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Descreve as propriedades da polpa da bananeira e seus diversos usos.
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PRODUO DE POLPA CELULSICA A PARTIR DE
ENGAO DE BANANEIRA
MARIA DE LOURDES APARECIDA PRUDENTE SOFFNER
Economista Domstico
Orientador: Prof. Dr. FRANCIDES GOMES DA SILVA JNIOR
Dissertao apresentada Escola Superior de
Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de
So Paulo, para obteno do ttulo de Mestre
em Cincias, rea de Concentrao: Cincia e
Tecnologia de Madeiras.
PIRACICABA
Estado de So Paulo Brasil
Julho - 2001
Dados Internacionais de Catalogao na Publicao (CIP)DIVISO DE BIBLIOTECA E DOCUMENTAO - Campus Luiz de Queiroz/USP
Soffner, Maria de Lourdes Aparecida PrudenteProduo de polpa celulsica a partir de engao de bananeira / Maria de
Lourdes Aparecida Prudente Soffner. - - Piracicaba, 2001.56 p. : il.
Dissertao (mestrado) - - Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz,2001.
Bibliografia.
1. Engao de bananeira 2. Polpa de celulose 3. Polpao 4. Resduo agrcola I.Ttulo
CDD 676.12
Permitida a cpia total ou parcial deste documento, desde que citada a fonte O autor
DEDICATRIA
Ao meu marido Renato,
pelo amor, carinho, cooperao, compreenso e incentivo.
Sempre com muita pacincia.
Aos meus filhos Jlia e Ricardo, que
souberam acompanhar a me nesta jornada com muito carinho e alegria.
Aos meus pais Pedro e Domitilla (in memoriam) pelo amor e dedicao com
que me ensinaram a enfrentar a vida, sempre com f, simplicidade, entusiasmo
e coragem.
HOMENAGEM
Aos bananicultores do Brasil e populao que atende essa atividade.
O amor fortalece o nosso esprito e nos torna mais humanos
AGRADECIMENTOS
Ao Prof. Dr. Francides Gomes da Silva Jnior (Departamento de
Cincias Florestais/ESALQ/USP) pelo seu interesse, apoio e dedicao
constantes na orientao geral deste trabalho.
Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Cientfico e Tecnolgico
(CNPq) pela bolsa de estudo.
Aos professores do LCF/ESALQ pela colaborao, incentivo e
amizade durante o perodo do mestrado, para a minha formao e para a
realizao deste trabalho, em especial ao Prof. Dr. Jos Otvio Brito (Chefe do
LCF), Prof. Dr. Luiz Ernesto George Barrichelo, Prof. Dr Mrio Tomazello Filho
(Coordenador do Curso de Ps-graduao do ciclo de 1998) e Prof. Dr. Adriana
Maria Nolasco.
Distribuidora de Bananas Magrio S.A. (Vale do Ribeira) pelo
fornecimento do engao de bananeira para este estudo.
Nogueira S.A. - Mquinas Agrcolas (Itapira/SP) pelo emprstimo da
ensiladora desagregadora utilizada na etapa de beneficiamento primrio.
Ao Prof. Dr. Luiz Balastreire, chefe do Departamento de Engenharia
Rural da ESALQ/USP, pela disponibilidade do local, do motor e de funcionrios
para realizao do processamento primrio do engao.
Ao Laboratrio de Qumica, Celulose e Energia/LCF/ESALQ por ter
posto disposio suas dependncias, funcionrios, estagirios e materiais
para a realizao deste trabalho. Maria Regina Buch, Udemilson Luiz
Ceribelli, Anne Caroline dos Santos, aos estagirios e aos colegas da ps-
graduao (Carla dos Santos, Glucia S. B. de Alencar, Ana Maria Meira).
v
Aos funcionrios da secretaria do LCF/ESALQ pelo apoio (Ftima,
Margarete, Danilo e Alexandre).
Ao Sr. Geraldo Jos Zenid (Diviso de Produtos Florestais-IPT), pela
disponibilidade dos funcionrios e reagentes. Aos funcionrios Antnio Carlos
Franco Barbosa (Laboratrio de Anatomia de Madeiras) pelo preparo dos cortes
histolgicos do engao e das lminas, e Srgio Bravolin (Agrupamento de
Preservao de Madeiras) pelo apoio na obteno das imagens dos planos.
Prof. Dr. Beatriz A. da Glria (Chefe do Departamento de Cincias
Biolgicas/ESALQ/USP) pela disponibilidade do Laboratrio de Anatomia
Vegetal, para realizao de imagens dos cortes histolgicos. Marli K. M.
Soares pelas orientaes sobre uso do equipamento.
Ao Prof. Dr. Cludio Angeli Sansgolo (FCA/UNESP) pela
colaborao nas etapas dos planos da dissertao.
Ao Prof. Dr. Marcos Milan (LER/ESALQ) pelas revises, pelo suporte
no estudo de desfibradoras, pelos conselhos e amizade.
Aos bibliotecrios da ESALQ, em especial Eliana M. Garcia
(Central), e Maria Alice Poggiani e Paulo S. Beraldo (IPEF Institudo de
Pesquisa e Estudos Florestais) pelo apoio reviso das normas da dissertao.
Prof. Dr. Maria Elisa de P. E. Garavello (LAN/ESALQ) pela
oportunidade de realizar a viagem tcnica Costa Rica e pelo incentivo.
Ao Prof. Dr. Joo A. Scarpare Filho (ESALQ) e ao Dr. Ricardo A. Kluge
pelas referncias bibliogrficas sobre bananicultura e ao apoio sobre os termos
tcnicos.
Ao Prof. Dr. Salim Simo pelos ensinamentos sobre a cultura da
banana, pelas viagens tcnicas ao Vale do Ribeira e Avar e pelo incentivo.
Deus pela sade, fora e otimismo para realizar este trabalho.
O sucesso na vida profissional futura depende de muita f, dedicao e
entusiasmo no presente
- L. E. G. Barrichelo
SUMRIO
Pgina
LISTA DE FIGURAS................................................................................ viii
LISTA DE TABELAS............................................................................... x
RESUMO................................................................................................. xi
SUMMARY.............................................................................................. xiii
1INTRODUO...................................................................................... 1
2 REVISO DE LITERATURA................................................................ 4
2.1 A cultura da banana.......................................................................... 4
2.1.1 Origem, disperso e classificao.................................................. 4
2.1.2 Panorama da bananicultura........................................................... 7
2.1.3 Resduos da bananeira.................................................................. 8
2.2 Produo de polpa celulsica a partir de resduos da bananeira..... 11
2.3 Caractersticas do engao para produo de polpa celulsica......... 12
2.4 Pr-tratamentos e processos de polpao para fibras no-
madeiras.........................................................................................
.
13
2.4.1 Pr-tratamentos.............................................................................. 13
2.4.2 Processos de polpaes utilizados em plantas no-madeiras....... 15
3 MATERIAL E MTODOS..................................................................... 19
3.1Material vegetal.................................................................................. 19
3.2 Caracterizao anatmica, morfolgica e qumica do engao.......... 19
vii
3.3 Processamento primrio do engao.................................................. 21
3.3.1 Caracterizao fsica e qumica do bagao................................... 22
3.4 Pr-tratamentos para polpao......................................................... 23
3.4.1 Lavagem......................................................................................... 24
3.4.2 Pr-extrao aquosa...................................................................... 24
3.5 Cozimentos........................................................................................ 24
3.5.1 Polpao cal................................................................................... 25
3.5.2 Testemunha.................................................................................... 25
3.6 Parmetros estabelecidos para avaliao dos cozimentos.............. 25
4 RESULTADOS E DISCUSSO............................................................ 26
4.1 Caracterizao do engao da bananeira.......................................... 26
4.1.1 Morfologia....................................................................................... 26
4.1.2 Composio qumica...................................................................... 28
4.1.3 Estrutura anatmica....................................................................... 29
4.1.3.1 Dimenses das fibras.................................................................. 31
4.2 Processamento primrio do engao.................................................. 34
4.3 Pr-tratamentos................................................................................. 38
4.4 Polpao............................................................................................ 41
4.5 Fluxograma de unidade industrial..................................................... 46
5 CONCLUSES.................................................................................... 48
REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS........................................................ 50
LISTA DE FIGURAS
Pgina
1 Origem e distribuio da banana (Soto Ballestero, 1992)................... 5
2 Partes da bananeira, Musa sp............................................................. 6
3 Fluxograma da gerao de resduos da bananicultura 9
4 Esquema dos cortes histolgicos do engao de bananeira, Musa sp. 20
5 Desfibradora (ensiladora desagregadora), Marca Nogueira, Modelo
EN- 9F3A.............................................................................................
22
6 Engao de bananeira, Musa cavendishii, cultivar nanico.................. 27
7 Plano transversal do centro (7a) e da periferia (7b) do engao de
bananeira, M cavendishii, cultivar nanico. (1) vasos, (2) clulas de
parnquima e (3) feixes fibrosos - aumento/100x..............................
30
8 Histograma da frequncia da classificao do comprimento das
fibras do engao..................................................................................
32
9 Engao processado mecanicamente, denominado de bagao, M.
cavendishii, cultivar nanico................................................................
35
10 Composio qumica do engao e do bagao................................... 37
11 Eficincia de remoo de extrativos do bagao pelos tratamentos:
lavagem, pr-extrao aquosa e lavagem seguida de pr-extrao
aquosa...............................................................................................
40
12 Filtro atmosfrico (Smook, 1994)....................................................... 41
13 Rendimentos Polpao cal (CaO) Bagao original (sem
tratamento) e bagao lavado............................................................
ix
tratamento) e bagao lavado............................................................ 42
14 Teor de lignina residual em funo da carga alcalina...................... 43
15 Eficincia de deslignificao em funo da carga alcalina............... 44
16 Carga especfica de CaO t de CaO/t de lignina inicial................... 45
17 Fluxograma bsico de unidade de produo de polpa celulsica a
partir do engao de bananeira..........................................................
47
LISTA DE TABELAS
Pgina
1 Parmetros para caracterizao do engao e metodologias............. 21
2 Relaes entre dimenses de fibra.................................................... 23
3 Caractersticas morfolgicas do engao de bananeira, M.
cavendishii, cultivar nanico..............................................................
27
4 Composio qumica do engao de bananeira, M. cavendishii,
cultivar nanico..................................................................................
28
5 Dimenses das fibras do engao de bananeira, M. cavnedishii,
cultivar nanico .................................................................................
31
6 Composio qumica do bagao do engao de bananeira, M.
cavendishii, cultivar nanico..............................................................
36
7 Rendimentos e composies qumicas dos bagaos tratados.......... 39
PRODUO DE POLPA CELULSICA A PARTIR DE ENGAO
DE BANANEIRA
Autora: MARIA DE LOURDES APARECIDA PRUDENTE SOFFNER
Orientador: Prof. Dr. FRANCIDES GOMES DA SILVA JNIOR
RESUMO
O engao de bananeira, suporte que sustenta o cacho de bananas,
normalmente descartado aps a colheita da fruta, seja nas casas de
embalagens (packing houses) ou em centros distribuidores, onde considerado
verdadeiro resduo pelo grande volume gerado e por no ser aproveitado. Por
essa razo e por constituir-se em material fibroso, o engao foi avaliado para
produo de polpa celulsica. O engao in natura apresenta cerca de 93% de
umidade e clulas de parnquima em abundncia; em termos de composio
qumica, o engao apresenta 7,4% de lignina, 47,8% de extrativos totais, e
47,6% de holocelulose. Nesta pesquisa, a performance do engao como
matria-prima para produo de polpa celulsica foi avaliada, usando o CaO
como fonte lcali. Foram utilizadas lavagem e pr-extrao aquosa (100 oC, por
100 minutos) como pr-processos com o propsito de reduzir a grande
xii
quantidade de extrativos no bagao do engao de bananeira. O bagao original
e os materiais obtidos aps os pr-processos foram submetidos polpao
com CaO com 8, 10, 12 e 14% de CaO, temperatura de 120 oC por 120
minutos em digestor rotativo. Para comparao foi utilizado o processo soda de
polpao, sob as mesmas condies, usando-se 12% de NaOH como carga
alcalina. Os resultados mostraram que a aplicao da lavagem e pr-extrao
aquosa ocasionaram a reduo de cerca de 40% da massa inicial do bagao.
Considerando-se as condies de polpao e tambm a composio qumica
do engao de bananeira, os pr-processos avaliados no apresentaram um
significativo efeito no processo de cozimento. Para a polpao do engao, o
processo de polpao cal pode ser considerado uma alternativa tcnica para
produo de polpa celulsica, apresentando nveis de deslignificao similar ao
do processo de polpao soda.
PULP PRODUCTION FROM BANANA STEM
Author: MARIA DE LOURDES APARECIDA PRUDENTE SOFFNER
Adviser: Prof. Dr. FRANCIDES GOMES DA SILVA JNIOR
SUMMARY
The banana stem, grain stalk that supports the banana fruits, is
normally discarded after the fruit harvesting, either in the packing house or in
the delivering centers, where it is considered a residue due to the great volume
generated. For this reason and for being a fibrous material, stem was evaluated
for pulp production. The stem in natura presents 93 % of humidity and
parenchymatic cells in abundance; in terms of chemical composition the stem
presents 7,4% of lignin, 47,0 % of total extractives and 45,6% of holocelullose.
In this research, the performance of the stem as raw material for pulp production
was evaluated, using the CaO as an alkali source. Washing and aqueous pre-
extraction (100 oC and 100 minutes) were considered as a pre-process in order
to reduce the amount of extractives on the banana stem bagasse; the original
bagasse and the materials obtained after the pre-processes were submitted to
the CaO pulping with 8, 10, 12 and 14 % of CaO, at 120 oC temperature during
120 minutes in rotating digester. For comparison, a soda cooking was carried
xiv
out, under the same conditions using 12% of NaOH as alkaline charge. The
results showed that the aplication of washing and aqueous pre-extraction
caused a reduction of about 40% in the initial mass of bagasse. Considering the
pulping conditions and also the chemical composition of the banana stem
bagasse the pre-process evaluated did not show a significant effect on the
cooking process itself. For the banana stem pulping, a CaO process can be
considered a technical alternative for pulp production, with delignification rates
similar to the NaOH process.
1 INTRODUO
A produo mundial de banana de aproximadamente 64,6 milhes
de t/ano. A ndia ocupa o primeiro lugar com 13,9 milhes de t/ano, em segundo
lugar encontra-se o Equador com 6,8 milhes de t/ano e em terceiro lugar
encontra-se o Brasil com 6,3 milhes de t/ano (FAO, 2001).
A cultura da banana est distribuda por todo o territrio brasileiro. Os
principais estados produtores dessa fruta so Par, So Paulo, Bahia,
Amazonas, Minas Gerais e Santa Catarina. As espcies de banana mais
cultivadas so Musa sapientum, cultivar prata; e Musa cavendishii, cultivares
nanica e nanico. Cerca de 90% da produo destina-se ao mercado interno
para comercializao da fruta in natura e para fins industriais.
O estado de So Paulo, segundo maior produtor de banana do pas,
possui uma rea cultivada de aproximadamente 50.170 ha (Anurio Estatstico
Brasileiro, 1998). A espcie mais difundida a Musa cavendishii, cultivares
nanica e nanico, as quais possuem um rendimento mdio de 1214
cachos/hectare. A produo do estado de So Paulo est concentrada na
Diviso Regional Agrcola (DIRA) do municpio de Registro, que compreende a
rea abrangida pelo Vale do Ribeira e litoral sul do estado. Essa regio a
maior produtora de banana do Estado, com uma rea cultivada de cerca de
40.445 ha (Arruda et al., 1993).
2
A cultura da banana gera grande quantidade de resduos aps a
colheita da fruta, sendo considerados os mais importantes em termos de grande
volume gerado e de potencial fibroso o pseudocaule, a folha e o engao. Os
pseudocaules e as folhas normalmente so utilizados no solo como cobertura
morta, para manter a sua umidade e evitar eroso, controlar plantas daninhas e
retornar nutrientes planta. Essa forma de aproveitamento contribui para
minimizar custos com adubao dessa cultura. O engao no tem sido
aproveitado, sendo descartado no processo de separao das pencas na casa
de embalagem (packing house) e disposto sobre o solo, geralmente em rea
urbana, ou descartado no lixo domstico. Esta forma de disposio contribui
para a gerao de srios problemas ambientais e fitossanitrios, e implica em
custos com transportes.
Os resduos da bananeira frutfera cultivada, Musa sp, o pseudocaule,
o engao e a folha, tm sido utilizados, h muito tempo, em artesanatos com a
palha e a fibra, para a produo de cordas, tapetes, chapus, cestos, tecidos e
papis especiais e artesanais em vrios pases como: Brasil, Costa Rica,
Equador, Filipinas. No Brasil foram realizadas pesquisas visando verificar os
potenciais de aplicao desses resduos em materiais de construo, indstria
automotiva, artigos txteis e produo de polpa celulsica e papis artesanais.
Um bananal conduzido de maneira convencional pode fornecer 200
t/ha/ano de restos de cultura, compreendendo pseudocaules, engaos e folhas.
O peso mdio do engao segundo Kluge et al. (1999) de 2,26kg,
representando 8 % do cacho. Com isso, a quantidade de engao disponvel no
estado de So Paulo de cerca de 4,72 t/ha/ano, totalizando aproximadamente
236.800 t/ano de engao in natura, e 16.580 t/ano de matria seca.
A possibilidade de aproveitamento do engao na produo de polpa
celulsica representa uma alternativa interessante para as regies produtoras
de banana. Trata-se de um material com potencial fibroso, o qual pode ser
classificado como matria-prima no madeireira para produo de polpa
celulsica de fibra longa, agrupado como resduo agrcola, proveniente de
3
planta anual, da classe das monocotiledneas. Normalmente as matrias-
primas no madeireiras possuem baixo teor de lignina, quando comparado s
madeiras, o que proporciona facilidade nos processos de polpao e
branqueamento.
O uso do engao como matria-prima para produo de polpa
celulsica possibilita agregar valor a um resduo, transformando-o em
subproduto, polpa celulsica, o que contribui para a minimizao de impactos
ambientais negativos. Na Costa Rica os rejeitos da bananicultura so
descartados no mar pelos produtores. No Brasil grande parte dos resduos
permanece nos bananais favorecendo o desenvolvimento de organismos
biodeterioradores e de animais peonhentos. Do ponto de vista tecnolgico, o
engao representa uma fonte alternativa de fibra longa para produo de papis
especiais.
No entanto, para viabilizar a produo em escala industrial
necessrio o desenvolvimento de tecnologias adequadas para a polpao do
engao, j que muitas culturas de banana esto localizadas prximas reas
de preservao ambiental, como o caso da Regio do Vale do Ribeira, no
Estado de So Paulo. Pases como o Equador e a Costa Rica possuem
pequenas indstrias de produo de polpas celulsicas e papis especiais e
artesanais de engao de bananeira.
Tendo em vista o benefcio que pode advir do aproveitamento do
engao tanto do ponto de vista ambiental como econmico, o objetivo deste
trabalho foi avaliar o potencial de uso do engao de bananeira Musa sp, para
produo de polpa celulsica, atravs do processo de polpao cal.
2 REVISO DE LITERATURA
2.1 A cultura da banana
2.1.1 Origem, disperso e classificao
A palavra banana tem origem africana e conhecida tambm pelos
nomes banano, pltano, gruneo e cambure (Soto Ballestero, 1992). A banana
considerada uma das primeiras frutas utilizadas na alimentao humana e tem
origem na sia (Simmonds, 1959; Medina et al., 1985).
A disperso da cultura da banana pelo mundo est ligada ao perodo
do descobrimento. Supe-se que os navegantes portugueses, atravs das suas
viagens, conheceram essa fruta e comearam a cultiv-la por onde passavam
(Soto Ballestero, 1992).
A distribuio geogrfica da cultura econmica da bananeira est
compreendida entre as latitudes de 25 N e 25 S, embora sejam encontradas
at 34 N em Israel e 30 S em Natal, na frica. Nem todas as regies dentro
dessa faixa apresentam condies favorveis ao plantio comercial, quer por
questes de temperatura, em funo da altitude, quer por escassez e m
distribuio da precipitao pluvial (Medina,1961).
A bananeira uma planta perene e possui ciclo vegetativo com
desenvolvimento de forma contnua e acelerada. uma planta muito exigente
em relao ao clima, principalmente em relao temperatura e umidade,
sendo o recomendado um ndice pluviomtrico mensal de 100 mm e
temperatura de 27 oC. A oscilao desses ndices pode implicar na reduo no
5
desenvolvimento da planta (Moreira, 1987). O perodo compreendido entre o
plantio e a colheita do fruto pode oscilar de 12 a 18 meses (Simo, 1971).
A origem e distribuio geogrfica da banana esto representadas na
Figura 1.
Figura 1 - Origem e distribuio da banana (Soto Ballestero, 1992)
A bananeira pertence diviso Agiospermae (= Magnoliophyta),
classe Monocotyledoneae (= Lilipsida), ordem Scitaminae (= Zigiberales) e
famlia Musaceae (Engler, 1954; Cronquist, 1981). A famlia Musaceae
constituda por dois gneros: Musa (bananas comestveis) e Ensete (bananas
1) ndia 10) Mediterrneo 19) Panam 2) Camboja 11) Arbia 20) Equador 3) Taiwan 12) frica 21) Austrlia 4) Filipinas 13) Uganda 22) Ilhas Fiji 5) China do Sul 14) frica Oriental 23) Ilhas Hawai 6) Birmnia 15) frica Ocidental 24) Brasil 7) Sumatra 16) Guinea 25) Costa Rica 8) Java 17) Ilhas Canrias 9) Borno 18) Repblica Dominicana
6
silvestres). O primeiro apresenta 35 espcies e o segundo, um total de 7
espcies (Rochelle et al., 1991).
O gnero Musa ainda pode ser dividido em 4 subgneros:
Australimusa, Rhodochlamys, Callimusa e Eumusa. Os subgneros Callimusa e
Rhodochlamys no produzem frutos comestveis. O subgnero Australimusa
contm apenas uma espcie, conhecida como abac (Musa textilis), que
utilizada em alguns pases para extrao de fibras txteis das bainhas foliares.
No subgnero Eumusa, ou simplesmente Musa, onde se encontram as
espcies de interesse comercial (Simmonds, 1966)
O grupo mais cultivado no mundo o Cavendishii, que compreende
vrios cultivares. No Brasil as cultivares mais difundidas desse grupo so
nanica e nanico (sub grupo Giant Cavendishii triploide AAA).
A bananeira um vegetal herbceo completo, tpico das regies
tropicais midas, que possui raiz, caule subterrneo, folhas, flores, frutos e
sementes (Figura 2).
Figura 2 - Partes da bananeira, Musa sp
7
O caule, ou rizoma, subterrneo, nele ocorre a formao das razes,
das folhas, da inflorescncia e a gerao de novos rebentos ou filhotes.
O pseudocaule um estirpe ou tronco em formato de um cilindro
irregular, formado por bainhas foliares sobrepostas, tendo em seu interior o
palmito ou corao central. No prolongamento das bainhas foliares
encontram-se as folhas. O cacho composto pelas partes: engao, rquis,
pencas de bananas e boto floral ou corao (Medina, 1961).
O engao o pednculo da inflorescncia, que tem incio no pice do
pseudocaule e termina na insero da primeira penca. O rquis o eixo de
inflorescncia, que inicia no ponto onde termina o engao e alonga-se at o
local de insero do boto floral. As flores femininas formaro os frutos e esto
inseridas no rquis feminino, que inicia no ponto onde inicia a primeira penca e
estende-se at a ltima. As flores masculinas esto no rquis masculino, a
partir do ponto de insero da ltima penca e termina no boto floral (Soto
Balestero, 1992).
O eixo que sustenta o cacho de bananas conhecido no Brasil como
engao ou rquis e na lngua inglesa ele denominado peduncle, rachis,
stalk ou stem (Simmonds, 1966).
A penca formada pelo conjunto de frutos ou dedos, estruturadas em
duas fileiras horizontais e paralelas. O ponto de fuso dos pednculos recebe o
nome de almofada. O conjunto de flores masculinas ainda em
desenvolvimento conhecido como boto floral ou corao (Simo, 1971).
Os tamanhos das partes da bananeira dependero da espcie,
cultivar, condies edafoclimticas e tratos culturais.
2.1.2 Panorama da bananicultura
A produo mundial de banana est estimada em 64,6 milhes de
t/ano, sendo a ndia o maior produtor mundial, com 13,9 milhes de t/ano,
8
ocupando uma rea de 445.000 ha cultivados. Em segundo lugar est o
Equador com 6,8 milhes de t/ano, com 213.000 ha cultivados. O Brasil ocupa a
terceira posio produzindo 6,3 milhes de t/ano, com rea plantada de
aproximadamente 523.900 ha (FAO, 2001).
A cultura da banana est distribuda por todo o territrio nacional,
participando com significativa importncia na economia de diversos estados
brasileiros. Sendo os maiores produtores: Par, So Paulo, Bahia, amazonas,
Minas Gerais, e Santa Catarina (Anurio Estatstico Brasileiro, 1998).
Nos ltimos anos, a bananicultura tem sido deslocada para regies
no tradicionais de cultivo. Atualmente, podemos encontrar bananais em todas
as regies do Brasil, desde as faixas litorneas at as regies de planalto
(Anurio Estatstico do Brasil, 1996).
A bananicultura apresenta elevada importncia social e econmica em
algumas regies, possuindo papel importante como fonte de alimentao,
fixao de mo-de-obra no campo e geradora de divisas para o pas.
Os principais fatores que afetam diretamente o setor produtivo da
atividade bananicultora so: a alta competitividade dos pases desenvolvidos
que imperam sobre o mercado exportador por deterem as novas tecnologias; a
baixa produtividade dos pases que aplicam manejo cultural inadequado, pela
escassez de recursos econmicos; a incidncia de pragas e molstias que se
alastram devastando bananais.
2.1.3 Resduos da bananeira
A idia usual de resduo ou o que sobra, decorre da agregao
aleatria de elementos bem definidos que, quando agrupados, transformam-se
em uma massa sem valor comercial e com potencial de agresso ambiental
varivel segundo a sua composio (Figueiredo, 1995).
9
No Brasil, a denominao de resduo slido inclui as descargas de
materiais slidos provenientes das operaes industriais, comerciais, agrcolas
e das atividades da comunidade (Figueiredo, 1995).
As principais objees aos resduos slidos nas sociedades de
consumo se enquadram em cinco categorias: sade pblica, esttica, ocupao
do espao, custo de recolhimento-processamento e degradao de recursos
naturais. Estes tens representam custos de mo-de-obra, transporte, energia e
comprometimento do bem estar e do ambiente (Nolasco, 1993 ).
A gerao de resduos da atividade bananicultora est representado
na Figura 3.
Figura 3 - Fluxograma da gerao de resduos da bananicultura
Na atividade bananicultora, aps a colheita da fruta, o cacho
conduzido para outros locais e as outras partes da planta permanecem no
bananal. A planta entra em senescncia e morre, encerrando o ciclo vegetativo,
tornando-se resto de cultura ou resduo agrcola.
Bananeira
Coleta dos cachos
Pseudocaule (1)
Casa de embalagem
Comercializao dos cachos
Engao (3)
Folha (2)
10
O cacho deslocado para outros locais e as outras partes da planta,
como pseudocaule, folhas e corao, normalmente permanecem no bananal,
sendo utilizadas como cobertura no solo.
O pseudocaule e a folha, aps a colheita da fruta, normalmente so
utilizados no solo, como cobertura morta, para manter a umidade, evitar
eroso, controlar plantas daninhas e devolver nutrientes ao solo para reduzir
custos de adubao.
O engao normalmente descartado no processo de separao das
pencas, nas casas de embalagem (packing house), onde so realizadas a
seleo, a limpeza e a classificao da fruta. Outro ponto de descarte do
engao so os centros distribuidores, onde esse material fica disposto sobre o
solo, geralmente em rea urbana, ou acrescentado ao lixo domstico. De
acordo com Blanco Rojas (1996), o engao possui rpida decomposio,
devido sua alta umidade, cerca de 93 %, a sua composio qumica favorece
a proliferao de insetos e microorganismos biodegradadores. O acmulo de
engao gera srios problemas ambientais e fitossanitrios, pelo volume gerado.
Simmonds (1966) mencionou que o engao era utilizado na Costa
Rica como cobertura de solo, porm os custos com seu deslocamento e
manuseio no compensavam essa prtica.
Segundo Gowen (1996) as partes da bananeira, grupo Cavendishii,
concentram os seguintes nutrientes: na raiz, Mg e Zn; no rizoma, Cu, Fe e Al;
no pseudocaule, N, Mn, Ca e Mg; na folha, K, S, B, Cl, Zn, Cu e P; no engao
N; e P no fruto.
De acordo com Hiroce (1972), aps a colheita da fruta, a atividade
bananicultora pode gerar em matria seca, para o grupo Cavendishii: 8 t/ha de
pseudocaule, 4,7 t/ha de folha; 0,7 t/ha de engao e 0,3 t/ha de boto floral ou
corao.
Simmonds (1959) relatou que o engao representa de 8,6 a 12,6% do
peso do cacho; enquanto na Costa Rica o engao compreende de 6,7 a 7,36%
do cacho, os quais oscilam entre 22,8 a 38,4 kg para o grupo Cavendishii.
11
Kluge et al. (1999) obteve uma mdia para o peso do engao de 8% do peso do
cacho para o mesmo grupo. De acordo com a densidade de plantio, podem ser
retiradas do bananal de 3,14 a 6,30 t/ha de engao com cerca de 93% de
umidade, ou ento 0,22 a 0,44 t/ha de engao seco.
2.2 Produo de polpa celulsica a partir de resduos da bananeira
Muitas espcies de bananeiras, do gnero Musa, tm sido exploradas
para comercializao em pequena escala das fibras tcnicas ou comerciais
do pseudocaule, que constituem-se em feixes fibrosos com comprimentos
relacionados com o comprimento do pseudocaule. H muitos anos vem sendo
averiguada a viabilidade tcnica para produzir polpa celulsica a partir dos
resduos da bananeira, principalmente do pseudocaule e do engao.
A espcie Musa textiles ou abac, cultivada principalmente para
produo de fibras txteis de seu pseudocaule, pois seu fruto no explorado
para consumo humano. Essa fibra conhecida comercialmente como abac ou
cnhamo de Manila. Alm das Filipinas cultivada comercialmente em menor
escala em Borno, Sumatra e alguns pases da Amrica Central. Nas Ilhas
Filipinas o abac era usado para manufatura de tecidos para roupas em geral.
Essa fibra muito indicada para produo de produtos artesanais como bolsas,
sacolas e chapus. Os pseudocaules de bananeiras frutferas tambm possuem
fibras txteis, que podem ser exploradas comercialmente (Medina, 1959;
Hiroce, 1972; Jarman et al., 1977, Soffner et al., 1999).
O pseudocaule do abac utilizado para produzir um papel com
elevada resistncia, denominado manila paper, empregado na fabricao de
sacos para acondicionamento de farinhas, cimento, cal e artigos semelhantes.
No Japo, a fibra do abac utilizada para manufatura de um papelo
resistente, usado na construo de paredes e mveis (Medina, 1959).
Pases produtores de banana como a Costa Rica e o Equador
possuem tecnologias para produzir papis com fibra de bananeira. A Costa
12
Rica, um dos maiores exportadores mundiais de banana, tem utilizado o engao
como fonte de matria-prima na produo de papis de impresso na
proporo de 10% de fibra de engao e 90% de aparas, e tambm para
produo de papis artesanais (Garavello & Soffner, 1997).
2.3 Caractersticas do engao para produo de polpa celulsica
Blanco Rojas (1996) avaliou polpas celulsicas a partir do engao de
bananeira, obtidas pelos processos sulfato, soda e termomecnico e concluiu
que esse material possui grande potencial para ser utilizado na produo de
polpa celulsica e papel, principalmente para fins que requeiram resistncia.
As fibras do engao de bananeira, sub grupo Giant cavendishii,
possuem comprimento mdio de 7 mm e largura mdia de 40 m (Blanco
Rojas, 1996). Sabrio (1981) considera essa fibra apropriada para produzir
papis de embalagem e carto, por possuir propriedades como resistncia,
espessura e porosidade.
A composio qumica do engao de bananeira foi averiguada por
Shedden (1978) e Torres (1981), para o cultivar Giant cavendishii. O teor de
lignina encontrado foi 11,73% e os teores de holocelulose e hemiceluloses
foram 53,5% e 15%, respectivamente. Os resultados dessas pesquisas
apontaram que esse material apropriado para produzir polpas celulsicas
atravs do processo de polpao mecnico.
De acordo com estudos realizados por Sheddem (1978) e Torres
(1981) o baixo teor de holocelulose encontrado nas espcies do gnero Musa
reduz o rendimento dos processos qumicos de polpao. O valor obtido para
lignina foi considerado baixo, 8 %, quando comparado aos teores para madeira,
na faixa de 25 a 35 % (Brito, 1985).
13
2.4 Pr- tratamentos e processos de polpao para fibras no-madeiras
Historicamente os primeiros papis para escrita foram produzidos a
partir de plantas no-madeiras, ou denominadas de plantas anuais. Atualmente
essas plantas representam uma alternativa para pases com baixa
disponibilidade de madeiras, e tambm aos que dispem de resduos agrcolas
fibrosos ou culturas de plantas fibrosas no-madeiras como: abac (Musa
textiles), bananeira (Musa sp), bambu (Bambusa vulgaris), frmio (Phormium
tenax), juta (Corchorus capsularis), linho (Linum usitatissimum ), rami
(Bochemeria nivea), sisal (Agave sisalana), bagao de cana-de-acar
(Saccharum officinarum ), palha de arroz (Oriza sativa), palha de trigo (Triticum
aestivum) (Rodz, 1984).
O uso de plantas no-madeiras como fonte de matria-prima para
produo de polpa celulsica e papel tem sido crescente, especialmente nos
trpicos, onde a disponibilidade de materiais de fibra longa pequena (Darkwa,
1998). A utilizao dessas plantas na fabricao de polpa celulsica pressupe
uma desagregao das estruturas de seus elementos construtivos, mediante
processos fsicos, qumicos ou biotecnolgicos, ou usando processos mistos
decorrentes de uma participao conjunta e equilibrada dos processos
(Barrichelo & Brito, 1976).
2.4.1 Pr- tratamentos
Antes do processo de polpao propriamente dito, algumas fibras no-
madeiras necessitam de pr-tratamentos, que podem ser mecnicos ou
qumicos, para a retirada de materiais indesejveis, constitudos por tecidos
parenquimticos e elementos de vasos, que so denominados de medula.
Esses constituintes dificultam o processo de polpao e implicam em perda de
qualidade da polpa celulsica. Esses tratamentos facilitam o processo de
deslignificao, reduzem o consumo de reagentes qumicos e melhoram o
rendimento e a qualidade da polpa (Blanco Rojas, 1996).
14
Atchison (1987b) afirma que o beneficiamento de material no-
madeira deve ser economicamente vivel e realizado por ao mecnica. No
caso da bananeira necessrio reduzir ou mesmo eliminar a medula. A
proporo entre medula e fibra de 70/30 (Darkwa, 1988). O engao de
bananeira pode ser beneficiado mecanicamente, em moinho de martelos, o qual
provoca a desagregao no engao in natura, preparando-o para produo de
polpa celulsica (Blanco Rojas, 1996).
As fibras txteis do rami e o bagao de cana so beneficiados por
processos fsicos ou por ao de gua quente, atravs da lavagem e posterior
centrifugao para eliminar substncias solveis em gua (Benatti Junior, 1986;
Abel-Rehim & Tarabousi, 1987)
Fernandes et al. (1981) mostraram que o pseudocaule de bananeira
possui 38% de material mucilaginoso. Esse material dificulta o processo de
deslignificao e a lavagem da polpa, e ainda resulta no escurecimento da
polpa celulsica e obstruo de feltros e telas. Estes autores recomendaram,
portanto, a remoo desses materiais antes do processo de polpao, tratando-
se o pseudocaule com 2% de cido clordrico, considerado cido fraco, o qual
no afetar significativamente as propriedades da fibra. Esse cido foi utilizado
por apresentar custo inferior ao cido sulfrico, que tambm poderia ser
utilizado para esse fim. O material resultante desse tratamento constitui-se de
35% de fibra bruta.
Darkwa (1978) tratou o pseudocaule com NaOH a 1 e 2%, HCl a 1%,
Na2SO3 a 1% e com 0,5% de di-octil sulfoccionato de sdio, seguido de
tratamento mecnico em refinador de disco para separao de clulas de
parnquimas e componentes minerais.
Para o beneficiamento do bagao de cana-de-acar Abel-Rehim &
Tarabolsi (1987) utilizaram cal (lime) e afirmaram que ela efetiva para
romper as ligaes entre a medula e as fibras. Este processo pode ser
considerado como um primeiro estgio no processo de polpao deste material,
resultando numa diminuio do consumo de reagentes qumicos.
15
Montalvo et al. (1984) aplicaram o estgio de pr-extrao aquosa
para colmos de bambu, com o objetivo de eliminar parte dos extrativos, facilitar
a polpao kraft posterior, favorecer a destruio das clulas parenquimticas,
as quais afetam desfavoravelmente as resistncias fsicas e mecnicas da
polpa celulsica; promover reduo de lcali durante o estgio de polpao,
facilitar a ligao entre as fibras e favorecer as resistncias fsicas e mecnicas
da polpa. Os resultados mostraram que houve remoo parcial dos extrativos
por meio desta etapa, reduo de cargas alcalinas na polpao kraft e efeitos
favorveis na qualidade da polpa. Para o bambu, a pr-extrao aquosa
solubilizou cerca de 80% dessas substncias 140 o C.
A pr-hidrlise aquosa pode ser utilizada no processo de polpao
kraft. Este processo consiste em tratar a matria-prima com vapor dgua ou
solues cidas diludas, 0,2 a 0,5 %, e altas temperaturas, de 165 a 175o C,
visando remover as hemiceluloses. A pr-hidrlise utilizada em processos de
produo de polpas solveis, onde se deseja produzir polpas com alto grau de
pureza, com alto teor de a-celulose, utilizadas para a produo de derivados
da celulose como rayon (Costa et al., 1998).
2.4.2 Processos de polpaes utilizados em plantas no-madeiras
A obteno da polpa celulsica constitui a primeira etapa da produo
de papel. Sob o ponto de vista tcnico, o termo polpa celulsica compreende o
resduo fibroso proveniente da deslignificao parcial ou total da matria-prima
vegetal empregada (Foelkel & Barrichelo, 1975).
Os processos de produo de polpa celulsica podem ser
classificados em cidos ou alcalinos (Grant, 1966; Foelkel & Barrichelo, 1975;
DAlmeida, 1988). Para os vegetais no-madeiras os processos de polpao
mais utilizados so os alcalinos.
Sob o ponto de vista ecolgico, praticidade e economia, os processos
de polpao mais recomendados so: mecnico, termomecnico e cal (CaO).
16
Esses processos tm sido empregados h muitos anos e em inmeros pases,
para produo de polpas celulsicas a partir de plantas no-madeiras e em
resduos agrcolas em geral (Blanco Rojas, 1996).
Blanco Rojas (1996) utilizou o processo termomecnico para polpao
do engao. O mtodo consistiu primeiramente na eliminao de materiais no
fibrosos presentes no engao em sua forma original e que implicariam na
qualidade final do papel, como epiderme, clulas parenquimticas, extrativos e
cinzas. Os cavacos foram cozidos em gua por 3 horas 98 C, realizando a
separao fsica dos materiais indesejados. Numa segunda etapa, o material foi
refinado mecanicamente produzindo polpa celulsica. Por esse processo
obteve-se um rendimento global de aproximadamente 31% de polpa em relao
ao peso seco do engao.
Rydholm (1965) afirma que o Ca(OH)2 foi uma das primeiras bases a
ser utilizada em polpao de palhas, plantas fibrosas e resduos agrcolas. O
processo de polpao cal, descrito por Foelkel & Barrichelo (1975),
classificado como um processo alcalino, cujo reagente empregado para
promover a deslignificao o hidrxido de clcio Ca(OH)2. Normalmente
este lcali empregado para resduos agrcolas como palhas de cereais,
bagao de cana-de-acar . A celulose produzida do tipo semi-qumica, a qual
apresenta qualidade inferior, e pode ser empregada na fabricao de papelo
ondulado (miolo).
At meados de 1950, a maior parte da polpa celulsica de palha era
obtida pelo processo cal, usando digestores esfricos (bola). Estes digestores
tinham de 4,30 a 5,50 m de dimetro, e durante a coco, aplicava-se vapor
direto e girava-se o digestor ao mesmo tempo (Atchison et al., 1976).
De acordo com Grant (1966), o processo cal muito utilizado quando
se quer evitar uma degradao excessiva na celulose presente em matrias-
primas que no contenham muitas impurezas indesejveis, como ligninas,
pectinas, resinas, cras, taninos, pigmentos vegetais e compostos
17
carboidratados, em propores que podem variar, de acordo com o tipo da
matria-prima vegetal.
O uso da cal como reagente para produo de polpa celulsica tem
como vantagens ser um lcali mais fraco que a soda, causando portanto menor
dano s fibras, mais econmica que a soda, a qual considerada agente
contaminante do meio ambiente. A cal menos eficiente que a soda para
reduzir certos tipos de pigmentos que do cor polpa, sendo este um fator
irrelevante quando o aspecto cor no for de importncia para o produto final.
Quando se usa a cal para produzir polpa celulsica, corta-se a matria-prima
em pedao de 3 a 5 cm de largura e se aquece, a uma presso de,
aproximadamente, 4, 6 kg/cm2, durante 6 horas, com 13 a 15 % de cal sobre o
peso da polpa seca ou por cerca de 10 horas a 1,8 a 2,1 kg/cm2 (Grant, 1966).
O hidrxido de sdio, ou soda custica, um produto muito til para
deslignificao de matrias-primas vegetais, principalmente para madeiras,
palhas de cereais e plantas fibrosas em geral. No processo de polpao soda o
agente de deslignificao a soda (NaOH). Este processo considerado um
dos processos mais antigos, sendo ainda hoje muito empregado em inmeras
indstrias de celulose e papel, de pequeno e mdio porte, principalmente
naquelas que no dispem de sistema de recuperao de licor do cozimento.
Este processo vem sendo tendenciosamente substitudo por outros mais
aperfeioados (Foelkel & Barrichelo, 1975).
Durante a II Guerra Mundial, na Jamaica, foi verificada a viabilidade
econmica do uso das espcies de bananeiras cultivadas, como a Gross
Michel, e Musa balbisiana, para a fabricao de papel resistente, em
substituio fibra de abac, Musa textiles, utilizando o processo de polpao
soda, o qual proporcionou facilidade no processo de branqueamento porm
com perdas consideravelmente altas no rendimento, mas por outro lado vivel
economicamente (Medina, 1959).
Estudos realizados na Guatemala sobre os resduos da bananeira
como pseudocaule, folha e engao, determinaram a viabilidade tcnica e
18
econmica da produo de polpa celulsica e papel, em pequena escala, pelos
processos qumicos sulfato e organossolve, obtendo rendimento de polpa entre
50 e 70% (ICAITI, 1988b).
Para as plantas da classe das monocotiledneas, a relao
licor/material, geralmente superior aos ndices relatados para polpao de
madeira 4:1. Darkwa (1978) utilizou a proporo 5:1 para polpao soda e kraft,
e Fernandes et al. (1981) empregou 6:1 para o processo kraft do pseudocaule.
Darkwa (1978) utilizou os processos kraft e soda para produo de
polpa celulsica da Musa paradisiaca L. Para o processo kraft obteve-se
rendimentos entre 50,4 e 34,5% e nmeros kappa variando de 58,8 a 9,4. Para
o processo soda os rendimentos foram de 47,1 a 34,9% e nmero kappa de
52,3 a 9,4.
3 MATERIAL E MTODOS
3.1. Material vegetal
Neste trabalho foram utilizados engaos de bananeira, cultivar
nanico, Musa cavendishii, grupo Cavendishii - AAA, subgrupo Giant
Cavendishii. As amostras foram coletadas aps a colheita da fruta. Esse
material foi fornecido pela distribuidora de bananas Magrio, procedente da
Fazenda So Carlos de Sete Barras, do Municpio de Registro - SP - Brasil.
Para efeito deste trabalho, o material em estudo foi denominado engao, a
parte que compreende o pednculo que inicia no pice do pseudocaule e
alonga-se at o ponto de insero do boto floral, ou corao (Figura 2 e 4).
3.2 Caracterizao anatmica, morfolgica e qumica do engao
O engao foi caracterizado enquanto resduo, para ser utilizado como
matria-prima para produo de polpa celulsica. Para tanto foram analisadas
as caractersticas morfolgicas e anatmicas, composio qumica e o teor de
umidade.
Foram analisados 100 engaos in natura e aferidos os parmetros:
peso (kg); comprimento (M); dimetros (M) da base, do centro e do topo. Foram
determinadas as mdias, valores mnimos e mximos, desvios-padres e
coeficientes de variao.
Para o estudo anatmico do engao o material foi preparado de
acordo com metodologia proposta por Barbosa et al. (1999), e realizado no
20
Laboratrio de Anatomia e Identificao de Madeiras, da Diviso de Produtos
Florestais do Instituto de Pesquisas Tecnolgicas de So Paulo (IPT). O
esquema de preparo dos corpos de prova e cortes histolgicos esto
representados na Figura 4.
Figura 4 - Esquema dos cortes histolgicos do engao de bananeira, Musa sp
Observao dos cortes histolgicos foi realizada em microscpio
ptico e os registros das imagens foram realizados em aumento de 100x e em
software AnaliSIS, no Instituto de Pesquisas Tecnolgicas de So Paulo IPT e
no Laboratrio de Anatomia Vegetal do Departamento de Cincias Biolgicas
ESALQ em software TCI-PRO.
21
A partir das fotos dos cortes histolgicos determinou-se a proporo
de fibras, vasos e clulas de parnquima atravs do mtodo de recorte e
pesagem.
Na Tabela 1 esto os parmetros para a caracterizao fsica e
qumica do engao.
Tabela 1. Parmetros para caracterizao do engao e metodologias
Parmetros Metodologia
Teor de umidade (%) ABTCP M2 71
Lignina TAPPI T 13 wd-74
Extrativos totais
TAPPI T 1 wd-75; T6 wd-73
Composio Qumica (%) Holocelulose Obtida por clculo*
lcool TAPPI T6 wd-73
lcool-tolueno TAPPI T6 wd-73
Solubilidade em (%)
gua quente TAPPI T1 wd-75
*100% - (% extrativos totais + % lignina)
3.3 Processamento primrio do engao
O processamento primrio consistiu em submeter o engao de
bananeira ao mecnica de uma desfibradora (ensiladora desagregadora),
com 3 lminas, marca Nogueira, Modelo EN-9F3A, acoplada um motor
Yanmar diesel, com potncia de 7,4 kW (Figura 5). Foi processada
aproximadamente uma tonelada de engao in natura. Aps essa etapa, o
engao foi denominado bagao. Esse material foi seco ao ar livre, depois
seco em estufa 40oC, e acondicionado em sacos plsticos, para
posteriormente ser submetido aos pr-tratamentos e polpaes.
22
Figura 5 - Desfibradora (ensiladora desagregadora), Marca Nogueira, Modelo
EN-9F3A
3.3.1 Caracterizao fsica e qumica do bagao
O bagao foi analisado fsica e quimicamente para verificar suas
caractersticas para produo de polpa celulsica. Os parmetros avaliados
foram os mesmos apresentados para o engao na Tabela 1. Tambm foi
avaliado o parmetro densidade aparente (t.m-3), TAPPI T21 wd-82.
Para a anlise anatmica foram utilizados 50 g de bagao para
macerao pelo mtodo gua oxigenada, relao 1:1. Para a colorao usou-se
safranina e hematoxilina (Tomazello, 1998).
A partir do material macerado foram montadas 15 lminas, e
mensurados os parmetros de 150 fibras: comprimento (mm), a largura ( m), o
23
dimetro do lume (m) e a espessura (m). Os resultados foram apresentados
como sendo a mdia aritmtica das 150 mensuraes efetuadas para cada
dimenso. A espessura da parede (E) foi calculada como a metade da diferena
entre a largura da fibra (L) e o dimetro do lume (DL), conforme a frmula
E=(L-DL)/2. Para cada um dos parmetros foram verificados os valores
mnimos e mximos, desvio padro e coeficiente de variao. Atravs dos
valores mdios das dimenses da fibra foram calculados os parmetros
apresentados na Tabela 2:
Tabela 2. Relaes entre dimenses de fibra
Parmetros Frmulas
Coeficiente de flexibilidade (CF) CF = (DL / L) x 100
ndice de Runkel (IR) IR = 2E / DL
ndice de enfeltramento (IE) IE = (C/L) x 1000
Frao parede (FP) FP = (2E / L) x 100
Onde:
C= Comprimento da fibra (mm)
L = Largura da fibra (mm)
E = Espessura da parede da fibra (mm)
DL = Dimetro do lume da fibra (mm)
3.4 Pr-tratamentos para polpao
O bagao foi submetido a trs pr-tratamentos, que antecederam o
processo de polpao propriamente dito, a saber: lavagem, pr-extrao
aquosa e lavagem seguida de pr-extrao aquosa.
24
3.4.1 Lavagem
A etapa de lavagem do bagao, como pr-tratamento, foi realizada
inicialmente com a hidratao do material, umidade prxima do bagao in
natura, 93%, por cerca de 24 horas. Em seguida o material foi processado com
consistncia de 4% em liquidificador industrial, marca SIRE, por 5 minutos, e
lavado exaustivamente em gua corrente, em saco de tecido de microfibra. Foi
determinado o rendimento bruto (%) e a composio qumica (%): extrativos
totais, lignina, holocelulose.
3.4.2 Pr-extrao aquosa
A pr-extrao aquosa foi realizada sob as seguintes condies:
- Tempo de aquecimento: 40 minutos
- Tempo de cozimento: 100 minutos
- Temperatura: 100 o C
- Relao licor/bagao: 6:1
Aps essa etapa foi averiguado o rendimento bruto do processo (%) e
a composio qumica do material obtido (%): extrativos totais, lignina,
holocelulose.
3.5 Cozimentos
Para os cozimentos foi utilizado um digestor rotativo, de ao
inoxidvel, com aquecimento eltrico, com capacidade para 20 litros; dotado de
8 cpsulas de ao inoxidvel, com capacidade unitria para 550 ml. A
quantidade de bagao utilizada foi de 40 gramas absolutamente seco, em cada
cpsula.
25
3.5.1 Polpao cal
Os parmetros dos cozimentos com cal foram:
- Cargas de lcali : 8, 10,12 e 14 % de Cal - CaO
- Tempo de cozimento: 120 minutos
- Temperatura: 120 o C
- Relao licor / bagao: 6 : 1
3.5.2 Testemunha
Para as testemunhas foram empregadas o processo de polpao soda
(NaOH). Os parmetros definidos para os cozimentos soda foram:
- Cargas de lcali : 12 % de Soda - NaOH
- Tempo de cozimento: 120 minutos
- Temperatura: 120 o C
- Relao licor / bagao: 6 : 1
3.6 Parmetros estabelecidos para avaliao dos cozimentos
Os cozimentos foram avaliados quanto aos parmetros: rendimento
bruto (%), obtido pela relao peso seco/peso mido e o teor de lignina residual
na polpa (%), ABTCP C 7/71.
A eficincia de remoo de extrativos foi obtida atravs da relao
entre teor de extrativos no material inicial e teor de extrativos no material aps
tratamento considerando-se o rendimento do processo
A eficincia de deslignificao foi obtida de forma anloga eficincia
de remoo de extrativos
26
4 RESULTADOS E DISCUSSO
4.1 Caracterizao do engao de bananeira
Na avaliao de matrias-primas destinadas produo de polpa
celulsica, faz-se necessria uma caracterizao preliminar, que envolve a
determinao da composio qumica e dimenses das fibras do material. No
caso do engao, por se tratar de uma matria-prima no convencional para
esse fim, a caracterizao abrangeu tambm a sua morfologia.
4.1.1 Morfologia
O engao da bananeira um pednculo alongado, possui forma
cnica, e provido de ns nas reas de insero das pencas de banana. A
base do engao fica prxima rea do pice do pseudocaule e o topo localiza -
se no final de sua extenso, onde inicia-se o corao, conforme Figura 6.
27
Base
Topo
Figura 6 - Engao de bananeira, Musa cavendishii, cultivar nanico
A caracterizao morfolgica do engao envolveu a determinao do
seu comprimento, dimetro e peso. Os resultados da caracterizao
morfolgica do engao de bananeira esto apresentados na Tabela 3.
Tabela 3. Caractersticas morfolgicas do engao de bananeira, M. cavendishii,
cultivar nanico
Parmetros Mdia Mnimo Mximo Desvio
padro Coeficiente de variao (%)
Umidade (%) 92,45 ----- ----- ----- ------
Peso mido (kg) 1,48 0,53 2,62 0,44 29,91
Comprimento (m) 0,99 0,59 1,29 0,14 14,30
Base 0,06 0,04 0,07 0,63 10,92
Centro 0,05 0,03 0,06 0,58 12,27
Dimetro (m)
Topo 0,03 0,02 0,04 0,37 12,35
28
O engao apresenta comprimento mdio de aproximadamente 1,00 m,
variando de 0,59 1,29m. A mdia para os dimetros foi de 0,05m, tendo os
dimetros da base os maiores valores e os do topo os menores. A mdia para o
peso do engao foi de 1,48 kg, variando de 0,53 a 2,62 kg. Os resultados so
considerados normais para o material em questo, comparando-se com
resultados apresentados por Blanco Rojas (1996) e Kluge et al. (1999).
4.1.2 Composio qumica
A avaliao da composio qumica do engao de bananeira de
fundamental importncia para que este seja considerado como matria-prima
potencial para produo de polpa celulsica, permitindo a orientao da escolha
dos processos e tratamentos preliminares. A Tabela 4 apresenta os resultados
das caractersticas fsicas e qumicas do engao de bananeira.
Tabela 4. Composio qumica do engao de bananeira, M. cavendishii, cultivar
nanico
Parmetros Engao (Teores %)
Extrativos totais 46,75
Lignina 8,79
Holocelulose 44,46
lcool 10,09
lcool-tolueno 7,55
Solubilidade
gua quente 30,38
Observa-se grande quantidade de extrativos, quando comparado aos
teores para madeira sendo 5 a 8% para conferas e 2 a 4% para folhosas
(Brito,1985). A elevada quantidade de extrativos presentes no engao
29
inconveniente, pois esse componente implicar em consumo de reagentes no
processo de polpao e tambm resultar em baixa qualidade da polpa e
rendimento do processo.
O teor de extrativos da bananeira influencia negativamente o uso
desta planta na produo de polpa celulsica, por reduzir o rendimento do
processo, uma vez que este componente consome carga alcalina, dificultando a
polpao (Silva, 1998).
Como a maior parte dos extrativos solvel em gua, os extrativos
presentes no engao poderiam ser removidos atravs de um processo de
lavagem do material, antes do processo de polpao propriamente dito.
O teor de lignina pode ser considerado baixo quando comparado aos
valores obtidos para madeira, 24 a 34% para conferas, de 25 a 33% para
folhosas de zonas tropicais, 16 a 24% para folhosas de zona temperada e 17 a
23% para gramneas (D Almeida, 1988).
4.1.3 Estrutura anatmica
A anlise da estrutura anatmica do engao de fundamental
importncia para verificar a frequncia e porcentagem de fibras. Os cortes
histolgicos mostram que o engao de bananeira possui uma estrutura
anatmica tpica de plantas monocotiledneas; presena de feixes fibro-
vasculares, vasos e grande quantidade de clulas de parnquima longitudinal.
Nas Figuras 7a e 7b so apresentadas as estruturas anatmicas dos planos
transversais das regies do centro e periferia do engao, respectivamente,
obtidas na caracterizao.
30
1 2 3 1 2 3
(7a) (7b)
Figura 7 - Plano transversal do centro (7a) e periferia (7b) do engao de
bananeira, M. cavendishii, cultivar nanico. (1) vasos, (2) clulas de
parnquima e (3) feixes fibrosos - aumento/100 x.
A proporo de fibras no engao verificada nesta pesquisa foi de
23,9%, enquanto a porcentagem de elementos de vasos foi de 6,5%, e para
clulas de parnquima obteve-se de 69,6%. Blanco Rojas (1996) relatou que a
frequncia de fibras no engao, Musa cavendishii, cultivar nanico de 30% e
70% para clulas de parnquima.
Em termos de polpao, os elementos anatmicos mais importantes
so as fibras, as quais esto relacionadas com rendimento e qualidade da polpa
celulsica. O engao de bananeira possui baixa proporo de fibras, em
comparao com os demais elementos anatmicos. Isto um grande indicador
de que o rendimento esperado para a polpao do engao seja baixo. Deve-se
considerar ainda que a polpa obtida dever apresentar elevada proporo de
clulas de parnquima, que colaboram para reduzir a ligao inter-fibras e por
conseqncia reduzir as resistncias mecnicas da polpa.
31
4.1.3.1 Dimenses das Fibras
As fibras das monocotiledneas so em geral finas, cilndricas e
terminadas em ponta aguada. As dimenses so muito variveis segundo as
espcies e rgo de onde provm (Melo, 1973).
A anlise dos resultados das dimenses das fibras do engao de
bananeira, como comprimento, largura, espessura da parede e dimetro de
lume e suas correlaes permite avaliar o engao como matria-prima para
produo de polpa celulsica (Tabela 5).
Tabela 5. Dimenses das fibras do bagao do engao de bananeira, M.
cavendishii, cultivar nanico.
Parmetros Mdia D P CV (%)
Comprimento (mm) 3,91 0,78 19,95
Largura (m) 38,18 7,53 19,72
Dimetro de lume (m) 30,55 7,08 23,16
Espessura da parede (m) 3,82 1,06 27,83
Frao parede 20,01 - -
Coeficiente de flexibilidade 80,02 - -
ndice de enfeltramento 102,41 - -
ndice de Runkel 0,25 - -
DP = Desvio padro; CV = Coeficiente de variao
O comprimento mdio para a fibra do bagao do engao de bananeira
foi de 3,91 mm, variando de 2,26 a 6,31 mm.
A maioria dos valores dos comprimentos da fibra do bagao do
engao esto na faixa de 3 a 4 mm e de 4 a 5 mm, representando 88,67% do
total dos valores analisados (Figura 8). Isto significa que a maioria da fibra do
32
engao est classificada como muito longa de acordo com a proposta da IAWA
(1936) citada por Paula & Alves (1991).
048
1216202428323640
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
> 7
classes de comprimento, mm
freq
n
cia,
%
0102030405060708090100
freq
n
cia
acu
mu
lad
a, %
freqncia freqncia acumulada
Figura 8 - Histograma da frequncia da classificao do comprimento da fibra
do engao.
Do ponto de vista papeleiro, Kuan et al. (1988), citado por Silva
(1998), relataram que as fibras vegetais geralmente so classificadas como
fibras longas quando possuem comprimento mdio entre 2 e 5 mm e como
fibras curtas quando possuem comprimento mdio entre 0,5 e 1,5 mm. Com
base nesta afirmao e nos valores apresentados na Tabela 5, as fibras obtidas
do engao de bananeira, podem ser classificadas como longas.
Admite-se que h uma correlao negativa entre a largura da fibra e
resistncia ao arrebentamento; o aumento em largura da fibra resulta numa
diminuio da resistncia ao arrebentamento (Foelkel & Barrichelo, 1975). A
anlise da largura das fibras, por si s, apresenta pouco significado prtico,
sendo mais importante sua avaliao em relao s outras dimenses.
33
Maiores dimetros de lume e paredes menos espessas facilitam o
colapso da fibra durante a formao da folha, resultando em maior intensidade
de ligaes interfibras e consequentemente em propriedades de resistncias
trao e ao arrebentamento mais elevadas (Silva, 1998).
Os parmetros, relacionados s dimenses das fibras, importantes
para caracteriz-las para a produo de polpa celulsica so frao parede,
coeficiente de flexibilidade, ndice de enfeltramento e ndice de Runkel (Tabela
5). Estes parmetros relacionam as dimenses das fibras e permitem uma
avaliao mais precisa do que a anlise de cada uma das dimenses das fibras
isoladamente.
A frao parede, que representa a relao entre espessura e largura
da fibra, o parmetro que associa-se flexibilidade e facilidade de colapso
da fibra durante o processo de produo de papel e ligao entre as fibras.
Fibras com frao parede acima de 60 so consideradas muito rgidas, e abaixo
deste ndice 60 possuem boas caractersticas para formao de folhas, pois
possuem facilidade para sofrerem colapso durante o processo de refino,
possibilitando boa flexibilidade, maior superfcie de contato entre fibras,
proporcionando boas ligaes interfibras. O baixo valor para a frao parede
pode levar produo de papis com baixo volume especfico. De acordo com
Foelkel (1977), os vegetais fibrosos utilizados na produo de polpa celulsica
devem possuir frao parede inferior a 40%.
O engao de bananeira possui valor de frao parede de 20%, sendo
este considerado bastante baixo. Este resultado indica que as polpas
celulsicas obtidas a partir deste material devem apresentar baixo volume
especfico e baixa resistncia ao rasgo.
O ndice de Runkel a relao entre duas vezes a espessura da
parede da fibra e o dimetro do seu lume. Este ndice uma caracterstica que
est relacionada com a rigidez da fibra e sua capacidade de interligao. De
acordo com a classificao do ndice de Runkel, fibras entre 0,25 a 0,50 so
consideradas excelente para a fabricao de papel (Paula & Alves, 1991).
34
Quanto menor o ndice de Runkel, maior o potencial de ligao entre as fibras,
resultando em um maior comprimento de auto ruptura e/ou ndice de trao
(DAlmeida, 1988). Os valores para ndice de Runkel apresentados pelas fibras
do engao de bananeira permitem a classificao destas fibras como
excelentes para produo de papel.
4.2 Processamento primrio do engao
O engao de bananeira possui forma original alongada, cnica e
levemente curva (Figura 6), o que dificulta sua acomodao em digestores,
resultando em espaos vazios e menor massa por volume de digestor, e
consequentemente menor rendimento volumtrico em polpa celulsica.
De acordo com os resultados de composio qumica (Tabela 4), o
engao de bananeira possui grande quantidade de extrativos (46,75%), os
quais so indesejveis para a produo de polpa celulsica. Por isso de
fundamental importncia viabilizar processos para a remoo destes
componentes do engao.
Considerando-se os fatores citados anteriormente, nesta pesquisa
verificou-se a possibilidade de reduzir o engao de bananeira partculas
menores para facilitar a acomodao do material em digestores e dessa forma
aumentar o rendimento volumtrico de polpa celulsica. Para tanto, optou-se
por processar o engao em desfibradora mecnica (ensiladora desagregadora
com 3 lminas e martelos). O engao foi ento reduzido pequenas partculas
e passou a ser denominado bagao (Figura 9).
35
Figura 9 - Engao processado mecanicamente, denominado de bagao, M.
cavendishii, cultivar nanico
A transformao do engao de bananeira em bagao consiste na
desagregao da sua estrutura anatmica por ao mecnica. O engao foi
picado no seu sentido transversal, atravs de lminas, resultando em partculas
com mdia de 1,4 cm de comprimento. Em seguida foi desagregado no sentido
longitudinal, atravs da ao de martelos giratrios desprovidos de lminas.
O bagao, em relao ao engao, apresenta como vantagens, um
melhor aproveitamento do volume til de digestores e a possibilidade de
secagem e armazenamento sero facilitados, reduzindo assim o efeito da
sazonalidade da produo de engao.
Considerando-se o engao como matria-prima para produo de
polpa celulsica, a densidade aparente um parmetro muito importante, o
qual est relacionado diretamente com o aproveitamento dos volumes dos
digestores.
36
Aps o processamento do engao in natura o material resultante
(bagao) apresentou uma densidade aparente de 0,428 t.m-3; aps a secagem
ao ar, de 0,032 t.m-3, o que caracteriza a alta umidade do material. O valor
baixo para a densidade aparente do bagao, comparando-o com a densidade
aparente mdia para madeira, 0,170 t.m-3, implica em baixa produo de polpa
celulsica, quando os volumes dos digestores so considerados. A composio
qumica do bagao est apresentada na Tabela 6.
Tabela 6. Composio qumica do bagao do engao de bananeira, M.
cavendishii, cultivar nanico
Parmetros Bagao
Extrativos totais (%) 47,0
Lignina (%) 7,4
Holocelulose (%) 45,6
lcool 12,7
lcool-tolueno 8,5
Solubilidade em (%)
gua quente 46,5
In natura 0,428
Densidade aparente (t.m-3) Seco 0,032
A comparao da composio qumica do engao (Tabela 4) com a
composio qumica do bagao apresentado na Tabela 6, indicam que o
processamento primrio, proposto nesta pesquisa, no alterou a composio
qumica original, como mostra a Figura 10.
37
46,7 47,0
45,6
8,8 7,4
44,5
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
80%
90%
100%
engao bagao
Extrativos Lignina Holocelulose
Figura 10 - Composio qumica do engao e do bagao
Destaca-se na Figura 10 o elevado teor de extrativos, os quais so
indesejados para processos qumicos de polpao por consumirem parte da
carga alcalina em reaes secundrias.
O bagao, quando considerado como matria-prima para produo de
polpa celulsica, possui vantagens como facilidade de manuseio e transporte, e
alimentao do digestor, alm de permitir melhor aproveitamento do volume til
deste equipamento. A secagem do bagao tambm facilitada devido a sua
maior rea superficial, prevenindo problemas com degradao biolgica, o que
de fundamental importncia para o armazenamento. Isto possibilita a
estocagem desse material como uma alternativa para suprir problemas
relacionados com a sazonalidade da produo de banana.
A forma de bagao proporciona maior facilidade de penetrao do licor
de cozimento, durante processos de polpao qumica, devido a maior rea
superficial em relao ao engao na sua forma original.
38
4.3 Pr-tratamentos
Considerando-se o elevado teor de extrativos totais presentes no
bagao, neste trabalho foram consideradas 3 alternativas (pr-tratamentos)
para remoo destes componentes: lavagem, pr-extrao aquosa, e lavagem
seguida de pr-extrao aquosa.
A ao da gua e solventes neutros em vegetais est sobretudo nos
extrativos, e a extrao desses componentes tanto mais rpida quanto mais
subdividido esteja o material (Brito, 1985). No caso do bagao, que possui suas
estruturas anatmicas desagregadas, espera-se maior facilidade em promover
a remoo de extrativos solveis em gua atravs de um processo de lavagem.
Hydholm (1965), recomenda o uso do processo de hidrapulper para
realizar a lavagem de materiais com alto teor de medula.
A etapa de lavagem seguida de pr-extrao aquosa foi empregada
utilizando os mtodos descritos consecutivamente, com os objetivos de verificar
a eficincia dos tratamentos realizados sucessivamente e se houve efeito
sinrgico ou aditivo desses tratamentos aplicados ao engao de bananeira.
Na Tabela 7 esto apresentados os rendimentos mdios e
composio qumica dos bagaos tratados: lavado, pr-extrao aquosa e
lavado seguido de pr-extrao aquosa.
39
Tabela 7. Rendimentos e composies qumicas dos bagaos tratados
Parmetros Lavagem Pr-extrao Lavagem/
Pr-extrao
Mdia 58,14 59,46 53,55 Rendimento (%)
C. V. 1,45 1,13 4,14
Extrativos 16,83 9,80 9,06
Lignina 11,76 10,37 12,16
Composio qumica (%)
Holocelulose 71,41 79,83 78,78
Os resultados apresentados na Tabela 7 mostram que a etapa de
lavagem do bagao, pode remover cerca de 41,86% do material original
(bagao sem tratamento), principalmente extrativos. Este valor est relacionado
com o teor de extrativos solveis em gua.
Os resultados da Tabela 7 mostram que a etapa de pr-extrao
aquosa pode remover 40,54% do engao. A etapa de lavagem e pr-extrao
aquosa removeu 46,45 % da constituio do material.
A associao dos resultados de rendimento e composio qumica
dos materiais obtidos permite calcular a eficincia de remoo de extrativos
para os tratamentos considerados neste trabalho, os quais so apresentados na
Figura 11.
40
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
10
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