Caracterização química de óleo de microalgas para conversão a biodiesel

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Bioquímica e Biotecnologia

Autores

Vieira, B.B. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Leite, M.O. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Rodrigues, R. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Rocha, D. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Bittencourt, P.V.Q. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA) ; Martins, M.A. (UNIVERSIDADE FEDERAL DE VIÇOSA)

Resumo

As microalgas são organismos fotossintetizantes que acumulam lipídeos que podem ser convertidos a biodiesel. Os lipídeos de microalgas são mais complexos do que outros óleos se apresentando em 3 frações distintas: lipídeos neutros, ácidos graxos livres e fosfolipídeos. A caracterização dos óleos é fundamental para a decisão sobre o processo de conversão a biodiesel e ocorreu por meio dos índices de acidez, saponificação e teor de fosfolipídeos. As cepas de Desmodesmus sp., Monoraphidium sp e Scenedesmus sp., apresentaram altos índices de saponificação, de acidez e alto teor de fosfolipídeos quando comparados ao óleo de soja. Isto indica que a conversão de todas as frações a ácidos graxos livres e posterior esterificação ácida é o processo mais adequado a óleos com tais características.

Palavras chaves

Microalgas; Lipídeos; Biodiesel

Introdução

As microalgas são organismos unicelulares fotossintetizantes que crescem em ambientes aquáticos, capazes de acumular lipídeos, proteínas e polissacarídeos (DAO et al., 2018). Os lipídeos acumulados como reserva de energia podem ser convertidos a biodiesel (FARIED et al., 2017). A produção de bioprodutos de microalgas é composto pelas etapas de cultivo, rompimento celular, extração, refino e purificação. A extração de lipídeos ocorre por ação de solventes (SUBHASH et al., 2017), sendo que estes se apresentam em três frações distintas: lipídeos neutros, fosfolipídeos e ácidos graxos livres (AGL). O refino dos lipídeos vegetais é realizado por processos físico ou químico (GONÇALVES et al., 2016). O processo químico é efetuado pela neutralização dos ácidos graxos livres por uma solução de hidróxido de sódio. Esse processo não é recomendado para óleos de acidez elevada, podendo ocorrer perdas significativas de lipídeos neutros devido à saponificação (GONÇALVES et al., 2016). Para tais óleos, o refino físico é realizado sob alta temperatura e baixa pressão, o que volatiliza e remove os AGLs com reduzida perda de lipídeos neutros. Em comparação com outros óleos vegetais, os lipídeos de microalgas são mais complexos o que dificulta seu refino por processos convencionais. O teor total de lipídeos pode variar de 20 a 50 % da biomassa (PREISS e KOWALSKI, 2010), sendo que desta fração, o teor de AGL varia de 4 a 70 % (CHEN et al. ,2012), o de fosfolipídeos 8 a 47 % (FOLEY et al., 2011) e o restante sendo os lipídeos neutros. O conhecimento detalhado do óleo de microalgas é fundamental para otimizar as etapas de extração, purificação e conversão a biodiesel. Neste trabalho, foi caracterizado o óleo de 3 cepas de microalgas: Desmodesmus sp., Monoraphidium sp e Scenedesmus sp.

Material e métodos

A extração dos lipídeos de microalgas foi realizada por meio da metodologia de Bligh and Dyer (1959). Foram caracterizados os lipídeos brutos e neutralizados pela determinação do índice de acidez (IA), índice de saponificação (IS) e teor de fosfolipídeos (TF). Os mesmos índices para o óleo de soja foram calculados a título de comparação. O índice de acidez é definido como o número de mg de hidróxido de potássio (KOH) necessários para neutralizar um grama da amostra. As amostras de óleo dissolvidas em 50 ml de álcool etílico neutro e 100 ml de éter de petróleo neutro. A seguir foi realizada a titulação com hidróxido de sódio 0,1 mol/L até a viragem do indicador fenolftaleína e o índice de acidez calculado. O índice de saponificação (IS) é definido como a quantidade em miligramas de hidróxido de potássio (KOH) necessária para saponificar 1g de lipídeos. A amostra de 3g de lipídeo foi dissolvida em 25 mL de solução alcoólica de KOH (1 mol/L), sendo aquecida até a ebulição em refluxo por 30 min. A titulação com HCl (1 mol/L) foi realizada até a viragem da fenolftaleína. O índice de saponificação foi calculado. A determinação de fosfolipídeos foi composta pelas etapas de digestão e análise espectrofotométrica. A digestão foi realizada pela metodologia de Vaccaro et al., (2004), em chapa de aquecimento a 200 °C e em solução de ácido nitroperclórica (2:1, ácido nítrico:ácido perclórico), até a liberação de uma densa fumaça branca no frasco. A análise espectrofotométrica foi realizada segundo protocolo de Murphy and Riley (1962), sendo adaptada para microplacas pela equipe do Laboratório de Biocombustíveis da UFV. A quantidade de fosfolipídios foi calculada a partir da curva padrão de fosfato e pelo fator de conversão de P a fosfolipídio, igual a 25(Vaccaro et al.,2004).

Resultado e discussão

Os resultados do índice de saponificação e índice de acidez do óleo bruto são exibidos na Tabela 1. O índice de saponificação possui grande variação entre as espécies e são mais altos do que o óleo de soja, o que não significa maior rendimento para conversão a biodiesel, devido a elevada acidez dos lipídeos de microalgas. Os óleos lavados e neutralizados com carbonato sódio apresentaram IS próximos o óleo de soja. Monoraphidium sp. apresentou os menores valores de IS tanto em óleo bruto quanto para óleo lavado e neutralizado. Barros, Medeiros e Pereira (2013) encontraram IS para óleo de soja degomado, média de 156,5 mg KOH/g. Já Tofanini (2004), obteve como resultado médio 186,54 mg KOH/g. O óleo de Scenedesmus sp., neutralizado apresentou IS muito próximo ao óleo de soja. A acidez dos lipídeos de microalgas foi muito superior à do óleo de soja, o que indica a grande presença de ácidos graxos livres. Resultados similares foram encontrados pelos autores Chen et al. (2012), onde o teor de AGL na biomassa variou de 4 a 70 %. A acidez do óleo neutralizado foi inferior à do óleo bruto, o que indicou a presença de compostos celulares arrastados ao óleo. A Figura 1 mostra a curva padrão (R²>0,99) obtida para cálculo do teor de fosfolipídios nas amostras. A Tabela 2 expressa as concentrações de fosfolipídios (FLP). Desmodemus sp., apresentou quase o dobro (22,38 %) de fosfolipídios em relação às outras duas cepas (9,12 e 12,91%). Estes altos teores foram encontrados também no trabalho dos autores Foley, et al., (2011), 8 a 47 % dependendo da espécie e condições de cultivo das microalgas. Considerando que grande parte dos fosfolipídios podem fornecer ácido graxo para biodiesel, o tratamento hidrolítico pode liberar as cadeias de ácidos graxos conversíveis a biodiesel.

A tabela 1 expressa os dados de indice de saponificação e acidez e a tabela 2 os teores de fosfolipídeos.


Curva padrão de fosfato

Conclusões

Os óleos extraídos das espécies Desmodesmus sp., Monoraphidium sp. e Scenedesmus sp. possuem altos IS, IA e TF em relação ao óleo de soja. O processo convencional de produção de biodiesel (transesterificação) não é o mais adequado para o óleo de microalgas, visto que esta reação converte apenas a fração de lipídeos neutros. A saponificação, seguida de reacidificação o que transforma todos os lipídeos em AGL e posterior esterificação ácida é o processo que possui maior rendimento por aproveitar todas as frações do óleo de microalgas, o tornando matéria prima promissora na produção de biodiesel.

Agradecimentos

Referências

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