Pré-hidrólise enzimática da gordura de efluente da indústria de pescado objetivando o aumento da produção de metano

Enzymatic hydrolysis of fat from fish industry effluents aimed at increasing methane production

Angélica Moreira VALENTE2*, Verônica Marinho ALEXANDRE1,

Magali Christe CAMMAROTA1, Denise Maria Guimarães FREIRE2

Introdução:

Os efluentes gerados nas indústrias de conservas de pescado apresentam elevadas vazão e concentração de matéria orgânica biodegradável, principalmente na forma de proteínas e lipídios. Na caracterização desses efluentes, observa-se uma acentuada variabilidade de composição, própria do modo de operação das indústrias, tipo de pescado processado e época do ano, entre outros fatores (LUCAS; KOETZ; PRZYBYLSK, 2000). Em um levantamento feito por Rollón (1999), efluentes de indústrias processadoras de atum e sardinha apresentam as seguintes faixas de variação: pH (5,6-7,2), DBO – Demanda Bioquímica de Oxigênio (710-14500 mg.L–1), DQO – Demanda Química de Oxigênio total (1500-53600 mg.L–1), DQO solúvel (1250-52100 mg.L–1), sólidos totais (550-12400 mg.L–1) e NKT – nitrogênio Kjeldahl total (82-703 mg.L–1).

Diferentes efluentes são gerados ao longo das várias etapas de processamento do pescado, tais como recepção do pescado, condensação nas câmaras frigoríficas, evisceração, salmoura, acondicionamento em latas, cozimento, adição de óleo, recravação e lavagem das latas, autoclavagem e lavagens para resfriamento. Além das águas de lavagens do pescado, têm-se também as lavagens de pisos e equipamentos, e ainda são incluídos nesses efluentes os esgotos sanitários dos funcionários. Tais operações geram grandes volumes de resíduos sólidos

Resumo

A aplicação de preparados enzimáticos sólidos (PES) ricos em lipases foi avaliada no tratamento anaeróbio de efluente de indústria de conservas de pescado. O PES foi produzido pelo fungo Penicillium simplicissimum por fermentação em meio sólido (FMS) de resíduo industrial, sendo empregado na hidrólise de gorduras presentes no efluente a fim de viabilizar a utilização de metano como fonte de energia. O efluente contendo 1500 mg O&G.L–1 foi hidrolisado com 0,2, 0,5 e 1,0% (m/v) de PES a 30 °C por até 18 horas. O efeito do pré-tratamento enzimático dos O&G não foi significativo com relação à remoção de DQO, pois, independente das condições adotadas, obtiveram-se valores de 91 a 95%. Por outro lado, a produção específica de metano apresentou valores que variaram com a adição do PES e o tempo de hidrólise. Em experimentos controle (sem adição de PES), a produção específica de metano aumentou com o tempo de incubação, atingindo um máximo com 18 horas (138 mL CH4.g–1 DQOinicial). No entanto, valores mais elevados de produção específica de metano foram obtidos com 0,5 e 1,0% de PES, destacando-se a hidrólise com 0,5% de PES e 8 horas de hidrólise, com 216 mL CH4.g–1 DQOinicial. Quando se compara o experimento controle 0 horas (efluente bruto) com o efluente hidrolisado com 0,5% de PES durante 8 horas, um aumento de 2,7 vezes na produção específica de metano foi observado, indicando que a matéria orgânica foi mais facilmente assimilada pelos microrganismos anaeróbios nesta última condição.

Palavras-chave: pescado; efluentes; hidrólise; gorduras; lípases; metano.

Ciênc. Tecnol. Aliment., Campinas, 30(2): 483-488, abr.-jun. 2010

483

Hidrólise enzimática do efluente de pescadotecnológicas simples e de baixo custo para atender a esta demanda, como, por exemplo, a produção de enzimas através do processo de fermentação em meio sólido (FMS), que utiliza rejeitos agroindustriais como meio de cultivo (CAMMAROTA; FREIRE, 2006).

A utilização de enzimas no tratamento de efluentes como alternativa ou complemento aos tratamentos convencionais já vem sendo realizada com muito sucesso, em escala laboratorial, pelo Núcleo de Biotecnologia da UFRJ (CAMMAROTA; TEIXEIRA; FREIRE, 2001; LEAL et al., 2002; ROSA; FREIRE; CAMMAROTA, 2006; VALLADÃO; FREIRE; CAMMAROTA, 2007). O emprego destes preparados enzimáticos no tratamento de efluentes da indústria de pescado também deve ser avaliado para reduzir os problemas mencionados no tratamento de efluentes com alto teor de gordura e proteínas, além de possibilitar a conversão do carbono orgânico na forma de gorduras e proteínas, antes descartadas como resíduos sólidos problemáticos, em metano, que pode ser aproveitado como fonte de energia na própria indústria.

O principal objetivo deste estudo foi avaliar a eficiência de um preparado enzimático sólido (PES) rico em lipases, produzido pelo fungo Penicillium simplicissimum por fermentação em meio sólido, na hidrólise das gorduras, a fim de viabilizar a geração e aproveitamento do metano como fonte de energia em uma indústria de pescado.

A maior parte dos resíduos sólidos é facilmente removida no próprio sistema produtivo ou no gradeamento e peneiramento das águas residuárias. Desta forma, o potencial poluidor, no tocante à disposição, se restringe aos resíduos líquidos. Em muitas indústrias, esses efluentes são lançados nos cursos d’água adjacentes sem um tratamento adequado, contribuindo para a poluição do meio ambiente e produzindo impactos na biota e na qualidade das águas (SILVA; BATISTA, 2003).

Atualmente, existe uma variedade de tecnologias que se aplicam ao tratamento desses efluentes. Os tratamentos físico-químicos, com adição de coagulantes químicos (como sulfato de alumínio e cloreto férrico), permitem uma remoção parcial da matéria orgânica devido à precipitação de proteínas e gorduras. No entanto, o custo com produtos químicos é elevado, a gordura dissolvida ou emulsionada não é removida de forma eficiente e lodos, extremamente problemáticos para tratamento e descarte, são produzidos (LUCAS; KOETZ; PRZYBYLSK, 2000). Os processos biológicos são empregados em grande parte dos casos, destacando-se os processos biológicos anaeróbios, que vêm sendo largamente utilizados no tratamento de efluentes da indústria de pescado em função de sua elevada carga orgânica biodegradável (ROLLÓN, 1999).

Nos biorreatores anaeróbios, entretanto, os lipídios causam problemas, como o desenvolvimento de lodos com baixa atividade, com inadequadas características físicas e com elevada tendência de flotação; produção de escuma; colmatação do leito de lodo; e arraste da biomassa, levando à perda de eficiência e até mesmo ao colapso do reator. Além disso, a adsorção de gorduras à superfície do lodo dificulta o transporte de substratos solúveis para a biomassa, levando à queda da taxa de conversão desses substratos (PEREIRA, 2004; JEGANATHAN; NAKHLA; BASSI, 2007)

Processos alternativos têm sido utilizados na redução da concentração de lipídios contidos nos efluentes por meio da ação de enzimas lipolíticas. Essas enzimas apresentam uma importância particular pelo fato de hidrolisarem especificamente óleos e gorduras, o que pode ser de grande interesse para o tratamento de efluentes com alto teor desses materiais. As lipases (glicerol éster hidrolases, E.C.3.1.1.3) compreendem um grupo de enzimas hidrolíticas que atuam na interface orgânico-aquosa, catalisando a hidrólise de ligações éster-carboxílicas presentes em acilgliceróis. A sua utilização reduz os níveis de sólidos suspensos e lipídios, o que possibilita melhores condições de operação no tratamento anaeróbio, além de remover filmes oleosos em tubulações, resultando no aumento da vida útil dos equipamentos (MENDES, 2004).

A aplicação de uma tecnologia híbrida (tratamento enzimático associado ao tratamento biológico) constitui importante recurso para o tratamento de efluentes com elevado teor de gordura. A etapa de pré-tratamento enzimático elimina ou reduz significativamente o teor de triglicerídeos no efluente, permitindo uma melhor atuação da população microbiana em uma etapa posterior de tratamento biológico. Ainda assim, o custo das enzimas utilizadas no pré-tratamento deve ser reduzido, a fim de viabilizar sua aplicação em escala industrial. Portanto, é importante que se busquem soluções

Conclusões

A aplicação do preparado enzimático sólido, produzido pelo fungo Penicillium simplicissimum por fermentação em meio sólido numa etapa de hidrólise enzimática, anterior ao tratamento biológico, se mostrou uma boa opção de tratamento de efluentes gerados em indústrias de pescado. A pré-hidrólise, realizada com efluente contendo 1500 mg O&G.L–1 e 0,5% de PES durante oito horas, resultou em maior produção de metano no tratamento anaeróbio posterior.

Esta nova forma de condução do processo de hidrólise de efluentes com elevados teores de gordura faz com que este tipo de tratamento (enzimático/biológico) seja uma alternativa interessante em escala industrial pelas seguintes razões: o pool enzimático é obtido a um custo baixo, pois é produzido por fermentação em meio sólido a partir de resíduos agro-industriais; insere-se a possibilidade de utilização de toda a carga orgânica do efluente para a produção de metano; e a redução ou mesmo eliminação de problemas operacionais decorrentes

adsorção ao lodo. Rollón (1999) empregou um reator UASB na avaliação do tratamento de efluentes da indústria de pescado (atum e sardinha), observando uma eficiência de remoção de DQO de 78 ± 8%.

Considerando-se que a adição de diferentes concentrações de PES e tempos de hidrólise resultaram em alterações de composição dos efluentes no início dos testes de biodegradabilidade (diferentes valores de DQO inicial), uma forma mais correta de se avaliar os efeitos destas diferentes condições de pré-hidrólise é através da determinação da produção específica de metano, ou seja, do volume de metano produzido em relação à DQO inicial introduzida no sistema. De acordo com os dados apresentados na Tabela 2, verifica-se que a produção específica de metano, à exceção do experimento com efluente hidrolisado com 1,0% de PES por 4 horas, foi maior em todos os experimentos com efluente previamente hidrolisado em comparação aos experimentos conduzidos com efluente bruto. A condição que mais se aproximou do valor teórico máximo esperado, considerando-se o aproveitamento de toda a matéria orgânica introduzida (388,5 mL CH4.g–1 DQO a 30 °C, 1 atm), foi a hidrólise com 0,5% de PES por 8 horas, que apresentou uma produção específica de 216 mL CH4.g–1 DQO (56% do máximo esperado).

Apesar da etapa de pré-hidrólise ter aumentado consideravelmente a produção de metano, os baixos valores obtidos para sua produção específica indicam que o processo de biodegradação anaeróbia ainda pode ser melhorado, através de adaptações sucessivas dos microrganismos do consórcio empregado como inóculo aos constituintes do PES e produtos da hidrólise.