Polpa Celulosica Da Bananeira

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PRODUÇÃO DE POLPA CELULÓSICA A PARTIR DE ENGAÇO DE BANANEIRA MARIA DE LOURDES APARECIDA PRUDENTE SOFFNER Economista Doméstico Orientador: Prof. Dr. FRANCIDES GOMES DA SILVA JÚNIOR Dissertação apresentada à Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, para obtenção do título de Mestre em Ciências, Área de Concentração: Ciência e Tecnologia de Madeiras. PIRACICABA Estado de São Paulo – Brasil Julho - 2001

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Descreve as propriedades da polpa da bananeira e seus diversos usos.

Transcript of Polpa Celulosica Da Bananeira

  • 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