TRATAMENTO DO BIODIESEL DE ÓLEO DE PALMA POR ADSORÇÃO VISANDO À REMOÇÃO DOS CAROTENOIDES Adriane Rosário do LAGO¹, Brenda Fernanda Honorato de OLIVEIRA², Dra. Nádia Cristina Fernandes CORRÊA³, Dr. Luiz Ferreira de FRANÇA 4. Curso de Engenharia de Alimentos, Universidade Federal do Pará UFPA, Rua Correa Augusto Corrêa, 01, 66075-110, Belém, Pará, Brasil. 1 Programa de Pós-Graduação em Ciência e Tecnologia/ITEC, UFPA. adriane.lago@hotmail.com 2 Faculdade de Química Industrial/ICEN, UFPA. brenda-honorato2011@hotmail.com 3 Faculdade de Engenharia de Alimentos/ITEC, UFPA. nadiacorrea@ufpa.br 4 Faculdade de Engenharia de Alimentos/ITEC, UFPA. franca@ufpa.br RESUMO O biodiesel é uma alternativa para substituição de combustíveis fósseis que são bastante utilizados no consumo de energia mundial. O óleo de palma apresenta um bom potencial para a produção de biodiesel e se destaca dentre todas as oleaginosas devido a sua alta produtividade. O óleo de palma é rico em carotenóides, composto no qual é responsável pela coloração laranja da palma, este composto apresenta propriedades bioquímicas que despertam o interesse comercial na área alimentícia e farmacêutica. Uma técnica de aproveitamento desse composto é feita através da adsorção. Neste estudo foi feita a remoção dos carotenóides presentes no biodiesel de palma obtido por transesterificação, utilizando álcool metílico e hidróxido de sódio. A remoção desse composto foi a partir do processo de adsorção em batelada com o uso de alumina, carvão ativado e terra diatomácea como adsorventes. Foram realizados ensaios de adsorção avaliando os parâmetros de temperatura (30 e 50 ºC), agitação (velocidade 4 e 8), tipo e porcentagem de adsorvente (5 e 10%). O carvão ativado apresentou maior rendimento de adsorção em dois ensaios, removendo 36,12 e 37,93% de carotenos, enquanto que a alumina e terra diatomácea removeram respectivamente, 11,43 e 10,45% de carotenos. Não houve diferença significativa na quantidade de carotenos removida nos dois melhores ensaios utilizando carvão ativado, por tanto foi escolhido o ensaio com maior simplicidade do processo, no qual foi realizado com menor velocidade de agitação com 10% de adsorvente, velocidade de agitação 4 e temperatura de 50 C. PALAVRAS-CHAVE: adsorção, biodiesel de palma, carotenóides. 1 - INTRODUÇÃO A maior parte da energia consumida no mundo é derivada do petróleo, carvão e gás natural. No entanto, essas são fontes não renováveis e a tendência de esgotamento desencadeia a investigação e desenvolvimento em energia renovável alternativa (LIMA et al., 2007). O biodiesel é uma alternativa para substituição de combustíveis fósseis que são bastante utilizados no consumo de energia mundial. O biodiesel é um composto de mono-alquilésteres de ácidos graxos de cadeia longa, obtido usualmente a partir da reação de óleos vegetais e gorduras animais com um intermediário ativo (constituído de álcool e catalisador), processo este denominado transesterificação (KNOTHE, 2006). O óleo de palma apresenta um bom potencial para a produção de biodiesel e se destaca dentre todas as oleaginosas devido a sua alta produtividade (SILVA et al., 2011). Quando comparado a outros óleos vegetais, o óleo de palma apresentada maior estabilidade à oxidação, devido à presença de ácidos graxos saturados (ISSARIYAKU E DALA, 2014). O óleo de palma é rico em carotenóides, composto no qual é responsável pela coloração laranja da palma, este composto apresenta propriedades bioquímicas que despertam o interesse comercial na área alimentícia e farmacêutica (MUHAMMAD, KHAN e CHOONG, 2013). O Biodiesel de palma contém uma alta concentração de carotenóides. Portanto, é essencial desenvolver um método para recuperar este composto. Tem se estudado várias técnicas para aproveitamento dos carotenóides, dentre elas tem-se a adsorção. 156
A transesterificação do óleo de palma diminui algumas de suas propriedades físicas, tais como viscosidade e densidade, o que facilita o processo de adsorção de carotenóides. Neste estudo foi feita a remoção dos carotenóides presentes no biodiesel de palma obtido por transesterificação, utilizando álcool metílico e hidróxido de sódio. A remoção dos carotenóides foi realizada a partir do processo de adsorção em batelada, utilizando alumina, carvão ativado e terra diatomácea como adsorventes. 1.1 - OBJETIVOS Investigar condições operacionais para adsorção de carotenos presentes no biodiesel obtido do óleo de palma por via metanólica com catálise homogênea básica; Avaliar os efeitos da adsorção com carvão ativado, alumina e terra diatomácea sobre a eliminação do caroteno no biodiesel de óleo de palma. 2 - METODOLOGIA A obtenção do biodiesel foi feita através da reação de transesterificação utilizando catalisador básico homogêneo. As principais etapas envolvidas na obtenção do biodiesel podem ser ilustradas no fluxograma mostrado na Figura 1. MATÉRIA PRIMA PREPARAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA REAÇÃO DE TRANSESTERIFICAÇÃO SEPARAÇÃO DE FASES RECUPERAÇÃO DO ÁLCOOL FASE AQUOSA FASE ORGÂNICA PURIFICAÇÃO DOS ÉSTERES BIODIESEL Figura 1 - Etapas do processo de transesterificação (PARENTE,2003) 157
A reação de transesterificação foi realizada de acordo com os resultados obtidos através de cálculos estequiométricos, utilizou-se como reagente álcool metílico e como catalisador hidróxido de sódio na concentração de 1% m/m e razão molar óleo/metanol 1:9. A reação foi feita em reator encamisado com capacidade para 1000 ml de amostra, com banho termoestatizado a 50 ºC por 60 minutos em agitação constante. Foram realizados ensaios de adsorção de carotenóides do biodiesel de palma utilizando alumina, carvão ativado e terra diatomácea como adsorventes. Avaliou-se os parâmetros de temperatura (30 e 50 ºC), agitação (velocidade 4 e 8), tipo e porcentagem de adsorvente (5 e 10% em relação a massa de biodiesel). Os parâmetros avaliados no processo de adsorção estão representados na Tabela 1. Tabela 1- Parâmetros avaliados na adsorção de carotenóides do biodiesel de palma Ensaio Agitação Adsorvente Temperatura 1 4 5 % 50 C 2 4 10 % 50 C 3 4 5 % 30 C 4 4 10 % 30 C 5 8 5 % 50 C 6 8 10 % 50 C 7 8 5 % 30 C 8 8 10 % 30 C A adsorção foi feita em reator encamisado acoplado a um banho termoestatizado com agitador magnético. O adsorvente foi adicionado ao biodiesel após o mesmo atingir uma temperatura constante, depois a mistura foi agitada durante 30 minutos, sob temperatura e agitação constante. Em cada experimento foi utilizado cerca de 20 g de biodiesel. Após o processo de adsorção a mistura foi filtrada a vácuo e no biodiesel foi feita a análise de carotenóides totais com o intuito de verificar o rendimento da adsorção de carotenóides de cada material adsorvente. A análise de carotenoides totais foi realizada de acordo com o método de França e Meireles (2000), em que a quantificação foi realizada em espectrofotômetro (Thermo Scientific, modelo Genesys 10-S). Dilui-se em torno de 0,04 g de amostra em solução hexano/acetona (7:3). A leitura foi realizada em comprimento de onda de 450 nm. Foi realizada ainda análise de variância (ANOVA), ao nível de significância de 5% e teste de Tukey para comparação entre as médias dos resultados de rendimento de adsorção de carotenoides para cada material utilizado como adsorvente. 3 - RESULTADOS E DISCUSSÃO Os valores de rendimento da adsorção obtidos a partir dos ensaios de adsorção de carotenóides no biodiesel de palma estão apresentados na Tabela 2. Ao analisar os resultados obtidos observa-se que na maioria dos ensaios realizados o carvão ativado apresentou maior rendimento da adsorção de carotenóides, com exceção dos ensaios 3 e 7. O carvão ativado não apresentou diferença estatística significativa com a alumina no ensaio 3 e com 158
a alumina e a terra diatomácea no ensaio 7. Nesses ensaios foram utilizados menor quantidade de adsorvente e menor temperatura, o que deve ter interferido na adsorção do caroteno. Schneider (2008), afirma que o aumento da temperatura da solução aumenta a mobilidade das moléculas, o que facilita a difusão do adsorvato no adsorvente. A alumina apesar de apresentar elevada área superficial específica devido à remoção das hidroxilas sob forma de moléculas de água, durante a sua produção via calcinação, a mesma é hidrofílica e polar o que justifica a baixo desempenho na adsorção de carotenos. O carvão ativado apresentou maior rendimento da adsorção nos ensaios 2 e 6, removendo 36,12 e 37,93% de carotenoides contidos no biodiesel de palma respectivamente, enquanto que a adsorção máxima da alumina e terra diatomácea foi, respectivamente, 11,43 e 10,45% nos ensaios 1 e 4. Os resultados obtidos neste estudo foram distintos aos de Baharin et al., (1998) que estudou a separação do caroteno de palma por polímero sintético como adsorvente, no qual conseguiu adsorver cerca de 16 a 52 % de caroteno. Isso pode ser justificado pela diferença das metodologias utilizadas nos estudos, pois no presente trabalho foi feito adsorção em batelada e no estudo de Baharin et al., (1998) a separação do caroteno foi feita por cromatografia de adsorção. Não houve diferença significativa na quantidade de carotenóides removida nos dois melhores ensaios utilizando carvão ativado, por tanto foi escolhido o ensaio com maior simplicidade do processo, no qual foi realizado com menor velocidade de agitação com 10% de adsorvente, velocidade de agitação 4 e temperatura de 50 C. Tabela 2 - Rendimento da adsorção dos carotenóides do biodiesel de palma por carvão ativado, alumina ativa e terra diatomácea como adsorventes Ensaio Carvão Ativado (%) Alumina (%) Terra diatomácea (%) 1 17,19 Aa 11,43 Ab 8,33 ACb 2 36,12 DEa 7,42 Ab 4,55 Abc 3 12,18 Aa 8,40 Aab 5,22 ABb 4 31,86 CDa 5,92 Ab 10,45 Cb 5 23,56 Ba 9,47 Ab 5,17 ABb 6 37,93 Ea 6,06 Ab 3,74 Bb 7 13,46 Aa 7,83 Aa 6,05 Aba 8 26,56 BCa 4,46 Ab 7,90 ACc Letras minúsculas e iguais na mesma linha e letras maiúsculas e iguais na mesma coluna, não apresentam diferença significativa pelo teste de Tukey em nível de 5% de significância (α=0,05). 4 - CONCLUSÃO Os ensaios de adsorção de carotenóides no biodiesel de palma mostraram que o carvão ativado apresentou melhor desempenho de rendimento da adsorção em relação à alumina e terra diatomácea. O parâmetro velocidade não apresentou influência nos valores de rendimento da adsorção de carotenóides nos ensaios que apresentaram melhores resultados utilizando carvão ativado. O uso do carvão ativado mostrou um desempenho satisfatório e eficiente na remoção de carotenóides presentes no biodiesel de palma. 159
5 - REFERÊNCIAS BAHARIN, B. S.; RAHMAN, K. A.; KARIN, M. I. A.; OYAIZU, T.; TANAKA, K.; TAKAGI, S. Separation of palm carotene from crude palm oil by adsorption chromatography with a synthetic polymer adsorbent. JAOCS, Vol. 75, no. 3, 1998. FRANÇA, L. F. ; MEIRELES, M. A. A. Modeling the Extraction of Carotene and Lipids from Pressed Palm Oil (Elaes guineensis) Fibers using Supercritical CO2. The Journal of Supercritical Fluids, EUA, v. 18, p. 35-37, 2000. ISSARIYAKUL, T.; DALAI, A. K.; Biodiesel from vegetable oils. Renewable and Sustainable Energy Reviews Vol. 31, p.446 471, 2014. KNOTHE, G. Manual de Biodiesel. 1ª Ed. São Paulo: Editora Blucher, 2006. LIMA, J.R.O. ; SILVA, R.B. ; SILVA, C.C.M. ; SANTOS, L.S.S. ; SANTOS, J.R.S. JR. ; MOURA, E.M. ; MOURA,C.V.R. Biodiesel de babaçu (Orbignya sp.) obtido por via etanólica. Quim. Nova, Vol. 30, No. 3, 600-603, 2007. MUHAMMAD, M; KHAN, M. A.; CHOONG, T. S. Y. Adsorptive separation studies of ββcarotene from methyl ester using mesoporous carbon coated monolith. Journal of Chemistry. Volume 2013. PARENTE, E.J., Biodiesel: uma aventura tecnológica num país engraçado. Fortaleza, TECBIO, 1-66, 2003. SCHNEIDER, E. L. Adsorção de compostos fenólicos sobre carvão ativado. Dissertação em Engenharia Química. Universidade Estadual do Oeste do Paraná, Toledo. 93 p. 2008. SILVA, G.S.; INOUE, D.Y.; DORS, G.; FURIGO, A.; CASTRO, H.F.; Otimização da síntese enzimática de biodiesel. Acta Scientiarum. Technology. Maringá, v. 33, n. 2, p. 197-203, 2011. 160