Biomassa - Girassol, Notas de estudo de Energia e Meio Ambiente

Baixe Biomassa - Girassol e outras Notas de estudo em PDF para Energia e Meio Ambiente, somente na Docsity!

GIRASSOL

Trabalho apresentado à disciplina de Biotecnologia de Biomassa. Curso: Engenharia de Bioprocessos e Biotecnologia da UFPR. Professora: Adenise Lorenci Woiciechowski

curitiba

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO 3

2. Características agronômicas e produção 4

3. ÓLEO DO GIRASSOL

3.1 ÓLEO BRUTO: PRODUÇÃO E CARACTERÍSTICAS

3.2 iMPORTÂNCIA NUTRCINAL DO ÓLEO DE GIRASSOL 9

4. Farelo e torta de girassol: características e utilização 10

5. bIODIESEL 13

5.1 balanço energético 14

6. outras aplicações 14

6.1. Caracterização do polímero do óleo de 14

girassol obtido por aquecimento

6.2. Produção de lipase de Aspergillus terreus 17

CMMI 233-3 por fermentação em fase sólida em torta

de girassol.

7. Referências

2. Características agronômicas e produção

O fruto do girassol é um aquênio de forma oblonga, geralmente achatado, composto de pericarpo (casca), mesocarpo e endocarpo (amêndoa) de tamanho, cor e teor de óleo variável conforme as características de cada cultivar. A casca contém uma baixa porcentagem de óleo (0,4 a 1,7%) e proteína bruta, enquanto que as amêndoas são ricas em óleo e proteína e contêm baixo teor de fibra. Os cultivares com alto teor de óleo possuem uma maior proporção de óleo/ proteína. O girassol se adapta bem a condições variáveis de temperatura, considerando-se a faixa entre 18°C e 24°C como a melhor para o desenvolvimento da cultura. Durante as primeiras fases do seu ciclo (0 a 40 dias) a planta apresenta resistência às baixas temperaturas e à seca, sendo que nas fases seguintes, o frio excessivo e a falta de água provocam alterações nas plantas, ocasionando perda na produção. Requer solos férteis, profundos e com boa drenagem, de preferência argilo-arenosos, com boas provisões de nitrogênio, fósforo e potássio, para obter altos rendimentos. No entanto, a cultura também tem a capacidade para se desenvolver em solos menos férteis e com características físicas deficientes, desde que sejam feitas correções mínimas necessárias. O girassol apresenta características agronômicas importantes, como maior resistência à seca, ao frio e ao calor que a maioria das oleaginosas cultivadas no Brasil. No sul do país, as condições de umidade e temperatura permitem, na maioria dos casos, duas culturas por ano, a chamada cultura “do cedo” (agosto) e a cultura “da seca” (fevereiro). No estado de São Paulo, o girassol é plantado no período de outubro à fevereiro. O ciclo de desenvolvimento da planta tem uma duração de 88 a 161 dias, dependendo

dos materiais utilizados para o cultivo, desde os mais precoces, até os mais tardios. De acordo com ÚNGARO (1986), o girassol pode ser colhido quando o teor de água do grão atinge 15%, uma vez que, com teores maiores de umidade os mesmos podem manchar e adquirir odores que passam para o óleo. Neste caso, convém proceder à secagem em terreiros ou em secador. Recomenda-se que deve-se iniciar a colheita quando o teor de água do grão estiver entre 14% e 16%. Nos cultivares precoces, isto ocorrerá por volta de 100 dias e nos cultivares tardios, ocorrerá em torno de 120 dias, após a emergência das plantas, dependendo das condições climáticas da região. O rendimento na produção depende do cultivar, assim como das condições ambientais. Em muitas áreas de clima temperado, o girassol produz mais óleo por hectare do que qualquer outra espécie. Existem cultivares cujos rendimentos de sementes ultrapassam os 3.000 Kg/há mas, em geral, o rendimento médio é menor que 1.500 Kg/ha, devido a problemas climáticos e à falta de controle adequado nas práticas culturais.O rendimento é pouco influenciado pela altitude e pelo fotoperíodo, facilitando a sua introdução nas diferentes condições edafoclimáticas das áreas tradicionais de produção. Há dois tipos de girassol cultivados comercialmente: os cultivares com “baixo teor de óleo” e aqueles com “alto teor de óleo”. Os primeiros são originários da América do Norte, com plantas que crescem até uma altura de 2,4 a 3,6 m, têm maturação tardia, sementes compridas, com estrias, teor de óleo menor que 30%, e são consumidas “in natura” ou no preparo de ração para aves. O segundo tipo de girassol, na sua maioria de origem russa, apresenta ciclo de maturação precoce, sementes pequenas, de cor preta, contendo acima de 40% de óleo e são processados para obtenção de óleo comestível. Para o médio e grande produtor rural a cultura do girassol preenche necessidades de opção de rotação e sucessão de culturas com vantagens sobre outras plantas. Para o pequeno produtor, os grãos servem para a alimentação de aves e consumo humano. Além disso, a existência de uma microusina de extração de óleo, acessível para cooperativas, associações de produtores e mesmo agricultores de médio porte, permite a extração do óleo a frio, que serve tanto para fins medicinais, como para uso doméstico, na propriedade ou mercado local.

e, em torno de 15% de ácidos graxos saturados principalmente palmítico e esteárico (BRASIL, 2005). O elevado teor de ácidos graxos insaturados torna o óleo de girassol adequado do ponto de vista nutricional, já o baixo teor de ácido linolênico favorece a estocagem do óleo mantendo sua qualidade. A composição em ácidos graxos é afetada pela temperatura média durante o cultivo, isto é, quanto mais baixa a temperatura durante a época de maturação do grão no campo, maior será o teor de ácidos graxos poliinsaturados no óleo. Como todos os óleos vegetais, o óleo de girassol é essencialmente constituído por triacilgliceróis (98 a 99%), apresentando elevado teor de ácidos insaturados (cerca de 83%), reduzido teor de ácido linolênico ( maior que 0,2%) e alto teor de ácido linoléico. As variações que ocorrem na concentração e composição em ácidos graxos ocorrem em função da variedade, de mudanças climáticas durante seu cultivo e grau de maturação. A massa resultante da extração do óleo rende torta rica em proteínas, que pode ser utilizada na produção de ração. O girassol também pode ser utilizado na silagem para alimentação animal, para consumo humano e, além disso, seu cultivo pode ser associado a apicultura (EMBRAPA, 2005). Para viabilizar soluções objetivando o desenvolvimento sustentável do agronegócio no Brasil, vários órgãos governamentais como a EMBRAPA (Empresa Brasileira de Pesquisa Agropecuária) e a CATI (Coordenadoria de Assistência Técnica Integral) vêm difundindo o uso de miniprensas para a extração de óleo de girassol, por ser uma alternativa aos produtores familiares que cultivam grãos com alto teor de óleo, para agregar valor a cultura do girassol. O óleo obtido através da prensagem do grão, sem refino. Este processo, pelo fato de não envolver altas temperaturas, mantém inalterada a composição química do óleo, principalmente no que diz respeito ao teor de tocoferóis, compostos que apresentam atividade de vitamina E e são antioxidantes naturais. Geralmente este tipo de óleo é comercializado a preços elevados em lojas de produtos naturais ( health shops ), mas dados a respeito de sua qualidade e estabilidade são escassos, sendo necessárias pesquisas a respeito destes produtos.

3.1 Óleo bruto de girassol: produção e características

De acordo com sua utilização, há dois tipos de sementes de girassol: as oleosas e as não oleosas. As sementes não oleosas também chamadas de “ confectionery varieties ”, são maiores, pretas, com listras, apresentam casca grossa (40 a 45% do peso da semente), facilmente removível. São torradas, embaladas e consumidas pelo homem como amêndoas, misturados em granolas, bolos e snacks , ou como ração para pássaros. As sementes oleosas são menores e suas cascas bem aderidas, representando 20 a 30% da massa da semente. No cultivo de girassol para a extração de óleo utiliza-se a semente negra, cuja composição varia de 38 a 50% de óleo e 20% de proteínas. O óleo de girassol pode ser produzido industrialmente e/ou artesanalmente. Industrialmente os grãos de girassol são limpos, secos e descascados, são prensados e em seguida passam pelo processo de extração por solvente, normalmente o hexano, em extratores apropriados e seguros. O produto assim obtido é refinado através de diferentes tratamentos que incluem a degomagem, a neutralização, o branqueamento e a desodorização (TURATTI, 2000). Artesanalmente, em pequena escala, pode-se obter o óleo de girassol a partir de prensagem contínua dos grãos, seguida de filtração ou decantação, para separação dos resíduos (Figura 1).

Figura 1: Fluxograma da extração de girassol em miniprensa (TURATTI, 2000).

Os métodos utilizados para a produção artesanal do óleo de girassol, são prensas domésticas (contínuas ou hidráulicas) e semi-industriais de pequeno porte, tecnologias simples e baratas com capacidade de processamento de 20 a 50 quilos de matéria prima por hora que viabilizam a extração de óleo em pequenas propriedades. O óleo de girassol obtido por prensagem mecânica apresenta vida de prateleira de aproximadamente 100 dias (TURATTI, 2000). Uma das principais características do girassol, quando comparado a outras oleaginosas, é a facilidade do seu processamento. As sementes de girassol são processadas inteiras e à temperatura ambiente (dispensando cozimento

espécies reativas de oxigênio ou outros radicais livres (DIAZ et al ., 2004; FUCHS et al., 2003). Além dos tocoferóis, outros compostos presentes na fração insaponificável do óleo, em pequenas quantidades, são também importantes do ponto de vista da qualidade e da estabilidade dos óleos vegetais. Dentre esses, destacam-se os esteróis, os fosfolipídeos (lecitinas) e o β-caroteno. Os fosfolipídeos atuam como antioxidantes e o β caroteno aumenta a estabilidade dos óleos frente à luz. A qualidade nutricional de um óleo está intimamente relacionada com sua composição em ácidos graxos. Os ácidos graxos poliinsaturados essenciais (ácido linoléico e linolênico) desempenham importante papel na prevenção de doenças cardiovasculares, o que ressalta a importância da ingestão de óleos vegetais ricos em ácidos graxos poliinsaturados como, por exemplo, o óleo de girassol (MANDARINO, 1992). De uma forma geral, o óleo bruto de girassol extraído a frio, pode ser usado como óleo de salada, como parte da formulação de dietas de portadores de esclerose múltipla, pelas suas propriedades especiais, e para prevenir ou tratar problemas cardíacos, pelo seu alto teor de ácidos graxos insaturados. Por não ser refinado, deve-se evitar o seu uso em processos que envolvam calor, principalmente em frituras, uma vez que pode ocasionar aparecimento de espuma e de fumaça.

4. Farelo e torta de girassol: características e utilização

A América Latina produz mais de 500 mil toneladas de subprodutos e resíduos agroindustriais, sendo o Brasil responsável por mais da metade dessa produção. Desta forma, o aproveitamento destes subprodutos assume um papel economicamente importante, devido ao grande volume disponível, assim como a versatilidade de sua utilização, basicamente sob a forma de insumos para a alimentação animal. O aproveitamento racional dos subprodutos agrícolas e agroindustriais na alimentação animal tem se constituído em uma alternativa de grande valia na redução dos custos da alimentação e manutenção dos níveis de produção de carne e leite. Além disso, a utilização destes subprodutos permite uma destinação mais apropriada aos

mesmos, tornando conseqüentemente menores os riscos de poluição ambiental provocada pelo seu acúmulo, uma vez que esses produtos não são possíveis de serem utilizados na alimentação de animais domésticos, principalmente na de ruminantes. Desta forma, a utilização de subprodutos da agroindústria em dietas de bovinos, tem importância sob o ponto de vista econômico, nutricional e ambiental. A tabela 1 mostra a composição centesimal da semente seca de girassol ( sem casca).

Tabela 1 – Composição centesimal do girassol ( semente seca sem casca). O girassol também é importante fonte de proteínas para a alimentação animal, especialmente quando associado a leguminosas, pois estas apresentam a lisina como aminoácido limitante. O farelo de girassol apresenta valor alimentício equivalente ao de outras oleaginosas de importância agrícola. A proteína de girassol é a que contém maior teor de aminoácidos sulfurados, não havendo relatos de reações alérgicas a esta proteína. O farelo de girassol é, sem dúvida, uma fonte de proteínas de alta qualidade, sendo esta altamente digerível (90%) e com elevado valor biológico (60%). O farelo de girassol contém maior teor de proteína que os farelos de outras oleaginosas, tais como a soja, algodão e colza. A farinha desengordurada e os concentrados e isolados protéicos de girassol possuem um considerável potencial nutricional, devido à ausência de fatores tóxicos, além de ser uma fonte rica em cálcio, fósforo e ácido nicotínico. Mesmo sendo boa fonte protéica e tendo potencial para aplicação em formulações de alimentos, o farelo de girassol é utilizado quase que exclusivamente na produção de rações para animais. Apesar do bom valor nutritivo, o interesse nas proteínas de girassol para utilização em alimentos está relacionada às suas propriedades funcionais. Dentre as propriedades funcionais das proteínas destacam-se a solubilidade, emulsificação, formação e estabilidade de espuma, formação de gel, absorção de água e de gordura. O principal problema na utilização do farelo de girassol para alimentação humana é a presença de casca e ácido clorogênico. Ambos sob determinadas condições, conferem uma coloração indesejável ao farelo. A casca provoca, ainda, um aumento no volume e no teor de fibra dos alimentos, comprometendo seu valor alimentício para animais

Ao se aproveitar à adaptabilidade do cultivo de girassol nas diversas regiões brasileiras para a produção de biodiesel, ameniza-se o déficit energético do país e promove o avanço tecnológico, a inclusão social e o desenvolvimento sustentável, uma vez que nas diretrizes do governo federal dá-se ênfase ao pequeno produtor.

5.1 Balanço energético

O balanço energético é o parâmetro mais adequado para definir a viabilidade técnica de um programa de bioenergia. Para ser positivo, o balanço energético depende de diversos fatores, em especial do rendimento da cultura e do menor consumo de fertilizantes nitrogenados, que demanda grande quantidade de energia para sua produção. Assim alguns dos desafios da pesquisa agropecuária são aumentar a produtividade da cultura e o teor de óleo do grão, bem como promover a utilização da adubação verde e fixação simbiótica como fonte de N. Verifica-se um balanço energético final positivo de 7.535.000 kcal ha-1 em girassol e 15.473.000 kcal ha-1 para soja. Isto significa que, na cultura do girassol para cada unidade de energia que entra no sistema, produz-se 2,69 unidades de energia, sendo esta relação de 4,75:1 para a soja. Considerando- se a utilização da torta, a soja demonstrou melhor desempenho energético, por apresentar maior produtividade; porém, analisando-se apenas a obtenção de óleo, o girassol mostrou-se mais eficaz (2735.000 kcal ha-1 x 2353.000 kcal ha-1 da soja), por possuir maior teor de óleo no grão.

6. OUTRAS APLICAÇÔES

6.1 Caracterização do polímero do óleo de girassol obtido por aquecimento

A preocupação com o meio ambiente está levando os pesquisadores a descobrirem novos produtos que tenham o menor impacto ambiental possível. Dentro desse contexto, a descoberta de materiais que sirvam de base para compostos poliméricos menos agressivos ao meio ambiente, assumem grande importância. Polímeros de óleo vegetal podem ser uma solução para essa questão, pois sua base molecular confere aos compostos poliméricos uma fonte renovável e de baixo custo.

Desde que foram descobertos, os polímeros são aplicados em vários setores hoje em dia, como na construção civil, indústria automotiva, produção de eletro- eletrônicos e embalagens. Como o mercado de polímeros cresce rapidamente a cada ano, comparativamente superando até a taxa de crescimento do PIBc a necessidade de se obter polímeros cada vez mais degradáveis e biodegradáveis é crítica para que se reduza o impacto ambiental por estes produtos, a níveis mais baixos. Plásticos biodegradáveis são aqueles que podem ser consumidos por fungos e bactérias quando expostos ao meio ambiente, tornando as moléculas maiores em moléculas cada vez menores até se reduzirem a CO2, H2O e outras moléculas inorgânicas simples, não podendo exceder 5% de material não-biodegradável no final. Assim, polímeros que tenham como base moléculas de triacilglicerol, promovem uma excelente plataforma de valiosos materiais poliméricos de baixo custo e de fonte renovável e com potencial para a biodegrabilidade. O óleo de tungue, por exemplo, que tem seus triacilgliceróis compostos principalmente de ácido α-elaeosteárico ( cis -9, trans -11, trans -13-octadecatrienóico), produz materiais poliméricos por meio de polimerização térmica, onde os triacilgliceróis que compõem o óleo resultam em polímeros com boa estabilidade térmica. Também os polímeros derivados da soja podem ser muito úteis na substituição dos materiais poliméricos derivados de petróleo. Em geral, óleos vegetais com alta insaturação, resultam em plásticos com altas propriedades mecânicas, podendo ser utiliza s pelo mercado, sem grandes investimentos no processo de manufatura desses materiais, podendo esses polímeros competir por igual com os polímeros conhecidos comercialmente. Visou-se então caracterizar o polímero obtido do óleo de girassol gerado por aquecimento para observar se essa biomassa poderá ser uma nova fonte de biopolímeros. Na Tabela 2 pode-se observar a composição em ácidos graxos do óleo de girassol está de acordo com o que preconiza a literatura. Tomando-se como base a composição dos ácidos graxos insaturados oléico e linoléico, observa-se que o óleo estudado possui alto grau de insaturação.

Tabela 2. Perfil de ácidos graxos identificados como ésteres metílicos dos triacilgliceróis do óleo de Girassol (Hellianthus annuus )

A Figura 2 mostra o composto final formado, após o processo de aquecimento a que foi submetido o óleo de girassol. É possível notar a aparência elástica do polímero.

REFERÊNCIAS

Aparecido, C;. Produção de biodiesel a partir de óleo bruto de girassol

(II Congresso Brasileiro de Plantas Oleaginosas, Óleos, Gorduras e Biodiesel)

Realização: Universidade Federal de Lavras e Prefeitura Municipal de

Varginha

BEARD, B. H. The sunflower crop. Scient. Amer. vol. 244, n. 5,

pg.150-161, 1981.

BRASIL. Agência Nacional de Vigilância Sanitária- Ministério da

Saúde. Resolução n° 482, de 23 de setembro de 1999. Regulamento

técnico para fixação de identidade e qualidade de óleos e

gorduras vegetais. Brasília: Dia’rio Oficial da União, 1999(b). Anexo

CASTRO, C. de; CASTIGLIONI, V. B. R., BALLA, A., LEITE, R. M.V.B.

de C.KARAM, D., MELLO, H.C.,GUEDES, L.C.A., FARIAS, J.R.B. A cultura

do girassol: tecnologia de produção. 2a ed. Londrina. EMBRAPA–

CNPSO, 20p. (Documentos, 67), 1989.

EMBRAPA. Disponível em: www.embrapa.

REYES, F.G.R.; GARIBAY; C.B.,UNGARO,.M.R.G.’TOLEDO, M. C.F.

Girasol: cultura e aspectos químicos, nutricionais e tecnológicos.

Campinas, Fundação Cargil, 86 p., 1999.

URQUIAGA, S.; ALVES, B.J.R.; BOODEY, R.M. Produção de

biocombustíveis, a questão do balanço energético. Revista de

Política Agrícola , v.14, n.5, p.42-46, 2005.

YOUSEEF, R.; Caracterização do polímero do óleo de girassol obtido

por aquecimento. Universidade Estadual de Ponta Grossa.

RODRIGUES, T; ROEHRS, G;. Produção de lípase de Aspergillus

terreus CMMI 233-3 em fase sólida em torta de girassol. Universidade de

Santa Cruz.