Produção de Etanol: Fatores na Fermentação Alcoólica

Engenharia/Engineering
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FATORES INTERFERENTES NA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
PARA A PRODUÇÃO DE ETANOL
DE SOUSA, J.L.U1; MONTEIRO;R.A.B2
1
Pós Graduando em Processamento na Indústria Sucroalcooleiro, Faculdades Associadas de Uberaba, Uberaba (MG),email: [email protected]
2
Mestre em Ciência tecnologia de Alimentos, Universidades Federal de Viçosa, Viçosa (MG), e-mail:
[email protected]
RESUMO: O etanol é um composto orgânico utilizado no Brasil como combustível automotivo, obtido através da
fermentação do caldo da cana-de-açúcar, a partir de micro-organismos denominados levedura Saccharomyces cerevisiae.
O etanol com o teor alcoólico desejado é obtido como produto final após a destilação do caldo fermentado. A qualidade e o
rendimento do produto são dependentemente conseqüentes de uma série de etapas que devem ser seguidas desde a
obtenção da matéria prima, e durante todo o processamento e armazenamento do produto obtido. A fermentação é a
principal etapa e se destaca pela conversão do substrato açucarado em etanol e outros compostos desejados. Sendo assim,
alguns fatores desta etapa devem ser controlados, como aeração (agitação), temperatura, pH, nutrientes, contaminação
bacteriana, e a concentração de etanol no meio fermentescível, porque interferem diretamente na fermentação alcoólica. O
objetivo deste trabalho foi estudar a influencia dos fatores interferentes e limitantes ao processo fermentativo para a
produção de etanol. Esses fatores interferem diretamente no rendimento fermentativo e produtivo acarretando perdas
durante o processamento. A aeração e a agitação devem ser realizadas no início da fermentação para uma melhor
multiplicação das leveduras, sendo evitadas durante a fermentação, pois a presença de oxigênio pode propiciar a formação
de acido acético. A temperatura deve ser controlada entre 25ºC à 30ºC. O pH deve estar em torno de 4,5 à 5,0 afim de
evitar o desenvolvimento de bactérias indesejadas, e afetar o crescimento das leveduras. Os nutrientes são importantes
porque influenciam o desenvolvimento das leveduras e em concentrações altas, podem inibir seu crescimento. A
contaminação bacteriana provoca perda no rendimento prejudicando a fermentação e a qualidade do produto, provocando
o aumento da acidez, que é a inversão da sacarose. A presença do etanol acima de 8ºGl pode inibir o crescimento da
levedura pela sua desnaturação.
PALAVRAS CHAVE: Etanol; Fermentação; Produção; Rendimento.
INTERFERING FACTORS IN ALCOHOLIC FERMENTATION
FOR THE PRODUCTION OF ETHANOL
ABSTRACT: Ethanol is an organic compound. In Brazil, it is used as an auto fuel after the fermentation of the sugar cane
syrup when microorganisms called Saccharomyces cerevisiae come into action. The necessary alcohol level of ethanol is
subtracted after the distillation of fermented syrup. Its quality and quantity is followed by many steps, which start at the
harvest site until its processing and storage of the final product. Fermentation, which is the transformation of the syrup into
ethanol and other products, is the main step of the process. For this matter, some factors must be under control such as
agitation, temperature, pH, nutrients, bacterial contamination and ethanol because they have a direct impact on the
fermentation process. The purpose of this study is to analyze the factors involved during the fermentation for the
production of ethanol as an auto fuel. Agitation must happen at the beginning of the fermentation in order to increase the
growth of yeast. However, it must be avoided during the fermentation process because of the probable formation of acetic
acid in the presence of oxygen. Temperature must be between 25ºC to 30ºC. The pH level must be over 4,5 to 5,0 in order
to avoid the growth of unwanted bacteria and decrease the growth of yeast. Nutrients are important because they act on the
growth of the yeast and high concentration of nutrients can inhibit its growth. Bacterial contamination reduces the process
and it affects the fermentation and the product quality with an increase of the acid level, which in turn, is the opposite of
the sucrose process. The presence of ethanol above 8ºGl may inhibit the growth of yeast
KEY WORDS: Ethanol; Fermentation; Profit; Production.
INTRODUÇÃO
O etanol é um composto orgânico oxigenado de
fórmula química C2H5OH, pertencente à função orgânica
dos álcoois, sendo utilizado no Brasil como combustível
automotivo em duas versões:
FAZU em Revista, Uberaba, n. 8, p. 100-107, 2011.
Etanol Hidratado: em carros a álcool ou Flex Fuel, possui
7% em massa / massa (m/m), de água.
Etanol Anidro: Adicionado à gasolina na proporção de até
20% em massa / massa (m/m), possui no máximo 0,7% em
m/m de água.
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Originário da cana-de-açúcar representa um
considerável gerador econômico (NOBRE; HORII;
ALCARDE, 2007).
O etanol vem ganhando destaque nas ultimas
décadas devido à busca por biocombustiveis alternativos
para atender a demanda da indústria automotiva com
menos reflexos ao meio ambiente. No Brasil a produção
ainda apresenta aspectos negativos quanto á capacidade de
produção e a organização dos processos produtivos.
A cana-de-açúcar é a matéria prima usada para a
fabricação do etanol e deve ser moída para obtenção do
caldo da cana.
O processo de moagem é realizado em período
máximo 72 horas para cana queimada e a cana colhida
mecanicamente deve ser processadas imediatamente logo
após o seu corte. O caldo da cana e decantado filtrado para
em seguida, ser preparado com adição de nutrientes e
levado às dornas de fermentação.
Para a fermentação alcoólica pode-se utilizar o
caldo da cana diretamente ou os melaços. Como a maioria
das usinas produz também o açúcar, utiliza-se na
fermentação o melaço, resíduo da fabricação do açúcar, do
qual já foi extraída a sacarose (RIBEIRO, 2010).
A fermentação alcoólica inicia-se, após a adição
do fermento no mosto (líquido açucarado). Mas, existem
três fases para que ocorra o processo de fermentação, logo
após a adição do fermento: fase de adaptação dos
microorganismos ao novo ambiente, onde começam a
crescer, nesta, o mosto ainda contém uma determinada
quantidade de oxigênio, para que ocorra o
desenvolvimento das leveduras. A segunda fase é
caracterizada, pelo grande aumento de microorganismos, e
liberação de gás carbônico. Nesta fase é que haverá o
aumento da temperatura e do teor alcoólico. Na ultima
fase, o alimento entra em escassez , o crescimento das
leveduras diminui, há diminuição de gás carbônico e
precipitação do fermento. No final da fermentação o
produto obtido é o vinho bruto, que irá apresentar 8 a 12%
de álcool (SILVA et al., 2008).
Na fermentação alcoólica, além da produção de
etanol e CO2, outros elementos são produzidos, como,
glicerol, ácidos orgânicos, álcoois superiores, acetaldeído,
acetoína, butilenoglicol, etc.
O processo de fermentação alcoólica é um
processo biológico, cujo principal agente é a levedura. As
cepas mais utilizadas na fabricação de álcool são
Saccharomyces cerevisiae (espécies relacionadas) e
Schizosaccharomyces pombe (CARDOSO, 2006).
A levedura quando em contato, com um meio
contendo glicose, e sobre condições de anaerobiose,
produzem álcool etílico e gás carbônico, entre outros
produtos. Durante o processo de fermentação, podem
surgir diversos fatores, que podem alterar na produção de
álcool etílico, devido ao fato de interferirem na atividade
celular da levedura. A fermentação alcoólica é um
processo onde ocorre a transformação de açúcares em
álcool etílico e gás carbônico. Este processo ocorre através
da ação de um grupo de microorganismos unicelulares, que
são denominados leveduras (SILVA, 2007).
Esta
FAZU em Revista, Uberaba, n. 8, p. 100-107, 2011.
101
conversão do açúcar em etanol e CO2 é representada pela
seguinte equação (1) de forma resumida:
Microorganismo
C6H12O6
Açúcar
→
2C2H5OH + CO2
etanol gás carbônico
Equação (1)
Diversos fatores afetam a fermentação, tendo como causa
principal o rendimento da fermentação, ou seja, “a
porcentagem do açúcar que se transforma em álcool, em
relação à quantidade máxima teórica da equação de GayLussac” (FERMENTEC, 1978). Entre os principais fatores
que podem vir a afetar na produção de etanol destacam-se:
a
temperatura,
pH,
contaminação
bacteriana,
aeração/agitação, nutrientes, e o etanol.
Para o sucesso de uma fermentação bem
conduzida garantindo o bom rendimento e um produto com
qualidade diante desse contexto, propõe se estudo destes
fatores com objetivo de fazer um estudo sobre os fatores
interferentes na fermentação alcoólica e seus limitantes
para a produção de etanol e o que pode afetar no
rendimento e na qualidade do produto final com
possibilidade de propor melhoras no processo afim de
diminuir perdas.
DESENVOLVIMENTO
Fatores que interferem na fermentação alcoólica:
A concentração de substrato, pH, tempo e
temperatura, presença de microrganismos contaminantes
são fatores que podem afetar o rendimento da fermentação,
ou seja, a eficiência da conversão de açúcar em etanol.
Geralmente, há queda na eficiência do processo
fermentativo ou na qualidade do produto final
(CARDOSO, 2006).
Aeração (Agitação)
Para Chaves (2006), a aeração é uma pratica que
consiste em introduzir ar no mosto no inicio da
fermentação, a fim de favorecer o desenvolvimento de
leveduras e, consequentemente, favorecer a transformação
completa dos açúcares fermentáveis.
O oxigênio é necessário ao desenvolvimento das
leveduras em seu processo de multiplicação,
principalmente na fase inicial da fermentação sendo que as
condições de anaerobiose induzem a formação de etanol e
de gás carbônico. Em condições de aeração ocorre grande
reprodução das leveduras, consequentemente o aumento do
fermento (RODRIGUES FILHO e e OLIVEIRA, 1999).
Segundo Muller et.al. (2007), a aeração é um
fator importante para que se obtenha uma maior formação
de massa celular viável durante o processo fermentativo. A
injeção do ar serve para agitar e aerar, eliminando o gasto
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de energia para agitação, e promovendo um aumento na
capacidade de transferência de massa e calor.
Para Chaves (2006), a aeração do mosto melhora
a multiplicação do fermento. Isso pode ser feito pela
formação de uma espécie de chuveiro para a entrada do
mosto na dorna.
Segundo Cardoso et al. (2007), a levedura possui
dois tipos de metabolismo celular: oxidativo e
fermentativo. O metabolismo oxidativo ocorre na presença
de oxigênio, em que a levedura pode apresentar o efeito
“pasteur” oxidando os carboidratos por respiração e
estimulando a multiplicação intensa.entretanto na ausência
de oxigênio o metabolismo passa a ser fermentativo, ocorre
assim a produção de etanol e gás carbônico. O gás
carbônico formado na aeração de transformação de
sacarose em etanol contribui para a manutenção da
anaerobiose na dorna de fermentação.
Para Espinoza (2006), a aeração é necessária na
fase de propagação, facilitando o aumento do número de
células.
Já para Cardoso et.al. (2007), deve-se evitar
durante a fermentação a aeração do mosto, já que o
aumento de oxigênio faz com que o lêvedo transforme o
açúcar em ácido acético em vez de etanol.
102
intervalos estreitos é de grande importância (RIBEIRO,
2010).
Já para Nogueira e Venturini Filho (2005), o
mosto é colocado na dorna com uma temperatura que
corresponde à ambiente. No início da safra, que coincide
com o inverno, sua temperatura é baixa, chegando acerca
de 14ºC a 15°C requerendo o aquecimento para atingir a
temperatura de 28ºC a 30°C, favorável à atividade da
levedura alcoólica. No decorrer da safra, com o aumento
da temperatura ambiente, esta medida se faz desnecessária.
Como a fermentação alcoólica é um processo exotérmico,
a temperatura do mosto pode ultrapassar os limites
admitidos para uma fermentação normal.
Para Moraes (2001), temperatura do mosto é um
dos fatores que afetam a atividade microbiana e,
consequentemente, a eficiência e produtividade do
processo de fermentação. A faixa ideal de temperatura para
fermentação alcoólica, está entre 26º e 32ºC. Para manter
essa faixa de temperatura, a indústria deve aquecer o mosto
em épocas frias e possuir um sistema de resfriamento
quando a temperatura estiver elevada.
Segundo Cabral; Kremer; Trossini (2006), para se
obter uma boa fermentação (Fig.1.) a temperatura do
mosto deve ser a 30°C.
Temperatura x Tempo
O controle da temperatura é um fator de grande
importância durante o processo de fermentação, pois a
levedura trabalha bem entre temperaturas de 25°C e 30°C.
Valores de temperatura acima destes citados podem gerar
enfraquecimento da levedura, criar boas condições para o
aparecimento de outros microorganismos e ocasionar
maiores perdas de álcool por evaporação, já temperaturas
inferiores a 25°C diminuem a atividade da levedura
(CARDOSO, 2006).
Segundo Lima et al. (2001). as temperaturas
ótimas para a produção industrial de etanol situam-se na
faixa de 26 a 35ºC, mas não raramente, a temperatura nas
destilarias alcança 38ºC. À medida que a temperatura
aumenta, aumenta a velocidade da fermentação, mas
favorece a contaminação bacteriana, ao mesmo tempo em
que a levedura fica mais sensível à toxidez do etanol.
Ribeiro (2006), sugere que a temperatura ideal
para a multiplicação das leveduras situa-se entre 28º a 30°.
Temperaturas mais baixa diminuem a atividade do
fermento, enquanto as mais elevadas favorecem o
desenvolvimento de bactérias indesejáveis, provocando o
enfraquecimento das leveduras
Durante o processo de fermentação a temperatura
deve ser sempre mantida, pois uma pequena variação pode
ocasionar perdas durante o processo, como por exemplo,
inibição do fermento, onde o açúcar ficará na dorna, local
onde ocorre a fermentação (FERMENTEC, 1978).
A formação de produto por microrganismos é
também dependente da temperatura de uma maneira
similar. Todavia as temperaturas ótimas para crescimento e
formação de produto não são necessariamente as mesmas e
devem ser analisadas separadamente. Portanto o controle
da temperatura num processo fermentativo dentro de
FAZU em Revista, Uberaba, n. 8, p. 100-107, 2011.
Figura 1. Temperatura de propagação das leveduras
alcoólicas.
Fonte: Cabral; Kremer; Trossini, 2006.
De acordo com esse mesmo autor, respeitadas
estas condições, o tempo de fermentação deve ficar entre
06 e 08 horas. Após esse período a efervescência do mosto
termina e as leveduras decantam para o fundo da dorna, é
hora de destilar. Os principais motivos que levam a uma
fermentação longa são pé de cuba mal formado, grau brix
muito alto ou muito baixo e temperatura inferior aos 28º C.
Segundo Maia et.al. (1995). o teor de etanol é um
fator limitado da fermentação alcoólica. Pode-se considerar
que, acima de 8ºGL, o etanol já começa a dissolver a
membrana da célula, efeito que aumenta com o aumento da
temperatura. Este é mais um motivo para que se
recomende o limite de brix (25ºbrix), assim com o controle
da temperatura, dentro da faixa de 28ºC a 35ºC.
Para Crispim et al. (2004), pelo critério de
viabilidade celular, a temperatura ótima depende do
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conteúdo em etanol no meio. A fermentação pode iniciarse a temperatura de 34ºC a 36ºC (Fig.2), Contudo, essa
temperatura deve diminuir, à medida que o teor alcoólico
aumentar 28ºC, sob pena de perda da viabilidade celular.
1E+13
1E+12
N. Cel / mL
1E+11
1E+10
1E+09
1E+08
10000000
1000000
0
5
10
15
20
25
30
Como uma consequência, o pH pode ser usado para
selecionar preferencialmente as leveduras sobre as
bactérias e diminuir a susceptibilidade á contaminação
bacteriana. Por exemplo, uma fermentação a pH 3 é bem
menos sujeita à contaminação.
Segundo Cardoso (2006), como o pH do caldo de
cana é normalmente em torno de 5,5, a acidificação
realizada antes da inoculação favorece a fermentação
alcoólica e também previne crescimento das bactérias
contaminastes.
Durante as fermentações o pH pode variar por
diversas razões, como variações devido ao consumo de
fontes de nitrogênio e também formação de ácidos, tais
como acético, láctico, pirúvico, succínico (RIBEIRO,
2010).
Já para Rodrigues Filho e Oliveria (1999) deve ser
feito uma correção do meio para o ajuste do pH, que deve
ficar entre 4 e 5 . Este meio esta o com o pH abaixo de 4
aumenta muito a produção de álcoois superiores e o pH
acima de 5 aumenta a produção de acido acético e de
furfural.
Tempo (h)
25 C
30 C
34 C
38 C
Figura 2. Crescimento de Saccharomyces cerevisiae em
função do Tempo e Temperatura.
Fonte: Muller et al., 2007.
Lopes (2006), em seu estudo de Qualidade da
Cachaça e sua Relação com a Formação do Pé de Cuba,
diz que a temperatura ideal para fermentação situa-se entre
28º e 30º. Temperaturas mais baixas diminuem a atividade
do fermento, enquanto as mais elevadas favorecem o
desenvolvimento de bactérias indesejáveis, provocando o
enfraquecimento das leveduras.
- pH
Para Chiaradia e Pasta (2004), potencial
hidrogeniônico ou mesmo pH, é um valor que determina o
grau de acidez ou basicidade em um meio.
Segundo Pelczar; Chang; Krieg (1997) para que
ocorra um bom processo de fermentação o pH deve se
encontrar com um valor adequado para os as leveduras,
que deve ser em torno de 5 a 6, que é considerado um valor
ótimo para seu crescimento.
O pH ideal para a produção de etanol, a partir de
leveduras do gênero Saccharomyces cerevisiae, deve
apresentar valor em torno de 4,5. Como o caldo da cana,
possui um pH em torno de 5,5 a acidificação que é
realizada antes da inoculação, irá favorecer a fermentação
alcoólica, prevenindo também o crescimento de bactérias
(CARDOSO, 2006).
Já para Ribeiro (2010), na maioria dos processos
fermentativos o pH do meio afeta tanto o crescimento,
como a formação do produto. A maioria dos
microrganismos apresenta uma faixa estreita de pH, na
qual crescimento e formação de produto ocorrem a altas
velocidades e desta forma ele é controlado na maioria das
fermentações. Embora haja exceções, bactérias usualmente
crescem de no intervalo de pH de 4 a 8, leveduras de 3 a 6,
mofos de 3 a 7 e células superiores na faixa de 6,5 a 7,5.
FAZU em Revista, Uberaba, n. 8, p. 100-107, 2011.
Substrato x Nutrientes
Na produção de álcool combustível, o substrato
utilizado é a sacarose proveniente do caldo de cana-deaçúcar. A levedura utiliza-se deste açúcar após hidrólise e
absorção de seus constituintes: a glicose e a frutose
(LOPES, 2006).
Segundo Camili e Cabello (2007), Os nutrientes
são necessários para o bom desenvolvimento da
fermentação, afetando a velocidade e a multiplicação da
levedura. A concentração adequada de nutrientes do mosto
é de suma importância, pois se presentes em quantidades
insuficientes ou exageradas, podem refletir de forma
negativa sobre o processo fermentativo.
Segundo Lopes (2006), Uma alta concentração,
resulta em alto teor alcoólico, que pode resultar em toxidez
à levedura por desestabilizar a membrana plasmática.
Por outro lado, isto é benéfico, pois controla a
multiplicação excessiva, o que ocasiona desvio de açúcar
para a produção de biomassa em detrimento ao álcool.
Para as necessidades nutricionais das leveduras
durante o processo de fermentação alcoólica influem na
multiplicação e crescimento celular e na eficiência de
transformação do açúcar em álcool (Silva, 2007).
Estes microorganismos pertencem ao gênero
Saccharomyces, e são consideradas os mais indicado para a
produção de etanol devido a diversos fatores: transformam
o açúcar em etanol rapidamente, tolera grandes variações
de temperatura, possui tolerância quanto o produto
formado, além de possuírem atividade celular em ambiente
ácido (ANDRIETTA, STECKELBERG, ANDRIETTA,
2006). A reprodução das leveduras ocorre assexuadamente,
por brotamento, a FIG.3, representa a reprodução da
levedura a partir de brotamento.
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vitaminas. Entretanto, a adição de certas vitaminas ao
caldo propicia aceleração da ação enzimática de leveduras,
influindo na pureza e velocidade da fermentação.
Recomenda-se a suplementação de vitaminas do complexo
B, uma vez que sua deficiência poderá ocasionar
dificuldades ao processo fermentativo (KOTARSKA;
CZUPRYNSKI; KLOSOWSKI 2005).
Contaminantes Bacterianos
Figura 3-Processo de Reprodução das Leveduras.
Fonte: Centro de Tecnologia Canavieira, 2007
Segundo Camili e Cabello (2007), a concentração
adequada de nutrientes é de suma importância, pois se
presentes em quantidades insuficientes ou exageradas,
podem refletir de forma negativa sobre o processo
fermentativo. A falta de nutrientes pode acarretar
consideravelmente o rendimento alcoólico e a viabilidade
celular levedura.
Já para Kotarska; Czuprynski; Klosowski (2005),
os nutrientes participam do metabolismo do fermento
como ativadores das enzimas. No caso quando uma
quantidade de nutrientes é insuficiente, o fermento
reproduz e conduz a fermentação lentamente ou mesmo
sua reprodução é impossível.
A análise do caldo de cana revela que, embora
rico em sais minerais, possui um desequilíbrio entre os
mesmos, exigindo uma suplementação adequada de certos
elementos, para que a fermentação se processe com maior
vigor. Assim, além do carbono, oxigênio e hidrogênio,
supridos pelos açúcares, outros elementos devem estar
presentes, normalmente na forma de sais (NOGUEIRA e
VENTURINI FILHO, 2005).
De acordo com este mesmo autor, o fósforo, na
forma de P2O5, é de extrema importância para que ocorra a
formação de álcool durante a fermentação. Além de
favorecer a ação das leveduras, o fósforo também aumenta
o rendimento alcoólico da fermentação.
Adição de superfosfato triplo ao mosto, na base de
0,1 grama por litro, favorecerá a ação das leveduras e o
rendimento alcoólico do processo. Para o caso do
nitrogênio, a fonte mais indicada é o sulfato de amônio,
também na dose de 0,1 grama por litro de mosto. Tanto o
caldo de cana como a própria levedura são fontes de
FAZU em Revista, Uberaba, n. 8, p. 100-107, 2011.
Segundo Pelczar, Chan e Krieg (1997) as
bactérias “são microorganismos procariotos, carecendo de
membrana nuclear e outras estruturas intracelulares
organizadas observadas em eucariotos”. Dentre os vários
gêneros de bactérias que são prejudiciais a produção
alcoólica, estes são os gêneros mais encontrados :
Acetobacter,
Lactobacill,
Clostridium,
Bacillus,
Aerobacter, Streptococcus, Leuconostoc mesenteroides
(FERMENTEC,1978).
De acordo com Lopes (2006), dentre os inconvenientes
causados pelos contaminantes destaca-se o consumo de
açúcar, a inversão, o aumento da acidez, a produção de
polímeros mucilaginoso (gomas), que obstruem trocadores
de calor, canalizações e centrífugas ocasionando ainda o
fenômeno conhecido por floculação de leveduras e a
formação de espumas como conseqüência da viscosidade
do caldo, ocasionado pela presença de dextrana e levana
principalmente.
Ainda segundo este mesmo autor os
contaminantes bacterianos provocam uma diminuição no
rendimento industrial não só pelo consumo de açúcar, mas
também pela morte das leveduras por produtos
metabólicos eliminados ao meio por diferentes
microrganismos que estão intimamente relacionados com o
desenvolvimento de coloração nos caldos. As principais
fontes de microrganismos contaminantes são: a própria
flora epífita da cana-de-açúcar, o solo carreado com os
colmos, a poeira e os equipamentos infeccionados ou
mesmo os materiais contaminados utilizados no corte e no
processo.
Os gêneros de bactérias, que prejudicam o
processo de fermentação, são denominadas como
homofermentativas. As que são responsáveis pela
formação de ácido lático em maior quantidade e as
heterofermentativas, que produzem alem do ácido lático,
como também outros ácidos orgânicos, como por exemplo,
acético e fórmico (FERMENTEC, 1978).
Para Lopes (2006), dos microrganismos que
provocam biodeterioração na cana cortada, os que causa
maiores prejuízos são as bactérias produtoras de ácido
lático, comumente denominadas de Bactérias do Ácido
Lático (BAL); sendo estimada a perda diária de sacarose
recuperável da ordem de 4,75%. O ácido lático é o
principal produto do metabolismo das bactérias
contaminantes no mosto de cana-de-açúcar em
fermentações etanólicas, A quantificação desse composto
pode ser um indicador bastante preciso do grau de
contaminação do sistema.
Já para Parazzi (1988), A contaminação
bacteriana é um dos fatores preponderantes dentre aqueles
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Etanol
Segundo Silva et.al. (2008), durante o processo
da fermentação alcoólica origina-se uma série de
compostos que podem atuar como inibidores potenciais.
Entre eles podem ser citados os metabólitos secundários
contaminantes totais e, ate mesmo, o etanol produzido no
processo. A natureza e concentração desses compostos
dependem das condições do processo, como temperatura
do meio e tempo de fermentação. O etanol e o metabólito
produzido em maior quantidade em uma fermentação
alcoólica, podendo ser tóxico em uma determinada
concentração, causando redução na viabilidade celular das
leveduras (SILVA et al. 2008).
Segundo Maia et.al,(1995) o teor de etanol é um
fator limitado da fermentação alcoólica. Pode-se considerar
que, acima de 8ºGL, o etanol já começa a dissolver a
membrana da célula, efeito que aumenta com o aumento da
temperatura. Este é mais um motivo para que se
recomende o limite de brix (15ºbrix), assim com o controle
da temperatura, dentro da faixa de 12 a 28ºC.
De acordo com estudos realizados por Silva, et al.
(2008), os teores alcoólicos obtidos, em torno de 7,7% v/v,
não foram suficientes para causar grande inibição da
levedura durante as fermentações. Teor alcoólico de 11,1%
pode causar inibição no crescimento celular e quando
atinge valores acima de 14,5% não ocorre mais produção
de etanol.
E para Fernandes (2008), o etanol afeta
diretamente a membrana celular das leveduras, devido ao
estresse causado pela exposição das mesmas ao etanol.
O etanol age de maneira sinergística intoxicando a
célula da levedura, levando-a a morte e consequentemente
diminuindo a viabilidade celular (OLIVA NETO, 2006).
Para que ocorra uma Fermentação mais saudável,
concluiu que as leveduras produtoras de álcool como as
Saccharomyces cerevisiae são expostas a condições
estressantes durante o processo de fabricação de álcool
devido a diversos fatores, entre o qual o teor de etanol
(8ºGL), afeta a membrana celular diminuindo a sua
viabilidade celular da levedura alcoólica (CRUZ et al.,
2001).
A Fig5 demonstra que ouve uma maior produção
de etanol utilizando o intervalo de 30ºC a 34ºC durante a
fermentação em relação ao tempo.com um rendimento
significativo em relação ao intervalo de 25ºC a 38ºC.
FAZU em Revista, Uberaba, n. 8, p. 100-107, 2011.
Figura 5-Produção de etanol em função do tempo de
cultivo de Saccharomyces cerevisiae.
4
3,5
3
Etanol % (p/p)
que afetam a fermentação alcoólica, posto que é o mais
freqüente agente estressante presente. Trabalhos efetuados
em laboratório e os dados da indústria são coincidentes
quanto ao prejuízo que a contaminação bacteriana pode
exercer no rendimento da fermentação.
Segundo Lopes (2006), Às vezes é necessário
optar entre dois fatores estressantes, como o caso do
tratamento ácido, que exerce um efeito estressante à
levedura, mas acaba por ser benéfica, por controlar a
contaminação, esta sim muito mais prejudicial à levedura e
ao processo, pos reduz a eficiência fermentativa
105
2,5
2
1,5
1
0,5
0
0
5
10
15
20
25
30
Tempo (h)
25 C
30 C
34 C
38 C
Fonte: MULLER et al., 2007.
Já para Alves (2004), após completada a
fermentação, a concentração de açúcar tem que ser igual a
zero e o teor de etanol ≈ 8ºGL.
Segundo Protti et al., (2007), na fermentação
alcoólica, o principal responsável pela diminuição da
viabilidade celular é o seu próprio produto, o etanol.
Para aditivos alimentares produzidos por via
Fermentativa em estudo, conclui que perdas na viabilidade
celular também são observadas se a fermentação é
conduzida até a exaustão completa de etanol
(CARVALHO, 2001).
Segundo Oliva Neto (2006), o etanol tem efeito
inibitório, provocando alterações da composição da
camada lipidica da membrana, redução de atividades
metabólicas como causa da inibição do transporte de
glicose, diminuindo a viabilidade, formação de produto e
causando estresse hídrico.
Já para Marques e Serra (2004), a interferência do
etanol na fermentação alcoólica é mais preocupante em
fermentações com altas concentrações de açúcar no mosto.
Por este motivo que se deve fazer a correção do brix do
caldo da cana-de-açúcar para produção de cachaça com
qualidade.
De acordo com Maia et al.(1995), na produção
guardente de qualidade o uso de condições microaeróbicas
(pequena quantidade de ar no mosto permite aumentar a
utilização do açúcar, aumentando a tolerância da levedura
ao etanol, sem decréscimo significativo no rendimento da
fermentação.
CONCLUSÃO
O processo de fermentação é uma parte de
extrema importância na obtenção de etanol e
conseqüentemente, de suma importância para indústria
Sucroalcooleiro, durante este estudo foram analisados
Engenharia/Engineering
alguns fatores capazes de interferir no processo de
fermentação alcoólica, conversão do açúcar em etanol.
motivo pelo qual a eficiência da fermentação e a qualidade
do produto final podem ser afetadas. Segundo autores
estudados durante este trabalho, os fatores que devem ser
controlados durante a fermentação do mosto devem ser, a
Agitação (aeração), temperatura x tempo, pH, Nutrientes e
substrato, Contaminantes bacterianos, Etanol: de acordo
com vários autores, pude concluir que os limites melhores
para se trabalhar para cada interfentes são:
A aeração e a agitação devem ser realizadas no
início da fermentação para uma melhor multiplicação das
leveduras, sendo evitadas durante a fermentação, pois a
presença de oxigênio pode propiciar a formação de acido
acético. A temperatura deve ser controlada entre 25ºC à
30ºC. O pH deve estar em torno de 4,5 à 5,0 afim de evitar
o desenvolvimento de bactérias indesejadas, e afetar o
crescimento das leveduras pude chegar a conclusão que
nessa limite a maior rendimento fermentativo em menos
tempo de fermentação. Os nutrientes são importantes
porque influenciam o desenvolvimento das leveduras e em
concentrações altas, podem inibir seu crescimento. A
contaminação bacteriana provoca perda no rendimento
prejudicando a fermentação e a qualidade do produto,
provocando o aumento da acidez, que é a inversão da
sacarose. A presença do etanol acima de 8ºGl pode inibir o
crescimento da levedura pela sua desnaturação.
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