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A Fermentação

Alcoólica no

Processo Industrial

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1-Resumo. O que é Fermentação Alcoólica ? Toda célula viva tem uma composição muito diferente do meio onde ela vive.

Caso ela não gastasse energia para se manter no meio, a tendência seria a célula desaparecer e sua composição ser diluída no meio.

A fermentação alcoólica é uma forma muito eficiente da célula (de levedura, no nosso caso) de obter energia a partir do meio.

A levedura obtém esta energia desmontando a molécula de açúcar, que por sua vez foi acumulado pela cana-de-açúcar, a partir do CO2 da atmosfera, usando a fotossíntese.

Como a fotossíntese usa a energia solar para montar a molécula de açúcar, concluímos que a energia que mantém a célula diferente do meio é em ultima analise a energia solar.

O açúcar tem energia suficiente na sua molécula para ser conservado na forma de etanol, que será queimado nos motores (gerando bastante trabalho) a ainda para gerar mais leveduras e ainda para devolver ao ambiente calor, pois na fermentação um subproduto importante é a liberação de calor.

Veja também que junto com cada molécula de etanol é também liberada uma molécula de CO2 que voltara para a atmosfera permitindo o funcionamento de todo sistema.

A fermentação alcoólica é portanto, no caso da levedura parte importante do metabolismo, é a parte em que a molécula é desmontada para obtenção de energia. Esta parte é chamada de catabolismo. A outra parte importante é o anabolismo onde a energia do açúcar servira para montar a célula, portanto de composição bem mais complicada do que o açúcar.

O metabolismo visa portando (do ponto de vista da célula) a sua conservação o que ela consegue através da reprodução.

Na indústria fazemos o possível para enganar a célula ou seja, fazemos com que a reprodução seja reduzida ao mínimo e a quebra do açúcar seja aumentada ao máximo.

Como conseguimos fazer isso?

Como a célula tem processos que não desperdiçam nada e são altamente controlados e regulados, fazemos com que o meio seja não-ótimo, por exemplo eliminamos o ar, colocamos pouco nutriente, mantemos a temperatura alta, o pH baixo, colocamos muitas leveduras para disputar o açúcar e os nutrientes, mantemos o teor de álcool e CO2 (resíduos) altos, de tal forma que boa parte da energia disponível é gasta pela célula, pelo menos, se manter viva.

Quanto piores as condições no meio mais energia a célula precisara e menos açúcar sobrara para a reprodução.

Em resumo a célula está programada (através de um treinamento de milhões de anos) para se reproduzir a qualquer custo, nem que para isso ela tenha de fazer toneladas de etanol e CO2.

O metabolismo é, portanto extremamente flexível e esperto para enfrentar muitas situações diferentes, mantendo a célula viva a qualquer preço.

Para ser flexível, uma boa estratégia é caminhar em pequenos passos permitindo a criação de desvios (rotas alternativas) ou mesmo permitindo voltar para trás sem um gasto enorme de energia.

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Cada um desses passos (pequena transformação química) é viabilizado por uma ferramenta especializada nesta tarefa chamada de enzima.

Assim como uma oficina extremamente bem montada, capaz de realizar qualquer trabalho (com perfeição), qualquer célula tem milhares de enzimas, em geral prontas para serem usadas.

As enzimas são proteínas (feitas de seqüências de aminoácidos, produtos que tem nitrogênio) e tem um formato tal que permite que ela se ajuste perfeitamente na molécula que ela vai ajudar a converter (da mesma forma que a chave encaixa bem apenas na sua fechadura).

É justamente este contato intimo que permite a conversão da molécula em outra. Veja que não é a chave que abre a porta, é a mão que movimenta a chave. Da mesma forma, nas é a enzima que faz a reação, ela simplesmente permite a execução da tarefa, com o mínimo gasto de energia.

Em cada enzima, em geral o ponto de contato (as ranhuras da chave) é promovido por um metal, que faz parte da composição da enzima. Assim, sem enzimas (e portanto sem nitrogênio) não há fermentação e não haveria enzimas ativas se não houvesse metais no meio.

Há portanto nutrientes (nitrogênio, fósforo, magnésio, manganês, zinco e muitos outros) que são necessários para o funcionamento da fermentação, mesmo que a reprodução seja mantida sempre no mínimo. Estes nutrientes têm de estar disponíveis no meio, mesmo que reciclados de outras células (mortas ou dissolvidas).

A temperatura regula a velocidade com que as enzimas promovem as reações. Para qualquer reação em que choques entre as moléculas são importantes, a temperatura maior, por aumentar a agitação das moléculas, aumenta a velocidade, ate o limite em que a temperatura alta começa a degradar a própria enzima, ela mesma feita de milhares (milhões) de componentes.

Assim dependendo da tarefa a que esta submetida a célula teremos uma região de temperaturas ótimas, em que algumas enzimas estão aumentando a velocidade de trabalho e outras estão se degradando e sendo substituídas.

Com o pH, ocorre um fenômeno semelhante. Os íons H+ (que conferem o caráter acido) afetam o formato das enzimas, tornando mais fácil o contato com a sua molécula, ate o limite em que a enzima será atacada pelo acido (ou pela base). Assim cada célula terá sua região de ph ótimo (o da fermentação pode ser diferente do da reprodução).

Está ficando claro que a velocidade com que a fermentação ocorrerá dentro da célula dependerá das enzimas e da concatenação entre elas (o maestro tem de acertar o ritmo dos violinos, dos metais etc. todo mundo tem de tocar em sincronia). Caso este sistema de regulagem seja perturbado a célula não sobreviverá e morrerá.

Assim, para evitar que a célula pegue desvios (que não produzem etanol) ou demore muito para fazer a conversão de açúcar é necessário manter a população com alta viabilidade.

A alta viabilidade é um sintoma que a população esta bem adaptada, embora valores muito altos possam significar pouco trabalho para se manter vivo e portanto muita reprodução e baixo rendimento. Vamos voltar a esse assunto nos próximos capítulos.

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2. Como é a fermentação alcoólica ?

O processo de fermentação é a forma de “enganar” a levedura levando-a a produzir o máximo de etanol e o mínimo de outros produtos.

Trata-se de formas praticas de regular a alimentação de uma certa qualidade de mostos, o tempo em que a célula passa em contato com o meio, bem como de regular outros aspectos como a temperatura e o pH do meio.

É a parte obrigatória do processo, formas de misturar bem a levedura com o meio para permitir que o açúcar chegue até a membrana (e depois ate o interior da célula) e também para que o álcool, o CO2 e outros produtos (tóxicos) saiam da célula e se dispersem no meio em concentrações aceitáveis pelas células. Um bom processo tem de dar conta de características do meio (como a tendência de formar espuma, de aumentar a viscosidade quando o teor de fermento é muito alto, entre outros).

Outra característica de qualquer processo industrial é a de garantir que a matéria-prima vai ser fornecida para a população correta, ou seja o processo tem barreiras para evitar que entrem outros organismos e, na hipótese de entrar, para reduzir as chances de que eles venham a predominar, reduzindo as suas chances de reprodução e retirando-o de forma seletiva.

O processo fermentação é em geral conduzido em tanques (fermentadores ou dornas) onde a disponibilidade de matérias-primas e as condições físico-químicas são reguladas.

Por exemplo, o processo totalmente descontínuo (que hoje não e mais usado para álcool industrial, apenas para fabricação artesanal de aguardente ou cerveja) baseava-se em colocar a levedura em tanques já cheios de mosto (ás vezes tratado pelo calor e “temperado” com os nutrientes e o acido necessários). Após a colocação da levedura existia uma fase de adaptação do fermento ao alto teor de açúcar e após algumas horas, a fermentação começava, com liberação de gás, aumento de temperatura e redução da densidade (queda do Brix).

A fermentação era deixada continuar ate que o brix parasse de cair (ou porque acabou o açúcar, ou o fermento parou de fermentar porque não suportou o teor alcoólico, ou porque o fermento decantou no fundo da dorna e se separou do açúcar).

Como a fermentação era conduzida em dornas pequenas, o controle de temperatura era conduzido por resfriamento externo, abrindo-se uma cortina de água que descia pelo lado de fora da dorna. Dornas pequenas têm uma área grande em relação ao seu volume.

Após a fermentação, o fundo da dorna era descartado (caso a viabilidade estivesse muito baixa ou a quantidade de sujeira muito grande) ou usado para partir outra fermentação. O fato do fermento se acumular no fundo deu origem ao nome de pé (fundo) – de – cuba (dorna em francês).

Uma variação deste processo é o processo de cuba-mãe, em que o fermento é preparado em uma das dornas que é continuamente sangrada para dar inicio à fermentação nas outras.

Uma evolução foi o processo de cortes, em que quando a fermentação já estava bem ativa, a dorna em fermentação era cortada para duas e estas duas enchidas novamente, conseguindo-se assim um fermento mais ativo (menor tempo de fermentação) e um teor de açúcar menor.

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Uma evolução ainda maior se conseguiu com a aplicação das centrifugas na fermentação alcoólica para separar e concentrar o fermento de um ciclo para usá-lo (na sua totalidade) no ciclo seguinte.

Com isso após algumas semanas de operação conseguia-se um alto toer de fermento, com maior robustez, velocidade e maior possibilidade de atingir altos teores de álcool.

No inicio, este processo, patenteado com o nome de Melle-Boinot, era diferente do processo atual pois não usava o tratamento do fermento e o leite era jogado em uma dorna já cheia de mosto.

No Brasil é que o processo evoluiu para batelada alimentada com reciclo total de fermento e tratamento, hoje chamado simplesmente de processo em batelada. O processo continuo foi tentado logo que se descobriu que a fermentação era feita pelas leveduras porém, problemas de agitação e o baixo teor de fermento inviabilizaram as primeiras tentativas.

Processos industriais de produção de grandes quantidades de álcool, surgiram na extinta União Soviética e na França porem só se consolidaram no Brasil, com o uso do reciclo e tratamento de fermento.

O processo contínuo, do ponto de vista do fermento, é exatamente o mesmo que um processo em batelada, com um perfil de açúcar correspondente.

Ao invés do vinho ficar dentro da dorna e o tempo passar (batelada), o vinho circula pelas dornas gastando um certo tempo para isso (continuo).

A vantagem da contínua é que ela pode ser feita em número menor de dornas, que ficam sujeitas a menos operações manuais, sendo mais barata sua instrumentação e controle automático. Também a contínua opera com maior inércia, em condições mais estáveis (em cada dorna as concentrações variam muito devagar) o que permite ajustar melhor a condição de melhor rendimento.

A contínua tem ainda maiores vantagens no controle da temperatura e da espuma, tendo em vista que não há altas velocidades seguidas de baixas velocidades de fermentação, como ocorre na batelada (a contínua trabalha na média).

2.1 Principais processos

Conforme visto na introdução deste capitulo, os principais processos em uso hoje no Brasil são:

→ Batelada (batelada alimentada com reciclo total e tratamento de fermento).

→ Contínuo (fermentação continua em múltiplos estágios, multialimentados, com reciclo total e tratamento de fermento).

2.2 Principais equipamentos

Os principais equipamentos dos processos acima são:

• Dornas

Servem para promover o contato entre o fermento e os componentes do meio, contendo acessórios para controlar a temperatura e a espuma e para coletar o gás carbônico formado.

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Em geral são tanques cilíndricos de fundo cônico (45 a 60º na contínua, 5 a 10º na batelada).

A troca de calor pode ser feita por serpentinas dentro das dornas ou por circulação forçada do vinho em trocadores à placas, colocamos externamente.

Os tanques são fechados para que o gás coletado seja conduzido ate torres de lavagem (equipamento que promove o contato íntimo do gás e do liquido de lavagem) e o etanol evaporado seja recuperado.

Há nas dornas fechadas sistemas de limpeza tanto do teto como do fundo, no topo em geral existem anéis de tubos perfurados ou spray-balls e no fundo bicos de distribuição de água sobre pressão, para deslocar o lodo formado após a fermentação.

A instrumentação das dornas é em geral muito simples, havendo sensores de nível de liquido e nível de espuma além de termômetros.

A medida do nível é importante para comandar a abertura e o fechamento das válvulas de mosto, vinho, fundo de dornas e pé-de-cuba, no caso da batelada.

O nível de espuma é medido para evitar que a espuma seja conduzida até a tubulação de gás, onde causaria perda de carga e conseqüente aumento de pressão na dorna. Também deve se evitar que a espuma vaze para forma das dornas para evitar perdas de vinho e de fermento.

As tampas contem ainda válvulas de segurança (alivio de pressão e vácuo), visores, sistema de coleta de amostra, entrada de antiespumante, de nutrientes entre outros componentes menos importantes.

Nas amostras são medidos o Brix e a temperatura para ter acesso ao funcionamento da fermentação e da troca de calor.

A operação visa evitar que o fermento fique super-alimentado (ou seja, que o teor de açúcar durante o enchimento fique muito alto), bem como para evitar que o fermento fique tempo demais em contato com o vinho. A temperatura é regulada aumentando ou diminuindo a vazão de água que passa pelos trocadores de calor. A espuma é controlada pela dosagem de uma certa quantidade inicial de dispersante e depois por injeções automáticas de antiespumantes ou apenas por dosagens de antiespumantes (dupla-ação).

• Centrifugas

É o equipamento mais importante (e mais caro da fermentação).

Sua função básica, como citado na introdução, é separar e concentrar o fermento existente no vinho, para enviá-lo de volta ao próximo ciclo de fermentação, evitando que se tenha de comprar fermento para cada batelada e promovendo o atingimento de um alto teor de fermento, sempre adaptado às condições de fermentação.

Além de separar e concentrar o fermento, a centrifuga, se opera em condições adequadas, separa seletivamente os sólidos menores e mais leves para o vinho centrifugado (que será destilado) e os sólidos maiores e mais pesados para o leite de levedura, que será tratado e reciclado.

Entre os sólidos pequenos encontramos bactérias que, caso o fermento que entra na centrifuga não esteja floculado e o vinho não contenha sólidos insolúveis como bagaço, argila e areia (ver dorna decantadora, abaixo) são preferencialmente rejeitadas. Em geral 30% das bactérias são rejeitadas enquanto que isso ocorre com apenas 3% das leveduras.

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As centrifugas usadas no Brasil são centrifugas continuas (alimentação e descarga), de discos, com boquilhas.

Para cada conjunto de vazão e concentração de fermento no vinho bruto, há diâmetros de boquilha adequados, para que a concentração de fermento no leite e no vinho centrifugado seja ideal.

Cada tipo de centrifuga tem um determinado diâmetro de bola (o rotor), um certo número de pratos e um certo espaçamento (calço) entre os pratos, alem de uma certa rotação (definida pelo motor e pelo sistema de redução-engrenagens) que definem para que a vazão e concentração de fermento irão funcionar bem, bem como quanta potência ela vai gastar.

Também cada modelo de maquina exige uma certa pressão (constante) na entrada do vinho. Modelos diferentes podem exigir pressões diferentes.

Todas instalações tem filtros de linha (tipo coador) para reter qualquer sólido duro maior que as boquilhas. Estes filtros tem de ser limpos com freqüência pra evitar queda de pressão na alimentação da centrífuga.

Algumas máquinas tem bombas embutidas capazes de descarregar o vinho centrifugado (e/ou o leite) sob pressão, o que permite que estas máquinas sejam instaladas no chão.

A operação das máquinas envolve os procedimentos de posta em marcha (carga), parada, limpeza, manutenção e troca de boquilhas. E recomendável que os operadores e mecânicos das centrifugas sejam treinados pelo fabricante das máquinas, para evitar acidentes e perdas de eficiência.

A instrumentação é bastante simples, havendo obrigatoriamente para cada maquina um amperímetro, e às vezes um tacômetro (contador de rotação). No coletor de vinho bruto ou na entrada de qualquer maquina há um manômetro. Algumas máquinas tem medidores de vazão e algumas tem um sistema para limpeza sem desmontagem (C P I – Cleaning In Place). A maioria das máquinas (ou melhor das instalações) tem um sistema de segurança (pressostato) que abre a água (de uma caixa) em caso de parada no fornecimento de vinho (em falta de energia elétrica, por exemplo). Em nenhuma hipótese a máquina pode funcionar sem conter líquido.

Em todas as entradas e saídas há pontos de amostragem para determinar o teor de fermento. Caso o teor de fermento no vinho centrifugado esteja alto, a carga de vinho deve ser reduzida ou a centrífuga tem de parar para limpeza. Caso o teor de fermento no leito esteja baixo, a carga tem de ser aumentada ou as boquilhas substituídas por um diâmetro menor.

• Dorna Decantadora

É um tanque pulmão de vinho a centrifugar que tem como finalidade selecionar o vinho em três frações: lodo (fundo de dornas para a volante), vinho para sangria (levedura seca) e vinho para centrifugação.

A idéia do projeto é retirar a sujeira (bagaço, argila, areia), os flocos de levedura, as leveduras mortas, frações estas que decantam, muito mais rápido do que o fermento vivo não floculado. A idéia não ter alta eficiência mesta separação, é apenas aumentar a seletividade (ficar com o que interessa e acelerar para a saída o que não interessa).

O lodo é composto pelos sólidos que entram com o mosto, mais os precipitados formados pela ação do ácido (do pé-de-cuba) sobre mosto e ainda os maiores flocos. A descarga do lodo é intermitente, regulando-se o tempo de fechamento e de abertura para enviar à volante o mínimo de fermento bom (apenas um lodo grosso).

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A fração superior ao lodo é composta pelos flocos menores e leveduras mortas que devem ser retirados antes da centrifugação para evitar redução na seletividade e na eficiência de centrifugação. Além disso como as leveduras mortas ocupam o mesmo espaço na centrifugação elas devem ser preferencialmente retiradas antes da separação.

Finalmente a última fração contém, o mínimo de sujeira de flocos e de fermento morto, portanto é o material que deve ser reciclado.

Ainda é necessário enfatizar que quando o fermento está totalmente floculado a seleção não funciona, havendo a necessidade de sangrar também o fundo da cuba, após a acidificação do leite, quando a sujeira aderida aos flocos é deslocada e pode decantar facilmente.

• Tanques de Tratamento de Fermento (pés-de-cuba ou pré-fermentados)

A finalidade principal deste equipamento é permitir o tratamento do fermento ou seja, a diluição do leite de levedura com água e a conseqüência adição de ácido.

Em geral são tanques cilíndricos contendo pequena conicidade no fundo. Os tanques são abertos e tem algum tipo de sistema de agitação (mecânica ou por borbulhamento), para permitir bom contato do fermento com o ácido e evitar a decantação.

A diluição com água (muitas vezes proveniente da lavagem do CO2 - ver Dornas) é acertada medindo-se o Brix, pois há boa correlação entre o Brix do pé-de-cuba e o teor de fermento.

Para controle da adição de ácido usa-se o pHmetro. O eletrodo deste aparelho suja com facilidade e portanto ele deve ser permanentemente limpo e recalibrado.

As funções do tratamento ácido são muitas nem todas verificáveis na prática:

- Desflocular a soltar substâncias carregadas da parede do fermento (OK)

- Matar bactérias (nem sempre verificada)

- Matar fermentos mais fracos (não verificada)

- Acertar o pH inicial da fermentação (OK)

- Permitir regeneração do dano causado pelo ácido (caso após o tratamento sejam adicionados nutrientes, mosto a ar e controlada a temperatura e a espuma) (não verificado)

- Condicionar o fermento para o próximo ciclo (descanso, desintoxicação do fermento) (não verificado).

2.3 Principais fornecedores (matérias-primas)

As matérias primas principais (que contém açúcar) de fermentação são:

→ Caldo Clarificado

→ Caldo Filtrado

→ Méis

→ Xarope

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O mosto é formulado pela mistura destas matérias-primas eventualmente com água para acertar o teor de açúcar e a vazão.

A composição destas correntes afeta muito o funcionamento da fermentação.

Vamos descrever superficialmente o processo pelo qual são separados estes componentes e discutir o impacto da sua composição na fermentação.

• Caldo Clarificado

Tudo o que caldo clarificado cotem é proveniente da composição da cana (na lavoura), do funcionamento do sistema de colheita, transporte e armazenamento de cana, da lavagem e da moagem, bem como operação de classificação - produtos químicos adicionados, operação dos decantadores : tempo, temperatura, procedimento de retirada de lodo.

• Composição da cana

A cana ideal para a fermentação deveria ser limpa, fresca e madura.

Para isso, a cana teria de custar mais e este custo teria de ser abatido no aumento de eficiência da fermentação. Há um ponto de equilíbrio onde a qualidade da cana é compatível com a instalação de fermentação.

O fator da composição da cana que afeta a fermentação com certeza é pureza do caldo (relação açúcares / Brix).

Quando mais alta a pureza melhor será a qualidade do caldo produzido.

A pureza vai aumentando de acordo com a curva de maturação da cana ( a época de maior teor de açúcar ou de maior pureza depende da variedade, do número de cortes que a cana já sofreu e do ambiente de produção: solo, clima, adubação, pragas, etc.) e portanto quanto melhor o gerenciamento agrícola, melhor será a qualidade do caldo.

Entre as impurezas que afetam a fermentação estão os nutrientes (nitrogênio, principalmente) que estão em excesso na cana verde e portanto podem permitir maior reprodução do fermento e das bactérias, e os sais (de potássio, cinzas) que aumentam a pressão osmótica e o poder tampão, exigindo maior esforço da levedura para fermentar e portanto menor rendimento e maior gasto em insumos.

Outros fatores da composição da cana afetam menos porém também tem sua importância.

Açúcares redutores (glicose e frutose) em geral estão altos tanto na cana verde como na cana que já iniciou a brota (portanto que já passou do ponto de corte).

Embora o AR não seja ruim para a fermentação o fato de estar alto na cana indica que a cana não está no ponto ideal de corte e portanto os outros fatores citados acima estão no ideal. O AR também é mais facilmente degradável termicamente em pH elevado e os produtos da degradação não colaboram em nada para o bom funcionamento da fermentação.

O pH cana tem pouca influência e a acidez deve ser a menor possível pois indica uma cana com menos sais (de ácidos fracos), portanto mais madura, e com menos deterioração.

É também necessário lembrar que a quantidade de açúcar na irá aumentando significativamente durante a safra, pelo menos até o início das chuvas. Este fato leva a um

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aumento do fornecimento de açúcar e à fermentação, principalmente se a proporção de produção de açúcar em relação ao álcool ficar constante durante a safra.

Para que o aumento do fornecimento de açúcar não seja causa de queda de rendimento, a Usina deverá ter sempre sobra de capacidade fermentativa (fermento com alta viabilidade).

• Colheita, transporte e armazenamento

É durante estas operações que ocorre a deterioração da cana.

A deterioração é o ataque dos microrganismo aos açucares da cana.

O grau de deterioração depende da infestação inicial, das condições para o desenvolvimento deste organismo (acesso ao açúcar, temperatura, umidade) e principalmente do tempo entre o inicio da infestação e o processamento (tempo pós-queima).

Os microorganismos entram na cana após o ataque das pragas e doenças da cana bem como através dos instrumentos de corte. Este microrganismo por serem habitantes normais dos solos do canavial entrarão na cana assim que houver contato (após o corte manual ou mecânico).

Quando a cana é queimada, há perda de água e encolhimento da casca, com formação de fissuras e por elas sai um líquido (chamado exudado - “suor”) açucarado.

Quando este material nutritivo entra em contato com as bactérias adequadas e ainda quando o interior da cana é exposto, seja pelo core com faca (manual ou por máquina), seja pela escavação feita por exemplo pela broca, há facilitação da reprodução, com grande formação de subprodutos que tem impacto na fermentação.

Um dos principais subprodutos da deterioração é a dextrana, um polímetro da glicose que tem alto peso molecular e alta viscosidade.

Como o tratamento do caldo não consegue separar a totalidade destes polissacarídeos, tanto o caldo clarificado, como os méis formados terão alta viscosidade, o que atrapalhará o funcionamento das centrífugas e o controle da espuma, além de facilitar o envio de sólidos grosseiros para a fermentação devido à maior dificuldade de decantação. Estes sólidos facilitarão o desenvolvimento da infecção e, em geral resulta na floculação do fermento.

Quem produz a dextrana são determinados tipos de bactérias lácticas, que ao se reproduzir, além da dextrana formam também ácido láctico e outros composto eventualmente inibidores a outras bactérias e ao fermento.

Uma cana deteriorada portanto tem um caldo de alta viscosidade, alta acidez, alto poder de tampão, baixa pureza, todos fatores que afetam negativamente o processo de fermentação.

Quanto ao armazenamento de cana (barracão) o ideal é que ele não existisse pois a deterioração que se iniciou no campo terá continuidade no barracão, com o amassamento causado pelas máquinas e pela maior pressão causada pelo empilhamento. Recomenda-se que o tempo de armazenamento seja o mínimo e que as primeiras canas a chegar sejam as primeiras a sair (FIFO- First In First Out) e, para isso, o gerenciamento agrícola deverá garantir um fornecimento estável de cana em todos os períodos (noturno, fins de semana, etc.)

• Lavagem de cana (impurezas vegetais e minerais)

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De novo, o ideal seria que esta operação não precisasse existir (caso a cana fosse limpa).

Em geral a lavagem de cana é feita em circuito para economia de água e por motivo de controle da poluição.

A água de lavagem após alguns ciclos fica carregada de componentes extraídos da cana (inclusive açúcares, provenientes dos exudados) e passa a ser um ótimo meio de cultura para as bactérias. Portanto mesmo a água sendo mantida a pH alto, a lavagem da cana tende a espalhar a infecção uniformemente entre todas as canas.

Com o aumento do corte mecânico (cana picada) e com a implantação do rastelo rotativo, a lavagem de cana será totalmente abandonada, apesar de continuar estará entrando sujeira.

Isto significa que os sistema atuais de separação de sólidos do caldo (peneiras, decantadores, filtros) ficarão sobrecarregados e as ineficiências deverão significar mais sólidos na fermentação.

• Moagem

Para uma moagem eficiente é necessário expor a maior quantidade possível de células que contém açúcar. Esta exposição é feita no preparo da cana (facas e martelo).

Depois do preparo é feito o esmagamento e a lavagem do bagaço, em

equipamentos que tem uma vasta área (pressão = força/área).

O projeto da moeda visa extrair 100% do açúcar e não evitar o desenvolvimento das bactérias.

Diversos estudos realizados em diversas moedas mostraram com clareza que caldo misto sempre sai mais infeccionado que caldo primário, mesmo que o caldo primário esteja com muito pouca infecção . A situação é pior nos últimos termos, apesar da água de embebição ter muito menos infecção do que caldo.

O problema maior parece ser nos tanques de embebição e nos pontos há acumulo de sólidos.

Estes pontos de infecções precisam ser eliminados (mudando o projeto ou colocando vapor continuamente) e a moeda como um todo precisa ser mantida limpa, atreves de monitoramento da infecção, limpeza preventivas (água quente sob pressão) e aplicação de biocidas.

• Operação da clarificação

Conforme citado na introdução deste capítulo o objetivo da clarificação é produzir um caldo sem sólidos insolúveis.

Para isso (em termos de tratamento para álcool) em geral é feita calagem, aquecimento, flasheamento, dosagem de polímero e decantação, com retirada de lodo e posterior concentração, lavagem e descarte de torta.

Para se garantir um caldo sem sólidos é ainda necessário a instalação de peneiras no caldo clarificado para reter o bagacilho flotante.

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Praticamente todos os requisitos necessários para obter um caldo de qualidade na fabricação do açúcar são necessários no álcool também:

→ Estabilidade de vazão.

→ Estabilidade de pH.

→ Estabilidade de temperatura.

→ Controle da retirada de lodo

→ Dosagem de polímero para otimizar a formação de flocos.

→ Adição de fósforo (se necessário)

→ Verificação constante da malha da peneira estática (substituir em caso de furo).

A adição de cal, por um lado e a precipitação de fósforo por outro, podem também prejudicar a fermentação, principalmente se o processo fermentativo tem tendência (ou facilita) o aparecimento da floculação e se houver a necessidade de promover a reposição de muito fermento perdido.

No entanto a única tecnologia de tratamento de caldo é a clarificação em alta temperatura e para isso é necessário usar cal.

• Caldo Filtrado

A principal diferença entre caldo filtrado e o caldo clarificado é que este tem menor pureza e contém enxofre.

O seu uso na fermentação está se generalizando em função da necessidade de produzir açúcar de alta qualidade para exportação.

No entanto, em muitas Usinas o caldo filtrado é redecanto reduzindo o envio de sólidos insolúveis.

Também na hipótese do filtrado ser reciclado na fábrica de açúcar, os componentes solúveis não açúcar acabariam de qualquer forma indo para a fermentação na forma de um mel de pureza mais baixa.

É necessário garantir apenas que a qualidade do caldo retirado seja a mais estável possível, evitando-se que os eventuais problemas de fabricação de açúcar se transformem em problemas de fermentação.

Também em relação ao enxofre há uma tendência de otimizar o seu uso (substituindo parte da sulfitação por fosfatação) pois o teor de sulfito é parte da especificação do açúcar.

• Méis

A qualidade dos méis e sua produção no mosto afeta muito a fermentação.

Em última análise a sua composição é função da proporção de produção açúcar / álcool.

Quanto mais açúcar for produzido (para a mesma moagem) menor será a pureza do mel e portanto do mosto.

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Da mesma forma que nas outras matérias-primas, a composição do mel será uma função de composição do caldo que lhe deu origem e da quantidade de açúcar a ser produzido, bem como dos produtos químicos adicionados e do processo de produção do mel.

Os principais problemas com os méis referem-se às suas impurezas:

→ Sólidos insolúveis.

→ Sais (potássio, cálcio, acidez, poder tampão).

→ Enxofre.

→ Produtos de degradação química de açúcares (tóxicos).

→ Excesso de nutrientes.

O mel, ainda, tem alta viscosidade e pode degradar no armazenamento, com precipitação de sais de cálcio ou formação de cristais que entopem tubos e impedem o bombeamento.

Ainda, se no tanque houver água, ele vai boiar formando uma região de menor teor de açúcar muito propícia à reprodução de bactérias e leveduras selvagens.

O tanque de mel deve ser gerenciado, devendo- se evitar precipitação ou degradação (promover agitação por reciclo e evitar entrar água). Caso não seja possível evitar a precipitação, em nenhuma hipótese estes precipitados devem ser enviados à fermentação. Deve ser providenciado um sistema de coleta deste fundo de tanque de mel e opções para o seu processamento ou reciclo.

Como citado acima deve-se procurar estabilizar a vazão e a composição do mel.

Caso a produção de mel esteja maior que o consumo (durante algum tempo) é preferível usar mel quando a fermentação estiver melhor, armazenando-o quando a fermentação estiver pior.

A qualidade do mel (do ponto de vista fermentação) melhora quando:

→ Melhora a qualidade da cana (mais limpa, mais fresca, mais madura).

→ Quando se produz menos açúcar.

→ Quando se usa menos massas (menor reciclo de mel) para produzir o açúcar (menor degradação de térmica de açúcar).

→ Quando o tempo de cozimento é menor.

→ Quando o caldo é bem clarificado.

→ Quando se usa o mínimo necessário de produtos químicos.

→ Quando a moenda está limpa.

A melhor estratégia para não ter problemas com o uso de mel é ter sobra de capacidade fermentativa (muito fermento com alta viabilidade) e ter vazão de mel constante, de forma a acostumar o fermento ao mosto da usina.

• Xarope

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O xarope normalmente enviado á fermentação é retirado do processamento normal do açúcar ou de forma sistemática, ou o que é mais comum,de forma eventual em função de uma restrição no seu uso normal (“fábrica cheia “ , limpeza etc.)

O único problema do envio do xarope da fabricação de açúcar à fermentação é o fato dele conter grandes quantidades de sulfito. Neste aspecto os efeitos na fermentação serão semelhantes ao envio do caldo filtrado, por exemplo.

O que deve se evitar é o envio de grandes quantidades em pouco tempo. Caso o envio seja estável, o fermento terá a possibilidade de se acostumar.

Um mosto com mais xarope e menos mel é mais conveniente para o atingimento de altos rendimentos por conter menos nutrientes e menos tóxicos, embora seja mais difícil fazer o fermento se reproduzir (quando isso for necessário).

3. Como se avalia uma fermentação alcoólica:

3.1 Fatores de custo: investimento, operação.

Quando se instala um processo qualquer, o seu custo tem de ser avaliado, para que se verifique se o valor que se obtém pelo produto paga o custo dele e permite obter ainda uma margem de lucro que seja atrativa para o dono do capital.

Há dois componentes essenciais do custo do produto:

→ Investimento

→ Operação

O tamanho do investimento depende do tipo de tecnologia (do custo dos equipamentos a serem comprados e das construções a serem realizadas), do seu tamanho, da sua localização e se o capital a ser investido será próprio ou tomado emprestado.

Na operação está incluído o quanto se vai gastar para comprar e preparar as matérias-primas, o quanto vai se gastar em produtos químicos, em manutenção, em utilidades (água, vapor, ar comprimido, disposição de resíduos), em análises, em salários, em seguros, impostos, bem estar na planta (jardins, segurança, refeitório, assistência médica, residências etc), escritório, supervisão, comunicações e mais centenas de itens.

• Investimento

No caso da maioria das Usinas, apesar do custo de investimento ter sido muito importante, houve incentivos para a montagem inicial da Usina e do canavial, portanto o custo do investimento hoje refere-se apenas às ampliações realizadas mais recentemente, em que financiamentos subsidiados não estavam mais disponíveis.

Na fermentação, o item de investimento mais importante (o equipamento) é a centrifuga. Em alguns casos o custo do parque de centrifugação pode chegar a 50% da instalação toda.

Isto significa que se uma Usina gastou mas na aquisição de centrifugas do que outras, ela terá que produzir um álcool (ou melhor um vinho) mais barato que outra que gastou menos.

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O contrário também é verdadeiro, ou seja, se uma Usina gastou menos em centrífugas ela pode produzir um vinho mais caro e ainda ser competitiva.

De fato, como já foi citado na introdução, quem tem melhor centrifugação, em geral tem melhor fermentação e portanto este é um investimento que vale a pena, ou seja, tem uma relação benefício/custo elevada, é um bom investimento, que se paga e sobra lucro, é competitivo com outras aplicações para o dinheiro.

Ao fato se propor ampliações ou modificações de equipamentos, este fator, benefício/custo, tem de ser sempre levado em consideração.

Em resumo, é importante lembrar que é possível ter plantas operando em condições muito diferentes e ambas terem o mesmo resultado econômico (custo do álcool no vinho). Basta que lês tenham tido níveis de investimentos muito diferentes.

• Operação

Conforme citado na introdução deste capítulo são centenas de itens que se referem à operação da planta de fermentação.

Para a maioria das Usinas o principal fator de custo é o custo do açúcar, a matéria-prima (aquisição e preparo) que chega na fermentação.

Portanto, para produzir um vinho competitivo, as usinas tem de tirar o máximo de álcool (o produto final) possível de cada quilo de açúcar.

Em termos práticos isso significa que quem tem o maior rendimento (que mede a relação álcool produzido / açúcar alimentado), tem o menor custo de fabricação de álcool e portanto esta Usina consegue vender o produto com algum lucro e portanto permite que o dono do capital fique satisfeito e mantenha o negócio por mais tempo ou pague maiores salários ou benefícios para os funcionários.

Em outras fermentações, de cerveja por exemplo, que também é uma fermentação alcoólica, o rendimento fermentativo não é tão importante para o sucesso do empreendimento. Pode ser muito mais importante a propaganda ou o sabor do produto e hipoteticamente, duas cervejarias diferentes, uma com alto rendimento fermentativo (ou seja usando pouca matéria-prima, açúcar) pode ser menos viável do que outra com baixo rendimento (gastando mais matéria -prima). Basta que o gosto da cerveja da segunda seja melhor para que essa marca seja mais comprada do que a outra (evidentemente se ambas tiverem o mesmo preço e o mesmo efeito sobre o comprador).

Com o mesmo raciocínio, se a segunda fizer mais (e melhor) propaganda poderá ser melhor sucedida que a primeira.

Voltando ao caso das Usinas o fator mais importante é o mesmo o RENDIMENTO FERMENTATIVO, embora vários outros fatores não possam ser esquecidos.

Vamos ver agora dois exemplos de fatores importantes no custo de operação, antes de nos aprofundar no rendimento:

• Teor alcoólico do vinho

Este fator determina, por exemplo quanto de capacidade de centrifugação se vai necessitar (para a mesma produção de álcool), quanto de vapor para destilar, de capacidade

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de destilação, de custo de transporte de vinhaça (para a lavoura), de consumo de ácido sulfúrico, de capacidade de dornas, além de influir também no rendimento fermentativo;

• Teor de Fermento do vinho;

Também afeta diretamente a capacidade centrifugas, a capacidade de dornas, a capacidade do sistema de resfriamento, o gasto em ácido e em antiespumante, além de influir no teor alcoólico do vinho, além de influir também no rendimento fermentativo.

3.2 Rendimento

Conforme já citado acima, o rendimento é o fator que melhor caracteriza a operação e mede a relação entre a quantidade de álcool que se consegui produzir e quantidade de açúcar que se colocou a disposição (que foi fornecido) do processo.

Ele pode ser medido em kg álcool / kg de açúcar ou pode ser medido como uma porcentagem em relação ao máximo que teoricamente se poderia obter (em qualquer processo e em qualquer parte do mundo, com a melhor tecnologia).

Este máximo é representado pela equação teórica de conversão de açúcar em álcool, também chamada de equação de Gay-Lussac:

Açúcar → Álcool + 2 Gás Carbônico

Na fermentação alcoólica a referência é Açúcares Redutores Totais (ART), expresso como glicose (seria como se todos os açúcares do mosto, na verdade sacarose + glicose + frutose fossem só glicose).

A fórmula da glicose é C6H12O6, isso significa que a glicose te 6 átomos de carbono, 12 átomos de hidrogênio e 6 átomos de oxigênio.

Cada átomo tem uma certa massa equivalente, a do Carbono é 12 gramas, a do Hidrogênio é 1 grama e do oxigênio 16 gramas. Portanto o peso equivalente e de molécula de glicose é (6x12) + (12x1) + (6x16) = 180 gramas.

A fórmula do nosso álcool (o etano) é C2H6O, a sua massa é (2x12)+(6x1) + (1x16) = 46 gramas.

A fórmula do gás carbônico é CO2 e a sua massa é (1x12) = (2x16) = 44 gramas.

Portanto, voltando à equação de Gay-Lussac:

C6H12O6 → 2 C2H6O + 2 CO2 ou, em termos de massas equivalentes:

180 = 2 x 46 + 2 x 44

180 = 92 + 88

Portanto a relação máxima teórica de álcool em relação a açúcar, da equação acima é:

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Álcool / açúcar = 92 / 180 = 0,51111 g etanol / g ART

Quando se diz, portanto, que uma determinada fermentação teve um rendimento de 90%, está se querendo dizer que ela teve uma produção de álcool de:

90 / 100 x 0,5111 = 0,459999 ou 0,46 gramas de etanol por gramas de ART ou ainda, se preferir, esta fermentação produziu 46 kg de etanol para cada 100 kg de ART fornecido à dorna.

Vamos ver a seguir como se determina o rendimento.

O chamado rendimento convencional, faz o balanço de álcool e de açúcar em torno do processo que se quer medir o rendimento.

Para fazer o balanço se verifica todas as entradas e todas as saídas que contém álcool. O que sai de álcool menos o que entra é o que acumula no processo ou o que é produzido.

A equação geral, que serve para fazer qualquer balanço, também chamada de equação de conservação de massa, é:

Entra - Sai + Produz - Desaparece = Acumula

Por exemplo, numa fermentação batelada, onde ao definir a fronteira do sistema verificamos que entra nenhum álcool e não sai nem desaparece nenhum álcool (significa que não tem degradação de álcool, conversão de álcool em outro composto), a equação acima fica:

Entra = 0

Sai = 0

Desaparece = 0

então

Produz = Acumula

Nesta situação para sabermos quanto álcool foi produzido temos apenas de verificar quanto álcool ficou acumulado dentro da fronteira do processo.

No exemplo acima, digamos que sai álcool pelo vinho turbinado apenas, com volume VT e teor alcoólico GLVT. nada ficou acumulado de álcool no período de apuração do rendimento. A equação acima fica, para o componente álcool:

Entra = 0

Sai = VT x GIVT

Desaparece = 0

Acumula = 0

Produz = VT x GI VT

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Numa dorna batelada, fechamento a fronteira em torno da dorna inicialmente vazia e terminado com o vinho bruto, fica, para entrada de volume de pé-de-cuba, PÉ, teor alcoólico GIPÉ , volume de vinho bruto VB, com teor alcoólico GIVB, sai o volume de CO2, CO2 com teor alcoólico GICO2 fica:

Entra = Pé x GIPÉ

Sai = CO2 x GICO2

Acumula = VB x GIVB

(PÉ x GIPÉ) - (CO2 x GICO2) + Produz = VB x GIVB

Produz = VB x GIVB - (PÉ x GIPÉ) + (CO2 x GICO2)

Para os exemplos acima a entrada de açúcar é sempre pelo mosto, volume de mosto, M, ART do mosto ARTM, massa de açúcar = M x ARTM.

Dependendo das unidades usadas para obter as medidas acima é ainda necessário multiplicá-las pela densidade e portanto algumas vezes a determinação do rendimento convencional pode chegar a ter mais de 10 medidas, todas sujeitas a erros.

Em qualquer fórmula, os erros de cada membro da fórmula se soma para dar um resultado da fórmula mais errado.

É por esse motivo que muitas vezes o rendimento convencional não útil para controlar o processo, pois com facilidade pode resultar um valor bom de rendimento para uma fermentação que não está boa e vice - versa.

Porém se o rendimento é o principal fator que afeta o custo, como resolver este dilema?

A idéia é conduzir a fermentação usando parâmetros que estejam diretamente conectados ao rendimento e que possam ser medidos e comparados com METAS a serem atingidas.

Um destes parâmetros é o rendimento por subprodutos.

A idéia deste parâmetro é minimizar as causas pelas quais o rendimento cai, ou seja se o açúcar desaparece e não aparece álcool, para onde vai este açúcar?

A resposta é: para outros subprodutos.

Uma equação mais realista do que a de Gay-Lussac é:

Açúcar → Etanol + CO2 + outros produtos

Entre os outros produtos, diversos pesquisadores, entre eles o próprio Pasteur (que descobriu que a fermentação era feita por leveduras) descobriam que eram produzidos massa de fermento, glicerol, ácidos, havia açúcar não convertido e centenas de composto alguns deles responsáveis pelo cheiro e gosto do fermentado (como os álcoois superiores, ésteres, aldeídos, cetonas, éteres, composto contendo enxofre etc.)

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Nas condições das usinas cooperadas, diversos balanços realizados mostra ram que os principais subprodutos são:

o Fermento

o Glicerol

o Ácidos

o Açúcar não convertido

A equação acima fica, para as massas de cada componente:

Açúcar = Etanol + CO2 + leveduras + glicerol + ácidos + açúcar não convertido

Dividindo em ambos os membros da equação pela massa de etanol, fica:

Açúcar CO2 leveduras glicerol ácidos açúcar res. ---------- = 1 + ---------- + -------------- + ----------- + ---------- + ------------- Etanol Etanol Etanol Etanol Etanol Etanol

O rendimento fermentativo real é: Etanol 100 R = ------------- x ----------- Açúcar fator

O fator é o 0,511 g etanol / g ART da equação de Gay-Lussac.

Portanto usando a equação acima (invertendo-a e multiplicando por 1 / 0,511) pode-se chegar numa nova fórmula aproximada para o rendimento real, considerando inclusive que o CO2 é em parte produzido associado ao etanol (na proporção de 44 g para 46 g de etanol) e em parte associado à produção de levedura.

Substituindo o CO2/Etanol pela fórmula empírica e corrigindo também o glicerol a fórmula final da Copersucar fica.

100 R= ---------------------------------------------------------- 1 + 1,19 KL + 0,50 KG + 0,511 (KAC + KART)

Os Ks da fórmula acima são as produções relativas de cada subproduto, ou seja:

� KL = massa de levedura produzida / álcool produzido (g lev. seca / g etanol)

� KG = massa de glicerol produzido / álcool produzido ( g glicerol / g etanol)

� KAC = massa de ácido produzido / álcool produzido ( g ac. láctico / g etanol )

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� KART = massa de açúcar residual / álcool produzido (g ART res. / g etanol)

Veja que na equação final para o rendimento, a produção de levedura tem um peso muito maior do que os outros subprodutos, pois está multiplicada por 1,19 enquanto que os outros fatores estão multiplicados por 0,511. Isto significa que produzir 1 kg de lev. seca implica em mais queda de rendimento do que produzir 1 kg de glicerol ou de ácido láctico ou ainda deixar de fermentar 1 kg de açúcar isto ocorre justamente porque associada a produção de levedura há liberação de CO2.

Aliás o gás carbônico é o principal produto de fermentação, porque em geral se produz quase 1 kg de gás para cada kg de etanol. No momento o gás não é aproveitado diretamente como produto porém ele retorna para a atmosfera para produzir.

Finalmente o dilema parece ter sido resolvido :

Para trabalhar com o RENDIMENTO MÁXIMO, basta minimizar os Ks.

Mesmo que não se saiba, exatamente que rendimento resulta, sabemos que se a síntese de levedura, ou de glicerol ou de ácido ou se sobra de açúcar aumentar, o rendimento vai cair e se ao contrário a síntese diminuir o rendimento vai aumentar.

Outra conseqüência interessante do rendimento por subprodutos é que não adianta reduzir só um dos fatores é necessário reduzir todos e principalmente a levedura..

A forma de determinar os Ks é aplicando a equação de conservação da massa.

Como exercício será feita para cada caso, considerando para simplificar que não há acúmulo de cada produto e não há desaparecimento.

Para os casos mais simples os Ks são obtidos pela razão entre duas concentrações, a do subproduto no vinho turbinado e a de etanol, as duas expressas na mesma base (massa / massa ou massa / volume).

Assim quanto mais alto o teor de fermento no vinho centrifugado, para o mesmo teor de etanol maior será o KL e menor será o rendimento (para os mesmo valores do outros KS).

O mesmo raciocínio é válido para os outros KS.

Uma conseqüência interessante deste nosso raciocínio é que, quanto maior o teor de etanol, mais subprodutos podemos ter com o mesmo rendimento. Taí porque o alto teor alcoólico ser uma estratégia importante de otimização.

Vamos no cap. 4 discutir como operar para minimizar cada um dos KS. Neste capítulo estamos apenas verificando como se pode avaliar objetivamente uma fermentação.

RESUMO : MELHOR ÍNDICE PARA AVALIAR A FERMENTAÇÃO É O RENDIMENTO FERMENTATIVO.

3.3 Insumos

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O gasto em insumos, por ser fácil de determinar permite uma comparação interessante entre os processos das Usinas.

Em termos de custo de aquisição, quanto menor o gosto de produtos em relação ao faturamento em álcool melhor, porém isso não quer dizer que as Usinas que gastam menos em insumos tem o menor custo do álcool.

Para os insumos, há o conceito do mínimo necessário.

Por exemplo é melhor usar antibiótico tão logo comece a infecção, do que admitir que o KAC aumente e faça o rendimento cair. Ainda se no período de aplicação do antibiótico, o custo do produto representou 0,2% do faturamento e caso não se usasse o rendimento iria cair 0,5 %, então se fez um ótimo negócio usando o produto, embora dava ser considerado que possam existir outras Usinas que não tenham usado nada no mesmo período, pois tinham um procedimento melhor de prevenção infecção.

Portanto deve-se comparar o gasto em insumos em Usinas com aproximadamente o mesmo rendimento. Ou ainda pode-se verificar quantos reais foram gastos em relação a quantos reais foram faturados.

Quais são os principais produtos químicos utilizados na fermentação?

→ ácido sulfúrico;

→ antiespumantes;

→ antibióticos e biocidas;

→ nutrientes;

→ fermento para partida (ou repartidas);

Para que são usados:

• ácido sulfúrico

No cap. 2 já havíamos listado as funções do tratamento ácido. O ácido sulfúrico é o principal agente deste tratamento e serve para:

- Desflocular e soltar substâncias carregadas da parede do fermento.

- Matar bactérias.

- Matar fermentos mais fracos.

- Acertar o pH inicial da fermentação.

- Condicionar o fermento para o próximo ciclo (descanso, desintoxicação do fermento).

É evidente que fermentações menos infeccionadas irão gastar menos ácido o mesmo se dando em fermentações onde a centrifuga funciona bem.

• antiespumantes

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Também no cap.2, ao descrever os principais equipamentos da fermentação, discutimos o que as dornas de fermentação tem para combater este problema. Naquela ocasião verificamos que as dornas tem sistemas (automáticos) de injeção de antiespumantes.

O que são antiespumantes?

São agentes tensoativos, ou seja, agem na interface líquido - gasosa.

Há dois tipos de produtos, um oleoso, que fica boiando na dorna, que age destruindo a espuma já formada e outro base água, em geral um detergente, que age prevenindo a espuma ou melhor condicionando a espuma para que ela fique sempre frágil, fácil de combater.

No Brasil, o primeiro produto é chamado de antiespumante e o segundo é chamado de dispersante.

Já existe no mercado produtos que associam ambas as funções e por isso são chamados de dupla ação.

O uso dos dois produtos tem de ser regulado pela característica de espuma. Em geral o dispersante custa mais caro que o antiespumante e a mistura de ambos resulta em custo muito menor do que usar apenas um.

Espumas mais resistentes, estáveis, como as formadas em mosto de maior viscosidade e densidade necessitam maior proporção e dispersante e mostos a base de caldo maior proporção de antiespumante.

Em geral fermentações continuas, menos infeccionadas, de alimentação mais estável, ou bateladas sem trocadores de calor externos, gastam menos antiespumantes.

No entanto há outros fatores interferem no gasto:

� Característica do fermento (se ele flota ou decanta por exemplo).

� Velocidade de fermentação (altas liberações de gás fazem muito mais espuma).

� Forma da alimentação do mosto.

� Sistema de circulação do vinho pela dorna (liberação de gás devido à despressurização do vinho na saída do trocador, ou excesso de agitação mecânica no retorno do vinho, com aprisionamento de gás, ou ainda regime pulsante de funcionamento da bomba de circulação do vinho).

� Característica do mosto (mosto com sólidos insolúveis estabilizam a espuma e força o uso de mais produtos, já citado mostos mais viscosos e mais densos resultam em espumas mais estáveis).

� Características dos produtos antiespumantes (principalmente para o produto oleoso, as propriedades de impacto e de se dispersar rápido pela superfície total da dorna são muito importantes).

• antibióticos e biocidas

São produtos usados para matar ou inibir os contaminantes da fermentação.

A diferença entre os dois tipos de produtos é que o primeiro é usado em baixas dosagens (menores que 5 ppm) e é muito eficiente contra um (ou poucos) contaminante.

Em geral são moléculas complexas e a maioria é produzida por microrganismos.

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Os biocidas em geral são usados em doses de dezenas de ppms e são pouco específicos (às vezes agem também contra o fermento e exatamente por isso seu uso está declinante, além de, por serem produzidos por síntese química em geral estão associados a processo poluentes.

Alguns biocidas têm grande persistência no ambiente e, por isso seu uso tem sido restrito.

• nutrientes

Hoje em dia os nutrientes (nitrogênio, fósforo e magnésio) só são essências na partida da fermentação, embora dependendo da composição do mosto e do teor alcoólico que se deseja atingir, pode ser necessário adicioná-los durante a fermentação. Em certas ocasiões, que onde se precisa recuperar o fermento após uma parada prolongada ou quando se precisa uma retomada mais rápida da força fermentativa pode ser útil adicionar nutrientes, pois eles serão, em geral, mais facilmente assimilados dos que existem no mosto, permitindo um aumento na velocidade de fermentação e eventualmente um aumento na viabilidade.

Os principais nutrientes comerciais são:

- nitrogênio: disponíveis no mercado insumos industriais, agrícolas e veterinários, por exemplo uréia ( 42% nitrogênio), fosfatos de amônia (DAP= diamônio fosfato, MAP= monoamonio fosfato), sulfato de amônia. A uréia ao ser assimilada tem pouco efeito sobre o pH do meio, com ligeira tendência a fazê-lo subir. Os fosfatos de amônia tem ligeira tendência a fazer o pH cair e o sulfato tem forte tendência a fazer o pH cair. As doses recomendadas dependem da utilização (se na propagação de fermento ou na recuperação da capacidade fermentativa) porém sempre se situam acima de 0,3 gramas / litro de mosto. As diferenças entre os produtos industriais, agrícolas e veterinários é o grau de pureza (e o preço). A uréia não veterinária, em particular pode conter produtos tóxicos para a fermentação (biuretos) não sendo portanto recomendável o seu uso.

- fósforo: há disponível no mercado vários produtos os fosfatos de amônia (ver acima), o ácido fosfórico e misturas (Fosfatec, por exemplo ). O produto mais puro e com maior teor de P2O5 é o ácido fosfórico, que inclusive é usado na fabricação de açúcar para facilitar a decantação. Em geral seu custo é muito alto e portanto dá-se preferência para produtos mais baratos (por unidade de P2O5).

- magnésio: não muitos os produtos disponíveis. Em geral o mais comum é o sulfato de magnésio heptahidratado.

Existem outros nutrientes, inclusive usados na indústria do vinho, que fontes de nitrogênio orgânico (aminio-ácidos), vitaminas, metais e precursores metabólicos. Os produtos mais famosos deste tipo são os chamados extratos ( de carne, de milho e de levedura), sendo porém caros demais para uso na fabricação de álcool.

• fermento para partida (ou repartidas)

Apesar de barato este insumo hoje cresce de importância , com o conhecimento que na maioria das Usinas o fermento de panificação não consegue se estabelecer, sendo substituído por outro (habitante normal do processo ou do mosto), mais adaptado.

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Fermentações que não têm defeitos graves de operação ou de construção, em geral, podem ser partidas com fermentos selecionados, com grandes chances de permanecer até o fim da safra.

Os fermentos do inóculo Copersucar, também ocorriam em várias usinas, mesmo sem nunca terem sido inoculados lá. Estes fermentos entraram ou pelo mosto ou como contaminantes dos fermentos prensados utilizados e se estabeleceram nos processos por terem características importantes como:

- Resistência à “alta” temperatura.

- Resistência ao tratamento ácido.

- Exigências nutricionais compatíveis com os nutrientes existentes no mosto.

- Compatibilidade com os açúcares do mosto (sacarose, principalmente).

- Compartilhado com os inibidores existentes no mosto.

- Compatibilidade com pressão osmótica do mosto (teor de substâncias dissolvidas).

- Resistência ao teor alcoólico.

- Resistência à infecção.

- Resistência ao cisalhamento (centrifugação).

- Agressividade em relação a outros fermentos da mesma espécie.

Muitas destas características são comuns a muitos tipos de fermento, tanto assim que grande maioria dos fermentos isolados na fermentação alcoólica das Usinas são todos classificados dentro do mesmo gênero e mesma espécie (Saccharomyces cerivisiae). Estas classificações de microorganismo se baseiam em teste bioquímicos (metabolismo) e no formato de colônias e de células isoladas.

Apesar de pertencerem ao mesmo gênero a mesma espécie se verifica que têm habilidades especificas, que estão codificadas na sua informação genética, ou seja, no DNA existente no seu núcleo.

Esta diversidade genética (que é refletida nas habilidades individuais) é a base da técnica de DNA Fingerprinting, descrita no capítulo 3.4 núcleo.

Os fermentos para partidas e repartidas podem ser adquiridos de diversas formas, com custos e conveniências muito diferentes. Nesta análise está descartado o uso de fermento de panificação, que reconhecidamente não se adapta à maioria das fermentações industriais.

- Fermento “Instantâneo” Selecionado Seco (FISS): o inoculo Copersucar é produzido por uma firma multinacional em convênio com o CTC. Trata-se de um produto de baixa umidade contendo separadamente cada tipo de fermento. Se armazenado corretamente (baixa temperatura e baixa umidade) pode ser mantido por meses (até anos) sem grandes perdas. As principais vantagens deste tipo de produto são:

- Conveniência no acerto da data de partida: podem haver atrasos em relação ao previsto, praticamente sem prejuízo para a Partida;

- A quantidade de fermento pode ser tão grande quanto se queria: isto significa que a propagação do fermento pode ser feita muito mais rapidamente, sem a necessidade de uso de mão-de-obra especializada (microbiologista para propagação em escala de laboratório, que exige esterilidade quase total), sem usar equipamentos especiais (a dissolução do fermento pode ser feita na cuba e alimentação logo pode ser feita nas dornas, com resfriamento). Ainda,

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o fato de se poder ganhar eventualmente até alguns dias (em relação à partida com o tubo de cultura, ver abaixo), representa um ganho uma vez que nestes dias a pol da cana estará aumentando, podendo-se atrasar o início da moagem.

- A repartida, ou reforço com fermento em ótimo estado, pode ser feito a qualquer momento e sem a necessidade de equipamentos ou pessoal específicos.

No uso deste tipo de fermento, porém é necessário ponderar que:

- O custo é de aproximadamente R$ 20,00 /Kg

- Apesar de muito mais simples do que propagar em condições estéreis a rehidratação de uma massa razoável de fermento (1000 kg por exemplo) exige cuidados como controle da temperatura, observação cuidadosa do tempo de rehidratação, uso de água (morna) de boa qualidade (água limpa), cuidados com a contaminação bacteriana pois alguns lotes do produto podem fazer alguma infecção.

- Fermento de outra Usina: tem praticamente as mesmas vantagens do FISS a um custo menor, porém com sérias desvantagens principalmente referentes à introdução de infecção e eventualmente um condicionamento a outro tipo de ambiente. Não é possível exigir ma determinada qualidade para este tipo de produto.

- Tubo de cultura pura: conforme já comentado acima esta opção exige pessoas e materiais especiais, em vista da necessidade de trabalhar em assepsia completa por alguns estágios (com esterilização de mosto implementos). Como parte de uma quantidade muito pequena de inoculo (miligramas) são necessários dias para que a alimentação de mosto atinja valores compatíveis com a moagem inicial. Outra dificuldade se relaciona com a possibilidade de infecção e inibições sérias na reprodução (por falta de alimentação, por exemplo). A única vantagem desta opção é o custo mais baixo (caso a equipe de propagação esteja bem treinada e o equipamento necessário já tenha sido amortizado).

- Semente Copersucar: O CTC pode propagar os fermentos e produzir 20 litros de leite de leveduras com alta viabilidade e baixa contagem de bactérias (em geral 0), que permite à Usina não utilizar a fase de laboratório, embora ainda precise de um equipamento específico chamado propagador de custo relativamente baixo. Em vista do convênio com a firma que vende o FISS este serviço só realizado sob pedido.

O gasto em fermento, como já foi dito é pequeno embora tendo em vista que o período inicial é sempre de baixo rendimento, talvez fosse interessante gastar mais para partir com uma massa maior, atingindo a operação normal (de alto rendimento) mais rapidamente.

3.4 Saúde do fermento: tipo viabilidade, velocidade, infecção e floculação.

Um importante índice de comparação entre diferentes fermentações em diferentes Usinas é a “saúde” do fermento.

Este fator é avaliado através de análises laboratoriais e determinações feita no processo.

É evidente que em qualquer Usina este fator deve ser maximizado, não só para atingir um alto rendimento como mantê-lo alto por períodos prolongados, mesmo frente a imprevistos como paradas, matérias-primas de qualidade pior, mudanças na proporção dos produtos (mais açúcar, por exemplo). Há um custo em manter grandes quantidades de fermento em bom estado, porém o benefício se mede na manutenção de um alto rendimento.

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- Tipo de fermento: já foi apresentado no capítulo acima (3.3) o fato de que existem fermentos dominantes e que o processo (ou as condições de fermentação) seleciona o melhor fermento para ele. Para verificar que tipo de fermento para verificar se os mesmos tipos de fermento que iniciaram a safra ainda se encontram existe a técnica do DNA Fingerprinting (Fingerprint = impressão digital). Apenas alguns poucos laboratórios no Brasil e no mundo estão capacitados para fazer esta análise que permite identificar, por comparação dos padrões obtidos, qualquer cepa de levedura em cerca de uma semana. A técnica taxonômica clássica envolve testes bioquímicos e morfológicos que algumas vezes toma meses. A interpretação dos resultados é feita considerando os seguintes fatores: - que tipo de fermento iniciou a safra a existência ou não de fermentos não Sccharomy a produção entre os tipos existentes. Em geral os melhores resultados se referem a uma população que é homogênea durante toda a safra, contendo o mesmo ou os mesmos tipos de fermento. A perda dos fermentos iniciais significa que o processo ou operação está exigindo fermentos com habilidades diferentes daquelas exigidas nas melhores Usinas, o que é preocupante pois pode indicar a presença de algum defeito de processamento que só uma levedura “defeituosa” (em termos de comportamento) pode suportar.

- Viabilidade é uma técnica microscopia que usa um corante específico (azul de metileno) que cora as celulares de levedura mortas (e eventualmente as em péssimo estado de saúde). Quanto maior a proporção de células brancas (não coradas) em relação ao total de células indica que processo está permitindo manter uma boa saúde da população. Já foi citado acima que a máxima saúde (ou vitalidade) nem sempre significa obrigatoriamente alto rendimento. O objetivo das Operações Otimizadas é conciliar valores elevados para os dois parâmetros. Assim ao comparar Usinas com o mesmo rendimento fermentativo (ou melhor ainda com a mesma Eficiência Relativa) quanto maior a viabilidade melhor é conduzida a fermentação. A viabilidade é função de diversas condições de operação, as mais importantes sendo a taxa de sangria (na verdade a idade da população), a taxa de reprodução do fermento e a resistência do fermento ao teor alcoólico, à temperatura, ao tratamento ácido, à infecção etc. já existe no mercado analisadores (inclusive on-line) do teor de leveduras vivas (sensor Aber).

- Velocidade de fermentação (Força Fermentativa): se medirmos a velocidade com que o fermento completa a fermentação, sempre para a mesmas condições (mesmo teor alcoólico inicial e final, mesmo teor de fermento, viabilidade, temperatura, pH, tipo de mosto etc.), quanto mais rápido ele fizer este serviço mais adaptado `aquele trabalho ele estará, portanto isso é bom. No entanto da mesma forma que ocorre nos parâmetros acima uma alta velocidade não significa alto rendimento, pelo contrário em geral um serviço feito rápido demais não é um serviço bem feito. Há correlação entre a velocidade de fermentação e a produção de glicerol, por exemplo que é uma das principais causas de queda de rendimento. Portanto, para um mesmo rendimento, e para uma mesma quantidade de fermento vivo, quanto mais rápido melhor. Existe um teste de laboratório, chamado de força fermentativa, que mede velocidade de fermentação (de liberação de gás) em condições padrão, que pode ser usado para avaliar a saúde do fermento em amostra instantâneas colhidas no processo. Esta força também pode ser estimada medindo o teor de açúcar ou de álcool em dois períodos durante a fermentação e expressando o consumo de açúcar ou a produção de álcool por hora e por unidade de fermento, que também mede este parâmetro.

- Infecção: a forma mais prática de medir o grau de infecção numa fermentação é contando no microscópio a proporção (ou número) de bactérias em relação à leveduras, aproveitando-se do fato de os formatos das bactérias serem muito diferentes do das leveduras. Quanto menor a proporção (ou a concentração: nº/ml) melhor. Exatamente como nos outros

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índices a comparação só é válida para o mesmo rendimento, embora seja necessário para obter alto rendimento ter ótimo controle sobre a infecção.

- Floculação: é em geral o que acontece quando o fermento está muito contaminado ou por bactérias floculante ou por leveduras (selvagens) floculantes. Em qualquer caso quanto mais floculado pior, já que a floculação induz a perdas de fermento que são a principal causa de queda de rendimento. O grau de floculação pode ser medido no laboratório e deve ser o mais baixo possível. É praticamente impossível obter altos rendimentos como o fermento e o processo atual.

4. A operação otimizada

No capítulo anterior foi mostrado que temos uma porção de índices para avaliar se a fermentação é boa e para comparar fermentação diferentes ou épocas diferentes na mesma fermentação.

A OPERAÇÃO OTIMIZADA visa exatamente atingir o custo mínimo de produção do álcool, que no caso do Brasil passa obrigatoriamente pela otimização do investimento, maximização do rendimento, otimização do uso de insumos (mínimo necessário) e ótima saúde do fermento.

A OPERAÇAO OTIMIZADA só será possível com a organização do trabalho na fermentação, apesar do processo receber fornecimentos variáveis, o que pode mostrar que outros setores não estão tão organizados.

O ideal é que houvesse uma ESPECIFICAÇÃO para os fornecimentos à fermentação e quando ocorresse de não ser cumpria tal especificação haveria uma situação de ANORMALIDADE que exigiria um procedimento especial.

No entanto como é o processo de fermentação o responsável pelas maiores perdas na Usina e como é também o mais complexo, vale a pena organizá-lo.

Propomos neste curso que a base para a organização seja começar o controle pelas operações mais simples, ou seja fazer bem feito desde o começo.

Procedimento devem ser padronizados ou seja todos os envolvidos nas operações devem ser exatamente o que fazer em cada situação. A eficiência com que as operações são realizadas deve ser medida também com simplicidade.

Não deve ser necessário haver alguma reclamação para iniciar algum procedimento de solução, ao contrário, deve-se ter um Plano de Ação que PREVINA os problemas.

Para que isso seja viável é necessário conhecer com profundidade que problemas ocorrem, procurando-se as causas, sendo que OPERAÇÕES PRADONIZADAS devem atacar as causas e não os efeitos.

Exemplos de OPERAÇÕES PADRONIZADAS:

� procedimentos de manutenção e preparação dos equipamentos;

� procedimentos de assepsia de instalações;

� procedimentos de partida de equipamentos (no início da safra ou após paradas);

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� procedimentos de parada e esgotamento de equipamentos (fábrica e fermentação);

� procedimentos de fornecimentos à fermentação em caso de redução de moagem;

� idem em caso de parada da evaporação (fábrica cheia);

� procedimento de retomada da fermentação;

� procedimento de alimentação de alimentação da fermentação com diferentes matérias primas;

� procedimentos de reposição de estoque de produtos químicos (insumos);

� procedimento de combate á infecção;

� procedimento de resfriamento de dornas;

� procedimento de combate à espuma;

� procedimento de propagação de fermento.

As operações acima são complementadas com as OPERAÇÕES OTIMIZADAS que serão padronizadas após a sua colocação em prática e verificação do sucesso nas diversas situações enfrentadas durante as safras.

4.1 Procedimentos para otimizar o rendimento.

Já foi discutido no Cap.3 que estimativa do rendimento real é dada pelo Rendimento por sub-produtos e este índice é estimado pelos Ks, os fatores que medem a produção relativa de levedura, glicerol, ácidos e as perdas de açúcar. De forma simplificada os Ks medem a proporção da perda em relação ao produto principal que é o álcool.

Se estamos perdendo muito, os Ks são altos e o rendimento é baixo. Porém, se um determinado composto está sendo produzido em quantidade acima do normal, este problema pode ser compensado pela redução na produção de outro.

Deve ficar claro que, apenas fórmula do rendimento por sub-produtos, mesmo sem entender nada de fermentação, um alto teor alcoólico favorece todos os Ks simultaneamente, portanto esta deve ser uma meta a ser sempre perseguida.

Um alto teor alcoólico, que é obrigatoriamente tóxico para qualquer fermento, já que é um produto final do seu metabolismo, só será conseguido, no tempo disponível para fermentar se:

- Houver fermento vivo em quantidade suficiente (maior teor alcoólico exige maior massa de fermento, regra de três simples).

- A resistência do fermento for compatível com o ambiente de trabalho (a resistência do fermento depende da viabilidade, da infecção, da agressividade do tratamento ácido e da pureza do mosto).

- Se o tempo de contato do fermento com o vinho já fermentado minimizado (um fermento lento terá mais dano do que um fermento rápido).

- Se o fermento tiver condições de regenerar os danos causados pelo trabalho árduo 8 a regeneração pode ser conseguida em parte na diluição e tratamento de fermento e em parte no período de alimentação, quando o teor alcoólico é menor e o de nutrientes é maior).

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- Se a Usina tem condições de fornecer de maneira estável matérias-primas com concentração de açúcar compatível com o atingimento do teor desejado.

Veja que não é fácil atingir todas estas condições simultaneamente e é por isso que nem todas as Usinas e principalmente as fermentações contínuas (com algumas exceções) não conseguem altos teores alcoólicos e portanto têm de compensar os sub-produtos.

Porque não é fácil?

Basicamente porque é necessário manter “alta” concentração de fermento vivo sempre.

Alta concentração de fermento implica em ter uma alta capacidade de centrifugação, bom controle sobre as perdas de fermento pois as perdas são proporcionais à concentração de fermento na entrada. Estes pontos custam caro e exigem capacitação de pessoal.

Para manter alta viabilidade, como já discutido acima é necessário primeiro aclimatar o fermento, acostumá-lo ao trabalho. Isto significa que a condição de trabalho tem de ser a mais constante possível para que o fermento tenha condições. Após algumas gerações os “incapazes” serão eliminados e os mais adaptados permanecerão.

Outras condições de alta viabilidade são;

- Baixa infecção.

- Tratamento ácido pouco agressivo (uso de pouco ácido, o que só é viável se houver baixa infecção).

- Alta sangria (isto é fermento “jovem”: a sangria horária ou diária tem de ser tanto maior quanto maior for a massa de fermento no processo e para isso o fermento tem de se reproduzir tem de estar adaptado).

- Recuperação: o fermento tem de “descansar” significa ser tratado e alimentado de forma a regenerar os eventuais danos causados pelo trabalho. Neste aspecto há diferenças entre tipos de fermento e tipos de mosto, ou seja se não houver dano, não há necessidade de regenerá-las e se houver dano os nutrientes do mosto devem estar presentes na concentração e no tempo suficiente para regenerar. Neste aspecto as fermentações batelada tem alguma vantagem sobre o processo contínuo atual, pois é mais fácil alimentar de forma diferente se alterar muito a produção.

4.1.1 Geração de Levedura

No cap. 2 já mostramos que na fórmula do rendimento, a produção de levedura, o KL tem um peso maior que os outros produtos pois, associada à esta produção há liberação de mais CO2. Na indústria de fermento de panificação (que procura desviar o metabolismo do fermento para que ele faça somente reprodução) costuma-se usar um fator estequiométro de 2 quilos de açúcar para um quilo de fermento. O que não é fermento é basicamente gás carbônico.

Isto significa que “economizar” na geração de fermento permite “esbanjar” nas outras perdas.

O que fazer para reduzir ao mínimo a síntese de massa celular?

• trabalhar com a massa de fermento mínima

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A massa de fermento no é a somatória do produto do volume dornas pelo teor de fermento.

A produção de fermento (em toneladas/ hora ou por dia) pode ser aproximada pela fórmula:

Produção (ton/h) = Massa (ton) x velocidade específica (por hora, h-1)

A massa (= Σ(Vol x %F) é possível regular, tanto minimizado o volume de dornas como sangrando para diminuir o teor de fermento. Qualquer excesso de fermento gerará mais fermento, reduzido o rendimento.

O ideal é sangrar o pior fermento (de menor viabilidade, mais floculado) e retornar o fermento melhor, para isso é necessário fracionar o fermento (dorna decantadora).

Como determinar o teor de fermento mínimo?

Este teor depende da confiança que se pode ter na qualidade e na estabilidade dos fornecimentos à fermentação. Se a confiança é mínima, então é melhor ter mais fermento e isto vai custar rendimento. Se a confiança é máxima, então pode-se trabalhar com mínimo de fermento.

No mínimo usar a massa de fermento que é capaz de treinar com folga a fermentação no tempo disponível 9lembrando como discutido acima que para trabalhar com alto teor de fermento não é possível prolongar muito a fermentação).

• trabalhar no limite de resistência do fermento

Isto significa:

� trabalhar com o máximo teor alcoólico.

� trabalhar com mínimo de teor de açúcar durante a alimentação.

� trabalhar com o mínimo de nutrientes.

Conforme discutimos sobre como manter teor alcoólico alto há um mínimo de açúcares e de nutrientes que temos de manter para regenerar o fermento. Se o fermento é forte o suficiente então não precisa regenerar e o rendimento aumenta.

Qualquer fermento pode ser treinado para se adaptar ao meio desde que as condições sejam estáveis e tenhamos de início fermentativo diverso o suficiente para promover a seleção.

É por isso que a partida da fermentação tem de ser bem feita para se começar com uma população treinável.

O fermento bem adaptado modifica o meio de fermentação de forma a torná-lo mais propício para si mesmo, aumentando a produção de si mesmo, tornando-o mais neste meio, (efeito bola de neve ou avalanche).

Nos melhores momentos é conveniente aumentar um pouco a diversidade (permitindo por exemplo que o fermento cresça um pouco mais) para permitir que a seleção continue, por que agora as regras podem já ter mudado.

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Há ainda outras possibilidades (mais radicais) de tornar as condições menos propícias para a reprodução que são: aumentar a temperatura, baixar o pH, usar agentes inibidores (por exemplo ácidos orgânicos que “irritam” o fermento e dirigem a quebra dos açúcares mais para a produção de energia, o seja para a fabricação do álcool). Todas estas estratégias tem a dificuldade de exigir muito controle desrespeitando a regra de começar o controle pala coisas mais simples, neste caso permitindo um bom trabalho para o fermento.

Finalmente é bom lembrar que se você não consegue vencer o seu inimigo e você que sobreviver então é melhor se aliar a ele.

Neste caso se aplica:

→ Se você não consegue reduzir de levedura, a venda tudo que produzir e faça receita. A produção de levedura seca pode ultrapassar 1% de receita em álcool, portanto aliviando quedas 1% no rendimento.

4.1.2 Geração de glicerol

O glicerol na levedura não é um desperdício de açúcar (alias nos seres vivos não há desperdícios, é por isso que uma bactéria bem alimentada pode nunca morrer, viver por milhões de anos).

Pelo contrário este produto permite que a célula continue consumindo açúcar mesmo que haja alguma dificuldade na produção de álcool.

A produção de glicerol é neste aspecto uma rota alternativa ou um alívio de pressão.

Outra função comprovada de glicerol é a de proteção das moléculas mais frágeis dentro da célula.

Todas funções metabólicas dentro da célula são promovidas por grande se complicadas moléculas de proteína, chamadas de enzimas.

Estas enzimas são catalisadores das reações que ocorrem dentro da célula ou seja, elas facilitam, aceleram a reação.

A forma mais comum que uma enzima tem facilitar a reação é grudando (se acoplando: como uma chave na fechadura) nos compostos que serão modificados e promovendo a reação, como uma ferramenta facilita a execução do serviço. Não é a ferramenta que faz o serviço, é o braço que move a ferramenta porém mesmo o braço mais forte e mais habilidoso não conseguiria fazer o serviço sem a ferramenta.

Exatamente o mesmo acontece com as enzimas. O glicerol as protege das agressões provenientes do meio.

Ele, por exemplo equilibra a pressão osmótica dentro e fora da célula. Quando a pressão osmótica fora da célula aumenta (teor de substâncias dissolvidas, sais e açúcar) a levedura precisa fazer mais glicerol (ou reter mais glicerol dentro) para evitar a ressecação e a perda de funcionamento das proteínas e outros compostos frágeis.

O glicerol é tão eficiente neste aspecto de proteção que células vivas podem ser congeladas e/ ou dessecadas (liofilizadas) sem perder a viabilidade, isso se estiverem mergulhadas em glicerol (há outros compostos que também protegem a célula de ressecamento ou congelamento, alguns açucare, também produzidos pela levedura como a trehalose).

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Um colega que gerência a fermentação há muito tempo disse que o glicerol é o coeficiente de “judiação” do fermento. Se há muitas variações de matéria prima (principalmente mais enxofre = mais glicerol, mais melaço= mais glicerol, alimentação mais rápida = mais glicerol, fermentação mais rápida = mais glicerol) a produção de glicerol sempre aumenta.

Para complicar um pouco a situação, a velocidade de produção de glicerol é sempre a mesma do etanol, ou seja quando aumenta a velocidade de produção de álcool aumenta também a de produção de glicerol.

Com todas estas restrições, como produzir pouco glicerol?

→ Alimente o fermento o mais devagar possível: quanto menos açúcar estiver presente no meio, menos glicerol em relação ao álcool vai ser produzido. Deve ser lembrado que alimentar mais devagar (dorna quase morta) vai aumentar o tempo de contato do fermento com etanol, enfraquecendo-o se o fermento tem condições de se recuperar mais devagar (dorna quase morta) vai aumentar o tempo de contato do fermento com o etanol, enfraquecendo-o se o fermento tem condições de se recuperar ou se ele for forte o suficiente, o rendimento aumenta.

→ Evite variações bruscas de alimentação.

→ Evite matérias-primas de baixa pureza e principalmente produtos sulfitados.

→ Minimize a reprodução e, ao mesmo tempo, treine o fermento.

→ Aumente teor alcoólico.

→ Evite a infecção (e principalmente a floculação, que aumenta a produção de glicerol).

4.1.3 Geração de ácidos

A produção de ácidos na fermentação alcoólica industrial é principalmente devida à infecção bacteriana, embora a qualquer fermento mesmo em cultura pura produza pequenas quantidades de ácidos como o succínico

Para evitar que 90% dos ácidos sejam produzidos basta controlar (e de preferência eliminar a infecção).

As bactérias como já foi dito no capítulo 2 são bem menores que as leveduras o que confere a ela uma vantagem pois é mais fácil e mais rápido achar comida. O fato de ser menor permite que as bactérias tenham uma taxa de reprodução mais alta.

Como ser pequeno também pode ser uma desvantagem, como ser expulso do processo pela centrifugação algumas bactérias desenvolveram estratégias de sobrevivência muito espertas como guarda firmemente na parede celular da levedura (como o carrapato no boi, ou a pulga no cachorro) e ainda por ser peluda, agarrar em muitas leveduras de uma vez, criando um floco apertado, um sanduíche de levedura por fora e bactéria por dentro.

Além de ir aonde a levedura for este arranjo é muito conveniente para a bactéria pois cria um ambiente (dentro do floco) mais protegido e mais estável.

É, desta forma que algumas bactérias conseguem inclusive resistir ao tratamento ácido (a levedura é que toma banho de ácido).

Portanto como fazer para produzir pouco ou nenhum ácido?

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→ evite a entrada da infecção: as bactérias podem entrar ou pelo mosto (que é o mais comum) ou pelo fermento ou pelo equipamento sujo (que também é muito comum). Não deixar as bactérias entrar pelo mosto não é tão difícil porque o mosto é preparado a quente e na saída do decantador (por exemplo) quase não há bactérias importantes vivas. Para um mosto bom basta manter os trocadores de calor e as tubulações limpas (controle o mais simples primeiro...). A instalação (dornas tubulações, tanques, centrifugas etc.) tem de ser bem limpas. Deve ser lembrado que as bactérias tem a propriedade de se agarrar a superfícies formando algumas vezes filmes onde elas podem resistir até à secagem ou a biocidas. Portanto limpar, limpar, limpar...

→ se a infecção entrou não deixe ela progredir: a infecção tem de ser atacada imediatamente, sem esperar que ela se transforme num problema grande (combata enquanto o problema é pequeno). O melhor jeito de evitar a propagação da infecção é ter um fermento bem adaptado, que cria um ambiente propício para ele mesmo. Mas se as bactérias começaram a aumentar, deveram ser liquidadas. Deve usar sempre o melhor antibiótico na dosagem inibitória mínima. O tratamento ácido mais rigoroso também pode ser usado evidentemente se o fermento já está treinado para suportá-lo. É por isso que o tratamento ácido deve ser feito mesmo sem infecção apenas para treinar o fermento.

→ se a infecção entrou e se propagou, rejeite-a conforme já foi dito acima aproveite o impulso do seu adversário para jogá-lo longe de você (estratégia do judô). Por exemplo se o fermento não está floculado uma centrífuga bem operada (leite grosso e ao mesmo tempo pouca perda) joga fora o menor e fica com o maior. Se você sangrar o fundo de dorna, vai jogar fora o fermento que decanta primeiro ou seja os flocos e os fermentos que não produzem gás (fermento morto).

4.1.4 Perda de açúcar não fermentado

A perda de açúcar é um compromisso entre o tempo de fermentação e a quantidade de fermento ativo. Mas fermento termina a fermentação mais rápida. Muito fermento porém é problema portanto no meio está a solução.

Como fazer para perder pouco açúcar.

� Trabalhe com mínimo teor necessário de fermento vivo.

� Mantenha alta força-fermentativa (boa saúde, fermento treinado).

� Evite variações bruscas.

� Na fermentação contínua garanta que não há curto-circuito de mosto (mosto indo direto para o fim da fermentação, cuidado com a espuma).

Lembre que pode ser bom negócio admitir um pouquinho de açúcar no vinho do que matar o fermento para consumir 100% do açúcar. Tendo excesso de vontade, o fermento acaba com todo açúcar, sem ficar muito tempo em contato com álcool.

Lembre também que quanto maior foro teor alcoólico maior será o teor de ARRT que se pode admitir para o mesmo rendimento.

4.2 Uso otimizado de insumos

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Os insumos da fermentação como já discutido no Cap.3 devem ser usados para ajudar na manutenção de um alto rendimento.

Nas operações otimizadas já vimos como devemos usá-los.

Aqui apenas vamos relembrar de alguns critérios.

4.2.1 Ácido sulfúrico

É usado no tratamento ácido do fermento para desflocular, matar bactérias e leveduras sensíveis (não treinadas, que acabaram de chegar pelo mosto) e para baixar o pH do ambiente de fermentação.

Deve ser usado com parcimônia lembrando que nunca o remédio deve matar o paciente. Quando o remédio é um veneno o organismo deve se acostumar a ele (o veneno da cobra não mata o cavalo que produz o soro contra este veneno). Ou seja não se deve parar de usar nem se deve usar demais.

Da mesma forma que já foi dito sobre o antibiótico não se deve esperar a infecção progredir para usar mais ácido. Deve-se agir rápido pois a infecção torna o tratamento menos eficiente e mais agressivo para o fermento.

Um outro fator importante no uso do ácido é a diluição. A mesma quantidade de ácido pode matar ou não o fermento dependendo da diluição. O ácido menos diluído (maior acidez) é mais eficiente porém é mais agressivo. Em termos do pH do vinho a quantidade de ácido é mais importante do que a acidez ou seja a diluição tem pouco efeito.

Outro fator ainda é a mistura. O ácido concentrado é muito mas denso que o pé-de-cuba e portanto pode demorar a se dissolver. Portanto o ácido só deve ser jogado em um local bem agitado.

Finalmente deve-se procurar um ácido sempre puro. Alguns métodos de fabricação de ácido usam câmaras de chumbo, que é um metal tóxico.

Também alguns ácidos vendidos como sub-produto (resíduo) de outros processos podem conter substâncias tóxicas.

4.2.2 Antiespumantes

Deve-se evitar formar espumas em excesso na fermentação por exemplo evitando a infecção a floculação e o excesso de fermento na dorna. Baixa viabilidade às vezes também aumenta a espuma.

Mosto de baixa pureza ou contendo sólidos insolúveis também aumentam a espuma (além de fazer mal para o coração da fermentação que é a centrifugação).

Por estes motivos é necessário sangrar sempre, de preferência a própria espuma (para as usinas que tem o sistema de fluxo) e o fundo de dorna.

Como o mosto e as características de fermentação mudam durante a safra, não é em geral conveniente comprar grandes lotes do mesmo produto. É mais conveniente ir fazendo teste durante a safra e repor os estoques com os produtos de melhor performance.

4.2.3 Antibióticos e biocidas

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Nas discussões acima foi muito que o antibiótico não ataca as causas dos problemas porém é eficiente contra os efeitos.

A infecção na fermentação tem de ser prevenida através da manutenção da linha de mosto limpa do funcionamento estável da fermentação, com um fermento adaptado (alta viabilidade) e principalmente com o funcionamento regular e eficiente da centrifugação e da sangria.

Caso a infecção esteja subindo mesmo com os sistemas acima funcionando bem, deve-se usar o antibiótico antes da infecção causar grande prejuízo (ataque o problema enquanto ele é pequeno).

Para orientar quanto a que produto e em que dosagem deve-se usar é possível realizar de forma rotineira o teste do MIC (concentração mínima inibitória). O teste deve ser feito mesmo se que haja infecção.

O melhor produto deve ser aplicado em dosagem superior ao MIC, em geral, no mínimo 3 ppm.

Caso a próxima dosagem seja necessária em curto período de tempo, digamos em torno de uma semana, não se deve repetir o uso do mesmo produto pois haverá forte seleção para bactérias resistentes. O produto colocado em segundo lugar deverá ser usado mesmo se aplicação for bem mais cara que a anterior pois caso se estabeleça a bactéria resistente o primeiro produto poderá totalmente a eficiência e haverá apenas o segundo (mais caro) como opção.

Se o período entre uma aplicação e a próxima for de duas semanas ou mais não há tantos problemas pois a população de bactérias já será outra e a memória genética já será muito fraca.

A estratégia de aplicação na fermentação continua deve ser:

1º. Dissolva corretamente o produto (álcool + água), usando uma massa de produto que leve a dorna alimentada até a concentração deseja. Exemplo: digamos que a primeira dorna tenha um volume real 1000m³ e que a dose seja de 3 ppm (ppm = mg/l= g/m³). No instante inicial deverão ser dissolvidos 3 Kg de produto e adicionados de uma vez nesta dorna. Cuidado para que a espuma não arraste o produto para o final da fermentação!

2º. Adicione continuamente ao mosto (no mínimo de hora em hora) quantidade suficiente de produto para manter “estável” a concentração na dorna. Exemplo : se a vazão de mosto é 200 m³/h, deverá ser adicionado 600 g /h. O ideal seria colocar um pouco mais para compensar a quantidade de pé-de-cuba que está entrando também e que ainda não tem o produto. Neste caso teria de ser calculada esta vazão e adicionada a quantidade correspondente, até que o pé-de-cuba já contenha o produto, o que vai acontecer quando se completar um ciclo (um tempo de estadia no processo). Digamos as primeiras 8-12 horas (primeiro ciclo de adição de antibiótico), seria de 900 g/h e depois do primeiro ciclo baixaria para 750 g /h (compensando a diluição de 1:1 do leite com água).

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É importante garantir que o produto esteja bem dissolvido e misturado ao conteúdo da dorna, para isso deve se colocar o produto antes de algum bombeamento e que tenha tempo para se dissolver corretamente.

3º. Continue a aplicação por pelo menos dois ciclos de fermentação, para garantir que todo o fermento foi tratado. O tempo de aplicação deve ser prolongado sempre que houver suspeita de que por falta de agitação (ou existência de pontos estagnantes no processo) parte do fermento não foi tratado. O custo de aplicação aumenta , porém em compensação a eficiência aumenta o risco de aparecimento de bactérias resistentes diminui. Caso a estratégia de decidir quando se deve iniciar a aplicação foi correta (elimine o problema enquanto ele é pequeno) não deverá haver uma situação de infecção grave, apenas o acúmulo de bactéria estará aumentando. Logo no segundo ciclo, já deverá ser visto uma redução no problema. Caso isso não aconteça continue com a aplicação. Com relação ao pH de tratamento durante a aplicação, a restrição acima também se aplica. O ideal é parar a adição de ácido durante a aplicação, pois tanto o fermento irá ficar mais ativo como em pH maior o antibiótico dura mais (é menos degradado físico-quimicamente). Só é viável parar a adição de ácido se antes da aplicação a infecção não era séria não era séria. Se houver floculação não se pode parar de fazer o tratamento ácido (veja bem: se já está floculado é porque a dosagem atrasou mais de 24 horas).

Na fermentação batelada o procedimento é semelhante, porém o antibiótico já pode ser aplicado no pé-de-cuba (sem ácido) e a concentração de antibiótico ser proporcionada ao mosto durante todo o enchimento. Deve-se aplicar por pelo menos dois ciclos, observando a resposta como acima.

Referências Bibliográficas

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http://www.usinaester.com.br/Produtos/produtos.html