Caracterização do pó de café conilon verde e perspectivas para seu aproveitamento sustentável

Ferreira, Francisco de Assis (2023)

dissertação de mestrado

RESUMO: A indústria cafeeira produz uma grande quantidade de resíduos orgânicos com potencial poluidor. O estado do Espírito Santo é o maior produtor brasileiro de café conilon e, por esta razão, contribui expressivamente para a geração de resíduos, muitos dos quais ainda pouco caracterizados e mal aproveitados. O pó de café verde (GCP, do inglês Green Coffee Powder) é um importante subproduto obtido no processo de rebeneficiamento de grãos de café conilon sendo comumente aproveitado como fertilizante orgânico nas lavouras. O objetivo deste estudo foi avaliar as características físico-químicas do GCP gerado em uma agroindústria do município de Nova Venécia-ES, e seu potencial de aproveitamento para uso sustentável sob a ótica da economia circular. Para tanto, foi realizada uma revisão sistemática da literatura (RSL) sobre a valorização dos resíduos de café nos últimos dez anos. Os resultados da RSL mostraram que a película prateada, a borra de café e a polpa foram os resíduos mais estudados na última década, especialmente a partir de 2018. Itália, Espanha e Brasil foram os países que concentram as principais pesquisas sobre o uso de resíduos de café. A composição, a estrutura química e a morfologia das amostras de GCP foram investigadas. A caracterização incluiu análise elementar, composição mineral e teor de cinzas, frações de proteínas, lipídios, carboidratos e fibras, infravermelho com transformada de Fourier (FTIR), calorimetria exploratória diferencial (DSC) e análise de microscopia eletrônica por varredura (MEV). As amostras de GCP apresentaram baixa relação C/N (<17), com carbono (>40%), nitrogênio (~3%) e teor de cinzas (~6%). A fração fibrosa representa (~42%) do GCP, enquanto outros percentuais incluem carboidratos (~20%), teor de proteínas (16-20%), frações lipídicas (>8%) e extrativos (>9,5%). Holocelulose e Lignina foram encontrados em proporção (~65%) e (~23%), respectivamente. Os principais componentes da composição mineral são K > Ca > Mg > S > P > Fe > Zn > Mn > B. Na, Cl e Si representam >125 g/kg, >5 mg/kg e >4,5 mg/kg, respectivamente. O teor de cafeína variou entre 1,51% e 2,04. As bandas dos espectros no infravermelho (FTIR) indicam a presença de polissacarídeos como celulose e lignina, lipídios e proteínas, cafeína e ácidos clorogênicos. Na análise calorimétrica (DSC) identificou-se dois eventos de variação de entalpia, sendo o primeiro endotérmico em torno de 90 ºC, devido à evaporação de água e, o segundo exotérmico, após 250 ºC, decorrente da decomposição da celulose. A análise microscópica (MEV) revelou a presença de tecidos fibrosos das camadas superficiais do GCP. A partir das análises e da comparação com outros resíduos de café vislumbrou-se o potencial de reaproveitamento do GCP em diversas aplicações, tais como para a produção de biodiesel, como fonte de antioxidantes e como biossorvente de poluentes hidrofóbicos. Considerando a Instrução Normativa MAPA nº 25/2009, depreende-se que o GCP pode ser reaproveitado como fertilizante orgânico classe A, necessitando apenas de pequena correção de pH. Assim, esse estudo propõe uma solução viável e de baixo custo que promove a sustentabilidade do agronegócio e a preservação do meio ambiente e possibilite o retorno do resíduo à cadeia produtiva do café, fechando o ciclo da economia circular.

ABSTRACT: The coffee industry produces a large amount of organic waste with great polluting potential. The state of Espírito Santo is the largest Brazilian producer of conilon coffee and, for this reason, contributes significantly to the generation of waste, many of which are still poorly characterized and poorly used. Green Coffee Powder (GCP) is an important byproduct obtained in the reprocessing of conilon coffee beans and is commonly used as an organic fertilizer in crops. The aim of this study was to evaluate the physicochemical characteristics of the GCP generated in an agroindustry in the city of Nova Venécia, Espírito Santo, and its potential for sustainable use from the perspective of the circular economy. First, a systematic literature review (SRL) on the valorization of coffee wastes in the last ten years was carried out. The results of SRL showed that silver skin, spent coffee grounds and coffee pulp were the most studied coffee wastes in the last decade, especially from 2018. Italy, Spain and Brazil were the countries that concentrate the main research on the use of coffee wastes. The composition, chemical structure and morphology of the GCP samples were investigated. The compound characterization included elemental analysis, mineral composition and ash content, proteins, lipids, carbohydrates and fibers fractions, functional groups by Fourier transform infrared (FTIR), differential scanning calorimetry (DSC) analysis and scanning electron microscopy (SEM) analysis. The GCP samples showed a low C/N ratio with carbon (>40%), nitrogen (~3%), and ash content (~6%). The chemical composition reveals that the fibrous fraction represents (~42%) of GCP, while other percentages include carbohydrates (~20%), protein content (16-20%), lipid fractions (>8%) and extractives (>9 .5%). Holocellulose and Lignin were found in proportion (~65%) and (~23%), respectively. The main components of the mineral compositions are K > Ca > Mg > S > P > Fe > Zn > Mn > B > Cu. Na, Cl and Si represent >125 g/kg, >5 mg/kg and >4,5 mg/kg, respectively. Caffeine was found in values ranging between 1.51% and 2.04%. Assignments of the bands of the obtained FTIR spectra confirm the presence of polysaccharides such as cellulose and lignin, lipids and proteins, caffeine and chlorogenic acids. The DSC analysis identified two enthalpy variation events, the first being endothermic around 90 ºC, due to the evaporation of water molecules and the second exothermic, after 250 ºC, due to the decomposition of cellulose. The microscopic analysis (SEM) revealed the presence of fibrous tissues of the surface layers of the GCP. From the analysis and comparing them with other coffee wastes, it was possible to glimpse the potential of reuse of GCP in several applications, such as for biodiesel production, as a source of antioxidants and as a biosorbent of hydrophobic pollutants. Considering the Normative Instruction MAPA No. 25/2009, it appears that the GCP can be reused as a class A organic fertilizer, requiring only a small pH correction. Therefore, this study proposes a viable and low-cost solution that promotes the sustainability of agribusiness and the preservation of the environment and enables the return of waste to the coffee production chain, closing the cycle of the circular economy.


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