EXTRAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DE POLPA CELULÓSICA DO BAGAÇO DE MALTE

ISBN 978-85-85905-10-1

Área

Iniciação Científica

Autores

Martins dos Santos, D. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; de Lacerda Bukzem, A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Gonçalves Perira, A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Martins dos Santos, D. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Martins dos Santos, D. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Martins dos Santos, D. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Martins dos Santos, D. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Gonçalves Pereira, A. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Palmiro Ramirez Ascheri, D. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Palmiro Ramirez Ascheri, D. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS)

Resumo

O presente trabalho teve por objetivo o aproveitamento do bagaço de malte na produção de polpa celulósica. Inicialmente o bagaço de malte seco foi submetido a tratamento alcalino seguido de branqueamento. A composição química do material obtido em cada estágio dos tratamentos foi determinada. Os resultados mostraram que o bagaço de malte apresenta grande potencial para aproveitamento como matéria-prima na produção de polpa celulósica. Por meio dos tratamentos empregados foi possível obter polpa com elevado teor de celulose (95,68 %) e baixos teores de lignina (3,23 %) e hemicelulose (1,06 %). As análises de espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e difração de raiox- X confirmaram a remoção dos constituintes não celulósicos.

Palavras chaves

extração de celulose; aproveitamento de resíduo; resíduo cervejeiro

Introdução

O bagaço de malte é o principal resíduo sólido gerado no processo de produção da cerveja. Consiste em uma mistura complexa de casca de grãos de cevada, frações do pericarpo e fragmentos do endosperma (FORSSELL et al., 2008). O bagaço de malte é constituído principalmente de celulose (16 – 21%), hemicelulose (15 – 29%), lignina (19 – 28%) e proteínas (24 - 39%) (MENESES et al. 2013; MUSSATTO et al., 2008; PIRES et al.,2012). Os processos atualmente empregados geram entre 15 e 20 kg de BM a cada 100 litros de cerveja produzida. (MUSSATTO; DRAGONE; ROBERTO, 2006; XIROS; CHRISTAKOPOULOS, 2012). No entanto, ele é pouco aproveitado, parte é empregada como ração animal e o restante descartado (NIEMI et al., 2013). Assim surge a necessidade de buscar formas economicamente viáveis de reutilizar esse resíduo, como a produção de polpa celulósica. Atualmente o grande consumo de celulose principalmente pelas indústrias têxtil, de papel e embalagens, tem dificultado o suprimento desta demanda empregando apenas fontes convencionais de celulose (MANSOURI et al., 2012). Contudo fontes alternativas de celulose provenientes de resíduos agroindustriais, como a haste do milho (BEHIN; ZEYGHAMI, 2009), palha de arroz (RODRÍGUEZ et al., 2010), entre outros, têm sido amplamente estudada, é vantajosa tanto do ponto de vista econômico quanto ambiental, pois agrega valor a produtos antes descartados, e previne a contaminação do meio-ambiente (IQBAL et al., 2013). O objetivo do presente trabalho foi a extração de polpa celulósica do bagaço de malte empregando tratamento alcalino seguido de branqueamento. A composição química em cada etapa dos tratamentos foi avaliada. O BM e as polpas obtidas foram caracterizados por espectroscopia de infravermelho com transformada de Fourier e difração de raios-x.

Material e métodos

O material prensado foi seco em estufa com circulação de ar forçado (Marconi, MA-035, Piracicaba, Brasil) a 105 °C. Este foi moído em macro moinho de rotor circular com facas (Marconi, MA-580, Piracicaba, Brasil). O material obtido nessa etapa recebeu a denominação de BM. Para extração de polpa celulósica, o BMfoi submetido a tratamento alcalino empregando solução hidróxido de sódio 2%, mantendo uma relação líquido/sólido de 20/1 (v/g), durante 2 h a 90 °C. O licor obtido foi separado por filtração e o resíduo sólido foi lavado com água até pH caracterizações físico-químicas. A composição química do BM e as polpas foram caracterizados quanto aos teores de holocelulose (BROWING, 1963), celulose (SAAD et al., 1988) e α-celulose, (BROWNING, 1963). O conteúdo de hemicelulose foi determinado pela diferença entre os teores de holocelulose e celulose em relação à massa inicial de amostra seca. O teor de lignina foi calculado a partir da metodologia proposta pela TAPPI, TAPPI T222 om-11 (TAPPI, 2011), e Lignina Klason solúvel (GOLDSCHMID, 1971). Para a Espectroscopia no infravermelho com Transformada de Fourie as amostras foram pulverizadas com KBr na proporção de 1/100 (m/m). As misturas resul¬tantes foram prensadas em formato de pastilhas.A análise de todas as amostras foi realizada em espectrofotômetro de infravermelho Perkin-Elmer modelo Spectrum Frontier FT-IR/NIR (Perkin-Elmer Corp., Norwalk, CT), na região espectral entre 4000 a 400 cm–1, com resolução de 4 cm–1.Os difratogramas de raios-X para BM, PBM e polpa branqueada foram obtidos com velocidade de varredura de 1 °/min e resolução de 0,02 °, pelo aparelho difratômetroShimadzuLab X 25 XRD-6000. O índice de cristalinidade relativo (ICr) dos materiais foram determinados pelo método de Segal (1959).

Resultado e discussão

A composição química do BM e da polpa obtida em cada etapa do tratamento químico empregado está apresentada na Tabela 1. Os valores encontrados para os principais componentes do BM estão de acordo com os reportados na literatura (MENESES et al. 2013; MUSSATTO et al., 2008; PIRES et al.,2012). Como mostrado na Tabela 1, após os tratamentos químicos empregados, o teor de celulose e holocelulose aumentaram, enquanto os teores de hemicelulose e lignina reduziram 95,49% e 89,40%,respectivamente. A soma do percentual de celulose, hemicelulose, lignina e cinzas para a polpa branqueada corresponde a 98,90% da matéria seca total, indicando que os tratamentos foram eficazes na remoção de hemiceluloses e lignina, mas também outros componentes, tais como proteínas, extrativos. Espectroscopia no Infravermelho: Os espectros, mostrados na Figura 2, apresentam picos que caracterizam a presença de hemicelulose (1739 cm-1) e lignina (1739 cm-1; 1526 cm-1; 1242 cm-1), e que praticamente desaparecem no espectro da polpa branqueada devido à remoção significativa dos mesmos.Os picos a 1053 e 895 cm-1estão presentes em todos os espectros e são atribuídos aos estiramentos C-O e C-H da celulose (ALEMDAR; SAIN, 2008). Nota-se aumento na intensidade de absorção destes picos após o tratamento alcalino e o branqueamento indicando que houve elevação no percentual de celulose após essas etapas. A Figura 3 apresenta os difratogramas do BM nos diferentes estágios do tratamento. Os índices de cristalinidade calculados em cada etapa foram 29,0%, 46,4% e 52,3%, respectivamente, demonstrando que a cristalinidade do material aumenta progressivamente durante a extração da celulose. Deve-se à remoção de constituintes não celulósicos durante o tratamento alcalino e branqueamento (ELANTHIKKAL et al., 2010).

Composição química do bagaço de malte, polpa e polpa branqueada e propriedades das polpas obtidas.


Figura 2: espectros na região do infravermelho. Figura 3: difratogramas do bagaço de malte nos diferentes estágios do tratamento.

Conclusões

O teor de celulose do bagaço de malte representa uma potencial matéria-prima para produção de polpa celulósica. Através dos tratamentos químicos empregados foi possível polpacom teores de celulose, α-celulose, lignina e hemicelulose de 93,80, 86,39, 3,40 e 1,67%, respectivamente. Os espectros de infravermelho mostraram que houve remoção dos constituintes não celulósicos por meio dos tratamentos químicos empregados. A análise de difração de raios-X revelou que o índice de cristalinidade aumentou com os sucessivos tratamentos confirmando os resultados obtidos na composição química e por FTIR.

Agradecimentos

À CAPES e ao CNPq pelo apoio financeiro concedido. E a Universidade estadual de Goiás por oferecer seu espaço para a pesquisa.

Referências

ALEMDAR, A.; SAIN, M. Isolation and characterization of nanofibers from agricultural residues – Wheat straw and soy hulls. Bioresource Technology, v. 99, n. 6, p. 1664–1671, 2008.
BEHIN, J.; ZEYGHAMI, M. Dissolving pulp from corn stalk residue and waste water of Merox unit. Chemical Engineering Journal, v. 152, n. 1, p. 26–35, 2009.
ELANTHIKKAL, S.; GOPALAKRISHNAPANICKER, U.; VARGHESE, S.; GUTHRIE, J. T. Cellulose microfibres produced from banana plant wastes: Isolation and characterization. Carbohydrate Polymers, v. 80, n. 3, p. 852–859, 2010.
FORSSELL, P.; KONTKANEN, H.; SCHOLS, H. A.; et al. Hydrolysis of Brewers’ Spent Grain by Carbohydrate Degrading Enzymes. Journal of the Institute of Brewing, v. 114, n. 4, p. 306–314, 2008. Blackwell Publishing Ltd.
IQBAL, H. M. N.; KYAZZE, G.; KESHAVARZ, T. Advances in the valorization of lignocellulosic materials by biotechnology: An overview. BioResources, v. 8, n. 2, p. 3157–3176, 2013.
JOHAR, N.; AHMAD, I.; DUFRESNE, A. Extraction, preparation and characterization of cellulose fibres and nanocrystals from rice husk. Industrial Crops and Products, v. 37, n. 1, p. 93–99, 2012.
MANSOURI, S.; KHIARI, R.; BENDOUISSA, N.; et al. Chemical composition and pulp characterization of Tunisian vine stems. Industrial Crops and Products, v. 36, n. 1, p. 22–27, 2012.
MENESES, N. G. T.; MARTINS, S.; TEIXEIRA, J. A.; MUSSATTO, S. I. Influence of extraction solvents on the recovery of antioxidant phenolic compounds from brewer’s spent grains. Separation and Purification Technology, v. 108, p. 152–158, 2013.
MUSSATTO, S. I.; DRAGONE, G.; ROBERTO, I. C. Brewers’ spent grain: generation, characteristics and potential applications. Journal of Cereal Science, v. 43, n. 1, p. 1–14, 2006.
MUSSATTO, S. I.; ROCHA, G. J. M.; ROBERTO, I. C. Hydrogen peroxide bleaching of cellulose pulps obtained from brewer’s spent grain. Cellulose, v. 15, n. 4, p. 641–649, 2008.
NIEMI, P.; MARTINS, D.; BUCHERT, J.; FAULDS, C. B. Pre-hydrolysis with carbohydrases facilitates the release of protein from brewer’s spent grain. Bioresource Technology, v. 136, n. 0, p. 529–534, 2013.
PIRES, E. J.; RUIZ, H. A.; TEIXEIRA, J. A.; VICENTE, A. A. A new approach on brewer’s spent grains treatment and potential use as lignocellulosic yeast cells carriers. Journal of Agricultural and Food Chemistry, v. 60, n. 23, p. 5994–5999, 2012.
RODRÍGUEZ, A.; SÁNCHEZ, R.; REQUEJO, A.; FERRER, A. Feasibility of rice straw as a raw material for the production of soda cellulose pulp. Journal of Cleaner Production, v. 18, n. 10–11, p. 1084–1091, 2010.
XIROS, C.; CHRISTAKOPOULOS, P. Biotechnological Potential of Brewers Spent Grain and its Recent Applications. Waste and Biomass Valorization, v. 3, n. 2, p. 213–232, 2012.
ZHAO, X.; WU, R.; LIU, D. Production of pulp, ethanol and lignin from sugarcane bagasse by alkali-peracetic acid delignification. Biomass and Bioenergy, v. 35, n. 7, p. 2874–2882, 2011.