DETERMINAÇÃO DO TEOR DE LIGNINA DO ENDOCARPO DO COCO ARIRI (Syagrus)

ISBN 978-85-85905-23-1

Área

Química Analítica

Autores

de Oliveira, C.E.L. (UFMA (BOLSISTA CAPES/BRASIL)) ; Mendonça, C.J.S. (UFMA) ; Mouchrek Filho, V.E. (UFMA) ; Silva, F.C. (UFMA) ; Maciel, A.P. (UFMA)

Resumo

O conhecimento do teor de lignina de biomassas lignocelulósicas é crucial no processo de conversão desses materiais à biocombustíveis ou produtos químicos, no conceito de biorrefinarias. No presente trabalho utilizou-se a hidrólise ácida para determinar o teor de lignina total contida no endocarpo do coco ariri (Syagrus). No processo de hidrólise, parte da lignina do conteúdo de lignina se solubiliza em ácido e parte se mantém insolúvel. A fração insolúvel foi determinada via método gravimétrico e a fração líquida foi analisada qualitativamente por espectrofotômetro UV-Vis. Os resultados encontrados mostraram que o endocarpo do coco ariri utilizado contém cerca de 39 % de lignina insolúvel e de 5-11 % de lignina solúvel, totalizando algo entre 44-50 % de lignina total.

Palavras chaves

Coco ariri (Syagrus); Lignina; Biomassa

Introdução

A humanidade tem aumentado constantemente seu padrão de consumo que, consequentemente, demanda de grande quantidade de energia para satisfazer sua necessidade. A grande preocupação é que no mundo cerca de 80 % de toda energia primária consumida advém de fontes não renováveis como gás natural, carvão mineral e petróleo (IEA, 2015). Neste cenário, as biomassas, em particular as lignocelulósicas, têm se mostrado uma boa alternativa, pois são de natureza renovável e não poluentes, fatores que contribuem não só com a matriz energética de um país, como também ajudam a diminuir os impactos de efeito estufa. Biomassas lignocelulósicas, em geral disponíveis resíduos industriais e agrícolas, podem ser convertidas à biocombustíveis ou produtos químicos, num conceito de biorrefinarias, por processos de bioconversão (ZHAO et al., 2018). A evolução das biorrefinarias, no entanto, dependem da quantidade de açúcares fermentescíveis liberados pelas biomassas. Por se tratarem de materiais compactos e de alta rigidez estrutural, conhecidos como recalcitrância da biomassa, o biorrefinamento de material lignocelulósico têm se tornado um gargalo na produção de etanol de segunda geração (bioentanol 2G) (ZHAO et al., 2012). As biomassas lignocelulósicas são formadas basicamente por celulose, hemicelulose e lignina. A lignina é um composto polimérico formada a partir dos álcoois precursores p-cumarílico, coniferílico e sinapílico (Figura 1). A ela, tem sido atribuído um papel fundamental de limitação à digestibilidade, principalmente da celulose, pois pode atuar tanto como uma barreira protetora da celulose como também pode adsorver proteínas de forma não produtiva (CHEN et al., 2016). Desse modo, dentro do contexto das biorrefinarias, torna-se essencial conhecer a composição de biomassas, em especial o teor de lignina. O objetivo deste trabalho é determinar o conteúdo de lignina contido no endocarpo do coco da palmeira de ariri Syagrus), com o intuito de apresentá-la como uma fonte promissora de recurso energético.

Material e métodos

Os frutos maduros do coco ariri foram coletados no Campus Dom Delgado (São Luís-MA), da Universidade Federal do Maranhão, e imediatamente levados ao laboratório onde foi extraído o endocarpo, o qual foi manipulado conforme a Norma ASTM E1757-01 (2015). Para a hidrólise ácida, foi utilizado ácido sulfúrico 95 %, da Quimex. Hidrólise ácida e determinação da lignina total - A hidrólise foi realizada segundo a Norma NREL/TP-510-42618 (2012), com modificações apropriadas. Basicamente, o experimento consistiu em transportar para um frasco cerca de 300 ± 0,1 mg da amostra, livre de extrativos e previamente seca a 103 ± 2 °C (Norma TAPPI T-204 cm-97, (2007)), e adicionar 3 mL de ácido sulfúrico diluído a 72 %, agitando até a amostra apresentar característica homogênea. O Conjunto foi colocado num banho-maria a 30 ± 1 °C por 60 minutos. Após esse tempo a amostra hidrolisada foi diluída com água deionizada até o ácido sulfúrico apresentar concentração final de 4 %. Esta solução, por sua vez, foi submetida a 1 hora de autoclave (~121 °C, 1 atm). Após resfriamento a temperatura ambiente, a amostra (licor) foi filtrada em papel filtro (previamente seco e de massa conhecida). O resíduo sólido foi usado para o cálculo de lignina insolúvel e a fração líquida (cerca de 50 mL) foi separada para análise de lignina solúvel em um Espectrofotômetro de UV-Vis (Shimadzu UV-1800). Os espectros foram registrados numa faixa de 800 – 200 nm. Os cálculos de lignina insolúvel e solúvel foram feitos conforme a Norma NREL/TP-510-42618 (2012).

Resultado e discussão

O teor de lignina de uma biomassa é a soma do resíduo sólido e da lignina solúvel em ácido. Para o cálculo da lignina insolúvel em ácido (LIA), primeiramente foi encontrado o peso da amostra em base seca (M_bs), descontando a umidade do peso da amostra, conforme (NREL/TP-510-42621 (2008)).Com o valor de M_bs = 0,267 g obtido pela Eq. (1) possível calcular o teor de LIA pela Equação 2 (NREL/TP-510-42618 (2012)). Através da Eq. (2) foi possível encontrar o valor de LIA do endocarpo do coco ariri de 39,62 %. Quanto a lignina solúvel em ácido, a Figura 1 mostra os espectros UV-Vis obtidos para o licor hidrolisado. A curva a (Figura 1) apresenta o espectro UV-Vis para o licor puro. Conforme mostra a figura, a lignina solúvel apresentou maior absorção no comprimento de cerca de 274 nm e com absorbância máxima de 3,671. Este valor está dentro da faixa 260-280 nm encontrada na literatura (JIN et al., 2017). Para análise qualitativa, no entanto, a Norma NREL/TP-510-42618 (2012) recomenda o uso do comprimento de onda em 240 nm e absorbância entre 0,7-1,0. Desse modo, foram realizadas diluições, denominadas de fatores de diluição, para alcançar tais condições. Neste trabalho, nas condições empregadas na hidrólise, o Fator 5 (1 mL de licor puro:4 mL de água deioniza) apresentou-se como a diluição mais adequada, apresentando absorbância de 0,848 para o comprimento de onda de 240 nm (curva d). O percentual de lignina solúvel em ácido (LSA) foi calculado através da Equação 3, conforme determina a Norma NERL. Uma inspeção da Eq. (3) mostra que o porcentual de lignina solúvel em ácido depende também do valor de absortividade ε. Nesse caso, a NREL (TP- 510-42618) recomenda dois valores de ε (Tabela 1) para o comprimento de onda de 240 nm. Com o valor de absorbância obtido anteriormente e as absortividades recomendadas e com o auxílio da Eq. (3) foi possível calcular teor de lignina presente no endocarpo do coco ariri solúvel ácido (Tabela 1). Conforme apresentado na Tabela 1, seguindo a Norma NREL/TP-510-42618 (2012), o endocarpo do coco ariri pode apresentar cerca de 44-51 % de lignina em sua biomassa. Esse valor pode ser considerado alto comparado ao bagaço de cana-de-açúcar, que fica em torno de 29 %, conforme mostrou (RIBEIRO et al., 2017). No contexto de biorrefinarias, os resultados indicam que a bioconversão do endocarpo do coco ariri poderia causar complicação devido ao alto teor de lignina. Contudo, isto não descarta seu emprego em tais processos, tendo em vista que características como teores de açúcares fermentescíveis podem ser investigados (RIBEIRO et al., 2017) e outras soluções tecnológicas têm sido empregadas para facilitar a conversão de biomassas com esta característica (BÅÅTH et al., 2018).

Conclusões

O endocarpo do coco ariri utilizado neste trabalho apresentou cerca de 44-50 % de lignina total. A literatura mostra que o bagaço da cana-de-açúcar, principal insumo da produção de etanol de segunda geração, apresenta cerca de 29 % de lignina total. No contexto das biorrefinarias, o alto teor de lignina (natureza recalcitrante) presente no endocarpo do coco ariri poderia dificultar seu emprego. No entanto, a literatura tem apresentado soluções para aumentar a digestibilidade de estruturas recalcitrante de biomassas lignocelulósicas, abrindo portas para novas investigações.

Agradecimentos

Os autores agradecem a FAPEMA (acordo CAPES/FAPEMA) pelo apoio financeiro e a bolsa concedida (Processo nº 88887.162083/2017-00).

Referências

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