Valorization of pomegranate waste through green solvent extraction and biochar production: a zero-waste biorefinery approach

Autor(es)

Mesquita, Leonardo M. de Souza ; Contieri, Leticia S. ; Vaz, Barbara M. C. ; Sencadas, Vitor ; Sosa, Filipe H. B. ; Coutinho, Joao A. P. ; Rostagno, Mauricio A. ; Ventura, Sonia P. M.

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: GREEN CHEMISTRY; v. 26, n. 23, p. 18-pg., 2024-10-28.

Resumo

This study introduces a sustainable, zero-waste biorefinery approach for the valorization of pomegranate (Punica granatum) waste, focusing on the sequential extraction of anthocyanins, ellagic acid and its derivatives using environmentally friendly solvents, followed by biochar production. Initially, a COSMO-RS in silico analysis was conducted, screening 10 512 combinations of hydrogen bond acceptors (HBAs) and hydrogen bond donors (HBDs) typically used in eutectic solvent formulations, along with 49 bio-based solvents, to identify the most efficient green solvents for recovering anthocyanins, ellagic acid and its derivatives. In the first step, an aqueous solution of gamma-valerolactone (GVL) (2900 mM, pH 2) was used for solid-liquid extraction; this led to the optimization of extraction conditions (solid-liquid ratio of 0.07 gbiomass mLsolvent-1, at 25 degrees C for 55 minutes) yielding 38.52 +/- 0.06 mganthocyanins gbiomass-1. Subsequently, the residual biomass underwent a second extraction using an aqueous solution of the ionic liquid (IL) cholinium acetate (2900 mM, pH 13) under similar conditions, yielding a rich fraction of ellagic acid and its derivatives (21.82 mgellagic acid gbiomass-1). The remaining biomass was then converted into activated biochar using a eutectic solvent composed of cholinium chloride and oxalic acid (molar ratio 1 HBA : 2 HBD), providing a greener alternative to traditional biochar production methods. The resulting biochar was utilized as an adsorbent for removing synthetic dyes (food and textile) from aqueous solutions, presenting new opportunities for the remediation of contaminated water effluents. This zero-waste process fully valorizes pomegranate residues, adhering to green extraction principles and achieving a Path2Green score of 0.401 (corresponding to around 288.50 gCO2 gbiomass-1), underscoring its eco-friendliness. By minimizing waste and reducing the need for harmful organic solvents, this biorefinery model highlights the potential for greener industrial practices through the use of bio-based solvents and the complete utilization of biomass. (AU)

• Processo FAPESP: 21/11022-1 - Biorrefinaria integrada de rejeitos agrícolas para obtenção de corantes naturais e compostos bioativos de valor agregado
• Beneficiário: Leonardo Mendes de Souza Mesquita
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/08421-9 - Aplicação de solventes alternativos não voláteis para criação de plataformas sustentáveis bidimensionais e integradas dos rejeitos agroindustriais dos frutos de jabuticaba e romã
• Beneficiário: Leonardo Mendes de Souza Mesquita
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 20/03623-2 - Extração e separação por um sistema bidimensional de compostos fenólicos a partir da própolis verde
• Beneficiário: Letícia Sanches Contieri
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 19/13496-0 - EMU aprovado no processo 2018/14582-5: sistema de cromatografia de ultra alta pressão (UHPLC), composto por bomba quaternária, injetor automático, forno com seletor de coluna, detector PDA
• Beneficiário: Maurício Ariel Rostagno
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Programa Equipamentos Multiusuários
• Processo FAPESP: 21/11023-8 - Desenvolvimento de métodos sustentáveis para extratos de própolis por meio da aplicação de solventes alternativos não voláteis
• Beneficiário: Letícia Sanches Contieri
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Doutorado Direto
• Processo FAPESP: 18/14582-5 - Desenvolvimento de um sistema bidimensional de extração, separação e análise para avaliação da bioatividade de fitoquímicos
• Beneficiário: Maurício Ariel Rostagno
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores - Fase 2