resíduos agroindustriais

Resíduos agroindustriaisaula 1 Prof. Adriana DantasUERGS – Caxias do Sul

Introdução• Resíduos de alimentos e sua industrialização• Subprodutos de resíduos de alimentos• Tipos de resíduos de alimentos• Fontes e utilização de alimentos• Bioutilizaçao dos resíduos• Tratamentos de resíduos não renováveis

Resíduos• Na industria de alimentos são conhecidos como ‘resíduos’,

parte da matéria-prima não utilizadas no processamento do produto principal.

• Matéria-prima mão aproveitada para a elaboração do produto alimentício e como subproduto.

Classes de subprodutos

• Tradicionais – elaborados no material sobrante do produto principal:leite (manteiga, queijo, etc..); carnes (embutidos, defumados, etc..)

• Esporádicos – poderão sofrer ou não transformações.

Aplicação de subprodutos de resíduos de alimentos

• Na alimentação humana• Na alimentação animal• Na agricultura• Na medicina• Diferentes fins

Alimentação humana• Álcool; bebidas fermentadas não alcoólicas; caldas e xaropes;

complexos protéicos; farinhas; geléias; gelatina; gorduras hidrogenadas; margarina; óleos comestíveis; óleos essenciais; patês; adstringentes; coalho; enzimas proteolíticas; pectina; pigmentos; vinagre; etc.

Alimentação animal• Farelinho e remoído• Farinhas de ossos; marisco, peixe, ostra• Gorduras não comestíveis pelo homem• Melaço de cana• Soro de leite• Suplemento cálcico e protéico• Tortas oleaginosas e de frutas

Agricultura• Águas residuais de digestores• Resíduos de casca de ovo• Resíduos de cinzas de ossos• Resíduos empregados na alimentação• Resíduos de matadouros• Resíduos orgânicos• Bagaços esgotados de cana• Tortas em bruto de sementes e de frutas

Medicina• Ácido nucléico• Adstringentes• Albuminas e peptonas• Cafeína• Colecistocinina• Complexo protéico (plasma sanguínea)• Complexo B• Diurético• Enzimas proteolíticas• Extrato de órgãos• Hesperidina• Sais biliares• Terebintina• Vermífugo• Vitaminas A e D

Diferentes fins• Amuleto• Botões• Pentes• Tapetes• Calçados• Cintos• Tapetes• Cola e material plástico• Colchões e travesseiros• Escovas• Graxa• Velas

Medicina

• NA industria farmacêutica, numerosas substâncias químicas são retiradas de vegetais, animais e convertidas em subprodutos de emprego terapêutico.• Além de uso via bucal, inúmeros subprodutos

com objetivo medicinal, tem uso tópico; manteiga para queimaduras leves e reabsorção de hematomas; toucinho para feridas causadas por moscas varejeiras.

Medicina• De origem vegetal• Cafeína ( envoltório e cascas de sementes de café)• Complexo B – capa de aleurona de certos cereais• Hesperidina – cascas de cítrico• Terebentina – cascas de manga• Ergotina – esporão de centeio

Medicina• Estigma de milho – diurético• Mesocarpo e casca de romã – adstringente• Sementes de abóbora – vermífugo• Bagaço de cítricos ou vegetais ricos em celulose –

anticonstipantes• Casca de limão, laranja – antitérmicos e antigripais

Medicina• Da carne• De aparas de carnes e resíduos protéicos – isolam-se albuminas,

peptonas, concentrados protéicos.• Carne de peixe – extraída a estreptogenina (regulador protéico);

vigneron (fator de crescimento)• Músculos de animais – ATP (adenosina trifosfato) – pesquisas sob

ação muscular e estudo na área molecular

Medicina• De ossos e cartilagens• Tíbias de bovinos – farinha de osso purificada – alto teor cálcio-

fosforo, em alimentos infantis• Ossos de vitela - elementos de reparação plástica, substitutos de

tecidos, reconstituição óssea• Cartilagens – implantadas em lugar de ossos faciais

Medicina• De órgãos• Estomago – renina, pepsina(alimento infantil) e mucina(ulceras)• Intestinos – duodeno – vitaminas B12 (anemia); - segmento

ceco-pilórico – proteases, tripsina.• Fígado – glândula hepática se extrai medicamento para

transtornos hematopoiéticos (anemia)• Vesícula biliar – extraída a colecistoina• Pâncreas – tripsina (transtornos digestivos, lesões necróticas,

ulceras), quimotripsina (digere tecidos necrosados) e amilase, insulina (controle da glicemia)

• Coração – antígenos (tratamentos de sífilis) – coração do atum e peixe espada

• Pulmões – heparina isolada do pulmão e do fígado – enfermidades cardiovasculares

• Medula espinhas – hormônios sexuais, colesterol

Medicina• De origem animal – Do sangue• Isolados aminoácidos, como caseína – períodos pós-operatório• Plasma sanguínea dessecado – dietoterápica, complemento

protéico• Albumina purificada – diversas aplicações (alimento, meios de

cultura de tecidos, determinar fator Rh, estabilizador de vacinas, culturas microbianas, etc..)• Fibrinogênio e gamaglobulinas – pesquisas• Albumina cristalizada de boi – proteína padrão em pesquisas• Potrombina – produzida a cortisona e outros esteróides• Plasma de peixe - Esteróides como a cortisona principalmente

Salmão

Tipos de resíduos de alimentos

• Resíduos ‘in natura’Resíduos ‘in natura’Aqueles que permanecem em seu estado natural e que assim são utilizados, em sua totalidade ou parcialmente.Ex.: frutas refugadas, determinadas folhas, pendões de cana e outros


• Resíduos resultantes do beneficiamento de Resíduos resultantes do beneficiamento de alimentosalimentosOs resultantes do beneficiamento de alimentos, surgem durante o preparo destes, para a sua conversão em produtos alimentícios. Pertencem a este tipo, os resíduos que não se integram aos produtos como seus componentes e que por esse motivo necessitam serem deles excluídos.Ex.: aparas de vegetais; certas sementes; cascas e centros de frutas; palhas e sabugos de milho.


• Resíduos eliminados durante o processamento Resíduos eliminados durante o processamento de alimentosde alimentosEste tipo de resíduo é eliminado dos alimentos durante o seu processamento e, por estratégias tecnológicas se tornam subprodutos.Ex.: melaço, tortas (originadas das sementes de frutas e leguminosas), bagaços ( da extração para obtenção de sucos), farelos e germens (da moagem de cereais e de leguminosas), etc..


• Resíduos de alimentos já processadosResíduos de alimentos já processadosEsses resíduos tem características próprias de serem parte do produto terminado, isto é, são resíduos já prontos. Ex.: resíduos de subprodutos impróprios ao comércio ou ao consumo humano destinado a outros fins.

Resíduos vegetais• ‘‘In natura’In natura’

Vegetais refugados – em entrepostos, mercados e centros de produção (colheitas excessivas ou encalhadas)

• Convertidas em subprodutosEx.: Frutas refugadas – na industria de enlatados, na produção de sucos, de vinagre e aguardente, de doces secos e cristalizados

Resíduos vegetais• Laranjas destinadas a exportação e separadas nas ‘packing

houses’, por irregularidades de forma, tamanho, aspecto – indústria de sucos, vinagre, xaropes e outras.

• Limões não deteriorados, porém refugados – elaboração de sucos

• Outras frutas – ameixas, maças, figos, etc....

Resíduos vegetais• Folhas Folhas Utilizadas em pratos exóticos

Alimentação de índiosBebibas fermentadas

• Vegetais pigmentadosVegetais pigmentadoscenoura – carotenóidesbeterraba – antocianinaespinafre e ervilha – clorofilatomate – licopenodiversas frutas (jabuticaba, jenipapo, pitanga)

Subprodutos de cascas e centros de frutas

• Abacaxi – bebidas fermentadas – álcool – vinagre – calda pata compota de abacaxi

• Maçã – geléias – vinagre• Pêra – Caldas para adicionar em conservas de pêra e consumo de

mesa• Amêndoas – álcool neutro para fortificar bebidas

Sementes e caroços de frutas• Principal subproduto – óleo

Sementes de uvas – procedentes da fabricação de vinhos ou de passasDamasco, de cerejas, de ameixas,pêssegos – óleo comestível

Resíduos animais• Surgidos durante o preparo, para as diferentes qualidades de

consumo:durante o beneficiamento de leiteda carne de animas abatidos

• Cartilagens• Ossos e tendões

Resíduos animais

• O maior contingente de resíduos de alimentos animais é justamente formado pelos que decorrem dos processos de beneficiamento.

• Nos animais de corte, sua carne e órgãos são separados de imediato para consumo humano; outras partes, surgidas do beneficiamento, são usadas para ração animal e para outros empregos.

Farinhas empregadas na alimentação de aves e de porcinos, excelentes fontes de nutrientes protéicos e minerais

• Farinhas de ossos • Farinha de sangue• Farinha de carne• Farinha de carne e ossos• Farinha de penas• Farinha de aves• Farinhas de animais mamíferos• Farinha de peixe

Agricultura

• Impróprios para alimentação e para aproveitamento em outros setores, só servindo para fabricação de adubos.

VALORIZAÇÃO INTEGRAL DABIOMASSA

• O conceito do uso de fontes renováveis está implicitamente conectado com a idéia de Valorização Integral, destacando a importância do uso completo do produto entregue pela natureza (agricultura)

Principais resíduos usados como fertilizantes (direta ou indiretamente):

• De origem vegetalDe origem vegetalAdubo vegetalCascas de frutasFarelinhoTortas de sementes e frutas oleaginosasBagaço esgotado de canaResíduos vegetais secos ou submetidos as fermentações

Principais resíduos usados como fertilizantes (direta ou indiretamente):

• De origem animal• Sangue de matadouros• Pescado deteriorado• Farinha de osso• Cinzas de ossos• Cascas de ovos• Estrumes animal de curral e de matadouros

Outras finalidades• Cascas de nozes – combustível, pós de uso industrial,

fabricação de plástico, espessante, de capa de revestimento de parede, inseticidas• Sementes de uvas – industriais de sabões, tintas• Cascas e centros de uvas – tanino• Pedúnculo de uva – tartarato de potássio (cremor

tártaro)• Semente e cascas de tomates – purê, extração de óleos• Caroços de frutas – carvão, óleos fixos (amigdalina,

glicose e ácido cianídrico), graxa e sabão.• Óleo de amêndoas amargo, agente farmacêutico, doces

e bolos

UTILIZAÇÃO DE RESÍDUOS AGRO-INDUSTRIAIS EM PROCESSOS BIOTECNOLÓGICOS COMO PERSPECTIVA DE REDUÇÃO DO IMPACTO AMBIENTAL

• A crescente preocupação com o meio ambiente vem mobilizando vários segmentos do mercado. Inúmeros órgãos governamentais e indústrias estão se preparando para aplicar uma política ambiental que diminua os impactos negativos à natureza.

• Resíduos sólidos diferenciam-se do termo lixo porque, enquanto este último não possui nenhum tipo de valor, já que é aquilo que deve apenas ser descartado, aqueles possuem valor econômico agregado, por possibilitarem reaproveitamento no próprio processo produtivo.

• Além de criar potenciais problemas

ambientais, os resíduos representam perdas de matérias-primas e energia, exigindo investimentos significativos em tratamentos para controlar a poluição.

Implementação de transformação de resíduos de industrias de vegetais:

• transformação de resíduos em ingredientes para a indústria de sucos e panificação;

• bioconversão destes resíduos por fermentação em estado sólido, sendo que, neste caso, os resíduos foram usados como substratos para a produção de aroma de frutas;

• uso dos resíduos como bioadsorvente em tratamento de resíduos.

Bioutilização de resíduos

• Fermentação da palha de trigo pelo Chaetomium cellulolyticum - incremento no teor protéico e produção de biomassa

• Biorreator para ser utilizado no enriquecimento protéico da polpa de beterraba pelo Trichoderma viride.

• Produção de ração animal pela fermentação de sagu pelo Rhizopus oligosporus

Bioutilização de resíduos • Sargantanisis et al. (1993) - produção de Rhizopus

oligosporus em farinha de milho obtiveram rendimento de 0,6g biomassa.g-1 de produto seco.

• Yang et al. (1993) - enriquecimento protéico de resíduos de batata doce através de vários microrganismos, teor de umidade do substrato em torno de 70%,os microrganismos que apresentaram melhor desempenho Saccharomyces e o Rhizopus. Os incrementos em teor protéico obtidos foram de 3,2 para 8,4 e 18,5%, respectivamente.


• Zvauya e Muzondo (1994) - enriquecimento protéico da farinha de mandioca através de algumas variedades de Aspergillus. Teores de umidade acima de 55,0% e concentração de inoculo acima de 107 esporos.g-1. • Joshi e Sandhu (1996) - ração animal através da

fermentação da polpa de maçã residual de indústria de suco por Saccharomyces cerevisiae, Candida utilis e Torula utilis. Incremento no teor protéico de 5,80% para 16,80; 18,50 e 15,57% para cada microrganismo utilizado, respectivamente.

Bioutilização de resíduos • Pelizer (1997) - resíduos da indústria de beneficiamento do

arroz para a produção de bioinseticida a base de Bacillus thuringiensis.

No processamento de arroz, desde a colheita até o beneficiamento, podem-se destacar os seguintes subprodutos e resíduos: palha de arroz, soca ou soqueira, casca, farelo e quirela (ou quirera), que podem ser considerados resíduos com grande potencial de utilização como substratos.

A bioutilização dos rejeitos industriais para a produção de bioinseticidas pode ser considerada muito importante, pois ao mesmo tempo em que significa uma solução para as indústrias, este produto não causa danos ao meio ambiente e pode ser utilizado na agricultura que fornece matérias-primas para produção das mesmas.


• Bravo et al. (2000) - produção de poligalacturonase (enzima amplamente usada na indústria de alimentos, tais como as de sucos de frutas, vinhos, cacau e café) utilizando-se o caldo de cana (resíduos da indústria de sucro-alcoleira).

• Coelho et al. (2001) - resíduos da indústria de coco verde para a produção de enzimas.

Bioutilização de bagaço de cana-de-açúcar

• Diferentes sistemas de fermentação em estado sólido – suporte inerte para produção de penicilina utilizando o Penicillium chrysogenum. • Produção de biomassa protéica de Trichoderma reesei e

Rhizopus (cultura mista) em fermentação submersa. • Produção de alcalóides pela Claviceps purpurea por

fermentação em estado sólido. • Produção de mais de 2 milhões de toneladas de bagaço de

cana-de-açúcar como resíduo agro-industrial. Esse material enriquecido com proteína microbiana através da fermentação em estado sólido pode ser utilizado como ração animal. • Produção de proteína,para utilização em ração animal, através

do Chaetomium cellulolyticum. Conteúdo de proteína inicial do bagaço era 2% e no produto final de 8,65% mínimo exigido para ração de ruminantes (7%).

SILAGENS ALTERNATIVAS DE RESÍDUOS AGRO-INDUSTRIAIS • A ensilagem, como técnica de conservação de

forragens, tem sido largamente utilizada em propriedades rurais como estratégia de reserva forrageira para períodos críticos ou mesmo para uso contínuo na alimentação animal. • O uso de silagem ou mesmo de feno, contribui

significativamente no custo de produção do leite e da carne, com conseqüente redução na margem de lucro.

• O uso de resíduos agro-industriais como bagaço de laranja e rama de mandioca tem apresentado alto potencial para uso na alimentação de ruminantes. • Pelo alto custo de implantação de lavouras

anuais como milho e sorgo e de outras culturas de alto valor forrageiro (milheto, aveia, azevém, alfafa, ...), normalmente utilizadas na produção de silagem.

Industria de Sucos• A indústria de suco de laranja produz como subproduto o

bagaço de laranja ou polpa de laranja que compreende aproximadamente 50% do total da fruta. É obtida após duas prensagens que restringe a umidade a 65 – 75%; sendo depois submetida à secagem, da qual resulta até 90% de matéria seca, para então, ser peletizada e comercializada.

• Para o desprendimento da água e atenuar a natureza hidrofílica da pectina, principal carboidrato presente na polpa, adiciona-se hidróxido de cálcio ou óxido de cálcio antes das prensagens.

• A prática de desidratar o bagaço de laranja é comum, mas devido ao alto custo de energia, muitas vezes esta tecnologia se torna antieconômica.

Bagaço da laranja

• O bagaço de laranja tem algumas características que contribuem para que seja armazenado na forma de silagem, todavia, existem controvérsias quanto à ensilagem de alimentos com alto conteúdo de umidade. • Estima-se que, nos Estados Unidos, 90% da polpa

cítrica utilizada são consumidos por vacas em lactação, categoria esta para a qual a polpa mostrou-se um alimento de alto valor, principalmente quando a quantidade de forragem disponível é pequena.

Ensilagem e uso de aditivos

• A ensilagem é outro método de conservação que vem sendo usado, porém, devido às perdas faz-se necessário rever esta tecnologia de conservação, em bases econômicas.

• O uso de diferentes aditivos na ensilagem do subproduto da indústria de suco de laranja, pode melhorar significativamente a qualidade do ensilado, merecendo ser estudado, principalmente, devido a importância econômica regional.

• A conservação de uma forrageira como silagem depende da fermentação natural dos açúcares a ácidos, sob condições anaeróbias, principalmente láctico e acético, por bactérias ácido lácticas, o que torna o processo de fermentação grandemente sujeito a variações.

• As alterações bioquímicas que ocorre durante o processo de ensilagem, apontando as atividades enzimáticas das plantas, das bactérias produtoras de ácido láctico, clostrídios, enterobactérias e leveduras como principais responsáveis.

Procedimentos• Para aumentar o teor de matéria seca do bagaço de laranja,

adicionar 20% de palha de trigo picada em partículas igual ou inferior a 2,5 cm, proporcionando uma relação, com base na MS, de 80/20.

• A dinâmica da fermentação do bagaço de laranja durante a ensilagem, apresenta um número de leveduras menor que o número de bactérias lácticas, elas não se extinguiram através do período de ensilagem, devido à presença de açúcares fermentáveis disponíveis, suficientes para manter o metabolismo, atribuindo as perdas a estas populações.

• Um modo promissor para melhorar o processo de fermentação do bagaço de laranja seria inibir a população de leveduras.

• A população de leveduras que utilizam lactato é um dos fatores determinantes se uma silagem deteriorará ou não à exposição ao ar.

Procedimentos• A inoculação por bactérias lácticas é importante pois o

ácido resultante atua como inibidor das leveduras, devido a rápida fermentação ácida produzida contribui para a redução da atividade de levedura durante o uso da silagem.

• O bagaço de laranja in natura pode ser eficientemente conservado sob a forma de silagem sem o uso de aditivos.

• A aplicação de aditivos, ácidos ou enzimático microbiano, não melhoraram os parâmetros de fermentação das silagens ao ponto de recomendá-los para a confecção de silagem de bagaço.

Uso de aditivos• O objetivo original do uso de aditivos é garantir que as bactérias

ácido lácticas dominassem a fermentação resultando em uma silagem bem conservada.

• A esse respeito, o melaço, que foi disponível comercialmente, forneceu uma fonte de baixo custo de carboidratos fermentáveis e foi grandemente usado por fazendeiros durante o início do século.

• Em 1933, Virtanen, trabalhando na Finlândia, adotou uma maneira diferente e recomendou a rápida acidificação da forragem com ácidos minerais para chegar a um pH por volta de 3,5 que foi originalmente a idéia que inibiria a atividade microbiana e das enzimas da planta.

• Em 1945 recebeu o Prêmio Nobel pelo seu esforço. A silagem feita com adição de ácido mineral é chamada de silagem AIV ou processo AIV

Composição quimica• A conservação do bagaço de laranja, ensilado por 92 dias, em

experimentos laboratoriais, utilizando dois tratamentos, o primeiro com drenagem do efluente e o outro sem drenagem, foi quantificada as perdas por liberação de gases.

• Em silagens de bagaço de laranja, armazenados por 142 dias, em que o efluente foi permitido escorrer, e naquele em que o efluente foi mantido dentro do silo, não foram encontradas diferenças nos componentes químicos e microbiológicos (ASHBELL e LISKER, 1987).

• O bagaço de laranja geralmente contém entre 12 e 21% de matéria seca e durante o processo de fermentação mais de 22% do peso do bagaço fresco pode ser perdido pela lixiviação

• As perdas causadas por microrganismos aeróbios se restringe à camada superior da silagem de bagaço de laranja, e a presença desses microrganismos não explica todas as perdas registradas durante a estocagem .

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