Biorrefinarias de borra de café : revisão dos avanços recentes e análise comparativa das operações envolvidas

Abstract

Resumo: Devido ao alto consumo de café, a borra de café é um resíduo descartado em grandes quantidades. Porém, devido a sua composição, que inclui diversos compostos, como lipídeos, proteínas, alcaloides, entre outros, esse material tem um grande potencial para obtenção de compostos de alto valor agregado para as indústrias farmacêutica e alimentícia. As biorrefinarias utilizando borra de café são uma alternativa que visa o aproveitamento de todo o potencial dessa matéria-prima, com várias possibilidades de operações unitárias, de acordo com os produtos de interesse. Um aspecto fundamental é que, por se tratar de uma biomassa complexa, com vários grupos funcionais presentes, existem diversas opções de processos compreendendo várias combinações possíveis das operações unitárias envolvidas. Assim, a metodologia PRISMA foi utilizada para fazer a Revisão da Literatura considerando biorrefinarias de borra de café. A base de dados escolhida foi o Google Acadêmico, por englobar as publicações científicas de diversas revistas; o idioma dos artigos selecionados foi o inglês. As palavras chaves das pesquisas com essa metodologia incluíram os métodos de extração de solutos e foram "spent coffee grounds supercritical coffee beans", "spent coffee grounds soxhlet coffee beans", "spent coffee grounds ultrasound coffee beans", "spent coffee grounds microwave coffee beans", "spent coffee grounds pyrolysis coffee beans", "spent coffee grounds hydrothermal liquefaction coffee beans", "spent coffee grounds PLE coffee beans","biomass biorefinery", "spent coffee grounds biorefinery" e "biorefinery economic analysis" e o período analisado foi de 2010 a 2025. Com os resultados da busca na literatura, foram elaboradas propostas de biorrefinaria em forma de diagramas de bloco. A partir das pesquisas realizadas observa-se que diferentes técnicas de extração são indicadas para a recuperação de diferentes compostos e que o grau de complexidade de cada uma influência no scale-up, nos custos e na análise ambiental do processo. Conclui-se que a primeira operação deve ser a extração com solventes polares, seguida da secagem e outras etapas, pois a umidade da biomassa é aproveitada nessa primeira etapa de extração e a remoção da umidade na secagem favorece as outras etapas. A descafeinação também foi uma das operações consideradas e, de acordo com a revisão realizada, pode ter até 98% de rendimento em extrações assistidas por micro-ondas. A deslipidificação foi outra operação pesquisada e pode ser feita através de diversas técnicas, que também foram comparadas ao longo da pesquisa, indicando que a mais vantajosa é a extração com fluidos supercríticos. A pirólise e a hidrotermoliquefação são processos unitários nos quais o interesse aumentou progressivamente ao longo dos anos, assim como a proposição de biorrefinarias. O estudo dessas temáticas deve ser valorizado considerando, além da questão ambiental, a identificação das condições ótimas dos processos e a realização de comparações entre as diferentes propostas de biorrefinarias, facilitando o desenvolvimento e conscientizando a sociedade a respeito do tema

Abstract: Due to the high consumption of coffee, coffee grounds are discarded in large quantities. However, due to their composition, which includes various compounds such as lipids, proteins, alkaloids, among others, this material has great potential for obtaining high-value-added compounds for the pharmaceutical and food industries. Biorefineries using spent coffee grounds are an alternative that aims to take advantage of the full potential of this raw material, with several possibilities of unit operations, depending on the products of interest. A fundamental aspect is that, since it is a complex biomass with the presence of several functional groups, there are several process options comprising various possible combinations of the involved unit operations. Hence, the PRISMA methodology was used to conduct the Literature Review considering a biorefinery based on spent coffee grounds. The chosen database was Google Scholar, as it encompasses scientific publications from various journals; the language of the selected articles was English. The keywords for searches using this methodology included solute extraction methods and were "spent coffee grounds supercritical coffee beans," "spent coffee grounds soxhlet coffee beans," "spent coffee grounds ultrasound coffee beans," "spent coffee grounds microwave coffee beans," "spent coffee grounds pyrolysis coffee beans," "spent coffee grounds hydrothermal liquefaction coffee beans," "spent coffee grounds PLE coffee beans," "biomass biorefinery," "spent coffee grounds biorefinery" and "biorefinery economic analysis," and the period analyzed was from 2010 to 2025. With the search results from the literature, biorefinery proposals were elaborated in the form of block diagrams. It is observed that different extraction techniques are indicated for the recovery of different compounds and that the complexity degree of each one influences the scale- up, costs, and environmental analysis of the process. It is concluded that the first operation should be the extraction with polar solvents, followed by drying and other steps, since the moisture of the biomass is utilized in this first extraction step, and the moisture removal during drying favors the other steps. Decaffeination was another unit operation considered and according to the conducted literature review, it can reach up to 98% yield for microwave-assisted extractions. Delipidification was another operation researched that can be done through various techniques, which were compared throughout the research, indicating supercritical fluid extraction as the most promising. Pyrolysis and hydrothermal liquefaction are processes in which interest has progressively increased over the years, as well as the proposition of biorefineries. The study of these topics should be valued considering not only the environmental issue but also the identification of the optimal conditions of the processes, and making comparisons of the proposed biorefineries, facilitating the development and raising awareness about this topic of interest