INFLUÊNCIA NA VARIAÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE HIDRÓXIDO DE SÓDIO NA QUALIDADE DE POLPA CELULOSICA DE BAGAÇO DE MALTE Jéssica A. A. Alves* (PG) 1, Diego P. R. Ascheri (PQ) 2, Verônica S. Machado (PG) 3, Patricio J. R. Barros (PG) 4. 1 Mestranda em Engenharia Agrícola, UEG/CCET/Anápolis-GO, j.engenheira@hotmail.com 2 Engenheiro de Alimentos, Prof. Pós-Doutor, UEG/CCET/Anápolis-GO 3 Mestranda em Engenharia Agrícola, UEG/CCET/Anápolis-GO; 4 Mestrando em Engenharia Agrícola, UEG/CCET/Anápolis-GO; RESUMO:O bagaço de malte é o principal resíduo sólido gerado no processo cervejeiro, com uma produção mundial anual aproximadamente de 34 milhões de toneladas de bagaço úmido. Contudo, o bagaço de malte, ainda é pouco aproveitado, sendo parte empregada como ração animal e o restante descartado. Assim é necessário buscar novas formas economicamente viáveis de reutilizar esse resíduo, como uso na fabricação de polpa celulósica. O objetivo deste trabalho foi variar a concentração de NaOH 0,75 a 1,5% no processo de polpação e verificar a influência na qualidade da polpa e a importância da composição química do bagaço de malte. Foram determinados teores de lipídios, holoceluloce, proteína bruta e cinzas e os dados apresentados em tabela com média e desvio padrão. As polpas obtidas, foram avaliadas através do número de kappa e submetidos à regressão linear (P<0,05) utilizando Origin 8.0.. Foi concluído que a influência na concentração de NaOH na qualidade da polpa e a melhor polpa obtida com NaOH 1%. Os resultados mostraram que o bagaço de malte tem 51,09% holocelulose,10,33% lipídios,25,19% proteína bruta e 4,52 % de cinzas esses valores foram similares a outros autores. PALAVRAS CHAVE: resíduos lignocelulósicos. celulose. agroindústria. Introdução O principal resíduo da indústria cervejeira é bagaço de malte que, segundo Townsley (1979), este processo gera entre 15 e 20 kg de bagaço de malte a cada 100 litros de cerveja produzida, o que resulta em uma produção mundial anual de mais de 8,5 milhões de bagaço seco (MUSSATTO et al., 2006). O bagaço de malte é rico em celulose, hemicelulose e lignina, entre outros compostos que, principalmente, a celulose é pouco aproveitada, no entanto, novos trabalhos vêm surgindo nos últimos anos para aproveitamento desta celulose, que constitui aproximadamente 22% do bagaço seco (SANTOS et al.,2015). Mussanto et al. (2006), obtiveram polpa celulósica visando a aplicação na indústria de papel e Santos et al. (2015), utilizaram para a obtenção de derivados de celulose, a carboximetilcelulose, ambos utilizando o tratamento alcalino (hidróxido de sódio). Como qualquer outro produto de origem vegetal o bagaço de malte sofre grande variação em sua composição química de acordo com a variedade da cevada, o tempo de colheita, condições de climáticas durante a safra e região de cultivo, condições de maltagem e mosturação durante o processamento da cerveja, assim
como também as dificuldades das metodologias para caracterização deste material (SANTOS et al.,2015). Existe vários tipos de processo de polpação os mais conhecidos são: Kraft, polpação soda, soda/antraquinona e sulfito (BAJPAI, 2005; TOWNSLEY,1979), sendo o processo mais utilizado o método Kraft, contudo para resíduos lignocelulósicos e fontes não convencionais de celulose, o tratamento alcalino e o mais empregado (BAJPAI, 2005; SANTOS et al.,2015). O tratamento alcalino consiste no cozimento da matéria prima com solução hidróxido de sódio (NaOH) como agente químico que causa uma série de reações de clivagem das ligações tipo éter entre as unidades de fenilpropano, as quais promovem a dissolução da lignina (GONÇALVES et al.,1997). Sun e Cheng (2002) observaram que o tratamento de materiais lignocelulósicos com NaOH diluído promove um inchamento do material, aumentando sua área superficial interna e diminuindo seu grau de polimerização e cristalinidade. Este tratamento promove ainda a separação das estruturas da lignina e dos carboidratos, sendo que a estrutura da lignina, além de separada é também rompida e solubilizada, restando uma polpa rica em celulose como material sólido residual. Silva et al. (1990) estudando o tratamento alcalino no bagaço de cana-deaçúcar vario a concentração de NaOH de 0,25 a 1% e tempo de reação de 5 a 120 minutos, obtiveram melhores condições com NaOH 1% a 120 minutos. Já Mussatto (2006) com bagaço de malte variou a concentração de NaOH de 1,0 a 2% e tempo de reação de 30 a 90 minutos, obteve seus melhores resultados com NaOH 2% a 90 minutos. Sendo que a concentração de hidróxido de sódio é o fator que mais influência na dissolução da lignina, estudos de condições ótimas de concentração de NaOH devem ser estudados (FENGEL et al.,1989). O objetivo deste trabalho foi variar a concentração de hidróxido de sódio no processo de polpação e verificar a influência na qualidade da polpa celulósica do bagaço de malte e a importância da composição química do mesmo para o uso deste resíduo. Material e Métodos O experimento foi conduzido dos laboratórios da UEG Câmpus Anápolis de Ciências Exatas e Tecnológicas - Henrique Santillo da Universidade Estadual de Goiás (Anápolis-GO). O bagaço de malte foi fornecido pela empresa de tratamentos de resíduos JM resíduos localizado na BR-060, com latitude 16 30ʹ13ʺS e longitude
48 8ʹ41ʺW.O excesso de água foi retirado por prensagem usando uma prensa hidráulica a 10.000 kgf.m -2. O material prensado foi seco em estufa com circulação de ar forçado a 105 C até aproximadamente 5% de umidade em base seca. E em seguida moído em macro moinho de rotor circular com facas móveis e fixas com abertura de malha de 1 mm e depois peneirado em peneira de 1mm até obter tamanhos com granulometria 1mm. Do bagaço de malte foram determinados os teores cinzas totais, lipídios teor de proteína bruta, segundo as técnicas descritas na AOAC (2012) e o teor de holocelulose (BROWING, 1963). Todas as determinações foram realizadas três repetições para cada amostra e os dados apresentado em tabela com coeficientes de variação e os desvios padrão. O processo de polpação foi realizado conforme metodologia proposta por Mussatto et al. (2006), com modificações. Inicialmente o BM foi seco e moído e submetido a tratamento alcalino empregando concentrações variadas de solução de NaOH que foram 0,75, 1, 1,25 e 1,5%, mantendo uma relação líquido/sólido de 20/1 (v/g), durante 2 h a 90 C sob agitação magnética. O licor obtido foi resfriado em banho de gelo, separado por filtração a vácuo e a polpa celulósica foi lavada com água até ph neutro e seca em estufa com recirculação de ar forçado a 50 ± 3ºC por 12h. O procedimento de polpação foi realizado com três repetições para verificar a repetitividade dos dados. E a qualidade do processo de polpação foi medida através do número de kappa, que expressa a quantidade de lignina residual presente na polpa, medição que quanto menor melhor. O número kappa das polpas determinado conforme metodologia T 236 om-06 (TAPPI, 2006). Os dados número de kappa, foram submetidos à regressão linear (P<0,05) utilizando Origin 8.0. Resultados e Discussão A composição química do bagaço de malte realizada neste trabalho está apresentada na Tabela 1, considerando que a composição química varia de acordo com a variedade de cevada, o tempo da colheita, as condições de maltagem e mosturação e tipos de adjuntos adicionados no processo cervejeiro, os valores encontrados para os componentes estão de acordo com os reportados na literatura (MENESES et al.,2013; CORDEIRO et al.,2012). O bagaço de malte apresentou elevado teor de água, sendo desta forma favorável ao acréscimo microbiano e rápida deterioração. Porém apresentou teores de cinzas, proteínas e lipídios similar a outros resíduos (CORDEIRO et al.,2012). A
metodologia utilizada para a determinação da composição química do material é de extrema importância em estudos de valorização de resíduos. Tabela 1- Composição química do bagaço de malte Componentes Média ± desvio Coeficiente de variação (%) Cinzas Holocelulose Lipídios Proteína Bruta 4,52 ± 0,085 51,09 ± 3,35 10,33± 0,39 25,19±0,31 1,91 6,56 3,86 1,22 *Porcentagem em base seca; Figura 1- Gráfico da influência da concentração de NaOH(%) no número de Kappa. Ao variar as concentrações de NaOH, a concentração NaOH 0,75% obteve o número de Kappa maior (Figura 1), assim uma pouca com baixa qualidade da polpa celulósica, por que não consegue fazer o desprendimento da lignina do material, valores mais altos como NaOH 1,5% são efetivos por conseguirem desprender a lignina da estrutura da celulose (GONÇALVES et al.,1997). Considerações Finais A influência da concentração de NaOH na qualidade da polpa celulósica e o uso de NaOH 1%, apresentou o melhor resultado. E importante conhecer os valores da composição química do mesmo para adequar o uso e a comercialização.
Agradecimentos Agradecimentos a CAPES pelo apoio financeiro e a concessão da bolsa. E a JM resíduos pelo apoio fornecendo o bagaço de malte para está pesquisa. Referências ASSOCIATION OF OFFICIAL ANALYTICAL CHEMISTS. Official methods of analysis. 19th Edition, Washington: AOAC, 2012. BAJPAI, P. Chapter -General backgrounds BT - Environmentally Benign Approaches for Pulp Bleaching. Amsterdam: Elsevier, 2005. p. 7 21. BROWING, B.L. The Chemistry of Wood. New York: Interscience Publisher,1963. p.574. CORDEIRO, L.G.; EL-AOUAR, Â.A.; GUSMÃO,R. P. Caracterização do bagaço de malte oriundo de cervejarias. Revista Verde, Mossoró, v. 7, n. 3, p. 20-22, 2012. FENGEL, D.; WEGENER, G. Wood Chemistry, Ultrastructure, Reactions. Berlin: Walter de Gruyter, 1989. 613 p. GONÇALVES, A.R.; SCHUCHARDT, U.F.; CORRÊA, J.L.G. Obtenção de insumos químicos e farmacêuticos através da hidrólise alcalina de ligninas obtidas de diversas fontes. In: CYTED - Programa Iberoamericano de Ciencia y Tecnologia para el Desarrollo. 1997. p.177-183. MENESES, N.G. T.;MARTINS, S.;TEIXEIRA, J.A.; MUSSATTO,S.I. Influence of extraction solvent on the recovery of antioxidante phenolic compounds from brewer s spent grains. Separation and Purification Technology, v.108, p.152, 2013. MUSSATTO, S. I.; DRAGONE, G.; ROCHA, G. J. M.; ROBERTO, I. C. Optimum operating conditions for brewer s spent grain soda pulping. Carbohydrate Polymers, Coimbra, v. 64, n. 1, p. 22 28, 2006. SANTOS, D. M.; BUKZEM, A. L.; ASCHERI, D. P. R.; SIGNINI, R.; AQUINO, J. L. B. Microwave-assisted carboxymethylation of cellulose extracted frombrewer s spent grain. Carbohydrate Polymers, v. 131, p. 125 133, 2015. SILVA, F.T.; ROCHA, G.J.M.; MOURA, R.M.B. Separation and integral use of sugar cane bagasse. 5 ed. Lisboa. London: Elsevier Applied Science, 1990. p.999-1004. SUN, Y.; CHENG, J. Hydrolysis of lignocellulosic materials for ethanol production: A review. Bioresource Technology, v.83, p.1 11, 2002. TAPPI Technical Association of the Pulp and Paper Industry. Standard Methods.T 236 om-06 - Tappi Test Methods, 2006.
TOWNSLEY, P. M. Preparation of comercial products from brewer s waste grain and trub. MBAA Technical Quaterly, v. 16, p. 130-134, 1979.