Author(s): Gomes, Diocleciana Sofia de Jesus
Date: 2016
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10400.22/10634
Origin: Repositório Científico do Instituto Politécnico do Porto
Subject(s): Bioetanol; Borra de café; Pré-tratamento; Hidrólise enzimática; Bioethanol; Coffee grounds; Pretreatment; Enzymatic hydrolysis; Tecnologias de Protecção Ambiental
O presente trabalho tem como objetivo avaliar a possibilidade de produzir um biocombustível, o bioetanol, valorizando resíduos de baixo valor, nomeadamente as borras de café. Temos cada vez mais assistido a uma evolução tecnológica em larga escala e a um aumento populacional, que se traduz numa vertente positiva no primeiro caso, mas devido ao crescente consumo de energia pela sociedade atual e alteração de padrões de consumo, origina uma grande dependência de utilização de combustíveis fósseis, o que levará a um previsível esgotamento das suas reservas naturais. No que respeita ao aumento populacional, este provoca um aumento da produção de resíduos. Assim, cada vez mais se torna necessário procurar recursos energéticos alternativos, de natureza renovável, designadamente através da produção de biocombustíveis a partir de resíduos de baixo valor comercial. Esta utilização de resíduos como matéria-prima para a produção de biocombustíveis traduz-se em duas vantagens: i) por um lado diminui-se a acumulação dos resíduos gerados, e ii) por outro, podem estes ser aproveitados de uma forma eficiente. O trabalho foi realizado em duas etapas fundamentais: a caraterização físico-química da borra de café e a quantificação dos açúcares formados, após aplicação do pré-tratamento ácido e hidrólise enzimática, por três métodos: DNS (ácido 3,5-dinitrosalicílico), refratometria e cromatografia líquida de alta eficiência (HPLC). Para a caraterização físico-química da borra de café analisaram-se vários parâmetros, dos quais se salientam, o poder calorífico (5082,82 kcal/kg), o teor de cinzas (1,83%), o teor de proteínas (13,74 g / 100gcafé), o teor de celulose (16,17%) e o teor de lenhina (29,04%). No pré-tratamento ácido utilizou-se concentrações (v/v) de 1% a 5% dos ácidos H2SO4, HCI, HNO3, CH3COOH e de 7% para o CH3COOH, a uma temperatura de 85 ºC, com tempo de reação de 270 min e agitação de 50 rpm. A hidrólise enzimática foi concretizada num banho a 50 ºC, durante 120 minutos, mantendo a mesma velocidade de agitação do pré-tratamento e recorrendo à enzima Viscozyme L, na proporção de 100 L enzima/g amostra. A eficiência do pré-tratamento e hidrólise enzimática foi avaliada através da quantificação dos açúcares formados. Na quantificação pelo método DNS, o ácido sulfúrico e nítrico a 3% foram os que apresentaram rendimentos superiores de açúcares redutores totais, com 43,1% e 43,2%, respetivamente, seguido do ácido nítrico a 5%, cujo rendimento igualou os 41,4%. Na determinação dos açúcares totais, realizada por refratometria, confirmou-se que o ácido sulfúrico a 5% foi aquele que apresentou um rendimento mais alto - 78,9% - seguido da concentração de 3% com 65,3%. Finalmente, no método de HPLC, o ácido sulfúrico a 5% proporcionou rendimentos mais elevados de xilose, arabinose e glucose, que tomaram os valores de 6,1%, 9,3% e 11,0%, respetivamente.
The present work aims to evaluate the possibility of producing a biofuel, bioethanol, by valuing low value residues, namely coffee grounds. We have been increasingly witnessing a large-scale technological evolution and a population increase, which translates into a positive aspect in the first case, but, due to the increasing consumption of energy by the current society and changes in consumption patterns, causes a great dependence on the use of fossil fuels, which will lead to a predictable depletion of their natural reserves. As regards population growth, this causes an increase in waste production. Thus, it is increasingly necessary to look for alternative energy resources of a renewable nature, namely through the production of biofuels from low commercial value waste. This use of waste as a raw material for the production of biofuels has two advantages: (i) on the one hand, the accumulation of generated waste is reduced, and (ii) on the other, it can be used efficiently. This work was carried out in two fundamental stages: the physical-chemical characterization of coffee grounds and the quantification of the sugars formed, after application of acid pretreatment and enzymatic hydrolysis, by three methods: DNS (3,5-Dinitrosalicylic acid), refractometry and high performance liquid chromatography (HPLC). In the chemical characterization of coffee grounds, several parameters were used, such as calorific value (5082,82 cal/g), ash content (1,83%), protein (13,74 g/100gcoffee), cellulose (16,17%) and lignin (29,04%). In acid pre-treatment, 1% to 5% concentrations of H2SO4, HCl, HNO3, CH3COOH acids and 7% of CH3COOH were used (v/v) at a temperature of 85°C with a reaction time of 270 min and stirring at 50 rpm. The enzymatic hydrolysis was carried out in a bath at 50°C for 120 minutes, maintaining the same stirring speed of the pretreatment and using the enzyme Viscozyme L in the proportion of 100 μl enzyme/g sample. The efficiency of pretreatment and enzymatic hydrolysis was evaluated by quantifying the sugars formed. In the DNS method, 3% sulfuric and nitric acid were those that presented higher yields of total reducing sugars, with 43,1% and 43,2%, respectively, followed by 5% nitric acid, whose yield was equal to 41,4%. In the determination of total sugars, performed by refractometry, 5% sulfuric acid was the one that presented a higher yield – 78,9% - followed by the concentration of 3% with 65,3%. Finally, in the HPLC method, 5% sulfuric acid provided higher yields of xylose, arabinose and glucose, which took the values of 6,1%, 9,3% and 11%, respectively.
