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Opções para hidrólise de cana-de-açúcar

THIAGO FERNANDES BERNARDES

EM 22/04/2004

8 MIN DE LEITURA

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Por Lucas José Mari1 e Luiz Gustavo Nussio2

1. Introdução

A grande adoção da cana-de-açúcar como forma de volumoso suplementar para a seca baseia-se na facilidade e tradição de cultivo e, sobretudo, por constituir-se em opção competitiva quando comparada às outras fontes de volumosos. Em simulações de sistemas de produção animal (Nussio et al., 2000; Nussio et al., 2002) a cana-de-açúcar vem prevalecendo como uma das opções mais interessantes para minimização do custo de rações e do produto animal e maximização da projeção de receita líquida da atividade. Além disso, os principais pontos que justificam a utilização da cana-de-açúcar na alimentação de ruminantes são:

    1. Simplicidade operacional para a manutenção e a condução da cultura;
    2. Pico de produção e do valor nutritivo coincidente com o período de escassez de forragens;
    3. Manutenção do valor nutritivo por longo espaço de tempo após a cana-de-açúcar atingir a sua maturidade;
    4. Grande desenvolvimento de tecnologia para cultivo e melhoramento genético devido à produção de açúcar e álcool.
2. Métodos de tratamento hidrolítico

Foram desenvolvidos tratamentos biológicos, físicos e químicos para utilização em resíduos de palhadas e forragens com a finalidade de melhorar a composição química e promover conseqüente aumento na digestibilidade e consumo pelos ruminantes. A eficiência dessas estratégias de tratamentos são variáveis, sendo o processo biológico o menos eficiente, havendo eficiência intermediária para os processos físicos e químicos.

2.1. Tratamento biológico

Trata-se de fungos, bactérias ou suas enzimas utilizadas para decomposição da lignina de qualquer que seja o substrato, podendo se constituir de palhadas, bagaço ou mesmo a cana-de-açúcar in natura.

Em trabalho realizado na década de 80, Vitti et al. (1985), utilizaram um produto comercial contendo bagaço de cana, 0,5% de uréia, 2,25% de melaço e uma mistura biológica de fungos e bactérias, que permanecia em fermentação durante oito horas, sendo observado aumento da digestibilidade de 21,98% para 31,92% quando comparado ao material que não recebeu as culturas de microrganismos. Entretanto, em outro trabalho seguindo a mesma linha, D´Arce et al. (1985) concluíram que o mesmo produto comercial nada diferiu do bagaço de cana-de-açúcar que lhe deu origem, apresentando, portanto, as restrições econômicas já conhecidas para a alimentação de ruminantes.

2.2. Tratamento físico

Foi utilizado no tratamento do bagaço de cana-de-açúcar com pressão e vapor, muito difundido na década de 80 e surgiu como uma nova opção para alimentação animal, entretanto, hoje em dia esse processo tem sido pouco utilizado em virtude do custo de oportunidade do bagaço na co-geração de energia.

O método consiste na aplicação de alta pressão de vapor por um determinado tempo. Vários trabalhos de pesquisa foram conduzidos visando otimizar essa pressão e tempo de tratamento. Em trabalho realizado por Burgi (1985) o autor verificou que a otimização da pressão aplicada e tempo de aplicação da mesma ocorreu com o nível de 17 kg/cm2, durante 5 minutos.

As principais modificações referem-se às alterações na fração da hemicelulose e ao aumento no teor de compostos fenólicos e carboidratos solúveis.

De acordo com Gutmanis (1987), no processo físico ao se submeter o bagaço de cana-de-açúcar ao vapor sob pressão ocorrerá, por ação da água, o intumescimento da matriz da parede celular. Por ação do aumento da temperatura, alguns pontos terminais da estrutura ramificada da hemicelulose sofrerão hidrólise gerando ácido acético, também capaz de provocar o intumescimento intercristalino. Paralelamente, ocorrerá a hidrólise da parte mais amorfa da celulose e da hemicelulose, produzindo açúcares redutores. Após abrupta descompressão da massa, parte do vapor condensado se vaporizará, mesmo dentro da fibra, o que provocará dilatação da mesma. As fibras tratadas desta forma são muito mais permeáveis e susceptíveis à degradação no rúmen. Porém este tratamento não pode ser drástico a ponto de se produzir, por reações secundárias, furfural e compostos fenólicos em quantidades suficientes para se inibir a flora do rúmen.

Segundo Burgi (1986) a aplicação do processo físico de hidrólise requer o uso de autoclave e disponibilidade de vapor sob pressão o que onera sua utilização direta pelo produtor, sendo próprio para utilização junto às usinas e destilarias associadas, onde se dispõe de vapor a baixo custo.

2.3 Tratamento químico

É comum a utilização de agentes alcalinos para melhorar a digestibilidade de alimentos volumosos de baixo valor nutritivo. Esses compostos químicos, hidróxido de sódio (soda cáustica - NaOH), hidróxido de cálcio [Ca(OH)2], amônia anidra (NH3) e, mais recentemente, óxido de cálcio (cal virgem - CaO), são utilizados em resíduos agrícolas como palhadas, sabugos de milho e bagaço de cana-de-açúcar. Esses agentes atuam solubilizando parcialmente a hemicelulose, promovem o fenômeno conhecido como "intumescimento alcalino da celulose", que consiste na expansão das moléculas de celulose, causando a ruptura das ligações intermoleculares das pontes de hidrogênio, as quais, segundo Jackson (1977), conferem a cristalinidade da celulose, além de promoverem o aumento na digestão da celulose e hemicelulose. De acordo com Klopfenstein (1980) o teor de lignina normalmente não é alterado pelo tratamento químico, mas a ação desse tratamento leva ao aumento da taxa de digestão da fibra, provavelmente devido às quebras das ligações entre as frações celulose e hemicelulose.

A utilização de 4 a 5% de NaOH em relação à matéria seca dos volumosos elevou a digestibilidade in vitro da MS da palhada de cevada e de sabugo de milho, entretanto, o mesmo efeito não foi verificado em ensaios de digestibilidade in vivo (Berger et al., 1979). Embora a literatura apresente grande diversidade de respostas ao uso do NaOH, os dados obtidos no Departamento de Zootecnia da USP/ESALQ com a utilização do tratamento de cana-de-açúcar com NaOH mostraram não haver diferenças na utilização do produto no intuito de elevar a digestibilidade e melhorar o desempenho animal de bovinos alimentados com ração contendo esse volumoso tratado quando comparado aos que receberam a cana-de-açúcar sem o tratamento. Uma das justificativas para essa observação seria o tamanho de partícula da cana-de-açúcar após o corte. Para que a soda cáustica promovesse alterações positivas na cana-de-açúcar o tamanho médio das partículas deveria ser inferior a 8 mm, objetivo difícil de ser alcançado em virtude da indisponibilidade de equipamentos com precisão de corte para obtenção de partículas inferiores a tal medida.

Normalmente a recomendação para a utilização de soda cáustica como agente hidrolisante seria em torno de 3% da MS tanto para o bagaço de cana-de-açúcar, como para a forragem in natura. Entretanto, cuidado especial na aplicação deve ser tomado quando utilizado esse tipo de produto, uma vez que comumente pode ser observada intoxicação da vias respiratórias de indivíduos que fazem a aplicação do produto, além de constantemente haver notícias de lesões epiteliais dos mesmos. Por isso, e somado ao fato do nível de sódio (Na) na dieta dos animais elevar-se em demasia, a utilização desse produto tem sofrido sérias restrições.

Com vistas ao exposto, tem sido sugerida a utilização da cal virgem ou óxido de cálcio (CaO) e o hidróxido de cálcio como agentes oxidantes para a hidrólise da cana-de-açúcar. Entretanto, os resultados científicos de tais técnicas são escassos, havendo recomendações baseadas em experiências de campo e observações empíricas.

A adição da cal virgem pode melhorar, segundo Silva et al. (2004), a digestibilidade do bagaço, por exemplo, de 35 para 60%. Para tanto recomenda-se a aplicação de 100 L de uma solução a 3% de cal virgem para cada 125 kg de bagaço de cana-de-açúcar picado. A composição química do bagaço de cana-de-açúcar tratado está apresentada na Tabela 1. Caso o material seja a cana-de-açúcar a dosagem pode ser de 1 kg de cal dissolvido em 40 L de água e, poderá ser misturado em 100 kg de cana-de-açúcar in natura. Depois de tratado o material poderá ser usado após 48 horas de fermentação.


Deve-se ressaltar que tais informações merecem investigações científicas para sua definição e adoção e que esses métodos poderão criar dificuldades com o destino da solução aquosa utilizada, uma vez que nem toda a água será absorvida pelo material, havendo o inconveniente do descarte dessa solução que poderia se comportar como agente contaminante. Também, a grande quantidade de água sugerida certamente causaria dificuldade operacional de manejo. Uma possibilidade para se melhorar a técnica exposta acima, seria diminuir a proporção de água no método e, se necessário, esperar por um tempo de hidrólise maior antes do fornecimento aos ruminantes.

Na técnica da hidrólise através do tratamento com hidróxido de cálcio é necessária uma maior quantidade e um tempo de ação do produto mais prolongado para que as reações sejam de eficiências semelhantes ao tratamento com hidróxido de sódio, pelo fato do primeiro não ser tão cáustico como o último. Além disso, o íon Ca++ não é metabolizado da mesma maneira que o Na+, por isso, níveis elevados de hidróxido de cálcio podem não ser tão preocupantes como de NaOH. A dosagem recomendada seria de 40-50g Ca(OH)2 para cada kg de MS, sendo necessária umidade do material maior que 40%, para que a reação possa ocorrer.

Comentários

O processo de hidrólise do bagaço ou mesmo da cana-de-açúcar in natura deve ser analisado com critério, sobretudo no que diz respeito ao custo e riscos dessa tecnologia. São necessários resultados técnico-científicos para definir a recomendação da técnica de hidrólise química com o óxido e o hidróxido de cálcio.

Literatura consultada
BERGER, L.; KLOPFENSTEIN, T.; BRITTON, R. Effects of sodium hydroxide on efficiency of rumen digestion. Journal of Animal Science, v.49, p.1317-1327, 1979.
BURGI, R. Produção de bagaço de cana-de-açúcar auto-hidrolisado e avaliação do seu valor nutritivo para ruminantes. Piracicaba, 1985. Dissertação (Mestrado) - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo.
BURGI, R. Utilização de resíduos agro-industriais na alimentação de ruminantes. In: CONGRESSO BRASILEIRO DE PASTAGENS, Piracicaba, 1986. Anais. Piracicaba: FEALQ, 1986. p.101-117.
D´ARCE, R.D. et al. Avaliação do valor nutritivo de bagaço de cana-de-açúcar tratado biologicamente. Revista da Agricultura, v.60, n.1, p.17-24, 1985.
GUTMANIS, D. Utilização do bagaço auto-hidrolisado na alimentação de bovinos. Piracicaba, 1987. 45p. Seminário (Pós-graduação em Nutrição Animal e Pastagens) - Escola Superior de Agricultura "Luiz de Queiroz", Universidade de São Paulo.
JACKSON, M.G. The alkali treatments of straws. Animal Feed Science and Technology, v.2, n.2, p.105-130, 1977.
KLOPFENSTEIN, T. Increasing the nutritive value of crop residues by chemical treatment. In: HUBER, J.T. (Ed.). Upgrading residues and by-products for animals. Boca Raton: CRC Press, 1980. p.40-60.
NUSSIO, L.G.; LIMA, L.G.; MATTOS, W.R.S. Alimentos volumosos para o período da seca. In: SIMPÓSIO SOBRE MANEJO E NUTRIÇÃO DE GADO DE LEITE, 1., Goiânia, 2000. Anais. Goiânia: CBNA, 2000. p.85-100.
NUSSIO, L.G.; CAMPOS, F.P.; PAZIANI, S.F. et al. Volumosos suplementares - estratégias de decisão e utilização. In: EVANGELISTA, A.R. et al. (Ed.). Forragicultura e pastagens - temas em evidência. Lavras: Editora UFLA, 2002. p.193-232.
SILVA, V.M. da; PEREIRA, V.L.A.; LIMA, G.S. de. Produção, conservação e utilização de alimentos para caprinos e ovinos. https://www.ipa.br/OUTR/CAPR/teproag.htm (25 fev. 2004).
VITTI, D.M.S.S. et al. Tratamento químico, físico e biológico do bagaço de cana-de-açúcar. Comunicado Científico da Faculdade de Medicina Veterinária e Zootecnia da Universidade de São Paulo, v.9, n.2, p.139-142, 1985.
_____________________________________________
1Médico Veterinário, Mestre em "Ciência Animal e Pastagens" - USP/ESALQ
2Professor do Departamento de Zootecnia - USP/ESALQ

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LUCAS JOSÉ MARI

SOROCABA - SÃO PAULO - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA A PRODUÇÃO

EM 11/08/2017

Caro Sr. Paulo César,

O processo de hidrólise física está em desuso há um bom tempo. Isso foi comum nos anos de 1980, portanto não sei se há alguma recomendação otimizada sobre o processo. O que consegui de informação à época de escrever o artigo acima (2004) foi que Burgi em seu trabalho de 1985 concluiu que 17 kg/cm2, durante 5 minutos apresentou a melhor das situações avaliadas por ele.

Mas fala-se em tempos entre 1 e 20 minutos, ou seja, bem variável.

Desculpe-me não poder ajudá-lo com informações mais recentes, mas realmente não vejo esse tratamento sendo usado. Poderá buscar informações com aqueles que trabalham com uso deste procedimento para hidrolisar o bagaço e extrair mais açúcares para produção de etanol de 2a. geração.
PAULO CESAR

JOÃO PINHEIRO - MINAS GERAIS - CONSULTORIA/EXTENSÃO RURAL

EM 11/08/2017

boa noite, tenho um hidrolisador de bagaço a vapor por explosão de 3m³, gostaria de saber qual a pressão correta que devo injetar no mesmo, até quanto devo deixar cair essa pressão, ou é pelo tempo, e qual o tempo, qual a temperatura de entrada de vapor,
LUCAS JOSÉ MARI

SOROCABA - SÃO PAULO - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA A PRODUÇÃO

EM 20/10/2016

Caro Sr. Silas Gonzaga da Cunha, bom dia!

Obrigado pela mensagem.Há muito tempo não vejo mais o uso da cal virgem para tratar cana. Como pode ver este artigo foi escrito em 2004, quando o assunto era de interesse . Alguma coisa mudou, não sei se os resultados não foram suficientemente bons para justificar a continuidade ou se houve dificuldade de encontrar a cal virgem ou se houve dificuldade de aplicação ou se houve contaminação dos trabalhadores ou de tudo um pouco. Desculpe-me, mas infelizmente não consigo te ajudar com a informação que me pediu, pois não tenho nenhum contato. Sugiro que tente contatar alguma empresa que comercializa cal (de modo geral) e peça informações. Uma coisa importante a ser considerada é que tem pedir por fornecedores de cal para a nutrição animal, pois ela é livre de metais pesados e outros components tóxicos para os animais. Não utilize qualqeur tipo de cal virgem, pois é illegal.
ANTONIO NUNES DE FARIAS NETO

JOÃO PESSOA - PARAIBA

EM 06/08/2014

Vou tentar este método creio   que haverá  bom resultado
JOAO CARLOS COSTA RAMOS

TEÓFILO OTONI - MINAS GERAIS - PRODUÇÃO DE LEITE

EM 07/10/2011

Gostaria de informações de como hidrolizar a cana usando apenas a cal sem misturar na agua. Ha pessoas que usam adicionar a cal diretamente no centro do rotor da picadeira, como posso fazer isso ??????
LUCAS JOSÉ MARI

SOROCABA - SÃO PAULO - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA A PRODUÇÃO

EM 25/01/2011

Prezado Júlio Márcio Rocha;

Obrigado pelo interesse no nosso artigo. Este texto foi escrito há um certo tempo e alguns resultados de pesquisa que na época não existiam, agora já trazem mais clareza à certas indicações.
Falamos no artigo a respeito da hidrólise do bagaço de cana, mas especialmente pensando na ensilagem de cana-de-açúcar com cal, as pesquisas demonstram haver algum tipo de fermentação que não é comum de ser observada neste tipo de forragem. Sendo inclusive indesejável, como fermentação butírica. Isto deve-se, provavelmente, à mais lenta queda no pH da massa e promoção do crescimento de bactérias indesejáveis (Clostridium pode ser uma delas).
Existem certas restrições que ainda não estão tão definidas como o caso de aumento do aporte de cálcio oriundo do CaO. Como este Ca poderá afetar e interferir na absorção de outros minerais? Em especial às vacas leiteiras que receberiam esta fonte de volumoso por um período longo.
Efetivamente respondendo ao seu questionamento, o aplicador da solução pode ser adaptado à colhedora e de diversas marcas no mercado brasileiro, não tenho uma marca específica que possa te indicar. Uma coisa deve ser levada em conta, a calda preparada necessita de agitação.
Para a dosificação deve ser levada em conta a quantidade de massa colhida em determinado tempo, regulando a dose indicada para a quantidade colhida, caso haja adaptação do aplicador na colhedora.
Como pôde observar com o passar do tempo, as pesquisas nos trazem novas respostas e fazem comque haja mudanças de indicações consideráveis de técnicas tidas como oportunas na época e que caem em desuso com o passar do tempo. Isso é mesmo o que tem se observado em relação ao tratamento de cana ou seus subprodutos com este tipo de aditivo, assim como ocorreu com o NaOH no passado.
Um abraço,
Lucas
JULIO MARCIO ROCHA

CRICIÚMA - SANTA CATARINA - PRODUÇÃO DE GADO DE CORTE

EM 22/01/2011

Professor Lucas,

Voce poderia informar alguns detalhes do injetor da solução de calcareo no picador de cana, inclusive qual metodo para a dosificação (fluxo) momento a momento para que haja uma mistura mais homogenea?, caso não seja possível onde posso obter esta informação?

grato,

julio marcio rocha.
JOSÉ AFONSO LAURENTINO JÚNIOR

ITABUNA - BAHIA - CONSULTORIA/EXTENSÃO RURAL

EM 08/09/2010

Mesmo assim obrigado pela atenção.
LUCAS JOSÉ MARI

SOROCABA - SÃO PAULO - INDÚSTRIA DE INSUMOS PARA A PRODUÇÃO

EM 06/08/2010

Prezado José Afonso Laurentino Júnior;

Obrigado pela questão, embora sinto não poder ajudá-lo. Minha formação é em Medicina Veterinária e não tenho capacidade técnica de solucionar seu problema.

Sugiro que contacte um Engenheiro Agrônomo que possa indicar ao Sr. a melhor estratégia de manejo do solo.

Atenciosamente,

Lucas Mari
JOSÉ AFONSO LAURENTINO JÚNIOR

ITABUNA - BAHIA - CONSULTORIA/EXTENSÃO RURAL

EM 05/08/2010

FIZ EXPLORAÇÃO MINERAL EM MINHA ÁREA PARA RETIRADA DE CASCALHO, COMO OPÇÃO DE RECUPERAÇÃO DESSA MESMA, ULTILIZAMOS ADUBOS E CORRETIVO, MAS NÃO OBTIVEMOS BONS RESULTADOS, COMO TENHO UM VIZINHO QUE PRODUZ CACHAÇA, TIVE A IDÉIA DE ESPALHAR O BAGAÇO, MAS VI QUE VAI DEMORAR MUITO PARA SE DECOMPOR, ENTÃO PERGUNTO:

DEVO UTLIZAR A O CaO PARA ACELERAR A DEGRADAÇÃO?
SE SIM, QUANTO UTLIZAR?
QUAL TEMPO DEVO ESPERAR PARA JOGAR A SEMENTE DE CAPIM?

ESPERO QUE NÃO TENHA FUGIDO MUITO DO ASSUNTO.
BOA NOITE!
OBRIGADO PELA ATENÇÃO!
EDILSON COSTA AUERSVALD

SANTO ANTÔNIO DA PLATINA - PARANÁ - CONSULTORIA/EXTENSÃO RURAL

EM 28/08/2004

Gostaria de obter informações mais detalhadas sobre o uso da cana in-natura hidrolizada com cal para as diferentes categorias de bovinos e se possível para ovinos e caprinos.
Desde já agradeço a atenção e fico aguardando.
Edilson
28/08/2004

Caro Edilson a resposta estava no próprio artigo.
Caso ainda reste dúvidas nos contate.
Renato S. Machado - Médico Veterinário - Consulvet


"Para tanto recomenda-se a aplicação de 100 L de uma solução a 3% de cal virgem para cada 125 kg de bagaço de cana-de-açúcar picado. Caso o material seja a cana-de-açúcar a dosagem pode ser de 1 kg de cal dissolvido em 40 L de água e, poderá ser misturado em 100 kg de cana-de-açúcar in natura. Depois de tratado o material poderá ser usado após 48 horas de fermentação.Deve-se ressaltar que tais informações merecem investigações científicas para sua definição e adoção e que esses métodos poderão criar dificuldades com o destino da solução aquosa utilizada, uma vez que nem toda a água será absorvida pelo material, havendo o inconveniente do descarte dessa solução que poderia se comportar como agente contaminante. Também, a grande quantidade de água sugerida certamente causaria dificuldade operacional de manejo. Uma possibilidade para se melhorar a técnica exposta acima, seria diminuir a proporção de água no método e, se necessário, esperar por um tempo de hidrólise maior antes do fornecimento aos ruminantes. processo de hidrólise do bagaço ou mesmo da cana-de-açúcar in natura deve ser analisado com critério, sobretudo no que diz respeito ao custo e riscos dessa tecnologia. São necessários resultados técnico-científicos para definir a recomendação da técnica de hidrólise química "

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