ÁREA
Química Orgânica
Autores
Ascheri, D.P.R. (UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS) ; Riccely Silva Sanches, W. (UEG) ; Ascheri, J.L.R. (CTAA/EMBRAPA)
RESUMO
Neste estudo se extraiu e purificou a celulose da palha de sorgo moída (PSM) e se produziu carboximetilcelulose (CMC). As reações de polpação e branqueamento se realizaram em um biorreator a 70 °C por 60 min e 700 rpm de agitação. A polpação se deu em um meio alcalino usando 20 volumes de NaOH a 1% por unidade de massa de PSM. O branqueamento foi conduzido em um meio ácido usando 400 volumes de ácido peracético por unidade de massa de polpa bruta. A CMC foi obtida por acetilação da polpa branqueada. Das amostras se determinaram a composição química. Também se realizaram análises microscópicas e espectroscópicas para confirmação do isolamento da celulose e sua conversão em CMC. Conclui-se que a PSM demonstrou potencialidade para produção de celulose e seu derivado CMC.
Palavras Chaves
Sorghum bicolor; MEV; Espectrometria
Introdução
No mundo, a agricultura e a agroindústria geram enormes quantidades de resíduos lignocelulósicos, sendo imprescindível o estudo da conversão destes em materiais com maior valor agregado visando a obtenção de polpa celulósica e seus derivados que possam servir como insumos em formulações no controle fitossanitário na agricultura orgânica. Ainda, os derivados de celulose em associação com microrganismos fixadores de nitrogênio atmosférico e promotores do crescimento de plantas, podem servir como bioinsumos para melhor desempenho do crescimento e alta produtividade das plantas. A palha de sorgo pode ser considerada como uma matéria-prima sustentável que pode produzir bioinsumos a base do seu conteúdo de celulose. Este resíduo agrícola se constitui de caule, folhas e restos de panículas que contêm principalmente celulose, hemicelulose e lignina. O seu conteúdo em celulose encontra-se entre 39-50% em base seca (ALVES et al., 2019) o que a caracteriza como uma boa fonte promissora para produção de polpa celulósica. A extração e purificação são processos cruciais na obtenção de celulose de alta pureza. Nelas são utilizadas reagentes químicos e temperaturas que variam de acordo com a matéria-prima utilizada, ocorrendo o desmembramento do complexo lignina-celulose-hemicelulose do material lignocelulósico produzindo a polpa de celulose (SANTOS et al., 2015; ALVES et al., 2019; BARROS et al., 2020). O objetivo do presente trabalho foi extrair e purificar a celulose da palha de sorgo e sua conversão em carboximetilcelulose.
Material e métodos
A palha de sorgo moída (PSM) contendo o colmo e as folhas foi desidratado, moído até granulometria ≤ 1mm. A polpação foi realizada segundo ALVES et al. (2019), porém, com modificações. A reação foi realizada em um biorreator (Tec-Bio-Flex). As condições do processo foram: temperatura de 70 °C, tempo 60 min e velocidade de agitação 700 rpm. A proporção massa de PSM e NaOH a 1% foi 1/20 (m/v). A polpa bruta (PB) obtida da filtração foi lavada com água destilada e seca em estufa a 35 °C por 14 h. A PB foi moída e submetida a branqueamento segundo ALVES et al. (2019), com modificações. Este processo foi conduzido em um meio ácido peracético (50% ácido acético glacial, 38% de peróxido de hidrogênio e 12% de água destilada) (PASCHOAL et al., 2015). Utilizou-se o biorreator na temperatura de 70 °C, tempo 60 min e velocidade de agitação 700 rpm. A proporção massa de PB e ácido peracético foi de 1/400 (m/v). A polpa branqueada (PBr) foi seca em estufa à 35 °C/12h. A carboximetilcelulose (CMC) foi obtida por acetilação da PBr utilizando o método descrito por BARROS et al.(2020). Da palha e das polpas obtidas se determinaram a sua composição químicas. Análises de microscopia eletrônica de varredura e de espectroscopia no infravermelho também foram realizadas para análise de pureza das polpas e sua conversão em CMC (SANTOS et al., 2015).
Resultado e discussão
PSM constitui-se, principalmente, de celulose (49,48%), lignina (30,42%) e hemicelulose (19,18%) (Tabela 1). A celulose é do tipo alfa (49,43%), potencialmente útil para a sínteses de CMC. Maior parte da lignina é do tipo solúvel (45,07%) facilmente removível. A deslignificação da PSM (K= 15,21) foi boa, alcançando K= 0,41 em PBr. A perda em celulose foi menor de 10%.
No espectro no IR da PSM (Fig. 1) se observa um dupleto (2884 e 2925 cm-1), atribuído à hemicelulose em PSM, diminuindo sua intensidade em 2884 cm-1 em PB. Na PBr, 2925 cm-1 desaparece devido à remoção da hemicelulose durante a polpação e branqueamento. Os picos em 1519 e 1237 cm-1 devidos à vibração do C=C do anel aromático e a deformação assimétrica axial de C-O-C do guaiacil da lignina estão presentes na PSM, porém, desaparecem dos espectros das polpas, devido à remoção da lignina. Os picos em 1044 e 889 cm-1 estão em todos os espectros e são atribuídos aos estiramentos C-O e C-H da celulose, com maior intensidade na PBr.
O pico em 1730 cm-1 devido à hemicelulose e lignina, e a banda 917 cm-1 devido às ligações β-glicosídicas das anidroglicoses da celulose desaparecem na CMC, indicando que a clarificação da PB foi adequada para a sínteses, confirmada pela banda 1617 cm-1 devido ao estiramento C=O do grupo COO-, confirmando a carboximetilação.
Na Fig. 2 observa-se os efeitos dos tratamentos químicos em cada etapa de obtenção da celulose. Nas Figs. 2A e A1 observa-se a PSM tem aspecto fibroso devido à lignina. As Figs. 2B e 2B1 mostram o efeito do NaOH diminuindo a quantidade de lignina residual e extrativos. Nas Figs. 2C e C1 se mostra as fibras de celulose após aplicação do ácido peracético. E, nas Figs. 2D e D1 de mostram a CMC devido à carboximetilação da PBr.
Conclusões
De acordo com os resultados do presente trabalho conclui-se que a palha de sorgo tem alto teor de celulose e α-celulose, demonstrando ter potencial para produção de celulose. As microfotografias e os espectros no IR confirmam a extração e purificação da celulose palha de sorgo e sua carboximetilação, obtendo-se a carboximetilcelulose.
Agradecimentos
Agradecemos à universidade Estadual de Goiás por ceder as instalações dos Laboratórios de Pesquisa de Química. À FAPEG pelos equipamentos cedidos. Ao PIBIC/CNPq pela bolsa de iniciação científica.
Referências
ALVES, J. A. A.; SANTOS, M. D. L.; MORAIS, C. C.; ASCHERI, J. L. R.; SIGNNI, R.; SANTOS, D. M.; BASTOS, S. M. C.; ASCHERI, D. P. R. Sorghum straw: Pulping and bleaching process optimization and synthesis of cellulose acetate. International Journal of Biological Macromolecules, v. 135, s/n, p. 877-886, 2019.
BARROS, B. P. J.; ASCHERI, D. P. R.; SANTOS, M. L. S.; MORAIS, C. C.; ASCHERI, J. L. R.; SIGNINI, R. et al. Soybean hulls: Optimization of the pulping and bleaching processes and carboxymethyl cellulose synthesis. International Journal of Biological Macromolecules, v. 144, s/n, p. 208–218, 2020.
PASCHOAL, G. B.; MULLER, C. M. O.; CARVALHO, G. M.; TISCHER, C. A.; MALI, S. Isolation and characterization of nanofibrillated cellulose from oat hulls. Química Nova, v. 38, n. 4, p. 478-482, 2015.
SANTOS, D. M.D.; BUKZEM, A.D.L.; ASCHERI, D. P. R.; SIGNINI, R.; AQUINO, D.G. L. B. Microwave-assisted carboxymethylation of cellulose extracted from brewer's spent grain. Carbohydrate polymers, v. 131, p. 125-133, 2015.
