Fruto da lobeira: um potencial para a produção sustentável de bioetanol
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2020
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Os resultados mostram que, com a utilização das enzimas, foi possível quebrar o amido dos frutos de lobeira em glicose e consequentemente transformar essa glicose em bioetanol. No reator, contendo as enzimas, obteve-se 91.6% de glicose com 10% do amido e 86.3% de glicose para 20% de amido com tempo de reação de 60 min. O melhor tempo de reação para a conversão de glicose em etanol foi de 48h sendo que essa conversão atingiu 92,13% de eficiência e foi estimada uma produtividade de 596,96 L ton-1.
Este estudo demonstra que as enzimas aplicadas no amido do fruto da lobeira trabalham de forma eficiente para quebrar o polímero de amido e liberar a glicose. Resultados similares já foram encontrados em pesquisas realizadas com amido de mandioca e de trigo. Entretanto, o que torna interessante e vantajoso o processo de obtenção de bioetanol a partir de lobeira é que as enzimas imobilizadas no processo de produção podem ser reaproveitadas, uma vez que não imobilizadas nos demais processos acabam sendo perdidas, aumentando os custos com a obtenção do bioetanol.
Apesar de pesquisas ainda serem necessárias para otimizar o processo/tempo de obtenção de glicose e de fermentação, a lobeira pode ser uma fonte promissora e renovável para a produção de bioetanol, por ser uma planta amplamente distribuída no Brasil, principalmente em regiões de Cerrado, o que abre boas oportunidades para que novas pesquisas sejam aplicadas ao desenvolvimento de inovações tecnológicas para o manejo e uso sustentável da espécie, como uma opção para a produção de bioetanol. Com o crescimento da população mundial e consequentemente a demanda por combustíveis fósseis, surgiu a necessidade de se buscar fontes de energia de origem renovável. Uma das soluções encontradas foi a introdução de biocombustíveis (combustíveis de origem vegetal), como o bioetanol de milho (EUA, União Europeia e China) e o de cana-de-açúcar (Brasil, Índia e Colômbia, principalmente), como fontes de energia. Todavia, com o aumento da procura por bioetanol, começou a existir uma competição entre a produção de alimentos e biocombustíveis, visto que o milho e a cana-de-açúcar também constituem a base para a alimentação humana e animal, cujas necessidades são crescentes. Isso desencadeou a busca por outras fontes de vegetais não utilizados na alimentação como matéria prima para o biocombustível. Assim, a espécie vegetal Solanum lycocarpum, conhecida no Cerrado brasileiro por “lobeira”, tem se tornado, potencialmente, uma dessas fontes alternativas para a produção de bioetanol (Figura 1). Algumas características importantes levaram à escolha dessa espécie como potencial matéria-prima para a produção de bioetanol, tais como: (1) alta quantidade de amido nos frutos (51% da polpa seca) - baixo teor de amido resistente e alto teor de amido digestível (89,8%) - e (2) baixo conteúdo dos compostos como proteínas, alcaloides, ácido fítico e compostos fenólicos que atrapalham o processo de obtenção de bioetanol. Nesse contexto, pesquisadores da Universidade Federal de Goiás e do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás buscaram, no amido extraído de lobeira (Solanum lycocarpum), mais uma fonte de energia renovável. Fruto da lobeira (Solanum lycocarpum): espécie em seu ambiente natural (1A); frutos (1B); farinha e grânulos de amido (1C). (Fonte: adaptada do autor). O processo experimental de produção de bioetanol a partir da lobeira (S. lycocarpum) é dividido em quatro etapas (figura 2). Primeiramente, o amido é extraído dos frutos da lobeira por um método já utilizado por outros cientistas (figura 2 - etapa 1). Depois de extraído, o amido é transferido para outro recipiente (reator) para dar início ao processo de hidrólise enzimática, ou seja, a quebra do amido em moléculas de glicose pelas enzimas (figura 2 - etapa 2). O amido é um polímero natural constituído por várias moléculas de glicose (do tipo alfa-glicose) ligadas entre si. Para a liberação da glicose é necessária que haja a quebra das ligações entre essas moléculas. Essa quebra é feita por enzimas especializadas, chamadas de alfa-amilase e glucoamilase (figura 2 - etapa 2.1). Essas enzimas ficam presas (imobilizadas) em malhas partículas (nesse caso, a polianilina) e passam a ser insolúveis em água, o que garante a estabilidade e o reuso delas várias vezes no processo. Depois da liberação das moléculas de glicose, são adicionados à solução os microrganismos responsáveis por fermentar a glicose (figura 2 - etapa 3), transformando-a assim em bioetanol. Os microrganismos empregados, chamados de Saccharomyces bayanus, são bem conhecidos por realizar diversos processos de fermentação. Após sua fermentação, a solução de bioetanol produzida é analisada por métodos estatísticos para avaliar dois parâmetros referentes aos custos e à eficiência do processo: (1) tempo de fermentação, e (2) concentração do amido hidrolisado (% de glicose equivalente) (figura 2 - etapa 4). Representação esquemática das etapas de produção de bioetanol (etapas 1, 2, 3 e 4 acima) a partir da obtenção de glicose pela quebra do amido de Solanum lycocarpum (veja em destaque o esquema da hidrólise enzimática - etapa 2.1 - que promove a quebra do polímero de amido em moléculas de glicose pela ação de enzimas). (Fonte: adaptado do autor) |
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Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Laboratório de Química de Polímeros Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás Instituto de Ciências Biológicas da Universidade Federal de Goiás Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás |
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259742024-10-01T19:00:45Z1[CeS] Textos de divulgação Fruto da lobeira: um potencial para a produção sustentável de bioetanol Ricardo R. Morais Aline M.Pascoal Marcos A.Pereira-Júnior Karla A.Batista Armando G. Rodriguez Kátia F. Fernandes produção agrícola fermentação combustíveis Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico Laboratório de Química de Polímeros Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de Goiás Instituto de Ciências Biológicas da Universidade Federal de Goiás Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás 2020-09-14 514.png vignette : https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/large/20f2a94e87cedc45b0173012e88aa2b6a8117fc3.jpg Os resultados mostram que, com a utilização das enzimas, foi possível quebrar o amido dos frutos de lobeira em glicose e consequentemente transformar essa glicose em bioetanol. No reator, contendo as enzimas, obteve-se 91.6% de glicose com 10% do amido e 86.3% de glicose para 20% de amido com tempo de reação de 60 min. O melhor tempo de reação para a conversão de glicose em etanol foi de 48h sendo que essa conversão atingiu 92,13% de eficiência e foi estimada uma produtividade de 596,96 L ton-1. Este estudo demonstra que as enzimas aplicadas no amido do fruto da lobeira trabalham de forma eficiente para quebrar o polímero de amido e liberar a glicose. Resultados similares já foram encontrados em pesquisas realizadas com amido de mandioca e de trigo. Entretanto, o que torna interessante e vantajoso o processo de obtenção de bioetanol a partir de lobeira é que as enzimas imobilizadas no processo de produção podem ser reaproveitadas, uma vez que não imobilizadas nos demais processos acabam sendo perdidas, aumentando os custos com a obtenção do bioetanol. Apesar de pesquisas ainda serem necessárias para otimizar o processo/tempo de obtenção de glicose e de fermentação, a lobeira pode ser uma fonte promissora e renovável para a produção de bioetanol, por ser uma planta amplamente distribuída no Brasil, principalmente em regiões de Cerrado, o que abre boas oportunidades para que novas pesquisas sejam aplicadas ao desenvolvimento de inovações tecnológicas para o manejo e uso sustentável da espécie, como uma opção para a produção de bioetanol. Com o crescimento da população mundial e consequentemente a demanda por combustíveis fósseis, surgiu a necessidade de se buscar fontes de energia de origem renovável. Uma das soluções encontradas foi a introdução de biocombustíveis (combustíveis de origem vegetal), como o bioetanol de milho (EUA, União Europeia e China) e o de cana-de-açúcar (Brasil, Índia e Colômbia, principalmente), como fontes de energia. Todavia, com o aumento da procura por bioetanol, começou a existir uma competição entre a produção de alimentos e biocombustíveis, visto que o milho e a cana-de-açúcar também constituem a base para a alimentação humana e animal, cujas necessidades são crescentes. Isso desencadeou a busca por outras fontes de vegetais não utilizados na alimentação como matéria prima para o biocombustível. Assim, a espécie vegetal Solanum lycocarpum, conhecida no Cerrado brasileiro por “lobeira”, tem se tornado, potencialmente, uma dessas fontes alternativas para a produção de bioetanol (Figura 1). Algumas características importantes levaram à escolha dessa espécie como potencial matéria-prima para a produção de bioetanol, tais como: (1) alta quantidade de amido nos frutos (51% da polpa seca) - baixo teor de amido resistente e alto teor de amido digestível (89,8%) - e (2) baixo conteúdo dos compostos como proteínas, alcaloides, ácido fítico e compostos fenólicos que atrapalham o processo de obtenção de bioetanol. Nesse contexto, pesquisadores da Universidade Federal de Goiás e do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Goiás buscaram, no amido extraído de lobeira (Solanum lycocarpum), mais uma fonte de energia renovável. Fruto da lobeira (Solanum lycocarpum): espécie em seu ambiente natural (1A); frutos (1B); farinha e grânulos de amido (1C). (Fonte: adaptada do autor). O processo experimental de produção de bioetanol a partir da lobeira (S. lycocarpum) é dividido em quatro etapas (figura 2). Primeiramente, o amido é extraído dos frutos da lobeira por um método já utilizado por outros cientistas (figura 2 - etapa 1). Depois de extraído, o amido é transferido para outro recipiente (reator) para dar início ao processo de hidrólise enzimática, ou seja, a quebra do amido em moléculas de glicose pelas enzimas (figura 2 - etapa 2). O amido é um polímero natural constituído por várias moléculas de glicose (do tipo alfa-glicose) ligadas entre si. Para a liberação da glicose é necessária que haja a quebra das ligações entre essas moléculas. Essa quebra é feita por enzimas especializadas, chamadas de alfa-amilase e glucoamilase (figura 2 - etapa 2.1). Essas enzimas ficam presas (imobilizadas) em malhas partículas (nesse caso, a polianilina) e passam a ser insolúveis em água, o que garante a estabilidade e o reuso delas várias vezes no processo. Depois da liberação das moléculas de glicose, são adicionados à solução os microrganismos responsáveis por fermentar a glicose (figura 2 - etapa 3), transformando-a assim em bioetanol. Os microrganismos empregados, chamados de Saccharomyces bayanus, são bem conhecidos por realizar diversos processos de fermentação. Após sua fermentação, a solução de bioetanol produzida é analisada por métodos estatísticos para avaliar dois parâmetros referentes aos custos e à eficiência do processo: (1) tempo de fermentação, e (2) concentração do amido hidrolisado (% de glicose equivalente) (figura 2 - etapa 4). Representação esquemática das etapas de produção de bioetanol (etapas 1, 2, 3 e 4 acima) a partir da obtenção de glicose pela quebra do amido de Solanum lycocarpum (veja em destaque o esquema da hidrólise enzimática - etapa 2.1 - que promove a quebra do polímero de amido em moléculas de glicose pela ação de enzimas). (Fonte: adaptado do autor) Bioethanol production from Solanum lycocarpum starch: A sustainable non-food energy source for biofuels 2020-09-14 https://doi.org/10.1016/j.renene.2019.02.056 Ciências Agrárias O processo experimental de produção de bioetanol a partir da lobeira (S. lycocarpum) é dividido em quatro etapas (figura 2). Primeiramente, o amido é extraído dos frutos da lobeira por um método já utilizado por outros cientistas (figura 2 - etapa 1). Depois de extraído, o amido é transferido para outro recipiente (reator) para dar início ao processo de hidrólise enzimática, ou seja, a quebra do amido em moléculas de glicose pelas enzimas (figura 2 - etapa 2). O amido é um polímero natural constituído por várias moléculas de glicose (do tipo alfa-glicose) ligadas entre si. Para a liberação da glicose é necessária que haja a quebra das ligações entre essas moléculas. Essa quebra é feita por enzimas especializadas, chamadas de alfa-amilase e glucoamilase (figura 2 - etapa 2.1). Essas enzimas ficam presas (imobilizadas) em malhas partículas (nesse caso, a polianilina) e passam a ser insolúveis em água, o que garante a estabilidade e o reuso delas várias vezes no processo. Depois da liberação das moléculas de glicose, são adicionados à solução os microrganismos responsáveis por fermentar a glicose (figura 2 - etapa 3), transformando-a assim em bioetanol. Os microrganismos empregados, chamados de Saccharomyces bayanus, são bem conhecidos por realizar diversos processos de fermentação. Após sua fermentação, a solução de bioetanol produzida é analisada por métodos estatísticos para avaliar dois parâmetros referentes aos custos e à eficiência do processo: (1) tempo de fermentação, e (2) concentração do amido hidrolisado (% de glicose equivalente) (figura 2 - etapa 4). Representação esquemática das etapas de produção de bioetanol (etapas 1, 2, 3 e 4 acima) a partir da obtenção de glicose pela quebra do amido de Solanum lycocarpum (veja em destaque o esquema da hidrólise enzimática - etapa 2.1 - que promove a quebra do polímero de amido em moléculas de glicose pela ação de enzimas). (Fonte: adaptado do autor) https://repositorio.canalciencia.ibict.br/api/items/25974 https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/20f2a94e87cedc45b0173012e88aa2b6a8117fc3.jpg https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/eb07b01de0a1b59ab7e6d0d6489701a5b13da721.png https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/6520c334a2ba42ce7c550916b03cd809aedddb74.png https://repositorio.canalciencia.ibict.br/files/original/195796b5222882e33343f7fc59fcb32335b56c3e.png |