62° CBQ - ESTUDO DO EFEITO DO PRÉ-TRATAMENTO POR ULTRASSOM PARA A PRODUÇÃO DE BIO-ÓLEO RICO EM FENÓIS A PARTIR DA BIOMASSA DE SEMENTE DE UVA

RESUMO

No presente trabalho foi avaliado o efeito de diferentes condições de pré- tratamento ultrassônico na biomassa de semente de uva com o objetivo de produzir bio-óleo rico em fenóis. As análises realizadas para avaliar o efeito do tratamento realizado foram a determinação de açúcares e fenóis na fração aquosa. O pré-tratamento ultrassônico obteve os melhores resultados na condição que utilizou KOH em uma temperatura de 80 °C, pH 12, durante 90 min, mostrando que nessa condição acarreta uma maior degradação da celulose, evidenciado pelo maior rendimento em açúcares e fenóis na fração aquosa, permitindo assim, que a lignina continuasse na estrutura vegetal.

Palavras Chaves

Biomassa; Ultrassom; Fenóis

Introdução

Nos últimos anos, a busca por fontes de energia renovável tem se intensificado, pela crescente preocupação com as emissões de gases de efeito estufa e a escassez dos recursos fósseis. Nesse contexto, a biomassa surge como uma solução promissora para suprir as demandas energéticas e químicas de maneira mais sustentável (SMITH et al., 2012; RAGAUSKAS et al., 2006). A semente de uva apresenta-se como uma fonte interessante para a produção de bio-óleo, dada a sua abundância e características intrínsecas como o grande teor de lignina (ZHANG et al., 2013). A conversão de biomassa lignocelulósica em bio- óleo por pirólise, tem ganhado destaque devido à sua versatilidade de aplicações, desde biocombustíveis até produtos químicos de alto valor agregado (BRIDGWATER et al., 2012), sendo influenciada pela composição da matéria-prima. Nesse sentido, estratégias de pré-tratamento surgem para melhorar a conversão da biomassa em produtos desejados, como o bio-óleo. O pré-tratamento por ultrassom destaca-se como uma alternativa viável, capaz de desintegrar as estruturas celulares e liberar compostos bioativos, o que pode resultar em um aumento na produção de bio-óleo e na obtenção de produtos enriquecidos em compostos, como o fenol (ZHANG et al., 2019; MARGEOT et al., 2009). Este estudo se propõe a investigar o efeito do pré-tratamento por ultrassom na produção de bio-óleo enriquecido com fenóis a partir da semente de uva. Busca-se compreender como as condições de pré-tratamento influenciam a estrutura da biomassa e, consequentemente, as características do bio-óleo resultante. Com isso, espera-se contribuir para o desenvolvimento de abordagens mais eficazes e sustentáveis para a conversão de biomassa lignocelulósica em produtos de alto valor agregado.

Material e métodos

Pré-tratamento foi realizado em um sistema formado por um banho ultrassônico, com potência de 120 W e frequência de 37 kHz, com agitação mecânico e frasco reacional de vidro. A biomassa utilizada foi a semente de uva, que após a moagem foram submetidas a extração do óleo em Soxhlet por 6h com hexano. Foram pesados em um béquer 50 g de biomassa, nas quais foram adicionados 150 mL das soluções avaliadas no experimento em pH 12. A suspensão formada foi mantida em banho ultrassônico à 80 ºC e sob agitação mecânica por 1,5 h. As suspensões de biomassa foram filtradas e o sólido foi submetido a secagem em estufa por 24 h à 60 °C e armazenada, enquanto a fração aquosa foi reservada. As frações aquosas provenientes dos experimentos de pré-tratamento foram analisadas quanto ao teor de açúcares redutores totais pelo método do ácido 3,5-dinitrosalicílico (DNS), tendo como padrão solução de glicose utilizada para curva analítica. A reação ocorreu utilizando a proporção 1:1 (amostra/reagente), em uma temperatura de 90 °C por 5 min, e diluída em 4 mL de água destilada. A leitura da absorbância foi feita em um comprimento de onda de 540 nm, utilizando um espectrofotômetro. As frações aquosas também foram analisadas quanto ao teor de fenóis totais pelo método da 4-aminoantipirina (4-AAP). Para a elaboração da curva de calibração foram adicionados em tubos de ensaio 30 µL de cada solução padrão de fenol (0,1; 0,2; 0,4; 0,6; 0,8 e 1 g/L) e 970 µL da solução tampão pH 10,2. Em seguida foi adicionado da solução de 4-AAP e imediatamente foi adicionado 1,0 mL da solução de K3Fe(CN)6, agitando em vórtex por 30 s para a homogeneização da amostra. Após agitação, esperou-se 15 min para o desenvolvimento da cor e realizou-se a leitura da absorbância a 500 nm em espectrofotômetro.

Resultado e discussão

O colapso das bolhas de cavitação desencadeia a produção de radicais altamente reativos, esses radicais são responsáveis por romper as moléculas do solvente de forma homolítica. Posteriormente, eles direcionam sua ação para a estrutura lignocelulósica, levando à quebra e despolimerização da biomassa, em especial da hemicelulose, que devido a sua estrutura amorfa quando comparada a celulose, se torna mais susceptível a hidrólise, liberando os monossacarídeos formadores na fração aquosa. Após a realização dos experimentos, foram determinadas as concentrações de açúcares redutores e fenóis nas frações aquosas obtidas, apresentadas no Gráfico 01 e 02 respectivamente. Avaliando os valores dos Gráfico 01 e 02, a melhor condição em termos de rendimento de açúcares redutores na fração aquosa foi KOH em pH 12, 80 °C e 1,5h de pré-tratamento, apresentando uma concentração 11,05 g/L e 5,63 g/L. Esse resultado é relevante devido ao fato de que a remoção parcial da holocelulose e da hemicelulose na biomassa pré-tratada implica no seu enriquecimento em lignina, bem como esse teor de fenóis serve como indicativo da desestruturação da matriz lignocelulósica, em especial da camada de lignina, facilitando a sua decomposição durante o processo de pirólise sob efeito do meio alcalino, principal responsável pela formação de fenóis no bio-óleo.

Gráfico 1. Concentração de açúcares redutores nas frações aquosas

Gráfico 2. Concentração de fenol nas frações aquosas

Conclusões

Durante o pré-tratamento a lignina está sujeita a processos de despolimerização/repolimerização, originando unidades fenólicas monoméricas. O uso do ultrassom associado ao KOH foi efetivo no aumento dos teores de compostos fenólicos e de açúcares, causando aumento da desvolatilização da biomassa, tendendo a aumentos significativos dos teores de fenóis nos óleos proveniente da biomassa tratada. As análises de teor de açúcares redutores e fenóis nas frações aquosas mostraram que a melhor condição foi o uso do KOH, apresentando uma concentração 11,05 g/L e 5,63 g/L respectivamente.

Agradecimentos

A Universidade Federal de Sergipe (UFS), o INCT de energia e ambiente, o Departamento de Química da UFS (DQI), o Laboratório de Análises Cromatográficas (LAC) e o Núcleo de Petróleo e Gás (NUPEG).

Referências

BISPO, D. F.; SANTOS, R. M.; GRANJA, H. S.; FREITAS, L. S.; Ultrasonic Pretreatment of Cowpea Bean Pod with K3PO4: Effect on Bio-Oil Yield and Phenolic Compounds Content. Journal Of The Brazilian Chemical Society, v. 00, p. 01-10, 2021.
BRIDGWATER, A. V. (2012). Review of fast pyrolysis of biomass and product upgrading. Biomass and Bioenergy, 38, 68-94.
MARGEOT, A., et al. (2009). Use of ultrasonication technology for an improved enzymatic hydrolysis of lignocellulosic materials. Bioresource Technology, 100(14), 4529-4536.
RAGAUSKAS, A. J., et al. (2006). The path forward for biofuels and biomaterials. Science, 311(5760), 484-489.
SMITH, R. L., & Brown, R. C. (2012). Biorenewable resources: Engineering new products from agriculture. John Wiley & Sons.
ZHANG, X., et al. (2013). Grapeseed residues as a potential source of bioenergy. Bioresource Technology, 128, 81-86.
ZHANG, Z., et al. (2019). Ultrasound-assisted biomass pyrolysis for bio-oil production: A review. Ultrasonics Sonochemistry, 55, 178-193.