Fibra de palma prensada

A fibra de palma prensada é um subproduto da indústria de extração de óleo de palma obtida a partir do dendezeiro (Elaeis guineenses), de climas tropicais úmidos. A fibra consiste em uma mistura do mesocarpo e casca vazia das sementes moídas (Figura 1.1).

No Brasil, o dendezeiro é cultivado principalmente no estado da Bahia e na região amazônica, sendo o estado do Pará responsável por 80% da produção nacional.

Os frutos do dendezeiro produzem 2 tipos de óleo: óleo de palma, obtido da parte externa do fruto, e o óleo de palmiste, obtido da semente com rendimentos de até 22% e 3,5%, respectivamente, do peso total do cacho do fruto. Este óleo ou azeite de dendê é usado como matéria-prima para a indústria alimentícia (Brazilio et al., 2012). O óleo de palma bruto presenta cor laranja devido à presença de carotenoides. A concentração é aproximadamente entre 500 e 700 g/g de carotenoides (80% - e -caroteno) fornecendo ao redor de 80.000 U.I. (unidade internacional) de vitamina A/100 g de óleo

(Choo et al., 1996). No entanto, a indústria de alimentos requer a eliminação destes carotenoides para produção de óleo de palma mais claro e refinado.

.(a) (b)

Figura 1.1. (a) Dendezeiro (Elaeis guineenses) e (b) Lote 2 de fibra de palma prensada recebida em 2012 da empresa Agropalma. Fonte: Agropalma, 2013.

Na Figura 1.2 é apresentado um fluxograma do processamento de óleo de palma fornecido pela empresa Agropalma S.A. (2010). Neste processo, os cachos de frutos frescos são retirados e transportados em caixas de metal e são introduzidos em esterilizadores horizontais, onde são cozidos a vapor direto (2,5 – 3 kg/cm2_{) por 90 min,}

propiciando a inativação de enzimas e a separação das nozes da polpa e coagulação de proteínas. Posteriormente, os frutos são colocados dentro de um debulhador, onde o fruto aderido é solto do cacho, e enviados ao digestor. Nesta etapa, as células oleosas são quebradas por aquecimento com vapor e braços agitadores, na temperatura de 90 a 100°C. Após esta operação, o material é prensado obtendo-se uma fase oleosa, uma fase aquosa e uma torta que contém as fibras dos frutos e nozes. Na sequência, estas fases são separadas por decantação e centrifugação e as fibras são separadas das nozes por meio de um cilindro polidor para sua posterior prensagem e obtenção de óleo de palmiste. A fibra de palma prensada obtida após esta etapa contém aproximadamente 7% de óleo e foi utilizada no desenvolvimento do projeto desta tese (Agropalma, 2010).

Figura 1.2. Fluxograma geral do processo de obtenção de óleo de palma. Fonte: Agropalma, 2010.

Segundo Choo et al. (1996), o óleo residual obtido a partir da fibra de palma contem quantidades significantes de carotenoides (4.000 - 6.000 g/g), vitamina E (2.400 - 3.500 g/g) e esterois (4.500 - 8.500 g/g). A Tabela 1.1 apresenta as porcentagens e a estrutura química dos componentes de carotenoides no óleo de palma bruto e no óleo obtido a partir da fibra de palma, onde - e -caroteno constituem aproximadamente 50% dos carotenoides totais presentes, com pequenas quantidades de fitoeno, licopeno, - caroteno e -caroteno. O óleo residual pode ser recuperado utilizando diferentes técnicas

Plantação

Colheita

Extração

Refino e fracionamento

Fibra de palma prensada

Biodiesel Frutos

Óleo bruto

Ácido graxo Diesel de

palma

Óleos refinados, oleínas, estearinas e gorduras a granel

Margarinas, creme vegetal, gorduras plastificadas em tambores Unidade de acondicionamento de

de extração convencionais tais como extração com solventes orgânicos, extração com fluidos pressurizados, entre outros.

Tabela 1.1. Composição e estrutura química dos carotenoides presentes no óleo de palma bruto e óleo residual da fibra de palma prensada.

Composto Estrutura química Óleo de

palma bruto (%) Óleo de fibra de palma (%) -caroteno 56,02 30,95 -caroteno 35,06 19,45 Licopeno 1,30 14,13 Fitoeno 1,27 11,87 -caroteno 0,69 7,56 -caroteno 0,83 6,94

Fonte: Choo et al., 1996

Além do óleo residual, a fibra de palma possui outros componentes, tais como polissacarídeos (celulose e hemicelulose), lignina, proteína e cinzas, os quais formam uma matriz vegetal muito complexa (Garrote et al., 1999; Wanrosli et al., 2007). A Tabela 1.2 mostra a composição química da fibra de palma prensada doada pela empresa Agropalma em 2012 e utilizada nos experimentos deste projeto de tese – Lote 1 (Cardenas-Toro et al, 2014). A celulose e hemicelulose (carboidratos) constituem 49% da fibra de palma e podem ser convertidos em monossacarídeos e oligossacarídeos por meio de técnicas de hidrólises convencionais (hidrólise ácida ou hidrólise enzimática), e por as tecnologias a altas pressões (hidrólise subcrítica e supercrítica).

Tabela 1.2. Composição química da fibra de palma prensada doada pela empresa Agropalma – Lote 1.

Composição % base seca

Extrativos Extrativos em água 6,4 ± 0,4 Extrativos em etanol 3,7 ± 0,2 Proteína 6,3 ± 0,1 Cinza 3,1 ± 0,1 Lignina Lignina insolúvel 30,8 ± 2,1 Lignina solúvel 1,1 ± 0,1 Carboidratos 48,6

Fonte: Cardenas-Toro et al., 2014

A Figura 1.3 apresenta um esquema dos principais componentes da biomassa vegetal indicando a sua distribuição relativa dentro da parede celular (Rubin, 2008).

A celulose é um polímero de glicose que consta de cadeias lineares de unidades β-(1,4)-D-glucopiranose, com uma massa molecular média de 100.000 g/mol. Cerca de 50 a 90% da celulose, dos materiais lignocelulósicos, estão unidas, em forma lineal, por pontes de hidrogênio que formam uma estrutura cristalina. A porção restante é menos ordenada e chamada de celulose amorfa. A estrutura cristalina faz com que a área superficial acessível para a hidrólise seja menor, além da proteção física da hemicelulose e lignina.

A hemicelulose é um polímero ramificado com 30.000 de massa molecular típica, contendo diversos monômeros de açúcares como pentoses (xiloses e arabinoses) e hexoses (glicose, manose, galactose). No entanto, as pentoses (xiloses) estão presentes em maior quantidade. A hemicelulose está conectada a celulose e lignina por ligações covalentes; portanto, é mais fácil de degradar que a celulose já que apresenta menos pontes de hidrogênio (Jacobsen et al., 2000).

A lignina tem uma estrutura complexa reticulada altamente aromática, composta principalmente de monômeros coumaril e coniferil unidos por ligações éter. Estes polímeros se encontram unidos à hemicelulose e à celulose resultando em maior rigidez estrutural. Portanto, é difícil sua degradação química e enzimática, e devido a estas características químicas, a lignina é frequentemente utilizada como combustível.

Figura 1.3. Parede celular da biomassa. Fonte: Modificado de Rubin, 2008

1.2. Tecnologia a altas e baixas pressões para a obtenção de compostos