Download - Vinagre por processo submerso
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - UFPA
INSTITUTO DE TECNOLOGIA - ITEC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS - FEA
DISCIPLINA: ENGENHARIA BIOQUIMICA
DOCENTE: ELISA NEVES
DISCENTES: CRISLIANE CAMARGO
DENYSE GOMES
JOSEANE POMBO
KELEM PINA
VINAGRE
BELÉM - PA
2013
UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - UFPA
INSTITUTO DE TECNOLOGIA - ITEC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS - FEA
DISCIPLINA: ENGENHARIA BIOQUIMICA
DOCENTE: ELISA NEVES
VINAGRE
BELÉM - PA
2013
Trabalho apresentado a Faculdade de
Engenharia de Alimentos da Universidade
Federal do Pará, como requisito parcial para a
obtenção de crédito na disciplina Engenharia
Bioquímicasob orientação da Professora.
ELISA NEVES.
.
1. INTRODUÇÃO
Desde os tempos mais remotos, o ser humano descobriu que poderia aproveitar
reações que sucediam espontaneamente na natureza para tornar sua vida melhor e mais
agradável. Dessa forma, passou a utilizar em seu benefício, os efeitos surpreendentes e,
durante muito tempo, inexplicáveis, dos processos fermentativos para conservar
alimentos e preparar bebidas (AMORIM; LEÃO, 2005). O vinagre é conhecido desde a
antiguidade. Seu nome provém do francês vinaigre, ou vinho azedo. Originalmente, era
obtido por fermentações espontâneas (AQUARONE; ZANCANARO, 1983). O vinagre
é primordialmente uma solução diluída de ácido acético produzido por um processo
fermentativo. Ele contém além de ácido acético, ingredientes solúveis procedentes da
matéria prima do qual ele foi feito (MORETTO; ALVES; CAMPOS, 1988). O objetivo
principal deste trabalho é estudar a obtenção de vinagre, a partir da fermentação acética
dando ênfase ao processo submerso.
2. REVISÃO DA LITERATURA
2.1 Histórico e definição segundo a legislação
O vinagre é um alimento fermentado conhecido há milhares de anos, utilizado
como condimento, conservante, aromatizante, refresco e medicamento, sendo que as
primeiras referências datam de 8000 anos a.C. No século XVII a produção de vinagre
primeiramente se estabeleceu na França, em seguida, se espalhou rapidamente para
outras regiões do mundo (THACKER, 1996). Seu nome provém do francês vinaigre ou
vinho azedo e originalmente, era obtido do vinho de uvas e da cerveja, por fermentação
espontânea (AQUARONE, 2001).
Segundo o Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
(ALCÂNTARA; SWARNAKAR, 2007), os fermentados acéticos são definidos como
os produtos obtidos da fermentação acética do fermentado alcoólico de mosto de frutas,
cereais ou de vegetais, de mel, ou da mistura de vegetais, ou ainda da mistura hidro-
alcoólica, devendo apresentar acidez volátil mínima de 4,0 gramas por 100 mililitros,
expressa em ácido acético. A graduação alcoólica não pode exceder 1° GL e deve ser
obrigatoriamente pasteurizado. O fermentado acético pode apresentar várias
classificações, de acordo com a origem da matéria-prima, sendo designados de
fermentados acéticos ou vinagres, seguidos do nome da matéria-prima de origem
(BRASIL, 1999).
2.2 Importância e aplicações industriais
O vinagre possui três finalidades principais, pode ser utilizado como
condimento, agente de limpeza, além de possuir propriedades preservativas (BELITZ &
GROSCH, 1997).
Como condimento, o vinagre é usado com a finalidade de conferir sabor ácido
ao produto, como nas saladas e maionese. Em outros alimentos além de conferir sabor e
odor, o vinagre atua como preservativo e agente de amolecimento do produto, como
acontece nas carnes temperadas e legumes em conserva (BELITZ & GROSCH, 1997).
Como agente de limpeza, o vinagre é utilizado para clarear materiais metálicos
como prata, alumínio e latão (BELITZ & GROSCH, 1997).
Possui propriedades preservativas, pois são utilizados principalmente contra
fungos (bolores) em pães, panetones e biscoitos(BELITZ & GROSCH, 1997).
2.3 Elementos de microbiologia aplicada aos agentes fermentativos
2.3.1 Bactérias acéticasAs bactérias acéticas pertencem à família Acetobacteraceae e apresentam-se em
dois gêneros, Acetobacter e Gluconobacter. O grupo de bactérias com melhor
produtividade de fermentação acética são as Acetobacter (DE LEY et al., 1984 apud
HOLT et al., 1994).
Segundo Holt et al., (1994) o Bergey`s Manual of Determinative Bacteriology
tem três espécies do gênero Acetobacter: A. aceti, A. pasteurianus e A. peroxidans. A
espécie A. aceti possui quatro subespécies: A. aceti; A. orleanensis, A. xylinum; A.
liquefaciens. A espécie A. pasteurianus, por sua vez com cinco subespécies: A.
pasteurianus, A. lovaniensis, A. estunensis, A. ascendens e A. pavadoxus.
As bactérias do gênero Acetobacter apresentam dimensões de 0,6-0,8μm, com
formato de bastonetes elipsoidais, retos ou ligeiramente curvos. Não há formação de
endósporo. São Gram negativas e algumas vezes Gram variáveis. Apresentam
metabolismo respiratório, sendo estritamente aeróbias. As Acetobacter apresentam
catalase positiva, oxidase negativa, ausência de liquefação gelatinosa, ausência de
formação de indol como também formação de H2S. Apresentam-se isoladas, em pares
ou em cadeias. São comumente encontradas em frutas, vegetais, mel, flores, sakê,
tequila, vinho de palma, kefir, levedura de cervejaria, vinagre, cana de açúcar, nata e
solo de jardim. Estão envolvidas na acidificação bacteriana de sucos de frutas e bebidas
alcoólicas como cerveja e vinho, e na produção de vinagre. São capazes de fermentar
vários açúcares e oxidam etanol para ácido acético. As melhores fontes de carbono para
seu crescimento são etanol, glicerol e lactato. As espécies capazes de oxidar o ácido
acético estão subdivididas em dois grupos de organismos, pela capacidade ou não de
utilizar sais de amônio como única fonte de nitrogênio. A temperatura ótima é de 25-
30°C. O pH ótimo está entre 5,54-6,3, porém a maioria das cepas crescem em pH 3-4. A
espécie representativa do gênero Acetobacter é o A. aceti, que é capaz de utilizar sais de
amônio como única fonte de nitrogênio, tais como as espécies: A. mobile e A.
suboxidans (DE LEY et al., 1984 apud HOLT et al., 1994).
Outro grupo de bactérias produtoras de ácido acético são as do gênero
Gluconobacter, as quais apresentam semelhanças com as bactérias do gênero
Acetobacter. Suas células são elipsoidais ou em forma de bastões, de 0,5-1,0 x 2,6-4,2
μm. Ocorrem sozinhas ou em pares, raramente em correntes. Não são formadoras de
esporos. São gram negativas, raramente gram variáveis. São obrigatoriamente aeróbias,
entretanto, artigos recentes demonstram que essas cepas são capazes de reduzir o
tiosulfato para H2S, formado em meio contendo açúcar e tiosulfato. A temperatura de
crescimento ideal está na faixa de 25-30°C e não crescem em temperatura de 37°C ou
mais. O pH ótimo está entre 5,5-6,0, porém a maioria das cepas crescem em pH 3,6. São
catalase positiva e oxidase negativa, não há formação de nitrato, assim como não há
liquefação gelatinosa e produção de indol. Umas das principais diferenças em relação às
bactérias do gênero Acetobacter é que as do gênero Gluconobacter oxidam etanol para
ácido acético, porém não apresentam a capacidade de oxidar acetato ou lactato para CO2
e H2O e ainda, o ácido produzido é formado a partir de D-glicose e D-xylose. Há
preferência por açúcar a álcool. As melhores fontes de carbono são, em ordem
decrescente, D-manitol, sorbol, glicerol, D-frutose e D-glicose. Todas as cepas
produzem ácido 2-cetogluconico a partir de Dglicose, e a maioria das cepas também
forma ácido 5-cetogluconico. As cepas são encontradas nas mesmas fontes em que as
bactérias Acetobacter, como flores, frutas, mel de abelha, cidra, cerveja, vinho, vinagre,
cerveja Bantu Sul Africana, seiva de palmeira e solo de jardim. O meio padrão para
isolamento é o meio etanol de Frateur (DE LEY et al., 1984 apud HOLT et al., 1994).
2.3.2 Fatores que afetam o crescimento microbiano
No processo de fabricação de vinagre, parte-se do álcool obtido de matéria-
prima fermentada, que pode ser de fruta, malte, soro de leite, glicose ou arroz. É a partir
desses substratos que as necessidades de adição de nutrientes para o metabolismo
celular das bactérias são calculadas. Contudo, os fatores de crescimento dependem da
fonte de carbono fornecida. Por esta razão a necessidade de vitaminas está diretamente
relacionada ao substrato oferecido para fermentação acética. Todos os seres vivos
necessitam de fontes de energia e nutrientes para poder exercer suas atividades
metabólicas, neste caso, para transformar o etanol em ácido acético (SANTOS JR,
2004).
As bactérias do gênero Acetobacter apresentam algumas exigências nutricionais
e necessitam de algumas vitaminas do complexo B, tais como, tiamina, ácido
pantotênico e nicotínico. Algumas espécies demonstram necessidade de ácido
paminobenzênico (DE LEY et al., 1984).
Segundo Santos (2004) que avaliou os fatores nutricionais de duas linhagens de
bactérias acéticas, uma provinda de uma fábrica de vinagre, Acetobacter sp, e outra
linhagem padrão, Acetobacter aceti CCT 2565. O autor constatou que as necessidades
nutricionais foram diferentes para as bactérias avaliadas. Avaliou 7 tipos de vitaminas e
5 tipos de minerais, em diferentes concentrações. Ao fim de seu experimento, encontrou
como resultado que, para a linhagem padrão de Acetobacter aceti, além das fontes de
carbono e nitrogênio como manitol e sulfato de amônio respectivamente, a máxima
produção de massa celular ocorreu quando foi adicionada solução de sais
(macronutrientes) de boro, ferro, PABA (ácido p-aminobenzóico) tiamina e ácido
nicotínico nas condições de pH 6,0 e 30°C. Para a bactéria selvagem Acetobacter sp,
além das mesmas fontes de nitrogênio e carbono utilizada para Acetobacter aceti CCT
2565, foi necessário adicionar solução de sais (macronutrientes) molibdênio, boro, ferro,
zinco, manganês e vitaminas como PABA, piridoxina (B6) cianocobalamina (B12) nas
condições de pH 6,0 e 30°C.
2.3.3 Interesse industrial
Segundo Sachs (2001) o interesse industrial (dependendo do processo usado)
leva em conta:
• A capacidade de suportar altas concentrações de álcool no mosto e ácido acético
no vinagre;
• Boa capacidade de produção de ácido acético;
• Bom rendimento industrial na conversão de álcool à ácido acético;
• Tolerar uma faixa ampla de temperatura;
• Não produzir excesso de material viscoso, mas formar películas resistentes;
• Baixa exigência em nutrientes, minerais e vitaminas;
• Não ter capacidade de oxidar o ácido acético à água e gás carbônico;
• Rapidez na transformação;
• Tolerância razoável a possíveis antissépticos presentes, como resíduos de SO2 no
vinho e lúpulo na cerveja;
• Outros atributos para processos específicos.
2.3.4 Características desejáveis do meio de cultura
A massa celular das bactérias acéticas é formada basicamente pelos elementos
carbono, oxigênio, hidrogênio e nitrogênio. Elementos como fósforo, enxofre, potássio,
magnésio, cálcio, sódio e ferro são menos abundantes, porém não menos significativos
para o metabolismo bacteriano. Um dos fatores mais importantes requeridos pelas
bactérias são as vitaminas. Para o cultivo de microrganismos em laboratório é
necessário a adição de minerais e vitaminas ao meio, principalmente quando são
utilizadas fontes de nutrição com composição desconhecida, o que pode acarretar
deficiência desses elementos (SANTOS JR, 2004).
A questão do meio de cultura ideal para isolar bactérias acéticas é discutida
desde 1868 por Pasteur (apud RAO e STOKES, 1953). Rao e Stokes (1953) também
realizaram estudos a esse respeito e chegaram à conclusão de que as diferentes espécies
de Acetobacter desenvolvem-se com seu melhor desempenho nos diferentes meios de
culturas.
No Bergey’s Manual of Systematic Bacteriology de Krieg e Holt (1984) consta-
se que o meio de Frateur é o indicado para isolar Acetobacter sp. O Bergey’s Manual
of Systematic Bacteriology (1984) e a nona edição do Manual of Determinative
Bacteriology (1994) relataram que o meio de cultura capaz de proporcionar o
desenvolvimento de todas as cepas do gênero Acetobacter é o meio de Frateur, com
10g de extrato de levedura, 20g de etanol, 20g de CaCO3 e 20g de agar em 1litro de
água destilada, com pH ajustado entre 6,0-7,0. Ainda nos manuais, encontra-se que as
melhores fontes de carbono para o crescimento de Acetobacter são etanol, glicerol e
lactato. Aminoácidos sozinhos não podem ser usados como fonte de nitrogênio e
carbono. Porém, alguns autores como Ndoye et. al. (2006) utilizaram meio de cultura
contendo 10g/L de extrato de levedura, 20g L-1 de glicose, 20g L-1 de manitol, 2,5% de
etanol e 0,5% de ácido acético, com bons resultados.
Frateur (1950, apud RAO e STOKES, 1953) informou que a A. aceti exige meio
de cultura com etanol, água destilada e fosfatos. Outros estudos com diferentes espécies
de Acetobacter foram realizados para verificar se o meio de cultura poderia ser o mesmo
definido para A. aceti. Hoyer (1898, apud RAO e STOKES, 1953) e Beijerinck (1898,
apud RAO e STOKES, 1953) comprovaram que espécies de Acetobacter como A.
xylinum e A. rancens não podem crescer em meio etanol-ácido acético, adaptado para A.
aceti, mas podem se desenvolver bem quando glicose, sacarose, manitol ou glicerol são
adicionados.
Rao e Stokes (1953) confirmaram Hoyer (1898, apud RAO e STOKES, 1953)
Beijerinck (1898 apud RAO e STOKES, 1953) e Pasteur (1868, apud RAO e STOKES,
1953) demonstrando que A. aceti não pode crescer em meio contendo etanol, mineral,
sais de amônia e nitrogênio, sem que este meio contenha ácido acético, acetato ou
glicose, justificando que tais compostos estimulam o crescimento de A. aceti. Os autores
sugeriram que a presença de um açúcar redutor seria necessária para iniciar o
crescimento das bactérias acéticas, que utilizariam o etanol como uma fonte adicional
de carbono e energia, oxidando-o a ácido acético. Os autores avaliaram diferentes meios
de cultura para A. suboxydans e A. melanogenum, e demonstraram que nenhuma das
espécies cresce utilizando etanol como fonte de carbono, em meio contendo (NH4)SO4
ou aminoácidos como fonte de nitrogênio, mas crescem abundantemente se tais meios
são suplementados com pequenas quantidades de autolisado de levedura, peptona ou
extrato de fígado. Para A. suboxydans e A. melanogenum a utilização de açúcares, como
10% de glicose, frutose, manitol ou glicerol, juntamente com etanol, proporcionou
abundante crescimento. Os pesquisadores observaram que os açúcares são iniciadores
do crescimento das bactérias de ácido acético, e com isto, as bactérias estão habilitadas
a oxidar o etanol para ácido acético.
2.3.5 Preparo do inoculo
Chama-se inóculo, pé-de-cuba ou pé-de-fermentação um volume de suspensão
de microrganismos, em concentração adequada, capaz de garantir, em condições
econômicas, a fermentação de um dado volume de mosto. Para que se obtenha um
inoculo com capacidade produtiva elevada, deve-se dar condições para que o
microrganismo desejado seja propagado, que incluam desde sua manutenção até a
propagação propriamente dita. Durante a fase de propagação do inóculo deve-se tomar
cuidados especiais a fim de evitar contaminações. Nessa fase, em processos aeróbios,
um foco potencial de contaminação é o ar fornecido ao sistema, o qual deve ser
previamente esterilizado. A partir da cultura estoque, propaga-se o microrganismo por
meio de metodologia conveniente. Normalmente na fase inicial, passa-se do meio
sólido, em condições assépticas, para um tubo de ensaio contendo meio liquido
esterilizado, adequado para o desenvolvimento microbiano. Após incubação por um
determinado tempo, que depende do tipo de microrganismo cultivado, transfere-se o
conteúdo desse tubo a frascos apropriados para agitadores rotativos contendo meio
esterilizado. Todas as transferências devem ser feitas em condições assépticas e os
frascos devidamente fechados, porém permitindo a entrada de ar, devido à natureza
aeróbia dos microrganismos. A cada passo, os organismos devem crescer rapidamente,
sendo as transferências feitas na fase logarítmica de crescimento (ARORA e
CARIOCA, 1984).
O inoculo para a produção de vinagre é o iniciador do processo de acetificação.
Normalmente é utilizado um vinagre forte não pasteurizado. O vinagre forte é
adicionado ao mosto após o fim da fermentação alcoólica. É a partir deste ponto que se
diferencia o processo de acetificação e este deve ser escolhido dependendo do objetivo
que se pretende atingir. Como por exemplo, as fábricas de vinagre utilizam o processo
rápido de fermentação, em acetificadores, com o objetivo de produzir maior quantidade
de vinagre em menor tempo (WOOD, 1998).
Spinosa (2002) relatou que uma quantidade de 1,0 x 109 células mL-1 é o ideal
para um inoculo de bactérias acéticas.
A fim de produzir inoculo para fermentação acética, Spinosa (2002) iniciou o
processo com 0,1 m L-1 da cultura purificada de bactérias, que estavam armazenadas a
196°C negativos. Também foi possível obter inóculo com uma alçada leve da cultura
mantida em meio de cultivo contendo extrato de levedura, manitol, peptona
bacteriológica e água destilada e deionizada a 5°C, mantida em incubadora rotativa a
120rpm por 48 horas. Após esse período, o volume total foi transferido para um
Erlenmeyer de 500 mL, com 50 ml do mesmo meio e incubado nas mesmas condições
anteriores. Acompanhou-se o crescimento da população bacteriana pela contagem total
em câmera de Newbauer, até obtenção de inoculo com no mínimo 1,0 x 109 células mg
L-1, utilizando-se o corante vital azul Trypan.
Segundo Cassoni, Cereda e Vilpoux (2005) e Cassoni et al., (2006) partindo do
princípio de que as bactérias acéticas são encontradas na acidificação das frutas, é
possível selecionar estas bactérias, isolá-las e multiplicá-las em condições favoráveis.
As principais condições são temperatura, pH e substrato disponível. Após identificar as
bactérias acéticas nas frutas, é preciso selecioná-las, para então começar a
multiplicação.
Segundo Cassoni, Cereda e Vilpoux (2005) a partir da suspensão de células
purificadas de bactérias acéticas é possível fazer a multiplicação. Os autores concluíram
que é possível que as bactérias acéticas se desenvolvam em tubos com água estéril
contendo ácido nicotínico de autolisado de leveduras e álcool como substrato.
Entretanto, será necessário encontrar meios naturais para continuar tal processo.
O vinagre é passível de ser usado como substrato para produção e multiplicação
do inóculo. Pois este possui em sua composição fonte de carbono como etanol, sais
minerais (Cloretos, Potássio Sódio, Cálcio, Magnésio, Manganês, Ferro, Cobre, Zinco e
Fósforo), além de açúcares redutores.
2.3.6 Enzimas
As enzimas envolvidas na fermentação alcoólica são denominadas enzimas
glicolíticas, que ajudam a transformar o açúcar em etanol.
A fermentação acética consiste na reação de transformação do vinho (etanol) em
vinagre (ac. acético), que é catalisada através da enzima alcooxidase, formada pelo
fungo Micoderma aceti.
2.4 Matérias primas
Como o vinagre provém, em geral, de duas fermentações sucessivas, a alcoólica
e a acética, toda a matéria-prima usada para a produção fermentativa de álcool serve, em
princípio, também como matéria-prima do vinagre.
2.4.1 Classificação da matéria prima
Em função da matéria-prima, pode-se fazer a seguinte classificação genérica de
vinagres:
Vinagres de sucos de frutas: uva, uva-passa, maçã, abacaxi, laranja, pêra,
morango, framboesa, ameixa, figo, pêssego, jabuticaba, caqui, etc.
Vinagres de tubérculos amiláceos: batata, batata-doce, mandioca, etc.
Vinagres de cereais: cevada, centeio, trigo, arroz, milho, etc.
Vinagres de matérias-primas açucaradas: xarope de açúcar, mel, melaço, soro de
leite, etc.
Vinagres de álcool: álcool propriamente dito diluído, aguardentes, outros
destilados.
2.4.2 Preparo do mosto
Mostos obtidos a partir de frutas, cereais, mel, ou qualquer outra substância que
contenha fonte de açúcar, vitaminas e alguns minerais, normalmente são suficientes
como nutriente, enquanto o mosto obtido por diluição de etanol ou açúcar necessita
complementação (AQUARONE et al., 2001).
Segundo Sachs (2001), no processo de acidificação do vinho é indispensável
observar alguns fatores para se obter uma boa fermentação, tais como:
Concentração Alcoólica: O “vinho” deve conter entre 5 a 12oGL.
Concentrações muito baixas resultam em vinagres frascos, neste caso há necessidade de
correção com álcool. Já as concentrações elevadas são tóxicas as bactérias acéticas,
dificultando a fermentação, neste caso há necessidade de diluição com água ou o uso de
culturas tolerantes à alta concentração alcoólica.
Acidez Inicial: A acidez inicial deve estar entre 2 a 3% de ácido acético, que
pode ser conseguida pela adição de 25 a 30% de vinagre forte não pasteurizado, que
também fornece o inoculo em grande quantidade. Entretanto a adição de vinagre ao
vinho só deve ser feita após o término da fermentação alcoólica, pois inibe o fermento
alcoólico. Baixa acidez favorece a contaminação além de retardar o início da
fermentação. Já a acidez elevada é tóxica ao fermento acético que não estão adaptados,
salvo o fermento presente no vinagre adicionado.
Controle da Oxigenação: Por se tratar de um microrganismo aeróbio restrito,
depende de um suprimento adequado de O2, sob pena de não ocorrer a fermentação. A
velocidade da fermentação vai depender da quantidade de ar fornecido bem como de
sua transferência às bactérias. Entretanto a aeração excessiva pode levar à perda de
álcool por evaporação, aumento exagerado da temperatura pelo excesso de atividade
metabólicae perda de ácido acético por oxidação. A aeração forçada, só é recomendada
nos processos fechados onde se pode controlar melhor as outras variáveis.
Controle do Teor Residual de Álcool: A permanência de vinagre pronto na
vinagreira pode acarretar a oxidação do ácido acético à H2O e CO2, isto ocorre toda vez
que o teor de álcool é inferior a 0,2% e ainda se tem suprimento de oxigênio, o que
provoca a perda de acidez.
Controle da Temperatura: De um modo geral a temperatura ideal para o
crescimento das bactérias acéticas situa entre 25-32oC. Baixas temperaturas reduzem a
velocidade da fermentação e altas temperaturas provocam perda de viabilidade da
cultura, entretanto temperaturas mais elevadas podem ser usadas, se a somatória das
concentrações de álcool e ácido acético não for elevada, e usando raças de fermento
acético tolerante.
Correção de Nutrientes: De um modo geral os vinhos de frutas e cereais já
contém apreciável concentração de nutrientes minerais e vitaminas necessárias a uma
boa fermentação acética, dispensando a correção. Mas quando se utiliza álcool ou outros
destilados para a produção de vinagre, é indispensável a adição de minerais,
aminoácidos e vitaminas do complexo B.
2.5 Cinéticas dos processos
2.5.1 Medida do Crescimento (Modelos Cinéticos)
O tempo de geração ou tempo de duplicação é o tempo necessário para uma
população microbiana duplicar em massa ou em número. Varia com o tipo do
microrganismo, idade, espécie, condições do meio, entre outros fatores. De um modo
geral, em condições ótimas para cada classe de microrganismo, as bactérias apresentam
um tempo de geração menor que as leveduras e estas um tempo de geração muito menor
que os mofos. Assim, pode-se imaginar a importância da contaminação bacteriana numa
fermentação alcoólica pela ação das leveduras.
Sob condições definidas pode-se definir uma taxa (velocidade) de crescimento a
traves da equação 1.0.
r x=dxdt
(Eq.1.0)
Onde:
rX : taxa de crescimento celular (g cel/L)
t : tempo
: taxa (ou velocidade) específica de crescimento microbiano.
Em geral é muito mais comum o uso de taxas específicas.
O tempo de geração ou duplicação é relacionado a pela equação 1.1.
(Eq.1.1)
Com a finalidade de quantificar as taxas de crescimento celular, consumo de substrato, formação de produtos e demais parâmetros relacionados, surgiram diversos modelos para descrever as fermentações, sendo estes modelos do tipo não estruturado e não segregados. Estes, em sua maioria, baseiam-se na determinação da velocidade específica de crescimento do microrganismo () ou da produção de produto (), pelo decréscimo da velocidade específica máxima através de alguns termos de inibição e limitação.
Segundo alguns autores, BAILEY & OLLIS (1986), WANG et al (1979), o modelo mais utilizado é o modelo de Monod, que expressa a velocidade específica de crescimento () como uma função da concentração de substrato limitante (S) através da Equação 1.2.
onde, (Eq.1.2)
max: velocidade específica máxima do microrganismo
Ks: constante de Monod
A expressão de Monod somente é aplicável onde não há presença de produtos
metabólicos inibitórios e também para uma faixa de concentração de substrato onde este
não exerce efeito inibitório.
Vários fatores são considerados como interferentes na velocidade específica de
crescimento do microrganismo ou de formação de produto, dentre eles a concentração
de substrato, a concentração de produto e a própria concentração de microrganismo.
2.5.2 Rendimentos num Processo Fermentativo
O crescimento microbiano, o consumo de substrato e a síntese do produto podem
ser vistos como uma série de reações químicas coordenadas. Assim, o substrato
limitante é consumido na síntese de novas células, na síntese do produto desejado, na
síntese de outros produtos secundários do metabolismo, além do gasto em energia e em
manutenção. Desta forma, uma descrição estequiométrica pormenorizada do processo
μ=μmaxS
K s+S
se torna muito difícil. Assim, são definidos os rendimentos de produto (YP/S) e de célula
(YX/S).
Em muitos trabalhos científicos são dosados os coeficientes teóricos ou
estequiométricos, baseados numa reação química completa. O mais usual é calculá-los
como valores médios pelas Equações 1.3 e 1.4 respectivamente.
(Eq.1.3)
(Eq.1.4)
Onde:
X : aumento de concentração,
P: aumento da concentração do produto
S: variação da concentração de substrato limitante no intervalo de tempo
considerado.
Se o intervalo de tempo considerado tende para um valor muito pequeno (t 0),
as relações P/S e X/S se transformam nas taxas (velocidades) instantâneas de
crescimento celular e de síntese de produto.
2.6 Estudos dos processos descontínuos e contínuos
Vários são os processos de fabricação de vinagre, dos quais destacaremos os
processos tradicionais (lento e rápido) e o processo submerso. Os três processos básicos
de produção podem fornecer vinagres de boa qualidade, desde que a matéria-prima, os
microorganismos e as condições de fermentação sejam adequados (LLAGUNO &
POLO, 1991).
O primeiro processo de acetificação é classificado como o antigo processo
francês, Orléans, lento ou em superfície, e foi o que deu origem e forneceu subsídios em
função das observações nele efetuadas aos processos mais rápidos e, portanto mais
produtivos que a ele seguiram (AQUARONE, 2001).
O segundo caso pode ser possível através do processo denominado submerso,
que se destaca pelo alto rendimento e produtividade, assemelhando-se a outros
processos fermentativos, como a produção de álcool, ácido lático, leveduras, etc.
(AQUARONE, 2001).
Normalmente, o fabricante de vinagre ou do equipamento defende seu processo
de fabricação como sendo o melhor, dando as seguintes razões (LLAGUNO & POLO,
1991):
Processo lento – O produto se forma naturalmente, sem aeração forçada ou
adição de substâncias estranhas, como antiespumantes, nutrientes, etc. A mãe do
vinagre é imprescindível para a obtenção de um produto de alta qualidade. O produto
dispensa clarificações, filtrações e seus coadjuvantes, pois se clarifica à medida que se
forma.
Processo rápido – O produto se forma mais rapidamente, com menor
probabilidade de contaminações e infestações. O material de enchimento “purifica” o
vinagre.
Processo submerso – O tempo de fermentação é curto e as condições totalmente
controladas, evitando-se a formação de produtos secundários e a perda de substâncias
aromáticas da matéria-prima. As bactérias são mais selecionadas.
2.6.1 Processo submerso
Atualmente, a rapidez na produção industrial do vinagre determina a preferência
pelo sistema que utiliza a fermentação acética submersa. Trata-se de um sistema muito
eficiente extremamente rápido, pois há um contato muito íntimo entre as bactérias
acéticas, o oxigênio e o álcool, por todo o líquido (SACHS, 2001).
Neste processo, as bactérias acéticas encontram-se submersas no vinho, a
fermentar, onde se multiplicam, retirando energia da reação de oxidação do álcool
etílico a ácido acético. Entretanto, para catalisar essa reação que lhes fornece energia, as
bactérias acéticas necessitam da administração contínua, íntima e adequada de oxigênio
em todos os pontos do tanque, pois pequenas interrupções no fornecimento de oxigênio,
ainda que por alguns minutos, principalmente nas fases finais de fermentação, podem
afetar sobremaneira o rendimento (LLAGUNO & POLO, 1991).
Trata-se de um sistema muito eficiente e extremamente rápido, pois há um
contato muito íntimo entre as bactérias acéticas, o oxigênio e o álcool, por todo o
líquido. As perdas são mínimas por evaporação, pois o oxigênio ao invés de ser
borbulhado continuamente, só é administrado quando a pressão interna cai, devido ao
consumo deste (SACHS, 2001).
O vinagre produzido por esse processo apresenta-se turvo, com qualidade
inferior àquele obtido pelo método lento, devido ao revolvimento acentuado e
persistente provocado pela quantidade de ar introduzido sob pressão na acetificação
(SACHS, 2001).
2.6.2 Calculo do número de biorreatores.
Em todo processo em batelada, o número total de biorreatores que são colocados
em operação deve ser tal que a operação pós fermentação mantenha-se, de preferência,
em fluxo contínuo. Para que isso ocorra e preciso elaborar o calculo do numero de
biorreatores no momento de se projetar uma indústria. Sendo necessário o
conhecimento das seguintes variáveis:
F: Vazão do liquido fermentado;
V: Volume útil de cada biorreator;
D: Números de biorreatores;
Tf: Tempo necessário para que o conteúdo do biorreator fermente completamente;
Td: Tempo de descarga do biorreator;
Tc: Tempo para higienizar e carregar o biorreator.
Dados do biorreator Utilizado (Produção= 3000 Kg/h; V0= 15 m3; Vf=(1/3)V0;Tf = 28h;
F= 1060 L/h).
Para os cálculos será considerado os tempo de carga (Tc) e descarga (Tf) iguais como
mostra a Equação 1.5
Tc=Td= V/F (Eq.1.5)
Tc=Td = (5.103dm3/1060 L/h ).
Tc=Td = 4.8 horas de carga ou descarga do biorreator.
E através da Equação 1.6 obtém-se o numero de biorreatores necessário.
D= 2+ (Tf/Td) (Eq. 1.6)
D= 2+ ( 28 / 4.8)
D= 7,85 biorreatores.
Ou seja, para que se possa produzir essa quantidade de vinagre, na vazão e tempo de
fermentação especificada são necessários oito biorreatores.
2.7 Equipamentos
O equipamento mais utilizado para a produção de vinagre em cultura submersa é
conhecido pelo nome de acetificador de Frings, fabricado e patenteado pela Heinrich
Frings-Bonn, Alemanha (AQUARONE, 1983). O equipamento é um gerador industrial
(Fig. 1 e 2), que funciona de maneira contínua. Possuem um sistema de alimentação de
vinho, um de alimentação de ar, dosadores de álcool e sistema de movimentação do
líquido e do ar por cavitação por meio de um rotor e um tubo de circulação, além de
sistemas de aquecimento e resfriamento para manter constante a temperatura (SACHS,
2001).
Figura 1. Vista geral de um acetificador em aço inoxidável.
Figura 2. Corte transversal de um acetificador para elaboração de vinagre pelo método com fermentação acética submersa; a- turbina de ar; b- compensador de ar; c- dispositivo para coletar líquido de condensação; d-e- dispositivo para controlar a formação de espuma; f- dispositivo para medir o álcool; g- serpentina para refrigeração; h- dispositivo para refrigeração; i- termômetro; j- bomba para entrada do vinho; k- bomba para retirada do vinagre.
O processo inicia com a adição de aproximadamente 10% de vinagre não
pasteurizado no vinho, que funciona como pé-de-cuba. Entretanto a adição de vinagre
ao vinho só deve ser feita após o término da fermentação alcoólica, pois este inibe o
fermento alcoólico (SACHS, 2001).
Ao entrar no fermentador acético, o ar é disperso de forma homogênea em todo
o vinho e na forma de borbulhas de tamanho menor possível. Quando o vinho do
fermentador alcançar aproximadamente 0,2% v/v de álcool, o que acontece em
intervalos de 25 a 40 horas, retiram-se aproximadamente de 40% a 45% do volume do
fermentado, que vai para a centrifuga para centrifugar os microorganismos provenientes
da fermentação acética com o intuito de fazer o reciclo dos mesmos (SACHS, 2001).
Depois de realizada a fermentação, o mosto é clarificado a fim de aglomerar
partículas suspensas no mosto, promovendo assim a sua decantação, em seguida é
filtrado para a retirada de material particulado imerso no vinagre (SACHS, 2001).
Realizado a filtração o vinagre passa pela etapa de envelhecimento a fim de
realçar suas características organolépticas, em seguida passa para a pasteurização (a
temperaturas variáveis 50 a 80ºC), para destruir totalmente os microrganismos e
desativar as enzimas que são predominantemente a causa mais importante das alterações
(oxidação do ácido acético) do vinagre (SACHS, 2001).
Em seguida e feita à diluição de água a fim de estabelecer a concentração
adequada de acido acético e passando para o setor de embalagem e expedição (SACHS,
2001).
A seguir, tem-se um fluxograma dos equipamentos utilizados em todo o
processo (Figura 3).
Figura 3. Fluxograma dos equipamentos envolvidos no processo.
Os quadros abaixo demonstram as folhas de especificação da centrifuga, filtro e acedificador.
Quadro 1. Folha de especificação da centrífuga.Centrífuga
Identificação: Centrífuga Data: 09/03/2013Item nº C-F Nº necessário: 1 Função: Centrifugar os microorganismos provenientes da fermentação acética com o intuito de fazer o reciclo dos mesmos.Operação: BateladaTipo: Vertical Fixo Cilíndrico Capacidade: 1000 Kg/hÁrea: 0,35 m2
Características de operação: Material alimentado: vinagre Pressão: 1 atm Temperatura: ambiente Material: Aço inoxidável
Dimensões da centrífuga: Cilíndrico com diâmetro de 0,5 m, altura de 0,4 m e um volume de 0,0076 m3.
Comentários: a localização e o tamanho do equipamento são estabelecidos segundo o desenho da planta.
Quadro 2. Folha de especificação do filtro prensa.Filtro Prensa
Identificação: Filtro Prensa Data: 09/03/2013Item nº F-P Nº necessário: 1 Função: Filtrar o vinagre após a clarificação para retirar as partículas sólidas em suspensão no líquido.Operação: BateladaTipo: Horizontal Fixo Composto por placas quadráticas Capacidade: 1000Kg/hÁrea: 3,2 m2
Características de operação: Material alimentado: vinagre com partículas sólidas em suspensão Pressão: 3 atm Temperatura: ambiente Material: Aço inoxidável
Dimensões do filtro: Retangular com comprimento de 6,09 m, largura de 0,6m, altura de 0,7 m e um volume de 0,5 m3.
Comentários: a localização e o tamanho do equipamento são estabelecidos segundo o desenho da planta.
Tabela 3. Folha de especificação do reator de acetificação.Reator de Acetificação
Identificação: Acetificador Data: 09/03/2013Item nº R-A
Nº necessário: 8
Função: Transformar o álcool do mosto alcoólico em ácido acético através de uma fermentação acética.Operação: Semi-contínuoTipo: Vertical Fixo CilíndricoCapacidade: 1000 Kg/hÁrea: 10 m2
Características de operação: Material alimentado: mosto alcoólico proveniente da fermentação alcoólica Pressão: 1 atm Temperatura: 25ºC Material: Aço inoxidável
Dimensões do reator:Cilíndrico com diâmetro de 1 m, altura de 2 m e um volume de 15 m3.
Utilitários: Sistema de resfriamentoControle: Trocador de calor à vapor Comentários: a localização e o tamanho do equipamento são estabelecidos segundo o desenho da planta.
2.7.1 - Edificações Industriais
Os parâmetros que devem ser levados em conta na elaboração da planta baixa
são: a instalação, que deve ser realizada no centro do terreno, cercado e afastado de
áreas urbanas. Outro aspecto é a iluminação, deve ser suficientemente intensa podendo
se utilizar de luz natural. A ventilação deve ser adequada para manter a salubridade do
ar, a temperatura e a umidade. Pisos e paredes devem ser resistentes e de fácil
higienização, já que em caso de indústrias alimentícias o controle microbiológico deve
ser rigoroso. Portas e janelas com telas, para evitar pragas (moscas, baratas, ratos e
outros). Estacionamentos devem ser amplos para possibilitar eventuais manobras de
maquinários e caminhões. Os vestiários e banheiros devem ser em quantidade
condizente com o tamanho da empresa e número de funcionários. Finalmente, é
necessário que a empresa possua uma área reservada para possíveis ampliações
(SACHS, 2001).
Ao se dimensionar uma indústria de vinagre deve-se focar a atenção quanto à
higienização a fim de evitar contaminações no processo fermentativo optando por
azulejos para facilitar a limpeza no setor principal de transformação. A indústria
possibilita um fluxo contínuo da produção para não ocorrer contato do produto
processado com a matéria-prima no ambiente de processamento e os equipamentos
estão posicionados de forma a facilitar o processamento e reduzir os riscos de
contaminação do produto final (SACHS, 2001). .
A figura 4 apresenta a vista superior do layout da planta, levando em
consideração todos os aspectos de saúde e segurança, economia, legislação, etc:
Figura 4. Vista superior (Layout) da indústria de vinagre.
1- Edificação do processo principal de transformação, em conjunto com o vestiário,
banheiro, refeitório, área de embalamento, escritório e laboratório.
2- Caldeira;
3- Deposito do produto acabado;
4- Deposito de matéria-prima e insumos;
5- Estacionamento;
6- Guarita (segurança);
7- Reservatório de água.
A figura 5 representa avista do interior da planta baixa. O fluxo interno deve
funcionar em um só sentido para que não ocorram cruzamentos desnecessários.
Figura 5. Vista interior (Layout) da indústria de vinagre.
1- Banheiro feminino e masculino;
2- Vestiário feminino e masculino;
3- Escritório;
4- Refeitório;
5- Área de processamento (a. lavatório, b. Tanque de preparo do mosto; c.
Acetificadores; d. centrifuga, e.Tanque de clarificação; f. Filtro prensa; g. Toneis
de envelhecimento; h. Pasteurizador; i. Tanque de diluição; j.Envasador);
6- Laboratório;
7- Área para o embalamento e rotulagem;
8- Equipamento para rotulagem;
9- Área de armazenamento de embalagens (garrafas e caixa de papelão);
10- Área de armazenamento do produto acabado;
11- Carrinhos para o transporte dos materiais dos galpões de armazenamentos para a
área de produção;
12- Área de armazenamento da matéria prima;
13- Área de armazenamento dos insumos;
14- Balanças.
A figura6 apresenta a vista frontal da planta baixa.
Figura 6. Vista frontal da indústria de vinagre.
Para uma planta que beneficie 1000 kg/h de vinho produzindo aproximadamente
3000 kg/h de vinagre, considerando os espaços necessários para todas as edificações,
estacionamentos, áreas de manobra, áreas livres para possíveis ampliações, estima-se
que a área total da empresa deva ser de aproximadamente 4000 m², sendo que a
edificação do processo principal de transformação deve possuir uma área de 1000 m², a
estrutura que abriga o vestiário, sanitários e refeitório possuirá uma área de 500 m², os
galpões de armazenamento de insumos e matéria prima e o galpão de armazenamento
de embalagens e do produto acabado terão 140 m² cada, o estacionamento para
automóveis possuirá uma área de 420 m², o estacionamento para caminhões terá 800 m².
Deixando um espaço de aproximadamente 1000 m² para possíveis ampliações.
2.8 Esterilização do mosto
A esterilização implica a destruição, inativação ou remoção de toda forma de
vida microbiana. Isso quer dizer que a esterilização provoca nos microrganismos uma
perda irreversível da capacidade de reprodução no ambiente considerado. Não implica,
entretanto, a inativação total das enzimas celulares, toxinas, etc. Antes de entrarmos na
discussão dos métodos, é conveniente fazermos algumas considerações em torno dos
mecanismos de esterilização e das características das populações microbianas
(VICENZI, 2009).
O mecanismo letal varia conforme o processo de esterilização empregado. O
efeito final, entretanto, é o mesmo. Deve ocorrer a destruição e/ou inativação da(s)
enzima(s) envolvida(s) em processos vitais para o microrganismo. Teoricamente, basta
que o agente esterilizante bloqueie uma reação enzimática essencial ou destrua uma
molécula vital. Na prática, entretanto, agentes com ação tão especifica não encontram
aplicação como esterilizantes, por vários motivos: A heterogeneidade da população
microbiana; a possibilidade da existência de microrganismos com capacidade de utilizar
outras “rotas metabólicas” para vencer o bloqueio estabelecido; a dificuldade do agente
em atingir um alvo muito específico; etc. Podem ser mencionados como fatores que
justificam a utilização de agentes capazes de atingir o microrganismo de um modo mais
grosseiro e inespecífico (VICENZI, 2009).
Principalmente no caso da esterilização de equipamentos industriais, procura-se
utilizar processos capazes de danificar generalizadamente a célula, em vez de se
procurar um ponto específico de sua estrutura metabólica (VICENZI, 2009).
Outra consideração importante, no caso da esterilização de equipamentos, é a
cessação do efeito esterilizante no final do processo de esterilização. Em outras
palavras, o agente ou condição esterilizante deve atuar eficientemente durante o
processo de esterilização. Terminada a esterilização, não deve haver ação residual. No
caso de fermentação industrial, por exemplo, uma possível ação residual pode ser tão ou
mais prejudicial que a presença de certos contaminantes. Essas considerações ajudam a
apontar os processos físicos como os métodos de escolha na esterilização de
equipamentos (VICENZI, 2009).
Tabela 01: Métodos de esterilização.
A escolha do método depende das características dos produtos a serem
esterilizado e do custo do processo. Quando se usa agentes químicos: tempo de contato.
Quando se usa calor: tempo e a temperatura de contato (VICENZI, 2009).
2.8.1 Esterilização do meio.
De acordo com um conceito bem amplo, a esterilização de um meio é a operação
que tem por finalidade remover ou destruir todas as formas de vida, animal ou vegetal,
macro ou microscópicas, saprófito ou não, existentes no meio considerado (VICENZI,
2009).
O grau de esterilização dos meios de fermentação varia conforme o processo a
que se destina. Algumas vezes é totalmente dispensável (fermentação láctica de
hortaliças e polvilho; tratamento biológico de resíduos); realizada de forma incipiente
(fermentação alcoólica; produção de leveduras para panificação; fermentação acética do
vinagre); realizada com alto grau de exigência (produção de antibióticos, enzimas,
vitaminas, acetona, butanol). Em ensaios laboratoriais sempre é necessário (devido ao
uso de culturas puras) (VICENZI, 2009).
Em plantas industriais o calor úmido é a principal forma de se efetuar a
esterilização. Pode ser feito no próprio recipiente destinado a fermentação (processo
descontínuo) ou em separado (processo contínuo) (VICENZI, 2009).
2.8.2 Esterilização do ar
As fermentações aeróbias, com o microrganismo em suspensão, constituem os
processos fermentativos de maior importância industrial atualmente. Em tais
fermentações a quantidade de ar introduzida no sistema é grande e é perfeitamente
aceitável, que haja grande preocupação quanto a esterilização do ar a ser admitido nos
fermentadores. Tais cuidados devem ser tomados principalmente nas horas iniciais da
fermentação (VICENZI, 2009).
A maior parte dos processos fermentativos é conduzida com agitação vigorosa, e
o ar fornecido ao fermentador deve ser estéril (VICENZI, 2009).
O número de partículas e microrganismos depende da localização da indústria,
do movimento do ar e do tratamento prévio que o ar foi submetido (VICENZI, 2009).
Segundo Vicenzi (2009) os métodos para esterilização do ar são:
Calor seco– Normalmente antieconômica ou de difícil realização;
Radiações – Apenas as radiações UV poderiam ter aplicação prática, porém
pouco usada devido ao grande tempo de exposição. Pode ser usada em pequenas
instalações (laboratórios, pesquisa). Atua mais como desinfetante.
Filtração –É sem dúvida o processo mais importante por ser o de maior
aplicação na indústria. Filtros feitos de lã de vidro, acetato de celulose, etc. Os filtros
podem ser de dois tipos principais:
Filtros que apresentam poros - retenção mecânica dos microrganismos
(cartuchos de membranas de ésteres de celulose, nylon);
Filtros de camadas de material fibroso (lã-de-vidro) - Atua na combinação de
vários efeitos físicos: inércia, bloqueio, difusão, separação por gravidade e
atração eletrostática.
2.9 Processos fermentativos na elaboração de alimentos e bebidas.
Para obtenção do vinagre a partir das matérias primas original, são necessários
dois processos de fermentação distintos: fermentação alcoólica e fermentação acética
(SACHS, 2001).
A fermentação alcoólica é feita por leveduras alcoólicas, normalmente em
cultura pura com levedo selecionado, isto é, cepas com boa capacidade de produzir
álcool. Entretanto, às vezes são usadas leveduras de panificação, dado a facilidade de se
obter este fermento como inóculo. As leveduras usadas são: Saccharomyces cerevisiae,
Saccharomyces cerevisiae ellipsoideus e eventualmente Saccharomyces uvarum (S.
carlsbergensis) (SACHS, 2001).
A primeira fase da fermentação é um processo anaeróbio cuja equação
simplificada é:
Açúcar Leveduras Álcool
C6H12O6 2 CH3CH2O + 2CO2
Além do etanol e CO2 também são produzidos como produtos secundários da
fermentação outras substâncias como glicerol, ácido succínio, outros álcoois, outros
ácidos orgânicos, etc. (SACHS, 2001).
Na fermentação acética (2ª etapa) o etanol (álcool) é oxidado a ácido acético.
Esta etapa é feita por bactérias acéticas em meio aeróbio. Ao contrário da fermentação
alcoólica que normalmente se realiza com cultura pura, as experiências têm
demonstrado que o uso de cultura mista é mais eficiente, provavelmente por interações
sinérgicas interespecíficas ou inter-varietal (SACHS, 2001).
Em princípio a reação ocorre em meio aeróbio e pode ser resumida:
Álcool Bactérias Acéticas Ácido Acético
CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O
Além do ácido acético são produzidas pequenas quantidades de outros produtos
como aldeídos, cetonas, ésteres e outros ácidos orgânicos, sendo o acetaldeído o
composto secundário predominante, tendo o inconveniente de provocar aspereza no
vinagre, juntamente com outros aldeídos. Apesar de existirem inúmeras espécies de
microrganismos capazes de produzir ácido acético, tais como outras bactérias, que não
do gênero Acetobacter, e até mesmo alguns bolores (Aspergillus spp.,Rhizopusspp.,
Penicilliumspp., etc.), além de outras espécies, subespécies e variedades do gênero
Acetobacter, poucas são realmente as de interesse industrial (SACHS, 2001).
2.9.1 Balanço de Massa: Base calculo (C1= 1000kg/h)
Balanço para o tanque de preparo do meio de cultura:
Qae=Quantidade de água que entra;
Qas=Quantidade de água que sai;
Qete=Quantidade etano que entra;
Qets=Quantidade etanol que sai;
%a= Fração de água na corrente de alimentação;
%et= Fração de etanol na corrente de alimentação;
Balanço de massa global:
C1=C2
Balanço de massa para a água:
C 1∗% a=Qae
Qae=1000Kgh¿¿ *0,9
Qas=Qae=900 kg/h
Balanço de massa para o etanol:
Qete=C1*0,1
Qete=Qets=100kg/h
Balanço de massa para o acetificador:
Qac= Quantidade de acido acético que sai;
Oxi= Alimentação oxigênio;
In= Corrente de inoculo;
Considerações:
A massa de inoculo deve ser de 5% da massa da corrente C2
A conversão nesta etapa é de 90%
Reação:
CH 3CH 2OH + O2 → 2 CH 3COOH + H2 O
46 kg/kmol 32kg /kmol 60 kg /kmol 18 kg /kmol
Balanço de massa global:
C2+Oxi+In=C3
Balanço de massa para o oxigênio:
Pela estequiometria:
mOxi=32 g46 g
∗Qete∗0.9
mOxy=62 .60kgh
Balanço de massa para a água:
Qas=Qae+Gerado
Qas=Qae+ 1846
∗Qet∗0,9
Qas=900 kg
h+
1846
∗100 Kg
h∗0.9
Qas=935 .21 Kgh
Balanço de massa para o etanol:
Qets=Qete∗0.1
Qets=10 Kgh
Balanço de massa para o ácido acético:
Qac=60 g46 g
∗Qete∗0,9
Qac=117 , 39kgh
Balanço de massa para o inóculo:
¿=C 2∗0,05
¿=50 kgh
C 3=¿+Qa c+Qet+Qae
C 3=62.60 Kgh
+117.39 Kgh
+ 10 Kgh
+ 935.21 Kgh
C 3=1112 ,6 Kgh
Balanço de massa para a centrífuga:
InR= Inoculo recuperado
Considerações:
95% do inóculo e recuperado; A quantidade de etanol, água e acido acético mantém constante;
Balanço de massa global:
C 3=C 4+ InR
Balanço de massa para o inoculo:InR=¿∗0.95
InR=47 ,5 Kgh
Ins=In-InRIns=50kg/h-47.5kg/hIns=2.5kg/hC4=C3-InRC4=1065,1 kg/h
Balanço de massa para a clarificação:
Cl= Agente clarificante;
Considerações:
Adiciona-se 1 kg de bentonita para uma massa de 1000 L
Aproxima-se a densidade dos demais componentes do vinagre ao da água
A quantidade de etanol, água e acido acético mantém constante;
Sabendo-se que as massas específicas da água, do etanol e do ácido acético são:
ρH 20=1000 kg /m3
ρE=740 kg /m3
ρAc=1049 kg/m3
Fazendo uma média ponderada, obtemos a densidade aproximada da solução:
ρv=XE ,8 . ρE+X Ac , 8 . ρAc+X H 2O ,8 .ρH 2O
ρv=0 ,007 . 740kgm ³
+0 ,083 .1049kgm ³
+0 , 91.1000kgm³
ρv=1002 , 25kgm ³
A vazão volumétrica pode ser dada por:
Q=C 4❑ =
1065.1 Kg /h1002.25 Kg /m3
Q= 1.06 m3/h= 1060L/hBalanço de massa global:C 5=C 4+ClBalanço de massa para o agente clarificante:
Cl= Q1000
=10601000
=1 . 06 Kgh
debentonita
C5=1065.1Kg/h+1.06Kg/hC5=1066.16 kg/h
Balanço de massa para a filtração:
Mp=Material Particulado(In,Cl)
Balanço de massa global:
C5=Mp+C6
Balanço de massa para o material particulado:
Mp=In+Cl
Mp=2.5 Kg/h+1.06 Kg/h
Mp=4.1 kg/h
C6=C5-Mp
C6=1066.16Kg/h – 4.1 kg/h
C6=1062.06 Kg/h
Etanol evapora durante o envelhecimento
Balanço de massa para o tanque de diluição:
Considerações:
Pela legislação o teor máximo de ácido acético no vinagre deve ser de 4% (XAc=
0,04)
Balanço de massa global:
C7=Agua+C6
Balanço de massa para a água:Qac
(C 6+ Agua )=0,04
Agua= Ac0,04
−C 6
Agua=117,390,04
−1062,06
Agua=1872,16 Kgh
Qas=Qae+ Agua
Qas=935.2+1872.16
Qas=2807 .36kgh
C 7=Agua+C 6
C 7=1872.16Kgh
+ 1062.06 Kgh
C 7=2934 .22kgh
(Quantidade de vinagre produzido)
3. Conclusões
Uma característica bastante particular da produção dos vinagres é que as
bactérias (acetobacteres), que fazem a oxidação dos alcoóis estão no ar. O processo é
bastante delicado.
Os processos fermentativos, assim como os processos químicos, são limitados
pela cinética. Por ela é possível relacionar o tempo necessário para atingir
concentrações desejadas e com essas informações é possível buscar melhorias para a
otimização do processo produtivo.
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