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Resíduos agroindustriais

O documento discute os tipos e usos de resíduos agroindustriais. Apresenta os principais tipos de resíduos vegetais e animais e como eles podem ser convertidos em subprodutos para alimentação humana e animal, agricultura, medicina e outros fins. Também aborda a bioutilização dos resíduos e a importância da valorização integral da biomassa.

Educação◦
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Resíduos agroindustriais aula 1 Prof. Adriana Dantas UERGS – Caxias do Sul
Introdução • Resíduos de alimentos e sua industrialização • Subprodutos de resíduos de alimentos • Tipos de resíduos de alimentos • Fontes e utilização de alimentos • Bioutilizaçao dos resíduos • Tratamentos de resíduos não renováveis
Resíduos • Na industria de alimentos são conhecidos como ‘resíduos’, parte da matéria-prima não utilizadas no processamento do produto principal. • Matéria-prima mão aproveitada para a elaboração do produto alimentício e como subproduto.
Classes de subprodutos • Tradicionais – elaborados no material sobrante do produto principal: leite (manteiga, queijo, etc..); carnes (embutidos, defumados, etc..) • Esporádicos – poderão sofrer ou não transformações.
Aplicação de subprodutos de resíduos de alimentos • Na alimentação humana • Na alimentação animal • Na agricultura • Na medicina • Diferentes fins
Alimentação humana • Álcool; bebidas fermentadas não alcoólicas; caldas e xaropes; complexos protéicos; farinhas; geléias; gelatina; gorduras hidrogenadas; margarina; óleos comestíveis; óleos essenciais; patês; adstringentes; coalho; enzimas proteolíticas; pectina; pigmentos; vinagre; etc.
Alimentação animal • Farelinho e remoído • Farinhas de ossos; marisco, peixe, ostra • Gorduras não comestíveis pelo homem • Melaço de cana • Soro de leite • Suplemento cálcico e protéico • Tortas oleaginosas e de frutas
Agricultura • Águas residuais de digestores • Resíduos de casca de ovo • Resíduos de cinzas de ossos • Resíduos empregados na alimentação • Resíduos de matadouros • Resíduos orgânicos • Bagaços esgotados de cana • Tortas em bruto de sementes e de frutas
Medicina • Ácido nucléico • Adstringentes • Albuminas e peptonas • Cafeína • Colecistocinina • Complexo protéico (plasma sanguínea) • Complexo B • Diurético • Enzimas proteolíticas • Extrato de órgãos • Hesperidina • Sais biliares • Terebintina • Vermífugo • Vitaminas A e D
Diferentes fins • Amuleto • Botões • Pentes • Tapetes • Calçados • Cintos • Tapetes • Cola e material plástico • Colchões e travesseiros • Escovas • Graxa • Velas
Medicina • NA industria farmacêutica, numerosas substâncias químicas são retiradas de vegetais, animais e convertidas em subprodutos de emprego terapêutico. • Além de uso via bucal, inúmeros subprodutos com objetivo medicinal, tem uso tópico; manteiga para queimaduras leves e reabsorção de hematomas; toucinho para feridas causadas por moscas varejeiras.
Medicina • De origem vegetal • Cafeína ( envoltório e cascas de sementes de café) • Complexo B – capa de aleurona de certos cereais • Hesperidina – cascas de cítrico • Terebentina – cascas de manga • Ergotina – esporão de centeio
Medicina • Estigma de milho – diurético • Mesocarpo e casca de romã – adstringente • Sementes de abóbora – vermífugo • Bagaço de cítricos ou vegetais ricos em celulose – anticonstipantes • Casca de limão, laranja – antitérmicos e antigripais
Medicina • Da carne • De aparas de carnes e resíduos protéicos – isolam-se albuminas, peptonas, concentrados protéicos. • Carne de peixe – extraída a estreptogenina (regulador protéico); vigneron (fator de crescimento) • Músculos de animais – ATP (adenosina trifosfato) – pesquisas sob ação muscular e estudo na área molecular
Medicina • De ossos e cartilagens • Tíbias de bovinos – farinha de osso purificada – alto teor cálcio- fosforo, em alimentos infantis • Ossos de vitela - elementos de reparação plástica, substitutos de tecidos, reconstituição óssea • Cartilagens – implantadas em lugar de ossos faciais
Medicina • De órgãos • Estomago – renina, pepsina(alimento infantil) e mucina(ulceras) • Intestinos – duodeno – vitaminas B12 (anemia); - segmento ceco-pilórico – proteases, tripsina. • Fígado – glândula hepática se extrai medicamento para transtornos hematopoiéticos (anemia) • Vesícula biliar – extraída a colecistoina • Pâncreas – tripsina (transtornos digestivos, lesões necróticas, ulceras), quimotripsina (digere tecidos necrosados) e amilase, insulina (controle da glicemia) • Coração – antígenos (tratamentos de sífilis) – coração do atum e peixe espada • Pulmões – heparina isolada do pulmão e do fígado – enfermidades cardiovasculares • Medula espinhas – hormônios sexuais, colesterol
Medicina • De origem animal – Do sangue • Isolados aminoácidos, como caseína – períodos pós-operatório • Plasma sanguínea dessecado – dietoterápica, complemento protéico • Albumina purificada – diversas aplicações (alimento, meios de cultura de tecidos, determinar fator Rh, estabilizador de vacinas, culturas microbianas, etc..) • Fibrinogênio e gamaglobulinas – pesquisas • Albumina cristalizada de boi – proteína padrão em pesquisas • Potrombina – produzida a cortisona e outros esteróides • Plasma de peixe - Esteróides como a cortisona principalmente Salmão
Tipos de resíduos de alimentos • Resíduos ‘in natura’Resíduos ‘in natura’ Aqueles que permanecem em seu estado natural e que assim são utilizados, em sua totalidade ou parcialmente. Ex.: frutas refugadas, determinadas folhas, pendões de cana e outros
Tipos de resíduos de alimentos • Resíduos resultantes do beneficiamento deResíduos resultantes do beneficiamento de alimentosalimentos Os resultantes do beneficiamento de alimentos, surgem durante o preparo destes, para a sua conversão em produtos alimentícios. Pertencem a este tipo, os resíduos que não se integram aos produtos como seus componentes e que por esse motivo necessitam serem deles excluídos. Ex.: aparas de vegetais; certas sementes; cascas e centros de frutas; palhas e sabugos de milho.
Tipos de resíduos de alimentos • Resíduos eliminados durante o processamentoResíduos eliminados durante o processamento de alimentosde alimentos Este tipo de resíduo é eliminado dos alimentos durante o seu processamento e, por estratégias tecnológicas se tornam subprodutos. Ex.: melaço, tortas (originadas das sementes de frutas e leguminosas), bagaços ( da extração para obtenção de sucos), farelos e germens (da moagem de cereais e de leguminosas), etc..
Tipos de resíduos de alimentos • Resíduos de alimentos já processadosResíduos de alimentos já processados Esses resíduos tem características próprias de serem parte do produto terminado, isto é, são resíduos já prontos. Ex.: resíduos de subprodutos impróprios ao comércio ou ao consumo humano destinado a outros fins.
Resíduos vegetais • ‘‘In natura’In natura’ Vegetais refugados – em entrepostos, mercados e centros de produção (colheitas excessivas ou encalhadas) • Convertidas em subprodutos Ex.: Frutas refugadas – na industria de enlatados, na produção de sucos, de vinagre e aguardente, de doces secos e cristalizados
Resíduos vegetais • Laranjas destinadas a exportação e separadas nas ‘packing houses’, por irregularidades de forma, tamanho, aspecto – indústria de sucos, vinagre, xaropes e outras. • Limões não deteriorados, porém refugados – elaboração de sucos • Outras frutas – ameixas, maças, figos, etc....
Resíduos vegetais • FolhasFolhas Utilizadas em pratos exóticos Alimentação de índios Bebibas fermentadas • Vegetais pigmentadosVegetais pigmentados cenoura – carotenóides beterraba – antocianina espinafre e ervilha – clorofila tomate – licopeno diversas frutas (jabuticaba, jenipapo, pitanga)
Subprodutos de cascas e centros de frutas • Abacaxi – bebidas fermentadas – álcool – vinagre – calda pata compota de abacaxi • Maçã – geléias – vinagre • Pêra – Caldas para adicionar em conservas de pêra e consumo de mesa • Amêndoas – álcool neutro para fortificar bebidas
Sementes e caroços de frutas • Principal subproduto – óleo Sementes de uvas – procedentes da fabricação de vinhos ou de passas Damasco, de cerejas, de ameixas,pêssegos – óleo comestível
Resíduos animais • Surgidos durante o preparo, para as diferentes qualidades de consumo: durante o beneficiamento de leite da carne de animas abatidos • Cartilagens • Ossos e tendões
Resíduos animais • O maior contingente de resíduos de alimentos animais é justamente formado pelos que decorrem dos processos de beneficiamento. • Nos animais de corte, sua carne e órgãos são separados de imediato para consumo humano; outras partes, surgidas do beneficiamento, são usadas para ração animal e para outros empregos.
Farinhas empregadas na alimentação de aves e de porcinos, excelentes fontes de nutrientes protéicos e minerais • Farinhas de ossos • Farinha de sangue • Farinha de carne • Farinha de carne e ossos • Farinha de penas • Farinha de aves • Farinhas de animais mamíferos • Farinha de peixe
Agricultura • Impróprios para alimentação e para aproveitamento em outros setores, só servindo para fabricação de adubos.
VALORIZAÇÃO INTEGRAL DA BIOMASSA • O conceito do uso de fontes renováveis está implicitamente conectado com a idéia de Valorização Integral, destacando a importância do uso completo do produto entregue pela natureza (agricultura)
Principais resíduos usados como fertilizantes (direta ou indiretamente): • De origem vegetalDe origem vegetal Adubo vegetal Cascas de frutas Farelinho Tortas de sementes e frutas oleaginosas Bagaço esgotado de cana Resíduos vegetais secos ou submetidos as fermentações
Principais resíduos usados como fertilizantes (direta ou indiretamente): • De origem animal • Sangue de matadouros • Pescado deteriorado • Farinha de osso • Cinzas de ossos • Cascas de ovos • Estrumes animal de curral e de matadouros
Outras finalidades • Cascas de nozes – combustível, pós de uso industrial, fabricação de plástico, espessante, de capa de revestimento de parede, inseticidas • Sementes de uvas – industriais de sabões, tintas • Cascas e centros de uvas – tanino • Pedúnculo de uva – tartarato de potássio (cremor tártaro) • Semente e cascas de tomates – purê, extração de óleos • Caroços de frutas – carvão, óleos fixos (amigdalina, glicose e ácido cianídrico), graxa e sabão. • Óleo de amêndoas amargo, agente farmacêutico, doces e bolos
UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS AGRO-INDUSTRIAIS EM PROCESSOS BIOTECNOLÓGICOS COMO PERSPECTIVA DE REDUÇÃO DO IMPACTO AMBIENTAL • A crescente preocupação com o meio ambiente vem mobilizando vários segmentos do mercado. Inúmeros órgãos governamentais e indústrias estão se preparando para aplicar uma política ambiental que diminua os impactos negativos à natureza.
• Resíduos sólidos diferenciam-se do termo lixo porque, enquanto este último não possui nenhum tipo de valor, já que é aquilo que deve apenas ser descartado, aqueles possuem valor econômico agregado, por possibilitarem reaproveitamento no próprio processo produtivo. • Além de criar potenciais problemas ambientais, os resíduos representam perdas de matérias-primas e energia, exigindo investimentos significativos em tratamentos para controlar a poluição.
Implementação de transformação de resíduos de industrias de vegetais: • transformação de resíduos em ingredientes para a indústria de sucos e panificação; • bioconversão destes resíduos por fermentação em estado sólido, sendo que, neste caso, os resíduos foram usados como substratos para a produção de aroma de frutas; • uso dos resíduos como bioadsorvente em tratamento de resíduos.
Bioutilização de resíduos • Fermentação da palha de trigo pelo Chaetomium cellulolyticum - incremento no teor protéico e produção de biomassa • Biorreator para ser utilizado no enriquecimento protéico da polpa de beterraba pelo Trichoderma viride. • Produção de ração animal pela fermentação de sagu pelo Rhizopus oligosporus
Bioutilização de resíduos • Sargantanisis et al. (1993) - produção de Rhizopus oligosporus em farinha de milho obtiveram rendimento de 0,6g biomassa.g-1 de produto seco. • Yang et al. (1993) - enriquecimento protéico de resíduos de batata doce através de vários microrganismos, teor de umidade do substrato em torno de 70%,os microrganismos que apresentaram melhor desempenho Saccharomyces e o Rhizopus. Os incrementos em teor protéico obtidos foram de 3,2 para 8,4 e 18,5%, respectivamente.
Bioutilização de resíduos • Zvauya e Muzondo (1994) - enriquecimento protéico da farinha de mandioca através de algumas variedades de Aspergillus. Teores de umidade acima de 55,0% e concentração de inoculo acima de 107 esporos.g-1. • Joshi e Sandhu (1996) - ração animal através da fermentação da polpa de maçã residual de indústria de suco por Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis e Torula utilis. Incremento no teor protéico de 5,80% para 16,80; 18,50 e 15,57% para cada microrganismo utilizado, respectivamente.
Bioutilização de resíduos • Pelizer (1997) - resíduos da indústria de beneficiamento do arroz para a produção de bioinseticida a base de Bacillus thuringiensis. No processamento de arroz, desde a colheita até o beneficiamento, podem-se destacar os seguintes subprodutos e resíduos: palha de arroz, soca ou soqueira, casca, farelo e quirela (ou quirera), que podem ser considerados resíduos com grande potencial de utilização como substratos. A bioutilização dos rejeitos industriais para a produção de bioinseticidas pode ser considerada muito importante, pois ao mesmo tempo em que significa uma solução para as indústrias, este produto não causa danos ao meio ambiente e pode ser utilizado na agricultura que fornece matérias- primas para produção das mesmas.
Bioutilização de resíduos • Bravo et al. (2000) - produção de poligalacturonase (enzima amplamente usada na indústria de alimentos, tais como as de sucos de frutas, vinhos, cacau e café) utilizando-se o caldo de cana (resíduos da indústria de sucro-alcoleira). • Coelho et al. (2001) - resíduos da indústria de coco verde para a produção de enzimas.
Bioutilização de bagaço de cana-de-açúcar • Diferentes sistemas de fermentação em estado sólido – suporte inerte para produção de penicilina utilizando o Penicillium chrysogenum. • Produção de biomassa protéica de Trichoderma reesei e Rhizopus (cultura mista) em fermentação submersa. • Produção de alcalóides pela Claviceps purpurea por fermentação em estado sólido. • Produção de mais de 2 milhões de toneladas de bagaço de cana-de-açúcar como resíduo agro-industrial. Esse material enriquecido com proteína microbiana através da fermentação em estado sólido pode ser utilizado como ração animal. • Produção de proteína,para utilização em ração animal, através do Chaetomium cellulolyticum. Conteúdo de proteína inicial do bagaço era 2% e no produto final de 8,65% mínimo exigido para ração de ruminantes (7%).
SILAGENS ALTERNATIVAS DE RESÍDUOS AGRO-INDUSTRIAIS • A ensilagem, como técnica de conservação de forragens, tem sido largamente utilizada em propriedades rurais como estratégia de reserva forrageira para períodos críticos ou mesmo para uso contínuo na alimentação animal. • O uso de silagem ou mesmo de feno, contribui significativamente no custo de produção do leite e da carne, com conseqüente redução na margem de lucro.
• O uso de resíduos agro-industriais como bagaço de laranja e rama de mandioca tem apresentado alto potencial para uso na alimentação de ruminantes. • Pelo alto custo de implantação de lavouras anuais como milho e sorgo e de outras culturas de alto valor forrageiro (milheto, aveia, azevém, alfafa, ...), normalmente utilizadas na produção de silagem.
Industria de Sucos • A indústria de suco de laranja produz como subproduto o bagaço de laranja ou polpa de laranja que compreende aproximadamente 50% do total da fruta. É obtida após duas prensagens que restringe a umidade a 65 – 75%; sendo depois submetida à secagem, da qual resulta até 90% de matéria seca, para então, ser peletizada e comercializada. • Para o desprendimento da água e atenuar a natureza hidrofílica da pectina, principal carboidrato presente na polpa, adiciona-se hidróxido de cálcio ou óxido de cálcio antes das prensagens. • A prática de desidratar o bagaço de laranja é comum, mas devido ao alto custo de energia, muitas vezes esta tecnologia se torna antieconômica.
Bagaço da laranja • O bagaço de laranja tem algumas características que contribuem para que seja armazenado na forma de silagem, todavia, existem controvérsias quanto à ensilagem de alimentos com alto conteúdo de umidade. • Estima-se que, nos Estados Unidos, 90% da polpa cítrica utilizada são consumidos por vacas em lactação, categoria esta para a qual a polpa mostrou-se um alimento de alto valor, principalmente quando a quantidade de forragem disponível é pequena.
Ensilagem e uso de aditivos • A ensilagem é outro método de conservação que vem sendo usado, porém, devido às perdas faz-se necessário rever esta tecnologia de conservação, em bases econômicas. • O uso de diferentes aditivos na ensilagem do subproduto da indústria de suco de laranja, pode melhorar significativamente a qualidade do ensilado, merecendo ser estudado, principalmente, devido a importância econômica regional. • A conservação de uma forrageira como silagem depende da fermentação natural dos açúcares a ácidos, sob condições anaeróbias, principalmente láctico e acético, por bactérias ácido lácticas, o que torna o processo de fermentação grandemente sujeito a variações. • As alterações bioquímicas que ocorre durante o processo de ensilagem, apontando as atividades enzimáticas das plantas, das bactérias produtoras de ácido láctico, clostrídios, enterobactérias e leveduras como principais responsáveis.
Procedimentos • Para aumentar o teor de matéria seca do bagaço de laranja, adicionar 20% de palha de trigo picada em partículas igual ou inferior a 2,5 cm, proporcionando uma relação, com base na MS, de 80/20. • A dinâmica da fermentação do bagaço de laranja durante a ensilagem, apresenta um número de leveduras menor que o número de bactérias lácticas, elas não se extinguiram através do período de ensilagem, devido à presença de açúcares fermentáveis disponíveis, suficientes para manter o metabolismo, atribuindo as perdas a estas populações. • Um modo promissor para melhorar o processo de fermentação do bagaço de laranja seria inibir a população de leveduras. • A população de leveduras que utilizam lactato é um dos fatores determinantes se uma silagem deteriorará ou não à exposição ao ar.
Procedimentos • A inoculação por bactérias lácticas é importante pois o ácido resultante atua como inibidor das leveduras, devido a rápida fermentação ácida produzida contribui para a redução da atividade de levedura durante o uso da silagem. • O bagaço de laranja in natura pode ser eficientemente conservado sob a forma de silagem sem o uso de aditivos. • A aplicação de aditivos, ácidos ou enzimático microbiano, não melhoraram os parâmetros de fermentação das silagens ao ponto de recomendá-los para a confecção de silagem de bagaço.
Uso de aditivos • O objetivo original do uso de aditivos é garantir que as bactérias ácido lácticas dominassem a fermentação resultando em uma silagem bem conservada. • A esse respeito, o melaço, que foi disponível comercialmente, forneceu uma fonte de baixo custo de carboidratos fermentáveis e foi grandemente usado por fazendeiros durante o início do século. • Em 1933, Virtanen, trabalhando na Finlândia, adotou uma maneira diferente e recomendou a rápida acidificação da forragem com ácidos minerais para chegar a um pH por volta de 3,5 que foi originalmente a idéia que inibiria a atividade microbiana e das enzimas da planta. • Em 1945 recebeu o Prêmio Nobel pelo seu esforço. A silagem feita com adição de ácido mineral é chamada de silagem AIV ou processo AIV
Composição quimica • A conservação do bagaço de laranja, ensilado por 92 dias, em experimentos laboratoriais, utilizando dois tratamentos, o primeiro com drenagem do efluente e o outro sem drenagem, foi quantificada as perdas por liberação de gases. • Em silagens de bagaço de laranja, armazenados por 142 dias, em que o efluente foi permitido escorrer, e naquele em que o efluente foi mantido dentro do silo, não foram encontradas diferenças nos componentes químicos e microbiológicos (ASHBELL e LISKER, 1987). • O bagaço de laranja geralmente contém entre 12 e 21% de matéria seca e durante o processo de fermentação mais de 22% do peso do bagaço fresco pode ser perdido pela lixiviação • As perdas causadas por microrganismos aeróbios se restringe à camada superior da silagem de bagaço de laranja, e a presença desses microrganismos não explica todas as perdas registradas durante a estocagem .