Valorização de resíduos da indústria de processamento de batata através de extração e digestão anaeróbia

Abstract

The potato processing industry is responsible for generating significant amounts of multiple residues. Potato peel (PP) is one of the main residues of this industry, whose current management does not maximize its recovery. However, this residue is a source of bioactive molecules, such as phenolic compounds and glycoalkaloids, which have diverse antioxidant, antibacterial, and anti-inflammatory properties. Furthermore, PP constitutes a renewable resource to produce high-valuable bioproducts, such as biogas. In this sense, the present work aims to valorize PP, recovering phenolic compounds through solid-liquid extraction processes and energy through anaerobic digestion (AD) of extracted potato peel (PPext).The effect of solvent, temperature, and extraction time on the recovered phenolic compounds (TPh) and antioxidant activity (IC50) of the extract obtained was assessed first. From the preliminary results, 1 h and 20 ºC were established as operating conditions for the following tests, and ethanol was selected as the study solvent. A Central Composite Design (CCD) was performed to optimize the ethanol concentration and liquid-solid ratio that maximize TPh and minimize IC50. A maximum TPh content equal to 46.3 mg GAE/g dry extract and a minimum IC50 concentration equal to 791.6 mg/L was achieved with 50% (v/v) ethanol and a liquid-solid ratio of 25 L /mg.Aiming to maximize the biochemical methane potential (BMP) obtained through anaerobic digestion, two substrate/inoculum ratios (SIR) were evaluated. Anaerobic digestion with a substrate/inoculum ratio of 0.50 allowed a maximum production of 207.7 NmL CH4/g volatile solids. The extracted potato peel, under the same operating conditions, achieved 376.4 NmL CH4/g volatile solids. Methane production was higher for the extracted potato peel, most likely due to the residual amount of solvent present in the substrate. To sum up, the biorefinery approach, involving solvent extraction followed by AD, can be used for PP valorization. However, the economic evaluation of this strategy is still necessary.

A indústria do processamento da batata é responsável pela geração de quantidades significativas de vários tipos de resíduos. A casca da batata (PP) é um dos principais resíduos desta indústria, cuja gestão atual não maximiza a sua valorização. No entanto, este resíduo é uma fonte de moléculas bioativas, como compostos fenólicos e glicoalcalóides, que apresentam diversas propriedades antioxidantes, antibacterianas e anti-inflamatórias. Além disso, a PP constitui um recurso renovável para a produção de bioprodutos com grande valor, como o biogás. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo valorizar o resíduo da PP através da recuperação de compostos fenólicos por meio de processos de extração sólido-líquido e energia através da digestão anaeróbia (AD) da casca de batata extraída (PPext).Foram realizados ensaios preliminares de extração para analisar o efeito do solvente, da temperatura e do tempo de extração no teor de compostos fenólicos recuperados (TPh) e na capacidade antioxidante (IC50) do extrato obtido. Com esta avaliação estabeleceu-se 1 h e 20 ºC como condições operacionais para os ensaios seguintes e etanol como solvente de estudo. Um Central Composite Design (CCD) foi realizado para otimizar a concentração de etanol e da razão líquido-sólido que maximizam o TPh e minimizam o IC50. Um teor máximo de TPh igual a 46,3 mg GAE/g extrato seco e uma concentração IC50 mínima igual a 791,6 mg/L foi alcançado com 50% (v/v) de etanol e uma razão líquido-sólido de 25 L/mg.Com o objetivo de maximizar o potencial bioquímico de metano (BMP) obtido através de digestão anaeróbia, foram avaliadas duas razões substrato/inóculo (SIR). A digestão anaeróbia com uma razão substrato/inóculo de 0,50 permitiu uma produção máxima de 207,7 NmL CH4/g sólidos voláteis. A casca de batata extraída, nas mesmas condições de operação, obteve uma produção de 376,4 NmL CH4/g sólidos voláteis. A produção de metano foi superior para a casca de batata extraída, muito provavelmente devido à quantidade residual de solvente presente no substrato. Em suma, os resultados obtidos permitiram concluir que a abordagem de biorrefinaria, envolvendo extração com solvente seguida de AD, pode ser uma via de valorização do resíduo de PP, sendo ainda necessário a avaliação económica desta estratégia.