conversão dos açúcares (sacarose, glicose, frutose, maltose, maltotriose) em etanol e CO 2 [3]. Os carboidratos complexos como o amido não são substratos da fermentação alcoólica. Para o obtenção de etanol a partir do amido é necessário que ocorra a transformação desse polímero em açúcares mais simples como glicose, maltose ou maltotriose. Essa transformação é feita com amilases, que são enzimas que catalisam a hidrólise das ligações α-(1 4) e/ou α (1 6) de polissacarídeos, como glicogênio, amido ou seus produtos de degradação [4]. As amilases mais usadas na hidrólise do amido são a α-amilase que transforma o amido em dextrinas (95%) e açúcares simples (5%) e a glucoamilase que hidrolisa o amido até glicose [5]. As sobras de alimentos amiláceos podem servir para a obtenção de etanol e os resíduos sólidos finais do processo fermentativo podem ser utilizados para compostagem. A compostagem é um processo que pode ser utilizado para transformar diferentes tipos de resíduos orgânicos em adubo, quando adicionado ao solo, melhorando suas características físicas, físico-químicas e biológicas. Essa técnica é desenvolvida com a finalidade de acelerar a estabilização, também conhecida como humificação, da matéria orgânica [6]. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o uso dos resíduos alimentares, arroz e feijão, como subtratos para produção etanol. METODOLOGIA Foram utilizados no experimento, fermento biológico de panificação, alfa-amilase termoestável, glucoamilase, sabão em pó enzimático, sobras de feijão e arroz cozidos. Amostras de 300 gramas de arroz ou feijão foram misturado com um litro de água e triturados em liquidificador por 5 minutos. Em seguida adicionou-se 0,5 gramas de sabão em pó em cada uma das amostras, as quais foram mantidas por 5 horas a 60ºC sob agitação. Ocorrendo neste processo a hidrólise enzimática da gordura e amido das sobras de alimentos, desencadeado pelas enzimas presentes no sabão. A seguir foram adicionados 0,2 ml de - amilase termoestável, o ph foi ajustado para 6,5, sendo a mistura levada para o banho de água por 1 hora sem agitação onde a temperatura variou de 95ºC a 100ºC. Em seguida o ph da solução foi ajustado para aproximadamente 4,5, através da adição de ácido clorídrico 1 mol.l - 1. Em seguida, foi adicionada à mistura 0,3 ml de glucoamilase, sendo mistura incubada a 60ºC no banho com agitação. Após 24 horas de agitação foram separadas as amostras (arroz e feijão) em duas partes. Uma parte foi mantida por mais 24 horas no banho com agitação à 60ºC (amostra 2), e à outra foi iniciado o processo de fermentação (amostra 1). Após a amostra 2 ter completado as 48 h em agitação, ela também foi para o processo de fermentação. As amostras foram dividas em duas partes para avaliação da redução da quantidade de sólidos solúveis presentes com maior tempo de hidrólise. Após o processo de hidrólise, a solução foi resfriada à temperatura ambiente, sendo em seguida adicionado 3 gramas de fermento biológico em cada uma das amostras. As amostras então foram colocadas a fermentar em estufa a 30ºC por 24ºC. Imediatamente após a adição do fermento, foi medida a quantidade de sólidos solúveis presentes nas amostras, utilizando-se um refratômetro. Após a estabilização da queda dos teores de sólidos solúveis estáveis, indicativo que a reação de fermentação não irá produzir mais álcool, separou-se 100 ml de cada solução para destilação. Após a destilação de 90 ml, a fração de destilado foi completada com agua até atingir novamente 100 ml. Parte deste volume então foi analisada por crioscopia, sendo necessário para isto diluir as amostras em água nas proporções de ¼ para arroz e ½ para feijão. O teor de álcool foi determinado relacionando o ponto de congelamento da solução alcoólica com o

3 ponto de congelamento da água pura, utilizando uma curva de calibração construída a partir da determinação do ponto de congelamento para varias soluções aquosas de álcool, de concentrações conhecida. RESULTADOS E DISCUSSÃO Imediatamente após a adição do fermento, início da fermentação foi determinado, utilizando um refratômetro, foi medida a quantidade de sólidos solúveis presentes nas amostras em 13 Brix. A maneira que foi utilizada para se obter um valor aproximado do teor de etanol (%v/v) foi a medição o teor de sólidos solúvel (Brix) no inicio, durante e final da fermentação. Os dados obtidos foram organizados em um gráfico representando o teor de sólido solúvel em função do tempo, conforme Figura 1. Fig. 1. Teor de sólido solúvel em função do tempo de fermentação. Curva verde- amostra de arroz 2, curva azul- amostra de arroz, 1curva roxa amostra de feijão 2 e curva vermelha amostra de feijão 1. Durante a fermentação, o açúcar, que é um sólido solúvel, se transforma em álcool, diminuindo assim a quantidade de sólidos solúveis. Neste caso, uma vez que houve a redução do teor de sólido solúvel pode-se atribuir que o processo de fermentação foi efetivo. Além disso, pode-se dizer o processo de hidrólise, decorrente da adição de sabão, alfa e gluco amilase, foi efetivo para a conversão de amido em açúcares, os quais darão origem ao álcool por fermentação. Após o processo de fermentação, as amostras foram filtradas e destiladas, sendo o destilado analisado por crioscopia. Para determinação do teor alcoólico por crioscopia, procedeu-se então a diluição do destilado. A análise foi feita em duplicata, e os valores de abaixamento crioscópio obtidos foram utilizados para determinação do teor alcoólico utilizando-se uma curva de calibração (Figura 3).

4 Fig. 2 Curva de calibração crioscópica Através da tabela 1 pode-se analisar o abaixamento crioscópio, a relação de diluição da amostra e teor alcoólico para as diferentes amostras de arroz e feijão após fermentação, sendo as análises realizadas em duplicata. Com base nos resultados expressos na tabela podemos ver que o aumento do tempo em que a s amostras ficam sob a ação das enzimas de 24 para 48 horas e após 15 dias (amostras 1 de feijão e arroz) proporcionou um pequeno aumento da produção de álcool para as amostras, sendo este aumento mais significativo para as amostras de feijão. Entretanto como são necessários mais 24 horas de processo de hidrólise pode-se dizer que o aumento do tempo de hidrólise acarretará em custos para a obtenção de álcool, uma vez trata-se do aproveitamento de sobras de alimentos e, tem-se como objetivo a economia e a redução de resíduos. Já as amostras 2 após 15 dias, o arroz resultou em ácido, onde foi titulado com NaOH, com odor característico de vinagre (ácido acético) e o feijão apenas proliferou bactérias. Tabela 1. Abaixamento crioscópio, relação de diluição da amostra e teor alcoólico para as diferentes amostras de arroz e feijão após fermentação. Amostra t FD** % ETOH (v/v) Arroz 2 0, ,88 Arroz 2 0, ,87 Feijão 2 0, ,34 Feijão 2 0, ,28 Arroz 1 0, ,71 Arroz 1 0, ,71 Feijão 1 0, ,09 Feijão 1 0, ,10 Arroz 1-15 dias 0, ,06 Arroz 1-15 dias 0, ,13 Feijão 1-15 dias 0, ,16 Feijão 1-15 dias 0, ,16

5 CONCLUSÕES Através deste, concluímos que a obtenção de álcool através de sobras de alimentos é benéfica, pois reutilizamos as sobras de alimentos que muitas vezes vão para o lixo, transformando-os em álcool e em adubo orgânico, onde os dois proporcionam várias utilidades. Após 48 horas de processo de fermentação e após a transformação de polímeros amiláceos do feijão e arroz em açúcares mais simples como glicose, maltose ou maltotriose, pode-se obter soluções contendo entre 1 e 4,8% em volume de etanol, respectivamente, ao passo que a indústria obtém 9,5% de álcool, com o mesmo tempo de fermentação porém, utilizando matéria prima otimizada para a produção de etanol. REFERÊNCIAS [1] FELTRE, RICARDO, Química. 6ª ed. São Paulo: Editora Moderna, p. [2] SEBRAE. Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas Unidade de Apoio. Disponível em: < >. Acesso em: 18 jul [3] RETONDO, C.G, FARIA, P. Química das sensações. Ed. especial. Campinas: Editora Átomo, p. [4] MERCK & CO, The Merck Index, 13ª ed., INC: Whitehouse Station, NJ, [5] MACEDO, G.A.; PASTORE G.M.; SATO, H.H. Bioquímica experimental de alimentos. São Paulo: Varela, p. [6] OLIVEIRA, M. A.; NETO, T C.M; AQUINO, M. A; Compostagem Caseira de Lixo Orgânico Doméstico Circular Técnica, EMBRAPA, Cruz das Almas, dez [7] Disponível em: < Acesso em: 28 jul [8] Disponível em: < Acesso em: 18 jul [9] COLEMAN, M.; GRAF, J.; PAINTER, P. Specific interactions and the miscibility of polymer blends. 1st. ed. CRC Press, [10] VAN EKENSTEIN, G.; DEURING, H.; TEN BRINKE, G.; ELLIS, T. Blends of caprolactam/caprolactone copolymers and chlorinated polymers. Polymer, Oxford, v. 38, p , [11] NRIAGU, J. Advances in environmental science and technology. New York: John Wiley, v. 20 Cap. Historical Perspectives, p