Aproveitamento de resíduos de batata-doce utilizando processos bioquímicos e termoquímicos - Carvalho, Débora Gonçalves (2024)
A crescente demanda por alimentos tem levado ao aumento significativo na geração de resíduos agroalimentares, causando problemas ambientais como o aquecimento global. Este estudo investiga o potencial de valorização dos resíduos da batata-doce através de técnicas bioquímicas e termoquímicas, visando desenvolver processos sustentáveis. Na rota bioquímica, foi avaliada a produção de etanol a partir de resíduos de raízes de batatadoce utilizando enzimas comerciais em temperaturas menores (28-42 °C) que as normalmente utilizadas. A otimização do processo, com a adição de alfa-amilase logo após o aquecimento da batata-doce, resultou em rendimentos de até 79,7% de etanol em 22 horas. Essa abordagem aumentou a eficiência do processo e reduziu custos energéticos, destacando-se como uma estratégia promissora para a produção de bioetanol. Além disso, uma análise econômica comparativa entre hidrólise enzimática e ácida para a produção de uma bebida destilada com 25% v.v-1 mostrou que a hidrólise enzimática ofereceu vantagens significativas, com retorno do investimento em 1,46 anos. Além de ser mais prática, essa rota permite a realização simultânea das etapas de hidrólise e fermentação, favorecendo a implementação de microusinas descentralizadas, gerando renda local e reduzindo custos de transporte e emissões de CO2. Na etapa de separação do etanol, o desenvolvimento de uma unidade de destilação em múltiplos vasos mostrou flexibilidade para a produção simultânea de produtos com diferentes teores alcoólicos, onde o controle de temperatura através da manipulação das vazões das válvulas foi a melhor estratégia. Na rota termoquímica, investigou-se a pirólise e torrefação dos resíduos de cascas, folhas e caules de batata-doce. A torrefação aumentou a produção de sólido, enquanto a pirólise favoreceu a produção de gás e bio-óleo. O pré-tratamento de torrefação melhorou a qualidade dos gases com maior teor de CH4, e dos líquidos com maior teor de hidrocarbonetos. A acidez dos produtos líquidos foi reduzida na sequência dos processos de torrefação, pirólise e pirólise do torrefado. Os bio-óleos apresentaram predominância de fenóis, com potencial para aplicações como agentes biocidas e produção de resinas fenólicas, além de extração de diferentes compostos; enquanto os sólidos requerem tratamentos adicionais para uso como adsorventes eficazes. As frações aquosas dos bio- óleos de pirólise apresentaram concentrações inibitórias mínimas (MICs) entre 1.56- 6.25 % v.v-1 contra as bactérias Enterobacter cloacae, Pseudomonas aeruginosa, Bacilus cereus e Achomobacter insolitus. A atividade antibacteriana é possivelmente atribuída à sinergia entre o ácido acético e outros compostos orgânicos presentes em menor concentração. A fração orgânica do caule apresentou MICs ainda menores (0,25- 0,5 % m.v-1), devido à sua composição complexa, enquanto a fração orgânica da folha requer mais estudos em concentrações superiores às analisadas. Nos processos de ativação dos biochar da folha e do caule, a técnica a vapor foi mais eficiente que o ultrassom, resultando em maiores áreas de superfície e volume de poros. Na remoção de cafeína em solução aquosa, o biochar ativado a vapor mostrou-se eficaz independentemente do pH, enquanto o ultrassom exigiu ajustes de pH para 2,5 e maiores concentrações. Os modelos cinéticos Elovich e pseudo-segunda ordem apresentaram os melhores ajustes para descrever os processos de adsorção, enquanto os modelos de isoterma Sips e Freundlich foram os mais adequados para caracterizar a relação adsorvente-solutos. As capacidades de adsorção foram de 200 mg g-1, 136,61 mg g-1, 3,65 mg g-1 e 2,5 mg g-1 para os biochars ativado com vapor do caule e da folha e para os biochars ativados com ultrassom do caule e das folhas, respectivamente. Este estudo demonstra que podem ser gerados produtos de valor agregado utilizando resíduos da cultura da batata-doce através de técnicas bioquímicas e termoquímicas, contribuindo para a redução das emissões de gases de efeito estufa e para a viabilidade de biorrefinarias descentralizadas de batata-doce.