alcool [modo de compatibilidade]dequi.eel.usp.br/~fabricio/alcool.pdf · dornas de fermentação...

Etanol ???

• Aplicado como combustível verde, em industrias de alimentos, perfumes, cosméticos e como insumo da industria química;

• Combustível potencialmente global;• Alternativa muito procurada com a escassez do • Alternativa muito procurada com a escassez do

petróleo;• Atualmente tem demanda mundial;• Em 2005, o Brasil movimentou 6 bilhões de dólares

com industrias de Etanol. ( Revista Exame, junho de 2006)

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

INTRODUÇÃO

FermentaçãoFermentação

As leveduras formam uma das mais importantes

subclasses dos fungos.

Fungos como as bactérias estão espalhadas pela

FERMENTAÇÃO - MICROBIOLOGIA BÁSICA

Leveduras

Fungos como as bactérias estão espalhadas pela

natureza embora eles vivam normalmente no solo e

em regiões de umidade relativamente mais alta que

as bactérias.

As leveduras são unicelulares, e se reproduzem

normalmente por gemação ou brotamento. Elas são

facilmente diferenciáveis das bactérias por

apresentarem dimensões maiores e por suas

FERMENTAÇÃO - MICROBIOLOGIA BÁSICA

Leveduras

propriedades morfológicas .

As células de levedura são esféricas, elípticas ou

cilíndricas, variando grandemente em suas dimensões

(sacharomcies cerevisie 2 a 8 micrometros de diâmetro

e 3 a 15 micrometros de comprimento).

FERMENTAÇÃO - MICROBIOLOGIA BÁSICA

FERMENTAÇÃO - FISIOLOGIA DAS LEVEDURAS

As leveduras foram os primeiros microorganismos

encontrados capazes de crescer na ausência de

oxigênio. Em anaerobiose (ausência de oxigênio) o açúcar é

convertido principalmente em álcool e dióxido de

Oxigênio

Carbono (CO2).

Em aerobiose (presença O2) os produtos formados são o

dióxido de carbono e água, sendo sua multiplicação

mais rápida e produz mais células.

FERMENTAÇÃO - FISIOLOGIA DAS LEVEDURAS

Necessidades NutricionaisAs leveduras necessitam dos mesmos elementosquímicos que as outras formas de vida.

Fatores de CrescimentoFatores de Crescimento

As leveduras necessitam de determinados fatores decrescimento tais como vitaminas

FERMENTAÇÃO - FISIOLOGIA DAS LEVEDURAS

pHAceita-se em geral que as leveduras crescem melhor emmeios ácidos pH entre 4,5 e 5,0.

TemperaturaTemperatura ideal de 20 a 30ºC.

FERMENTAÇÃO - FISIOLOGIA DAS LEVEDURAS

Multiplicação das leveduras

A multiplicação do fermento é feita no inicio da safra até

que se atinja a população ideal para a condução do

processo.

No decorrer da safra é feito o acompanhamento,

verificando-se existência de mortes por envelhecimento

ou condições adversas e perdas de levedura no

processo (centrifugas e fundo de dorna).

FERMENTAÇÃO - FISIOLOGIA DAS LEVEDURAS

Multiplicação das leveduras

Neste caso torna-se necessário criar condições

de reprodução das células, controlando o equilíbrio do

percentual de células ativas, tomando cuidados

especiais na condução do processo, tais como:

teor alcoólico;

tempo de tratamento;

adição de bactericidas e

antibióticos.

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

Terminologia�Mosto

Toda mistura açucarada ( caldo - mel - água ) destinada afermentação alcoólica.

�BrixPorcentagem de sólidos solúveis contidos em uma solução.

Exemplos de sólidos sóluveis: sal, açúcarExemplos de sólidos sóluveis: sal, açúcar

�AcidezUtilizada para quantificar o índice de infecção

�Açúcares Totais ( ART ) Porcentagem em peso de açúcares contido no caldo da cana ,

compreendendo sacarose, glicose, frutose .

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

Mosto é uma mistura de mel, xarope e caldo clarificado .

Sua concentração é definida conforme a produção

pretendida e a viabilidade da levedura.

O mosto deve ter as seguintes características:

Preparo do Mosto

O mosto deve ter as seguintes características:

� Isenção de Sólidos (bagacilho, areia, terra);

� Temperatura máxima de 32ºC;

� Contaminação < 10² (ideal).

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

� OBJETIVO: Realizar a introdução necessaria de

Diluição do Mosto

água ou caldo para obter a concentração adequada

de açúcar na alimentação das dornas.

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

INTRODUÇÃO

� OBJETIVO: Reduzir a temperatura em média de 65ºC

para 28°C à 32ºC .

� CONSEQÜÊNCIAS DE TEMPERATURAS ELEVADAS:

Resfriamento do Mosto

� Aumento da proliferação bacteriana;

� Redução da viabilidade celular;

� Queda no rendimento fermentativo;

� Probabilidade maior de floculação.

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

INTRODUÇÃO

Multiplicação das Leveduras

Fer

men

taçã

o

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

INTRODUÇÃO

� Aquecimento da água e mosto:

• Garante uma maior velocidade na multiplicação dalevedura e provocainibição de leveduras não interessantesao processo.

• Temperatura ideal em torno de 35° a 37° C.

Princípios Fundamentais: Multiplicação

� Oxigenação do meio:

Esta etapa é de extrema importância para o sucesso damultiplicação da levedura em função da aerobiose.

Ocorre através da utilização de ar comprimido e poragitação mecanica.

• Temperatura ideal em torno de 35° a 37° C.

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

INTRODUÇÃO

� Brix de alimentação :

� Utilização de antibióticos:

Necessário para inibir o crescimento de bactérias.

Princípios Fundamentais: Multiplicação

� Brix de alimentação :

Faixa ideal de operação: de 6°a 10°Brix.

Para Brix maiores que 10° a velocidade de multiplicaçãoda levedura é menor.

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

INTRODUÇÃO

� Utilização de nutrientes:

� São importantes também para favorecer amultiplicação rápida da levedura.

� Os mais utilizados são:

Princípios Fundamentais: Multiplicação

• fontes de nitrogênio (sulfato de amônio);

• fontes de magnésio (sulfato de magnésio);

• fontes de potássio .

• e outros (zinco, fósforo, cálcio etc.)

� A aplicação é necessária até atingir 5% defermento dentro das dornas.

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

INTRODUÇÃO

Exemplos

Multiplicação das Leveduras

FERMENTAÇÃO - DORNAS

� São tanques construídos geralmente em aço carbono comcapacidade variável de acordo com a capacidade doprocesso.

Dornas de Fermentação

� Podem ser fechadas ou abertas:

� Abertas: apresentam perda acentuada pois, com aeliminação do CO 2 da fermentação, haverá um arraste deálcool.

FERMENTAÇÃO - DORNAS

Podemos encontrar 03 tipos de processo de fermentação, sendo:

Tipos de Processo de Fermentação

Fermentação Continua;

Fermentação Descontinua e

Fermentação Conbat.

FERMENTAÇÃO - DORNAS

TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO

Fermentação Continua : Neste processo utiliza-se dorna de

grandes dimensões, sendo que o processo é ininterrupto

operando da seguinte forma:

1º - O mosto é misturado a levedura na primeira dorna;

2º - Passará para as demais num processo continuo até chegar

Fermentação Continua

2º - Passará para as demais num processo continuo até chegar

a ultima dorna onde a concentração de açúcares estará menor

possível podendo assim considerar a dorna como morta;

3º - O vinho bruto desta ultima dorna é enviado para

centrifugação;

4º - O vinho centrifugado é enviado para o aparelho de

destilação.

FERMENTAÇÃO - DORNAS

MOSTO

TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Continua

CENTRÍFUGA

DESTILAÇÃO

ÁGUAÁCIDO

TRATAMENTO DO FERMENTO

FERMENTAÇÃO - DORNAS

TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO

Características deste processo :

• Facilidade e custo baixo de automação;

Fermentação Continua

• Custo baixo de instalação de equipamentos( menor n°de dornas );

• Difícil controle microbiológico;

• Dificuldade de limpeza das dornas.

FERMENTAÇÃO - DORNAS

Fermentação Descontinua ou Batelada : Neste processo utilizamos várias dornas geralmente com capacidade menorque as do processo continuo, podemos dizer que neste tipo de

várias pequenas

TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Descontinua

processo trabalhamos fazendo várias pequenas fermentações , pois as dornas são cheias, fermentadas e processadas uma a uma.

FERMENTAÇÃO - DORNAS

BATELADA COM CENTRIFUGAÇÃO (MELLE BOINOT)

ÁGUA ÁCIDOFERMENTO TRATADO

MOSTO

TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Batelada

DORNA

ÁGUA

TROCADOR DE CALORTANQUE PULMÃO

VINHO BRUTO

VOLANTE DE VINHO

TURBINADO CENTRÍFUGA

CUBA

DESTILAÇÃO

FERMENTAÇÃO - DORNAS

Características deste processo :

Alto custo de instalação e automação;

Alto custo de manutenção;

TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Descontinua

Alto custo de manutenção;

Facilidade no controle microbiológico;

Limpeza das dornas com maior

frequência .

FERMENTAÇÃO - DORNAS

Fermentação Conbat : Neste tipo de processo temos uma

mescla dos dois processos já citados, sendo que

temos 1 dorna “mãe” por onde começamos o processo

de alimentação e dela distribui -se para as demais

TIPOS DE PROCESSO DE FERMENTAÇÃO Fermentação Conbat

de alimentação e dela distribui -se para as demais

dornas para término da fermentação.

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

Fatores que

influenciam o

Processo de

Fer

men

taçã

o

Processo de

fermentação

Temperatura da Fermentação

se conseguir manter a

contaminação sob controle .

Temperatura Ideal

de 33,0º a 34ºC, isto é...

Nesta temperatura a levedura se multiplica menos , e

aumenta o rendimento .

contaminação sob controle .sendo a máxima 35ºC

Velocidade de Alimentação

� Ideal : Quanto menor a velocidade menorestresse , menor produção de produtos secundáriose maior rendimento.

� Crítico : Quanto maior a velocidade:

� Maior a produção de glicerol;� Maior a produção de glicerol;

� Maior a infecção;

� Maior estresse da levedura;

� Auto custo da refrigeração;

� Auto custo de antibiótico.

Principais subprodutos

Glicerol:

• Protetor estresse osmótico ( Quando há uma grande concentração de sais no meio ).

Ácido Orgânicos : Ácido Acético e Ácido Succínico:Ácido Orgânicos : Ácido Acético e Ácido Succínico:

Ácido Succínico ► Agente antibacteriano natural;

Ácido Acético ►Surge na fermentação em função da ação de bactérias.

Biomassa :

Crescimento da massa celular.

FABRICAÇÃO DO ÁLCOOL

INTRODUÇÃO

Fatores que

causam

Fer

men

taçã

o perdas a

fermentação

Fatores que causam perdas a fermentação

Espumas

Floculação

O que são as espumas:

Bolhas de gás;

Aprisionada por película líquida.

Floculação

i Ocorre pela presença de leveduras floculantes: Em

produção de água ardente é comum a aplicação.

iFermentação com centrífuga: deve - se adotar medidas

Floculação

rápidas para controlar esta floculação diminuindo ao

máximo os custos com tratamentos desnecessários (

ácidos, antibióticos, desgastes de bicos e diminuição da

sangria ) .

i Conclusão: a melhor medida é a preventiva , ou seja,

evitar que a levedura flocule.

Causas da floculação :

• Resposta da levedura às mudanças do meio ambiente

que podem ser provocados por exemplo por bactérias e

Floculação

que podem ser provocados por exemplo por bactérias e

também representa um mecanismo de defesa da levedura

em condições desfavoráveis a sua sobrevivência , ou seja,

uma estratégia de sobrevivência.

IDEAL: CÉLULAS ISOLADAS

FLOCULAÇÃO CAUSADA POR BACTÉRIAS

Bibliografia

Alcool, energia da biomassa : aspectos tecnologicos e

economicos da produção. OMETTO, João Guilherme Sabino. Alcool, energia da biomassa : aspectos tecnologicos e economicos da produção. São Carlos: [s.n.], 1993.

Sites visitados

• http://www.copersucar.com.br

• http://www.alcopar.org.br/jornal/jul_01/Pl%E1stico.html