ANA MARIA SOUZA DOS SANTOS PAU FERRO

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
PROFISSIONAL EM ENERGIA DA
BIOMASSA
UFAL

CECA

ESTUDO DE PRÉ-TRATAMENTO ÁCIDO DO FRUTO DA Terminalia catappa
Linn PARA PRODUÇÃO DE ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO

Rio Largo – 2016

UNIVERSIDADE FEDERAL DE ALAGOAS
CENTRO DE CIÊNCIAS AGRÁRIAS
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO
PROFISSIONAL EM ENERGIA DA
BIOMASSA
UFAL

CECA

ANA MARIA SOUZA DOS SANTOS PAU FERRO

ESTUDO DE PRÉ-TRATAMENTO ÁCIDO DO FRUTO DA Terminalia catappa
Linn PARA PRODUÇÃO DE ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO

Dissertação apresentada ao Programa de
Pós-Graduação Profissional em Energia da
Biomassa da Universidade Federal de
Alagoas, como parte dos requisitos para a
obtenção do título de Mestra em Energia da
Biomassa.

Orientadora: Profª Drª Renata Maria Rosas Garcia Almeida
Co-orientadora: Profª Drª Allani Christine Monteiro Alves da Rocha

Rio Largo – 2016

ANA MARIA SOUZA DOS SANTOS PAU FERRO

ESTUDO DE PRÉ-TRATAMENTO ÁCIDO DO FRUTO DA Terminalia catappa
Linn PARA PRODUÇÃO DE ETANOL DE SEGUNDA GERAÇÃO

Dissertação de Mestrado defendida em 03 de junho de 2016 e julgada pela
comissão examinadora, para obtenção do titulo de Mestra em Energia da
Biomassa.

BANCA EXAMINADORA:

__________________________________________________________________
Prof.º Dr.ª Renata Maria Rosas Garcia Almeida, UFAL (Orientadora)

__________________________________________________________________
Prof.º Dr.ª Allani Christine Monteiro Alves da Rocha, CESMAC (Co-Orientadora)

__________________________________________________________________
Prof.ª Drª. Albanise Enide da Silva, UFAL (Examinador externo)

__________________________________________________________________
Profº. Drº Eduardo Lucena Cavalcante de Amorim, UFAL (Examinador Interno)

__________________________________________________________________
Prof.º Dr.Cícero Luiz Calazans de Lima, UFAL (Examinador Interno)

Dedico este trabalho aos meus filhos
Thiago Souza dos Santos e Luana Tássia Souza
dos Santos, bem como a meu Tio José Pau Ferro
e minha Sogra Genilda Correia da Silva.

AGRADECIMENTOS

Primeiramente as três pessoas mais importantes da minha vida: Pai, Filho
e Espírito Santo, por realizar em Seu tempo este sonho. Aos meus pais Manoel
Eufrázio de Souza (in memoriam) e minha mãe Afra da Silva Souza, aos meus
filhos amados Thiago Souza dos Santos e Luana Tássia Souza dos Santos, ao tio
José Pau Ferro, à Gilda, e a todas as irmãs e cunhadas, pela força, carinho e
atenção durante toda jornada.
Aos Programas de Pós-Graduação em Energia da Biomassa (CECA) e
Engenharia Química (PPGEQ) da Universidade Federal de Alagoas (UFAL), aos
meus colegas de sala, aos mestres, que me ajudaram a alcançar os meus
objetivos e a concretizar esta etapa em minha vida.
À minha orientadora Profª Drª Renata Maria Rosas Garcia Almeida, à
minha Co-orientadora e amiga Profª Drª Allani Christine Monteiro Alves da Rocha,
aos mestres e amigos Alessandro Omena, Tânia Voronkoff e Leone Leite, pela
confiança que me foi depositada, pela força, incentivo, motivação e apoio.
A todos que me prestaram auxílio nos laboratórios de Sistemas de
Separação e Otimização dos Processos (LASSOP) e Laboratório Tecnológico de
Bebidas e Alimentos (LTBA) pelo dinamismo e acolhida.
À técnica e amiga Margarete Cabral pelos momentos ímpares de
aprendizado e companheirismo.
Ao Senhor Marcos da Secretaria do CECA por todo o carinho e respeito.
A todo o corpo docente do CESMAC, em especial ao Campus II, e a todos
aqueles que direta ou indiretamente contribuíram para este momento.

RESUMO
Devido à crise do petróleo, a indústria de etanol desenvolveu-se rapidamente nos
últimos anos para lidar com o esgotamento dos combustíveis fósseis e o etanol a
partir de matérias-primas renováveis (bioetanol) têm sido de grande interesse nas
últimas décadas como um combustível alternativo. Portanto, este trabalho tem
como objetivo estudar o pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia catappa Linn
para produção de etanol de segunda geração. Na metodologia utilizada as
variáveis de interesse estudadas foram a concentração de ácido sulfúrico (2,5% e
5%), a concentração de biomassa (5g de resíduo/100 mL de solução ácida) e
tempo de aquecimento (15 min a 30 min), em temperaturas variando de 111º C a
120º C, organizando-se num planejamento fatorial 23 com três repetições de
amostras. Na fermentação etanólica, empregou-se a amostra pré-tratada, solução
mineral e a levedura Saccharomyces cerevisiae, tendo como principais respostas
a concentração de etanol e a eficiência da fermentação. A maior eficiência
fermentativa se deu para o ensaio que possui maior concentração de ácido
(5,0%), tempo (30min) e temperatura (120ºC), assim como se obteve, também, a
maior quantidade de etanol. O teor de etanol produzido foi de 14,27 g/L e a
eficiência fermentativa de 59%. A produção de etanol teve valores compatíveis
com a literatura, sendo assim, este pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia
catappa Linn para produção de etanol de segunda geração, na faixa estudada,
mostra ser promissor.

Palavras chaves: pré-tratamento ácido. Etanol de segunda geração. Terminalia
catappa Linn. Fermentação etanólica.

ABSTRACT
Due to the oil crisis, the ethanol industry has developed rapidly in recent years to
deal with the depletion of fossil fuels. Ethanol from renewable raw materials
(bioethanol) has been of great interest in recent decades as an alternative fuel.
There, this paper aims to study the acid pretreatment of Terminalia catappa Linn
fruit for a second generation ethanol. The methodology of the studied variables of
interest were the concentration of sulfuric acid (2.5% and 5%), the concentration of
biomass (waste 5g / 100 ml of acid solution) and heating time (15 min to 30 min) at
temperatures ranging from 111º C to 120º C, organized in a 23 factorial design with
three replications samples. In the ethanolic fermentation, the pretreatment sample
solution and the mineral Saccharomyces cerevisiae yeast were utilized having
ethanol concentration and fermentation efficiency as main responses. The
increased fermentation efficiency was given for the test that had the highest acid
concentration (5.0%), time (30 minutes) and temperature (120 ° C) as well as the
the highest amount of ethanol. The produced ethanol content was 14, 27 g / L and
had a fermentation efficiency of 59%. The Ethanol production has compatible
values with the ones found in the literature, so, the study group of this acid pretreatment of the fruit of Terminalia catappa Linn, for a second generation ethanol
production proved to be promising.

Key words: Pretreatment. Second generation ethanol. Terminalia catappa Linn.
Ethanol fermentation.

LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Terminalia catappa Linn...............................................................

Figura 2 – Frutos inteiros Terminalia catappa Linn.......................................

Figura 3 – Distribuição da matriz energética nacional e mundial..................

Figura 4 – Estrutura da celulose...................................................................

Figura 5 – Estrutura da hemicelulose...........................................................

Figura 6 – Estrutura da lignina......................................................................

Figura 7 – Esquema da desorganização da biomassa celulósica................

Figura 8 – Diagrama das etapas do estudo pre-tratamento ácido do fruto
da terminalia catappa linn para produção de etanol de segunda geração....

Figura 9 – Polpa das amêndoas...................................................................

Figura 10 – Amêndoas liquidificadas............................................................

Figura 11 – Curva de calibração do dicromato de potássio..........................

Figura 12 – Cromatograma da caracterização da constituição química da
amêndo por HPLC.........................................................................................

Figura 13 – Cromatograma dos padrões analíticos para HPLC...................

Figura 14 – Gráfico de Pareto para o pré-tratamento ácido.........................

LISTA DE QUADRO

Quadro 1 – Principais etapas para a produção de etanol por biomassa
lignocelulósica...............................................................................................

Quadro 2 - Composição química de biomassas lignocelulósicas com
potencial para produção do bioetanol...........................................................

Quadro 3 – Planejamento Experimental Fatorial 23...................................... 34
Quadro 4 – Dados das propriedades do fruto da Terminalia catappa Linn,
resíduo da Graviola, casca do Maracujá, bagaço da Laranja e bagaço da
Cana-de-açúcar.............................................................................................

Quadro 5 – Matriz de planejamento fatorial 23.............................................

Quadro 6 – Resultados dos Açúcares Redutores Totais, Teores
Alcóolicos,

Rendimentos

das

Fermentaçãoes

Eficiência

das

Fermentações para os ensaios ápos a etapa de fermentação...................... 43

SUMÁRIO

INTRODUÇÃO ............................................................................................... 12

OBJETIVO ..................................................................................................... 14

2.1 Geral ............................................................................................................... 14
2.2 Especìficos .................................................................................................... 14
3

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.......................................................................... 15

3.1 Terminalia catappa Linn ............................................................................... 15
3.2 Bioetanol ....................................................................................................... 17
3.3 Biomassa ....................................................................................................... 19
3.4 Materiais Lignocelulósicos........................................................................... 21
3.5 Pré-tratamento ............................................................................................... 24
3.6 Fermentação .................................................................................................. 26
4.

MATERIAL E MÉTODOS .............................................................................. 28

4.1 Coleta e processamento da amêndoa ......................................................... 28
4.2 Caracterizações da amêndoa ....................................................................... 30
4.3 Estudo do pré-tratamento ácido .................................................................. 34
4.4 Fermentação etanólica.................................................................................. 35
4.5 Destilação ...................................................................................................... 36
5.

RESULTADOS E DISCUSSÕES ................................................................... 38

5.1 Propriedades da amêndoa............................................................................ 38
5.2 Estudo das condições de pré-tratamento ácido da matéria-prima ........... 41
5.3 Fermentação etanólica ................................................................................ 43
6

CONCLUSÕES .............................................................................................. 46

SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTURO .............................................. 47
REFERÊNCIAS .............................................................................................. 48

12
1

INTRODUÇÃO

As questões envolvendo o meio ambiente bem como o crescente aumento
dos custos do petróleo, ligado à produção de energia tem sido motivo para
constantes buscas de combustíveis alternativos. Sendo assim, o etanol aparece
como uma grande opção para se fazer esta substituição.
Desde a primeira crise mundial do petróleo, em 1973, observa-se a
existência de políticas públicas em diversos países destinadas a promover a
produção de biocombustíveis de forma mais consistente. No caso brasileiro, a
política de criação do Pró-Álcool visou reduzir a dependência do país dos
combustíveis fósseis, ao mesmo tempo em que se buscou construir uma
alternativa à matriz energética do país. (PNPB, 2010).
Devido a essa crise do petróleo, a indústria de etanol desenvolveu-se
rapidamente nos últimos anos para lidar com o esgotamento dos combustíveis
fósseis e o etanol a partir de matérias-primas renováveis (bioetanol) têm sido de
grande interesse nas últimas décadas como um combustível alternativo por
apresentar balanços energéticos positivos e adequadamente atender critérios de
sustentabilidade ambiental. (PASSOS et al., 2015).
Atualmente a biomassa lignocelulósica, como madeira e resíduos
agroindustriais, encontrada, por exemplo, nas palhas de arroz e polpas de frutos
como acerola, laranja, maracujá e o bagaço da cana, sendo este último, um dos
mais importantes, dentre outras, têm potencial para serem matérias-primas para a
produção do bioetanol devido ao seu grande potencial como fonte de hidratos de
carbono (celulose e hemicelulose) para a fermentação etanólica e outros produtos
químicos (MANDALOUFAS et al., 2015; PASSOS et al. 2015).
O fruto da castanhola (Terminalia catappa Linn) é carnoso, indeiscente,
drupáceo, glabo, de coloração verde a vinácea quando maduro (BARROSO et al.,
1999). Possui cerca de 5 a 7 cm, apresenta-se constituído por uma pele externa
(exocarpo), polpa (mesocarpo) e em seu interior por um caroço rígido (endocarpo),
contendo uma semente oleaginosa, que é revestida por uma película (VARESCHI,
1979 citado por GONZÁLEZ-MENDOZA et al., 2005). Quantidades significativas
de frutos são produzidas de 3 a 5 anos após a plantação, com frutificações

13
regulares de duas a três vezes ao ano (THOMSON e EVANS, 2006). Trata-se de
uma fruta que apesar de possuir sabor agradável e quantidades representativas
de nutrientes, é pouco utilizada na alimentação humana, sendo a árvore muito
utilizada para ornamentação de praças e demais espaços urbanos, pela beleza de
suas copas e pelas sombras que proporcionam (DE PAULA, 2008).
Assim, dentro desse contexto, este trabalho tem forte interesse científico,
envolvendo estudos e pesquisas que busquem a produção de etanol através do
fruto da Terminalia catappa Linn, tendo grande relevância social e regional,
fornecendo, ainda, uma alternativa para utilização destes frutos nas indústrias
emergentes de biocombustíveis.

14
2

OBJETIVO

2.1 Geral
Estudar o pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia catappa Linn para
produção de etanol de segunda geração (E2G).

2.2 Especìficos
Para alcançar o objetivo geral proposto, os seguintes objetivos específicos
foram definidos para relacionar a influência dos parâmetros estudados com a
viabilidade técnica:

 Caracterizar

através de análises físico-química a polpa do fruto da

Terminalia catappa Linn ;
 Avaliar a resposta de pré-tratamento ácido por meio da libertação de
açúcares redudores totais;
 Avaliar a fermentabilidade da fração líquida da biomassa pré-tratada em
razão do teor alcóolico produzido.

15
3

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Terminalia catappa Linn
A árvore da castanhola (Terminalia catappa Linn) pertence à família
Combretaceae, desenvolve-se em regiões tropicais e subtropicais, é conhecida
popularmente no Brasil como castanhola, amêndoa da praia, castanheira,
amendoeira, guarda-chuva, noz-da-praia, chapéu-de-sol e sete-copas, dentre
outras denominações (GILMAN e WATSON, 1994; LORENZI et al., 2003;
THOMSON e EVANS, 2006).
Segundo (CAVALCANTE et al., 1986) teve sua origem na Ásia meridional.
É uma grande árvore, espalhando-se e distribuindo-se ao longo dos trópicos no
ambiente litoral. A árvore cresce principalmente em ambientes livres e drenados, e
em solos bem arejados e arenosos (SANTOS et al., 2008). É encontrada
principalmente na parte sul da Nigéria, especialmente no Sudeste, onde são
plantadas principalmente para prestação de sombra e para fins ornamentais
(EZEOKONKWO e DODSON, 2004).
Trata-se de uma espécie exótica adaptada as várias condições de clima
do Brasil, resistente ao calor, frio, escassez de água, ventos fortes e salinidade
(SILVA et al., 2010).
A árvore (Figura 1) Terminalia catappa Linn, pode atingir até 20 metros,
possui copa muito característica em formato de pirâmide, no entanto seus ramos
secundários ficam distribuídos horizontalmente em verticilos ao longo do tronco
principal, dando a impressão de faixas bem definidas.
Figura 1 – Terminalia catappa Linn.

Fonte: Autora, 2016.

16
O tronco é curto e canelado, com casca áspera de cor acinzentada.
Apresenta folhas coriáceas, simples, com nervuras bem visíveis, de 20-30 cm de
comprimento, concentradas na extremidade dos ramos e que adquirem coloração
amarelada ou avermelhada antes de caírem. Suas flores são pouco vistosas de
cor branco-esverdeada, dispostas em inflorescências unissexuais, porém ambos
os sexos são localizados no mesmo ramo. Os frutos (Figura 2) são drupas, com
polpa carnosa, contendo em seu interior uma semente (castanha) arredondada e
rica em gordura, (TEIXEIRA, 2010).
Segundo os dicionários Michaelis (2000) e Ferreira et al. (1993), o termo
amêndoa pode ser dado aos frutos provenientes de muitas árvores que produzem
sementes oleaginosas, incluindo a espécie Terminalia catappa Linn.
A amêndoa são frutos da castanhola que são nutritivos e utilizados na
alimentação humana, assim como de animais e pássaros. Por se alimentarem dos
frutos e, às vezes, das sementes, esses animais facilitam a dispersão natural
(FLORES, 2003; THOMSON e EVANS, 2006).
Figura 2 – Frutos inteiros Terminalia catappa Linn.

Fonte: AUTORA, 2016.

Segundo De Paula (2008), em pesquisa realizada no sudoeste da Bahia
acerca de frutos da Terminalia catappa Linn, observou que o extrato etanólico da
polpa apresenta um bom potencial antioxidante, apresentando uma porcentagem
similar ao antioxidante sintético Butilhidroxianisol (BHA), porém a uma
concentração 10 vezes maior. Esta grande diferença é aceitável, uma vez que se
trata de um extrato natural.

17
Por ser uma espécie rústica e de rápido crescimento, é amplamente
utilizada para fins ornamentais (FRANCIS, 1989), medicinais (THOMSON e
EVANS, 2006), produção de madeira, reflorestamento, recuperação de áreas
degradadas, arborização urbana e rural (ANGEL et al., 2003; MENESES et al.,
2003).
Como é uma planta de características tão peculiares e tão adaptável ao
nosso nordeste brasileiro, tem-se interesse em seu estudo testando seu potencial
energético a exemplo da cana-de-açúcar, da beterraba e outras frutas como a
laranja, a acerola, o maracujá e tantas outas na obtenção de bioetanol de segunda
geração.

3.2 Bioetanol
O bioetanol é um combustível que pode ser produzido mediante qualquer
biomassa que contenha quantidades expressivas de açúcares, amido ou celulose
(SILVA, 2009).
No entanto, essa opção oferece limitado potencial de redução de custos
de produção e sua viabilidade é passível de continuar dependendo de incentivos
externos, como subsídios agrícolas. Além disso, adesão às especificações do
combustível e efetivo controle de qualidade são fatores importantes para garantir a
viabilidade comercial.
Assim sendo, desde a Revolução Industrial no século XVIII, os
combustíveis fósseis se tornaram os recursos energéticos mais importantes. No
entanto, o consumo em massa desses combustíveis tem causado sérios
problemas ambientais, como a poluição do ar, deterioração atmosférica, efeito
estufa e o aquecimento global. Para diminuir esses problemas, o desenvolvimento
de energia renovável recebeu uma grande atenção ao longo das décadas. A
energia da biomassa ou bioenergia é atualmente a quarta maior fonte de energia
primária no mundo, sendo assim, um potencial substituto para combustíveis
fósseis (WU et al., 2012).
Os chamados biocombustíveis de primeira geração são aqueles obtidos
das culturas dedicadas, usualmente estas culturas são utilizadas na alimentação

18
humana e animal. Nos Estados Unidos a principal cultura dedicada é o milho, já no
Brasil nós temos a cana-de-açúcar (GHATAK, 2011; HOEKMAN, 2009).
De acordo com Halford (2010) nestas culturas os açúcares podem estar
livres ou parcialmente livres, como por exemplo, nas fontes sacarinas, como é o
caso da cana-de-açúcar e da beterraba sacarina; podem estar também na forma
de amido (polímero de glicose que as plantas sintetizam para armazenar energia),
como nas fontes amiláceas, dentre estas podemos citar o milho, a mandioca e a
batata.
Conforme cita Wosch (2010), a produção de bioetanol mundial em 2001
era de 31 bilhões de litros. A demanda de etanol no país crescerá 150% nos
próximos dez anos, evoluindo de 25,5 bilhões de litros em 2008 para 63,9 bilhões
de litros em 2017. O aumento do consumo será sustentado fundamentalmente
pela utilização no setor automotivo (EPE, 2008).
O etanol de segunda geração nada mais é do que o combustível
produzido a partir de materiais lignocelulósicos, utilizando como matérias-primas
biomassas, como os resíduos agroindustriais a exemplo da palha de trigo, bagaço
de cana-de-açúcar, palha e sabugo do milho, além de resíduos florestais, como pó
de serra (CABRAL, 2015).
De acordo com Oliveira e Pimenta (2010), o etanol a partir da celulose é
um dos processos de fabricação adotado em alguns países nórdicos e atualmente
tem ganhado força no Brasil, com o incentivo de produção a partir do bagaço da
cana de açúcar, conhecido como etanol de segunda geração, porém é um
processo mais complexo quando comparado à fermentação trivial. Os custos de
produção de biomassa no Brasil são os menores do mundo, isso ressalta a
possibilidade de resultados satisfatórios. Além disso, a perspectiva é de que a
produção de etanol lignocelulósico aumente em até 50% a produção de álcool e, o
mais interessante, sem necessitar expandir o plantio (SILVA, 2012).
Sendo assim, faz-se necessários maiores estudos sobre esta biomassa
que se encontra com facilidade em nossa região para a produção de bioetanol, e
que não há na literatura maiores informações.

3.3 Biomassa
Biomassa é qualquer matéria de origem vegetal que dispõe de energia
acumulada em sua constituição química e que pode ser processada para fornecer
energia adequada para o uso final (SILVA, 2014).
Segundo Torresi et al. (2010), o Brasil é o país com maior condição de
gerar biomassas renováveis, devido a diversos aspectos ambientais, mas que
deve estar alerta para o início desta revolução que, se for corretamente conduzida,
poderá nos levar a uma nova era em termos de saúde pública, riqueza e
prosperidade, através da exploração racional, sustentável e ambientalmente
aceitável dos nossos recursos naturais. No entanto, devemos fazê-lo corretamente
e aprender com os erros de um século de crescimento que usou a tecnologia, mas
se baseou em avaliações incompletas e míopes para alimentar uma sociedade
mais impulsionada pela ganância e o consumismo que pela necessidade.
Quando as plantas crescem, sua totalidade do carbono na biomassa vem
da atmosfera, e é liberado para o ambiente. Por conta de ter uma pegada de
carbono líquido zero a biomassa é considerada como um combustível neutro em
carbono (NAIK et al., 2010).
Segundo Goldemberg (2009) existe um grande número de tecnologias de
conversão energética da biomassa, adequadas para aplicações em pequenas e
grandes escalas. Elas incluem gaseificação, métodos de produção de calor e
eletricidade (cogeração), recuperação de energia de resíduos sólidos urbanos e
gás de aterros sanitários além dos biocombustíveis para o setor de transportes
(etanol e biodiesel).
O recente interesse na energia da biomassa tem dado ênfase em
aplicações que produzem combustíveis líquidos para o setor de transportes
(Biocombustíveis). Dadas as crescentes preocupações quanto ao futuro da oferta
global de petróleo e a de outras opções de combustíveis disponíveis para o setor
de transportes, tais combustíveis representam a melhor das opções de uso da
energia de biomassa.

20
A biomassa proveniente de resíduos agroindustriais pode apresentar
como vantagens seu reaproveitamento, resolver o problema de descarte e
oferecer um baixo custo de produção (SILVA, 2014).
A energia da biomassa pode desempenhar um papel importante na
redução das emissões de gases com efeito de estufa; desde CO 2 que surge a
partir de resíduos de biomassa e que originalmente foram absorvidos a partir do
ar, a utilização da biomassa para energia tem compensações de emissões de
gases com efeito de estufa dos combustíveis fósseis (LYND, 1996).
Diante das diversas fontes energéticas renováveis que estão em
crescente desenvolvimento e participação no mercado internacional, em especial,
com potencial a curto e médio prazos, para suprir a demanda ineficiente do
petróleo, encontra-se a bioenergia, fruto da biomassa, que resulta na produção de
bicombustíveis (etanol e biodiesel), carvão vegetal, biogás e outros.
A Figura 3 apresenta a distribuição da matriz energética nacional e
mundial, tendo um consumo de 44,7 % de energia renovável e 13,3% para
energias renováveis, respectivamente (MME, 2015).
Figura 3 – Distribuição da matriz energética nacional e mundial.

Fonte: MME, 2015.

Ainda segundo Goldemberg (2009), o balanço energético para a produção
de etanol a partir de vários produtos agrícolas, já é uma realidade. Globalmente,

21
existem oportunidades para expandir a produção de etanol da cana-de-açúcar:
quase 100 países produzem cana-de açúcar e as tecnologias de conversão são
disponíveis. Além disso, a experiência brasileira sugere que os impactos
ambientais adversos associados com a produção em larga-escala de etanol da
cana-de-açúcar podem ser significantemente mitigados.
A biomassa lignocelulósica inclui quatro etapas principais para a produção
de etanol, conforme o Quadro 1.
Quadro 1 – Principais etapas para a produção de etanol por biomassa lignocelulósica.
1

Pré-tratamento

Enzimática de celulose

Quebra a estrutura da matriz lignocelulósica.
Despolimeriza a hidrólise de glicose por meio
de enzimas celulolíticas.
Metabolizam a glucose etanol, geralmente

Fermentações

por microrganismos, bactérias ou a estirpe de
levedura.

Destilação

Separando e purificando o etanol para
atender às especificações dos combustíveis.

Fonte: GOLDEMBERG, 2009.

3.4 Materiais Lignocelulósicos
Lignocelulose é o material renovável mais abundante na terra (HOEGER,
2013). O potencial do material de lignocelulose é enorme e tem sido utilizado
pelos seres humanos há milhares de anos. Com o progresso da moderna ciência
dos materiais, a lignocelulose pode também ser usado como matéria-prima para
os biocombustíveis, uma variedade de produtos químicos da especialidade e
objetos funcionalmente versáteis (STÖCKER, 2008; THAKUR et al., 2015). No
Quadro 2, pode-se observar a composição de alguns tipos de biomassas
lignocelulósicas:

Quadro 2 - Composição química de biomassas lignocelulósicas com potencial para
produção do bioetanol.
Biomassa

Celulose

Hemicelulose

Lignina

Outros

Lignocelulósica

(%)

Palha de cana

39,8

28,6

22,5

8,6

Bagaço de cana

42,8

25,9

22,1

7,5

Palha de milho

54,4

16,2

23,8

8,0

Sabugo de milho

41,0

36,0

6,0

14,0

Palha de trigo

30,0

24,0

18,0

10,0

Palha de arroz

43,5

22,0

17,2

11,4

Fonte: SANTOS et al., (2014).

A celulose é considerada o polímero natural de maior ocorrência no
mundo e encontra-se na estrutura básica das células de todas as plantas
respondendo por cerca de 40% de toda reserva de carbono disponível na biosfera.
(SANTOS, 2014). É um polímero que apresenta regiões altamente ordenadas e
sua

unidade

repetitiva

celobiose,

sendo

considerado

como

homopolissacarídeo (Figura 4). É constituída de unidade de βDglicopiranose que
se ligam entre si por ligações covalentes, através dos carbonos 1-4, formando o
homopolímero de anidroglicose, que apresenta fórmula geral (C6H10O5). (SANTOS
et al., 2012).
Figura 4 – Estrutura da celulose.

Fonte: SANTOS et al., 2012.

As hemiceluloses ou polioses são heteropolissacarídeos complexos que
apresentam cadeias menores que as das celuloses. São compostas por D-

23
glucose, D-galactose, D-manose, D-xilose, L-arabinose, ácido D-glucurônico e
ácido 4-O-metil-glucurônico. Em relação à estrutura, são mais semelhantes às
celuloses do que a lignina. As hemiceluloses (Figura 5) são ramificadas e mais
suscetíveis à hidrólise ácida, quando comparadas às celuloses, uma vez que
oferecem maior acesso aos ácidos minerais normalmente usados para catalisar
essas reações (CANILHA et al., 2010).
Figura 5 – Estrutura da hemicelulose.

Fonte: VIVENZA, 2010.

A lignina é o terceiro polímero natural presente na natureza depois das
celuloses e hemiceluloses (BURANOV et al., 2008). Este composto é
representado por um polímero tridimensional complexo (macromolécula) que
ocorre

predominantemente

xilema

plantas

mais

tenras

(ARGYROPOULOS et al., 1998; HATFILED et al., 2005). A Figura 6 ilustra uma
seção do polímero de lignina.

24
Figura 6 – Estrutura da lignina.

Fonte: ROSA & GARCIA, 2009.

Toda e qualquer biomassa necessita de pré-tratamentos para saber mais
sobre sua composição, teor alcóolico, dentre outras características. Existem vários
métodos de tratamento: físicos, químicos, biológicos e métodos combinados.

3.5 Pré-tratamento
O pré-tratamento é realizado para trazer uma alteração no tamanho e
estrutura da biomassa macroscópico e microscópico, bem como a estrutura e
composição

química

submicroscópica.

Isso

faz

com

que

biomassa

lignocelulósica susceptíveis à hidrólise rápida tenha rendimentos mais elevados de
açúcares monoméricos.
De acordo com Sun e Cheng (2002), os principais requisitos para um bom
pré-tratamento são: a) Resultar em alta recuperação de todos os carboidratos; b)
Permitir alta digestibilidade da celulose, após subsequente hidrólise enzimática; c)
Evitar a formação de produtos de degradação de açúcares e lignina que são
inibitórios para a hidrólise e fermentação; d) Demandar pouca energia ou permitir
que a energia empregada possa ser reutilizada em outras etapas do processo na
forma de calor; e) Resultar em elevada concentração de sólidos, bem como em
altas concentrações de açúcares liberados na fração líquida e f) Ter baixos custos
operacionais.

25
O pré-tratamento ácido objetiva romper a estrutura lignocelulósica por
meio da solubilização da hemicelulose no meio ácido, o que promoverá um
aumento da digestibilidade da celulose nas etapas posteriores (RABELO, 2010).
Geralmente os ácidos utilizados são o sulfúrico, clorídrico e o fosfórico. Já
o alcalino envolve o uso de bases, tais como hidróxidos de sódio, potássio, cálcio
e hidróxido de amônio. O uso de um álcali provoca a degradação do éster e das
cadeias glicosídicas, resultando na alteração estrutural da lignina, inchaço da
celulose, descristalização parcial de celulose, e parcial da hemicelulose
(BRODEUR et al., 2011).
Enquanto que o pré-tratamento com solventes orgânicos é utilizado para
promover a deslignificação do material lignocelulósico, através da solubilização da
lignina e de parte da hemicelulose. Os solventes mais utilizados são etanol,
metanol, propanol e acetona (SARKAR et. al., 2012).
Uma análise do pré-tratamento é feita com o líquido e o sólido insolúvel
em água após o processo, principalmente referente à quantidade de açúcares
presentes em cada fração, fazendo-se uma relação da quantidade recuperada de
carboidratos totais na biomassa antes do pré-tratamento e após todo o processo
de hidrólise. Após o pré-tratamento é importante realizar:

a) Hidrólise enzimática do sólido insolúvel em água;
b)

Fermentação da fração líquida para verificar se há a necessidade de uma
diluição pela presença de inibidores do crescimento microbiano;

c) Fermentação do hidrolisado obtido a partir do sólido insolúvel e
d) Verificar a disponibilidade de se obter produtos de valor agregado das
frações dos pré-tratados (AGBOR et al., 2011).

O pré-tratamento deve ser seletivo e funcional garantindo a acessibilidade
da celulose, ser eficiente em termos de rendimento, evitar a degradação de
carboidratos, apresentar consumo reduzido de energia e insumos. O prétratamento é composto por uma série de operações que, aplicadas aos materiais
lignocelulósicos de forma que desorganize a estrutura da biomassa celulósica,
como mostra a Figura 7.

Figura 7 – Esquema da desorganização da biomassa celulósica.

Fonte: SANTOS et al., 2012.

Após o efetivo pré-tratamento a biomassa está pronta, tanto para a
hidrolise e depois para a fermentação ou diretamente para a fermentação.

3.6 Fermentação
Apesar do Brasil ser pioneiro e líder em processos de fermentação para
produção de biocombustíveis, ainda existem muitos problemas que precisam de
maiores cuidados. Na indústria de produção de etanol brasileiro, a fermentação é
um processo bioquímico em que a glicose, frutose e sacarose são metabolizadas
em etanol por levedura Saccharomyces cerevisiae em fermentadores. (DELLABIANCA et al., 2013).
A fermentação é um processo de liberação de energia que ocorre sem a
participação do oxigênio (processo anaeróbio). A glicose é uma das substâncias
mais empregadas pelos microorganismos como ponto de partida na fermentação.
(SÓ BIOLOGIA, 2016)
A fermentação alcoólica inclui outras condições de estresse, tais como a
pressão osmótica e o aumento da concentração de etanol (GUIMARÃES, 2006). O
teor de etanol pode modificar o grau de polaridade da membrana celular. Em
concentrações elevadas, o teor de etanol reduz também a multiplicação e a
viabilidade da levedura (LYND 1996).

27
A via de inibição é complexa e inclui diversos mecanismos, que dentre
eles, incluem a desnaturação e a inibição de enzimas e de danos para a
membrana plasmática, por meio de modificações à sua permeabilidade. Os
fosfolipídios presentes na membrana plasmática desempenham um papel
importante no mecanismo de tolerância ao etanol (D'AMORE e STEWART, 1987).
De acordo com Guimarães (2006), os efeitos tóxicos do etanol na
Saccharomyces cerevisiae pode envolver as modificações na composição lipídica
da membrana, redução da atividade metabólica, a inibição do transporte da
glicose para dentro da célula, a inibição do crescimento e da viabilidade das
células e a inibição da produção de etanol.
Ao termino da fermentação o etanol é separado por destilação que é um
método ou processo físico de separação de uma mistura de líquidos ou de sólidos
dissolvidos em seus componentes. Esse processo é caracterizado pelo fato de o
vapor formado possuir uma composição diferente do líquido residual. O vapor é
condensado e o produto obtido é conhecido como destilado (SARDELLA, 1997).
Nesse processo, é importante que a substância a ser destilada seja volátil na
temperatura utilizada. O primeiro documento impresso e largamente difundido na
sociedade sobre a aplicação do processo de destilação deve-se a Brunswig
(Dekker, 1993; Beltran, 1996), publicado em 1500, embora existam relatos
históricos que os alquimistas alexandrinos e árabes tenham sido os precursores
da técnica.
Assim, acerca do que foi visto, a revisão bibliográfica apresentada, mostra
que não existem trabalhos na literatura sobre o uso do fruto da Terminalia catappa
Linn para produção de etanol. Assim, este trabalho tem como finalidade o estudo
do pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia catappa Linn para produção de
etanol de segunda geração. A seguir será apresentada a metodologia utilizada
para a realização destes estudos.

28
4. MATERIAL E MÉTODOS
O estudo proposto neste trabalho envolve analisar o pré-tratamento ácido
da Terminalia catappa Linn para produção de etanol de segunda geração e
seguirá as etapas descritas no diagrama apresentado na Figura 8, que foram
desenvolvidas nos laboratórios de Tecnologia de Bebidas e Alimentos (LTBA) e
Laboratório de Ensino em Engenharia Química (LEEQ), ambos situados na
Universidade Federal de Alagoas (UFAL).
Figura 8 – Diagrama das etapas do estudo pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia
catappa Linn para produção de etanol de segunda geração.

Coleta da amêndoa

Caracterização
da Amêndoa
Sanitização

Secagem

Resíduo
Pré -Tratamento
Ácido

Moagem

Etanol

Destilação

Fermentação

Fonte: AUTORA, 2016.

4.1 Coleta e processamento da amêndoa
Os frutos foram coletados das matrizes de Terminalia catappa Linn,
localizadas no Câmpus da Universidade Federal de Alagoas, que fica em Maceió Al, Brasil. Os mesmos foram submetidos a seguintes etapas:

Sanitização
As amêndoas passaram por um processo de sanitização com hipoclorito
de sódio a 100 ppm por 15minutos. Após esse tempo, foram lavadas em água
corrente. A polpa foi separada dos caroços, e cortadas em tamanhos menores
manualmente (Figura 9)

Figura 9 – Polpa das amêndoas.

Fonte: AUTORA, 2016.

Secagem
Após sanitização, a polpa foi colocada em estufa, em temperatura de 45°C
a 60ºC por 48h e em seguinda armazenada em um dessecador.

Moagem
Depois da etapa de secagem, a polpa seca, foi triturada num liquidificador
modelo comercial, marca skymsen, para obter uma farinha in natura (Figura 10). A
mesma sera caracterizada físico-químicamente e posteriormente passada por um
processo de pré-tratamento ácido.

Figura 10: Amêndoas liquidificadas.

Fonte: AUTORA, 2016.

4.2 Caracterizações da amêndoa
A amêndoa Terminalia catappa foi caracterizada para determinação de
suas propriedades físico-química, através de testes laboratoriais.

Acidez
A acidez foi determinada conforme metodologia do Instituto Adolf Lutz
(1985). Este método baseia-se na titulação de neutralização de ácidos com
solução padronizada de álcali (solução de NaOH 0,1 N) e com o uso de indicador
fenolftaleína 1%. O procedimento será descrito a seguir.
A amostra foi preparada com a mistura de 2 g de fibra com 50 mL de água
destilada, deixando-a sob agitação por 30 min, seguida de decantação por 10 min.
A parte líquida é retirada e titulada com solução de NaOH a 0,1 N, adicionando-se
à solução 2 a 3 gotas de fenolftaleína. O resultado foi obtido pela Equação (1):

Acidez (mL / 100 g ) 

V  N  f 100
M

(1)

Onde:
V = volume gasto na titulação da solução de NaOH, em mL
N = normalidade da solução de NaOH
f = fator de correção da solução de NaOH
M = massa tomada de amostra, em g

Umidade
A umidade da fibra da amênda Teminalia catappa Linn foi determinada de
acordo com o método de aquecimento direto. Este método baseia-se na
quantificação do peso, devido à perda de água por evaporação, que foi
determinado por dessecação direta em estufa a 105°C.
O procedimento foi realizado colocando-se na estufa a 105°C, por no
mínimo 1 hora, uma cápsula de porcelana ou de metal previamente identificada.
Transferindo-se para o dessecador por no mínimo 15 minutos e pesando-se em
balança analítica. Foram coletados 2 g de amostra neste recipiente previamente
tarado e transferidos para a estufa a 105°C por 3 horas.
Após este período, o material foi resfriado em dessecador por 15 minutos
e pesado. Estas operações de aquecimento e resfriamento foram repetidas até o
peso constante da amostra. O percentual de umidade é obtido através da
Equação (2):

(2)

Resíduo mineral fixo (Cinzas)
Para determinação do teor de cinzas foi coletado 2 g da fibra da amêndoa
Terminalia catappa para ser incinerado em mufla a 550ºC por aproximadamente 4
horas. O teor de cinzas se dá a partir da Equação 3.

(3)
Onde: % cinzas = percentual em massa de cinzas; Massa final = massa de cinzas
(diferença entre a massa do cadinho com cinzas e a massa do cadinho vazio);
Massa inicial = massa da amostra em base seca.

pH
Para medição de pH foi utilizado pHâmetro de bancada digital PHTER
PHS-3B, com controle de temperatura.

Sólidos solúveis totais (Brix)
A porcentagem em massa de sólidos dissolvidos em uma solução foi
determinada com auxílio do refratômetro. O índice de refração de uma solução é
uma medida do teor de sacarose e seu conceito é estendido para indicar sólidos
solúveis ou Brix em soluções impuras.
Foi utilizado o refratômetro digital, HANNA HI 96801 Refractometer, que já
indica o valor na temperatura de 20ºC. Para aferi-lo, fez-se necessário a leitura
com água destilada, devendo a mesma apresentar índice de refração igual a zero.

Açúcares redutores totais (ART)
As análises de ART foram obtidas por espectrofotometria, através do
método do ácido 3,5-dinitrossalicílico (DNS), proposto por Miller (1959).
Para determinação da concentração de açúcares redutores totais foi
preparada uma solução contendo 0,5g de fibra da amêndoa com 20 mL de água
destilada. O cálculo do ART é realizado de acordo com a equação (4).

(4)

33
Proteína
Numa primeira etapa, utilizando o Método de Kjeldahl na digestão da
matéria orgânica – pesou-se 0,5 g da amostra para um tubo de Kjeldahl e
adicionou-se 2 g de mistura catalítica (sulfato de sódio, sulfato de cobre e dióxido
de selênio na proporção 100:1: 0,8). Depois foi adicionado ao tubo 10 mL de ácido
sulfúrico concentrado. Acoplando o tubo ao digestor de Kjeldahl. A cada 15 min
eleva a temperatura suavemente (50°C) até que a mesma chegue a 350°C. Deixa
esfriar. Segunda etapa - destilação do nitrogênio – transferi-se para um
erlenmeyer de 250 mL, 25 mL de ácido bórico a 4% e adiciona-se 2 gotas de
indicador vermelho de metila 0,25 e 2 gotas de indicador verde de bromocresol
0,2%, adiciona-se ao tubo de 3 a 5 gotas de fenolftaleína 1%. Acoplando o tubo ao
destilador de Buchi, adiciona NaOH 40% até conseguir pH alcalino (mudança para
coloração rosa). Terceira etapa - titulação do nitrogênio - titula a solução do
erlenmeyer da segunda etapa, com ácido clorídrico 0,1 N padronizado até o
aparecimento da coloração avermelhada.

Cálculo para Proteina

Pr oteína Toatal ( g / 100 g ) 

VHCl . f HCl .N HCl .F .1,4
P

V = volume gasto na titulação com ácido clorídrico 0,1 N.
f = fator de correção da solução de ácido clorídrico 0,1 N.
F = fator de correspondência nitrogênio – proteína. O valor de F para alimentos
em geral é 6,25.
P = massa tomada de amostra.

Fibra
Foi utilizado o Método de Hennemberg (1864) no qual, pesa-se em um
becker de 200 mL, 1g de amostra e adiciona-se 50 mL de H2SO4 a 1,25%. Deixase em ebulição por 30 min, completando com água destilada o volume do becker

34
perdido por evaporação. Filtra-se em papel de filtro, lavando o material com 25 mL
de água destilada quente. Transfere o material retido no papel de filtro para um
becker de 200 mL com a ajuda de 50 mL de NaOH a 1,25%. Deixa-se em ebulição
por 30 min, determina-se a fibra bruta completando com água destilada o volume
do becker perdido por evaporação. Filtra em papel de filtro quantitativo
previamente tarado, lava com 100 mL de água quente e secar em estufa a 100°C
por aproximadamente 2 horas. Pesa o papel com resíduo e anota o peso. Leva à
mufla em cadinho previamente tarado a 550°C.

Caracterização da constituição química por cromatografia líquida de elevada
eficiência - HPLC
Foram determinadas, por HPLC da Shimadzu Detector: IR, as principais
classes de substâncias presentes no fruto da amêndoa pré-tratada.
A caracterização da constituição química da amêndoa por HPLC com a
fase móvel sendo utilizada uma solução de H2SO4 com pH = 1,27; com um fluxo
de 0,7 mL/min e com a temperatura da coluna e do detector de 30º C, e o
cromatograma dos padrões analíticos para HPLC.
Os componentes da polpa do fruto da amêndoa pré-tratada foram
separados sequencialmente, ao passarem pela coluna de cromatografia. Para
posterior identificação das moléculas separadas por HPLC e os picos de
absorvância dos componentes da amostra foram avaliados através de curvas de
calibração.

4.3 Estudo do pré-tratamento ácido
Deve-se destacar que as escolhas dos níveis das variáveis para o estudo
do pré-tratamento ácido seguiram critérios coerentes, relacionados com limitações
ou valores previamente conhecidos. As temperaturas escolhidas foram devido às
restrições da autoclave utilizada; Com relação ao tempo, os níveis escolhidos
foram com o intuito de abranger uma faixa de resultados já indicados na literatura
(Santos 2014) e as concentrações de ácido sulfúrico usadas foram devido a
trabalhos já realizados na literatura (Santos 2014), observando que para
concentrações inferiores a 0,5% não se obtém resultados efetivos e acima de

35
5;0% se torna inviável devido ao gasto de material e grande geração de resíduos
ácidos.
O pré-tratamento ácido foi avaliado com ácido sulfúrico diluído e as
variáveis de interesse estudadas foram a concentração de ácido sulfúrico (2,5% e
5%), a concentração de biomassa (5g de resíduo/100 mL de solução ácida) e
tempo de aquecimento (15 min a 30 min), em temperaturas variando de 111º C a
120º C, organizando-se num planejamento fatorial 23 (Quadro 3) com três
repetições de amostras.
Quadro 3 – Planejamento Experimental Fatorial 23.

Ensaios

Planejamento

--+--+++--+
+-+
-++
+++
Fonte: AUTORA, 2016.

1
2
3
4
5
6
7
8

Concentração
ácido (%)

Tempo
(min)

Temperatura (ºC)

2,5
5,0
2,5
5,0
2,5
5,0
2,5
5,0

15
15
30
30
15
15
30
30

111
111
111
111
120
120
120
120

Para cada ensaio do Planejamento Experimental Fatorial 23 verificou-se a
melhor eficiência da concentração em relação à desassimilação de açúcares
redutores, rendimento mássico e teor de sólidos solúveis por grama de biomassa
pré-tratada liberada. Após o pré-tratamento as amostras foram fermentadas e
destiladas com a finalidade de produzir etanol.

4.4 Fermentação etanólica
A fermentação utilizada foi a levedura Saccharomyces cerevisiae, na
forma de fermento biológico seco instantâneo, cultivada em meio de cultivo líquido
YPD (20 g/L de glicose, 10 g/L de extrato de levedura e 20 g/L de peptona). Para o
preparo da suspensão, após atingir a fase exponencial de crescimento, as células
foram centrifugadas a 4500 rpm durante 5 min, eliminando o meio sobrenadante.
O mesmo procedimento de centrifugação foi realizado para a lavagem das
células em água estéril, retirando qualquer resquício do meio de cultura. Após o

36
descarte do sobrenadante, as células foram suspensas em água estéril, de forma
a se obter uma densidade ótica a 600 nm entre 0,5 e 0,6, equivalente a uma
concentração em torno de 107 cél/mL.
Com isso inoculou-se um volume da suspensão de células a um caldo
suplementado com MgSO4 (1000 ppm), NH4H2PO4 (1000 ppm) e CaCl2 (100 ppm),
em um volume total de 10% (Vsuspensão/Vhidrolisado).
A fermentação foi encerrada após 24 horas, sendo determinada a
concentração de ART e teor alcoólico, pelo método do dicromato (AOAC, 2002),
adaptado por Abud (1997). Também foi realizado o peso seco celular no início e
no final do processo, após o processo de centrifugação, ressuspendendo as
células centrifugadas a 4500 rpm por 5 min em água estéril e, após secagem em
estufa a 105°C até peso constante, através de gravimetria.
O rendimento da fermentação (Rf) foi calculado pela relação entre a
quantidade de etanol produzido (g/L) e a quantidade de ART presente inicialmente
(g/L), através da Equação 5. Já a eficiência da fermentação (Ef) foi determinada
pela relação entre o rendimento real da fermentação (Rf) e o rendimento teórico de
0,51, conforme Equação 6 (Gomes, 2015).

(5)

(6)

4.5 Destilação
A destilação foi realizada conforme Abud (1997). Destilou-se cada amostra
por 3 minutos, contados após o início da fervura, completando o volume para um
balão de 50mL com água destilada. Transferiu-se 2mL deste destilado, o qual foi
submetido a uma reação a 60º C por 30 minutos com 2mL de solução de

37
dicromato

potássio

leitura

absorbância

das

amostras

espectrofotômetro a 600nm.
O teor alcoólico foi determinado por destilação, utilizando-se o método
espectrofotométrico a partir do dicromato de potássio. A concentração de etanol
foi determinada a partir de uma curva de calibração do dicromato de potássio
(Figura 11), com amostras de etanol de concentração conhecidas, submetidas à
mesma reação.
Figura 11 – Curva de calibração do dicromato de potássio.

Fonte: AUTORA, 2016.

38
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados do estudo do pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia
catappa Linn para produção de etanol de segunda geração e suas respectivas
discussões serão apresentadas a seguir:

5.1 Propriedades da amêndoa
O Quadro 4 apresenta os dados das propriedades do fruto da Terminalia
catappa Linn e outros encontrados na literatura.
Quadro 4 – Dados das propriedades do fruto da Terminalia catappa Linn, resíduo da
Graviola, casca do Maracujá, bagaço da Laranja e bagaço da Cana-de-açúcar.
Caracterização

Amêndoa*

Acidez
3,85
(mL/100g)
Umidade (%)
8,39
Cinzas (%)
6,27
pH
3,85
º Brix
8,87
ART (g/100g)
27,68
Proteína
4,02
(g/100g)
Fibra (%)
20
*Fonte: AUTORA, 2016.

Resíduo da
Graviola**

Casca do
Maracujá**

Bagaço da
Laranja**

6,3

9,69
3,50
-

8,82
2,02
-

10,05
3,46
-

7,37

4,68

3,38

9,78

13,79

11,23

Bagaço da
Cana-deAçucar ***
2,98
49,79
1,6
5,5
16,5
16,3
39,92

**Fonte: SILVA, 2014.
***Fonte: GOMES, 2015.

Observa-se no Quadro 4, que a acidez da amêndoa comparada com à
casca do maracujá e o bagaço da cana-de-açucar está num valor mediano, isso é
uma vantagem, pois o meio ácido ataca os polissacarídeos, especialmente as
hemiceluloses, que são mais fáceis de hidrolisar do que a celulose (SILVA et al.,
2015).
Nota-se também no Quadro 4 que o valor da umidade para a amêndoa
está próximo dos valores encontrados para os resíduos da graviola, casca do
maracujá e bagaço da laranja, que é da ordem de 8,39%. Sendo muito abaixo do
encontrado para o bagaço da cana-de-açucar, passando a ser um benefício, pois

39
segundo Moreira et al., (2015), quando realizado o armazenamento de uma
amostra com umidade elevada, ocorre um aumento no metabolismo, favorecendo
o crescimento microbiano e por consequência a contaminação por fungos.
Observa-se no mesmo Quadro, que o percentual de cinzas é alto em
relação aos demais. Isso pode ser considerado uma desvantagem, porque durante
o pré-tratamento os sais contidos na biomassa se solubilizam nas amostras prétratadas. Este aumento na concentração de íons leva a um aumento da pressão
osmótica no meio, o que dificulta a fermentabilidade das amostras pré-tratadas
geradas (SILVA et al., 2015).
Nos processos de fermentação o pH é um importante fator, sendo capaz
de exercer grande influência sobre a produção de etanol. O pH ótimo de
fermentação pode variar devido aos diferentes meios de fermentação empregados
e condições de cultivo. (CABRAL, et al., 2009). A levedura Saccharomyces
cerevisae apresenta um bom rendimento na produção alcoólica em pH acima de
3,8. (Dorta, 2006), assim, como o ph da amêndoa é de 3,85; logo encontra-se num
valor desejado.
Estudos mostram que em altas concentrações de ºBrix mesmo em
fermentações mais curtas ocorre o efeito da pressão osmótica nas leveduras, uma
vez que, leveduras são agentes ativos, responsáveis pela fermentação alcoólica, e
por isso, a escolha da linhagem apropriada é de fundamental importância para o
êxito da fermentação (PACHECO, 2010). Sendo a concentração de 18⁰ Brix a
ideal para que se tenha uma produção máxima de etanol (CEBALHOSSCHIAVONE, 2009). O ºBrix da amêndoa (Quadro 4) tem um valor de 8,87; este
valor não está próximo do ideal, está em valor menor, assim, desfavorecendo o
efeito da pressão osmótica nas leveduras.
O valor de ART da amêndoa, que é da ordem de 27,68g/100g, é maior em
relação ao bagaço da cana-de-açúcar (Quadro 4). Ripoli (2004) sugere que ART
igual ou maior que o valor de 15g/100g é mais indicado para uma boa
fermentação, logo o valor do ART da amêndoa está dentro dos padrões.
Percebe-se ainda no Quadro 4 que o valor de proteína para a amêndoa é
próximo aos valores dos resíduos da graviola, casca do maracujá e bagaço da

40
laranja; e o valor de fibra é menor que o do bagaço de cana-de-açucar, porém
maior que os demais do Quadro 4.

Caracterização da constituição química por cromatografia líquida de elevada
eficiência - HPLC

A Figura 12 apresenta o cromatograma da caracterização da constituição
química da amêndoa por HPLC e a Figura 13 apresenta o cromatograma dos padrões
analíticos para HPLC.

Figura 12 – Cromatograma da caracterização da constituição química da amêndoa por
Datafile Name:A08-600ppm.lcd
Sample Name:A08-600ppm

HPLC.
mV
15,0 Detector A

Intensidade

12,5
10,0
7,5

2
5,0

2,5

4 5

0,0
5,0

7,5

10,0

12,5

15,0

17,5

20,0

22,5

Tempo de Retenção
Fonte: AUTORA, 2016.

25,0

27,5

30,0

32,5

35,0min

41
Figura 13 – Cromatograma dos padrões analíticos para HPLC.
uV
25000

20000

15000

10000

5000

7 8

0
-5000
2,5

1.
2.
3.
4.
5.

5,0

7,5

10,0

12,5

Glicose
Frutose
Gliceraldeído
Piruraldeído
Ácido Lático

15,0

17,5

20,0

22,5

25,0

27,5

30,0

32,5

min

6. Dihidroxiacetona
7. Ácido Fórmico
8. Ácido Acético
9. Ácido Levulínico
10. HMF

Fonte: AUTORA, 2016.

Obsevando a Figura 12 e 13 os picos da constituição química da amêndoa
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7 e 8 da Figura 12, são referentes aos compostos: glicose, frutose,
gliceraldeído, dihidroxiacetoba, ácido fórmico, ácido acético, ácido levulínico e
HMF, quando comparados aos picos padrões analíticos da Figura 13. Esses picos
da constituição química da amêndoa foram identificados a partir do tempo de
retenção de padrões analíticos.
Alguns destes compostos encontrados (como o ácido acético, o furfural e
5

hidroximetilfurfural)

amêndoa

são

inibidores

crescimento

microrganismos (SARKAR et al., 2012; MICHAEL e ORLYGSSON, 2015). Relatos
apontam

que

cultivo

Saccharomyces

cerevisae,

5-HMF

inibiu

significativamente o crescimento celular e produção de etanol (SUNG et al., 2013),
logo as amostras pré-tratadas a serem usadas para a fermentação, por
conseguinte, precisariam ter sidos desintoxicadas.
.
5.2 Estudo das condições de pré-tratamento ácido da matéria-prima
O Quadro 5 apresenta a matriz de planejamento da amêndoa, com todas
as condições do pré-tratamento ácido, de acordo com o planejamento 2 3 e as
respostas obtidas de ART.

42
Quadro 5 – Matriz de planejamento fatorial 23.
Ensaios

Planejamento

1
2
3
4
5
6
7
8
Fonte: AUTORA, 2016.

--+--+++--+
+-+
-++
+++

Conc.
Ácido
(%)
2,5
5,0
2,5
5,0
2,5
5,0
2,5
5,0

Tempo
(min)

Temp.
ºC

15
15
30
30
15
15
30
30

111
111
111
111
120
120
120
120

ART
inicial
(g/l)
44,10
51,20
48,96
42,98
56,43
38,12
45,22
47,59

Pelo Quadro 5, verifica-se que a melhor condição, com maior percentual
de ART inicial, ou seja, antes da fermentação para a amêndoa foi a condição 5 em
que se tem menor concentração de ácido, menor tempo, porém, numa maior
temperatura; com 56,43 g/L. Verifica-se também que a menor condição foi
mostrada na condição 6 em que se tem maior concentração de ácido, maior
temperatura, porém, num menor tempo; com 38,12 g/L; no entanto, suas médias
foram de 43,17g/L.
Em posse dos resultados foi feito o Gráfico de Pareto para o prétratamento ácido para determinar possíveis efeitos principais e de interação para o
planejamento realizado, apresentado na Figura 16.

43
Figura 14 – Gráfico de Pareto para o pré-tratamento ácido.
ART (g/L)

1by2

,7441167

1by3

-,562479

(1)Tempo (h)

-,470998

(3)Concentração ácida (%)

,2727875

(2)Temperatura (°C)

,1567783

2by3

,0321511

p=,05
Standardized Effect Estimate (Absolute Value)

Fonte: AUTORA, 2016.

Nota-se pela Figura 14 que a análise estatística não apresentou nenhuma
significância para os fatores analisados: tempo, temperatura e concentração de
ácido, na faixa estudada, levando a acreditar que a biomassa foi digerida
suficientemente em todos os casos.

5.3 Fermentação etanólica
O Quadro 6 mostra os resultados dos Açúcares Redutores Totais, Teores
Alcóolicos, Rendimentos das Fermentações e Eficiência das Fermentações para
os ensaios ápos a etapa de fermentação.

44
Quadro 6 – Resultados dos Açúcares Redutores Totais, Teores Alcóolicos, Rendimentos
das Fermentaçãoes e Eficiência das Fermentações para os ensaios ápos a etapa de
fermentação.
Ensaios
1
2
3
4
5
6
7
8
Fonte: AUTORA, 2016.

ART
inicial
(g/l)
44,10
51,20
48,96
42,98
56,43
38,12
45,22
47,59

Teor
alcóolico
(g/l)
9,38
12,64
9,38
9,93
9,93
11,01
9,93
14,27

Rendimento da
Fermentação
(%)
21
25
19
23
18
28
22
30

Eficiência da
Fermentação
(%)
42
48
37
45
34
57
43
59

Percebe-se no Quadro 6, que a maior eficiência fermentativa se deu para
o ensaio 8, assim como se obteve, também, a maior quantidade de etanol. O teor
de etanol produzido foi de 14,27 g/L e a eficiência fermentativa de 59%. Este
ensaio possui maior concentração de ácido (5,0%), tempo (30min) e temperatura
(120ºC).
Observa-se também no Quadro 6, que o ensaio que obteve maior teor de
etanol (ensaio 8) produzido, não foi o que teve maior ART (ensaio 5). Isto se deve
ao fato das células de levedura não serem capazes de metabolizar todos os
açúcares redutores presentes na amostra, ou seja, a porcentagem de açúcares
redutores que a levedura conseguiu metabolizar no ensaio 5 foi pequena.
Diversos produtos de degradação, tais como o ácido fórmico, acético,
furfural, hidroximetilfurfural e fenóis, produzidos durante o pré-tratamento, podem
inibir o processo de fermentação e afetar rendimentos do etanol, devendo assim
ser removidos ou suavizados (FUGITA, 2010). As tecnologias de fermentação que
utilizam as pentoses necessitam ser bem desenvolvidas para realçar a eficiência
total do processo (LEE, 1997).
Em seus estudos, Silva et al. (2015) reporta concentrações de 15,9 g/L de
etanol para fermentação com com dois tipos de leveduras diferentes da cana
gigante (Arundo donax L.), passando antes por uma hidrólise enzimática.

45
Santos (2014) obteve um valor 9,3 g/L de etanol para a palha de milho na
condição pré-tratamento ácido (15 min; 120°C e 0,5% H2SO4), e de 5,5 g/L para o
sabugo que passou por pré-tratamento hidrotérmico (195°C por 10 min).
Mesmo com alguns fatores ambientais, como cinzas, não estarem dentro
de faixas de valores desejáveis e possuindo compostos inibidores como furfural e
5-hidroximetil-furfural (5-HMF), a produção de etanol teve valores compatíveis com
a literatura. Assim sendo, este pré-tratamento ácido do fruto da Terminalia catappa
Linn para produção de etanol de segunda geração, na faixa estudada, mostra ser
promissor

6 CONCLUSÕES
De forma geral pode-se concluir que os objetivos inicialmente propostos
por este trabalho foram alcançados, ou seja, a biomassa estudada propiciou
etanol. Diante disso, podemos, também, concluir que o fruto da Terminalia
catappa Linn pode vir a se constituir numa alternativa promissora para a produção
de etanol de segunda geração. Tendo em vista que a maior eficiência fermentativa
se deu para o ensaio 8, assim como se obteve, também, a maior quantidade de
etanol. O teor de etanol produzido foi de 14,27 g/L e a eficiência fermentativa de
59%, na condição pré-tratamento ácido (30 min; 120°C e 5,0% H2SO4)
A análise estatística não apresentou nenhuma significância para os fatores
analisados: tempo, temperatura e concentração de ácido, na faixa estudada,
levando a acreditar que a biomassa foi digerida suficientemente em todos os
casos. Diante disso, haveria necessidade de um estudo mais aprofundado em
relação a temperatura, tempo e concentração de ácido, variando a faixa de estudo
e a quantidade de pontos a serem avaliados dentro desta faixa.
Alguns compostos encontrados (como o ácido acético, o furfural e 5
hidroximetilfurfural)

amêndoa

são

inibidores

crescimento

microrganismos, logo as amostras pré-tratadas a serem usadas para a
fermentação, por conseguinte, precisariam ter sidos desintoxicadas.
A levedura Saccharomyces cerevisiae mostrou-se eficiente no processo
fermentativo dos açúcares fermentescíveis presentes na amêndoa pré-tratada. Os
valores encontrados nas características físico-químicas da amêndoa, alguns
deles, como cinzas, não estavam dentro de faixas de valores desejáveis, desta
forma há a necessidade de otimização dos parâmetros da fermentação.

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTURO
Em vista dos resultados apresentados, sugere-se como continuidade
deste trabalho:
 Análise de viabilidade econômica de processo, com detalhamento de
concentração de produção desses resíduos e logística, do beneficiamento,
ou seja, coleta, secagem e moagem, ao armazenamento e transporte para
a unidade produtora;
 Otimizações

das

condições

pré-tratamento,

utilizando

menores

concentrações de ácido ou base e tempo. Também, atuar em uma maior
faixa de temperatura, diminuindo custos e severidade para o processo;
 O estudo da destoxificação das amostras antes da fermentação;
 Uso de complexos enzimáticos e/ou remoção de pectina para verificar sua
influência no processo de hidrólise enzimática;
 Estudo da otimização dos parâmetros da fermentação
 Detalhamento de etapas de fermentação e utilização de cepas que
fermentem tanto hexoses quanto pentoses;
 Análises estatísticas com os resultados obtidos visando verificar a
dependência do tipo de processo e variáveis analisadas.

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