Casca de soja: Extração e caracterização da polpa celulósica e obtenção de carboximetilcelulose

ISBN 978-85-85905-15-6

Área

Iniciação Científica

Autores

Freitas Martins, M. (UEG) ; Natalino Matos, T. (UEG) ; Palmiro Ramirez Ascheri, D. (UEG)

Resumo

O presente trabalho teve por objetivo estudar o aproveitamento da casca de soja (CS) a partir da extração e caracterização da polpa celulósica e sua aplicação na elaboração de carboximetilcelulose (CMC). Da polpa celulósica se determinou sua composição química (centesimal e lignocelulósica). Da CMC se realizaram testes de espectrometria no infravermelho e termogravimétrico. Os resultados mostraram que a CS apresenta grande potencial para aproveitamento como matéria-prima na produção de polpa celulósica. Por meio dos tratamentos empregados foi possível obter polpa com 43,3, 34,5 e 4,9% de celulose, hemicelulose e lignina respectivamente, mostrando que sua extração agregará maior valor à CS, além de diminuir a poluição ambiental e evitar parte do desmatamento pelo cultivo de eucalipto.

Palavras chaves

celulose; carboximetilcelulose; resíduos lignocelulosicos

Introdução

Os resíduos lignocelulosicos constituem uma das mais promissoras fontes de matéria-prima renovável, abundante e disponível para o reforço e manutenção das sociedades industriais e desenvolvimento de uma economia global sustentável (NIGAM; GUPTA; ANTHWAL, 2009). Grandes quantidades de materiais lignocelulósicos são produzidas em todo mundo, sendo a agroindústria a maior produtora desse tipo de material (FORSTER-CARNEIRO et al., 2013). A biomassa lignocelulósica é formada por celulose, hemicelulose e lignina. Dentre os resíduos lignocelulósicos mais abundantes na agroindústria brasileira, destaca-se a CS, uma vez que o Brasil é o segundo maior produtor mundial de soja. A CS é o principal subproduto da indústria processadora de soja, principalmente da produção de óleo de soja, lecitina e outros produtos de alto teor proteico. Ela corresponde entre 8 e 10% do peso do grão inteiro (GNANASAMBADAM; PROCTOR. 1999). A composição química da CS varia em função da eficiência do processo de extração, podendo conter 39-51% de celulose, 10-20% de hemicelulose, 1-4% de lignina e 9-14% de proteínas (MIELENZ, et al., 2009; YOO, et al., 2011). A extração e obtenção de derivados de celulose a partir de resíduos lignocelulósicos tem recebido a atenção de inúmeros pesquisadores nos últimos anos (SINGH, R.; SINGH, 2013; RAGHEB et al., 2012; CHENG; BISWAS, 2011; RUZENE et al., 2007). O grande consumo de celulose pelas indústrias têxtil, de papel e embalagens, tem dificultado o suprimento desta demanda empregando apenas fontes convencionais de celulose (MANSOURI et al., 2012). Nesse contexto, este trabalho tem por objetivo extrair e caracterizar a celulose da CS e elaborar CMC com o intuito de aumentar o valor agregado a esse subproduto e diminuir a poluição ambiental.

Material e métodos

A CS foi fornecida pela Granol, indústria de óleo localizada no Distrito Agroindustrial de Anápolis - DAIA (GO). Inicialmente o material foi triturado e em seguida seco em estufa com recirculação de ar forçado (Marconi, MA-035, Piracicaba, Brasil) a 105 °C por 16 h. Os teores de umidade, cinzas totais e extrato etéreo foram determinados segundo os métodos descritos pelo Instituto Adolfo Lutz (BRASIL, 2005). O teor de proteína bruta foi determinado conforme método da Association of Official Agricultural Chemists (AOAC, 2000). O teor de celulose foi determinado conforme Saad et al. (1988), a partir da holocelulose obtida segundo Browing (1963). A α-celulose é a fração da holocelulose insolúvel em uma solução 17,5% (m/m) de NaOH sob certas condições (TAPPI T 203 cm-99, 2009). A quantidade de hemicelulose presente nas fibras foi obtida pela diferença de valores obtidos para a holocelulose e α-celulose. O teor de lignina Klason insolúvel foi determinado conforme procedimento da Technical Association of the Pulp and Paper Industry (TAPPI, 2011). A síntese da CMC foi realizada sob condição heterogênea em duas etapas: alcalinização e eterificação. A identificação da celulose e CMC foram realizadas por analises de espectros no infravermelho (FTIR) e termogravimétrica (TGA), comparadas com aquelas realizadas para a amostra crua (CS) e lignina. Para a FTIR com Transformada de Fourier as amostras foram pulverizadas com KBr na proporção de 1/100 (m/m). 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, resolução de 4 cm-1. A análise TGA foi realizada em um analisador térmico Shimadzu TGA-50.

Resultado e discussão

A CS contém 19% de material não celulósico e aproximadamente 81% de material lignocelulósico. A holocelulose é o constituinte maioritário com 78,52%, sendo 43,30% e 34,65% de celulose e hemicelulose, respectivamente. A produção de celulose a partir da biomassa industrial deste resíduo pode ser viável, ele representa 83% de rendimento celulósidico do eucalipto. Sua extração agregará maior valor à casca de soja, além de diminuir a poluição ambiental e evitar parte do desmatamento pelo cultivo de eucalipto. O pico de 1739 cm-1 visto no FTIR da Figura 1 para a CS é atribuído aos grupos éster acetil e urônicos de hemicelulose ou à ligação éster do grupo carboxílico de ácidos ferúlico e p-cumárico da lignina (SANTOS et al., 2015). A intensidade deste pico chega a diminuir na celulose, indicando a remoção da maior parte de hemicelulose e lignina da CS. Esse pico não se observa no espectro do CMC, indicando que a clarificação da polpa celulósica utilizada para a elaboração do CMC foi bem-sucedida. Na lignina esse pico também desaparece, porém, gera maior intensidade do pico 1526 cm-1 o que é atribuído à vibração do grupo C=C presente no anel aromático da lignina. Pelo TGA e DTGA da Figura 1 se observam perdas de massa inicial em torno de 22-180 °C, devido à evaporação da água livre e de estruturação. A degradação da celulose se dá a 250 °C e da lignina inicia a 180 °C. A temperaturas elevadas a lignina é mais resistente ao calor devido à sua baixa taxa de degradação. A perda de massa entre 200 e 300 °C é devido à decomposição da hemicelulose e a decomposição lenta da lignina, enquanto que a 250 e 500 °C é atribuída à degradação da celulose e lignina. A introdução de grupos carboximetilo na celulose diminuiu a estabilidade térmica do polímero, indicando a formação de CMC.

A)FTIR; B)TGA; C)DTGA

Conclusões

A partir dos resultados pode-se concluir que a casca de soja pode ser utilizada como fonte alternativa na extração de celulose por apresentar um rendimento de 43,3%, 5% menor que o rendimento apresentado pelo eucalipto, sendo economicamente viável por apresentar um lucro de 1,5 vezes maior que o rendimento obtido pelo eucalipto. Outra vantagem da utilização da CS, é a redução das poluições ambientais, tanto da forma gasosa, proveniente da pirólise deste resíduo, quanto na forma sólida, pois os rejeitos seriam reaproveitados na produção de celulose, além de uma redução na utilização do eucalipto.

Agradecimentos

Agradecemos pelo suporte financeiro à Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás (FAPEG), Capes e à UEG pelo Programa de Concessão de Bolsa de Incentivo ao Pesquisa

Referências

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