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                PARTIR DE GRÃOS DEFEITUOSOS DE CAFÉ

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1.0 - INTRODUÇÃO


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com diesel de petróleo, uma vez que ambos são totalmente miscíveis (Graboski and
McCormick, 1998). O biodiesel tem se torn...
(Belo Horizonte, Minas Gerais) e a fração passante (97% da amostra) em peneira de
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3.0 - RESULTADOS E DISCUSSÃO

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Tabela 2 - Composição em ácidos graxos do biodiesel.

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4.0 - CONCLUSÕES


       No presente estudo, demonstrou-se a viabilidade de produção de biodiesel a
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ILLY, A.; VIANI, R., Espresso Coffee: The Chemistry of Quality, Academic Press
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AvaliaçãO Preliminar Da Viabilidade De ProduçãO De Biodiesel A Partir De GrãOs Defeituosos De Café

  1. 1. AVALIAÇÃO PRELIMINAR DA VIABILIDADE DE PRODUÇÃO DE BIODIESEL A PARTIR DE GRÃOS DEFEITUOSOS DE CAFÉ Leandro Soares de Oliveira 1 Adriana Silva França2 Rodrigo Ribeiro da Silva Camargos3 Mário Carlos de Barros Júnior4 RESUMO Um estudo preliminar foi efetuado para verificação da viabilidade de produção de biodiesel pela transesterificação da fração triglicerídica e de ácidos graxos livres de óleo de grãos de café defeituosos e não defeituosos. O óleo foi extraído com éter de petróleo antes de ser submetido às reações de transesterificação. A fração referida do óleo foi convertida, com sucesso, nos respectivos metil-ésteres dos ácidos graxos, demonstrando, desta forma, a viabilidade de se produzir biodiesel utilizando-se grãos defeituosos de café. Palavras chave: biodiesel, pva ABSTRACT A study on the feasibility of producing biodiesel by the transesterification of the triglycerides and free fatty acids fraction of the oil of defective and healthy coffee beans was carried out. The oil was extracted with petroleum ether prior to the esterification. The referred fraction of the oil was successfully converted into the methyl-esters of the fatty acids, thus, demonstrating the feasibility of producing biodiesel from defective coffee beans. Key words: biodiesel, defective beans 1 Engenheiro Químico, Ph.D., Prof. Adjunto Dep. Engenharia Química/UFMG, E-mail: leandro@deq.ufmg.br 2 Engenheira Química, Ph.D., Prof. Adjunto Dep. Engenharia Química/UFMG, E-mail: franca@deq.ufmg.br 3 Engenheiro Químico, Mestrando, Curso de Pós-Graduação em Engenharia Química/UFMG 4 Engenheiro de Alimentos, Mestrando, Programa de Pós-Graduação em Ciência de Alimentos/UFMG
  2. 2. 1.0 - INTRODUÇÃO Os grãos defeituosos representam, atualmente, em torno de 20% do total de café produzido no Estado de Minas Gerais, que é o maior produtor de café do Brasil. Independentemente dos procedimentos de cultivo, de colheita e de beneficiamento pós-colheita, grãos de café defeituosos estarão sempre presentes, por serem gerados, em sua maior parte, por fatores de natureza intrínseca, não controláveis (Carvalho et al., 1997). Dentre os vários tipos de defeitos, grãos pretos, verdes e ardidos (PVA) se destacam em função de afetar significativamente a qualidade da bebida. Os grãos de café defeituosos são mecanicamente separados dos não defeituosos nas próprias fazendas produtoras, ou em cooperativas, por máquinas que empregam diferentes princípios físicos de separação (pneumático, gravimétrico, colorimétrico, etc). Os grãos defeituosos separados são ensacados e comercializados para as indústrias de torrefação, que os utilizam em misturas com grãos não defeituosos. Em virtude deste procedimento, o café torrado comercializado no mercado interno brasileiro é considerado de baixa qualidade. A solução óbvia para este problema seria que as torrefadoras abandonassem o emprego de misturas de cafés de boa qualidade com grãos defeituosos. Além da influência benéfica sobre a qualidade do café consumido internamente no Brasil, a retirada dos grãos de café defeituosos dos mercados externo e interno contribuiria para regular a oferta do produto, permitindo, desta forma, a redução de estoques excedentes e a regularização de preços do produto. No entanto, ao abandonar o emprego de misturas com grãos defeituosos, em favor de um produto de melhor qualidade, as torrefadoras estariam deixando de comprar dos produtores e cooperativas todo o volume de grão defeituosos, para os quais ainda não se encontrou uma forma alternativa de utilização, que seja rentável aos produtores. Uma possibilidade seria a utilização destes grãos para a produção de biodiesel. Biodiesel é a denominação atribuída a combustíveis manufaturados pela esterificação de óleos, gorduras e ácidos graxos, e que são renováveis. Este tipo de combustível pode ser utilizado diretamente em motores a diesel, puro ou em misturas
  3. 3. com diesel de petróleo, uma vez que ambos são totalmente miscíveis (Graboski and McCormick, 1998). O biodiesel tem se tornado cada vez mais atraente de ser utilizado em substituição ao diesel de petróleo, em virtude de seus benefícios relacionados com o meio ambiente e do fato de que pode ser manufaturado a partir de fontes renováveis. Ressalta-se que o emprego de biodiesel reduz de forma significativa a emissão de particulados em motores de combustão em comparação ao diesel de petróleo (Graboski and McCormick, 1998; Siuru, 2001). Entretanto, alguns obstáculos de natureza econômica ainda perduram com relação à produção industrial do biodiesel. Os custos de matéria prima, em geral grãos oleaginosos tais como soja, canola e girasssol, contribuem de 60 a 75% para o custo total do combustível biodiesel (Krawczyk, 1996; Van Dyne et al., 1996; Bender, 1999). Estes custos poderiam ser diminuídos pela utilização de produtos “menos nobres”, como, por exemplo, grãos defeituosos de café. Diante do exposto, o presente estudo teve como objetivo efetuar uma avaliação preliminar da viabilidade de produção de biodiesel como alternativa para utilização de grãos defeituosos de café. 2.0 - MATERIAIS E MÉTODOS 2.1 - Amostras de café Grãos de café crus, sadios e defeituosos, foram adquiridos da Santo Antonio Estate Coffee, em Santo Antônio do Amparo, Minas Gerais. As amostras utilizadas no presente trabalho são originárias da Fazenda Samambaia, de onde frutas da variedade Mundo Novo foram derriçadas e subsequentemente descascadas e secas ao sol. Os grãos defeituosos foram selecionados manualmente dentre aqueles rejeitados pelas máquinas que separam por cor. Do lote rejeitado, foram separados individualmente os grãos defeituosos pretos, verdes (imaturos) e ardidos e a composição (peso/peso) do lote foi determinada como sendo 50,0% de grãos ardidos, 21,1% de grãos imaturos, 2,1% de grãos pretos e o restante de grãos maduros não defeituosos (sadios). Os outros tipos de defeitos (quebrados, brocados e outros) foram separados nas operações de classificação (peneiramento e ventilação). As amostras constituídas da mistura de grãos defeituosos e não defeituosos foram moídas em um moinho Rotatec
  4. 4. (Belo Horizonte, Minas Gerais) e a fração passante (97% da amostra) em peneira de 0,425 mm de abertura (35 mesh, série Tyler) foi utilizada para a extração de óleo. As amostras de café moído foram secas em estufa por 24 horas a 105oC antes da extração do óleo. 2.2 - Reagentes Todos os reagentes utilizados são de grau analítico e foram adquiridos da Labsynth (São Paulo, SP), exceto o trifluoreto de boro (BF3), que foi adquirido da Sigma-Aldrich (EUA). 2.3 - Métodos de extração e esterificação Os óleos foram extraídos com base em metodologias padronizadas na literatura, em que as amostras secas foram exaustivamente extraídas em um aparelho Soxhlet por 6 horas utilizando-se éter de petróleo como solvente. Subsequentemente à extração, o solvente foi evaporado do extrato utilizando-se um evaporador rotativo. Os teores de óleo foram determinados por gravimetria (Folstar, 1985). Para a análise da composição em ácidos graxos do óleo de café, utilizou-se a metodologia de esterificação dos ácidos graxos para posterior análise por cromatografia a gás. A esterificação dos ácidos graxos, para efeito de análise, foi efetuada utilizando-se o BF3 em excesso de metanol (10%) (Illy and Viani, 1995). As reações de transesterificação do óleo de café, para produção de biodiesel, foram efetuadas na própria montagem Soxhlet, utilizando-se metanol e hidróxido de sódio (NaOH), por 30, 60, 90, 120 e 150 minutos a temperaturas de 60-70oC. 2.4 - Método analítico Os metil-ésteres de ácidos graxos foram analisados por cromatografia a gás em um aparelho Shimadzu GC-17 (Japão), com uma coluna capilar DBWax (30 m x 0,25 mm d.i.), para a qual a temperatura foi variada de 160oC a 230oC, a uma taxa de 5oC por minuto, em uma corrida de 20 minutos.
  5. 5. 3.0 - RESULTADOS E DISCUSSÃO Os resultados para a quantificação dos teores de óleos de grãos defeituosos e não defeituosos são apresentados na Figura 1. A análise comparativa das médias pelo teste de Duncan a 5% de probabilidade demonstrou que os grãos sadios apresentaram teor de óleo superior aos grãos defeituosos e que não houve diferença significativa de teor óleo entre os defeitos preto, ardido e imaturo. 15 10 % b.s. 5 0 Sadio Preto Imaturo Ardido Figura 1 - Teores de óleo em grãos de café. Os resultados para as composições em ácidos graxos dos óleos de grãos defeituosos e não defeituosos são apresentados na Tabela 1. Para o caso da composição em ácidos graxos, os resultados para grãos imaturos e ardidos são apresentados em uma mesma coluna da Tabela 1 em função de os valores encontrados serem idênticos para ambos os defeitos. Ao observar os grãos das amostras individuais de imaturos e ardidos, notou-se que os grãos ardidos eram, em sua maioria, grãos imaturos em estágios iniciais de fermentação, justificando, desta forma, a similaridade na composição em ácidos graxos. Os ácidos graxos predomi- nantes em todas as amostras foram o palmítico e o linoléico, com o linoléico presente em maiores quantidades que o palmítico para grãos imaturos/ardidos e maduros sadios. Para os grãos pretos, houve uma inversão na composição destes ácidos. Quantidades similares de ácidos oléico e esteárico foram encontradas em todas as
  6. 6. amostras. Os ácidos linolênico e behênico foram encontrados em menores quantidades para grãos maduros sadios e não foram encontrados nas amostras de grãos defeituosos. Os resultados da composição em ácidos graxos para os grãos sadios estão em concordância com os encontrados na literatura (Nikolova-Damyanova et al., 1998; Turatti, 2001). Tabela 1 - Composição em ácidos graxos do óleo de grãos de café. %a Pretos Imaturos/ Sadios Ácido graxo Ardidos Palmítico (16:0) 40,2 + 2,1 31,1 + 1,4 32,6 + 0,9 Esteárico (18:0) 10,1 + 0,6 10,6 + 2,07 8,0 + 0,3 Oléico (18:1) 7,3 + 0,7 7,6 + 0,7 8,7 + 0,2 Linoléico (18:2) 34,5 + 1,0 36,1 + 0,5 44,6 + 1,1 Linolênico (18:3) n.d. n.d. 1,4 + 0,1 Araquídico (20:0) 2,2 + 0,4 4,8 + 1,2 3,3 + 0,2 Behênico (22:0) n.d. n.d. 1,1 + 0,2 a % + desvio padrão (n=4); n.d. não detectado Os resultados para a análise do óleo de café transesterificado para a produção de biodiesel são apresentados na Tabela 2. Um cromatograma típico é apresentado na Figura 2. As amostras de 1 a 5 correspondem aos tempos de transesterificação de 30 a 150 minutos, respectivamente. Observa-se que, aos 30 minutos de reação, praticamente todos os ácidos graxos já estavam transesterificados em sua completitude. A composição em ácidos graxos para biodiesel é similar à do próprio óleo de café (Tabela 1), revelando que a transesterificação da fração triglicerídica e dos ácidos graxos livres ocorreu com sucesso.
  7. 7. Tabela 2 - Composição em ácidos graxos do biodiesel. % Ácido Graxo Amostra 1 2 3 4 5 Palmítico 35,68 42,90 38,47 41,08 38,86 Esteárico 7,33 5,91 6,81 6,39 6,85 Oléico 8,01 7,13 7,88 7,47 7,77 Linoléico 44,52 41,23 43,42 41,97 43,08 Linolênico 1,46 1,46 1,43 1,41 1,40 Araquídico 2,47 1,34 1,96 1,64 2,01 Docosanóico 0,50 n.d. n.d. n.d. n.d. Total (%) 99,97 99,97 99,97 99,96 99,97 Figura 2 - Cromatograma típico da análise de biodiesel obtido a partir da transesterificação do óleo de café.
  8. 8. 4.0 - CONCLUSÕES No presente estudo, demonstrou-se a viabilidade de produção de biodiesel a partir do óleo extraído de uma mistura de grãos sadios e defeituosos de café cru, uma vez que a transesterificação da fração triglicerídica e dos ácidos graxos livres ocorreu com sucesso. Portanto, grãos defeituosos de café (pva) constituem alternativas interessantes de serem utilizados como fontes renováveis para a produção de biodiesel. A produção de biodiesel a partir de grãos defeituosos pode contribuir para a redução de custos de produção de café, uma vez que o combustível produzido pode retornar para as próprias fazendas como insumo para funcionar veículos e máquinas agrícolas em geral. 5.0 - AGRADECIMENTOS Os autores agradecem o apoio financeiro das agências de fomento CNPq e Fapemig e do Sindicato da Indústria de Café do Estado de Minas Gerais (Sindicafé- MG). 6.0 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS BENDER, M., Economic feasibility review for community-scale farmer cooperatives for biodiesel, Bioresource Technology, v. 70, p. 81-87, 1999. CARVALHO, V.D.; CHAGAS, S.R.J.; SOUZA, S.M.C. Fatores que afetam a qualidade do café. Informe Agropecuário, v. 18, n. 187, p. 5-20, 1997. KRAWCZYK, T., Biodiesel - alternative fuels makes inroads but hurdles remain, Inform, vol. 7, p. 801-829, 1996. FOLSTAR, P., Lipids, in: Coffee, Vol. 1, Chemistry, Clarke R.J. and Macrae R., Editors, Elsevier Applied Science, Essex, England, 306 p., 1985. GRABOSKI, M.S.; MCCORMICK, R.L., Combustion of fat and vegetable oil derived fuels in diesel engines, Prog. Energy Combust. Sci., v. 24, p. 125-164, 1998.
  9. 9. ILLY, A.; VIANI, R., Espresso Coffee: The Chemistry of Quality, Academic Press Limited, London, 253 p., 1995. NIKOLOVA-DAMYANOVA, B.; VELIKOVA, R.; GULAB, N.J. Lipid classes, fatty acid composition and triacylglycerol molecular species in crude coffee beans harvested in Brazil. Food Res. Int, v. 31, p. 479-486, 1998. SIURU, B., Biodiesel remains an option in alternative fuel mix, Diesel Progress, North American Edition, 124-126, June 2001. TURATTI, J.M. Extração e caracterização de óleo de café. In: SIMPÓSIO DE PESQUISA DOS CAFÉS DO BRASIL, 2, 2001, Vitória, Simpósio ... p. 1533-1539. VAN DYNE, D.L., WEBER, J.A.; BRASCHLER, C.H., Macroeconomic effects of a community-based biodiesel production system, Bioresource Technology, v. 56, p. 1-6, 1996.

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