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CAROLINA SOTÉRIO
LAÍS FERRAZ ROSADA
WILLIAN URTADO MARIA
APLICAÇÃO DO RESÍDUO DA ERVA-MATE DO CHIMARRÃO
COMO CATALISADOR EM REAÇÕES ORGÂNICAS
Trabalho apresentado ao Conselho Regional
de Química – IV Região como parte dos
requisitos exigidos para concorrer ao prêmio
CRQ-IV de 2015.
Orientadora: Esp. Erica Gayego Bello Figueiredo Bortolotti
2015
“A ciência é aquilo que aprendemos sobre como não deixar enganar a nós mesmos.”
- Richard Feynman
“Há uma força motriz mais poderosa que o vapor, a eletricidade e a energia atômica: a
vontade.”
- Albert Einstein
Nota de agradecimento
Às respectivas famílias pelo suporte emocional e crença em nosso trabalho, não só
este em específico, mas por todos esses anos de estudos químicos.
A Prof. Orientadora Erica Gayego Bello Figueiredo Bortolotti por todo o
desenvolvimento e conclusão do projeto, que não seria possível sem suas ideias criativas e
competência como profissional. Desta parte recebemos muito mais que uma simplória
orientação.
Ao Prof. M.e. Marcos Antônio Torres Cezário pelo interesse em nossa pesquisa e
acompanhamento de nossos resultados. Nos surpreendemos juntos ao longo do projeto.
Ao Prof. Jeferson de Oliveira, cujas palavras não são capazes de transmitir nossa
gratidão pelo seu ofício. Saímos dessa etapa na certeza de que encontraremos poucos
educadores com tanta disposição e excelência ao exercer a arte de ensinar.
Aos amigos que também são campeões por fazerem Ciência e colaborar, cada qual a
sua forma, com um projeto para um mundo melhor.
Não há progresso na ciência se não há quem acredite e lute por ela.
- A equipe.
RESUMO
O projeto objetiva encontrar através de pesquisas sobre a função bioativa da erva-mate e
sua composição uma nova função para o composto e, ao mesmo tempo, segregar seu
resíduo que é produzido em massa pela população sul-americana e sem propósito de
reutilização, de forma a contribuir sustentavelmente com o meio ambiente e disseminar
conceitos da química verde. Assim sendo, foi feito um levantamento bibliográfico da
composição da erva-mate (Ilex paraguariensis matéria-prima do chimarrão, entre outros
chás) e, devido ao seu alto teor de saponinas e antioxidantes aplicou-se o resíduo em reações
de saponificação na produção de sabão em função do seu catalisador comumente usado que é
o álcool etílico. Quanto ao uso excessivo de catalisadores, que podem ser ácidos, básicos ou
metálicos, na produção de biodiesel, aplicou-se o resíduo em reações de transesterificação. Os
testes foram realizados com a finalidade de diminuir o tempo das reações e provar a eficiência
dos compostos bioativos do resíduo da erva mate também em processamentos químicos.
PALAVRAS-CHAVE: chimarrão; catalisadores; erva-mate; transesterificação;
saponificação.
SUMÁRIO
1-INTRODUÇÃO................................................................................................................... ..15
2-PESQUISA BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 16
2.1- “CHÁ MATE (Ilex paraguasiensis): COMPOSTOS BIOATIVOS E RELAÇÃO COM
A ATIVIDADE BIOLÓGICA” [1]. .................................................................................... 16
2.2- “EFEITOS DO CHIMARRÃO (Ilex paraguasiensis) NA ABSORÇÃO DE
FLAVONÓIDES, NA CONCENTRAÇÃO DOS LIPÍDEOS E NA CIRCULAÇÃO” ...... 17
2.3- “COMPOSIÇÃO MINERAL DO PRODUTO COMERCIAL DA ERVA-MATE (Ilex
paraguasiensis St. Hil.)” ...................................................................................................... 17
3-FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................... 19
3.1- QUÍMICA ORGÂNICA .............................................................................................. 19
3.2- HIDROCARBONETOS [4] ......................................................................................... 19
3.2.1 Alcanos ...................................................................................................................... 20
3.2.2 Alcenos ...................................................................................................................... 20
3.2.3 Alcinos ....................................................................................................................... 21
3.3- ÁLCOOIS .................................................................................................................... 21
3.4 – ÁCIDOS CARBOXÍLICOS [4] ................................................................................. 22
3.5- ÉSTERES [4] ............................................................................................................... 23
3.6- NOMENCLATURA [4] .............................................................................................. 24
3.6.1 Alcanos ...................................................................................................................... 24
3.6.2 Alcenos ...................................................................................................................... 25
3.6.3 Alcinos ....................................................................................................................... 26
3.7- CATALISADORES .................................................................................................... 26
3.7.1 - Catalisadores homogêneos [7] [8] ............................................................................... 27
3.7.2 - Catalisadores heterogêneos [7] [8] .............................................................................. 28
3.8- REAÇÕES DE ESTERIFICAÇÃO ............................................................................. 29
3.9- BIODIESEL ................................................................................................................ 31
3.10- ÓLEOS, GORDURAS [14] ....................................................................................... 32
3.10.1 - Óleo usado ................................................................................................................. 33
3.10.1.1 - Utilização ................................................................................................................ 35
3.10.2 - Índice de acidez ......................................................................................................... 35
3.11- REAÇÕES DE SAPONIFICAÇÃO [22] ................................................................... 37
3.12- SABÕES E DETERGENTES [4] .............................................................................. 38
3.13- CHIMARRÃO ........................................................................................................... 39
3.14- ERVA-MATE (Ilex paraguasiensis) .......................................................................... 39
3.14.1 - Alho (Allium sativum) e compostos bioativos ...................................................... 41
3.14.2 Saponinas ................................................................................................................. 43
3.14.3 Compostos fenólicos ............................................................................................... 44
3.14.4 Metilxantinas ........................................................................................................... 45
3.15- QUÍMICA VERDE [38] ............................................................................................ 46
3.15.1- Conceitos e Princípios ........................................................................................... 46
3.15.2- Importância ............................................................................................................ 46
3.15.3- ISO 14000 .............................................................................................................. 47
3.15.3.1- ISO 14001:2004 [39] ........................................................................................... 47
4-RELEVÂNCIA DO TRABALHO .................................................................................. 48
5-HIPÓTESE ...................................................................................................................... 49
6-OBJETIVOS.................................................................................................................... ......50
6.1- OBJETIVO GERAL .................................................................................................... 50
6.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 50
7-MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................................51
7.1-MATERIAIS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DO CHÁ ...................................... 51
7.1.1- Materiais................................................................................................................... 51
7.1.2 – Método para preparo do chá ................................................................................... 52
7.2 – MATERIAIS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE SABÃO SÓLIDO ............... 52
7.2.1 – Materiais [40] ......................................................................................................... 52
7.2.2 – Método [40] ............................................................................................................ 54
7.3- MATERIAS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL .......................... 54
7.3.1- Materiais [41] ........................................................................................................... 54
7.3.2- Método para produção de biodiesel “procedimento 1” [40]...........................................56
7.3.3- Método para produção de biodiesel “procedimento 2”..................................................56
7.4- MATERIAIS E MÉTODOS PARA MEDIDA DE pH.....................................................57
7.4.1- Materiais.........................................................................................................................57
7.4.2- Método............................................................................................................................57
7.5- MATERIAIS E MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE ACIDEZ
[20]............................................................................................................................................57
7.5.1-Materiais..........................................................................................................................58
7.5.2-Método.............................................................................................................................58
7.6- MATERIAIS E MÉTODOS PARA TESTE DE INFLAMABILIDADE.........................59
7.6.1- Materiais [41]..................................................................................................................59
7.6.2- Método............................................................................................................................59
8-CUSTO..................................................................................................................................60
8.1- CUSTO TOTAL .......................................................................................................... 60
8.2- CUSTO REAL...................................................................................................................62
9- MEIO AMBIENTE E
SEGURANÇA....................................................................... .........................................63
9.1- MEIO AMBIENTE ..................................................................................................... 63
9.2- SEGURANÇA ............................................................................................................. 65
9.2.1- Diagrama de Hommel [77] ...................................................................................... 64
9.2.2- Hidróxido de Sódio (NaOH) .................................................................................... 65
9.2.3- Álcool Metílico ........................................................................................................ 66
9.2.4- Álcool Etílico ........................................................................................................... 67
10- CRONOGRAMA ......................................................................................................... 68
11- RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................. 69
11.1 – CHÁ ......................................................................................................................... 69
11.2 CARACTERIZAÇÃO DOS ÓLEOS ......................................................................... 72
11.2.1 Sabão sólido ............................................................................................................ 72
11.2.1.1 Grau de acidez do óleo ......................................................................................... 73
11.2.2 Biodiesel .................................................................................................................. 75
11.3 - SABÃO SÓLIDO ..................................................................................................... 76
11.3.1 Branco ...................................................................................................................... 76
11.3.2 Etanol + Infusão ...................................................................................................... 78
11.3.3 Infusão ..................................................................................................................... 79
11.3.4 Erva-mate ................................................................................................................ 80
11.4 - COMPARAÇÃO DOS TESTES DO SABÃO ........................................................ 81
11.4.1 – Metade infusão/metade álcool etílico .................................................................. 82
11.4.2 – Infusão .................................................................................................................. 84
11.4.3 – Erva residual ......................................................................................................... 84
11.5 - BIODIESEL ............................................................................................................. 84
11.5.1 - Procedimento 1 .......................................................................................................... 84
11.5.1.1 Branco (padrão) .................................................................................................... 85
11.5.1.2 ½ NaOH e ½ infusão ............................................................................................ 87
11.5.1.3 Infusão .................................................................................................................. 95
11.5.1.4 Erva-mate residual................................................................................................ 96
11.5.1.5 Comparação .......................................................................................................... 97
11.5.2 Procedimento 2 (original) .......................................................................................... 101
11.5.2.1 Branco (padrão) ...................................................................................................... 101
11.5.3 Índice de acidez ......................................................................................................... 103
11.5.3.1 Referente ao procedimento 1 .................................................................................. 104
11.5.4 Teste de inflamabilidade ............................................................................................ 105
12- CONCLUSÃO ............................................................................................................ 106
13 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................... 108
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1– Metano ( CH4 ) [5] ............................................................................................... 20
Figura 2 - Eteno ( C2H4) [5] ................................................................................................. 20
Figura 3 - Etino ( C2H2 ) [5] ................................................................................................. 21
Figura 4 - Metanol (Álcool metílico - CH3OH ) [5] .............................................................. 21
Figura 5 - Grupo Carbonila [4] ............................................................................................. 22
Figura 6 - Grupo carboxila [4] .............................................................................................. 22
Figura 7 - Ácido carboxílico, onde R é igual à cadeia [4] ..................................................... 23
Figura 8 - Éster metanoato de etila [4] .................................................................................. 23
Figura 9 - Alcano (Etano) [5] ............................................................................................... 24
Figura 10 - Alceno( prop-1-eno ) [5] .................................................................................... 25
Figura 11 - Numeração dos carbonos. Note que o carbono 1 é sempre o mais próximo da
insaturação, ou do grupo funcional, quando for o caso. [5] ................................................... 25
Figura 12 - Alcino ( etino , ou acetileno ) [5] ........................................................................ 26
Figura 13 – Reação qualquer para demonstração do mecanismo de catálise homogênea [8] . 27
Figura 14 – Mecanismo de catálise homogênea [8] .............................................................. 27
Figura 15 – Reação de hidrogenação [8] ............................................................................... 28
Figura 16 – Reação de hidrogenação [8] ............................................................................... 28
Figura 17– Mecanismo de reações de esterificação [4] ......................................................... 29
Figura 18 - Exemplo de reação de esterificação [10] ............................................................ 30
Figura 19 - Reação de transesterificação [13] ....................................................................... 31
Figura 20 - Reação de esterificação entre glicerol e um ácido graxo, onde R é uma cadeia
alifática de 4 a 28 carbonos, saturados ou insaturados. [15 , 16] ........................................... 32
Figura 21 - Estrutura geral de um triacilglicerol (R1, R2, R3 = grupo alquil saturado ou
insaturado; podendo ser igual ou diferente) [14] ................................................................... 32
Figura 22 - Produtos da termo oxidação do Ácido Linoléico, um ácido graxo. Cetona, ácido
carboxílico e aldeído como produtos da degradação. [18] ..................................................... 34
Figura 23 - Reação de saponificação [21] ............................................................................. 36
Figura 24 - Reação de Saponificação [23] ............................................................................ 37
Figura 25 - Representação da árvore, folhas e frutos da erva-mate. [24] ............................... 40
Figura 26 - Fórmula estrutural da Aliina [27] ....................................................................... 42
Figura 27 - Fórmula estrutural da Alicina [28]...................................................................... 42
Figura 28 - Fórmula estrutural do Ajoeno [29] ..................................................................... 42
Figura 29 - Fórmula estrutural da Adenosina [30] ................................................................ 42
Figura 30 - Fórmula estrutural da Quercetina [31] ................................................................ 43
Figura 31– Estrutura química do ácido oleanólico(1) e ácido ursólico(2) –triterpenos [33] ... 44
Figura 32– Estrutura química do ácido gálico (composto fenólico), onde R é igual a OH [35]
............................................................................................................................................ 44
Figura 33–Estrutura química das metilxantinas; 1: cafeína, 2: teobromina, 3: teofilina [37] .. 45
Figura 34 - Formato básico do Diagrama de Hommel [77] ................................................... 64
Figura 35 - Risco específico (Diagrama de Hommel) [78] .................................................... 65
Figura 36 - Diagrama de Hommel do Hidróxido de Sódio [80] ............................................. 66
Figura 37 - Preparo do chimarrão ........................................................................................... 69
Figura 38: SABÃO SÓLIDO procedimento original antes da agitação (autoria do grupo) .... 77
Figura 39: SABÃO SÓLIDO procedimento original após a agitação (autoria do grupo) ....... 77
Figura 40: Sabão de catalisadores etanol + infusão após processo de solidificação (autoria do
grupo) ................................................................................................................................ 778
Figura 41: Sabão sólido que utilizou a infusão como catalisadora após o processo de
solidificação (autoria do grupo) ............................................................................................ 79
Figura 42: Sabão que utilizou apenas a erva-mate como agente catalisador após o processo de
solidificação (autoria do grupo) ............................................................................................ 80
Figura 43: Sabões produzidos com os catalisadores infusão, erva-mate, etanol e etanol +
infusão após o processo de solidificação (autoria do grupo).................................................. 81
Figura 44: 5g NaOH sólido, 5 g solução de NaOH 50% e 1 g solução NaOH 50%,
respectivamente. (Fase menos densa [sobrenadante] corresponde ao biodiesel) (autoria do
grupo) .................................................................................................................................. 86
Figura 45: 5 g solução NaOH 50% e 1 g solução NaOH 50%, respectivamente (autoria do
grupo) .................................................................................................................................. 86
Figura 46: Testes número 2, 4 e 5, respectivamente (autoria do grupo) ................................. 88
Figura 47: Logo após agitação. Funil da esquerda: procedimento padrão/branco (20 minutos).
Funil da direita: ½ NaOH ½ infusão (10 minutos) (autoria do grupo). .................................. 89
Figura 48: Teste ½ NaOH ½ infusão agitados por 10 minutos (autoria do grupo) ................. 89
Figura 49: ½ a ½ agitado por 10 minutos – fase biodiesel (autoria do grupo) ........................ 90
Figura 50: Em cada foto: funil da esquerda corresponde ao procedimento padrão (Branco) e o
funil da direita corresponde ao teste ½ NaOH ½ infusão (autoria do grupo) ......................... 91
Figura 51 – Preparo dos biodieseis. Erlen 1 – branco; erlen 2 – ½ a ½ . ............................... 91
Figura 52 – Decantação após preparo. Funil da esquerda: ½ a ½ ; Funil da direita: branco. .. 92
Figura 53 – Após decantação. Funil da esquerda: branco. Funil da direita: ½ a ½. ................ 92
Figura 54 – Lavagem com HCl (imagem da esquerda) e após decantação (imagem da direita).
Em ambas as fotos: funil da esquerda – branco; Funil da direita – ½ a ½ . ............................ 93
Figura 55 – Biodieseis. 1 = Branco; 2 = ½ a ½ . ................................................................... 94
Figura 56: Foto A: infusão com erva-mate em palito. Fotos B e C: infusão com erva-mate em
pó......................................................................................................................................... 95
Figura 57: Testes 1,2 e 3, respectivamente (autoria do grupo) .............................................. 97
Figura 58: I = 1 g infusão. II = 1,0 g erva-mate residual. III = 0,5 g solução NaOH 50% + 0,5
mL infusão. Volume do biodiesel produzido para o teste alternativo III: 51,00 mL .............. 98
Figura 59: I = branco, II = infusão, III = erva-mate residual e IV = ½ solução NaOH 50% + ½
infusão (autoria do grupo) .................................................................................................... 99
Figura 60: I = preparação II – lavagem com HCl (biodiesel - fase menos densa e HCl - fase
mais densa) (autoria do grupo). .......................................................................................... 101
Figura 61: I = infusão, II = erva-mate residual e III = ½ KOH ½ infusão (autoria do grupo).
.......................................................................................................................................... 102
ÍNDICE DE TABELAS
Tabela 1 – Materiais para o chá (autoria do grupo) ............................................................... 51
Tabela 2 – Reagentes para o chá (autoria do grupo) .............................................................. 52
Tabela 3 – Materiais para sabão sólido [40].......................................................................... 53
Tabela 4 – Reagentes para sabão sólido [40] ........................................................................ 53
Tabela 5 – Materiais para produção de biodiesel [41] ........................................................... 54
Tabela 6 – Reagentes para “procedimento 1” [41] ................................................................ 55
Tabela 7 – Reagentes para “procedimento 2” ....................................................................... 55
Tabela 8 – Materiais para medida de pH .............................................................................. 57
Tabela 9 – Reagentes para medida de pH ............................................................................. 57
Tabela 10 – Materiais para índice de acidez ......................................................................... 58
Tabela 11 – Reagentes para índice de acidez ........................................................................ 58
Tabela 12 – Materiais para teste de inflamabilidade ............................................................. 59
Tabela 13 – Reagentes para teste de inflamabilidade ............................................................ 59
Tabela 14 - Custo dos materiais [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54]
[55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] ........ 60
Tabela 15 - Custo Real [73] [74] .......................................................................................... 62
Tabela 16 - Cronograma ....................................................................................................... 68
Tabela 17 - Resultados ......................................................................................................... 70
Tabela 18 - Dados coletados................................................................................................. 73
Tabela 19 - Tempo médio de catálise em função do óleo ...................................................... 74
Tabela 20 - Chá em função do tempo de solidificação .......................................................... 83
Tabela 21 - Dados ................................................................................................................ 85
Tabela 22 - Dados ................................................................................................................ 87
Tabela 23 – Volume produzido utilizando 0,5 g como quantidade total de catalisador .......... 93
Tabela 24 – Volume de 0,5 g totais após lavagem com HCl ................................................. 93
Tabela 25 – Dados ............................................................................................................... 95
Tabela 26 - Dados ................................................................................................................ 96
Tabela 27 – Volume de biodiesel produzido ....................................................................... 100
Tabela 28 –Índice de acidez do óleo ................................................................................... 103
Tabela 29 – Índice de acidez do biodiesel........................................................................... 103
Tabela 30 – Comparação entre índices de acidez ................................................................ 104
ÍNDICE DE GRÁFICOS
Gráfico 1 – Eficiência do chá (autoria do grupo) .................................................................. 71
Gráfico 2 – Determinação do tipo de óleo (autoria do grupo) ............................................... 72
Gráfico 3 – Tempo (s) x Grau de acidez do óleo (autoria do óleo) ........................................ 74
Gráfico 4 – Tempo x Acidez do óleo para saponificação (autoria do grupo) ......................... 75
Gráfico 5 – Variação do tempo em função do catalisador (autoria do grupo) ........................ 81
Gráfico 6 – Eficiência do chá (autoria do grupo) .................................................................. 83
Gráfico 7 – Comparação de índices de acidez (autoria do grupo) ........................................ 100
15
1-INTRODUÇÃO
O chimarrão é uma bebida típica e de forte influência entre os países da América do
Sul, como o Brasil, a Argentina, o Paraguai e o Uruguai. A bebida utiliza a erva-mate (Ilex
paraguariensis) como matéria-prima, de forma que o hábito do consumo da mesma gera uma
necessidade ambiental de segregação do resíduo da erva que é descartada em massa sem
alternativas de reutilização ou métodos encontrados no meio científico que apliquem esse
resíduo a algum processo químico. [1]
Como a maioria dos estudos acadêmicos publicados indica e comprova o potencial
bioativo e a presença de um conteúdo de cafeína, teobromina, flavonóides, saponinas entre
outros, o projeto destinou-se à desenvoltura de um método que aplicasse essas propriedades
estimulantes de maneira a introduzir a função como catalisador para diminuir o tempo de
processamento em reações orgânicas de saponificação (na produção de sabão) e de
transesterificação (na produção de biodiesel). Não só quanto à massa seca do resíduo da erva,
mas também quanto aos testes com a eficiência da infusão.
Tal ideia visa à substituição, junção ou diminuição da quantidade de catalisadores
utilizados em cada um dos processos orgânicos citados anteriormente. Na produção do sabão
utiliza-se álcool e na produção de biodiesel, hidróxido de sódio, reagentes muitas vezes
utilizados em excesso para obtenção de uma quantidade satisfatória de produto. Assim sendo,
a introdução do resíduo do chimarrão no processo químico, além de proporcionar um
catalisador de baixo custo, soluciona um problema ambiental cotidiano de forma inovadora,
reduzindo os gastos com catalisadores originais em até 75%.
Em suma, a comunidade científica faz um apelo quanto ao desenvolvimento de
projetos que incluam a exploração da composição química da erva-mate em diferentes meios
da ciência, uma vez que esta apresenta funções e estruturas de compostos ainda desconhecidas
e grande potencial bioquímico a ser explorado em futuras pesquisas que venham a se
desenvolver a partir dos inúmeros desafios que a ciência há de enfrentar e solucionar.
16
2-PESQUISA BIBLIOGRÁFICA
As pesquisas encontradas e que serviram como referenciais bibliográficos para guiar
o trabalho desenvolvido visavam explorar a função da erva-mate nos processos biológicos e
introduziram o grupo a correlacioná-las à solução de problemas encontrados nos processos
químicos, uma vez em que esta aplicação do resíduo como catalisador de reações orgânicas
nunca foi proposto anteriormente no meio científico.
2.1- “CHÁ MATE (Ilex paraguariensis): COMPOSTOS BIOATIVOS E RELAÇÃO COM
A ATIVIDADE BIOLÓGICA” [1].
O projeto se baseou na tese de mestrado denominada “Chá mate (Ilex
paraguariensis): compostos bioativos e relação com a atividade biológica” defendida pela
autora Marina Figueiredo Ferreira de Souza, em 2009, na obtenção do título de “Mestre em
Nutrição em Saúde Pública” pela Universidade de São Paulo (USP).
Esta tese utilizou o potencial protetor à saúde do chá mate, assim como o chimarrão,
devido à atividade antioxidante e alta concentração de compostos bioativos como as
saponinas, compostos fenólicos e as metilxantinas que, em conjunto, correspondem pela sua
atividade biológica. Neste trabalho foi avaliado e quantificado o teor de cada composto
bioativo e comparado a diferença entre as marcas de chá mate comercializadas no estado de
São Paulo.
A validação do método consistiu no cálculo da exatidão, repetição e sensibilidade
para os compostos: ácido caféico, ácido-5-cafeiolquínico, cafeína, teobromina, ácido ursólico
e ácido oleanólico. Foram determinados os teores fenólicos totais por método
espectrofotométrico com o reagente Folin-Ciocalteu. As frações de fenólicos e xantinas,
sapogeninas e melaninas foram isoladas e testadas quanto à atividade antioxidante: pelo
sistema de oxidação e ácido linoléico, teste da capacidade de absorbância de
oxigênio radical ORAC (Oxigen Radical Absorbance Capacity), capacidade de sequestrar o
17
radical DPPH, e atividade ligante de ácidos biliares (ácidos glicocólicos, cólico, deoxicólico e
taurocólico) esta última sendo específica para a aplicação biológica do composto.
2.2- “EFEITOS DO CHIMARRÃO (Ilex paraguariensis) NA ABSORÇÃO DE
FLAVONÓIDES, NA CONCENTRAÇÃO DOS LIPÍDEOS E NA CIRCULAÇÃO”
Outro referencial bibliográfico foi a dissertação apresentada por Zaíra Tronco Salerno
na obtenção do grau de “Mestre em ciências da Saúde: Cardiologia e Ciências Vasculares”
pela Faculdade de Medicina da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), em
2007, denominada “Efeitos do Chimarrão (Ilex paraguariensis) na absorção de flavonóides,
na concentração dos lipídeos e na circulação”, cujo estudo comprovou o potencial
antioxidante da erva. [2].
2.3- “COMPOSIÇÃO MINERAL DO PRODUTO COMERCIAL DA ERVA-MATE (Ilex
paraguariensis St. Hil.)”
O chimarrão, bem como sua composição mineral, é muito estudado no meio
acadêmico devido ao vasto campo de pesquisa sobre suas funções e estruturas. Há inúmeros
compostos orgânicos, especialmente polifenóis, cuja forma química ainda não é conhecida.
Assim sendo, o artigo publicado por Reges Heinrichs e Eurípedes Malavolta: “Composição
mineral do produto comercial da erva-mate (Ilex paraguariensis St. Hil.)” serviu de base ao
projeto como um aprofundamento da composição da erva e incentivo para sua aplicação no
cotidiano químico. Para determinação dos elementos químicos na infusão, utilizaram-se 70g
de erva-mate para um litro de água deionizada a 80ºC, simulando-se a temperatura para
chimarrão, mantendo-se em contato até esfriar, sendo posteriormente coada. Os elementos
analisados na infusão foram os determinados na matéria seca e, além destes, Molibdênio,
Bário, Silício, Estrôncio, exceto Cobalto. A concentração de Nitrogênio total foi determinada
18
com a destilação de 20ml da infusão e com leitura em espectrometria de emissão atômica com
plasma de argônio para os demais elementos. [3]
19
3-FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
3.1- QUÍMICA ORGÂNICA
A química orgânica, como é conhecida hoje, teve suas origens no fim do século
XVIII, quando inúmeras tentativas de isolar certos compostos orgânicos puros foram
realizadas, a fim de substituir os extratos. No entanto, o termo “composto orgânico” só foi
usado pela primeira vez em 1807 pelo químico sueco Berzelius, para designar substâncias
extraídas de matéria viva, ou seja, de sistemas organizados. [4]
3.2- HIDROCARBONETOS [4]
São definidos como compostos formados apenas por átomos de carbono e
hidrogênio. O carbono é extremamente importante e apropriado aos processos vitais, devido à
sua estrutura. Possui quatro elétrons na camada eletrônica externa, podendo partilhá-los com
outros elementos que completem suas camadas eletrônicas pela partilha de elétrons, formando
o que se denomina ligação covalente. Um desses elementos com os quais o carbono pode
fazer ligação é o próprio carbono, resultando em ligações carbono-carbono, às quais
chamamos cadeias carbônicas. Nessas cadeias, considerando que um átomo de carbono esteja
ligado a dois outros átomos de carbono, um pela esquerda e outro pela direita, e que ele pode
fazer quatro ligações, ou seja, ainda tem dois elétrons livres, estes são partilhados com átomos
de hidrogênio. Por isso, em uma cadeia carbônica onde a ligação não está sendo feita com
nenhum átomo, está na verdade sendo feita com um átomo de hidrogênio.
Os hidrocarbonetos são classificados de acordo com as ligações carbono-carbono
realizadas na cadeia, sendo divididos em alcanos, alcenos e alcinos.
20
3.2.1 Alcanos
São compostos nos quais os carbonos fazem ligações simples, ou seja, as quatro
ligações possíveis são feitas a quatro átomos diferentes entre sim. Isto quer dizer que, se um
átomo de carbono pode fazer quatro ligações e cada uma dessas ligações é feita a um átomo
diferente, ou seja, há quatro átomos ligados ao átomo principal, tem-se um alcano.
Figura 1– Metano ( CH4 ) [5]
3.2.2 Alcenos
São compostos que apresentam ligação(es) dupla(s), ou seja, dois átomos de carbono
estão ligados entre si sendo que cada um está compartilhando dois elétrons.
Figura 2 - Eteno ( C2H4) [5]
21
3.2.3 Alcinos
São compostos nos quais dois átomos de carbono estão ligados entre si por ligações
triplas, ou seja, cada átomo está compartilhando três elétrons.
Figura 3 - Etino ( C2H2 ) [5]
Os compostos que possuem ligações simples são chamados de saturados, e aqueles
que possuem duplas ou triplas ligações são considerados insaturados.
3.3- ÁLCOOIS
São compostos que apresentam um ou mais grupos OH- (hidroxila) ligados à sua
estrutura.
Figura 4 - Metanol (Álcool metílico - CH3OH ) [5]
Alguns álcoois são completamente miscíveis em água, como os álcoois metílico
(metanol) e etílico (etanol). Outros são apreciavelmente solúveis, dependendo do número de
átomos de carbono e hidroxilas. Em geral a presença de uma hidroxila é suficiente para
permitir que uma estrutura de três ou quatro carbonos seja solúvel. [4]
22
Álcoois são compostos muito versáteis. De todos, o mais importante é o álcool
etílico, conhecido comumente como álcool. É um solvente industrial e farmacêutico muito
importante, sendo, ainda, muito utilizado como meio reacional em química e como
ingrediente ativo em muitas bebidas agradáveis. [4] Outro exemplo é o álcool metílico, usado
na fabricação de formaldeído, em sínteses orgânicas, como combustível de avião, solvente, e
outras finalidades. [6]
3.4 – ÁCIDOS CARBOXÍLICOS [4]
Ácidos carboxílicos são compostos que apresentam o grupo carbonila, mais
especificamento o grupo carboxila, sempre presente na extremidade da cadeia.
Figura 5 - Grupo Carbonila [4]
Figura 6 - Grupo carboxila [4]
Figura 7 - Ácido carboxílico, onde R é igual à cadeia [4]
23
Muitos dos ácidos carboxílicos comuns foram inicialmente isolados de fontes
naturais, especialmente de gorduras, daí serem frequentemente chamados de “ácidos graxos”.
Ácidos fórmico, acético, propiônico, láurico, palmítico, esteárico, entre outros, são
disponíveis para uso comercial como intermediários sintéticos. O mais importante de todos é
o ácido acético, usado como reagente e solvente, tanto em processos industriais como em
laboratório.
3.5- ÉSTERES [4]
Em uma reação de condensação, duas moléculas se unem, geralmente com perda de
água ou outra molécula simples. O produto de uma reação de condensação entre um ácido
carboxílico e um álcool é um éster.
Figura 8 - Éster metanoato de etila [4]
Os ésteres possuem uma característica bem interessante: são responsáveis pelo sabor
e fragrância de muitas frutas, flores e aromatizantes artificiais. São geralmente insolúveis em
água e têm pontos de ebulição ligeiramente maiores do que os hidrocarbonetos de peso
molecular semelhante.
24
3.6- NOMENCLATURA [4]
O primeiro passo para nomear um composto é analisar a sua cadeia, determinando
qual é a chamada “cadeia principal”. Esta constitui o maior número de carbonos interligados
com maior número de radicais, que contenha instauração e o grupo funcional.
Quando se tem uma cadeia carbônica, deve-se contar os átomos de maneira a agrupar
o maior número possível destes. Os carbonos que ficarem “fora” da sequência escolhida como
cadeia principal são chamados de radicais. Além disso, a cadeia principal deve,
obrigatoriamente, englobar quaisquer insaturações presentes na molécula (duplas ou triplas
ligações) e grupos funcionais, que são conjuntos de átomos que conferem determinada
característica à molécula. Alguns mais comuns são: hidroxila (OH-), que caracteriza álcool;
carboxila (-COOH), que caracteriza ácido carboxílico; aldoxila (-COH), que caracteriza
aldeído; carbonila (C=O), que caracteriza cetona; entre outros.
3.6.1 Alcanos
Para a nomenclatura de alcanos, conta-se o número de carbonos presentes na cadeia
principal e coloca-se a terminação “ano” ao final do nome. Segue-se a sequência: met (1 C),
et (2 C), prop (3 C), but (4 C), e assim por diante.
Figura 9 - Alcano (Etano) [5]
Na figura acima, por exemplo, tem-se dois átomos de carbono, ou seja, “et”. Como
não possui instauração, ou seja, só apresenta ligações simples, classifica-se como alcano, e
para tal acrescenta-se “ano’ ao final do prefixo. Portanto, a nomenclatura da molécula acima é
“etano”.
25
3.6.2 Alcenos
Para alcenos, segue-se o mesmo princípio, porém, acrescenta-se “eno” ao final do
prefixo e é necessário informar em qual posição se encontra a dupla ligação. Para saber, é
preciso numerar os carbonos, de forma que o carbono 1 fique o mais próximo da dupla
possível.
Figura 10 - Alceno( prop-1-eno ) [5]
Figura 11 - Numeração dos carbonos. Note que o carbono 1 é sempre o mais próximo da insaturação,
ou do grupo funcional, quando for o caso. [5]
A seguir, conta-se o número de carbonos na molécula ( 3C = prop), coloca-se a
posição da dupla (depois do C nº1) e acrescenta-se o “eno” ao final. O nome desse alceno,
portanto, é “prop-1-eno”. Como na química orgânica tudo é uma questão de rotação espacial,
se a dupla estivesse do outro lado e a molécula mudasse de posição no espaço, voltaríamos a
ter esse mesmo nome. Logo, os números indicando a posição da dupla ou tripla são colocados
quando há possibilidade de alteração da nomenclatura em caso de rotação espacial.
3.6.3 Alcinos
A nomenclatura segue os mesmos princípios que a nomenclatura de alcenos, porém,
acrescenta-se “ino” em seguida do prefixo.
26
Figura 12 - Alcino ( etino , ou acetileno ) [5]
Note que, quanto maior a insaturação, menor é o número de hidrogênios ligados à
molécula. Deve-se obedecer sempre as quatro ligações do átomo de carbono.
3.7- CATALISADORES
Para que uma reação ocorra, é necessário que haja um mínimo de energia, a qual é
chamada de energia de ativação. Se a energia de ativação for alta, significa que é preciso
bastante energia para que a reação ocorra. Porém, se a energia de ativação for baixa, a
quantidade de energia necessária é menor, ou seja, a reação ocorre mais rapidamente. Para
que isso aconteça são utilizados catalisadores, substâncias que diminuem a energia de
ativação, acelerando determinada reação, sem alterar o resultado final, ou seja, não participam
da reação, apenas alteram sua velocidade. Existem catalisadores biológicos muito conhecidos,
como as enzimas, por exemplo, que são responsáveis por aumentar a velocidade das reações
em nosso organismo.
Os catalisadores podem ser divididos em duas amplas categorias: catalisadores
homogêneos ou heterogêneos, dependendo da forma com que atuam: circunscritos a uma fase
única ou distribuídos na interface presente entre as fases constituintes de um sistema reativo.
Tal classificação não é absoluta: em muitos sistemas não se sabe ao certo se temos catálise
homogênea ou heterogênea. É fato que em muitos casos há uma nítida diferenciação de
acordo com a classificação acima. [7]
27
3.7.1 Catalisadores homogêneos [7, 8]
Catálise homogênea (entende-se por catálise uma reação que ocorre na presença de um
catalisador) é aquela em que os reagentes e o catalisador constituem uma só fase (sistema
monofásico ou solução).
Geralmente associado à catálise homogênea observa-se que o catalisador pode ser
facilmente adicionado ao sistema reativo, mas não é de fácil remoção. O seu efeito catalítico é
mais pronunciado quanto maior quantidade for adicionada ao sistema de interesse,
observando-se uma ação que em geral é razoavelmente reprodutível.
O catalisador forma um composto intermediário com um dos reagentes, possibilitando
para a reação um novo caminho (mecanismo), no qual a energia de ativação é menor. O
mecanismo é representado a seguir:
Figura 13 – Reação qualquer para demonstração do mecanismo de catálise homogênea [8]
Figura 14 – Mecanismo de catálise homogênea [8]
As reações (1) e (2) tem energias de ativação muito menores que a reação global sem
catalisador.
A catálise homogênea está em franco desenvolvimento, principalmente nos centros de
pesquisas acadêmicas, como decorrência destas características favoráveis que permitem um
28
estudo acurado dos mecanismos de reação. As aplicações industriais são muito menos
intensas do que as dos catalisadores heterogêneos, que envolvem sólidos.
3.7.2 Catalisadores heterogêneos [7, 8]
Catálise heterogênea é aquela em que os reagentes e o catalisador constituem um
sistema polifásico. Em outras palavras, há superfície de separação entre os reagentes e o
catalisador.
A catálise heterogênea é caracterizada pela presença de sólidos que exibem grandes
áreas superficiais associadas à intensa micro porosidade da fase. A atividade catalítica está
associada à área geométrica que apresenta, e não à sua massa. Catalisadores com área
específica da ordem de centenas de metros quadrados por grama são conhecidos.
Nesse tipo de catálise, a ação do catalisador é de superfície, ou seja, as moléculas dos
reagentes são adsorvidas na superfície do catalisador. Com isso, as ligações das moléculas dos
reagentes são enfraquecias, facilitando a formação do complexo ativado e diminuindo, assim,
a energia de ativação.
Como exemplo, tem-se a reação de hidrogenação de um alceno a alcano:
Figura 15 – Reação de hidrogenação [8]
Figura 16 – Reação de hidrogenação [8]
29
A reação de hidrogenação de um alceno a alcano passa-se com desprendimento de
calor (isto é, a reação é exotérmica). No entanto, apesar da termodinâmica favorável, não
ocorre nenhuma reação ao misturar um alceno com hidrogênio. Isto é assim porque a energia
de ativação para esta reação é muito alta. Utilizando o metal níquel (e também outros metais,
como o paládio ou a platina) como catalisador, as moléculas dos reagentes, C2H4(g) e/ou H2(g),
são adsorvidas na superfície do metal. Com isso, são enfraquecidas as ligações químicas
nessas moléculas, facilitando a formação do complexo ativado, isto é, abaixando a energia de
ativação.
O uso de ácidos orgânicos (cítrico e lático, por exemplo) é pouco explorado em
síntese orgânica como catalisadores. As vantagens do uso desses ácidos orgânicos seriam: o
baixo custo, a baixa toxicidade, além de serem rapidamente degradados no ambiente se
comparados, principalmente, a catalisadores organometálicos. [9]
3.8- REAÇÕES DE ESTERIFICAÇÃO
Ésteres são compostos originados, mais comumente, a partir da reação de um ácido
carboxílico com um álcool, eliminando água. A reação é feita a partir da substituição de uma
hidroxila (-OH) de um ácido por um radical alcoxíla (-OR). [10] Em laboratório, geralmente é
preparado na presença de um ácido mineral como catalisador, e essa reação de formação de
ésteres é frequentemente chamada de “Esterificação de Fischer”. [4]
Figura 17– Mecanismo de reações de esterificação [4]
30
Figura 18 - Exemplo de reação de esterificação [10]
Quando a reação atinge o equilíbrio, existe uma proporção razoável dos reagentes
iniciais. Normalmente, o ácido carboxílico é a matéria-prima de mais alto preço. O outro
componente é, geralmente, o álcool metílico ou etílico. Pode-se, então, usar um grande
excesso do álcool com o objetivo de deslocar o equilíbrio para a direita. Em muitos casos
pode-se remover a água por destilação do azeótropo1 que se forma, com um solvente
adequado, tal como o benzeno, levando, deste modo, a reação ao término. [4]
As reações de esterificação são facilitadas com o aumento da temperatura e presença
de um catalisador.
Como em quantidades equimolares (1:1) de ácido e álcool a esterificação para, pode-
se trabalhar com o excesso de um dos reagentes, deslocando o equilíbrio e aumentando o
rendimento. Além disso, os catalisadores também influenciam a esterificação. Geralmente são
usados ácidos minerais como catalisadores, H2SO4 e HCl, mas acarretam desidratação dos
álcoois e corrosão de equipamentos, respectivamente. [10]
Em processos industriais trabalha-se com os reagentes, ácido orgânico e álcool,
catalisador (ácido mineral) em refluxo e excesso de um dos reagentes. Só se consegue
terminar uma reação retirando um dos produtos formados (éster ou água), deslocando o
equilíbrio para os produtos (alta conversão). [10]
1 Azeótropo: Mistura de ponto de ebulição constante.
31
3.9- BIODIESEL
Pela definição da lei nacional número 11.097 de 13/01/2005, o biodiesel pode ser
classificado como um combustível alternativo, de natureza renovável, que possa oferecer
vantagens sócio ambientais ao ser empregado na substituição total ou parcial do diesel de
petróleo em motores de ignição por compressão interna (motores do ciclo Diesel). Pode ser
produzido a partir de gorduras animais ou de óleos vegetais, existindo dezenas de espécies
vegetais no Brasil que podem ser utilizadas, tais como: mamona, dendê (palma), girassol,
babaçu, amendoim, pinhão manso e soja, dentre outras. [11]
Quimicamente, o biodiesel é definido como éster monoalquílico de ácidos graxos
derivados de lipídeos de ocorrência natural e pode ser produzido, juntamente com a glicerina,
pela reação de triacilgliceróis (ou triglicerídeos) com álcool, comumente o etanol ou metanol,
na presença de um catalisador ácido ou básico. [12]
Figura 19 - Reação de transesterificação [13]
A grande compatibilidade do biodiesel com o diesel convencional o caracteriza como
uma alternativa capaz de atender a maior parte da frota de veículos a diesel já existente no
mercado, sem qualquer necessidade de investimentos tecnológicos no desenvolvimento dos
motores. [13]
32
3.10- ÓLEOS, GORDURAS [14]
Os óleos e gorduras são substâncias insolúveis em água (hidrofóbicas), de origem
animal ou vegetal, formados predominantemente por ésteres de triacilgliceróis, produtos
resultantes da esterificação entre o glicerol e ácidos graxos.
Figura 20 - Reação de esterificação entre glicerol e um ácido graxo, onde R é uma cadeia alifática de 4
a 28 carbonos, saturados ou insaturados. [15 , 16]
Figura 21 - Estrutura geral de um triacilglicerol (R1, R2, R3 = grupo alquil saturado ou insaturado;
podendo ser igual ou diferente) [14]
33
São denominados ácidos graxos os ácidos carboxílicos com cadeia carbônica longa.
Além disso, a grande maioria dos ácidos graxos naturais não apresentam ramificações e
contêm um número par de carbonos devido à rota bioquímica de síntese. Os ácidos graxos
diferem entre si pelo número de carbonos da cadeia e também pelo número de insaturações.
Quando saturados possuem apenas ligações simples entre os carbonos e possuem pouca
reatividade química. Já os ácidos graxos insaturados, contêm uma ou mais ligações duplas no
seu esqueleto carbônico, são mais reativos e mais suscetíveis a termo oxidação. [17]
Os triacilgliceróis são compostos insolúveis em água e a temperatura ambiente
possuem uma consistência de líquido para sólido. Quando estão sob forma sólida são
chamados de gorduras e quando estão sob forma líquida são chamados de óleos. Além de
triacilgliceróis, os óleos contêm vários componentes em menor proporção, como mono e
diglicerídeos (importantes como emulsionantes); ácidos graxos livres; tocoferol (importante
antioxidante); proteínas, esteróis e vitaminas.
Os óleos vegetais possuem de uma a quatro insaturações (ligações duplas) na cadeia
carbônica, sendo líquidos à temperatura ambiente, enquanto as gorduras são sólidas à
temperatura ambiente devido à sua constituição em ácidos graxos saturados.
Assim, gorduras animais como a banha, o sebo comestível e a manteiga são
constituídas por misturas de triacilgliceróis, que contém um número de saturações maior do
que o de insaturações, conferindo-lhes maior ponto de fusão (sólidos à temperatura ambiente).
De maneira análoga, os óleos por possuírem um número maior de insaturações, expressam
menor ponto de fusão (líquidos à temperatura ambiente).
3.10.1- Óleo Usado
No processo de fritura, o alimento é submerso em óleo quente, que age como meio de
transferência de calor. Deve-se ainda considerar que parte do óleo utilizado para a
transferência de calor é absorvido pelo alimento e torna-se parte da dieta, exigindo-se óleos de
boa qualidade no preparo dos alimentos e que permaneçam estáveis por longos períodos de
tempo. Durante o aquecimento do óleo no processo de fritura, uma complexa série de reações
produz numerosos compostos de degradação. Com o decorrer das reações, as qualidades
34
funcionais, sensoriais e nutricionais se modificam. Quando o alimento é submerso no óleo
quente em presença de ar, o óleo é exposto a três agentes que causam mudanças em sua
estrutura: 1) a água, proveniente do próprio alimento e que leva a alterações hidrolíticas; 2) o
oxigênio que entra em contato com o óleo e a partir de sua superfície leva a alterações
oxidativas e finalmente, 3) a temperatura em que o processo ocorre, resultando em alterações
térmicas, como isomerização e reações de cisão (aldeídos e cetonas), formando diversos
produtos de degradação, como epóxidos e hidroperóxidos. Portanto, as formas de deterioração
de óleos vegetais são a hidrólise, a oxidação, e a polimerização. Sendo a oxidação a principal
causa de deterioração, ela provoca alterações do sabor, textura, aroma e da cor nos alimentos,
ocasionando perda do valor nutricional e gerando toxidez.
Figura 22 - Produtos da termo oxidação do Ácido Linoléico, um ácido graxo. Cetona, ácido
carboxílico e aldeído como produtos da degradação. [18]
35
3.10.1.1- Utilização [19]
Óleos para frituras devem apresentar bom estado de conservação, devendo ser
inutilizados para a alimentação quando apresentarem altos teores de resíduos e formação de
fumaça antes da temperatura indicada para cada respectivo óleo, quando aquecidos. Deve se
evitar frituras por longos períodos, mesmo que o óleo apresente visivelmente bom estado de
conservação.
A população ainda é inconsciente do quadro de informações técnicas sobre as
transformações ocasionadas nos óleos durante o processo de fritura, o que dificulta, mas não
impossibilita, que seja efetuado o controle dos mesmos, principalmente através de
conscientização. Deve-se, além do controle residencial, fazer o controle em estabelecimentos
alimentícios. Consumidores devem exigir selo de qualidade aos alimentos comercializados.
O óleo residual pode ser reciclado gerando fonte de renda e energia, podendo ser
empregado como matéria-prima na produção de biodiesel (combustível alternativo ao diesel
do petróleo), limpo e isento de enxofre, um dos responsáveis pela redução da camada de
ozônio e chuvas ácidas.
A queima do biodiesel contribui para o ciclo neutro de carbono, pois todo dióxido de
carbono (CO2) emitido durante a sua combustão é absorvido pelas oleaginosas durante seu
crescimento, o que equilibra o balanço negativo gerado pela emissão de gás carbônico na
atmosfera.
3.10.2 Índice de Acidez [20]
Segundo a ANP (Agência Nacional de Petróleo, que permite um índice de acidez
nessas substâncias no valor inferior a 2mg de NaoH/g, as amostras obtidas durante o
desenvolvimento desse projeto foram submetidas à esta análise por meio da técnica de
titulometria e cálculo do valor em sua forma percentual.
Este controle visa à segurança alimentar relativa ao teor de substâncias que
influenciam a concentração ácida da amostra. Durante o processo de degradação do óleo
36
ou gordura, componentes como aldeído, ácido carboxílico e cetona tendem a aumentar a
acidez do produto, que se intensifica conforme o mesmo é reutilizado, diminuindo a
quantidade de óleo por volume.
Tal técnica analítica envolve o uso de Hidróxido de Sódio (NaOH) como titulante
e o óleo e o biodiesel como titulados, adquirindo ponto de viragem na coloração rósea
com fenolftaleína como indicador. O índice pode ser calculado pela fórmula a seguir:
na qual:
V é o volume em mL de NaOH gasto na bureta,
fc é fator de correção do NaOH,
e P é a massa pesada da amostra.
Figura 23 - Reação de saponificação [21]
A imagem acima representa a reação de saponificação. Quanto mais usado o óleo,
maior sua acidez, e consequentemente, menor quantidade por volume. A reutilização do óleo
provoca sua degradação, originando moléculas já citadas (aldeídos, ácidos carboxílicos,
37
cetonas). Por isso, quanto mais utilizado o óleo melhor para a produção de sabão, pois mais
concentrado ele é.
3.11- REAÇÕES DE SAPONIFICAÇÃO [22]
O processo de hidrólise alcalina dos óleos, mais conhecido como saponificação,
consiste na hidrólise total ou parcial dos triglicerídios, geralmente em meio aquoso e sob
aquecimento (por vezes prescindível), tendo álcali (base) como catalisador. Os produtos da
reação são moléculas de glicerol e a mistura de sais alcalinos de ácidos graxos ou os
carboxilatos de sódio:
Figura 24 - Reação de Saponificação [23]
Pode-se utilizar, na saponificação dos óleos vegetais (para saponificar os ácidos
graxos esterificados ao glicerol e neutralizar os ácidos graxos livres), hidróxido de sódio
(normalmente o mais empregado), hidróxido de potássio, uma mistura dos hidróxidos de
sódio e de potássio, ou ainda carbonatos de sódio e de potássio, amônia e bases orgânicas
nitrogenadas, como as etanolaminas, por exemplo. Bases dos metais cálcio e magnésio
formam sais de ácidos graxos consideravelmente insolúveis em água.
Em solução aquosa, o catalisador básico mais comum é o íon hidróxido. Entretanto,
algumas reações podem ser catalisadas por qualquer base, sendo chamadas de catálise básica
geral. Quando apenas certas bases são eficazes o fenômeno é denominado catálise básica
específica, tendo a hidrólise de ésteres como exemplo clássico.
38
Durante a saponificação dos óleos são formados: diglicerídio, monodiglicerídio e,
por último, o glicerol. O sabão que vai sendo formado age como catalisador da reação.
No começo, a reação é lenta pela presença de pouca quantidade de sabão formado em
solução. Com o aumento da concentração de sabão, a velocidade da reação cresce até que a
maior parte do óleo seja consumida. A reação volta a ficar lenta no final, devido à baixa
concentração de óleo. A velocidade de saponificação aumenta, com o aumento da
temperatura.
Uma maneira de provocar a saponificação completa de óleo é inicialmente adicionar
óleo em excesso, obtendo-se quantidade mínima de álcali livre. Logo depois, adiciona-se
excesso de álcali para completar a saponificação. O álcali livre residual retorna à primeira
etapa.
3.12- SABÕES E DETERGENTES [4]
Sabões e detergentes são compostos de moléculas que contêm grandes grupos
hidrocarbônicos, os grupos hidrofílicos (que tem afinidade pela água) e os grupos
hidrofóbicos (que não tem afinidade pela água). As partes apolares dissolvem-se na gordura, e
as partes polares dissolvem-se na água. Com isso, cria-se uma emulsão, onde as moléculas de
sabão ou detergente envolvem as moléculas de gordura em uma espécie de envelope solúvel
em água.
Os sabões, misturas dos sais de sódio dos ácidos graxos em C12 e superiores, são
ineficientes em água dura (água contendo sais de metais mais pesados, especialmente ferro e
cálcio). Os sabões são precipitados da água dura na forma de sais insolúveis de cálcio ou ferro
(note, por exemplo, o anel amarelado das banheiras). Por outro lado, os sais de cálcio e ferro
de hidrogeno-sulfatos de alquila são solúveis em água, e os sais de sódio destes materiais, por
exemplo, conhecidos como detergentes, são eficientes em água dura. Estes detergentes
39
contêm cadeias alquídicas2 lineares como as gorduras naturais. Como são metabolizados por
bactérias nas estações de tratamento de esgotos, chamam-se detergentes metabólicos.
3.13- CHIMARRÃO
O chimarrão, bebida à base de erva-mate, é um hábito tanto no sul do Brasil como
em outros países da América do Sul, em parte da Bolívia e do Paraguai e em todo o Uruguai e
Argentina.
Usualmente é preparado em uma cuia (recipiente) onde a erva-mate é adicionada
pelas bordas e fixada nas paredes do recipiente de forma que fique um espaço vazio em seu
centro, ao qual é adicionado água na temperatura de aproximadamente 70ºC que constitui a
parte líquida da bebida, chamada infusão.
No século passado foi feita a identificação botânica da erva-mate, Ilex
paraguariensis. [2]
3.14- ERVA-MATE (Ilex paraguariensis)
A erva-mate é uma planta originária da região subtropical da América do Sul, que
inclui Argentina, Paraguai, Uruguai e sul do Brasil, o clima temperado desses locais facilita o
desenvolvimento da erva. A árvore em si chega a atingir 12 metros de altura, possui um caule
acinzentado, folas com formato oval, frutos pequenos verdes ou vermelhos e flores brancas.
[23
Muito usada na culinária, essa erva possui várias propriedades terapêuticas, dentre
elas podemos destacar funções estimulantes, diuréticas, digestivas, laxante e tonificante, além
2 Alquídicas: Um alquídico (ou Alquído) é produzido por uma reação entre um ácido, um Álcool e um óleo
secante.
40
de ajudar no combate e prevenção de fraquezas, depressão nervosa, úlcera e problemas
pancreáticos. [23]
Figura 25 - Representação da árvore, folhas e frutos da erva-mate. [24]
Nas investigações fitoquímicas de Ilex paraguariensis St.Hil encontram-se muitas
classes de constituintes químicos, como “purine alkaloids” (cafeína), aminoácidos, polifenóis
(ácidos clorogênicos), e flavonóides (quercetina, rutina e campferol). Polifenóis e flavonóides
têm sido implicados no papel de proteção na ação dos extratos contra muitas doenças.
As partes folhosas dessas plantas são largamente usadas para o preparo de uma
bebida típica, semelhante a um chá, o chimarrão (infusão ou decocção), muito apreciado por
seu peculiar sabor amargo, pelas propriedades estimulantes e seu conteúdo de cafeína,
teobromina e flavonóides.
41
3.14.1 - Alho3 (Allium sativum) e compostos bioativos
Os vegetais em geral estão em constante contato com sol, calor, pragas, etc. Estas
“agressões” naturais podem acabar danificando a planta. Por isso eles necessitam de um
sistema de defesa próprio para se protegerem. Essa proteção, em geral, é realizada através de
substâncias fisiologicamente ativas, também chamadas de compostos bioativos. [25]
A maioria destes compostos, ao serem ingeridos pelo ser humano, atuam como
antioxidantes, antivirais, estimulantes dos sistemas corpóreos, dentre outras funções. É
importante se perceber que os compostos bioativos não são nutrientes (substâncias
essenciais), mas sim substâncias que auxiliam no combate e prevenção de vários problemas e
doenças. [25]
O alho (Allium sativum), por exemplo, além de usado na culinária, é um vegetal rico
em compostos bioativos, e é muito usado como um medicamento natural desde a antiguidade.
Os compostos presentes no alho atuam de forma terapêutica no tratamento e prevenção de
parasitoses, desconfortos gastrointestinais, dislipidemias, verminoses intestinais, hipertensão,
doenças cardiovasculares, câncer, além das atividades anti-inflamatórias, antimicrobianas, e
antiasmáticas. [26]
Mediante a vários estudos, foram identificadas centenas de substâncias bioativas no
alho, em especial os compostos sulfurados, (são aqueles que contém enxofre na composição)
estes estão presentes no alho em quantidades até três vezes maior do que em outros vegetais
que também os contém, como a cebola e o brócolis. Os compostos sulfurados são
responsáveis pelo odor forte e característico do alho e estão presentes em maior quantidade na
parte do bulbo (“dentes de alho”). [26]
Alguns dos compostos bioativos sulfurados presentes no alho são: Aliina, Ajoeno,
Alicina, Tiosulfinatos, dialil sulfito. [26]
3O alho é um exemplo de vegetal rico em compostos bioativos e não faz parte da composição do chimarrão.
42
Figura 26 - Fórmula estrutural da Aliina [27]
Figura 27 - Fórmula estrutural da Alicina [28]
Figura 28 - Fórmula estrutural do Ajoeno [29]
Alguns dos compostos bioativos não sulfurados presentes no alho são: Adenosina,
Quercetina, Ácidos Fenólicos, Selênio, Frutanos. [26]
Figura 29 - Fórmula estrutural da Adenosina [30]
43
Figura 30 - Fórmula estrutural da Quercetina [31]
3.14.2 Saponinas
Saponinas são glicosídeos de esteroides ou de terpenos policíclicos. É uma estrutura
com caráter anfifílico, parte da estrutura com característica lipofílica (triterpeno ou esteroide)
e outra hidrofílica (açúcares). Essa característica determina a propriedade de redução da
tensão superficial da água e suas ações detergentes e emulsificantes.
São classificadas de acordo com o número fundamental da aglicona, e também pelo
seu caráter ácido, básico ou neutro. Assim, quanto à aglicona, denominam-se saponinas
esteroidais e saponinas triterpênicas.
O comportamento anfifílico das saponinas e a capacidade de formar complexos com
esteróides, proteínas e fosfolipídeos de membranas possibilitam ações biológicas variadas.
Porém, vale ressaltar a ação sobre membranas celulares, que pode alterar a permeabilidade ou
até mesmo levar à destruição.
As saponinas são importantes para a ação de drogas vegetais, destacando-se as
tradicionalmente utilizadas como expectorantes e diuréticas. Além disso, são utilizadas
também como adjuvantes para aumentar a absorção de medicamentos pelo aumento da
solubilidade ou interferência nos mecanismos de absorção e para aumentar a resposta
imunológica. [32]
44
Figura 31– Estrutura química do ácido oleanólico(1) e ácido ursólico(2) –triterpenos [33]
3.14.3 Compostos fenólicos
Os polifenóis são considerados compostos bioativos, ou seja, constituintes extra
nutricionais que ocorrem tipicamente em pequenas quantidades nos alimentos e possuem
efeitos para a saúde. É de conhecimento científico o potencial antioxidante dos polifenóis,
atuando como redutores de oxigênio singleto, na inibição das reações de oxidação lipídica e
na quelação de metais. Além disso, apresentam uma ampla gama de propriedades
farmacológicas, como anti-alergênicas, anti-arteriogênicas, anti-inflamatórias,
antimicrobianas, anti-trombóticas e também efeitos cardioprotetores e vasodilatadores. [34]
Figura 32– Estrutura química do ácido gálico (composto fenólico), onde R é igual a OH [35]
45
3.14.4 Metilxantinas
As metilxantinas englobam cafeína, teofilina e teobromina. A cafeína (1,3,7-
trimetilxantina) exerce efeito estimulante sobre o sistema nervoso central, músculos
cardíacos, sistema respiratório e secreção de suco gástrico. Também é considerada como um
diurético fraco e relaxante muscular. A teobromina (3,7-dimetilxantina) tem ação diurética e a
teofilina (1,3-dimetilxantina) tem predominantemente efeito broncodilatador.
As substâncias catéquicas (taninos catéquicos = condensados, proantocianidinas
condensadas) demostram atividade antioxidante, antiviral, bactericida, moluscicida e de
inibição de algumas enzimas extracelulares. [36]
Figura 33–Estrutura química das metilxantinas; 1: cafeína, 2: teobromina, 3: teofilina [37]
A propriedade estimulante da erva-mate, relacionada com a presença de
metilxantinas, é conhecida e explorada há séculos. A cafeína 1 foi isolada de folhas de Ilex
paraguariensis em 1843 por Stenhouse. Já Oehrli relatou, pela primeira vez, em 1927, a
presença de teobromina 2. A presença de teofilina 3 na erva-mate é controversa. Mazzafera
observou a ocorrência desta substância em pequenas quantidades, enquanto que outros
pesquisadores não detectaram sua presença. [37]
De acordo com a literatura, o teor de metilxantinas na erva-mate é extremamente
variável, sendo apontados teores de cafeína desde 0,16 até 1,4%. A legislação em Vigilância
Sanitária estabeleceu, em determinado momento (Brasil, 1998), a exigência de um teor
mínimo de cafeína de 0,5%, exigência essa revogada em 2002, quando foi estabelecido
apenas um valor máximo para os produtos declarados como descafeinados (Brasil, 2002). [37]
46
3.15- QUÍMICA VERDE [38]
A Química está relacionada à poluição e produtos tóxicos, sem ser levado em
consideração que, se aplicado o conceito de Química Verde e seus princípios, pode-se mudar
esses estereótipos.
3.15.1- Conceitos e Princípios
O conceito de Química Verde ou Química Sustentável surgiu da preocupação com
meio ambiente por causa da geração de resíduos tóxicos
A Química Verde está voltada à restrição ou eliminação completa de resíduos
poluentes e tóxicos por meio de processos ou produtos químicos; também objetiva o
desenvolvimento de procedimentos e técnicas com geração mínima de poluentes.
3.15.2- Importância
A Química Verde é um tema de grande importância e sempre está em pauta quando
se deseja produzir algo, pois toda empresa que deseja ser bem vista deve, necessariamente, ser
ambientalmente sustentável.
A preocupação com o meio ambiente é um tema em “alta” ultimamente,
especialmente a poluição do ar e efeito estufa. Por isso o desenvolvimento da Química Verde
merece importância.
47
3.15.3- ISO 14000
Assim como a Química Verde, a ISO 14000 está relacionada ao meio ambiente e
como preservá-lo. A ISO gerencia o impacto causado ao meio ambiente e desenvolvimento de
técnicas e métodos para seu desenvolvimento sem prejuízos ambientais
A ISO 14000 tem ramificações que compreendem outros aspectos, como já dito
anteriormente, a própria ISO14000 tem a função de gerenciar o impacto ambiental e o
desenvolvimento de seu desempenho ambiental, já a ISO 14001:2004 é voltada à gestão
ambiental.
3.15.3.1- ISO 14001:2004 [39]
A ISO 14001:2004 auxilia na criação de um sistema de gestão ambiental, criando um
quadro que pode ser utilizado para esse fim e por qualquer empresa. A ISO 14000 fornece
a garantia de gestão tanto para empresa quanto para empregados e também é interessante para
o público, mostrando que a empresa é preocupada quanto à questão ambiental e a sua gestão.
Os principais benefícios da aplicação da ISO na empresa são: redução do custo da
gerência de resíduos, economia no consumo de materiais e energia e melhoria da imagem da
empresa para o público.
48
4-RELEVÂNCIA DO TRABALHO
O meio químico acadêmico faz uso de catalisadores no desenvolvimento de suas
pesquisas que, por diversas vezes, são materiais de alto custo, usados em grande quantidade
ou que não alcançam a eficiência desejada durante a realização das reações envolvidas em
seus respectivos processos.
O uso da erva-mate para estes fins traz uma grande contribuição em relação à
química verde, uma vez que o resíduo produzido pelo chimarrão não tem nenhuma utilidade
prática e é descartado em massa em locais inadequados e sem uma destinação ou proposta de
reutilização que seja ecologicamente correta.
A possibilidade de segregá-lo nos dias atuais é de suma importância, pois revela uma
proposta completamente viável, sustentável e inovadora de lidar com um problema ambiental
e econômico no meio científico, ao mesmo tempo.
49
5-HIPÓTESE
Acredita-se que a aplicação do resíduo da erva-mate originada do chimarrão aumente
a velocidade de reações de esterificação e saponificação na produção de biodiesel e sabão,
respectivamente, uma vez que muitas pesquisas científicas comprovam seu poder como
bioativo e alto teor de compostos que aceleram as reações metabólicas, de forma a induzir o
projeto a aplicar o conceito ao universo químico industrial.
50
6-OBJETIVOS
6.1- OBJETIVO GERAL
O projeto foi baseado na necessidade do mundo contemporâneo de encontrar novas
funções em produtos advindos da natureza para aplicá-los na resolução dos problemas
cotidianos, principalmente visando reutilizar resíduos gerados em massa atendendo ao
objetivo da química verde. Dessa forma, seu objetivo geral é a aplicação e aproveitamento do
resíduo do chimarrão como catalisador em reações orgânicas, diminuindo o tempo da reação.
6.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS
- A aplicação do resíduo da erva-mate do chimarrão como catalisador na reação de
saponificação na produção de sabão.
- A aplicação do resíduo da erva-mate do chimarrão como catalisador na reação de
esterificação na produção de biodiesel.
- Aplicação da infusão do chimarrão como catalisador na reação de saponificação na produção
de sabão.
- Aplicação da infusão do chimarrão como catalisador na reação de esterificação na produção
de biodiesel.
- Testar e comprovar a eficiência do resíduo nas reações orgânicas anteriormente citadas na
diminuição do tempo em que geralmente ocorrem.
- Eliminar gastos excessivos com reagentes em grandes proporções como o álcool no processo
de esterificação.
- Criar uma destinação e utilidade para o resíduo da erva-mate de bebidas que geralmente é
descartado sem reutilização.
- Reduzir custos com reações que utilizam catalisadores de preço elevado.
- Medir o pH da infusão.
51
7-MATERIAIS E MÉTODOS
7.1-MATERIAIS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DO CHÁ
7.1.1- Materiais
Tabela 1 – Materiais para o chá (autoria do grupo)
Material utilizado Descrição/ Quantidade
Bagueta de vidro 1 un.
Balança Analítica 1 un.
Béquer de vidro 1 un. de 100 mL
2 un. De 250 mL
1 un. De 400 mL
Bico de Bunsen 1 un.
Espátula de inox 1 un.
Fósforo 1 cx.
Peneira de plástico 1 un.
Tela de amianto 1 un.
Termômetro 1 un.
Tripé de ferro 1 un.
52
Tabela 2 – Reagentes para o chá (autoria do grupo)
7.1.2 – Método para preparo do chá
Pesou-se cerca de 30 g de erva-mate em um béquer de 100 mL e transferiu-se para um
béquer de 400 mL junto de 110 mL de água deionizada. O béquer foi colocado sob tela de
amianto e permaneceu em aquecimento até que a mistura alcançasse a temperatura de 75ºC.
Neste ponto, desligou-se o Bico de Bunsen e a mistura foi passada por uma peneira, obtendo-
se a parte líquida (infusão) e a parte sólida (erva-mate residual).
7.2 – MATERIAIS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE SABÃO SÓLIDO
7.2.1 – Materiais [40]
Reagentes Quantidade (no total)
Erva mate (Ilex paraguariensis) em palito ou
em pó
30 g
H2O deionizada 120 mL
53
Tabela 3 – Materiais para sabão sólido [40]
Material utilizado Descrição/ Quantidade
Béquer de vidro 2 un. de 50 mL
Béquer plástico 4 un. de 250 mL
Bagueta 4 un.
Copinhos plásticos de chá 1 pct c/ 100 un.
Cronômetro 1 un.
Espátula de inox 1 un.
Proveta de vidro 8 un. de 10 mL
2 un. de 50 mL
Tabela 4 – Reagentes para sabão sólido [40]
Reagentes Quantidade (no total)
Álcool etílico 15 mL
Erva mate (Ilex paraguariensis) residual do
preparo do chá
Aprox. 11 g
Infusão 15 mL
Solução de NaOH 50% 40 mL
Óleo de fritura 200 mL
54
7.2.2 – Método [40]
Inicialmente misturou-se, em cada béquer plástico de 250mL, 50mL do óleo de
fritura, medidos no próprio béquer e 10mL da solução de NaOH 50%. Foram adicionados
diferentes catalisadores em cada um dos béqueres. Ao primeiro, adicionou-se 10 mL do álcool
como catalisador (correspondente ao procedimento original). Ao segundo adicionou-se uma
mistura de álcool e infusão, na proporção de 5 mL cada. Ao terceiro adicionou-se 10 mL da
infusão e ao quarto béquer o resíduo da erva-mate. Misturou-se até adquirir consistência
pastosa (no caso dos dois primeiros béqueres) ou atingir a aparência líquida viscosa (no caso
dos dois últimos béqueres). O conteúdo de cada um dos béqueres foi transferido para os
copinhos. Após esta etapa, os sabões foram deixados em descanso por um dia (24h) para
solidificarem.
Obs.: Reação exotérmica e corrosiva. Não utilizar recipientes (para solidificação) que
possam ser degradados pelo hidróxido de sódio (NaOH).
7.3- MATERIAS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL
7.3.1- Materiais [41]
Tabela 5 – Materiais para produção de biodiesel [41]
Materiais utilizados Descrição / quantidade
Agitador magnético 4 un.
Argola 4 un.
Balança 1 un.
Béquer de vidro 3 un. de 25 mL
55
4 un. de 100 mL
Erlenmeyer 4 un. de 250 mL
Espátula de inox 1 un.
Funil de separação 4 un. de 250 mL
Funil técnico 1 un.
Garras 4 un.
Peneira de plástico 1 un.
Suporte Universal 4 un.
Vidro de relógio 4 un.
Tabela 6 – Reagentes para “procedimento 1” [41]
Reagentes Quantidade (total)
Metanol 17 g
NaOH 5 g
Óleo de soja 50 g
Tabela 7 – Reagentes para “procedimento 2”
Reagentes Quantidade (total)
Metanol 20 g
KOH 1 g
Óleo de soja 100 g
56
7.3.2 – Método para produção de biodiesel “procedimento 1” [40]
Em cada erlenmeyer pesou-se 17 g de metanol. Em seguida, os catalisadores foram
acrescentados conforme a sequência a seguir e os erlenmeyers foram colocados tampados
com vidro de relógio em agitador magnético por um minuto, ou até total solubilização dos
catalisadores.
Erlenmeyer 1: 5 g de solução de NaOH 50%
Erlenmeyer 2: 2,5 g solução de NaOH 50 % e 2,5 g de infusão
Erlenmeyer 3: 5 g de infusão
Erlenmeyer 4: 5 g erva-mate residual
Após dissolução completa, adicionou-se 50 g de óleo de soja previamente pesados
em béquer de 100 mL em cada erlenmeyer, e manteve-se a agitação por vinte minutos. Após
esse tempo, foram transferidos para funil de separação, com auxílio de um funil técnico e uma
peneira (para evitar a passagem de sólidos, no caso a erva-mate residual, e obstruir a saída do
funil), e deixados em repouso para a separação de fases.
7.3.3 – Método para produção de biodiesel “procedimento 2”
Pesou-se 20 g de metanol em cada erlenmeyer e 1 g de KOH (outros catalisadores
também, proporcionalmente), deixando o recipiente sob agitação até dissolução completa (em
agitador magnético), formando metoxilato de potássio. Em seguida, adicionou-se 100 g de
óleo de soja e manteve-se a agitação por 50 minutos. Após o tempo, transferiu-se para funil de
separação e deixou-se decantar.
57
7.4- MATERIAIS E MÉTODOS PARA MEDIDA DE pH
7.4.1- Materiais
Tabela 8 – Materiais para medida de pH
Materiais utilizados Quantidade (total)
pHmetro 1 un.
Béquer 1 un. de 25 mL
Tabela 9 – Reagentes para medida de pH
Reagentes Quantidade (total)
Infusão
7.4.2- Método
Primeiramente, calibrar o pHmetro. Em seguida, colocar o eletrodo dentro do béquer
contendo a infusão e esperar a medição automática.
7.5 – MATERIAIS E MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE ACIDEZ [20]
7.5.1 – Materiais
58
Tabela 10 – Materiais para índice de acidez
Materiais utilizados Quantidade (total)
Béquer de vidro 1 un. de 50 mL
Bureta 1 un. de 25 mL
Erlenmeyer 3 un. de 250 mL
Pêra de segurança 1 un.
Pipeta volumétrica 1 un. de 50,0 mL
Tabela 11 – Reagentes para índice de acidez
Reagentes Quantidade (total)
Biodiesel preparado ou óleo 4 g
Fenolftaleína 4 gts
NaOH 0,1 N Aprox. 40 mL
Solução éter etílico + etanol (2:1) 50,0 mL
7.5.2 – Método
Pesou-se, em cada erlenmeyer, 4 g da amostra a ser analisada. Em seguida, pipetou-se
50 mL de solução de éter etílico + etanol no recipiente e adicionou-se 4 gotas de fenolftaleína.
Titulou-se com NaOH 0,1 N com o auxílio de uma bureta previamente ambientada com esta
solução.
59
7.6 – MATERIAIS E MÉTODOS PARA TESTE DE INFLAMABILIDADE
7.6.1- Materiais [41]
Tabela 12 – Materiais para teste de inflamabilidade
Materiais utilizados Quantidade (total)
Fósforo 1 cx
Palito de madeira (tipo de churrasco) 1 pct
Tabela 13 – Reagentes para teste de inflamabilidade
Reagentes Quantidade (total)
Biodiesel preparado Qtdd suficiente para molhar a ponta do palito
7.6.2 – Método
Mergulhou-se a ponta do palito de madeira no biodiesel preparado e aproximou-o à
chama de um palito de fósforo. Caso viesse a incendiar, comprovaria a produção de biodiesel,
já que os palitos de madeira por si só não queimam facilmente.
60
8-CUSTOS
8.1- CUSTO TOTAL
Tabela 14 - Custo dos materiais [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53]
[54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72]
Material Quantidade Valor Unitário Valor Total
Agitador Magnético 4 un. R$ 730,55 R$ 2922,20
Balança semi-analítica 1 un R$ 1.890,50 R$ 1.890,50
Álcool Etílico 1 L R$ 10,00 R$ 10,00
Álcool Metílico 1 L R$ 16,00 R$ 16,00
Argola 4 un. U$ 5.25
R$ 11,72
U$ 21
R$ 46,88
Bagueta de vidro 5 un. R$ 2,28 R$ 11,40
Béquer de plástico
(250 mL)
4 un. R$ 5,70 R$ 22,80
Béquer de vidro (50
mL)
1 un. R$ 3,80 R$ 3,80
Béquer de vidro (100
mL)
7 un. R$ 4,62 R$ 32,34
Béquer de Vidro (250
mL)
3 un. R$ 5,06 R$ 15,18
Bico de Bunsen 1 un. R$ 40,00 R$ 40,00
Balança analítica 1 un. R$ 3590,00 R$ 3590,00
61
Bureta 25 mL 1 un. R$ 59,00 R$ 59,00
Caixa de Fósforos 1 cx com (50 un.) R$ 2,04 R$ 2,04
Erlenmeyer (250 mL) 4 un. R$ 6,08 R$ 24,32
Espátula inox 2 un. R$ 12,99 R$ 25,98
Funil de separação 4 un. R$ 50,00 R$ 200
Funil de vidro simples 1 un. R$ 8,26 R$ 8,26
KOH 1 L R$ 40,00 R$ 40,00
Óleo de Cozinha usado 1 un. Reutilização Reutilização
Óleo de cozinha
tratado
1 un Reutilização Reutilização
Peneira 2 un. R$ 13,94 R$ 27,88
Pipeta volumétrica (50
mL)
1 un. R$ 21,00 R$ 21,00
Pipetador manual de
borracha 3 vias (pêra)
1 un. R$ 15,00 R$ 15,00
pHmetro 1 un R$ 800,00 R$ 800,00
Proveta (10 mL) 4 un. R$ 3,79 R$ 15,16
Proveta (50 mL) 2 un. R$ 4,62 R$ 9,24
Solução NaOH (50%) 1 L R$ 19,94 R$ 19,94
Suporte Universal 4 un. R$ 48,40 R$ 193,60
Tela de Amianto 12x12
cm
1 un. R$ 13,27 R$ 13,27
Tripé de ferro 1 un. R$ 45,82 R$ 45,82
62
Vidro de relógio 4 un. R$ 1,80 R$ 7,20
R$ 10.128,81
8.2- CUSTO REAL
Tabela 15 - Custo Real [73] [74]
Material Quantidade Valor Unitário Valor Total
Caixa organizadora 1 un. R$ 43,90 R$ 43,90
Erva-mate em palito 1 pacote c/ 500 g R$ 4,40 R$ 4,40
Erva-mate em pó 1 pacote c/ 1 kg R$ 4,40 R$ 4,40
Total: R$ 52,70
63
9- MEIO AMBIENTE E SEGURANÇA
9.1- MEIO AMBIENTE
A erva-mate usada no preparo do chimarrão é produzida em grande quantidade na
América do Sul. Mesmo sendo uma planta, ao descartá-la no meio ambiente a decomposição
é rápida; o destino final dessa erva, depois de ingerido o chá, é o lixo, pois até então não há
um uso prático para seu resíduo. Foi pensando nisso que a ideia para este projeto foi
desenvolvida.
Quando o lixo orgânico, como o gerado pelo acúmulo da erva-mate, é descartado a
céu aberto, é facilitado o acúmulo de pragas, a contaminação do solo e dos lençóis freáticos
pelo chorume, dentre outros problemas. [75]
Sabendo disso é possível perceber que a ideia do projeto é totalmente sustentável,
pois em laboratórios químicos há certa necessidade de se ter processos mais rápidos,
eficientes e que sejam, ao mesmo tempo, sustentáveis.
Além de ser utilizado um resíduo, à princípio sem utilidade, a ideia do projeto é a de
que esse seja usado como catalisador em reações químicas para produção de substâncias
menos agressivas ao meio ambiente, barateando e tornando mais acessível o seu processo de
obtenção.
O biodiesel é um dos exemplos, ele é uma nova alternativa aos combustíveis fósseis
e carvão mineral, gera bem menos gases poluentes e tem origem de óleos de fritura usados,
através de uma reação de esterificação. O uso de biocombustíveis faz com que o gás
carbônico (CO2 produzindo em sua queima possa ser reabsorvido em um ciclo quase
fechado. Além disso, os combustíveis fósseis contêm enxofre em sua composição, quando
queimados liberam gases SOx que possibilitam a chuva ácida. [76]
Sendo assim, é esperado que a metodologia trazida pelo projeto seja usada pensando
também na sustentabilidade global, uma vez que todos sabem o quão abordado é o assunto de
64
meio ambiente, e é quase impossível não se pensar nisso ao se desenvolver um trabalho como
este.
9.2- SEGURANÇA
9.2.1- Diagrama de Hommel [77]
Também chamado de Diamante de Hommel, é uma simbologia adotada não para a
identificação da substância química, mas sim dos riscos que a mesma oferece.
O diagrama é dividido em quatro partes, cada uma tendo uma cor e um número (de
zero a quatro), que representam o tipo e o grau do risco, respectivamente, sendo que
quanto maior o número, maior é o risco.
Figura 34 - Formato básico do Diagrama de Hommel [77]
A cor vermelha representa inflamabilidade: o número zero são produtos que não
queimam e o quatro são gases inflamáveis, líquidos muito voláteis e/ou materiais
pirotécnicos.
A cor azul representa perigo para saúde: o zero indica um produto não perigoso ou
de risco mínimo e o quatro indica um produto letal.
65
A cor amarela representa reatividade: o zero indica um produto normalmente
estável e o quatro indica um produto capaz de detonação ou decomposição com explosão
a temperatura ambiente.
O branco representa riscos específicos, como mostra a tabela seguinte:
Figura 35 - Risco específico (Diagrama de Hommel) [78]
9.2.2- Hidróxido de Sódio (NaOH)
O hidróxido de sódio (NaOH), ou soda cáustica é uma base forte de Arrhenius e se
caracteriza por ser um sólido branco quando não está em solução. Na indústria química é
muito utilizado na neutralização de ácidos (e formação de sais), fabricação de detergentes,
solubilização de gorduras e sebos, etc. [79]
No projeto, o uso da soda cáustica é de suma importância, afinal é um dos reagentes
na produção do sabão, tanto sólido quanto líquido, porém é necessário saber que por se tratar
de um produto corrosivo e tóxico, o hidróxido de sódio precisa de certo cuidado em seu
manuseio e o indivíduo que o manipulará necessita saber os ricos e cuidados proporcionados
pela substancia.
66
Figura 36 - Diagrama de Hommel do Hidróxido de Sódio [80]
Por ser uma substância corrosiva, o hidróxido de sódio pode causar queimaduras nos
tecidos da pele em caso de contato, nos tecidos da garganta em caso de ingestão, nas vias
respiratórias em caso de inalação e cegueira em contato com os olhos. É de suma importância
o uso de Equipamentos de Proteção Individual (EPIs). Outras características perigosas da soda
cáustica são as reações violentas com ácidos fortes e a liberação de calor em presença de
água. É importante lembrar também que o NaOH deve sempre ser armazenado em frascos de
plástico, pois os de vidro são corroídos pela substância. [81]
9.2.3- Álcool Metílico
O Álcool Metílico, ou metanol é uma substância orgânica que possui a fórmula
estrutural mais simples entre os álcoois ( - ). É caracterizado por ser um líquido
altamente inflamável e tóxico em estado líquido ou de vapor. No projeto, o metanol é
utilizado como reagente na reação de esterificação para produção do biodiesel.
O contato com o metanol pode oferecer diversos riscos ao organismo. A inalação de
vapores do metanol em altas concentrações causa irritação nas membranas mucosas, afeta o
sistema nervoso e pode até causar um envenenamento agudo depois de breves exposições. Em
contato com a pele, há o ressecamento do tecido, além disso, a pele pode absorver a
substância e a mesma causará efeitos tóxicos no organismo. O metanol pode chegar a destruir
o nervo óptico em casos de contato com os olhos, levando à cegueira e lesões oculares. A
67
ingestão de metanol é fatal em doses de 50 mL a 100 mL, em doses menores pode causar
náuseas, fadiga, vômito, cegueira, e até mesmo, coma. [82]
Um dos maiores problemas em relação ao metanol é justamente a sua grande tendência de
pegar fogo, o ponto de fulgor do álcool metílico é de 15,6 °C. Além disso, a chama de queima
do metanol é pouco perceptível, libera vapores invisíveis que são altamente tóxicos ao ser
humano. [82]
9.2.4- Álcool Etílico
O álcool etílico ou etanol (também chamado popularmente de álcool) é um composto
orgânico de fórmula molecular , na indústria química é utilizado como solvente,
reagente de reações orgânicas, componente de bebidas alcoólicas, produtos de limpeza e
combustíveis. Assim como o metanol é um composto altamente inflamável e tóxico. Para o
projeto, o etanol é utilizado como catalisador da reação de produção do sabão sólido e líquido.
Apesar de ser uma substância muito comum, o etanol é também altamente tóxico e
perigoso. A inalação do vapor dessa substância pode causar irritação das membranas
mucosas, dor-de-cabeça, náuseas e perda de consciência. Ao ser ingerido, o etanol causa
problemas como náuseas, vômitos, dores de cabeça, confusão mental, fadiga e ação
embriagadora, além de poder causar lesões gástricas, renais e biliares à longo prazo. Em
contato com a pele, o álcool etílico penetra na pele causando irritações e lesões na córnea em
caso de contato com os olhos. [83]
Além dos problemas anteriormente citados, o etanol se inflama facilmente quando é
exposto à faíscas, fogo ou calor e reage com substâncias oxidantes liberando energia (na
forma de calor). [83]
68
10- CRONOGRAMA
Tabela 16 - Cronograma
Ano 1º Semestre de 2014
2º Semestre de 2014
Atividades Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov
Planejamento x x x
Apresentação para
banca de aprovação
x
Definição do
cronograma
x
Testes para
saponificação
x x
Testes para
esterificação
x
Tabulação de
resultados
x
Mostra de projetos x
Entrega final do TCC x
69
11- RESULTADOS E DISCUSSÃO
11.1 – CHÁ
O chimarrão preparado simulou a bebida da forma como comumente é feita nas
regiões sul e sudeste do país para futura obtenção dos resíduos, utilizando:
30 g de erva-mate
110 mL de H2O deionizada a 75ºC
Com o intuito de reproduzir autenticamente o preparo do chá, a temperatura da
água foi de 75ºC, sendo adequada por não queimar a erva e ainda extrair os compostos
bioativos presentes na bebida.
Figura 37: Preparo do chimarrão (Erva-mate aquecida misturada à água à 75ºC) (autoria do grupo)
70
Cada combinação das variáveis massa da erva-mate, volume de água deionizada e
temperatura foi analisada por meio da coleta dos dados para confecção de tabelas e
gráficos em função do tempo de catálise.
Tabela 17 - Resultados
Chá Especificação Massa
média
Volume Relação
m/v
Teste Tempo
médio
1 30g erva pó + 110
mL H2O
30,0839 g 110 mL 0,2735 ½ a ½ 00’36”77
Infusão -
Erva
residual
-
10 mL
etanol +
5 mL
infusão
00’39”60
5 mL
infusão
+ 5 mL
NaOH
-
2 30g erva palito +
110 mL H2O
30,0009 g 110 mL 0,2727 ½ a ½ 00’37”50
Infusão -
Erva
residual
-
3 30g erva palito +
110 mL H2O filtrado
2 vezes
30,0064 g 110 mL 0,2728 ½ a ½ 10’28”00
4 30g erva pó + 100
mL H2O por 5
30,1368 g 100 mL 0,3014 ½ a ½ 00’41”97
71
minutos
5 30g erva pó + 110
mL H2O por 5
minutos
30,5281 g 110 mL 0,2775 ½ a ½ 00’30”07
6 30g erva pó + 110
mL H2O 75ºC por 5
minutos + 100 mL
H2O a 75ºC
30,2936 g 210 mL 0,1443 ½ a ½ 00’41”51
Eficiência do chá
Gráfico 1- Eficiência do chá (autoria do grupo)
O gráfico evidencia que utilizar o chá preparado com 30g de erva-mate em pó e
110 mL de H2O deionizada, aquecidos a temperatura de 75ºC, traz maior eficiência do
0
0,05
0,1
0,15
0,2
0,25
0,3
0,35
30,07 36,77 37,5 41,51 41,97
30g erva pó + 110mL H2O por 5min.
30g erva pó + 110mL H2O
30g erva palito + 110mL H2O
30g erva pó + 110mL H2O por 5min. + 100mL H20
30g erva pó + 100mL H2O por 5min.
Tempo (s)
Relação m/v
72
que as demais combinações. A relação massa/volume deste primeiro chá (0,2775 g/mL) é
maior do que os outros três seguintes, e embora o quinto chá apresente relação
massa/volume maior (0,3014 g/mL), o tempo de solidificação também foi maior.
11.2 CARACTERIZAÇÃO DOS ÓLEOS
11.2.1 Sabão Sólido
Foram testados três tipos de óleos divididos em: Óleo usado, óleo reutilizado e
óleo muito reutilizado. Assim, foi construído um gráfico para a determinação do tipo de
óleo mais eficiente para as reações de saponificação, de acordo com a característica que
se segue:
Gráfico 2 – Determinação do tipo de óleo (autoria do grupo)
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
Etanol+Infusão Etanol
Óleo Muito Reutilizado
Óleo Reutilizado
Óleo Usado
Tempo de solidificação (s)
Grau de utilização do óleo
73
Com base no levantamento estatístico dos dados, pode-se determinar a condição
ideal do óleo para ser utilizado nos diversos testes. Assim sendo, fez-se uma aplicação do
óleo nos testes de maior eficiência nas reações de saponificação com os catalisadores
mais eficientes (etanol + infusão e etanol) e obteve-se o melhor resultado proveniente o
óleo muito reutilizado, representado no gráfico na coluna em cor azul, em ambos os
testes. E, dentre os testes, obteve-se melhor eficiência em todos os quesitos o óleo muito
reutilizado empregado na reação de saponificação com catalisador etanol + infusão.
11.2.1.1 Grau de acidez do óleo
A solidificação completa do sabão deu-se após a agitação do mesmo,
caracterizando um tempo específico em função da acidez do óleo, como exemplificam a
tabela e o gráfico:
Tabela 18 - Dados coletados
Tipo de
óleo
Tempo médio de catálise (s) Grau de acidez (mgNaOH/g)
A 295 0,6
B 114,68 0,9966
C 56,125 1,066
D 35 7,836
74
Gráfico 3 – Tempo (s) x Grau de acidez do óleo (autoria do óleo)
Onde A, B, C e D estão em ordem crescente de reutilização e grau de acidez,
respectivamente.
Assim verificou-se a maior eficiência do óleo em função do seu grau de acidez nos
procedimentos de menor tempo de reação. Neste caso, na reação de saponificação:
Tabela 19 - Tempo médio de catálise em função do óleo
A B C D
Tempo (s) médio de catálise com álcool
etílico (branco)
295 114,68 56,125 35
Tempo (s) médio de catálise da mistura
álcool etílico + infusão
228 51,955 33,675 24
0
50
100
150
200
250
300
Branco (Etanol)
A
B
C
D
Tempo médio (s)
Grau de
acidez do
óleo
75
Gráfico 4 – Tempo x Acidez do óleo para saponificação (autoria do grupo)
Onde A, B, C e D estão em ordem crescente de reutilização e grau de acidez,
respectivamente.
A partir da coleta dos dados, entende-se que quanto maior o índice de acidez do
óleo (óleo reutilizado o maior número de vezes), o sabão é catalisado em menor tempo. E
dentre os testes, o catalisador composto da mistura de 5 mL infusão e 5 mL álcool etílico
obteve sempre um tempo menor para solidificação que o procedimento original,
acelerando a reação com mais eficiência que o padrão (branco).
11.2.2 Biodiesel
Os testes para produção de biodiesel foram realizados tanto com óleos puros
quanto usados. A partir dos resultados e da literatura, confirma-se que quanto mais limpo
o óleo, melhor é a sua eficiência na reação de esterificação, já que o óleo degradado ou
em processo de oxidação lipídica possui uma maior quantidade de ácidos carboxílicos,
0
50
100
150
200
250
300
A B C D
Etanol+Infusão
Branco (Etanol)
Acidez (mg NaOH/g)
Tempo (s)
76
aldeídos e cetonas, e consequentemente, menor quantidade de triacilgliceróis em função
da sua acidez. Assim sendo, quanto mais limpo o óleo for, maior a quantidade de
triacilgliceróis, e melhor o rendimento da reação.
11.3 - SABÃO SÓLIDO
11.3.1 Branco
Para a produção do sabão sólido foram utilizados os seguintes produtos:
NaOH 50%
Óleo vegetal reutilizado
Álcool etílico
Infusão
Erva-mate
Seguindo o procedimento padrão da produção do sabão, obteve-se o tempo médio
das reações de saponificação, que serviram de comparação para testar a eficiência dos
demais catalisadores, em cada teste específico. Ao misturar o óleo vegetal, o hidróxido
de sódio e o álcool etílico como catalisador, a mistura adquiriu consistência viscosa.
Após a agitação com bagueta, obteve-se uma pasta e o sabão iniciou o processo de
solidificação, como ilustram as figuras:
77
Figura 38: SABÃO SÓLIDO procedimento original antes da agitação (autoria do grupo)
Figura 39: SABÃO SÓLIDO procedimento original após a agitação (autoria do grupo)
78
11.3.2 Etanol + Infusão
Para a produção do sabão sólido com catalisador etanol + infusão foram utilizados
os seguintes produtos:
NaOH 50%
Óleo vegetal reutilizado
Álcool etílico
Infusão
Figura 40: Sabão de catalisadores etanol + infusão após processo de solidificação (autoria do grupo)
Para a produção desse sabão testou-se como catalisador a mistura de 5 mL de
infusão com 5 mL de etanol, obtendo-se o tempo médio das reações segundo situações
variáveis (como o grau de utilização do óleo e a infusão da erva em palito ou em pó),
obtendo-se dados que foram comparados aos do procedimento padrão.
79
11.3.3 Infusão
Para a produção do sabão sólido utilizando apenas a infusão como agente
catalisador foram utilizados os seguintes produtos:
NaOH 50%
Óleo vegetal reutilizado
Infusão
Figura 41 - Sabão sólido que utilizou a infusão como catalisadora após o processo de solidificação
(autoria do grupo)
Este procedimento testou o uso da infusão como agente catalisador (tanto para chá
com erva-mate palito como para chá com erva-mate em pó), obtendo dados que serviram
de comparação para testar a eficiência dos demais catalisadores, em cada teste específico.
80
11.3.4 Erva-mate
Para a produção do sabão sólido utilizando apenas a erva-mate como agente
catalisador foram utilizados os seguintes produtos:
NaOH 50%
Óleo vegetal reutilizado
Erva-mate
Figura 42: Sabão que utilizou apenas a erva-mate como agente catalisador após o processo de
solidificação (autoria do grupo)
Este procedimento testou o uso da erva-mate como agente catalisador (tanto para
chá com erva-mate palito como para chá com erva-mate em pó), obtendo dados que
serviram de comparação para testar a eficiência dos demais catalisadores, em cada teste
específico.
81
11.4 - COMPARAÇÃO DOS TESTES DO SABÃO
Figura 43: Sabões produzidos com os catalisadores infusão, erva-mate, etanol e etanol + infusão após
o processo de solidificação (autoria do grupo)
Após a coleta dos resultados em cada caso específico e levantamento dos dados
estatísticos de tempo de solidificação, pode-se fazer a elaboração de gráficos segundo as
variáveis e interpretação dos mesmos, como vêm a seguir:
Gráfico 5 – Variação do tempo em função do catalisador (autoria do grupo)
Etanol+Infusão
Etanol
Infusão
Erva-mate
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Catalisadores
Etanol+Infusão
Etanol
Infusão
Erva-mate
Tempo (s)
82
Onde:
Etanol+Infusão: Utilizou como catalisadores 5 mL do álcool etílico e 5 mL da infusão.
Tempo médio de 34,8125 segundos;
Etanol (Branco): Procedimento original que utilizou 10 mL do álcool etílico. Tempo
médio de 52,5 segundos.
Infusão: Utilizou apenas a infusão como catalisador, adquirindo consistência de sabão no
tempo original de 24 horas sem passar pela fase de pré-solidificação.
Erva-mate: Utilizou apenas a erva-mate como catalisador, adquirindo consistência de
sabão no tempo original de 24 horas sem passar pela fase de pré-solidificação.
11.4.1 – Metade infusão/metade álcool etílico
Para a realização deste teste, dividiu-se a quantidade total de catalisador entre o
comumente usado, que é o álcool etílico, e a infusão.
83
Gráfico 6- Eficiência do chá (autoria do grupo)
O teste que utilizou os 5 mL da infusão providos do primeiro chá do gráfico acima
obtiverem menor tempo de solidificação, cerca de 29 segundos e 40 décimos (29”40).
Tabela 20 - Chá em função do tempo de solidificação
Chá Tempo de solidificação
30,0064 g de erva-mate em palito + 110
mL H2O a 75ºC – filtrado duas vezes
10’28”20
Ao filtrar duas vezes, retira-se o pouco da erva-mate que ainda fica na infusão, já
que esta não é constituída somente de líquido. Essa quantidade de erva é responsável por
aumentar a concentração de compostos bioativos na solução, por vezes não retirados
completamente pela água. Consequente, ao filtrar duas vezes diminui-se a quantidade de
compostos bioativos e, por isso, aumenta-se o tempo de solidificação.
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
30g pó + 110mLH2O por 5 min.
30g palito + 110mLH2O
30g pó + 110mL por5 min. + 100mL H2O
30g pó + 100mLH2O por 5 min.
Chás
84
Desta análise observou-se uma maior eficiência que o procedimento original
(branco) e uma redução de gastos de 50% em relação ao catalisador padrão (etanol).
Declarando-se, então, que este pode substituir o intenso uso do etanol nos processos de
saponificação.
11.4.2 – Infusão
Os sabões preparados com 10 mL de infusão, não importando a concentração
desta, demoraram cerca de 24 horas para solidificar. Tal fato pode ser explicado devido
às quantidades de compostos com caráter básico (presença de hidroxila – OH) da infusão
abaixo das necessárias para solidificação rápida.
11.4.3 – Erva residual
Os sabões preparados com cerca de 10 g de erva-mate residual da filtração do chá
demoraram cerca de 24 horas para solidificar. Tal fato iguala-se ao caso acima
(utilizando a infusão), bem como as possíveis justificativas.
11.5 - BIODIESEL
11.5.1 Procedimento 1
17 g Metanol
50 g óleo
5 g NaOH (catalisador)
85
11.5.1.1 Branco (padrão)
Relacionando as quantidades de catalisador adicionadas e os aspectos dos
produtos finais, para o teste do Branco (padrão), é possível montar a seguinte tabela:
Tabela 21 - Dados
Número Catalisador Quantidade
teórica
Quantidade
real
Característica
1 NaOH sólido 5 g 5,0 g Saponificou
2 NaOH sólido 5 g 5,0 g Saponificou
3 Solução NaOH 50% 5 g 5,4 g Bordas
“gelatinosas”, centro
mais líquido
4 Solução NaOH 50% 4 g 3,9 g Menos “gelatinoso”
que o anterior
5 Solução NaOH 50% 1 g 0,9 g Ficou totalmente
líquido, formando
duas fases
6 Solução NaOH 50% 1 g 1,1 g Líquido. Duas fases.
86
Figura 44: 5g NaOH sólido, 5 g solução de NaOH 50% e 1 g solução NaOH 50%, respectivamente.
(Fase menos densa [sobrenadante] corresponde ao biodiesel) (autoria do grupo)
Figura 45: 5 g solução NaOH 50% e 1 g solução NaOH 50%, respectivamente (autoria do grupo)
A utilização de solução de NaOH 50% apresentou maior eficiência do que o
NaOH sólido, bem como a diminuição da quantidade de catalisador (5 g, no
procedimento original, para 1 g). Utilizando 1 g de solução de NaOH 50%, obteve-se o
melhor resultado (No caso, foi um ajuste do procedimento original para obtenção de um
referencial para os outros testes).
87
11.5.1.2 ½ NaOH e ½ infusão
Tabela 22 - Dados
Número
Catalisador
Quantidade
teórica total
Quantidade real
Característica NaOH Infusão
1 NaOH sólido +
infusão
5 g 2,5 g 2,5 g Duas fases
2 Solução NaOH
50% + infusão
5 g 2,7 g 2,5 g Centro:
gelatinoso.
Bordas: líquidas
(pouco)
3 Solução NaOH
50% + infusão
5 g 2,1 g 3,0 g Duas fases
4 Solução NaOH
50% + infusão
5 g 0,6 g 4,5 g Duas fases quase
sem distinção
5 Solução NaOH
50% + infusão
1 g 0,6 g 0,5 g Duas fases bem
definidas
O teste número 4, além de contar com uma quantidade maior de infusão em
relação à soda, utilizou de um chá filtrado duas vezes, o que não havia sido feito antes. A
dupla filtração não foi repetida, pois não proporcionou bons resultados em função do
tempo, inclusive nos testes de sabão, por deixar o catalisador menos concentrado. Isto se
deve ao fato de que a infusão não é referente somente à parte líquida, mas contém uma
parte de erva residual também, ou seja, maior quantidade de compostos bioativos.
Filtrando-se duplamente, diminui-se a concentração desses compostos, assim como o
rendimento da reação.
88
Figura 46: Testes número 2, 4 e 5, respectivamente (autoria do grupo)
Utilizando 1 g como quantidade total de catalisador obtiveram-se os melhores
resultados. Diminui-se a quantidade de NaOH – que em maiores quantidades pode
saponificar a reação – e a separação de fases foi bem distinta.
Realizou-se um teste reduzindo de 20 minutos para 10 minutos de agitação, a fim
de avaliar a catálise, ou seja, diminuição do tempo de reação.
89
Figura 47: Logo após agitação. Funil da esquerda: procedimento padrão/branco (20 minutos). Funil da
direita: ½ NaOH ½ infusão (10 minutos) (autoria do grupo).
Figura 48: Teste ½ NaOH ½ infusão agitados por 10 minutos (autoria do grupo)
Nos testes, a fase menos densa (sobrenadante) correspondente ao biodiesel
adquiriu coloração clara, enquanto a parte mais densa (glicerina) adquiriu coloração
escura (marrom). Nesse teste, as colorações se inverteram.
90
Ao retirar a glicerina do funil, observou-se que, na parte inferior do biodiesel,
houve precipitação de partículas minúsculas, provenientes do catalisador empregado,
provocando aspecto turvo.
Figura 379: ½ a ½ agitado por 10 minutos – fase biodiesel (autoria do grupo)
Utilizando 0,5 g de infusão e 0,5 g de solução de NaOH 50%, o biodiesel
produzido assemelhou-se muito ao procedimento padrão, em questão de rendimento e
aspecto. O índice de acidez foi maior devido ao caráter ácido da infusão.
91
Figura 50: Em cada foto: funil da esquerda corresponde ao procedimento padrão (Branco) e o funil da
direita corresponde ao teste ½ NaOH ½ infusão (autoria do grupo)
Uma nova proposta foi reduzir a quantidade de catalisador total para 0,5 g. Para o
procedimento “branco” (1) utilizou-se 0,5 g de solução de NaOH 50% e para o
procedimento ½ a ½ (2) utilizou-se 0,25 g da mesma solução de NaOH e 0,25 g de
infusão.
Figura 51 – Preparo dos biodieseis. Erlen 1 – branco; erlen 2 – ½ a ½ .
92
Figura 52 – Decantação após preparo. Funil da esquerda: ½ a ½ ; Funil da direita: branco.
Figura 53 – Após decantação. Funil da esquerda: branco. Funil da direita: ½ a ½.
Observou-se que utilizando 0,5 g como quantidade total de catalisador, o biodiesel
branco apresentou-se opaco enquanto que o ½ a ½ apresentou-se transparente. No caso da
glicerina, no procedimento branco esta apresentou-se transparente e no procedimento ½ a
½ não totalmente, estando inclusive mais escura que a primeira.
93
Tabela 23 – Volume produzido utilizando 0,5 g como quantidade total de catalisador
Teste Volume de biodiesel produzido
Branco 53 mL
½ a ½ 51 mL
Figura 54 – Lavagem com HCl (imagem da esquerda) e após decantação (imagem da direita). Em
ambas as fotos: funil da esquerda – branco; Funil da direita – ½ a ½ .
Após a lavagem com HCl e decantação, o HCl do funil 2 ( ½ a ½ ) apresentou-se
opaco, enquanto que o do funil 1 (branco) não. Inclusive na foto da esquerda, no funil 2,
a fase superior (biodiesel) aparentemente apresenta duas fases, sendo a superior mais
clara e a inferior (próxima ao HCl) mais escura.
Ao retirar o HCl, os volumes de biodiesel foram medidos:
Tabela 24 – Volume de 0,5 g totais após lavagem com HCl
Teste Volume de biodiesel produzido
Branco 51 mL
94
½ a ½ 49 mL
Devido à lavagem, houve perda de 2 mL de cada biodiesel. Após esta medida,
ambos foram transferidos para béqueres e utilizados na determinação do índice de acidez,
estando o “branco” ligeiramente mais claro que o “ ½ a ½ “.
Figura 55 – Biodieseis. 1 = Branco; 2 = ½ a ½ .
Todos os catalisadores alternativos propostos pelo projeto apresentaram melhores
resultados em relação à distinção de fases quando comparados com os 5g de NaOH
propostos pelo procedimento padrão.
95
11.5.1.3 Infusão
Tabela 25 – Dados
Número Catalisador Quantidade
teórica
Quantidade
real
Características
1 Infusão (de erva-
mate em palito)
5 g 5,0 g Duas fases
2 Infusão (de erva-
mate em pó)
5 g 5,4 g Duas fases
3 Infusão (de erva-
mate em pó)
4 g 4,1 g Duas fases
Figura 56: Foto A: infusão com erva-mate em palito. Fotos B e C: infusão com erva-mate em pó.
Tanto os procedimentos utilizando a infusão quanto a erva-mate residual
apresentaram melhor separação de fases quanto a utilização da quantia de 5 g de
A B
C
96
catalisador, o que implicou num ajuste primário da quantidade original do catalisador
para futuros testes.
11.5.1.4 Erva-mate residual
Tabela 26 - Dados
Número Catalisador Quantidade
teórica
Quantidade
real
Características
1 Erva-mate em
palito
5 g 5,0 g Duas fases
2 Erva-mate em
pó
5 g 5,0 g Duas fases
3 Erva-mate em
pó
5 g 5,0466 g Duas fases
97
Figura 387: Testes 1,2 e 3, respectivamente (autoria do grupo)
Fotografias anteriores ao processo de filtração dos particulados da erva residual.
11.5.1.5 Comparação
Os testes abaixo foram feitos com 1 g de catalisador.
98
Figura 58: I = 1 g infusão. II = 1,0 g erva-mate residual. III = 0,5 g solução NaOH 50% + 0,5 mL
infusão. Volume do biodiesel produzido para o teste alternativo III: 51,00 mL
I II
III
I
99
Figura 59: I = branco, II = infusão, III = erva-mate residual e IV = ½ solução NaOH 50% + ½ infusão
(autoria do grupo)
I II
III IV
100
Tabela 27 – Volume de biodiesel produzido
Teste Volume de biodiesel produzido
I 47,9 mL
II 31 mL
III 47 mL
IV 36 mL
Os testes que utilizam infusão ou erva-mate residual apresentaram baixo
rendimento em relação ao procedimento 1, mas superior ao procedimento 2 apresentado
posteriormente.
O teste ½ a ½ apresentou ótimo rendimento em relação aos demais.
Gráfico 7 – Comparação de índices de acidez (autoria do grupo)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Procedimento 1 Procedimento 2 Biodiesel Sabão
Branco
1/2 a 1/2
Óleo
Índice de acidez (mg NaOH/g)
101
11.5.2 Procedimento 2 (original)
20 g Metanol
100 g óleo
1 g KOH (catalisador)
11.5.2.1 Branco (padrão)
Figura 60: I = preparação II – lavagem com HCl (biodiesel - fase menos densa e HCl - fase mais
densa) (autoria do grupo).
I II
102
Figura 61: I = infusão, II = erva-mate residual e III = ½ KOH ½ infusão (autoria do grupo).
Como a quantidade dos reagentes e o tempo de agitação é maior, optou-se por
seguir o primeiro procedimento em função da praticidade.
Nesse procedimento (2), o rendimento nos testes I e II (infusão e erva-mate,
respectivamente) foi muito baixo, inclusive mais baixo que no procedimento 1, mesmo as
quantidades de reagentes sendo maiores.
I II
III
103
11.5.3 Índice de Acidez
4 g amostra (óleo ou biodiesel)
50 mL éter etílico + etanol
4 gotas de fenolftaleína
NaOH 0,1 N como titulante
As amostras foram tituladas e a partir do cálculo estabeleceram-se os índices de
acidez Óleos representados graficamente o item 11.2.2).
Tabela 28 –Índice de acidez do óleo
Óleo Índice de Acidez (mgNaOH/g)
A 0,600
B 0,9966
C 1,066
D 7,836
Tabela 29 – Índice de acidez do biodiesel
Óleo Índice de Acidez (mgNaOH/g)
Branco – Procedimento 1 1,2927
½ NaOH ½ infusão – Proced. 1 1,5766
Branco – Procedimento 2 0,3998
½ KOH ½ infusão – Proced. 2 0,7996
104
Comparando as médias acima (do procedimento 1) com os valores obtidos nos
testes cuja quantidade total de catalisador foi 0,5 g (do mesmo procedimento), tem-se:
Tabela 30 – Comparação entre índices de acidez
Índice de acidez (mgNaOH/g)
Quantidade total de catalisador 1 g 0,5 g
Branco 1,2927 0,9795
½ a ½ 1,5766 2,2966
Os valores com quantidade total igual a 1 g são a média de vários índices obtidos
com 1 g também, enquanto que os índices de 0,5 g correspondem à uma única titulação
(teste realizado apenas uma vez). Tendo isto em vista, conclui-se que o Branco que deu
melhor resultado a nível de índice de acidez foi o que utilizou 0,5 g total de catalisador,
enquanto que o ½ a ½ que apresentou melhores resultados foi o que utilizou 1 g total de
catalisador.
11.5.3.1 Referente ao procedimento 1
Da mesma forma que quanto mais reutilizado (maior índice de acidez) o óleo,
menor o rendimento (quase não há separação de fases), quanto mais ácido o biodiesel,
menor o rendimento também. Assim como mostra o gráfico, o procedimento original,
cuja acidez era menor que o ½ a ½, produziu mais que este (cujo valor do índice deve-se
ao caráter ácido da infusão).
Como catalisadores não participam da reação, atuando apenas como mecanismos
para que ocorram, estão presentes no meio reagente ao término do processo. No
procedimento padrão, o excesso de NaOH neutraliza a acidez do óleo (ainda que baixa),
bem como no procedimento ½ a ½, neutralizando a acidez da infusão (pH = 5,76). Já nos
105
testes que utilizaram só infusão ou só erva-mate residual, não havia agentes básicos para
neutralização, resultando em ligeira acidez nos biodieseis produzidos.
11.5.4 Teste de inflamabilidade
Palito de churrasco
Biodiesel preparado
Todos os biodieseis produzidos testados deram positivo para esse teste, sendo que
os procedimentos “branco” e “½ a ½” produziram chama mais intensa. Ou seja, foi
confirmada a produção de biodiesel em todos os testes.
106
12- CONCLUSÃO
Em suma, o projeto foi bem sucedido ao comprovar a hipótese de que o resíduo da
erva-mate (Ilex paraguariensis) do chimarrão pode servir como catalisador, em suas diversas
formas, nas reações de saponificação – para produção de sabões – e de transesterificação –
para a produção de biodiesel –, além de ser plenamente sustentável ao desenvolver uma
nova forma de segregação do resíduo da bebida que é descartado em massa
principalmente no continente sul-americano e reutilização de óleo de cozinha também
descartado em grandes quantidades.
Especificamente, decidiu-se pela melhor forma de produção do chá comumente
empregado e chegou-se à proporção de 30g da erva para 110 mL de água deionizada,
aquecidos a temperatura de 75ºC durante 5 minutos, que conserva e permite maior
extração dos compostos bioativos. O óleo, por sua vez, foi avaliado conforme seu grau de
acidez, revelando que quanto mais utilizado – maior o índice de acidez – melhor é seu
emprego na produção de sabão, e quanto menos utilizado – menor o índice de acidez –
melhor é seu emprego na produção de biodiesel em função de seu aspecto límpido.
A reação de saponificação obteve maior êxito no quesito do tempo de solidificação
quando o catalisador empregado é uma mistura do catalisador original com a infusão da
bebida (vide item 11.3.2). Complementarmente, a reação de transesterificação também
resultou na melhor separação de fases e rendimento do biodiesel quando empregada a
mistura do catalisador original com o resíduo do chimarrão (vide item 11.5.2), sem
quaisquer alterações das propriedades físico-químicas do biocombustível.
Assim, conclui-se que o projeto propõe uma economia de, pelo menos, 50% dos
gastos na produção de sabão e 75% na produção de biodiesel em relação aos
catalisadores originais no meio industrial – etanol para a reação de saponificação e
hidróxido de sódio (NaOH) para transesterificação – fazendo o reaproveitamento de
resíduos e gerando produtos os quais pode-se atribuir o selo de ecologicamente corretos.
107
Aos futuros projetos que visem dar continuidade ao trabalho, uma vasta área de
pesquisa abre-se então, envolvendo novas propostas como métodos que empreguem o
etanol na produção de biodiesel e testem óleos de outras fontes vegetais.
108
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