Engenharia/Engineering 100 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. Engenharia/Engineering 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 Engenharia/Engineering 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 Engenharia/Engineering 103 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. Engenharia/Engineering 104 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 Engenharia/Engineering 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. 4. REFERÊNCIAS ALVES, J. G. L. F. Mini-Curso de Produção de Cachaça Artesanal. In: Jornada Acadêmica de Engenharia de Alimentos Departamento de Ciências Exatas e Tecnologia Centro Universitário de Belo Horizonte – UNIBH, 3, Centro de Tecnologia em Cachaça. Belo Horizonte. ago./set. 2004. ANDRIETTA, M. da G. S.; STECKBERG, C.; ANDRIETTA, S. R. Bioetanol-Brasil, 30 anos na vanguarda. Revista Multiciências. Campinas, p.1-16,out. 2006. CABRAL, G. J.; KREMER, H.; TROSSINI, T. Cachaça. Florianópolis: UFSC, 2006. Disponivel em< www.enq.ufsc .br/labs/probio/ disc_eng1/cachaca.doc> .Acesso em:06 set. 2011. CAMILI, E. A.; CABELLO, C. Produção de Etanol de Manipueira Tratada com Processo de Flotação. Revista Raízes E Amidos Tropicais, v.3, n.1, 2007. CARDOSO, M. das G. (Ed.). Produção de Aguardente de Cana. 2.ed. Lavras:UFLA, 2006. 445p. CARDOSO, M. das G. et al. Cachaça: Qualidade e Produção. 2007. Disponível em < www.canabrasil.com.br/ cachaca.../11-cachaca-qualidadee-producao> Acesso em: 19 mar. 2011. CARVALHO, R.S. Interações entre leveduras e bactérias durante a fermentação alcoólica. Piracicaba, 2001.74f. Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) – Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 2001. FAZU em Revista, Uberaba, n. 8, p. 100-107, 2011. 106 CHAVES, J. B. Cachaça: Capixaba- Um pouco de História: Informações Técnicas Básicas para a Produção de Cachaça Artesanal de Qualidade. 2006. Disponível em: < http://201.2.118.66/arquivos/biblioteca /Cacha%C3%A7a%20Capixaba.pdf>. Acesso em: 19 mar. 2012. CHIARADIA, A.; PASTA, M. A. C. Minimanual de Pesquisa: Química. Uberlândia: Claranto, 2004. 516 p. CRISPIM, J. E. et.al. Tipos de Leveduras e Qualidade da Cachaça. In: Fermentação. Urussanga: Empresa de Pesquisa Agropecuária e Extensão Rural de Santa Catarina– EPAGRI. 2004. CRUZ, S. H. da. et.al. Por uma Fermentação Mais Saudável. 2001. ESPINOZA, L. J. S. Tecnologia de Produção de Cachaça: Princípios do Processo de Produção de Cachaça de Qualidade. UFLA- MG. 2006. Disponível em:<http://www.crq4.org.br/downloads/tec_cachaca.pdf>. Acesso em: 25 mar. 2012. FERMENTEC S/C LTDA. Processo de Fabricação de álcool. Piracicaba, SP, 1978. 108 p. FERNANDES, P. M.B. et.al. Ácidos Graxos de Membrana e Trealose na Resposta de Levedura a Alta Pressão Hidrostática.Universidade Federal do Espírito Santo- Vitória. 2008. LIMA, U. de A. et.al. Biotecnologia Industrial, Processos Fermentativos e Enzimáticos, 1 ed.,v. 3. São Paulo: Editoria Edgard Blücher, 2001. 616p. LOPES, C. H, apresentação XII COREEQ, 07/2006. KOTARSKA, K., CZUPRYNSKI, B.,KLOSOWSKI, G. Effect of various activatorson the course of alcoholic fermentation. Journal of Food Engineering, out. 2005. MAIA, F. S. Alternativas para Exportação de Cachaça Artesanal: Um exemplo da Alemanha. 2005. Disponível em : <http://www.editora.ufla.br/site/_adm/upload/boletim/bol_ 57.pdf > Acesso em: 25 mar. 2011 MARQUES,T. A.;SERRA, G. E. Educação de Reciclagem de Células na Produção Biológica de Etanol. Ciências e Tecnologia de Alimentos.Campinas, v.4, 2004. MORAES, F.V, Como controlar a qualidade da cachaça. Engarrafador moderno. v.10, São Paulo: LK Editora, Maio 2001. MULLER, J. L. et.al. Comparação do crescimento de Saccharomyces boulardii em fermentador batelada tipo air lift e shaker. 2007. Disponível em:<http://www.scielo.br/pdf/cta/v27n4/03.pdf >. Acesso em: 8 ago. 2011. NOBRE, T. de P.; HORI, J.; ALCARDE, A. R. Viabilidade celular de Sacharomyces Cerevisia fermentação cultivadas em associação com bactérias contaminantes da fermentação alcoólica. Piracicaba, 2007, ESALQ. NOGUEIRA, A. M. P.; VENTURINI FILHO,W. G. Aguardente de Cana. Botucatu. 2005. Disponível em: <http://dgta.fca.unesp.br/docentes/waldemar/aguardente/A guardente>. Acesso em 03 ago. 2011. OLIVA NETO, P. de. Efeito de Fatores Inibidores na Fermentação Alcoólica. Produção de Etanol: Qualidade Engenharia/Engineering da Matéria-Prima. Faculdade de Ciências e Letras de Assis – UNESP. 2006 PARAZZI, C. A influencia do desponte do colmo na qualidade tecnológica da cana-de-açúcar (Saccharum ssp.) 1988. ESALQ, Universidade de São Paulo, Piracicaba, 1988. PELCZAR, M. J; CHANG, E. C. S; KRIEG, N. R. Microbiologia: Conceitos e aplicações, v.2, 2 ed.. São Paulo: Makron Books, 1997. PROTTI, K. L. et. al. Comparação do crescimento de Saccharomyces boulardii em fermentador por batelada tipo air lifte shaker. Ciência e Tecnologia de Alimentos. v.27, n.4. Campinas out./dez. 2007. RIBEIRO, E.J, Apresentação Dia Nacional do profissional da Química e II Escola da Química, 2006. RIBEIRO. F.A.M. Fermentação Alcoólica. Uberaba, 2010. Apostila do ModuloII - Processamento na industria sucroalcooleira da FAZU. RODRIGUES FILHO, A.; OLIVEIRA, R. N. de. Tecnologia de Produção de canade-açúcar e cachaça de Minas de Qualidade. Belo Horizonte: EMATER. 1999. SILVA, J. A. et.al. Aplicação da Metodologia de Planejamento Fatorial e Análise de Superfícies de Resposta para Otimização da Fermentação Alcoólica.v. 31. Universidade Estadual da Paraíba: Química Nova. 2008. SILVA, J. de S. (Ed.). Produção de álcool combustível na fazenda e em sistema cooperativo.Viçosa, 2007. Disponível em: <http://www.ufv.br/poscolheita/Produ%C3%A7%C3%A3 o_de_%C3%A1lcool_combust%C3%ADvel_index.htm.> Acesso em: 13 ago. 2011. FAZU em Revista, Uberaba, n. 8, p. 100-107, 2011. 107
