CAROLINA SOTÉRIO

LAÍS FERRAZ ROSADA

WILLIAN URTADO MARIA

APLICAÇÃO DO RESÍDUO DA ERVA-MATE DO CHIMARRÃO

COMO CATALISADOR EM REAÇÕES ORGÂNICAS

Trabalho apresentado ao Conselho Regional

de Química – IV Região como parte dos

requisitos exigidos para concorrer ao prêmio

CRQ-IV de 2015.

Orientadora: Esp. Erica Gayego Bello Figueiredo Bortolotti

2015

“A ciência é aquilo que aprendemos sobre como não deixar enganar a nós mesmos.”

- Richard Feynman

“Há uma força motriz mais poderosa que o vapor, a eletricidade e a energia atômica: a

vontade.”

- Albert Einstein

Nota de agradecimento

Às respectivas famílias pelo suporte emocional e crença em nosso trabalho, não só

este em específico, mas por todos esses anos de estudos químicos.

A Prof. Orientadora Erica Gayego Bello Figueiredo Bortolotti por todo o

desenvolvimento e conclusão do projeto, que não seria possível sem suas ideias criativas e

competência como profissional. Desta parte recebemos muito mais que uma simplória

orientação.

Ao Prof. M.e. Marcos Antônio Torres Cezário pelo interesse em nossa pesquisa e

acompanhamento de nossos resultados. Nos surpreendemos juntos ao longo do projeto.

Ao Prof. Jeferson de Oliveira, cujas palavras não são capazes de transmitir nossa

gratidão pelo seu ofício. Saímos dessa etapa na certeza de que encontraremos poucos

educadores com tanta disposição e excelência ao exercer a arte de ensinar.

Aos amigos que também são campeões por fazerem Ciência e colaborar, cada qual a

sua forma, com um projeto para um mundo melhor.

Não há progresso na ciência se não há quem acredite e lute por ela.

- A equipe.

RESUMO

O projeto objetiva encontrar através de pesquisas sobre a função bioativa da erva-mate e

sua composição uma nova função para o composto e, ao mesmo tempo, segregar seu

resíduo que é produzido em massa pela população sul-americana e sem propósito de

reutilização, de forma a contribuir sustentavelmente com o meio ambiente e disseminar

conceitos da química verde. Assim sendo, foi feito um levantamento bibliográfico da

composição da erva-mate (Ilex paraguariensis matéria-prima do chimarrão, entre outros

chás) e, devido ao seu alto teor de saponinas e antioxidantes aplicou-se o resíduo em reações

de saponificação na produção de sabão em função do seu catalisador comumente usado que é

o álcool etílico. Quanto ao uso excessivo de catalisadores, que podem ser ácidos, básicos ou

metálicos, na produção de biodiesel, aplicou-se o resíduo em reações de transesterificação. Os

testes foram realizados com a finalidade de diminuir o tempo das reações e provar a eficiência

dos compostos bioativos do resíduo da erva mate também em processamentos químicos.

PALAVRAS-CHAVE: chimarrão; catalisadores; erva-mate; transesterificação;

saponificação.

SUMÁRIO

1-INTRODUÇÃO................................................................................................................... ..15

2-PESQUISA BIBLIOGRÁFICA ...................................................................................... 16

2.1- “CHÁ MATE (Ilex paraguasiensis): COMPOSTOS BIOATIVOS E RELAÇÃO COM

A ATIVIDADE BIOLÓGICA” [1]. .................................................................................... 16

2.2- “EFEITOS DO CHIMARRÃO (Ilex paraguasiensis) NA ABSORÇÃO DE

FLAVONÓIDES, NA CONCENTRAÇÃO DOS LIPÍDEOS E NA CIRCULAÇÃO” ...... 17

2.3- “COMPOSIÇÃO MINERAL DO PRODUTO COMERCIAL DA ERVA-MATE (Ilex

paraguasiensis St. Hil.)” ...................................................................................................... 17

3-FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ................................................................................... 19

3.1- QUÍMICA ORGÂNICA .............................................................................................. 19

3.2- HIDROCARBONETOS [4] ......................................................................................... 19

3.2.1 Alcanos ...................................................................................................................... 20

3.2.2 Alcenos ...................................................................................................................... 20

3.2.3 Alcinos ....................................................................................................................... 21

3.3- ÁLCOOIS .................................................................................................................... 21

3.4 – ÁCIDOS CARBOXÍLICOS [4] ................................................................................. 22

3.5- ÉSTERES [4] ............................................................................................................... 23

3.6- NOMENCLATURA [4] .............................................................................................. 24

3.6.1 Alcanos ...................................................................................................................... 24

3.6.2 Alcenos ...................................................................................................................... 25

3.6.3 Alcinos ....................................................................................................................... 26

3.7- CATALISADORES .................................................................................................... 26

3.7.1 - Catalisadores homogêneos [7] [8] ............................................................................... 27

3.7.2 - Catalisadores heterogêneos [7] [8] .............................................................................. 28

3.8- REAÇÕES DE ESTERIFICAÇÃO ............................................................................. 29

3.9- BIODIESEL ................................................................................................................ 31

3.10- ÓLEOS, GORDURAS [14] ....................................................................................... 32

3.10.1 - Óleo usado ................................................................................................................. 33

3.10.1.1 - Utilização ................................................................................................................ 35

3.10.2 - Índice de acidez ......................................................................................................... 35

3.11- REAÇÕES DE SAPONIFICAÇÃO [22] ................................................................... 37

3.12- SABÕES E DETERGENTES [4] .............................................................................. 38

3.13- CHIMARRÃO ........................................................................................................... 39

3.14- ERVA-MATE (Ilex paraguasiensis) .......................................................................... 39

3.14.1 - Alho (Allium sativum) e compostos bioativos ...................................................... 41

3.14.2 Saponinas ................................................................................................................. 43

3.14.3 Compostos fenólicos ............................................................................................... 44

3.14.4 Metilxantinas ........................................................................................................... 45

3.15- QUÍMICA VERDE [38] ............................................................................................ 46

3.15.1- Conceitos e Princípios ........................................................................................... 46

3.15.2- Importância ............................................................................................................ 46

3.15.3- ISO 14000 .............................................................................................................. 47

3.15.3.1- ISO 14001:2004 [39] ........................................................................................... 47

4-RELEVÂNCIA DO TRABALHO .................................................................................. 48

5-HIPÓTESE ...................................................................................................................... 49

6-OBJETIVOS.................................................................................................................... ......50

6.1- OBJETIVO GERAL .................................................................................................... 50

6.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS ...................................................................................... 50

7-MATERIAIS E MÉTODOS..................................................................................................51

7.1-MATERIAIS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DO CHÁ ...................................... 51

7.1.1- Materiais................................................................................................................... 51

7.1.2 – Método para preparo do chá ................................................................................... 52

7.2 – MATERIAIS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE SABÃO SÓLIDO ............... 52

7.2.1 – Materiais [40] ......................................................................................................... 52

7.2.2 – Método [40] ............................................................................................................ 54

7.3- MATERIAS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL .......................... 54

7.3.1- Materiais [41] ........................................................................................................... 54

7.3.2- Método para produção de biodiesel “procedimento 1” [40]...........................................56

7.3.3- Método para produção de biodiesel “procedimento 2”..................................................56

7.4- MATERIAIS E MÉTODOS PARA MEDIDA DE pH.....................................................57

7.4.1- Materiais.........................................................................................................................57

7.4.2- Método............................................................................................................................57

7.5- MATERIAIS E MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE ACIDEZ

[20]............................................................................................................................................57

7.5.1-Materiais..........................................................................................................................58

7.5.2-Método.............................................................................................................................58

7.6- MATERIAIS E MÉTODOS PARA TESTE DE INFLAMABILIDADE.........................59

7.6.1- Materiais [41]..................................................................................................................59

7.6.2- Método............................................................................................................................59

8-CUSTO..................................................................................................................................60

8.1- CUSTO TOTAL .......................................................................................................... 60

8.2- CUSTO REAL...................................................................................................................62

9- MEIO AMBIENTE E

SEGURANÇA....................................................................... .........................................63

9.1- MEIO AMBIENTE ..................................................................................................... 63

9.2- SEGURANÇA ............................................................................................................. 65

9.2.1- Diagrama de Hommel [77] ...................................................................................... 64

9.2.2- Hidróxido de Sódio (NaOH) .................................................................................... 65

9.2.3- Álcool Metílico ........................................................................................................ 66

9.2.4- Álcool Etílico ........................................................................................................... 67

10- CRONOGRAMA ......................................................................................................... 68

11- RESULTADOS E DISCUSSÃO ................................................................................. 69

11.1 – CHÁ ......................................................................................................................... 69

11.2 CARACTERIZAÇÃO DOS ÓLEOS ......................................................................... 72

11.2.1 Sabão sólido ............................................................................................................ 72

11.2.1.1 Grau de acidez do óleo ......................................................................................... 73

11.2.2 Biodiesel .................................................................................................................. 75

11.3 - SABÃO SÓLIDO ..................................................................................................... 76

11.3.1 Branco ...................................................................................................................... 76

11.3.2 Etanol + Infusão ...................................................................................................... 78

11.3.3 Infusão ..................................................................................................................... 79

11.3.4 Erva-mate ................................................................................................................ 80

11.4 - COMPARAÇÃO DOS TESTES DO SABÃO ........................................................ 81

11.4.1 – Metade infusão/metade álcool etílico .................................................................. 82

11.4.2 – Infusão .................................................................................................................. 84

11.4.3 – Erva residual ......................................................................................................... 84

11.5 - BIODIESEL ............................................................................................................. 84

11.5.1 - Procedimento 1 .......................................................................................................... 84

11.5.1.1 Branco (padrão) .................................................................................................... 85

11.5.1.2 ½ NaOH e ½ infusão ............................................................................................ 87

11.5.1.3 Infusão .................................................................................................................. 95

11.5.1.4 Erva-mate residual................................................................................................ 96

11.5.1.5 Comparação .......................................................................................................... 97

11.5.2 Procedimento 2 (original) .......................................................................................... 101

11.5.2.1 Branco (padrão) ...................................................................................................... 101

11.5.3 Índice de acidez ......................................................................................................... 103

11.5.3.1 Referente ao procedimento 1 .................................................................................. 104

11.5.4 Teste de inflamabilidade ............................................................................................ 105

12- CONCLUSÃO ............................................................................................................ 106

13 - REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS....................................................................... 108

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1– Metano ( CH4 ) [5] ............................................................................................... 20

Figura 2 - Eteno ( C2H4) [5] ................................................................................................. 20

Figura 3 - Etino ( C2H2 ) [5] ................................................................................................. 21

Figura 4 - Metanol (Álcool metílico - CH3OH ) [5] .............................................................. 21

Figura 5 - Grupo Carbonila [4] ............................................................................................. 22

Figura 6 - Grupo carboxila [4] .............................................................................................. 22

Figura 7 - Ácido carboxílico, onde R é igual à cadeia [4] ..................................................... 23

Figura 8 - Éster metanoato de etila [4] .................................................................................. 23

Figura 9 - Alcano (Etano) [5] ............................................................................................... 24

Figura 10 - Alceno( prop-1-eno ) [5] .................................................................................... 25

Figura 11 - Numeração dos carbonos. Note que o carbono 1 é sempre o mais próximo da

insaturação, ou do grupo funcional, quando for o caso. [5] ................................................... 25

Figura 12 - Alcino ( etino , ou acetileno ) [5] ........................................................................ 26

Figura 13 – Reação qualquer para demonstração do mecanismo de catálise homogênea [8] . 27

Figura 14 – Mecanismo de catálise homogênea [8] .............................................................. 27

Figura 15 – Reação de hidrogenação [8] ............................................................................... 28

Figura 16 – Reação de hidrogenação [8] ............................................................................... 28

Figura 17– Mecanismo de reações de esterificação [4] ......................................................... 29

Figura 18 - Exemplo de reação de esterificação [10] ............................................................ 30

Figura 19 - Reação de transesterificação [13] ....................................................................... 31

Figura 20 - Reação de esterificação entre glicerol e um ácido graxo, onde R é uma cadeia

alifática de 4 a 28 carbonos, saturados ou insaturados. [15 , 16] ........................................... 32

Figura 21 - Estrutura geral de um triacilglicerol (R1, R2, R3 = grupo alquil saturado ou

insaturado; podendo ser igual ou diferente) [14] ................................................................... 32

Figura 22 - Produtos da termo oxidação do Ácido Linoléico, um ácido graxo. Cetona, ácido

carboxílico e aldeído como produtos da degradação. [18] ..................................................... 34

Figura 23 - Reação de saponificação [21] ............................................................................. 36

Figura 24 - Reação de Saponificação [23] ............................................................................ 37

Figura 25 - Representação da árvore, folhas e frutos da erva-mate. [24] ............................... 40

Figura 26 - Fórmula estrutural da Aliina [27] ....................................................................... 42

Figura 27 - Fórmula estrutural da Alicina [28]...................................................................... 42

Figura 28 - Fórmula estrutural do Ajoeno [29] ..................................................................... 42

Figura 29 - Fórmula estrutural da Adenosina [30] ................................................................ 42

Figura 30 - Fórmula estrutural da Quercetina [31] ................................................................ 43

Figura 31– Estrutura química do ácido oleanólico(1) e ácido ursólico(2) –triterpenos [33] ... 44

Figura 32– Estrutura química do ácido gálico (composto fenólico), onde R é igual a OH [35]

............................................................................................................................................ 44

Figura 33–Estrutura química das metilxantinas; 1: cafeína, 2: teobromina, 3: teofilina [37] .. 45

Figura 34 - Formato básico do Diagrama de Hommel [77] ................................................... 64

Figura 35 - Risco específico (Diagrama de Hommel) [78] .................................................... 65

Figura 36 - Diagrama de Hommel do Hidróxido de Sódio [80] ............................................. 66

Figura 37 - Preparo do chimarrão ........................................................................................... 69

Figura 38: SABÃO SÓLIDO procedimento original antes da agitação (autoria do grupo) .... 77

Figura 39: SABÃO SÓLIDO procedimento original após a agitação (autoria do grupo) ....... 77

Figura 40: Sabão de catalisadores etanol + infusão após processo de solidificação (autoria do

grupo) ................................................................................................................................ 778

Figura 41: Sabão sólido que utilizou a infusão como catalisadora após o processo de

solidificação (autoria do grupo) ............................................................................................ 79

Figura 42: Sabão que utilizou apenas a erva-mate como agente catalisador após o processo de

solidificação (autoria do grupo) ............................................................................................ 80

Figura 43: Sabões produzidos com os catalisadores infusão, erva-mate, etanol e etanol +

infusão após o processo de solidificação (autoria do grupo).................................................. 81

Figura 44: 5g NaOH sólido, 5 g solução de NaOH 50% e 1 g solução NaOH 50%,

respectivamente. (Fase menos densa [sobrenadante] corresponde ao biodiesel) (autoria do

grupo) .................................................................................................................................. 86

Figura 45: 5 g solução NaOH 50% e 1 g solução NaOH 50%, respectivamente (autoria do

grupo) .................................................................................................................................. 86

Figura 46: Testes número 2, 4 e 5, respectivamente (autoria do grupo) ................................. 88

Figura 47: Logo após agitação. Funil da esquerda: procedimento padrão/branco (20 minutos).

Funil da direita: ½ NaOH ½ infusão (10 minutos) (autoria do grupo). .................................. 89

Figura 48: Teste ½ NaOH ½ infusão agitados por 10 minutos (autoria do grupo) ................. 89

Figura 49: ½ a ½ agitado por 10 minutos – fase biodiesel (autoria do grupo) ........................ 90

Figura 50: Em cada foto: funil da esquerda corresponde ao procedimento padrão (Branco) e o

funil da direita corresponde ao teste ½ NaOH ½ infusão (autoria do grupo) ......................... 91

Figura 51 – Preparo dos biodieseis. Erlen 1 – branco; erlen 2 – ½ a ½ . ............................... 91

Figura 52 – Decantação após preparo. Funil da esquerda: ½ a ½ ; Funil da direita: branco. .. 92

Figura 53 – Após decantação. Funil da esquerda: branco. Funil da direita: ½ a ½. ................ 92

Figura 54 – Lavagem com HCl (imagem da esquerda) e após decantação (imagem da direita).

Em ambas as fotos: funil da esquerda – branco; Funil da direita – ½ a ½ . ............................ 93

Figura 55 – Biodieseis. 1 = Branco; 2 = ½ a ½ . ................................................................... 94

Figura 56: Foto A: infusão com erva-mate em palito. Fotos B e C: infusão com erva-mate em

pó......................................................................................................................................... 95

Figura 57: Testes 1,2 e 3, respectivamente (autoria do grupo) .............................................. 97

Figura 58: I = 1 g infusão. II = 1,0 g erva-mate residual. III = 0,5 g solução NaOH 50% + 0,5

mL infusão. Volume do biodiesel produzido para o teste alternativo III: 51,00 mL .............. 98

Figura 59: I = branco, II = infusão, III = erva-mate residual e IV = ½ solução NaOH 50% + ½

infusão (autoria do grupo) .................................................................................................... 99

Figura 60: I = preparação II – lavagem com HCl (biodiesel - fase menos densa e HCl - fase

mais densa) (autoria do grupo). .......................................................................................... 101

Figura 61: I = infusão, II = erva-mate residual e III = ½ KOH ½ infusão (autoria do grupo).

.......................................................................................................................................... 102

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 – Materiais para o chá (autoria do grupo) ............................................................... 51

Tabela 2 – Reagentes para o chá (autoria do grupo) .............................................................. 52

Tabela 3 – Materiais para sabão sólido [40].......................................................................... 53

Tabela 4 – Reagentes para sabão sólido [40] ........................................................................ 53

Tabela 5 – Materiais para produção de biodiesel [41] ........................................................... 54

Tabela 6 – Reagentes para “procedimento 1” [41] ................................................................ 55

Tabela 7 – Reagentes para “procedimento 2” ....................................................................... 55

Tabela 8 – Materiais para medida de pH .............................................................................. 57

Tabela 9 – Reagentes para medida de pH ............................................................................. 57

Tabela 10 – Materiais para índice de acidez ......................................................................... 58

Tabela 11 – Reagentes para índice de acidez ........................................................................ 58

Tabela 12 – Materiais para teste de inflamabilidade ............................................................. 59

Tabela 13 – Reagentes para teste de inflamabilidade ............................................................ 59

Tabela 14 - Custo dos materiais [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53] [54]

[55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72] ........ 60

Tabela 15 - Custo Real [73] [74] .......................................................................................... 62

Tabela 16 - Cronograma ....................................................................................................... 68

Tabela 17 - Resultados ......................................................................................................... 70

Tabela 18 - Dados coletados................................................................................................. 73

Tabela 19 - Tempo médio de catálise em função do óleo ...................................................... 74

Tabela 20 - Chá em função do tempo de solidificação .......................................................... 83

Tabela 21 - Dados ................................................................................................................ 85

Tabela 22 - Dados ................................................................................................................ 87

Tabela 23 – Volume produzido utilizando 0,5 g como quantidade total de catalisador .......... 93

Tabela 24 – Volume de 0,5 g totais após lavagem com HCl ................................................. 93

Tabela 25 – Dados ............................................................................................................... 95

Tabela 26 - Dados ................................................................................................................ 96

Tabela 27 – Volume de biodiesel produzido ....................................................................... 100

Tabela 28 –Índice de acidez do óleo ................................................................................... 103

Tabela 29 – Índice de acidez do biodiesel........................................................................... 103

Tabela 30 – Comparação entre índices de acidez ................................................................ 104

ÍNDICE DE GRÁFICOS

Gráfico 1 – Eficiência do chá (autoria do grupo) .................................................................. 71

Gráfico 2 – Determinação do tipo de óleo (autoria do grupo) ............................................... 72

Gráfico 3 – Tempo (s) x Grau de acidez do óleo (autoria do óleo) ........................................ 74

Gráfico 4 – Tempo x Acidez do óleo para saponificação (autoria do grupo) ......................... 75

Gráfico 5 – Variação do tempo em função do catalisador (autoria do grupo) ........................ 81

Gráfico 6 – Eficiência do chá (autoria do grupo) .................................................................. 83

Gráfico 7 – Comparação de índices de acidez (autoria do grupo) ........................................ 100

15

1-INTRODUÇÃO

O chimarrão é uma bebida típica e de forte influência entre os países da América do

Sul, como o Brasil, a Argentina, o Paraguai e o Uruguai. A bebida utiliza a erva-mate (Ilex

paraguariensis) como matéria-prima, de forma que o hábito do consumo da mesma gera uma

necessidade ambiental de segregação do resíduo da erva que é descartada em massa sem

alternativas de reutilização ou métodos encontrados no meio científico que apliquem esse

resíduo a algum processo químico. [1]

Como a maioria dos estudos acadêmicos publicados indica e comprova o potencial

bioativo e a presença de um conteúdo de cafeína, teobromina, flavonóides, saponinas entre

outros, o projeto destinou-se à desenvoltura de um método que aplicasse essas propriedades

estimulantes de maneira a introduzir a função como catalisador para diminuir o tempo de

processamento em reações orgânicas de saponificação (na produção de sabão) e de

transesterificação (na produção de biodiesel). Não só quanto à massa seca do resíduo da erva,

mas também quanto aos testes com a eficiência da infusão.

Tal ideia visa à substituição, junção ou diminuição da quantidade de catalisadores

utilizados em cada um dos processos orgânicos citados anteriormente. Na produção do sabão

utiliza-se álcool e na produção de biodiesel, hidróxido de sódio, reagentes muitas vezes

utilizados em excesso para obtenção de uma quantidade satisfatória de produto. Assim sendo,

a introdução do resíduo do chimarrão no processo químico, além de proporcionar um

catalisador de baixo custo, soluciona um problema ambiental cotidiano de forma inovadora,

reduzindo os gastos com catalisadores originais em até 75%.

Em suma, a comunidade científica faz um apelo quanto ao desenvolvimento de

projetos que incluam a exploração da composição química da erva-mate em diferentes meios

da ciência, uma vez que esta apresenta funções e estruturas de compostos ainda desconhecidas

e grande potencial bioquímico a ser explorado em futuras pesquisas que venham a se

desenvolver a partir dos inúmeros desafios que a ciência há de enfrentar e solucionar.

16

2-PESQUISA BIBLIOGRÁFICA

As pesquisas encontradas e que serviram como referenciais bibliográficos para guiar

o trabalho desenvolvido visavam explorar a função da erva-mate nos processos biológicos e

introduziram o grupo a correlacioná-las à solução de problemas encontrados nos processos

químicos, uma vez em que esta aplicação do resíduo como catalisador de reações orgânicas

nunca foi proposto anteriormente no meio científico.

2.1- “CHÁ MATE (Ilex paraguariensis): COMPOSTOS BIOATIVOS E RELAÇÃO COM

A ATIVIDADE BIOLÓGICA” [1].

O projeto se baseou na tese de mestrado denominada “Chá mate (Ilex

paraguariensis): compostos bioativos e relação com a atividade biológica” defendida pela

autora Marina Figueiredo Ferreira de Souza, em 2009, na obtenção do título de “Mestre em

Nutrição em Saúde Pública” pela Universidade de São Paulo (USP).

Esta tese utilizou o potencial protetor à saúde do chá mate, assim como o chimarrão,

devido à atividade antioxidante e alta concentração de compostos bioativos como as

saponinas, compostos fenólicos e as metilxantinas que, em conjunto, correspondem pela sua

atividade biológica. Neste trabalho foi avaliado e quantificado o teor de cada composto

bioativo e comparado a diferença entre as marcas de chá mate comercializadas no estado de

São Paulo.

A validação do método consistiu no cálculo da exatidão, repetição e sensibilidade

para os compostos: ácido caféico, ácido-5-cafeiolquínico, cafeína, teobromina, ácido ursólico

e ácido oleanólico. Foram determinados os teores fenólicos totais por método

espectrofotométrico com o reagente Folin-Ciocalteu. As frações de fenólicos e xantinas,

sapogeninas e melaninas foram isoladas e testadas quanto à atividade antioxidante: pelo

sistema de oxidação e ácido linoléico, teste da capacidade de absorbância de

oxigênio radical ORAC (Oxigen Radical Absorbance Capacity), capacidade de sequestrar o

17

radical DPPH, e atividade ligante de ácidos biliares (ácidos glicocólicos, cólico, deoxicólico e

taurocólico) esta última sendo específica para a aplicação biológica do composto.

2.2- “EFEITOS DO CHIMARRÃO (Ilex paraguariensis) NA ABSORÇÃO DE

FLAVONÓIDES, NA CONCENTRAÇÃO DOS LIPÍDEOS E NA CIRCULAÇÃO”

Outro referencial bibliográfico foi a dissertação apresentada por Zaíra Tronco Salerno

na obtenção do grau de “Mestre em ciências da Saúde: Cardiologia e Ciências Vasculares”

pela Faculdade de Medicina da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS), em

2007, denominada “Efeitos do Chimarrão (Ilex paraguariensis) na absorção de flavonóides,

na concentração dos lipídeos e na circulação”, cujo estudo comprovou o potencial

antioxidante da erva. [2].

2.3- “COMPOSIÇÃO MINERAL DO PRODUTO COMERCIAL DA ERVA-MATE (Ilex

paraguariensis St. Hil.)”

O chimarrão, bem como sua composição mineral, é muito estudado no meio

acadêmico devido ao vasto campo de pesquisa sobre suas funções e estruturas. Há inúmeros

compostos orgânicos, especialmente polifenóis, cuja forma química ainda não é conhecida.

Assim sendo, o artigo publicado por Reges Heinrichs e Eurípedes Malavolta: “Composição

mineral do produto comercial da erva-mate (Ilex paraguariensis St. Hil.)” serviu de base ao

projeto como um aprofundamento da composição da erva e incentivo para sua aplicação no

cotidiano químico. Para determinação dos elementos químicos na infusão, utilizaram-se 70g

de erva-mate para um litro de água deionizada a 80ºC, simulando-se a temperatura para

chimarrão, mantendo-se em contato até esfriar, sendo posteriormente coada. Os elementos

analisados na infusão foram os determinados na matéria seca e, além destes, Molibdênio,

Bário, Silício, Estrôncio, exceto Cobalto. A concentração de Nitrogênio total foi determinada

18

com a destilação de 20ml da infusão e com leitura em espectrometria de emissão atômica com

plasma de argônio para os demais elementos. [3]

19

3-FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

3.1- QUÍMICA ORGÂNICA

A química orgânica, como é conhecida hoje, teve suas origens no fim do século

XVIII, quando inúmeras tentativas de isolar certos compostos orgânicos puros foram

realizadas, a fim de substituir os extratos. No entanto, o termo “composto orgânico” só foi

usado pela primeira vez em 1807 pelo químico sueco Berzelius, para designar substâncias

extraídas de matéria viva, ou seja, de sistemas organizados. [4]

3.2- HIDROCARBONETOS [4]

São definidos como compostos formados apenas por átomos de carbono e

hidrogênio. O carbono é extremamente importante e apropriado aos processos vitais, devido à

sua estrutura. Possui quatro elétrons na camada eletrônica externa, podendo partilhá-los com

outros elementos que completem suas camadas eletrônicas pela partilha de elétrons, formando

o que se denomina ligação covalente. Um desses elementos com os quais o carbono pode

fazer ligação é o próprio carbono, resultando em ligações carbono-carbono, às quais

chamamos cadeias carbônicas. Nessas cadeias, considerando que um átomo de carbono esteja

ligado a dois outros átomos de carbono, um pela esquerda e outro pela direita, e que ele pode

fazer quatro ligações, ou seja, ainda tem dois elétrons livres, estes são partilhados com átomos

de hidrogênio. Por isso, em uma cadeia carbônica onde a ligação não está sendo feita com

nenhum átomo, está na verdade sendo feita com um átomo de hidrogênio.

Os hidrocarbonetos são classificados de acordo com as ligações carbono-carbono

realizadas na cadeia, sendo divididos em alcanos, alcenos e alcinos.

20

3.2.1 Alcanos

São compostos nos quais os carbonos fazem ligações simples, ou seja, as quatro

ligações possíveis são feitas a quatro átomos diferentes entre sim. Isto quer dizer que, se um

átomo de carbono pode fazer quatro ligações e cada uma dessas ligações é feita a um átomo

diferente, ou seja, há quatro átomos ligados ao átomo principal, tem-se um alcano.

Figura 1– Metano ( CH4 ) [5]

3.2.2 Alcenos

São compostos que apresentam ligação(es) dupla(s), ou seja, dois átomos de carbono

estão ligados entre si sendo que cada um está compartilhando dois elétrons.

Figura 2 - Eteno ( C2H4) [5]

21

3.2.3 Alcinos

São compostos nos quais dois átomos de carbono estão ligados entre si por ligações

triplas, ou seja, cada átomo está compartilhando três elétrons.

Figura 3 - Etino ( C2H2 ) [5]

Os compostos que possuem ligações simples são chamados de saturados, e aqueles

que possuem duplas ou triplas ligações são considerados insaturados.

3.3- ÁLCOOIS

São compostos que apresentam um ou mais grupos OH- (hidroxila) ligados à sua

estrutura.

Figura 4 - Metanol (Álcool metílico - CH3OH ) [5]

Alguns álcoois são completamente miscíveis em água, como os álcoois metílico

(metanol) e etílico (etanol). Outros são apreciavelmente solúveis, dependendo do número de

átomos de carbono e hidroxilas. Em geral a presença de uma hidroxila é suficiente para

permitir que uma estrutura de três ou quatro carbonos seja solúvel. [4]

22

Álcoois são compostos muito versáteis. De todos, o mais importante é o álcool

etílico, conhecido comumente como álcool. É um solvente industrial e farmacêutico muito

importante, sendo, ainda, muito utilizado como meio reacional em química e como

ingrediente ativo em muitas bebidas agradáveis. [4] Outro exemplo é o álcool metílico, usado

na fabricação de formaldeído, em sínteses orgânicas, como combustível de avião, solvente, e

outras finalidades. [6]

3.4 – ÁCIDOS CARBOXÍLICOS [4]

Ácidos carboxílicos são compostos que apresentam o grupo carbonila, mais

especificamento o grupo carboxila, sempre presente na extremidade da cadeia.

Figura 5 - Grupo Carbonila [4]

Figura 6 - Grupo carboxila [4]

Figura 7 - Ácido carboxílico, onde R é igual à cadeia [4]

23

Muitos dos ácidos carboxílicos comuns foram inicialmente isolados de fontes

naturais, especialmente de gorduras, daí serem frequentemente chamados de “ácidos graxos”.

Ácidos fórmico, acético, propiônico, láurico, palmítico, esteárico, entre outros, são

disponíveis para uso comercial como intermediários sintéticos. O mais importante de todos é

o ácido acético, usado como reagente e solvente, tanto em processos industriais como em

laboratório.

3.5- ÉSTERES [4]

Em uma reação de condensação, duas moléculas se unem, geralmente com perda de

água ou outra molécula simples. O produto de uma reação de condensação entre um ácido

carboxílico e um álcool é um éster.

Figura 8 - Éster metanoato de etila [4]

Os ésteres possuem uma característica bem interessante: são responsáveis pelo sabor

e fragrância de muitas frutas, flores e aromatizantes artificiais. São geralmente insolúveis em

água e têm pontos de ebulição ligeiramente maiores do que os hidrocarbonetos de peso

molecular semelhante.

24

3.6- NOMENCLATURA [4]

O primeiro passo para nomear um composto é analisar a sua cadeia, determinando

qual é a chamada “cadeia principal”. Esta constitui o maior número de carbonos interligados

com maior número de radicais, que contenha instauração e o grupo funcional.

Quando se tem uma cadeia carbônica, deve-se contar os átomos de maneira a agrupar

o maior número possível destes. Os carbonos que ficarem “fora” da sequência escolhida como

cadeia principal são chamados de radicais. Além disso, a cadeia principal deve,

obrigatoriamente, englobar quaisquer insaturações presentes na molécula (duplas ou triplas

ligações) e grupos funcionais, que são conjuntos de átomos que conferem determinada

característica à molécula. Alguns mais comuns são: hidroxila (OH-), que caracteriza álcool;

carboxila (-COOH), que caracteriza ácido carboxílico; aldoxila (-COH), que caracteriza

aldeído; carbonila (C=O), que caracteriza cetona; entre outros.

3.6.1 Alcanos

Para a nomenclatura de alcanos, conta-se o número de carbonos presentes na cadeia

principal e coloca-se a terminação “ano” ao final do nome. Segue-se a sequência: met (1 C),

et (2 C), prop (3 C), but (4 C), e assim por diante.

Figura 9 - Alcano (Etano) [5]

Na figura acima, por exemplo, tem-se dois átomos de carbono, ou seja, “et”. Como

não possui instauração, ou seja, só apresenta ligações simples, classifica-se como alcano, e

para tal acrescenta-se “ano’ ao final do prefixo. Portanto, a nomenclatura da molécula acima é

“etano”.

25

3.6.2 Alcenos

Para alcenos, segue-se o mesmo princípio, porém, acrescenta-se “eno” ao final do

prefixo e é necessário informar em qual posição se encontra a dupla ligação. Para saber, é

preciso numerar os carbonos, de forma que o carbono 1 fique o mais próximo da dupla

possível.

Figura 10 - Alceno( prop-1-eno ) [5]

Figura 11 - Numeração dos carbonos. Note que o carbono 1 é sempre o mais próximo da insaturação,

ou do grupo funcional, quando for o caso. [5]

A seguir, conta-se o número de carbonos na molécula ( 3C = prop), coloca-se a

posição da dupla (depois do C nº1) e acrescenta-se o “eno” ao final. O nome desse alceno,

portanto, é “prop-1-eno”. Como na química orgânica tudo é uma questão de rotação espacial,

se a dupla estivesse do outro lado e a molécula mudasse de posição no espaço, voltaríamos a

ter esse mesmo nome. Logo, os números indicando a posição da dupla ou tripla são colocados

quando há possibilidade de alteração da nomenclatura em caso de rotação espacial.

3.6.3 Alcinos

A nomenclatura segue os mesmos princípios que a nomenclatura de alcenos, porém,

acrescenta-se “ino” em seguida do prefixo.

26

Figura 12 - Alcino ( etino , ou acetileno ) [5]

Note que, quanto maior a insaturação, menor é o número de hidrogênios ligados à

molécula. Deve-se obedecer sempre as quatro ligações do átomo de carbono.

3.7- CATALISADORES

Para que uma reação ocorra, é necessário que haja um mínimo de energia, a qual é

chamada de energia de ativação. Se a energia de ativação for alta, significa que é preciso

bastante energia para que a reação ocorra. Porém, se a energia de ativação for baixa, a

quantidade de energia necessária é menor, ou seja, a reação ocorre mais rapidamente. Para

que isso aconteça são utilizados catalisadores, substâncias que diminuem a energia de

ativação, acelerando determinada reação, sem alterar o resultado final, ou seja, não participam

da reação, apenas alteram sua velocidade. Existem catalisadores biológicos muito conhecidos,

como as enzimas, por exemplo, que são responsáveis por aumentar a velocidade das reações

em nosso organismo.

Os catalisadores podem ser divididos em duas amplas categorias: catalisadores

homogêneos ou heterogêneos, dependendo da forma com que atuam: circunscritos a uma fase

única ou distribuídos na interface presente entre as fases constituintes de um sistema reativo.

Tal classificação não é absoluta: em muitos sistemas não se sabe ao certo se temos catálise

homogênea ou heterogênea. É fato que em muitos casos há uma nítida diferenciação de

acordo com a classificação acima. [7]

27

3.7.1 Catalisadores homogêneos [7, 8]

Catálise homogênea (entende-se por catálise uma reação que ocorre na presença de um

catalisador) é aquela em que os reagentes e o catalisador constituem uma só fase (sistema

monofásico ou solução).

Geralmente associado à catálise homogênea observa-se que o catalisador pode ser

facilmente adicionado ao sistema reativo, mas não é de fácil remoção. O seu efeito catalítico é

mais pronunciado quanto maior quantidade for adicionada ao sistema de interesse,

observando-se uma ação que em geral é razoavelmente reprodutível.

O catalisador forma um composto intermediário com um dos reagentes, possibilitando

para a reação um novo caminho (mecanismo), no qual a energia de ativação é menor. O

mecanismo é representado a seguir:

Figura 13 – Reação qualquer para demonstração do mecanismo de catálise homogênea [8]

Figura 14 – Mecanismo de catálise homogênea [8]

As reações (1) e (2) tem energias de ativação muito menores que a reação global sem

catalisador.

A catálise homogênea está em franco desenvolvimento, principalmente nos centros de

pesquisas acadêmicas, como decorrência destas características favoráveis que permitem um

28

estudo acurado dos mecanismos de reação. As aplicações industriais são muito menos

intensas do que as dos catalisadores heterogêneos, que envolvem sólidos.

3.7.2 Catalisadores heterogêneos [7, 8]

Catálise heterogênea é aquela em que os reagentes e o catalisador constituem um

sistema polifásico. Em outras palavras, há superfície de separação entre os reagentes e o

catalisador.

A catálise heterogênea é caracterizada pela presença de sólidos que exibem grandes

áreas superficiais associadas à intensa micro porosidade da fase. A atividade catalítica está

associada à área geométrica que apresenta, e não à sua massa. Catalisadores com área

específica da ordem de centenas de metros quadrados por grama são conhecidos.

Nesse tipo de catálise, a ação do catalisador é de superfície, ou seja, as moléculas dos

reagentes são adsorvidas na superfície do catalisador. Com isso, as ligações das moléculas dos

reagentes são enfraquecias, facilitando a formação do complexo ativado e diminuindo, assim,

a energia de ativação.

Como exemplo, tem-se a reação de hidrogenação de um alceno a alcano:

Figura 15 – Reação de hidrogenação [8]

Figura 16 – Reação de hidrogenação [8]

29

A reação de hidrogenação de um alceno a alcano passa-se com desprendimento de

calor (isto é, a reação é exotérmica). No entanto, apesar da termodinâmica favorável, não

ocorre nenhuma reação ao misturar um alceno com hidrogênio. Isto é assim porque a energia

de ativação para esta reação é muito alta. Utilizando o metal níquel (e também outros metais,

como o paládio ou a platina) como catalisador, as moléculas dos reagentes, C2H4(g) e/ou H2(g),

são adsorvidas na superfície do metal. Com isso, são enfraquecidas as ligações químicas

nessas moléculas, facilitando a formação do complexo ativado, isto é, abaixando a energia de

ativação.

O uso de ácidos orgânicos (cítrico e lático, por exemplo) é pouco explorado em

síntese orgânica como catalisadores. As vantagens do uso desses ácidos orgânicos seriam: o

baixo custo, a baixa toxicidade, além de serem rapidamente degradados no ambiente se

comparados, principalmente, a catalisadores organometálicos. [9]

3.8- REAÇÕES DE ESTERIFICAÇÃO

Ésteres são compostos originados, mais comumente, a partir da reação de um ácido

carboxílico com um álcool, eliminando água. A reação é feita a partir da substituição de uma

hidroxila (-OH) de um ácido por um radical alcoxíla (-OR). [10] Em laboratório, geralmente é

preparado na presença de um ácido mineral como catalisador, e essa reação de formação de

ésteres é frequentemente chamada de “Esterificação de Fischer”. [4]

Figura 17– Mecanismo de reações de esterificação [4]

30

Figura 18 - Exemplo de reação de esterificação [10]

Quando a reação atinge o equilíbrio, existe uma proporção razoável dos reagentes

iniciais. Normalmente, o ácido carboxílico é a matéria-prima de mais alto preço. O outro

componente é, geralmente, o álcool metílico ou etílico. Pode-se, então, usar um grande

excesso do álcool com o objetivo de deslocar o equilíbrio para a direita. Em muitos casos

pode-se remover a água por destilação do azeótropo1 que se forma, com um solvente

adequado, tal como o benzeno, levando, deste modo, a reação ao término. [4]

As reações de esterificação são facilitadas com o aumento da temperatura e presença

de um catalisador.

Como em quantidades equimolares (1:1) de ácido e álcool a esterificação para, pode-

se trabalhar com o excesso de um dos reagentes, deslocando o equilíbrio e aumentando o

rendimento. Além disso, os catalisadores também influenciam a esterificação. Geralmente são

usados ácidos minerais como catalisadores, H2SO4 e HCl, mas acarretam desidratação dos

álcoois e corrosão de equipamentos, respectivamente. [10]

Em processos industriais trabalha-se com os reagentes, ácido orgânico e álcool,

catalisador (ácido mineral) em refluxo e excesso de um dos reagentes. Só se consegue

terminar uma reação retirando um dos produtos formados (éster ou água), deslocando o

equilíbrio para os produtos (alta conversão). [10]

1 Azeótropo: Mistura de ponto de ebulição constante.

31

3.9- BIODIESEL

Pela definição da lei nacional número 11.097 de 13/01/2005, o biodiesel pode ser

classificado como um combustível alternativo, de natureza renovável, que possa oferecer

vantagens sócio ambientais ao ser empregado na substituição total ou parcial do diesel de

petróleo em motores de ignição por compressão interna (motores do ciclo Diesel). Pode ser

produzido a partir de gorduras animais ou de óleos vegetais, existindo dezenas de espécies

vegetais no Brasil que podem ser utilizadas, tais como: mamona, dendê (palma), girassol,

babaçu, amendoim, pinhão manso e soja, dentre outras. [11]

Quimicamente, o biodiesel é definido como éster monoalquílico de ácidos graxos

derivados de lipídeos de ocorrência natural e pode ser produzido, juntamente com a glicerina,

pela reação de triacilgliceróis (ou triglicerídeos) com álcool, comumente o etanol ou metanol,

na presença de um catalisador ácido ou básico. [12]

Figura 19 - Reação de transesterificação [13]

A grande compatibilidade do biodiesel com o diesel convencional o caracteriza como

uma alternativa capaz de atender a maior parte da frota de veículos a diesel já existente no

mercado, sem qualquer necessidade de investimentos tecnológicos no desenvolvimento dos

motores. [13]

32

3.10- ÓLEOS, GORDURAS [14]

Os óleos e gorduras são substâncias insolúveis em água (hidrofóbicas), de origem

animal ou vegetal, formados predominantemente por ésteres de triacilgliceróis, produtos

resultantes da esterificação entre o glicerol e ácidos graxos.

Figura 20 - Reação de esterificação entre glicerol e um ácido graxo, onde R é uma cadeia alifática de 4

a 28 carbonos, saturados ou insaturados. [15 , 16]

Figura 21 - Estrutura geral de um triacilglicerol (R1, R2, R3 = grupo alquil saturado ou insaturado;

podendo ser igual ou diferente) [14]

33

São denominados ácidos graxos os ácidos carboxílicos com cadeia carbônica longa.

Além disso, a grande maioria dos ácidos graxos naturais não apresentam ramificações e

contêm um número par de carbonos devido à rota bioquímica de síntese. Os ácidos graxos

diferem entre si pelo número de carbonos da cadeia e também pelo número de insaturações.

Quando saturados possuem apenas ligações simples entre os carbonos e possuem pouca

reatividade química. Já os ácidos graxos insaturados, contêm uma ou mais ligações duplas no

seu esqueleto carbônico, são mais reativos e mais suscetíveis a termo oxidação. [17]

Os triacilgliceróis são compostos insolúveis em água e a temperatura ambiente

possuem uma consistência de líquido para sólido. Quando estão sob forma sólida são

chamados de gorduras e quando estão sob forma líquida são chamados de óleos. Além de

triacilgliceróis, os óleos contêm vários componentes em menor proporção, como mono e

diglicerídeos (importantes como emulsionantes); ácidos graxos livres; tocoferol (importante

antioxidante); proteínas, esteróis e vitaminas.

Os óleos vegetais possuem de uma a quatro insaturações (ligações duplas) na cadeia

carbônica, sendo líquidos à temperatura ambiente, enquanto as gorduras são sólidas à

temperatura ambiente devido à sua constituição em ácidos graxos saturados.

Assim, gorduras animais como a banha, o sebo comestível e a manteiga são

constituídas por misturas de triacilgliceróis, que contém um número de saturações maior do

que o de insaturações, conferindo-lhes maior ponto de fusão (sólidos à temperatura ambiente).

De maneira análoga, os óleos por possuírem um número maior de insaturações, expressam

menor ponto de fusão (líquidos à temperatura ambiente).

3.10.1- Óleo Usado

No processo de fritura, o alimento é submerso em óleo quente, que age como meio de

transferência de calor. Deve-se ainda considerar que parte do óleo utilizado para a

transferência de calor é absorvido pelo alimento e torna-se parte da dieta, exigindo-se óleos de

boa qualidade no preparo dos alimentos e que permaneçam estáveis por longos períodos de

tempo. Durante o aquecimento do óleo no processo de fritura, uma complexa série de reações

produz numerosos compostos de degradação. Com o decorrer das reações, as qualidades

34

funcionais, sensoriais e nutricionais se modificam. Quando o alimento é submerso no óleo

quente em presença de ar, o óleo é exposto a três agentes que causam mudanças em sua

estrutura: 1) a água, proveniente do próprio alimento e que leva a alterações hidrolíticas; 2) o

oxigênio que entra em contato com o óleo e a partir de sua superfície leva a alterações

oxidativas e finalmente, 3) a temperatura em que o processo ocorre, resultando em alterações

térmicas, como isomerização e reações de cisão (aldeídos e cetonas), formando diversos

produtos de degradação, como epóxidos e hidroperóxidos. Portanto, as formas de deterioração

de óleos vegetais são a hidrólise, a oxidação, e a polimerização. Sendo a oxidação a principal

causa de deterioração, ela provoca alterações do sabor, textura, aroma e da cor nos alimentos,

ocasionando perda do valor nutricional e gerando toxidez.

Figura 22 - Produtos da termo oxidação do Ácido Linoléico, um ácido graxo. Cetona, ácido

carboxílico e aldeído como produtos da degradação. [18]

35

3.10.1.1- Utilização [19]

Óleos para frituras devem apresentar bom estado de conservação, devendo ser

inutilizados para a alimentação quando apresentarem altos teores de resíduos e formação de

fumaça antes da temperatura indicada para cada respectivo óleo, quando aquecidos. Deve se

evitar frituras por longos períodos, mesmo que o óleo apresente visivelmente bom estado de

conservação.

A população ainda é inconsciente do quadro de informações técnicas sobre as

transformações ocasionadas nos óleos durante o processo de fritura, o que dificulta, mas não

impossibilita, que seja efetuado o controle dos mesmos, principalmente através de

conscientização. Deve-se, além do controle residencial, fazer o controle em estabelecimentos

alimentícios. Consumidores devem exigir selo de qualidade aos alimentos comercializados.

O óleo residual pode ser reciclado gerando fonte de renda e energia, podendo ser

empregado como matéria-prima na produção de biodiesel (combustível alternativo ao diesel

do petróleo), limpo e isento de enxofre, um dos responsáveis pela redução da camada de

ozônio e chuvas ácidas.

A queima do biodiesel contribui para o ciclo neutro de carbono, pois todo dióxido de

carbono (CO2) emitido durante a sua combustão é absorvido pelas oleaginosas durante seu

crescimento, o que equilibra o balanço negativo gerado pela emissão de gás carbônico na

atmosfera.

3.10.2 Índice de Acidez [20]

Segundo a ANP (Agência Nacional de Petróleo, que permite um índice de acidez

nessas substâncias no valor inferior a 2mg de NaoH/g, as amostras obtidas durante o

desenvolvimento desse projeto foram submetidas à esta análise por meio da técnica de

titulometria e cálculo do valor em sua forma percentual.

Este controle visa à segurança alimentar relativa ao teor de substâncias que

influenciam a concentração ácida da amostra. Durante o processo de degradação do óleo

36

ou gordura, componentes como aldeído, ácido carboxílico e cetona tendem a aumentar a

acidez do produto, que se intensifica conforme o mesmo é reutilizado, diminuindo a

quantidade de óleo por volume.

Tal técnica analítica envolve o uso de Hidróxido de Sódio (NaOH) como titulante

e o óleo e o biodiesel como titulados, adquirindo ponto de viragem na coloração rósea

com fenolftaleína como indicador. O índice pode ser calculado pela fórmula a seguir:

na qual:

V é o volume em mL de NaOH gasto na bureta,

fc é fator de correção do NaOH,

e P é a massa pesada da amostra.

Figura 23 - Reação de saponificação [21]

A imagem acima representa a reação de saponificação. Quanto mais usado o óleo,

maior sua acidez, e consequentemente, menor quantidade por volume. A reutilização do óleo

provoca sua degradação, originando moléculas já citadas (aldeídos, ácidos carboxílicos,

37

cetonas). Por isso, quanto mais utilizado o óleo melhor para a produção de sabão, pois mais

concentrado ele é.

3.11- REAÇÕES DE SAPONIFICAÇÃO [22]

O processo de hidrólise alcalina dos óleos, mais conhecido como saponificação,

consiste na hidrólise total ou parcial dos triglicerídios, geralmente em meio aquoso e sob

aquecimento (por vezes prescindível), tendo álcali (base) como catalisador. Os produtos da

reação são moléculas de glicerol e a mistura de sais alcalinos de ácidos graxos ou os

carboxilatos de sódio:

Figura 24 - Reação de Saponificação [23]

Pode-se utilizar, na saponificação dos óleos vegetais (para saponificar os ácidos

graxos esterificados ao glicerol e neutralizar os ácidos graxos livres), hidróxido de sódio

(normalmente o mais empregado), hidróxido de potássio, uma mistura dos hidróxidos de

sódio e de potássio, ou ainda carbonatos de sódio e de potássio, amônia e bases orgânicas

nitrogenadas, como as etanolaminas, por exemplo. Bases dos metais cálcio e magnésio

formam sais de ácidos graxos consideravelmente insolúveis em água.

Em solução aquosa, o catalisador básico mais comum é o íon hidróxido. Entretanto,

algumas reações podem ser catalisadas por qualquer base, sendo chamadas de catálise básica

geral. Quando apenas certas bases são eficazes o fenômeno é denominado catálise básica

específica, tendo a hidrólise de ésteres como exemplo clássico.

38

Durante a saponificação dos óleos são formados: diglicerídio, monodiglicerídio e,

por último, o glicerol. O sabão que vai sendo formado age como catalisador da reação.

No começo, a reação é lenta pela presença de pouca quantidade de sabão formado em

solução. Com o aumento da concentração de sabão, a velocidade da reação cresce até que a

maior parte do óleo seja consumida. A reação volta a ficar lenta no final, devido à baixa

concentração de óleo. A velocidade de saponificação aumenta, com o aumento da

temperatura.

Uma maneira de provocar a saponificação completa de óleo é inicialmente adicionar

óleo em excesso, obtendo-se quantidade mínima de álcali livre. Logo depois, adiciona-se

excesso de álcali para completar a saponificação. O álcali livre residual retorna à primeira

etapa.

3.12- SABÕES E DETERGENTES [4]

Sabões e detergentes são compostos de moléculas que contêm grandes grupos

hidrocarbônicos, os grupos hidrofílicos (que tem afinidade pela água) e os grupos

hidrofóbicos (que não tem afinidade pela água). As partes apolares dissolvem-se na gordura, e

as partes polares dissolvem-se na água. Com isso, cria-se uma emulsão, onde as moléculas de

sabão ou detergente envolvem as moléculas de gordura em uma espécie de envelope solúvel

em água.

Os sabões, misturas dos sais de sódio dos ácidos graxos em C12 e superiores, são

ineficientes em água dura (água contendo sais de metais mais pesados, especialmente ferro e

cálcio). Os sabões são precipitados da água dura na forma de sais insolúveis de cálcio ou ferro

(note, por exemplo, o anel amarelado das banheiras). Por outro lado, os sais de cálcio e ferro

de hidrogeno-sulfatos de alquila são solúveis em água, e os sais de sódio destes materiais, por

exemplo, conhecidos como detergentes, são eficientes em água dura. Estes detergentes

39

contêm cadeias alquídicas2 lineares como as gorduras naturais. Como são metabolizados por

bactérias nas estações de tratamento de esgotos, chamam-se detergentes metabólicos.

3.13- CHIMARRÃO

O chimarrão, bebida à base de erva-mate, é um hábito tanto no sul do Brasil como

em outros países da América do Sul, em parte da Bolívia e do Paraguai e em todo o Uruguai e

Argentina.

Usualmente é preparado em uma cuia (recipiente) onde a erva-mate é adicionada

pelas bordas e fixada nas paredes do recipiente de forma que fique um espaço vazio em seu

centro, ao qual é adicionado água na temperatura de aproximadamente 70ºC que constitui a

parte líquida da bebida, chamada infusão.

No século passado foi feita a identificação botânica da erva-mate, Ilex

paraguariensis. [2]

3.14- ERVA-MATE (Ilex paraguariensis)

A erva-mate é uma planta originária da região subtropical da América do Sul, que

inclui Argentina, Paraguai, Uruguai e sul do Brasil, o clima temperado desses locais facilita o

desenvolvimento da erva. A árvore em si chega a atingir 12 metros de altura, possui um caule

acinzentado, folas com formato oval, frutos pequenos verdes ou vermelhos e flores brancas.

[23

Muito usada na culinária, essa erva possui várias propriedades terapêuticas, dentre

elas podemos destacar funções estimulantes, diuréticas, digestivas, laxante e tonificante, além

2 Alquídicas: Um alquídico (ou Alquído) é produzido por uma reação entre um ácido, um Álcool e um óleo

secante.

40

de ajudar no combate e prevenção de fraquezas, depressão nervosa, úlcera e problemas

pancreáticos. [23]

Figura 25 - Representação da árvore, folhas e frutos da erva-mate. [24]

Nas investigações fitoquímicas de Ilex paraguariensis St.Hil encontram-se muitas

classes de constituintes químicos, como “purine alkaloids” (cafeína), aminoácidos, polifenóis

(ácidos clorogênicos), e flavonóides (quercetina, rutina e campferol). Polifenóis e flavonóides

têm sido implicados no papel de proteção na ação dos extratos contra muitas doenças.

As partes folhosas dessas plantas são largamente usadas para o preparo de uma

bebida típica, semelhante a um chá, o chimarrão (infusão ou decocção), muito apreciado por

seu peculiar sabor amargo, pelas propriedades estimulantes e seu conteúdo de cafeína,

teobromina e flavonóides.

41

3.14.1 - Alho3 (Allium sativum) e compostos bioativos

Os vegetais em geral estão em constante contato com sol, calor, pragas, etc. Estas

“agressões” naturais podem acabar danificando a planta. Por isso eles necessitam de um

sistema de defesa próprio para se protegerem. Essa proteção, em geral, é realizada através de

substâncias fisiologicamente ativas, também chamadas de compostos bioativos. [25]

A maioria destes compostos, ao serem ingeridos pelo ser humano, atuam como

antioxidantes, antivirais, estimulantes dos sistemas corpóreos, dentre outras funções. É

importante se perceber que os compostos bioativos não são nutrientes (substâncias

essenciais), mas sim substâncias que auxiliam no combate e prevenção de vários problemas e

doenças. [25]

O alho (Allium sativum), por exemplo, além de usado na culinária, é um vegetal rico

em compostos bioativos, e é muito usado como um medicamento natural desde a antiguidade.

Os compostos presentes no alho atuam de forma terapêutica no tratamento e prevenção de

parasitoses, desconfortos gastrointestinais, dislipidemias, verminoses intestinais, hipertensão,

doenças cardiovasculares, câncer, além das atividades anti-inflamatórias, antimicrobianas, e

antiasmáticas. [26]

Mediante a vários estudos, foram identificadas centenas de substâncias bioativas no

alho, em especial os compostos sulfurados, (são aqueles que contém enxofre na composição)

estes estão presentes no alho em quantidades até três vezes maior do que em outros vegetais

que também os contém, como a cebola e o brócolis. Os compostos sulfurados são

responsáveis pelo odor forte e característico do alho e estão presentes em maior quantidade na

parte do bulbo (“dentes de alho”). [26]

Alguns dos compostos bioativos sulfurados presentes no alho são: Aliina, Ajoeno,

Alicina, Tiosulfinatos, dialil sulfito. [26]

3O alho é um exemplo de vegetal rico em compostos bioativos e não faz parte da composição do chimarrão.

42

Figura 26 - Fórmula estrutural da Aliina [27]

Figura 27 - Fórmula estrutural da Alicina [28]

Figura 28 - Fórmula estrutural do Ajoeno [29]

Alguns dos compostos bioativos não sulfurados presentes no alho são: Adenosina,

Quercetina, Ácidos Fenólicos, Selênio, Frutanos. [26]

Figura 29 - Fórmula estrutural da Adenosina [30]

43

Figura 30 - Fórmula estrutural da Quercetina [31]

3.14.2 Saponinas

Saponinas são glicosídeos de esteroides ou de terpenos policíclicos. É uma estrutura

com caráter anfifílico, parte da estrutura com característica lipofílica (triterpeno ou esteroide)

e outra hidrofílica (açúcares). Essa característica determina a propriedade de redução da

tensão superficial da água e suas ações detergentes e emulsificantes.

São classificadas de acordo com o número fundamental da aglicona, e também pelo

seu caráter ácido, básico ou neutro. Assim, quanto à aglicona, denominam-se saponinas

esteroidais e saponinas triterpênicas.

O comportamento anfifílico das saponinas e a capacidade de formar complexos com

esteróides, proteínas e fosfolipídeos de membranas possibilitam ações biológicas variadas.

Porém, vale ressaltar a ação sobre membranas celulares, que pode alterar a permeabilidade ou

até mesmo levar à destruição.

As saponinas são importantes para a ação de drogas vegetais, destacando-se as

tradicionalmente utilizadas como expectorantes e diuréticas. Além disso, são utilizadas

também como adjuvantes para aumentar a absorção de medicamentos pelo aumento da

solubilidade ou interferência nos mecanismos de absorção e para aumentar a resposta

imunológica. [32]

44

Figura 31– Estrutura química do ácido oleanólico(1) e ácido ursólico(2) –triterpenos [33]

3.14.3 Compostos fenólicos

Os polifenóis são considerados compostos bioativos, ou seja, constituintes extra

nutricionais que ocorrem tipicamente em pequenas quantidades nos alimentos e possuem

efeitos para a saúde. É de conhecimento científico o potencial antioxidante dos polifenóis,

atuando como redutores de oxigênio singleto, na inibição das reações de oxidação lipídica e

na quelação de metais. Além disso, apresentam uma ampla gama de propriedades

farmacológicas, como anti-alergênicas, anti-arteriogênicas, anti-inflamatórias,

antimicrobianas, anti-trombóticas e também efeitos cardioprotetores e vasodilatadores. [34]

Figura 32– Estrutura química do ácido gálico (composto fenólico), onde R é igual a OH [35]

45

3.14.4 Metilxantinas

As metilxantinas englobam cafeína, teofilina e teobromina. A cafeína (1,3,7-

trimetilxantina) exerce efeito estimulante sobre o sistema nervoso central, músculos

cardíacos, sistema respiratório e secreção de suco gástrico. Também é considerada como um

diurético fraco e relaxante muscular. A teobromina (3,7-dimetilxantina) tem ação diurética e a

teofilina (1,3-dimetilxantina) tem predominantemente efeito broncodilatador.

As substâncias catéquicas (taninos catéquicos = condensados, proantocianidinas

condensadas) demostram atividade antioxidante, antiviral, bactericida, moluscicida e de

inibição de algumas enzimas extracelulares. [36]

Figura 33–Estrutura química das metilxantinas; 1: cafeína, 2: teobromina, 3: teofilina [37]

A propriedade estimulante da erva-mate, relacionada com a presença de

metilxantinas, é conhecida e explorada há séculos. A cafeína 1 foi isolada de folhas de Ilex

paraguariensis em 1843 por Stenhouse. Já Oehrli relatou, pela primeira vez, em 1927, a

presença de teobromina 2. A presença de teofilina 3 na erva-mate é controversa. Mazzafera

observou a ocorrência desta substância em pequenas quantidades, enquanto que outros

pesquisadores não detectaram sua presença. [37]

De acordo com a literatura, o teor de metilxantinas na erva-mate é extremamente

variável, sendo apontados teores de cafeína desde 0,16 até 1,4%. A legislação em Vigilância

Sanitária estabeleceu, em determinado momento (Brasil, 1998), a exigência de um teor

mínimo de cafeína de 0,5%, exigência essa revogada em 2002, quando foi estabelecido

apenas um valor máximo para os produtos declarados como descafeinados (Brasil, 2002). [37]

46

3.15- QUÍMICA VERDE [38]

A Química está relacionada à poluição e produtos tóxicos, sem ser levado em

consideração que, se aplicado o conceito de Química Verde e seus princípios, pode-se mudar

esses estereótipos.

3.15.1- Conceitos e Princípios

O conceito de Química Verde ou Química Sustentável surgiu da preocupação com

meio ambiente por causa da geração de resíduos tóxicos

A Química Verde está voltada à restrição ou eliminação completa de resíduos

poluentes e tóxicos por meio de processos ou produtos químicos; também objetiva o

desenvolvimento de procedimentos e técnicas com geração mínima de poluentes.

3.15.2- Importância

A Química Verde é um tema de grande importância e sempre está em pauta quando

se deseja produzir algo, pois toda empresa que deseja ser bem vista deve, necessariamente, ser

ambientalmente sustentável.

A preocupação com o meio ambiente é um tema em “alta” ultimamente,

especialmente a poluição do ar e efeito estufa. Por isso o desenvolvimento da Química Verde

merece importância.

47

3.15.3- ISO 14000

Assim como a Química Verde, a ISO 14000 está relacionada ao meio ambiente e

como preservá-lo. A ISO gerencia o impacto causado ao meio ambiente e desenvolvimento de

técnicas e métodos para seu desenvolvimento sem prejuízos ambientais

A ISO 14000 tem ramificações que compreendem outros aspectos, como já dito

anteriormente, a própria ISO14000 tem a função de gerenciar o impacto ambiental e o

desenvolvimento de seu desempenho ambiental, já a ISO 14001:2004 é voltada à gestão

ambiental.

3.15.3.1- ISO 14001:2004 [39]

A ISO 14001:2004 auxilia na criação de um sistema de gestão ambiental, criando um

quadro que pode ser utilizado para esse fim e por qualquer empresa. A ISO 14000 fornece

a garantia de gestão tanto para empresa quanto para empregados e também é interessante para

o público, mostrando que a empresa é preocupada quanto à questão ambiental e a sua gestão.

Os principais benefícios da aplicação da ISO na empresa são: redução do custo da

gerência de resíduos, economia no consumo de materiais e energia e melhoria da imagem da

empresa para o público.

48

4-RELEVÂNCIA DO TRABALHO

O meio químico acadêmico faz uso de catalisadores no desenvolvimento de suas

pesquisas que, por diversas vezes, são materiais de alto custo, usados em grande quantidade

ou que não alcançam a eficiência desejada durante a realização das reações envolvidas em

seus respectivos processos.

O uso da erva-mate para estes fins traz uma grande contribuição em relação à

química verde, uma vez que o resíduo produzido pelo chimarrão não tem nenhuma utilidade

prática e é descartado em massa em locais inadequados e sem uma destinação ou proposta de

reutilização que seja ecologicamente correta.

A possibilidade de segregá-lo nos dias atuais é de suma importância, pois revela uma

proposta completamente viável, sustentável e inovadora de lidar com um problema ambiental

e econômico no meio científico, ao mesmo tempo.

49

5-HIPÓTESE

Acredita-se que a aplicação do resíduo da erva-mate originada do chimarrão aumente

a velocidade de reações de esterificação e saponificação na produção de biodiesel e sabão,

respectivamente, uma vez que muitas pesquisas científicas comprovam seu poder como

bioativo e alto teor de compostos que aceleram as reações metabólicas, de forma a induzir o

projeto a aplicar o conceito ao universo químico industrial.

50

6-OBJETIVOS

6.1- OBJETIVO GERAL

O projeto foi baseado na necessidade do mundo contemporâneo de encontrar novas

funções em produtos advindos da natureza para aplicá-los na resolução dos problemas

cotidianos, principalmente visando reutilizar resíduos gerados em massa atendendo ao

objetivo da química verde. Dessa forma, seu objetivo geral é a aplicação e aproveitamento do

resíduo do chimarrão como catalisador em reações orgânicas, diminuindo o tempo da reação.

6.2- OBJETIVOS ESPECÍFICOS

- A aplicação do resíduo da erva-mate do chimarrão como catalisador na reação de

saponificação na produção de sabão.

- A aplicação do resíduo da erva-mate do chimarrão como catalisador na reação de

esterificação na produção de biodiesel.

- Aplicação da infusão do chimarrão como catalisador na reação de saponificação na produção

de sabão.

- Aplicação da infusão do chimarrão como catalisador na reação de esterificação na produção

de biodiesel.

- Testar e comprovar a eficiência do resíduo nas reações orgânicas anteriormente citadas na

diminuição do tempo em que geralmente ocorrem.

- Eliminar gastos excessivos com reagentes em grandes proporções como o álcool no processo

de esterificação.

- Criar uma destinação e utilidade para o resíduo da erva-mate de bebidas que geralmente é

descartado sem reutilização.

- Reduzir custos com reações que utilizam catalisadores de preço elevado.

- Medir o pH da infusão.

51

7-MATERIAIS E MÉTODOS

7.1-MATERIAIS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DO CHÁ

7.1.1- Materiais

Tabela 1 – Materiais para o chá (autoria do grupo)

Material utilizado Descrição/ Quantidade

Bagueta de vidro 1 un.

Balança Analítica 1 un.

Béquer de vidro 1 un. de 100 mL

2 un. De 250 mL

1 un. De 400 mL

Bico de Bunsen 1 un.

Espátula de inox 1 un.

Fósforo 1 cx.

Peneira de plástico 1 un.

Tela de amianto 1 un.

Termômetro 1 un.

Tripé de ferro 1 un.

52

Tabela 2 – Reagentes para o chá (autoria do grupo)

7.1.2 – Método para preparo do chá

Pesou-se cerca de 30 g de erva-mate em um béquer de 100 mL e transferiu-se para um

béquer de 400 mL junto de 110 mL de água deionizada. O béquer foi colocado sob tela de

amianto e permaneceu em aquecimento até que a mistura alcançasse a temperatura de 75ºC.

Neste ponto, desligou-se o Bico de Bunsen e a mistura foi passada por uma peneira, obtendo-

se a parte líquida (infusão) e a parte sólida (erva-mate residual).

7.2 – MATERIAIS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE SABÃO SÓLIDO

7.2.1 – Materiais [40]

Reagentes Quantidade (no total)

Erva mate (Ilex paraguariensis) em palito ou

em pó

30 g

H2O deionizada 120 mL

53

Tabela 3 – Materiais para sabão sólido [40]

Material utilizado Descrição/ Quantidade

Béquer de vidro 2 un. de 50 mL

Béquer plástico 4 un. de 250 mL

Bagueta 4 un.

Copinhos plásticos de chá 1 pct c/ 100 un.

Cronômetro 1 un.

Espátula de inox 1 un.

Proveta de vidro 8 un. de 10 mL

2 un. de 50 mL

Tabela 4 – Reagentes para sabão sólido [40]

Reagentes Quantidade (no total)

Álcool etílico 15 mL

Erva mate (Ilex paraguariensis) residual do

preparo do chá

Aprox. 11 g

Infusão 15 mL

Solução de NaOH 50% 40 mL

Óleo de fritura 200 mL

54

7.2.2 – Método [40]

Inicialmente misturou-se, em cada béquer plástico de 250mL, 50mL do óleo de

fritura, medidos no próprio béquer e 10mL da solução de NaOH 50%. Foram adicionados

diferentes catalisadores em cada um dos béqueres. Ao primeiro, adicionou-se 10 mL do álcool

como catalisador (correspondente ao procedimento original). Ao segundo adicionou-se uma

mistura de álcool e infusão, na proporção de 5 mL cada. Ao terceiro adicionou-se 10 mL da

infusão e ao quarto béquer o resíduo da erva-mate. Misturou-se até adquirir consistência

pastosa (no caso dos dois primeiros béqueres) ou atingir a aparência líquida viscosa (no caso

dos dois últimos béqueres). O conteúdo de cada um dos béqueres foi transferido para os

copinhos. Após esta etapa, os sabões foram deixados em descanso por um dia (24h) para

solidificarem.

Obs.: Reação exotérmica e corrosiva. Não utilizar recipientes (para solidificação) que

possam ser degradados pelo hidróxido de sódio (NaOH).

7.3- MATERIAS E MÉTODOS PARA PRODUÇÃO DE BIODIESEL

7.3.1- Materiais [41]

Tabela 5 – Materiais para produção de biodiesel [41]

Materiais utilizados Descrição / quantidade

Agitador magnético 4 un.

Argola 4 un.

Balança 1 un.

Béquer de vidro 3 un. de 25 mL

55

4 un. de 100 mL

Erlenmeyer 4 un. de 250 mL

Espátula de inox 1 un.

Funil de separação 4 un. de 250 mL

Funil técnico 1 un.

Garras 4 un.

Peneira de plástico 1 un.

Suporte Universal 4 un.

Vidro de relógio 4 un.

Tabela 6 – Reagentes para “procedimento 1” [41]

Reagentes Quantidade (total)

Metanol 17 g

NaOH 5 g

Óleo de soja 50 g

Tabela 7 – Reagentes para “procedimento 2”

Reagentes Quantidade (total)

Metanol 20 g

KOH 1 g

Óleo de soja 100 g

56

7.3.2 – Método para produção de biodiesel “procedimento 1” [40]

Em cada erlenmeyer pesou-se 17 g de metanol. Em seguida, os catalisadores foram

acrescentados conforme a sequência a seguir e os erlenmeyers foram colocados tampados

com vidro de relógio em agitador magnético por um minuto, ou até total solubilização dos

catalisadores.

Erlenmeyer 1: 5 g de solução de NaOH 50%

Erlenmeyer 2: 2,5 g solução de NaOH 50 % e 2,5 g de infusão

Erlenmeyer 3: 5 g de infusão

Erlenmeyer 4: 5 g erva-mate residual

Após dissolução completa, adicionou-se 50 g de óleo de soja previamente pesados

em béquer de 100 mL em cada erlenmeyer, e manteve-se a agitação por vinte minutos. Após

esse tempo, foram transferidos para funil de separação, com auxílio de um funil técnico e uma

peneira (para evitar a passagem de sólidos, no caso a erva-mate residual, e obstruir a saída do

funil), e deixados em repouso para a separação de fases.

7.3.3 – Método para produção de biodiesel “procedimento 2”

Pesou-se 20 g de metanol em cada erlenmeyer e 1 g de KOH (outros catalisadores

também, proporcionalmente), deixando o recipiente sob agitação até dissolução completa (em

agitador magnético), formando metoxilato de potássio. Em seguida, adicionou-se 100 g de

óleo de soja e manteve-se a agitação por 50 minutos. Após o tempo, transferiu-se para funil de

separação e deixou-se decantar.

57

7.4- MATERIAIS E MÉTODOS PARA MEDIDA DE pH

7.4.1- Materiais

Tabela 8 – Materiais para medida de pH

Materiais utilizados Quantidade (total)

pHmetro 1 un.

Béquer 1 un. de 25 mL

Tabela 9 – Reagentes para medida de pH

Reagentes Quantidade (total)

Infusão

7.4.2- Método

Primeiramente, calibrar o pHmetro. Em seguida, colocar o eletrodo dentro do béquer

contendo a infusão e esperar a medição automática.

7.5 – MATERIAIS E MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DO ÍNDICE DE ACIDEZ [20]

7.5.1 – Materiais

58

Tabela 10 – Materiais para índice de acidez

Materiais utilizados Quantidade (total)

Béquer de vidro 1 un. de 50 mL

Bureta 1 un. de 25 mL

Erlenmeyer 3 un. de 250 mL

Pêra de segurança 1 un.

Pipeta volumétrica 1 un. de 50,0 mL

Tabela 11 – Reagentes para índice de acidez

Reagentes Quantidade (total)

Biodiesel preparado ou óleo 4 g

Fenolftaleína 4 gts

NaOH 0,1 N Aprox. 40 mL

Solução éter etílico + etanol (2:1) 50,0 mL

7.5.2 – Método

Pesou-se, em cada erlenmeyer, 4 g da amostra a ser analisada. Em seguida, pipetou-se

50 mL de solução de éter etílico + etanol no recipiente e adicionou-se 4 gotas de fenolftaleína.

Titulou-se com NaOH 0,1 N com o auxílio de uma bureta previamente ambientada com esta

solução.

59

7.6 – MATERIAIS E MÉTODOS PARA TESTE DE INFLAMABILIDADE

7.6.1- Materiais [41]

Tabela 12 – Materiais para teste de inflamabilidade

Materiais utilizados Quantidade (total)

Fósforo 1 cx

Palito de madeira (tipo de churrasco) 1 pct

Tabela 13 – Reagentes para teste de inflamabilidade

Reagentes Quantidade (total)

Biodiesel preparado Qtdd suficiente para molhar a ponta do palito

7.6.2 – Método

Mergulhou-se a ponta do palito de madeira no biodiesel preparado e aproximou-o à

chama de um palito de fósforo. Caso viesse a incendiar, comprovaria a produção de biodiesel,

já que os palitos de madeira por si só não queimam facilmente.

60

8-CUSTOS

8.1- CUSTO TOTAL

Tabela 14 - Custo dos materiais [42] [43] [44] [45] [46] [47] [48] [49] [50] [51] [52] [53]

[54] [55] [56] [57] [58] [59] [60] [61] [62] [63] [64] [65] [66] [67] [68] [69] [70] [71] [72]

Material Quantidade Valor Unitário Valor Total

Agitador Magnético 4 un. R$ 730,55 R$ 2922,20

Balança semi-analítica 1 un R$ 1.890,50 R$ 1.890,50

Álcool Etílico 1 L R$ 10,00 R$ 10,00

Álcool Metílico 1 L R$ 16,00 R$ 16,00

Argola 4 un. U$ 5.25

R$ 11,72

U$ 21

R$ 46,88

Bagueta de vidro 5 un. R$ 2,28 R$ 11,40

Béquer de plástico

(250 mL)

4 un. R$ 5,70 R$ 22,80

Béquer de vidro (50

mL)

1 un. R$ 3,80 R$ 3,80

Béquer de vidro (100

mL)

7 un. R$ 4,62 R$ 32,34

Béquer de Vidro (250

mL)

3 un. R$ 5,06 R$ 15,18

Bico de Bunsen 1 un. R$ 40,00 R$ 40,00

Balança analítica 1 un. R$ 3590,00 R$ 3590,00

61

Bureta 25 mL 1 un. R$ 59,00 R$ 59,00

Caixa de Fósforos 1 cx com (50 un.) R$ 2,04 R$ 2,04

Erlenmeyer (250 mL) 4 un. R$ 6,08 R$ 24,32

Espátula inox 2 un. R$ 12,99 R$ 25,98

Funil de separação 4 un. R$ 50,00 R$ 200

Funil de vidro simples 1 un. R$ 8,26 R$ 8,26

KOH 1 L R$ 40,00 R$ 40,00

Óleo de Cozinha usado 1 un. Reutilização Reutilização

Óleo de cozinha

tratado

1 un Reutilização Reutilização

Peneira 2 un. R$ 13,94 R$ 27,88

Pipeta volumétrica (50

mL)

1 un. R$ 21,00 R$ 21,00

Pipetador manual de

borracha 3 vias (pêra)

1 un. R$ 15,00 R$ 15,00

pHmetro 1 un R$ 800,00 R$ 800,00

Proveta (10 mL) 4 un. R$ 3,79 R$ 15,16

Proveta (50 mL) 2 un. R$ 4,62 R$ 9,24

Solução NaOH (50%) 1 L R$ 19,94 R$ 19,94

Suporte Universal 4 un. R$ 48,40 R$ 193,60

Tela de Amianto 12x12

cm

1 un. R$ 13,27 R$ 13,27

Tripé de ferro 1 un. R$ 45,82 R$ 45,82

62

Vidro de relógio 4 un. R$ 1,80 R$ 7,20

R$ 10.128,81

8.2- CUSTO REAL

Tabela 15 - Custo Real [73] [74]

Material Quantidade Valor Unitário Valor Total

Caixa organizadora 1 un. R$ 43,90 R$ 43,90

Erva-mate em palito 1 pacote c/ 500 g R$ 4,40 R$ 4,40

Erva-mate em pó 1 pacote c/ 1 kg R$ 4,40 R$ 4,40

Total: R$ 52,70

63

9- MEIO AMBIENTE E SEGURANÇA

9.1- MEIO AMBIENTE

A erva-mate usada no preparo do chimarrão é produzida em grande quantidade na

América do Sul. Mesmo sendo uma planta, ao descartá-la no meio ambiente a decomposição

é rápida; o destino final dessa erva, depois de ingerido o chá, é o lixo, pois até então não há

um uso prático para seu resíduo. Foi pensando nisso que a ideia para este projeto foi

desenvolvida.

Quando o lixo orgânico, como o gerado pelo acúmulo da erva-mate, é descartado a

céu aberto, é facilitado o acúmulo de pragas, a contaminação do solo e dos lençóis freáticos

pelo chorume, dentre outros problemas. [75]

Sabendo disso é possível perceber que a ideia do projeto é totalmente sustentável,

pois em laboratórios químicos há certa necessidade de se ter processos mais rápidos,

eficientes e que sejam, ao mesmo tempo, sustentáveis.

Além de ser utilizado um resíduo, à princípio sem utilidade, a ideia do projeto é a de

que esse seja usado como catalisador em reações químicas para produção de substâncias

menos agressivas ao meio ambiente, barateando e tornando mais acessível o seu processo de

obtenção.

O biodiesel é um dos exemplos, ele é uma nova alternativa aos combustíveis fósseis

e carvão mineral, gera bem menos gases poluentes e tem origem de óleos de fritura usados,

através de uma reação de esterificação. O uso de biocombustíveis faz com que o gás

carbônico (CO2 produzindo em sua queima possa ser reabsorvido em um ciclo quase

fechado. Além disso, os combustíveis fósseis contêm enxofre em sua composição, quando

queimados liberam gases SOx que possibilitam a chuva ácida. [76]

Sendo assim, é esperado que a metodologia trazida pelo projeto seja usada pensando

também na sustentabilidade global, uma vez que todos sabem o quão abordado é o assunto de

64

meio ambiente, e é quase impossível não se pensar nisso ao se desenvolver um trabalho como

este.

9.2- SEGURANÇA

9.2.1- Diagrama de Hommel [77]

Também chamado de Diamante de Hommel, é uma simbologia adotada não para a

identificação da substância química, mas sim dos riscos que a mesma oferece.

O diagrama é dividido em quatro partes, cada uma tendo uma cor e um número (de

zero a quatro), que representam o tipo e o grau do risco, respectivamente, sendo que

quanto maior o número, maior é o risco.

Figura 34 - Formato básico do Diagrama de Hommel [77]

A cor vermelha representa inflamabilidade: o número zero são produtos que não

queimam e o quatro são gases inflamáveis, líquidos muito voláteis e/ou materiais

pirotécnicos.

A cor azul representa perigo para saúde: o zero indica um produto não perigoso ou

de risco mínimo e o quatro indica um produto letal.

65

A cor amarela representa reatividade: o zero indica um produto normalmente

estável e o quatro indica um produto capaz de detonação ou decomposição com explosão

a temperatura ambiente.

O branco representa riscos específicos, como mostra a tabela seguinte:

Figura 35 - Risco específico (Diagrama de Hommel) [78]

9.2.2- Hidróxido de Sódio (NaOH)

O hidróxido de sódio (NaOH), ou soda cáustica é uma base forte de Arrhenius e se

caracteriza por ser um sólido branco quando não está em solução. Na indústria química é

muito utilizado na neutralização de ácidos (e formação de sais), fabricação de detergentes,

solubilização de gorduras e sebos, etc. [79]

No projeto, o uso da soda cáustica é de suma importância, afinal é um dos reagentes

na produção do sabão, tanto sólido quanto líquido, porém é necessário saber que por se tratar

de um produto corrosivo e tóxico, o hidróxido de sódio precisa de certo cuidado em seu

manuseio e o indivíduo que o manipulará necessita saber os ricos e cuidados proporcionados

pela substancia.

66

Figura 36 - Diagrama de Hommel do Hidróxido de Sódio [80]

Por ser uma substância corrosiva, o hidróxido de sódio pode causar queimaduras nos

tecidos da pele em caso de contato, nos tecidos da garganta em caso de ingestão, nas vias

respiratórias em caso de inalação e cegueira em contato com os olhos. É de suma importância

o uso de Equipamentos de Proteção Individual (EPIs). Outras características perigosas da soda

cáustica são as reações violentas com ácidos fortes e a liberação de calor em presença de

água. É importante lembrar também que o NaOH deve sempre ser armazenado em frascos de

plástico, pois os de vidro são corroídos pela substância. [81]

9.2.3- Álcool Metílico

O Álcool Metílico, ou metanol é uma substância orgânica que possui a fórmula

estrutural mais simples entre os álcoois ( - ). É caracterizado por ser um líquido

altamente inflamável e tóxico em estado líquido ou de vapor. No projeto, o metanol é

utilizado como reagente na reação de esterificação para produção do biodiesel.

O contato com o metanol pode oferecer diversos riscos ao organismo. A inalação de

vapores do metanol em altas concentrações causa irritação nas membranas mucosas, afeta o

sistema nervoso e pode até causar um envenenamento agudo depois de breves exposições. Em

contato com a pele, há o ressecamento do tecido, além disso, a pele pode absorver a

substância e a mesma causará efeitos tóxicos no organismo. O metanol pode chegar a destruir

o nervo óptico em casos de contato com os olhos, levando à cegueira e lesões oculares. A

67

ingestão de metanol é fatal em doses de 50 mL a 100 mL, em doses menores pode causar

náuseas, fadiga, vômito, cegueira, e até mesmo, coma. [82]

Um dos maiores problemas em relação ao metanol é justamente a sua grande tendência de

pegar fogo, o ponto de fulgor do álcool metílico é de 15,6 °C. Além disso, a chama de queima

do metanol é pouco perceptível, libera vapores invisíveis que são altamente tóxicos ao ser

humano. [82]

9.2.4- Álcool Etílico

O álcool etílico ou etanol (também chamado popularmente de álcool) é um composto

orgânico de fórmula molecular , na indústria química é utilizado como solvente,

reagente de reações orgânicas, componente de bebidas alcoólicas, produtos de limpeza e

combustíveis. Assim como o metanol é um composto altamente inflamável e tóxico. Para o

projeto, o etanol é utilizado como catalisador da reação de produção do sabão sólido e líquido.

Apesar de ser uma substância muito comum, o etanol é também altamente tóxico e

perigoso. A inalação do vapor dessa substância pode causar irritação das membranas

mucosas, dor-de-cabeça, náuseas e perda de consciência. Ao ser ingerido, o etanol causa

problemas como náuseas, vômitos, dores de cabeça, confusão mental, fadiga e ação

embriagadora, além de poder causar lesões gástricas, renais e biliares à longo prazo. Em

contato com a pele, o álcool etílico penetra na pele causando irritações e lesões na córnea em

caso de contato com os olhos. [83]

Além dos problemas anteriormente citados, o etanol se inflama facilmente quando é

exposto à faíscas, fogo ou calor e reage com substâncias oxidantes liberando energia (na

forma de calor). [83]

68

10- CRONOGRAMA

Tabela 16 - Cronograma

Ano 1º Semestre de 2014

2º Semestre de 2014

Atividades Fev Mar Abr Maio Jun Jul Ago Set Out Nov

Planejamento x x x

Apresentação para

banca de aprovação

x

Definição do

cronograma

x

Testes para

saponificação

x x

Testes para

esterificação

x

Tabulação de

resultados

x

Mostra de projetos x

Entrega final do TCC x

69

11- RESULTADOS E DISCUSSÃO

11.1 – CHÁ

O chimarrão preparado simulou a bebida da forma como comumente é feita nas

regiões sul e sudeste do país para futura obtenção dos resíduos, utilizando:

30 g de erva-mate

110 mL de H2O deionizada a 75ºC

Com o intuito de reproduzir autenticamente o preparo do chá, a temperatura da

água foi de 75ºC, sendo adequada por não queimar a erva e ainda extrair os compostos

bioativos presentes na bebida.

Figura 37: Preparo do chimarrão (Erva-mate aquecida misturada à água à 75ºC) (autoria do grupo)

70

Cada combinação das variáveis massa da erva-mate, volume de água deionizada e

temperatura foi analisada por meio da coleta dos dados para confecção de tabelas e

gráficos em função do tempo de catálise.

Tabela 17 - Resultados

Chá Especificação Massa

média

Volume Relação

m/v

Teste Tempo

médio

1 30g erva pó + 110

mL H2O

30,0839 g 110 mL 0,2735 ½ a ½ 00’36”77

Infusão -

Erva

residual

-

10 mL

etanol +

5 mL

infusão

00’39”60

5 mL

infusão

+ 5 mL

NaOH

-

2 30g erva palito +

110 mL H2O

30,0009 g 110 mL 0,2727 ½ a ½ 00’37”50

Infusão -

Erva

residual

-

3 30g erva palito +

110 mL H2O filtrado

2 vezes

30,0064 g 110 mL 0,2728 ½ a ½ 10’28”00

4 30g erva pó + 100

mL H2O por 5

30,1368 g 100 mL 0,3014 ½ a ½ 00’41”97

71

minutos

5 30g erva pó + 110

mL H2O por 5

minutos

30,5281 g 110 mL 0,2775 ½ a ½ 00’30”07

6 30g erva pó + 110

mL H2O 75ºC por 5

minutos + 100 mL

H2O a 75ºC

30,2936 g 210 mL 0,1443 ½ a ½ 00’41”51

Eficiência do chá

Gráfico 1- Eficiência do chá (autoria do grupo)

O gráfico evidencia que utilizar o chá preparado com 30g de erva-mate em pó e

110 mL de H2O deionizada, aquecidos a temperatura de 75ºC, traz maior eficiência do

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

30,07 36,77 37,5 41,51 41,97

30g erva pó + 110mL H2O por 5min.

30g erva pó + 110mL H2O

30g erva palito + 110mL H2O

30g erva pó + 110mL H2O por 5min. + 100mL H20

30g erva pó + 100mL H2O por 5min.

Tempo (s)

Relação m/v

72

que as demais combinações. A relação massa/volume deste primeiro chá (0,2775 g/mL) é

maior do que os outros três seguintes, e embora o quinto chá apresente relação

massa/volume maior (0,3014 g/mL), o tempo de solidificação também foi maior.

11.2 CARACTERIZAÇÃO DOS ÓLEOS

11.2.1 Sabão Sólido

Foram testados três tipos de óleos divididos em: Óleo usado, óleo reutilizado e

óleo muito reutilizado. Assim, foi construído um gráfico para a determinação do tipo de

óleo mais eficiente para as reações de saponificação, de acordo com a característica que

se segue:

Gráfico 2 – Determinação do tipo de óleo (autoria do grupo)

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

Etanol+Infusão Etanol

Óleo Muito Reutilizado

Óleo Reutilizado

Óleo Usado

Tempo de solidificação (s)

Grau de utilização do óleo

73

Com base no levantamento estatístico dos dados, pode-se determinar a condição

ideal do óleo para ser utilizado nos diversos testes. Assim sendo, fez-se uma aplicação do

óleo nos testes de maior eficiência nas reações de saponificação com os catalisadores

mais eficientes (etanol + infusão e etanol) e obteve-se o melhor resultado proveniente o

óleo muito reutilizado, representado no gráfico na coluna em cor azul, em ambos os

testes. E, dentre os testes, obteve-se melhor eficiência em todos os quesitos o óleo muito

reutilizado empregado na reação de saponificação com catalisador etanol + infusão.

11.2.1.1 Grau de acidez do óleo

A solidificação completa do sabão deu-se após a agitação do mesmo,

caracterizando um tempo específico em função da acidez do óleo, como exemplificam a

tabela e o gráfico:

Tabela 18 - Dados coletados

Tipo de

óleo

Tempo médio de catálise (s) Grau de acidez (mgNaOH/g)

A 295 0,6

B 114,68 0,9966

C 56,125 1,066

D 35 7,836

74

Gráfico 3 – Tempo (s) x Grau de acidez do óleo (autoria do óleo)

Onde A, B, C e D estão em ordem crescente de reutilização e grau de acidez,

respectivamente.

Assim verificou-se a maior eficiência do óleo em função do seu grau de acidez nos

procedimentos de menor tempo de reação. Neste caso, na reação de saponificação:

Tabela 19 - Tempo médio de catálise em função do óleo

A B C D

Tempo (s) médio de catálise com álcool

etílico (branco)

295 114,68 56,125 35

Tempo (s) médio de catálise da mistura

álcool etílico + infusão

228 51,955 33,675 24

0

50

100

150

200

250

300

Branco (Etanol)

A

B

C

D

Tempo médio (s)

Grau de

acidez do

óleo

75

Gráfico 4 – Tempo x Acidez do óleo para saponificação (autoria do grupo)

Onde A, B, C e D estão em ordem crescente de reutilização e grau de acidez,

respectivamente.

A partir da coleta dos dados, entende-se que quanto maior o índice de acidez do

óleo (óleo reutilizado o maior número de vezes), o sabão é catalisado em menor tempo. E

dentre os testes, o catalisador composto da mistura de 5 mL infusão e 5 mL álcool etílico

obteve sempre um tempo menor para solidificação que o procedimento original,

acelerando a reação com mais eficiência que o padrão (branco).

11.2.2 Biodiesel

Os testes para produção de biodiesel foram realizados tanto com óleos puros

quanto usados. A partir dos resultados e da literatura, confirma-se que quanto mais limpo

o óleo, melhor é a sua eficiência na reação de esterificação, já que o óleo degradado ou

em processo de oxidação lipídica possui uma maior quantidade de ácidos carboxílicos,

0

50

100

150

200

250

300

A B C D

Etanol+Infusão

Branco (Etanol)

Acidez (mg NaOH/g)

Tempo (s)

76

aldeídos e cetonas, e consequentemente, menor quantidade de triacilgliceróis em função

da sua acidez. Assim sendo, quanto mais limpo o óleo for, maior a quantidade de

triacilgliceróis, e melhor o rendimento da reação.

11.3 - SABÃO SÓLIDO

11.3.1 Branco

Para a produção do sabão sólido foram utilizados os seguintes produtos:

NaOH 50%

Óleo vegetal reutilizado

Álcool etílico

Infusão

Erva-mate

Seguindo o procedimento padrão da produção do sabão, obteve-se o tempo médio

das reações de saponificação, que serviram de comparação para testar a eficiência dos

demais catalisadores, em cada teste específico. Ao misturar o óleo vegetal, o hidróxido

de sódio e o álcool etílico como catalisador, a mistura adquiriu consistência viscosa.

Após a agitação com bagueta, obteve-se uma pasta e o sabão iniciou o processo de

solidificação, como ilustram as figuras:

77

Figura 38: SABÃO SÓLIDO procedimento original antes da agitação (autoria do grupo)

Figura 39: SABÃO SÓLIDO procedimento original após a agitação (autoria do grupo)

78

11.3.2 Etanol + Infusão

Para a produção do sabão sólido com catalisador etanol + infusão foram utilizados

os seguintes produtos:

NaOH 50%

Óleo vegetal reutilizado

Álcool etílico

Infusão

Figura 40: Sabão de catalisadores etanol + infusão após processo de solidificação (autoria do grupo)

Para a produção desse sabão testou-se como catalisador a mistura de 5 mL de

infusão com 5 mL de etanol, obtendo-se o tempo médio das reações segundo situações

variáveis (como o grau de utilização do óleo e a infusão da erva em palito ou em pó),

obtendo-se dados que foram comparados aos do procedimento padrão.

79

11.3.3 Infusão

Para a produção do sabão sólido utilizando apenas a infusão como agente

catalisador foram utilizados os seguintes produtos:

NaOH 50%

Óleo vegetal reutilizado

Infusão

Figura 41 - Sabão sólido que utilizou a infusão como catalisadora após o processo de solidificação

(autoria do grupo)

Este procedimento testou o uso da infusão como agente catalisador (tanto para chá

com erva-mate palito como para chá com erva-mate em pó), obtendo dados que serviram

de comparação para testar a eficiência dos demais catalisadores, em cada teste específico.

80

11.3.4 Erva-mate

Para a produção do sabão sólido utilizando apenas a erva-mate como agente

catalisador foram utilizados os seguintes produtos:

NaOH 50%

Óleo vegetal reutilizado

Erva-mate

Figura 42: Sabão que utilizou apenas a erva-mate como agente catalisador após o processo de

solidificação (autoria do grupo)

Este procedimento testou o uso da erva-mate como agente catalisador (tanto para

chá com erva-mate palito como para chá com erva-mate em pó), obtendo dados que

serviram de comparação para testar a eficiência dos demais catalisadores, em cada teste

específico.

81

11.4 - COMPARAÇÃO DOS TESTES DO SABÃO

Figura 43: Sabões produzidos com os catalisadores infusão, erva-mate, etanol e etanol + infusão após

o processo de solidificação (autoria do grupo)

Após a coleta dos resultados em cada caso específico e levantamento dos dados

estatísticos de tempo de solidificação, pode-se fazer a elaboração de gráficos segundo as

variáveis e interpretação dos mesmos, como vêm a seguir:

Gráfico 5 – Variação do tempo em função do catalisador (autoria do grupo)

Etanol+Infusão

Etanol

Infusão

Erva-mate

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Catalisadores

Etanol+Infusão

Etanol

Infusão

Erva-mate

Tempo (s)

82

Onde:

Etanol+Infusão: Utilizou como catalisadores 5 mL do álcool etílico e 5 mL da infusão.

Tempo médio de 34,8125 segundos;

Etanol (Branco): Procedimento original que utilizou 10 mL do álcool etílico. Tempo

médio de 52,5 segundos.

Infusão: Utilizou apenas a infusão como catalisador, adquirindo consistência de sabão no

tempo original de 24 horas sem passar pela fase de pré-solidificação.

Erva-mate: Utilizou apenas a erva-mate como catalisador, adquirindo consistência de

sabão no tempo original de 24 horas sem passar pela fase de pré-solidificação.

11.4.1 – Metade infusão/metade álcool etílico

Para a realização deste teste, dividiu-se a quantidade total de catalisador entre o

comumente usado, que é o álcool etílico, e a infusão.

83

Gráfico 6- Eficiência do chá (autoria do grupo)

O teste que utilizou os 5 mL da infusão providos do primeiro chá do gráfico acima

obtiverem menor tempo de solidificação, cerca de 29 segundos e 40 décimos (29”40).

Tabela 20 - Chá em função do tempo de solidificação

Chá Tempo de solidificação

30,0064 g de erva-mate em palito + 110

mL H2O a 75ºC – filtrado duas vezes

10’28”20

Ao filtrar duas vezes, retira-se o pouco da erva-mate que ainda fica na infusão, já

que esta não é constituída somente de líquido. Essa quantidade de erva é responsável por

aumentar a concentração de compostos bioativos na solução, por vezes não retirados

completamente pela água. Consequente, ao filtrar duas vezes diminui-se a quantidade de

compostos bioativos e, por isso, aumenta-se o tempo de solidificação.

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

30g pó + 110mLH2O por 5 min.

30g palito + 110mLH2O

30g pó + 110mL por5 min. + 100mL H2O

30g pó + 100mLH2O por 5 min.

Chás

84

Desta análise observou-se uma maior eficiência que o procedimento original

(branco) e uma redução de gastos de 50% em relação ao catalisador padrão (etanol).

Declarando-se, então, que este pode substituir o intenso uso do etanol nos processos de

saponificação.

11.4.2 – Infusão

Os sabões preparados com 10 mL de infusão, não importando a concentração

desta, demoraram cerca de 24 horas para solidificar. Tal fato pode ser explicado devido

às quantidades de compostos com caráter básico (presença de hidroxila – OH) da infusão

abaixo das necessárias para solidificação rápida.

11.4.3 – Erva residual

Os sabões preparados com cerca de 10 g de erva-mate residual da filtração do chá

demoraram cerca de 24 horas para solidificar. Tal fato iguala-se ao caso acima

(utilizando a infusão), bem como as possíveis justificativas.

11.5 - BIODIESEL

11.5.1 Procedimento 1

17 g Metanol

50 g óleo

5 g NaOH (catalisador)

85

11.5.1.1 Branco (padrão)

Relacionando as quantidades de catalisador adicionadas e os aspectos dos

produtos finais, para o teste do Branco (padrão), é possível montar a seguinte tabela:

Tabela 21 - Dados

Número Catalisador Quantidade

teórica

Quantidade

real

Característica

1 NaOH sólido 5 g 5,0 g Saponificou

2 NaOH sólido 5 g 5,0 g Saponificou

3 Solução NaOH 50% 5 g 5,4 g Bordas

“gelatinosas”, centro

mais líquido

4 Solução NaOH 50% 4 g 3,9 g Menos “gelatinoso”

que o anterior

5 Solução NaOH 50% 1 g 0,9 g Ficou totalmente

líquido, formando

duas fases

6 Solução NaOH 50% 1 g 1,1 g Líquido. Duas fases.

86

Figura 44: 5g NaOH sólido, 5 g solução de NaOH 50% e 1 g solução NaOH 50%, respectivamente.

(Fase menos densa [sobrenadante] corresponde ao biodiesel) (autoria do grupo)

Figura 45: 5 g solução NaOH 50% e 1 g solução NaOH 50%, respectivamente (autoria do grupo)

A utilização de solução de NaOH 50% apresentou maior eficiência do que o

NaOH sólido, bem como a diminuição da quantidade de catalisador (5 g, no

procedimento original, para 1 g). Utilizando 1 g de solução de NaOH 50%, obteve-se o

melhor resultado (No caso, foi um ajuste do procedimento original para obtenção de um

referencial para os outros testes).

87

11.5.1.2 ½ NaOH e ½ infusão

Tabela 22 - Dados

Número

Catalisador

Quantidade

teórica total

Quantidade real

Característica NaOH Infusão

1 NaOH sólido +

infusão

5 g 2,5 g 2,5 g Duas fases

2 Solução NaOH

50% + infusão

5 g 2,7 g 2,5 g Centro:

gelatinoso.

Bordas: líquidas

(pouco)

3 Solução NaOH

50% + infusão

5 g 2,1 g 3,0 g Duas fases

4 Solução NaOH

50% + infusão

5 g 0,6 g 4,5 g Duas fases quase

sem distinção

5 Solução NaOH

50% + infusão

1 g 0,6 g 0,5 g Duas fases bem

definidas

O teste número 4, além de contar com uma quantidade maior de infusão em

relação à soda, utilizou de um chá filtrado duas vezes, o que não havia sido feito antes. A

dupla filtração não foi repetida, pois não proporcionou bons resultados em função do

tempo, inclusive nos testes de sabão, por deixar o catalisador menos concentrado. Isto se

deve ao fato de que a infusão não é referente somente à parte líquida, mas contém uma

parte de erva residual também, ou seja, maior quantidade de compostos bioativos.

Filtrando-se duplamente, diminui-se a concentração desses compostos, assim como o

rendimento da reação.

88

Figura 46: Testes número 2, 4 e 5, respectivamente (autoria do grupo)

Utilizando 1 g como quantidade total de catalisador obtiveram-se os melhores

resultados. Diminui-se a quantidade de NaOH – que em maiores quantidades pode

saponificar a reação – e a separação de fases foi bem distinta.

Realizou-se um teste reduzindo de 20 minutos para 10 minutos de agitação, a fim

de avaliar a catálise, ou seja, diminuição do tempo de reação.

89

Figura 47: Logo após agitação. Funil da esquerda: procedimento padrão/branco (20 minutos). Funil da

direita: ½ NaOH ½ infusão (10 minutos) (autoria do grupo).

Figura 48: Teste ½ NaOH ½ infusão agitados por 10 minutos (autoria do grupo)

Nos testes, a fase menos densa (sobrenadante) correspondente ao biodiesel

adquiriu coloração clara, enquanto a parte mais densa (glicerina) adquiriu coloração

escura (marrom). Nesse teste, as colorações se inverteram.

90

Ao retirar a glicerina do funil, observou-se que, na parte inferior do biodiesel,

houve precipitação de partículas minúsculas, provenientes do catalisador empregado,

provocando aspecto turvo.

Figura 379: ½ a ½ agitado por 10 minutos – fase biodiesel (autoria do grupo)

Utilizando 0,5 g de infusão e 0,5 g de solução de NaOH 50%, o biodiesel

produzido assemelhou-se muito ao procedimento padrão, em questão de rendimento e

aspecto. O índice de acidez foi maior devido ao caráter ácido da infusão.

91

Figura 50: Em cada foto: funil da esquerda corresponde ao procedimento padrão (Branco) e o funil da

direita corresponde ao teste ½ NaOH ½ infusão (autoria do grupo)

Uma nova proposta foi reduzir a quantidade de catalisador total para 0,5 g. Para o

procedimento “branco” (1) utilizou-se 0,5 g de solução de NaOH 50% e para o

procedimento ½ a ½ (2) utilizou-se 0,25 g da mesma solução de NaOH e 0,25 g de

infusão.

Figura 51 – Preparo dos biodieseis. Erlen 1 – branco; erlen 2 – ½ a ½ .

92

Figura 52 – Decantação após preparo. Funil da esquerda: ½ a ½ ; Funil da direita: branco.

Figura 53 – Após decantação. Funil da esquerda: branco. Funil da direita: ½ a ½.

Observou-se que utilizando 0,5 g como quantidade total de catalisador, o biodiesel

branco apresentou-se opaco enquanto que o ½ a ½ apresentou-se transparente. No caso da

glicerina, no procedimento branco esta apresentou-se transparente e no procedimento ½ a

½ não totalmente, estando inclusive mais escura que a primeira.

93

Tabela 23 – Volume produzido utilizando 0,5 g como quantidade total de catalisador

Teste Volume de biodiesel produzido

Branco 53 mL

½ a ½ 51 mL

Figura 54 – Lavagem com HCl (imagem da esquerda) e após decantação (imagem da direita). Em

ambas as fotos: funil da esquerda – branco; Funil da direita – ½ a ½ .

Após a lavagem com HCl e decantação, o HCl do funil 2 ( ½ a ½ ) apresentou-se

opaco, enquanto que o do funil 1 (branco) não. Inclusive na foto da esquerda, no funil 2,

a fase superior (biodiesel) aparentemente apresenta duas fases, sendo a superior mais

clara e a inferior (próxima ao HCl) mais escura.

Ao retirar o HCl, os volumes de biodiesel foram medidos:

Tabela 24 – Volume de 0,5 g totais após lavagem com HCl

Teste Volume de biodiesel produzido

Branco 51 mL

94

½ a ½ 49 mL

Devido à lavagem, houve perda de 2 mL de cada biodiesel. Após esta medida,

ambos foram transferidos para béqueres e utilizados na determinação do índice de acidez,

estando o “branco” ligeiramente mais claro que o “ ½ a ½ “.

Figura 55 – Biodieseis. 1 = Branco; 2 = ½ a ½ .

Todos os catalisadores alternativos propostos pelo projeto apresentaram melhores

resultados em relação à distinção de fases quando comparados com os 5g de NaOH

propostos pelo procedimento padrão.

95

11.5.1.3 Infusão

Tabela 25 – Dados

Número Catalisador Quantidade

teórica

Quantidade

real

Características

1 Infusão (de erva-

mate em palito)

5 g 5,0 g Duas fases

2 Infusão (de erva-

mate em pó)

5 g 5,4 g Duas fases

3 Infusão (de erva-

mate em pó)

4 g 4,1 g Duas fases

Figura 56: Foto A: infusão com erva-mate em palito. Fotos B e C: infusão com erva-mate em pó.

Tanto os procedimentos utilizando a infusão quanto a erva-mate residual

apresentaram melhor separação de fases quanto a utilização da quantia de 5 g de

A B

C

96

catalisador, o que implicou num ajuste primário da quantidade original do catalisador

para futuros testes.

11.5.1.4 Erva-mate residual

Tabela 26 - Dados

Número Catalisador Quantidade

teórica

Quantidade

real

Características

1 Erva-mate em

palito

5 g 5,0 g Duas fases

2 Erva-mate em

pó

5 g 5,0 g Duas fases

3 Erva-mate em

pó

5 g 5,0466 g Duas fases

97

Figura 387: Testes 1,2 e 3, respectivamente (autoria do grupo)

Fotografias anteriores ao processo de filtração dos particulados da erva residual.

11.5.1.5 Comparação

Os testes abaixo foram feitos com 1 g de catalisador.

98

Figura 58: I = 1 g infusão. II = 1,0 g erva-mate residual. III = 0,5 g solução NaOH 50% + 0,5 mL

infusão. Volume do biodiesel produzido para o teste alternativo III: 51,00 mL

I II

III

I

99

Figura 59: I = branco, II = infusão, III = erva-mate residual e IV = ½ solução NaOH 50% + ½ infusão

(autoria do grupo)

I II

III IV

100

Tabela 27 – Volume de biodiesel produzido

Teste Volume de biodiesel produzido

I 47,9 mL

II 31 mL

III 47 mL

IV 36 mL

Os testes que utilizam infusão ou erva-mate residual apresentaram baixo

rendimento em relação ao procedimento 1, mas superior ao procedimento 2 apresentado

posteriormente.

O teste ½ a ½ apresentou ótimo rendimento em relação aos demais.

Gráfico 7 – Comparação de índices de acidez (autoria do grupo)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Procedimento 1 Procedimento 2 Biodiesel Sabão

Branco

1/2 a 1/2

Óleo

Índice de acidez (mg NaOH/g)

101

11.5.2 Procedimento 2 (original)

20 g Metanol

100 g óleo

1 g KOH (catalisador)

11.5.2.1 Branco (padrão)

Figura 60: I = preparação II – lavagem com HCl (biodiesel - fase menos densa e HCl - fase mais

densa) (autoria do grupo).

I II

102

Figura 61: I = infusão, II = erva-mate residual e III = ½ KOH ½ infusão (autoria do grupo).

Como a quantidade dos reagentes e o tempo de agitação é maior, optou-se por

seguir o primeiro procedimento em função da praticidade.

Nesse procedimento (2), o rendimento nos testes I e II (infusão e erva-mate,

respectivamente) foi muito baixo, inclusive mais baixo que no procedimento 1, mesmo as

quantidades de reagentes sendo maiores.

I II

III

103

11.5.3 Índice de Acidez

4 g amostra (óleo ou biodiesel)

50 mL éter etílico + etanol

4 gotas de fenolftaleína

NaOH 0,1 N como titulante

As amostras foram tituladas e a partir do cálculo estabeleceram-se os índices de

acidez Óleos representados graficamente o item 11.2.2).

Tabela 28 –Índice de acidez do óleo

Óleo Índice de Acidez (mgNaOH/g)

A 0,600

B 0,9966

C 1,066

D 7,836

Tabela 29 – Índice de acidez do biodiesel

Óleo Índice de Acidez (mgNaOH/g)

Branco – Procedimento 1 1,2927

½ NaOH ½ infusão – Proced. 1 1,5766

Branco – Procedimento 2 0,3998

½ KOH ½ infusão – Proced. 2 0,7996

104

Comparando as médias acima (do procedimento 1) com os valores obtidos nos

testes cuja quantidade total de catalisador foi 0,5 g (do mesmo procedimento), tem-se:

Tabela 30 – Comparação entre índices de acidez

Índice de acidez (mgNaOH/g)

Quantidade total de catalisador 1 g 0,5 g

Branco 1,2927 0,9795

½ a ½ 1,5766 2,2966

Os valores com quantidade total igual a 1 g são a média de vários índices obtidos

com 1 g também, enquanto que os índices de 0,5 g correspondem à uma única titulação

(teste realizado apenas uma vez). Tendo isto em vista, conclui-se que o Branco que deu

melhor resultado a nível de índice de acidez foi o que utilizou 0,5 g total de catalisador,

enquanto que o ½ a ½ que apresentou melhores resultados foi o que utilizou 1 g total de

catalisador.

11.5.3.1 Referente ao procedimento 1

Da mesma forma que quanto mais reutilizado (maior índice de acidez) o óleo,

menor o rendimento (quase não há separação de fases), quanto mais ácido o biodiesel,

menor o rendimento também. Assim como mostra o gráfico, o procedimento original,

cuja acidez era menor que o ½ a ½, produziu mais que este (cujo valor do índice deve-se

ao caráter ácido da infusão).

Como catalisadores não participam da reação, atuando apenas como mecanismos

para que ocorram, estão presentes no meio reagente ao término do processo. No

procedimento padrão, o excesso de NaOH neutraliza a acidez do óleo (ainda que baixa),

bem como no procedimento ½ a ½, neutralizando a acidez da infusão (pH = 5,76). Já nos

105

testes que utilizaram só infusão ou só erva-mate residual, não havia agentes básicos para

neutralização, resultando em ligeira acidez nos biodieseis produzidos.

11.5.4 Teste de inflamabilidade

Palito de churrasco

Biodiesel preparado

Todos os biodieseis produzidos testados deram positivo para esse teste, sendo que

os procedimentos “branco” e “½ a ½” produziram chama mais intensa. Ou seja, foi

confirmada a produção de biodiesel em todos os testes.

106

12- CONCLUSÃO

Em suma, o projeto foi bem sucedido ao comprovar a hipótese de que o resíduo da

erva-mate (Ilex paraguariensis) do chimarrão pode servir como catalisador, em suas diversas

formas, nas reações de saponificação – para produção de sabões – e de transesterificação –

para a produção de biodiesel –, além de ser plenamente sustentável ao desenvolver uma

nova forma de segregação do resíduo da bebida que é descartado em massa

principalmente no continente sul-americano e reutilização de óleo de cozinha também

descartado em grandes quantidades.

Especificamente, decidiu-se pela melhor forma de produção do chá comumente

empregado e chegou-se à proporção de 30g da erva para 110 mL de água deionizada,

aquecidos a temperatura de 75ºC durante 5 minutos, que conserva e permite maior

extração dos compostos bioativos. O óleo, por sua vez, foi avaliado conforme seu grau de

acidez, revelando que quanto mais utilizado – maior o índice de acidez – melhor é seu

emprego na produção de sabão, e quanto menos utilizado – menor o índice de acidez –

melhor é seu emprego na produção de biodiesel em função de seu aspecto límpido.

A reação de saponificação obteve maior êxito no quesito do tempo de solidificação

quando o catalisador empregado é uma mistura do catalisador original com a infusão da

bebida (vide item 11.3.2). Complementarmente, a reação de transesterificação também

resultou na melhor separação de fases e rendimento do biodiesel quando empregada a

mistura do catalisador original com o resíduo do chimarrão (vide item 11.5.2), sem

quaisquer alterações das propriedades físico-químicas do biocombustível.

Assim, conclui-se que o projeto propõe uma economia de, pelo menos, 50% dos

gastos na produção de sabão e 75% na produção de biodiesel em relação aos

catalisadores originais no meio industrial – etanol para a reação de saponificação e

hidróxido de sódio (NaOH) para transesterificação – fazendo o reaproveitamento de

resíduos e gerando produtos os quais pode-se atribuir o selo de ecologicamente corretos.

107

Aos futuros projetos que visem dar continuidade ao trabalho, uma vasta área de

pesquisa abre-se então, envolvendo novas propostas como métodos que empreguem o

etanol na produção de biodiesel e testem óleos de outras fontes vegetais.

108

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