EUILIO DE SOUZA COUTO

JEAN CARLOS DE SOUZA ALVES

JOICE FERRAZ DE QUEIROZ CAIRES

PETERSON SINVAL DOS SANTOS

WAGNER HERMERSON ROSA

PROCESSO DE FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

Barretos/SP

2012

1

EUILIO DE SOUZA COUTO

JEAN CARLOS DE SOUZA ALVES

JOICE FERRAZ DE QUEIROZ CAIRES

PETERSON SINVAL DOS SANTOS

WAGNER HERMERSON ROSA

PROCESSO DE FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA

Trabalho de Conclusão de

Curso (TCC) apresentado como

requisito parcial para a obtenção do

título de grau Técnico em Química,

pelo Curso de Química da Etec Cel.

Raphael Brandão da cidade de

Barretos – SP.

Orientadora: Profª Daniela Ap. Gerardi Moraes

Geraldi.

Barretos/SP

2012

2

DEDICATÓRIA

Primeiramente a Deus, que nessa

jornada nos exortou muito, de modo que

chegamos com êxito aos nossos objetivos.

Também aos nossos pais e professores

pela ajuda e incentivo, e a coordenadora

Daniela AP. Gerardi Morais Geraldi que

tanto nos apoiou.

3

AGRADECIMENTOS

Nossos Agradecimentos:

A Deus, que nos revestiu de força e coragem; o que nos determinou a

enfrentarmos obstáculos e guiou-nos pelo caminho correto desde o principio até ao

nosso propósito.

Aos nossos pais que nos aconselhou nos momentos mais difíceis de nossas

vidas.

Aos nossos amigos que juntos compartilhamos momentos inesquecíveis.

A todos os nossos professores que nos auxiliou e instruiu sempre que

possível e aos funcionários da Etec. Cel. Raphael Brandão, que também foram

indispensáveis para o desenvolvimento deste trabalho.

4

“Assim, me embruteci e

nada sabia; era como animal

perante Ti. Todavia, estou de

contínuo contigo; Tu me

seguraste pela mão direita.

Guiar-me-ás pelo teu conselho

e, depois, me receberás em

glória”.

Salmos – 73: 22-24

5

RESUMO

No Brasil, a cana-de-açúcar é a matéria-prima empregada nas usinas

sucroalcooleiras, da qual se extrai o caldo que contém uma elevada taxa de açúcar.

O caldo passa por vários tratamentos para que possa chegar com a mínima

quantidade possível de impurezas até a etapa da fermentação. A adição de

leveduras promove a fermentação alcoólica, pois esses fungos se comportam como

fermento. Após as leveduras degradarem a matéria orgânica presente no caldo, elas

fornecerão duas enzimas: a invertase e a zimase. A função da invertase é quebrar

as moléculas de sacarose (C12H22O11) em frutose (C6H12O6) e glicose (C6H12O6) –

fenômeno esse que recebe o nome de hidrólise da sacarose. Depois, a zimase

executará seu papel ao acelerar o processo de glicólise (processo que consiste

transformar os isômeros frutose e glicose em álcool etílico ou etanol, dióxido de

carbono e energia térmica liberada).

Para haver uma produção com ênfase nos aspectos quantitativos e

qualitativos, deve-se então seguir todos os métodos que visam o melhor

desempenho das leveduras que fermentam o mosto. São diversos métodos

padronizados que orientam todo sistema produtor; métodos como controle de

infecção, regulamentação da temperatura nas dornas, armazenamento das

leveduras em local adequado, etc. São vários os fatores que contribuem para com

as propriedades biológicas das leveduras que são responsáveis por uma boa

produção alcoólica.

Depois que foi realizada a fermentação alcoólica (que transforma o mosto em

vinho), virá em seguida à ação das centrifugas, as quais têm por função retirar o

fermento presente no vinho. Posteriormente, o vinho passará pelo processo de

destilação que consiste em separar o etanol diluído no vinho dos outros

componentes que constituem o próprio vinho. Logo, o etanol é obtido como produto

final que será comercializado principalmente na forma de combustível e aplicado nas

fábricas de bebidas alcoólicas, cosméticos, etc.

As leveduras que possuem maior preferencial usual pela parte das indústrias

são as que pertencem à espécie Saccharomyces cerevisiae. Um motivo explicativo

para isso é que as leveduras dessa espécie são de fácil manutenção nos

6

laboratórios e têm o seu genoma seqüenciado pelos cientistas, sendo assim

reconhecida e aprovada como o melhor fermentador entre as leveduras do gênero

Saccharomyces. Em suma, a condição para um bom resultado final depende das

leveduras. É fundamental que elas sejam conservadas de acordo com todos os

parâmetros indicativos para que possam produzir em uma escala relevante,

tentando não trazer perdas que podem prejudicar a produção.

ABSTRACT

7

En Brasil, la caña de azúcar y el material empleado en los molinos alcohol las

empresas, de las cuales se extrae el jugo que contiene un alto nivel de azúcar. El

caldo se haya sustituido por varios tratamientos para que pueda llegar con la mínima

cantidad de impurezas como sea posible, hasta la etapa de fermentación. La adición

de levaduras promueve la fermentación alcohólica, porque estos hongos se

comportan como la levadura. Las levaduras proporcionar dos enzimas necesarias

para romper las moléculas de sacarosa (C12H22O11) que regresa a su estado original:

fructosa (C6H12O6) y de glucosa (C6H12O6). Las levaduras degradan la materia

orgánica (glucosa) y, a continuación, producir el etanol, el desprendimiento de

dióxido de carbono (CO2) y de la energía liberada en forma de calor. Las enzimas, es

decir son invertasa es zimase.

Al ser una producción con énfasis en aspectos cuantitativos y cualitativos,

debería producirse a continuación todos los métodos que están encaminadas a

obtener un rendimiento óptimo de las levaduras para fermentar la hierba. Existen

varios métodos normalizados que guían todo sistema productor; métodos tales como

control de la infección, regulación de la temperatura en cubas, almacenamiento de

levaduras en la localización apropiada, etc. Hay varios factores que contribuyen a las

propiedades biológicas de las levaduras que son responsables de una buena

producción alcohólica.

Después de que se ha hecho la fermentación alcohólica (que se convierte el

mosto en vino), entonces vendrá la acción de las centrifugadoras, que tienen la

función eliminar la levadura sólidos presentes en el vino. Más tarde, el vino se

incrementará en proceso de destilación que consiste en separar el etanol disuelto en

el vino de agua que se ha formado durante la fermentación. Pronto, el etanol se

produce a medida que el producto final que será comercializado principalmente en

forma de combustible y aplicados en las fábricas de bebidas alcohólicas,

cosméticos, etc.

Las levaduras que han preferido por la mayor parte de las industrias habitual

son aquellos que pertenecen a la especie Saccharomyces cerevisiae. Una

exposición de las razones es que las levaduras son las que especies son fáciles de

mantener en los laboratorios y tener su genoma secuenciado por los científicos,

8

siendo así reconocida y aprobada como el mejor fermentador entre las levaduras del

genero Saccharomyces. En resumen, la condición para un buen resultado final

depende de la levadura. Es esencial que se mantengan en conformidad con todos

los parámetros indicativos de modo que puedan producir en una escala pertinente,

tratando de no traer pérdidas que pueden afectar la producción.

9

OBJETIVO

Esse trabalho irá mostrar a importância do processo de fermentação alcoólica na

produção do etanol desde a matéria prima (cana-de-açúcar) até o produto final, com

ênfase na etapa microbiológica.

10

1. INTRODUÇÃO

1.1 Cana-de-açúcar:

11

Figura 01: cana de açucar

A cana-de-açúcar é uma gramínea que apresenta grande destaque relativo ao

aproveitamento total no seu processo industrial. É originária da Nova Guiné e foi

introduzida na América por Cristovão Colombo e no Brasil por Martin Afonso de

Souza em 1532.

Introduzida inicialmente como planta ornamental, posteriormente, foi utilizada

como garapa e depois açúcar e aguardente.

Os primeiros engenhos de cana surgiram em São Mateus. O setor sucroalcooleiro

iniciou-se no Espírito Santo no início do século passado, com a implantação da

usina Paineiras no sul do Estado (instalada em 1911/12 – obra do governo Jerônimo

Monteiro) buscando dinamizar a região, onde predominava a pecuária e a

monocultura do café. Com a crise no mercado internacional no setor cafeeiro, nasce

o projeto de uma usina de açúcar. A instalação da usina de açúcar no Estado do

Espírito Santo foi inspirada no sucesso de Campos (Rio de Janeiro), que contava

com 24 usinas na época e detinha o título de maior produtor de açúcar do mundo.

Mais do que elemento essencial da formação do Brasil, a cana-de-açúcar

transformou-se em parte integrante do imaginário do povo brasileiro. Na cozinha,

desdobra-se em utilidades; na indústria, colabora para a produção de alimentos mais

saudáveis, de fácil conservação. Dela vem o álcool combustível, a energia elétrica.

Também podem produzir papel, plásticos, produtos químicos. Portanto, assim como

o petróleo,gera incontável número de produtos, de fermento a herbicidas e

inseticidas, com importante diferencial: são biodegradáveis e não ofensivos ao meio

ambiente.PARAGRAFO

12

A composição química da cana é bastante variável quantitativamente,

sendo, porém semelhante qualitativamente. Essa variação é influenciada por

diversos fatores, entre os quais se destacam: variedade da cana, região de cultivo,

clima, solo, adubação, idade, etc.

1.2 Programa Nacional do Álcool (PRÓALCOOL):

A primeira grande crise mundial do petróleo, 1973, provocou desajuste na

balança de pagamentos do Brasil e colocou em riscos o abastecimento interno,

causando insegurança e exigindo a tomada de providencias imediata.

Através de estudos desenvolvidos pela iniciativa privada, surgiu a

recomendação para a criação de um programa de energia alternativa, baseado no

álcool carburante. Em 1975 foi lançado o Programa nacional do álcool (Proálcool),

primeira iniciativa mundial para a produção de energia alternativa em larga escala. A

proposta do Proálcool não se restringia apenas a redução da dependência externa

de combustível e economia de divisas, mas também à interiorização do

desenvolvimento, evolução da tecnologia nacional e crescimento da produção

nacional de bens de capital, gerando rendas e elevando o numero de empregos.

A implantação do Proálcool pode ser dividida em duas fases distintas:

1º) iniciada em 1975, baseou-se na utilização da infra estrutura já existente e

concretizou-se pela produção de álcool anidro a ser adicionada na gasolina,

2º) marcada por outra crise do petróleo em 1979, alem de produzir o álcool anidro,

passou a fabricar álcool hidratado que servia para o consumo em veículos

projetados para uso exclusivo do álcool como combustível.

Em seus mais de 30 anos de existência, o Proálcool destacou-se não só

pelos seus aspectos econômicos, economizando milhões de dólares em divisas,

mas também por benefícios como a grande geração de empregos, melhor qualidade

do ar nas grandes cidades, etc.

13

Figura 02: gráfico da moagem de cana no Brasil desde o Proálcool

1.3 Processo de produção do álcool

A cana-de-açúcar é a principal matéria-prima para a indústria sucroalcooleira

brasileira. A agroindústria da cana envolve etapas, como: produção e abastecimento

da indústria com matéria-prima; gerenciamento dos insumos, resíduos, subprodutos

e da versatilidade da produção - de açúcar ou álcool; armazenamento e

comercialização dos produtos finais. Estas etapas devem ser executadas com o

emprego de técnicas eficientes de gerenciamento.

A colheita, carregamento, transporte, pesagem, pagamento da cana pela

qualidade, descarregamento e lavagem são operações determinantes para um bom

desempenho industrial. Estas etapas devem ser realizadas em sincronia com as

operações industriais para que não ocorra sob reabastecimento, o que demanda

armazenamento, com conseqüente queda na qualidade ou falta de cana para a

moagem, ocasionando atrasos na produção.

A fabricação, do álcool inicia-se pela extração do caldo, que se realiza pelo

processo de moagem. Porém, antes, a cana-de-açúcar passa por um processo de

14

lavagem, a fim de eliminar as impurezas, facilitando as etapas seguintes de

fabricação.

A cana é levada por uma esteira de ferro a um conjunto de facas, que corta

em pedacinhos, em seguida a mesma esteira leva para o desfibrador, onde deixa

totalmente triturada.

A extração do caldo da cana consiste no processo físico de separação da

fibra (bagaço), sendo feito, fundamentalmente, por meio de dois processos: moagem

ou difusão.

Na extração por moagem, a separação é feita por pressão mecânica dos rolos

da moenda sobre o colchão de cana desfibrada. Na difusão, a separação é feita pela

lavagem da sacarose absorvida ao colchão de cana. 

1.4 Tratamento do caldo

O processo de fermentação ou destilação do caldo exige cuidados mínimos

que garantam a qualidade do processo e evitem problemas na centrifugação do

vinho ou na destilação.

O tratamento do caldo tem os seguintes objetivos:

eliminação de impurezas grosseiras (bagacilho, areia), que aumentam o

desgaste dos equipamentos e as incrustações, além de diminuírem a

capacidade de produção e dificultarem a recuperação do fermento;

máxima eliminação de partículas coloidais, responsáveis pela maior formação

de espuma e também por dificultarem a recuperação do fermento;

preservação de nutrientes, vitaminas, açúcares, fosfatos, sais minerais e

aminoácidos livres, necessários ao metabolismo das leveduras;

minimização de contaminantes microbianos, os quais competem com as

leveduras pelo substrato e podem produzir metabólitos tóxicos a estas,

diminuindo a eficiência e a viabilidade do fermento.

1.4.1 Condução do tratamento

O tratamento do caldo para produção de álcool envolve: peneiramento,

calagem, aquecimento, decantação, concentração e resfriamento. Considera-se que

a lavagem da cana é responsável pela remoção de grande parte das impurezas

grosseiras, sendo que essa eficiência depende não só do volume de água, mas

15

também da qualidade da aplicação, do tipo de mesa instalada e das condições de

solo e clima durante o carregamento.

O caldo peneirado é adicionado Cal. A função da cal é neutralizar os ácidos

livres presentes, para que não invertam a sacarose quando se aplica calor. 

O aquecimento esteriliza o caldo, eliminando certas bactérias. 

Este aquecimento não deverá ser inferior a 90 ºC. Nem superior a 105 ºC. Sob pena

de sofrerem perturbações desfavoráveis na composição do líquido em tratamento. 

O caldo peneirado caleado e aquecido vai para o decantador ou clarificador. O

objetivo desta etapa do tratamento é evitar impurezas, como terra, fragmentos de

bagacilhos e outros elementos estranhos que venham perturbar a fermentação. 

Depois desta etapa o caldo de cana denomina de mosto o qual é enviado para

o processo de fermentação.

16

Figura 03: fluxograma do processo produção de açúcar e álcool

2.1 Leveduras

Levedura é um microorganismo que se enquadra no reino Fungi, isto é, reino

dos fungos. Empenha grande importância ao fornecer enzimas que transformam a

sacarose em etanol. Existem vários tipos de leveduras, mas a que mais se destaca é

a Saccharomyces cerevisiae devido a preferência usual das industrias

sucroalcooleiras.

17

O melaço na presença do levedo Saccharomyces cerevisiae, fornece

enzimas, como a invertase e a zimase, que catalisam a hidrólise da sacarose.

Vejamos: 

A sacarose, na presença de ácidos minerais sofre hidrolise. A hidrólise

da sacarose é denominada inversão da sacarose.

O Saccharomyces cerevisiae forma outra enzima, que catalisa a

transformação dos dois isômeros em álcool etílico e é conhecida como

zimase.

O processo de glicólise, comum as fermentações, produz ácido

pirúvico, que no meio celular encontra-se ionizado na forma de piruvato e um

intermediário reduzido, o NADH. Como a quantidade de NADH é limitada e

ele é necessário na sua forma oxidada (NAD+) na glicólise e,

conseqüentemente, na continuação do processo de produção de energia, o

NADH tem que ser oxidado. A forma como ele será oxidado caracteriza o tipo

de fermentação, e quase sempre utiliza o outro subproduto da glicólise: o

piruvato e seus derivados.

Na fermentação alcoólica, o piruvato sofre descarboxilação (perda de

um átomo de carbono, na forma de CO2), pela ação de uma enzima

(piruvato descarboxilase), formando aldeído acético. Este aldeído sofre

18

redução, oxidando o NADH para NAD+ e formando o etanol, processos

intermediados pela enzima álcool desidrogenase.

Além da levedura citada anteriormente, há outras espécies como:

Cândida Utilis, utilizada na indústria celulósica, Saccharomyces Fragilis, que é

cultivada em cereais, entre outras.

2.2Fisiologia das leveduras

As leveduras foram os primeiros microorganismos capazes de crescer na

ausência do oxigênio. Com esse fato observou-se que na ausência do oxigênio o

açúcar é convertido em álcool e dióxido de carbono (CO2).

As leveduras necessitam dos mesmos elementos químicos que outras formas

de vida, como por exemplo: carbono, nitrogênio, hidrogênio, fósforo, potássio, ferro,

zinco e etc.

O carbono é obtido dos açucares, ácidos orgânicos, aldeídos e glicerol. O

nitrogênio é obtido dos produtos de hidrólise de proteínas e de compostos

nitrogenados tais como: peptona, aminoácidos, amônia, uréia e etc. As leveduras

necessitam de vitaminas para o seu crescimento.

Figura 04: Saccharomyces Cerevisiae19

2.3 Tamanho das leveduras

A Saccharomyces Cerevisiae é esférica e tem de 2 a 8 mícron de diâmetro e 3 a

15 mícron de comprimento(figura 02).

2.4Reprodução das leveduras

As leveduras se reproduzem por brotamento. A partir do momento em que o

broto possuir o tamanho aproximado da célula mãe, o broto se separa, originando

outras células.

Alguns gêneros e espécies se dividem por cissiparidade semelhante às

bactérias. Encontramos algumas leveduras que foram blastosporos, pequenos

esporos formados na extremidade de um esterigma, ou ainda artrósporos, formado

pela fissão de uma célula em vários pontos.

Reprodução Sexuada: As leveduras se reproduzem assexuadamente por

esporos endógenos (Ascoporos), contido no interior da célula - mãe, agora

transformada em asca. Os ascósporos são geralmente em número de 4 a 8,

variando de acordo coma espécie envolvida: são esférico em Saccharomyces

cerevisiae, anelados ( anel de Saturno ) em Hansenula saturnus alongadas com

flagelos em nematospora, etc.

Figura 05: Reprodução sexuada

2.5 Bactérias

São organismos unicelulares que se reproduzem rapidamente, são muito

mais resistentes à variação de temperatura e pH que as leveduras na produção do

álcool. São microorganismos indesejáveis na matéria-prima e no processo de

fermentação, pois são responsáveis pelo fracasso da fermentação ou mesmo

contaminação e pela formação de outros produtos (exemplos: bactéria do gênero

20

ACETOBACTER, LACTOBACILLUS, STREPTOCOCCUS, LEUCONOSTOC, etc.).

Elas podem gerar o ácido lático, ácido butírico, ácido acético, ácido fórmico e

também alguns resíduos gelatinosos como os polímeros – denominado goma-

dextrana.

Figura 06a: Bactérias Figura 06 b: bactérias

2.6 processo fermentativo

Os processos de fermentação já eram utilizados pelo homem há cerca de dez

mil anos. Muitas bebidas eram fabricadas pelos antigos egípcios, germanos e

israelitas. Embora as bebidas alcoólicas sejam diferenciadas por suas propriedades,

tais como suas matérias primas e diferentes teores alcoólicos, todas elas têm uma

origem básica comum, isto é, todas derivam de um processo bioquímico

denominado fermentação alcoólica. A fermentação alcoólica é um tipo de reação

química realizada pela ação de microorganismos (leveduras) sobre os açúcares,

produzindo etanol e gás carbônico.

Figura 07: forma molecular do etanol21

A transformação da matéria-prima em álcool é efetuada por microrganismos,

usualmente leveduras da espécie Saccharomyces cereviseae, por meio da

fermentação alcoólica. Para que a fermentação tenha sucesso, dentro de

especificações técnicas, é muito importante que se misture ao mosto uma

quantidade de leveduras capaz de converter os açúcares em álcool e gás carbônico,

dentro de determinadas condições. Este conjunto de microrganismos recebe o nome

de pé-de-cuba ou simplesmente fermento.

As leveduras utilizadas na indústria do álcool devem apresentar certas

características, como: velocidade de fermentação; tolerância ao álcool; rendimento;

resistência e estabilidade. A velocidade de fermentação é determinada pela

quantidade de açúcar fermentado por uma quantidade de leveduras durante certo

tempo.

O ganho em produtividade por meio de fermentações rápidas aumenta a

produção diária e reduz, conseqüentemente, o custo de produção e o risco de

contaminação por microrganismos prejudiciais.  O rendimento, ou seja, a relação

entre açúcar consumido e álcool produzido, deve ser elevado, sendo essa condição

essencial para uma levedura industrial.

2.7Preparo do mosto

Os mostos preparados industrialmente devem ser inoculados com as

leveduras, que são os microrganismos responsáveis pela fermentação alcoólica.

Para que as fermentações tenham uma condução satisfatória, é necessário que se

adicione aos mostos uma quantidade compatível de microrganismos capazes de

transformar rapidamente os açúcares em álcool e gás carbônico.

Os fermentos ou pés-de-cuba são o inóculo inicial. Na maioria das destilarias

brasileiras é empregado como inóculo inicial o fermento desidratado, dada a

possibilidade de compra da quantidade inicialmente necessária, evitando-se a

operação de multiplicação e seus riscos. Esse tipo de inoculação é chamado de

partida direta, pois não é necessária a multiplicação dos fermentos. No caso da

utilização de cultura pura, é requerido da indústria um melhor nível tecnológico, pois

a partir de pequenas quantidades de levedura seca viva ou acondicionada em tubos

de cultura, deve-se produzir a quantidade inicial necessária.

22

Mosto é um líquido açucarado que pode ser fermentado. Para o preparo dos

mostos devem ser tomados alguns cuidados no tocante à concentração de açúcares

totais e sua relação com sólidos solúveis, acidez total e pH. Em alguns casos pode

ser necessária a suplementação de nutrientes, adição de anti-sépticos e aumento da

temperatura para se obter rendimentos satisfatórios.

O preparo do mosto de melaço é simples, já que se constitui em uma

correção dos açúcares totais por meio de diluição. O pH tem papel importante na

fermentação, sendo que para favorecer o desenvolvimento das leveduras deve

estar na faixa entre 4,5 e cinco.

O uso de anti-sépticos tem o objetivo de controlar os contaminantes, sendo

que o ácido sulfúrico tem se mostrado o melhor controlador das contaminações. As

leveduras desempenham melhor sua atividade à temperatura de 32 a 34º C

(Celsius).

De acordo com a operação de tratamento do caldo, o caldo bruto deve sofrer

um tratamento térmico, ou seja, um aquecimento de até105º C, visando a eliminação

dos microrganismos contaminantes, de maneira a reduzir a formação de espumas

durante o processo fermentativo. Após o aquecimento, o caldo bruto tem suas

impurezas removidas por decantação e resfriamento até a temperatura de 30º C

antes da fermentação.

2.8 Condução da fermentação

Uma vez preparados o fermento e o mosto, ambos serão misturados nas

dornas de fermentação, momento em que as leveduras transformarão os açúcares

em gás carbônico e álcool, sendo este último o objetivo desse processo industrial. A

adição do mosto ao fermento deverá ser realizada de modo contínuo, sendo que a

quantidade será controlada através da concentração da mistura.

2.9 Fases da fermentação alcoólica

O processo industrial de fermentação alcoólica pode ser dividido em três

fases: fermentação preliminar ou pré-fermentação, fermentação principal ou

tumultuosa e fermentação complementar ou pós-fermentação.

A fermentação preliminar inicia-se com a adição do mosto ao levedo. Quando

o inóculo é pequeno, esta fase caracteriza-se pela multiplicação das leveduras, com

conseqüente consumo de açúcares e lenta produção de álcool. Portanto, deve-se

23

utilizar uma quantidade maior de leveduras de rápida multiplicação, já que o

processo de produção de álcool requer alta produtividade. Ocorrendo o aumento da

produção de álcool, evidenciado pela produção de gás carbônico, tem-se o final

desta fase e o início da fase de fermentação principal ou tumultuosa.

As principais características da fase de fermentação principal são: intensa

produção de álcool e liberação de CO2; aumento da temperatura, a qual deve ser

controlada por resfriamento; progressivo aumento de espumas e elevação da acidez

do mosto. A fermentação principal cessa quando diminui a liberação de gás e,

consequentemente, a turbulência característica do mosto.

Na pós-fermentação verifica-se a diminuição da temperatura do vinho,

elevação da acidez e a diminuição da atividade de fermentação da levedura pela

ação do acúmulo de determinadas substâncias, do esgotamento dos carboidratos e

das toxinas dos contaminantes.

2.1.0 Processos industriais de condução da fermentação

As fermentações industriais podem ser classificadas de acordo com os tipos

de alimentação das dornas e desenvolvimento da fermentação, em processos

contínuos e descontínuos (batelada).

Processos descontínuos são os intermitentes, denominados batelada simples

ou batelada alimentada. Na batelada simples, a fermentação só tem início após o

preenchimento do fermentador, momento em que se mistura o mosto com o

fermento. Isto só é possível em condições de pequenas quantidades de mosto, não

sendo viável para a indústria alcooleira, tendo uso restrito para fermentações

laboratoriais e farmacêuticas. Já na batelada alimentada, mistura-se o mosto ao

fermento conforme a dorna vai sendo abastecida. Trata-se de um método mais

produtivo e expõe as leveduras a menores riscos de se tornarem inativas que no

processo de batelada simples.

Em relação aos processos contínuos, os primeiros sistemas foram os de

dornas ligadas em série, com quantidade e tamanhos variados, em cascata, em que

as primeiras dornas continham cerca de 70% do volume total em fermentação. Com

a evolução dos processos da fermentação, ocorre uma otimização dos mesmos com

redução dos volumes e do tempo de fermentação com aumentos na produção. O

24

processo ainda é em cascata, com melhoramento nos sistemas de agitação e com

diferenciado traçado geométrico das dornas.

Algumas vantagens observadas na condução dos processos contínuos são:

maior produtividade;

menor volume de equipamentos em geral;

amplas possibilidades de total automação e uso da informática;

redução do consumo de insumos, de uma maneira geral.

2.1.1 Recuperação do fermento

A recuperação de células de levedura para sua reciclagem no processo

fermentativo é feito por decantação, característica de pequenas instalações

produtoras de aguardente, ou por centrifugação (processo Melle-Boinot).

A decantação consiste na espera da precipitação natural das leveduras após

a fermentação. Já o processo de Melle-Boinot é caracterizado pela recuperação do

fermento por meio da centrifugação. Assim que os açúcares se esgotam do mosto

em fermentação, o vinho é bombeado da dorna para a centrífuga separadora, onde

ocorre a separação: de um lado o leite de levedura e, do outro, o vinho

delevedurado.

25

Figura 08: fluxograma setor de fermentação

2.1.2 Fatores que influenciam a fermentação:

Se não forem tomados cuidados mínimos quanto à qualidade da matéria-

prima, pureza do fermento, controle de pH e da temperatura, limpeza dos

equipamentos, entre outras, pode ocorrer o desenvolvimento de microrganismos

como bactérias, que produzem fermentações indesejáveis, das quais resultam

substâncias estranhas à fermentação alcoólica. Estas fermentações levam à

diminuição do rendimento da produção de álcool, além de produzirem substâncias

indesejáveis.

Algumas medidas para evitar a ocorrência de infecções são:

Matéria-prima de qualidade;

Correto TR

atamento do caldo e preparo do mosto;

26

Quantidade e qualidade adequadas do fermento;

Condução controlada da fermentação;

Uso correto de anti-sépticos e antibióticos.

Dentre vários fatores que afetam a fermentação citamos os mais importantes:

2.1.3Leveduras contaminantes

As leveduras contaminantes, também conhecidas como leveduras selvagens,

trazem problemas graves para a fermentação, estando presentes no caldo da cana,

água, mel, xarope, etc. Essas leveduras tendem a ter uma produção menor de

álcool, e um tempo maior de fermentação, e produzir mais espuma. Para evitar por

essas leveduras selvagens, temos que obter um controle de limpeza do caldo em

todo o processo para que chegue isento de impurezas.

Devemos também regular a temperatura de aquecimento do caldo acima de 105 ºC;

Controlar a temperatura da fermentação entre 32 e 35 ºC.

2.1.4 pH

As levedura apresentam melhor crescimento em meio ácido, com um pH

entre 4,5 a 5,0 do vinho, já para o tratamento do fermento o pH não pode ser muito

baixo, mas deve estar entre 2,5 a 2,8. Em pH inferior a 2,5 as leveduras perdem sua

viabilidade.

27

Figura 09: phmetro

2.1.5 Viabilidade

Viabilidade é a porcentagem de fermento vivo no processo, ela tem que ser

mantida e a quantidade de fermento nas dornas, isso depende da temperatura do

mosto, e da fermentação. A faixa ideal para se trabalhar é com a viabilidade acima

de 85%.

Isso significa que em um grupo de 100 leveduras 85 estão vivas produzindo álcool.

Obs.: quanto mais baixa for à porcentagem de viabilidade, o processo de

fermentação ocorrerá mais lentamente. Portanto, menor será a quantidade de álcool

produzida.

2.1.6 Temperatura do mosto

Se a temperatura é baixa, isto é, inferior a 27º C, o fermento torna-se ineficaz,

ou seja, o fermento ira perder sua eficiência diminuindo a produção de álcool.

Também essa temperatura não pode ser superior a 35ºC porque a elevada

28

temperatura pode danificar a levedura diminuindo seu índice de viabilidade, e

aumentando o índice de infecção.

2.1.7 Controle de temperatura

Este controle de temperatura é feito através de trocadores de calor, o mais

comum usado nas usinas de açúcar e álcool é o chamado trocador de calor a placa.

É o dispositivo usado para realizar o processo da troca térmica entre dois fluidos em

diferentes temperaturas.

Figura 10 a: trocadores de calor fechado figura 10 b: trocador de calor aberto

Após o termino da fermentação (quando não tiver mais açucares para as

leveduras comer), o vinho que ser centrifugado o mais rápido possível, para o levedo

ser separado do vinho. As leveduras não podem ficar muito tempo em um vinho com

teor alcoólico alto, pois o álcool acaba sendo tóxico e matando os brotamentos das

leveduras.

2.1.8 Teor alcoólico

É a porcentagem de álcool em uma determinada solução. O teor alcoólico

ideal para a fermentação é entre 9 e 10%, isto depende do Brix do mosto

(quantidade de sólidos solúveis presente no mosto).

2.1.9 Controle microbiológico

O nível de contaminação por bactérias e leveduras selvagens, não podem

ocorrer jamais.29

As leveduras selvagens são mais resistentes que as leveduras normais, elas

agüentam um pH mais baixo no seu tratamento, resiste a temperaturas na

fermentação acima de 45ºC, e suporta Brix acima de 20%, se multiplicando mais

rápido que as leveduras Saccharomyces cerevisiae, ou seja, a contaminação por

tais leveduras é um desastre para a fermentação.

A infecção por bactérias é feita desde a queima da cana (tempo de queimada

- quanto maior for o tempo, mais alta será a infecção) até a chegada do caldo a

destilaria, por isso, é preciso fazer uma limpeza constante equipamentos utilizados

no processo, para obter maior eficiência no controle de infecção. Este controle é

feito através de dosagens de antibióticos.

2.2.0 Vinho

Após fermentação, os meios açucarados passam a denominar-se vinhos com

uma constituição variável, mas encerrando sempre substâncias gasosas, sólidas e

líquidas. As primeiras representam-se principalmente pelo dióxido de carbono, que

se dissolve em pequena proporção. Os sólidos se fazem presentes pelas células de

leveduras alcoólicas, de bactérias contaminantes, sais minerais, açúcares não-

fermentados e impurezas sólidas em suspensão.

Os líquidos mais importantes são a água e o etanol, em porcentagens que

variam de 8 a 93% e 7 a 12%, respectivamente, nos vinhos comuns.

2.2.1 Centrifugas de fermento

O vinho é bombeado para os filtros situados acima das centrifugas

separadoras alimentando-as sob certa pressão (entre 2,5 a 3 Kg).

As centrifugas têm como finalidade a separação dos dois produtos. O

fermento é separado para um tanque de tratamento denominado cubas que após ser

tratado refaz o mesmo processo da fermentação.

Já o vinho delevedurado (sem existência de leveduras) é enviado para um

tanque de armazenamento chamado de dorna volante e em seguida será destilado.

30

Figura 11: centrifuga de fermento

2.2.2 Destilação

O vinho resultante da fermentação do mosto possui uma composição

complexa, com elementos de natureza líquida, sólida e gasosa. Em relação à

volatilidade, as substâncias componentes do vinho podem ser dispostas em dois

grupos: voláteis e fixas. As substâncias voláteis são representadas pelo álcool

etílico, água, álcoois superiores, entre outros. O extrato do mosto, células de

leveduras e bactérias constituem as substâncias sólidas e, conseqüentemente,

fixas. 

Figura 12: Destilaria de álcool.

Para separar o álcool dos demais componentes do vinho, empregam-se

várias destilações especiais, que são baseadas na diferença do ponto de ebulição

das substâncias voláteis. A primeira operação de destilação é a purificação do vinho

(também chamada de depuração), com a eliminação parcial de impurezas

(compostos) como aldeídos e ésteres. Esta operação é realizada na coluna de

31

depuração, de onde resultam o vinho depurado e uma fração denominada álcool

bruto, de segunda.

O vinho depurado é, em seguida, submetido a uma nova destilação, em uma

coluna de destilação ou de esgotamento, de onde resultam duas frações: o flegma -

produto principal da destilação constituído por uma mistura impura de água e álcool -

e a vinhaça - resíduo aquoso de destilação do vinho, no qual se acumulam as

substâncias fixas do vinho e parte das voláteis.

O flegma é, então, submetido à operação de retificação para separação dos

álcoois superiores e concentração do destilado até o grau alcoólico do álcool

hidratado (97%). Para o álcool hidratado ser concentrado a álcool anidro, é

necessária uma etapa de desidratação, realizada por destilação com agente

desidratador (ciclohexano) ou por peneira molecular.

2.2.3 Propriedades fisico-quimica do etanol

Tabela 01: propriedades fisico-quimica do etanol

propriedades fisico-quimica do etanol

Formula química C2H6O

Peso molecular 46,07 g/mol

Aparência LÍquido incolor

Ponto de fusão -114ºC

Ponto de ebulição 78,4ºC

Pressão de vapor 58,7 hPa

Densidade 0,789 g/cm³

Viscosidade 1,19 cP (20ºC)

Solubilidade Em água, cetona, éter, gasolina

3. CONCLUSÃO

Concluímos que para um bom desempenho na produção de etanol é preciso

um tratamento adequado das leveduras adicionando-se nutrientes para maior

produtividade. Uma boa limpeza nos equipamentos é fundamental para evitar

bactérias contaminantes do processo. Por medidas de precaução é de suma

32

importância uma eficiente dosagem de antibióticos a fim de eliminar todos os seres

prejudiciais a fermentação.

Para manter uma estabilidade adequada durante a fermentação alcoólica

deve se utilizar fermentos que garantem uma boa produção em escala relacionada

aos aspectos quantitativos e qualitativos obtendo um produto final (etanol) com

maior eficiência.

E assim o etanol tem sido considerado como um combustível alternativo para

diminuir problemas ambientais e energéticos no mundo, em razão da escassez e

alta dos preços dos combustíveis fósseis, e da poluição causada por estes.

4. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

www.unica.com.br

http://www.usinagre.com.br/v3/pt/?act=products&prod=alc

 http://Www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/cana-de-acucar/arvore/

CONTAG01_106_22122006154841.html

33

http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/cana-de-acucar/arvore/

CONTAG01_105_22122006154841.html

http://www.alcopar.org.br/produtos/alcool.htm

http://www.alcopar.org.br/produtos/cana.htm

http://www.udop.com.br/index.php?item=noticias&cod=29960

http://www.ebah.com.br/content/ABAAABeGAAK/producao-industrial-etanol-a-

partir-fermentacao-cana-acucar

http://www.colegioweb.com.br/quimica/fermentacao-alcoolica-a-partir-do-

melaco.html

http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc10/exper1.pdf

http://www.qmc.ufsc.br/qmcweb/artigos/vinho/processos.html

http://sistemasdeproducao.cnptia.embrapa.br/FontesHTML/Vinho/SistemaPro

ducaoVinhoTinto/fermentacao.htm

http://portaldoprofessor.mec.gov.br/fichaTecnicaAula.html?aula=20851

http://www.colegioweb.com.br/quimica/fermentacao-alcoolica-a-partir-do-

melaco.html

http://serv-bib.fcfar.unesp.br/seer/index.php/alimentos/article/viewFile/

1003/796

www.seag.es.gov.br

www.agrobyte.com.br

www.siamig1.com.br

www.cnpgc.embrapa.br

34

35