APROVEITAMENTO DOS RESÍDUOS DA PRODUÇÃO DE OLEAGINOSAS E DA
EXTRAÇÃO DE ÓLEO
Nelma Spinato Balbinot 1
Química Licenciatura Plena pela Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul – PUC-RS e Pós-graduanda do Mestrado em Tecnologia Ambiental da Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC - RS
Rosana de Cassia de Souza Schneider2
Mestre em Química Analítica pela UFSM - Doutora em Química, com área de concentração em Química Ambiental pela UFRGS e Professora do Departamento de Química e Física, Universidade de Santa Cruz do Sul-UNISC
Adriane de Assis Lawisch Rodriguez1
Doutor em Engenharia pela Universidade de Tübingen, Professora do Departamento de Engenharias, Arquitetura e Ciências Agrárias da Universidade de Santa Cruz do Sul- UNISC
Fabrício Ivan Kappel
Acadêmico do Curso de Engenharia Ambiental da Universidade de Santa Cruz do Sul e bolsista do Programa PUIC – UNISC
Mateus Henrique Prediger
Engenheiro Agrícola pela Universidade de Santa Cruz do Sul e Pós-graduando do Mestrado em Tecnologia Ambiental da Universidade de Santa Cruz do Sul – UNISC – RS
Luciano Roni Silva Lara
Acadêmico do Curso de Química Industrial da Universidade de Santa Cruz do Sul - UNISC e bolsista Fapergs
Av. Independência, 2293, Telefone 51 37177545, CEP 96815-900, Santa Cruz do Sul– RS, Brasil-rosana@unisc.br
RESUMO
A pesquisa foi realizada visando um estudo preliminar do aproveitamento dos resíduos de produção de oleaginosas e da extração de óleo de suas sementes. Realizaram-se um levantamento e estudos com quatro culturas agrícolas, girassol, amendoim, mamona e linhaça. Como os resíduos de girassol são ricos em proteínas, fibras e produzidos em maior escala na região, foram realizados experimentos de produção de compósitos e carvão com a torta residual. Os experimentos realizados exigiram a redução de óleo na torta e assim realizou-se uma seqüência de ensaios para otimização do processo de extração alcançando-se 16% de óleo na torta residual do processo de prensagem por sistema hidráulico. Os produtos obtidos com um resíduo com menos óleo apresentou melhores propriedades.
INTRODUÇÃO
O Brasil tem grande e diversificada produção de óleos e gorduras vegetais, sendo utilizados como óleos comestíveis e inúmeras finalidades industriais.A indústria de óleos vegetais ocupa um lugar estratégico no contexto da indústria alimentícia, pois elabora um produto para consumo final e é um insumo fundamental para a indústria de alimentos. Óleos, farelos e seus derivados são produtos usados na alimentação humana por conterem proteínas de baixo custo e boa qualidade.
Como exemplo tem-se o girassol (Helianthus annus L.) que se destina principalmente a produção de óleo comestível, mas também é utilizado para outros fins, como, cosmético, na produção de biodiesel, na fabricação de sabões, na indústria de tintas substituindo o óleo de linhaça entre outros. E a mamona (Ricinus communis L.) também corresponde a uma cultura de grande importância, no entanto não é utilizada na alimentação.
Estas duas culturas agrícolas oleaginosas e outras são alvos deste trabalho porque na etapa de colheita e na de extração de óleo são produzidos alguns resíduos sólidos que são incorporados ao solo como adubação verde tendo pouco aproveitamento.
Em função da qualidade destes resíduos, é necessário buscar um maior valor agregado e assim oportunizar ao produtor a possibilidade de comercializar mais partes dos seus produtos.
Com essa finalidade relizou-se um levantamento das potencialidades da utilização do resíduo da produção agrícola de oleaginosas, da extração do óleo e da produção de biodiesel.
METODOLOGIA
Este trabalho faz parte de um projeto maior de oleoquímica e com relação aos resíduos sólidos foram desenvolvidos duas partes, uma referente ao levantamento do aproveitamento dos resíduos sólidos da produção, extração e transformação de oleaginosas, outra referente avaliação de matéria prima para o aproveitamento da torta residual do processo de extração de óleos.
O levantamento foi realizado na literatura e em indústrias que geram estes resíduos. Para avaliação das tortas como matéria prima para a produção de outros compostos, realizou-se a determinação da composição, como teor de óleo, fibras e proteínas.
Produção de torta – A torta de sementes oleaginosas foi produzida em extrator por batelada no sistema
conforme Figura 1 e com capacidade para prensagem de 100g de grãos.
Teor de óleo - O teor de óleo das tortas analisadas foi realizado por extração em extrator Soxhlet
conforme Figura 1. Para tanto foram adicionados aproximadamente 5 g de torta no extrator e o óleo foi extraído com hexano. Após extração o solvente foi rotaevaporado e o resíduo foi pesado para cálculo do percentual de óleo na torta.
Figura 1- A) Prensa para extração de óleo e produção de torta. B)Sistema de extração de óleo residual
Teor de fibras – É determinado pelo peso após a digestão da amostra com 50 mL de solução de ácido
sulfúrico 0,6 mol L-1 . A digestão é realizada sob refluxo por 30 min. Esfria-se a solução e adiciona-se 25
mL de solução de hidróxido de sódio 1,5 mol L-1. O resíduo em fibras é lavado, seco e pesado. Com a
massa de fibras obtida da amostra de torta inicial é calculado o percentual em fibras.
Teor de proteínas – O teor de proteínas foi realizado pelo método de Kjeldahl para a quantificação de
Nitrogênio total, conforme a Association of Official Analytical Chemists (1991). Na digestão adicionou-se peróxido de hidrogênio 30%, levando a mistura a aquecimento por mais 30 minutos. Na destilação foi recolhido em solução de ácido bórico 4%, a amônia produzida. Obteve-se o teor de nitrogênio pela titulação com ácido clorídrico 0,05 mol L-1. A partir do teor de nitrogênio, fez-se a conversão em teor de
proteína bruta, com base na massa seca de torta de girassol.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Da produção agrícola - O aproveitamento integral da mamona e do girassol foi estudado com o objetivo
de reconhecer o aproveitamento de todas as partes das plantas, como mostra a Figura 1.
A cultura da mamona apresenta-se como um arbusto de até 5 a 6m, com sistema radicular que se estende lateral e profundamente; e tem uma parte aérea ramificada, de coloração verde avermelhada, podendo variar de tonalidade de acordo com a variedade. O fruto é uma cápsula tricoca com espinhos. E sementes lisas, carunculada, oval, de diferentes tamanhos e coloração e contém albúmen abundante e oleoso, com aproximadamente 48%(m/m) de óleo[1-2].
As sementes de mamona são venenosas às pessoas, animais e insetos e portanto não podem ser utilizadas para alimentação humana e animal, no entanto se os componentes tóxicos forem extraídos, poderá ser utilizada para alimentação animal. Devido a esta toxicidade, o aproveitamento dos resíduos da mamona é destinado mais para a produção de substrato ou simplesmente incorporado ao solo.
A outra oleaginosa que foi avaliada foi o girassol que teve origem nos Estados Unidos e México, mas apesar de introduzida na Europa, teve um maior desenvolvimento na União Soviética, sendo famosos os girassóis da Rússia, sua principal cultura atualmente. Esse país também é o maior produtor do mundo, seguido dos Estados Unidos e da Argentina [3]. Esta oleaginosa se incorporou na alimentação das populações onde era cultivado, utilizado também como alimento na ração animal. As mais antigas referências do girassol como planta oleaginosa, surgiram na Inglaterra. Embora os ingleses não fizessem referência à utilização do girassol como óleo comestível, utilizaram a planta como matéria-prima na indústria têxtil. No final do século XVIII, os russos começaram a desenvolver sementes para extração do óleo vegetal, onde o girassol encontra sua principal utilidade nos dias atuais.
O girassol apresenta uma raiz que pode atingir 1,5 metros de profundidade, enquanto as raízes secundárias formam uma espécie de cabeleira. O caule é ereto, vigoroso e cilíndrico e seu interior é maciço. O fruto do girassol é um aquênio, composto de pericarpo (casca), mesocarpo e endocárpio (amêndoa), que varia de tamanho, cor e teor de óleo de cultivar para cultivar (30 a 45% de óleo). A semente propriamente dita é que contém o óleo. O girassol é também uma fonte rica de proteína, que pode ser aproveitada de variadas formas, como planta ornamental, medicinal, em rotação de culturas, adubação verde, como sementes “in natura”, como forrageira para alimentação de animais, e também como torta e farelo na alimentação de suínos. O óleo, além de seu uso generalizado na alimentação humana, pode ser utilizado na indústria como substituto ao óleo diesel.
Da extração de óleo - A extração de óleos vegetais constitui-se num ramo importante da tecnologia das
matérias graxas. Dentre os principais objetivos da extração estão: a obtenção do óleo sem alterações e impurezas; o máximo rendimento de acordo com a economia do processo e a obtenção de uma torta (ou farelo) de máxima qualidade. Outro produto da extração de óleos é a torta residual que após análise, observa-se que dependendo da cultura, há um alto valor de proteína, apresenta fibras, e tem, dependendo do processo, até 25% de óleo. Este valor alto de óleo residual encontra-se na torta obtida apenas por prensagem. A pesar de o óleo obtido ser de alta qualidade, há uma grande perda de óleo, o que pode ser minimizado com uma etapa de extração por solvente. Em sistemas modernos, obtêm-se, ao final do processo, o óleo, a torta e o solvente separado [4]. Atualmente, a extração de óleos vegetais também pode ser realizada por outros métodos como a extração por fluidos supercríticos [5-8]. Neste processo a torta apresenta-se com um perfil diferenciado, menos resíduo de óleo e menos componentes minoritários que podem ser extraídos com o fluido supercrítico.
Os óleos crus que possuem níveis altos de fosfatídios são degomados com uma quantidade limitada de água. A seguir são centrifugados, refinados para retirar os ácidos graxos livres e outras impurezas. O refino é realizado pelo tratamento do óleo com uma solução alcalina. A etapa seguinte é o branqueamento, clarificação ou descoloração, realizados com materiais adsorventes. Após refino e clarificação, geralmente é realizada destilação por arraste de vapor visando à desodorização do óleo. Nesta etapa, eliminam-se substâncias mais voláteis. Estes subprodutos também são aproveitados.
Figura 1 – Fluxograma do aproveitamento de culturas oleaginosas. o le agi no sa
Colheita
Folhas Clorofila Caule FrutosMamona - Alimento para o bicho da seda Matéria orgânica Substrato Ind. Alimentícia Ind. Cosméticos Ind. De Perfumes Ind. Farmacêutica Ind. de domissanitários Matéria orgânica Substrato Fibra têxtil Celulose/carvão Casca Semente Matéria orgânica Substrato Celulose Agr o ind ú str ia Torta Ó le o Adubo Mamona Extração de toxinas Farelo Ração Isolados protéicos Proteína industrial Aminoácidos Suplemento para ração
In dú st ria o leo q u ím ica Exportação
Alimentação
A análise realizada da torta de óleo de mamona e de girassol, permitiu reconhecer que a torta pode ser investigada para a produção de carvão vegetal ativado pois apresenta baixo teor de cinzas e composta esssencialmente de compostos orgânicos e apresentam fibras. Quanto a produção de carvão vegetal também poderá ser investigado os caules das respectivas culturas, pois ambas apresentam celulose.
Quanto a qualidade da torta obtida destaca-se que esta apresenta um alto teor de óleo residual de 15 a 25% do teor inicial, alto teor de fibras de 17 a 65%, sendo que a torta de girassol é a que apresenta mais fibras e proteínas, entre as que foram analisadas e estão apresentadas na Figura 3. Em função destes valores e da potencialidade de produção agrícola na região, os estudos foram direcionados para a produção e utilização da torta de girassol.
Figura 3 Torta de linhaça, mamona, amendoim e girassol obtido por prensagem.
Para estudos de aproveitamento da torta de girassol, realizou-se a otimização da extração por prensagem para reduzir o teor de óleo residual, conforme Tabela 1.
Tabela 1- Teor de óleo residual da torta de girassol.
Procedimento Teor de óleo (%)
Prensagem 25
Moagem/Prensagem 33
Prensagem/Extração por solvente em batelada
após a prensagem 24
Moagem/Prensagem com adição de solvente 16
A torta obtida pelo procedimento de prensagem associado a adição de solvente, permite que o óleo que fica entre as partículas seja retirado e reduza o teor residual. A moagem também auxilia no rompimento do tegumento da semente e liberação do óleo. Por este meio obteve-se uma torta com menos resíduos e estudos de aproveitamento foram realizados, produzindo compósitos e carvão ativado, como mostra a Figura 4.
(A) (B) Figura 4 – Compósito (A) e Carvão vegetal (B) obtido com a torta de girassol.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Face ao exposto, o aproveitamento dos resíduos sólidos da produção agrícola de oleaginosas é importante, pois, é possível utilizar desde as folhas, caules e raízes para a produção de outros materiais. Destaca-se a importância da robustez do caule da mamona e do girassol e a necessidade de selecionar algumas variedades que sejam de maior porte e que produzam alto valor de óleo, que é o objetivo principal da produção e que possa produzir um resíduo sólido cru (lignocelulosico) e que possam ser usados como precursores para a preparação dos carvões ativados.
Da mesma forma, o aproveitamento da torta residual do processo de extração, é imprescindível para aumentar os ganhos financeiros na indústria oleoquímica. Salienta-se que a torta residual é altamente calórica, rica em componentes minoritários que podem ser fracionados e comercializados puro. Este mercado ainda é inexplorado. Dentre estes se destaca a produção de lipases, que poderá ser revertida catalise enzimática na produção de biodiesel.
AGRADECIMENTOS
A Fapergs e ao Programa PUIC de bolsas da UNISC
REFERÊNCIAS
Harbans, L. B.; Mohamed, I. A.; Webber, C. L.; Novell, G. R.; Evaluation of Castor Germoplasm for
agronomic and oil characteriztics; Progress in new crops, Alexandria, 1996.
Bruneton, Jean.; Elementos de fitoquimica y de Farmacognosia; Editora Acribia: Zaragoza Espanha, 1991. BOBBIO, F. O.; BOBBIO, P. A.; Introdução à química dos alimentos. 2ª ed. São Paulo: Editora Varela, 1992. 223p.
Moretto, E.; Fett, R.; Óleos e gorduras vegetais (processos e análises), 2ª edição, Editora de UFSC: Florianópolis, 1989.
Taylor, S. T.; Eller, F. J.; King, J. W.; Food Research International, 1997, 30, 5, 365 Borch-Jensen, C.; Jensen, B.; Mathiasen, K.; Mollerup, J.; JAOCS, 1997, 74, 3, 277.
Marrone, C.; Poletto, M.; Reverchon, E.; Stassi, A.; Chemical Eng. Science, 1998, 53, 21, 3711. Reverchon, E.; Marrone, C.; Journal of Supercritical Fluids, 2001, 19, 161.
