UNIVERSIDADE CATÓLICA DE GOIÁS DEPARTAMENTO DE MATEMÁTICA E FÍSICA

ENGENHARIA DE ALIMENTOS

PRODUÇÃO DE ÁLCOOL (ETANOL)

Viviane Maria Batista

Orientador:Profª MSc Valéria Ribeiro Maitan

Trabalho de conclusão de curso apresentado à Universidade Católica de Goiás “UCG”, para obtenção do título de graduado em Engenharia de Alimentos.

GOIÂNIA Goiás – Brasil

Dezembro - 2003

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BANCA EXAMINADORA

APROVADO EM ____/____/______

_______________________________________Prof. MSc Valéria Ribeiro Maitan

(ORIENTADOR)

_______________________________________Prof. Dr. Marçal Antônio Ruggiero

(MEMBRO)

_______________________________________ Prof. MSc Maria Ximena Vázquez F. Lima

(MEMBRO)

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho aos meus pais, Cláudio e Vilma , e aos meus

irmãos Flávio e Fausto, pelo incentivo e confiança e aos meus primos e

colegas pela amizade e pela força nos momentos difíceis.

AGRADECIMENTOS

Agradeço o Sr. Alejandro Ariel Almiron, Engenheiro de Alimentos ,

Gerente de produção de Cerveja da Companhia de Bebidas das Américas

(AMBEV) filial CEBRASA, pela oportunidade de realização do estágio, e ao

Staff, Engenheiro Químico, Fabiani José de Oliveira, pelos ensinamentos,

paciência e compreensão durante a ocorrência do estágio.

A professora e orientadora Valéria Maitan, agradeço pelos

ensinamentos, amizade e incentivo durante a elaboração desse trabalho e

durante os anos de convivência acadêmica.

Aos meus pais, Cláudio Batista dos Santos e Vilma Maria Batista e

aos meus irmãos, Flavio Batista dos Santos e Fausto Batista dos Santos pelos

incentivos durante os momentos dificuldade.

Aos colegas de graduação pela convivência, companheirismo e

auxílio mútuo durante estes 5 anos de convívio.

À Juliana Gomes, Dalita Dutckievcz, Michelle Mendes, Raphaela

Ribeiro Pinto e Cristiane Martins por compartilhar dos meus momentos de

alegria, incentivar-me nos momentos de dificuldade e pela amizade durante

nossos anos de convivência.

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SUMÁRIO

1 - INTRODUÇÃO....................................................................................................1

2- REVISÃO DE LITERATURA.........................................................................3

2.1 - HISTÓRICO E ASPECTOS MERCADOLÓGICOS.....................................3 2.2 -USO DO ALCOOL..............................................................................................7 2.3 -VIAS DE OBTENÇÃO DE ÁLCOOL...............................................................8 2.4 -CLASSIFICAÇÃO DO ALCOOL.......................................................................9 2.5 -CARACTERIZAÇÃO FÍSICO-QUÍMICA DO ÁLCOOL ...............................10 2.6 -PROCESSAMENTO DE ÁLCOOL ................................................................11

2.6.1- ETAPA UPSTREAM.................................................................................12 2.6.1.1 – Matérias-primas...............................................................................12 2.6.1.2 - Preparo do substrato ......................................................................16 2.6.1.3 -Correção de mosto ............................................................................18 2.6.1.4 -Preparo do inóculo............................................................................20

2.6.2 – FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA............................................................23 2.6.2.1 – Histórico ............................................................................................23 2.6.2.2 -Microrganismos utilizados na fermentação alcoólica..................25 2.6.2.3 -Bioquímica da fermentação.............................................................28 2.6.2.4 -Fatores que afetam a fermentação ................................................30 2.6.2.5 -Verificação prática da pureza das fermentações .........................36 2.6.2.6 -Sistemas de fermentação ................................................................38 2.6.2.7 –Salas e recipientes de fermentação .............................................44

2.7 -ETAPA DOWSTREAM....................................................................................45 2.7.1 –DESTILAÇÃO...........................................................................................45 2.7.2 –RETIFICAÇÃO.........................................................................................50

2.8- MICRORGANISMOS CONTAMINANTES NO PROCESSO DE PROCESSAMENTO DE ÁLCOOL........................................................................51 2.9- INFORMAÇÕES DA EMPRESA...............................................................................56

3- CONCLUSÃO.....................................................................................................57

4- REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS........................................................58

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LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Evolução da produção de álcool..........................................................6

Tabela 2: Características físico-químicas do álcool...........................................10

Tabela 3: Concentração de nutrientes minerais no mosto para se obter

adequada fermentação alcoólica.......................................................................34

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LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Esquema de Preparo do Inóculo........................................................23

Figura 2: Reação geral do processo de fermentação........................................28

Figura 3: Seqüência das reações enzimáticas pela fermentação alcoólica de

carboidratos endógenos ou exógenos, conduzida por Saccharomyces............29

Figura 4: Esquemas de instalações de fermentação por processo contínuo....42

Figura 5: Esquema de colunas de destilação de alto e baixo grau...................47

Figura 6: Esquema dos gomos e pratos de uma coluna...................................49

PRODUÇÃO DE ÁLCOOL

Autor: Viviane Maria Batista

Orientadora:Profª MSc Valéria Ribeiro Maitan

RESUMO Esta revisão bibliográfica apresenta o processo da produção de álcool utilizado normalmente na maioria das destilarias do Brasil fazendo um apanhado geral sobre o processo de produção, os parâmetros verificados (pH, temperatura, concentração de substratos, presença de inibidores e antibiótico), os microrganismos utilizados para a fermentação alcoólica, os possíveis contaminantes e a possibilidade de utilizar diferentes tipos de processos como contínuo e descontínuo. Foram enfocados o histórico, os aspectos mercadológicos, o uso, as vias de obtenção, a classificação e a caracterização física-química do álcool. No processamento do álcool foram abordados temas como as matérias primas que podem se utilizadas, o preparo adequado do mosto e do inóculo, assim como correções necessárias para que a fermentação ocorra adequadamente. Durante a fermentação foi discutido o histórico da mesma, os microrganismos e a bioquímica envolvida, os fatores que afetam a obtenção do produto, os sistemas empregados, assim como as salas e os recipientes para que ocorra uma produção otimizada de álcool. Após a obtenção do vinho, foram abordadas as formas de obtenção e purificação do álcool por destilação e retificação. Além disso, foram apresentados os principais microrganismos contaminantes, assim como as conseqüências desta contaminação. Observou-se que a produção de álcool pode ser feita através da utilização de diferentes tecnologias e que o controle de certos parâmetros são vitais para um rendimento e produtividade satisfatórios.

1 INTRODUÇÃO

O álcool é um produto obtido principalmente por fermentação

alcoólica através da levedura Saccharomyces cerevisiae. Tem aplicações em

diversos setores como de bebidas, médico-laboratorial, sendo mais utilizado

como combustível para automóveis.

Com a crise internacional do petróleo deflagrada em 1974,

buscaram-se alternativas de fontes de energia, escolhendo-se o etanol, por ser

considerado substituto adequado para a gasolina; por existirem no país

indústrias com potencial para a produção de álcool em grande escala; pela

facilidade de ampliação da área de cultivo da cana-de-açúcar; o principal

substrato para a fermentação; e também, por ser fonte renovável de energia

menos poluente que outros combustíveis. Para estabelecer as bases e o

desenvolvimento da produção de etanol em escala comercial, criou-se, com o

apoio do governo, o Programa Nacional do Álcool (ProÁlcool), que se

desenvolveu rapidamente, levando ao crescimento do setor sucroalcooleiro

(30). Este crescimento decaiu na década de 90, e posteriormente com o

governo do presidente Fernando Collor de Melo extinguiu o programa.

Atualmente tem reascendido o crescimento na produção, em particular em

2003 com a criação do automóvel bicombustível.

O álcool obtido por via fermentativa, passa por etapas que envolvem

desde o preparo do substrato, a fermentação até a destilação (2).

O preparo do substrato é o tratamento da matéria prima para dela se

extraírem os açúcares fermentescíveis e difere para as distintas matérias

primas (2).

2

A fermentação é processo comum a todos os substratos, cujo

princípio é a transformação dos açúcares em etanol e dióxido de carbono (2).

Na destilação, recupera-se o etanol, geralmente em duas operações.

Uma para separar o substrato fermentado, uma mistura hidroalcoólica

impurificada com aldeídos, ésteres, álcoois superiores, ácidos orgânicos.

Outra, para separar as impurezas do etanol (2).

Embora a fermentação alcoólica industrial seja um processo rústico

que certas vezes se processa mesmo em condições tecnicamente adversas,

pode ter seu rendimento econômico prejudicado através de contaminações que

se apresentam com freqüência e portanto, todo o processo deve ser

monitorado para se evitar ou suprimir essas contaminações.

Devido à importância do álcool no cenário nacional, aliado a

importância da forma de sua obtenção foi feita esta revisão bibliográfica que

visa mostrar as tecnologias empregadas na sua obtenção e outros parâmetros

relevantes de sua produção.

3

2 REVISÃO DE LITERATURA

2.1 HISTÓRICO E ASPECTOS MERCADOLÓGICOS

Durante milhões de anos o etanol tem sido produzido para o

consumo humano, além de bebidas alcoólicas concentradas mediante

destilação. O álcool para uso como matéria-prima química é produzido por

fermentação desde o início da microbiologia industrial. No entanto, pôde

também ser obtido durante muitos anos através de procedimentos químicos,

como na hidratação catalítica do etileno (6).

No Brasil, as indústrias de açúcar e de álcool estiveram sempre

intimamente ligadas, desde o tempo do descobrimento. Deduz-se que a

produção de álcool iniciou na Capitania de São Vicente, porque nela foi

montado o primeiro engenho de açúcar do País, após a vinda das primeiras

mudas de cana-de-açúcar, trazidas da ilha da Madeira em 1532. Certamente,

transformava-se o melaço residual da fabricação do açúcar em cachaça e,

diretamente da garapa fermentada produzia-se a aguardente. Por séculos, as

bebidas destiladas foram o único álcool produzido. A indústria de álcool

industrial desenvolveu-se na Europa, em meados do século 19; no último

quarto desse século iniciou-se a produção de etanol no Brasil, com as sobras

de melaço da indústria de açúcar, que ampliava sua capacidade produtiva (1).

Em 1929 a grande crise internacional colocou em xeque as

economias de todos os países e, no Brasil, a indústria açucareira não ficou a

salvo. Sobrava açúcar e cana e faltavam divisas para a aquisição de

4

combustível líquido. A primeira destilaria de álcool anidro foi instalada e o

Governo Federal, em 1931, estabeleceu a obrigatoriedade da mistura de 5% de

etanol à gasolina (Decreto 19.717), como medida de economia na importação

de combustível e para amparar a lavoura canavieira. Por muitos anos não

houve álcool suficiente para misturar a todo o combustível consumido. Durante

a guerra de 1939 a 1945, faltou gasolina e fez-se necessário substituí-lo por

gasogênio ou álcool. Terminada a guerra, voltou a importação de gasolina e o

combustível alternativo perdeu sua importância. Entretanto, continuou-se a

misturar o etanol à gasolina em larga escala (1).

O Proálcool, um marco dessa evolução foi implantado no final da

década de 70, dirigido por uma política energética clara e de objetivos

definidos, que possibilitou ao país, uma evolução técnica deste setor, no qual

todos os estágios da tecnologia e da produção industrial são dominados (25).

Isso ocorreu devido a crise internacional do petróleo que se

deflagrou em 1974, fazendo com que se iniciasse, no Brasil, uma nova fase na

produção de álcool. Na busca de alternativas para combustível líquido, o álcool

adquiriu uma importância sem paralelo. Dos 700 milhões de litros por ano, em

pouco tempo a indústria passou a produzir 15 bilhões de litros, para abastecer

uma frota de mais de 4 milhões de automóveis, que se movem com álcool puro

e também, para misturar-se com a gasolina usada no País. Com a utilização

desse combustível alternativo, ampliou-se o parque canavieiro, fez-se a

modernização das destilarias, a instalação de unidades autônomas, a criação

de grande número de empregos diretos e indiretos e uma rápida e importante

evolução na construção de motores para esse combustível. O plano de

desenvolvimento da produção de álcool no Brasil, denominado de Proálcool,

não foi uma solução improvisada para a crise de combustíveis; não foi mais do

que a continuidade e evolução de um programa de uso do álcool como

combustível, iniciado em 1931 (1).

A iniciativa da implantação por parte do Estado de um programa de

prevenção de crise no setor açucareiro partiu em junho de 1975 dos Ministérios

da Indústria e do Comércio e de Minas e Energia. No centro da proposta

5

conjunta está a proteção do setor açucareiro de novas quedas nos preços, a

manutenção da ocupação da mão-de-obra no campo e a utilização produtiva

dos altos investimentos de expansão e da correspondente produção de

equipamentos. Os aspectos de política energética ainda desempenhavam um

papel secundário, na medida em que o álcool de cana só deveria ser produzido

para ser adicionado à gasolina em maior escala quando os preços do açúcar

estivessem baixos. O objetivo da proposta era, portanto, em primeiro lugar o

aproveitamento da capacidade produtiva existente, ou seja, das destilarias, dos

equipamentos para a produção de álcool, cuja capacidade produtiva estava

sendo aproveitada em apenas 50%, e dos equipamentos para a produção de

açúcar através da construção de instalações anexas para a produção de álcool

(23).

Em 1982, aproximadamente 30% das importações de petróleo no

Brasil, foram substituídos com álcool produzido a partir de cana-de-açúcar (23).

Com o abaixamento do preço do petróleo no mercado internacional,

perdeu-se o interesse político pela sua produção (1).

Recentemente, tem sido voltada a atenção para a produção de

álcool por fermentação visando a utilização em química fina e como

combustível (6).

Com a implantação do proálcool o Brasil aumentou a capacidade

dos equipamentos e dos rendimentos, possibilitou maior aproveitamento de

produtos e subprodutos da cana-de-açúcar, além do fato da usina de açúcar e

álcool ganhar a definição de uma unidade produtora de energia e alimentos,

sendo que existem usinas que já oferecem produtos como: grãos, sementes de

soja, açúcar, açúcar líquido, álcool hidratado, álcool anidro, óleo fúsel, bagaço,

metano, eletricidade (25).

O setor sucroalcooeiro viveu em 1998 um ano tumultuado de sua

história. Começou a safra carregando estoques de álcool, da ordem de 2

bilhões de litros, concentrados em São Paulo, considerado o maior produtor do

6

país e contando com o maior número de destilarias modernas. O tumulto

aumentou quando o governo adiou até o mês de novembro a liberação dos

preços do álcool hidratado e da cana, antes prevista para maio desse mesmo

ano. Isso ocorreu depois de várias usinas, na iminência da desregularização do

mercado, terem contratado a venda de álcool com as distribuidoras, para

entrega futura, a preços inferiores aos de tabela que estava em vigor (18).

Apesar dos problemas, observou-se que a produção de álcool

aumentou de 11,91 bilhões de litros em 1989 para 15,30 bilhões em 1998,

como mostra a tabela 1.

Tabela 1: Evolução da produção de álcool (bilhões de litros). Álcool 1989/90 1990/91 1991/92 1992/93 1993/94 1994/95 1995/96 1996/97 1997/98

Centro-Oeste 9,90 9,70 10,96 10,06 10,40 11,15 10,85 12,10 13,26

Norte/Nordeste 2,01 1,80 1,74 1,63 0,90 1,55 1,73 2,20 2,04

Total 11,91 11,50 12,70 11,69 11,30 12,70 12,58 14,30 15,30

Fonte: Revista globo rural, 1998 (18).

No final dos anos 80 e na década de 90 a indústria de álcool

enfrentou sérios problemas para sobreviver. Nos últimos 10 anos o preço do

petróleo tem-se mantido relativamente baixo e a níveis mais ou menos

constantes, enquanto que as matérias primas tradicionalmente utilizadas na

produção de etanol, o açúcar da cana, se encontram a preços excessivamente

elevados. Estes dois fatores tornam difícil a viabilidade econômica do etanol,

que até agora tem sido assegurada graças a incentivos governamentais; como

é o caso dos dois maiores produtores mundiais de etanol: EUA e Brasil (26).

Atualmente a direção da investigação ao desenvolvimento dos

processos de produção de álcool tem tomado dois rumos. Por um lado procura-

se diminuir os custos associados às matérias primas, já que neste tipo de

processo estas contribuem com cerca de 2/3 do custo total de produção. Neste

campo as soluções passam por uma diversificação do tipo de matérias a

utilizar, tal como o aproveitamento de resíduos e lixos (2).

7

2.2 -USO DO ÁLCOOL

O uso de álcool hoje em dia é muito grande, por isso, podendo ser

utilizado em setores básicos, como indústrias de bebidas, farmacêuticas,

combustíveis, etc (3).

O álcool destinado para industrialização sofre em alguns países a

desnaturação, que impedindo para o uso potável, não o desvaloriza para o uso

industrial, desde que seja o agente escolhido adequadamente. Dentre suas

aplicações inclui a sua utilização na indústria farmacêutica, indústria de

perfumes e cosméticos, para fins de corantes, para fabricação de vernizes,

para preparo de matérias explosivas, para fabricação de seda artificial, para

fabricação de matérias plásticas, para uso de iluminação, para uso de

aquecimento, para fabricação de éter, para mistura com carburante e para a

fabricação de borracha sintética além de combustível para automóveis (3,6).

Ao contrário do uso industrial, o álcool destinado ao uso em bebidas

não pode ser desnaturado, sendo empregado o mais puro possível. Existem

três tipos de bebidas alcoólicas que utilizam o álcool, e essa classificação

depende do tipo da fabricação sendo: a) bebidas produzidas pela fermentação

alcoólica como cervejas, vinhos, etc; b) bebidas produzidas pela destilação

direta do mosto adequado como aguardente de cana, conhaque, etc; c)

bebidas produzidas pela mistura de álcool, açúcar e as respectivas essências

ou ervas, como licores, rum, uísque, gim, etc (3).

Além do uso para fins de bebidas, pode-se utilizar o álcool para

alcoolização de vinhos naturais, para fabricação de vinagres e para conservas

de frutas (3).

A Alemanha e, principalmente a França, deram grande contribuição

ao desenvolvimento das técnicas de fermentação alcoólica, de destilação e de

construção de aparelhos de destilação. Utilizava-se o etanol para fins

farmacêuticos, para a obtenção de alguns produtos químicos derivados, para

8

bebidas e como fonte de energia elétrica, por combustão em algumas

atividades (1).

Em países com grandes áreas dedicadas a agricultura como Brasil,

Sul da África e os Estados Unidos estão fazendo intensivos estudos sobre a

produção de etanol a partir de carboidratos como a sacarose e o amido. O

objetivo de tal investigação é utilizar o etanol, geralmente misturado à gasolina,

como combustível para automóveis (6).

2.3 -VIAS DE OBTENÇÃO DE ÁLCOOL.

O álcool pode ser obtido por três maneiras gerais: por via

degradativa, por via sintética e por via fermentativa.

A via degradativa não tem significação econômica no Brasil. Por via

sintética obtém-se o etanol a partir de hidrocarbonetos não saturados, como

eteno e etino, de gases de petróleo, acetileno e de hulha dependendo da

disponibilidade de matéria prima. Nos países em que há grandes reservas de

petróleo e uma indústria petroquímica avançada, é uma forma econômica de

produzir álcool (4).

Entretanto, a via fermentativa é a maneira mais importante para a

obtenção do álcool etílico no Brasil. Mesmo que haja disponibilidade de

derivados de petróleo que permitam a produção de álcool de síntese, a via

fermentativa ainda será de grande importância para a produção de álcool sob a

forma de aguardentes. As bebidas fermento-destiladas possuem características

próprias de aroma e sabor, conferidas por impurezas decorrentes do processo

fermentativo. Além disso, será necessário mudar a legislação, que atualmente

não permite o desdobramento de álcool por via sintética para produzir bebidas.

E um dos fatores que torna a produção de etanol por fermentação a forma mais

econômica de sua obtenção, é o grande número de matérias-primas naturais

existentes em todo o País principalmente amiláceas, celulósicas ou

9

açucaradas. Sua distribuição geográfica, que encerra diversos climas e tipos de

solos, permite o cultivo das matérias primas em quase todo o território e

durante todo o ano (1, 19).

Portanto, pode-se utilizar três métodos gerais de processamento

para a obtenção de álcool. O primeiro método é a fermentação, com o qual

pode-se produzir etanol e outras várias substâncias . O segundo método é o de

síntese, no qual a sacarose, ou o etanol, é um dos reagentes de uma

transformação química que resulta em um produto útil e economicamente

promissor. Finalmente, o último método de conversão é o de degradação, no

qual, na verdade, há a mudança da molécula do açúcar, quebrando

parcialmente ou completamente essa estrutura para produzir um derivado

químico (19).

2.4 -CLASSIFICAÇÃO DO ÁLCOOL

O álcool pode ser classificado de acordo com o seu grau, ou seja, o

teor em álcool 100% na mistura álcool-água, podendo ser álcool bruto, álcool

retificado e álcool desidratado (3).

• Álcool bruto: é aquele produzido a partir da extração do álcool

contido no mosto fermentado junto com as suas impurezas voláteis. O álcool

bruto, fraco ou flegma possui graduação alcoólica de 50-94ºGL (Gay-Lussac).

• Álcool retificado: é o álcool em que foi eliminado o chamado álcool

fraco ou flegma assim como todas as impurezas e concentrado com até 97ºGL

(Gay-Lussac);

• Álcool desidratado: é o álcool em que a parcela de água contida no

álcool retificado, que não se consegue separar pelo fracionamento, é

eliminada produzindo assim um álcool desidratado ou absoluto apropriado para

mistura com carburantes, tendo graduação mínima de 99,95ºGL (Gay-Lussac).

10

2.5 -CARACTERIZAÇÃO FíSICO-QUÍMICA DO ÁLCOOL

O álcool é caracterizado como um líquido incolor, de odor ardente,

facilmente inflamável, de chama azulada, e muito higroscópico. É coagulante

de albuminas, conserva tecidos animais nele submersos e, com o cloro, forma

acetaldeídos. No estado desidratado é perfeitamente solúvel em diversas

substâncias orgânicas ou minerais, como ésteres, carburantes, acetonas, etc.

Sua solubilidade diminui com o aumento da presença de água. Em uma

mistura com água o álcool tem ponto de congelamento mais baixo do que a

mesma (3).

A tabela 2 mostra as características físico-químicas do álcool.

Tabela 2: Características físico-químicas do álcool.

Peso molecular 46,5

Peso específico à 20°C 0,7894 g/ml

Peso específico à 15°C 0,7942 g/ml

Índice de refração à 20°C 1,3619

Ponto de ebulição 78,32°C

Ponto de inflamação 12°C

Ponto de congelamento - 130°C

Estável até 300 °C

Tensão de vapores à 0°C 12,00 mmHg

Tensão de vapores à 20°C 44,00 mmHg

Tensão de vapores à 80°C 812,91 mmHg

Tensão de vapores à 100°C 1697,55 mmHg

11

Tensão de vapores à 150°C 7318,00 mmHg

Calor específico à 0°C 0,548 Kgcal

Calor específico à 20°C 0,615 Kgcal

Calor específico à 80°C 0,769 Kgcal

Calor latente 209 Kgcal

Calor tota l de ebulição 264,92 Kgcal

Densidade à 0°C 0,806025

Densidade à 15°C 0,79433

Máxima concentração em água 52,3 partes de álcool

Fonte: Rasovsky (1973) (3).

2.6 -PROCESSAMENTO DE ÁLCOOL

Envolve as etapas upstream, fermentação e dowstream. A etapa

upstream envolve todos os procedimentos necessários para que a fermentação

ocorra com sucesso, seguida da recuperação do produto ou etapa dowstream.

A produção de álcool envolve as seguintes etapas: preparo do

mosto, correção do mosto, preparo do inóculo, fermentação, destilação e

retificação.

O processo de produção de etanol utilizado pela maioria das usinas

de açúcar e álcool é o Melle-Boinot, o qual baseia-se na alimentação

semicontínua de uma série de dornas de fermentação onde se adiciona um

inóculo de leveduras provenientes de um ciclo anterior. Neste processo a cana

de açúcar é levada para a remoção de solo ou impurezas antes de se proceder

12

a extração do caldo, que é então tratado pelos métodos químicos (calagem) e

térmico. O mosto é constituído basicamente de caldo tratado e em alguns

casos de caldo suplementados de melaço e nutrientes. Após a adição do

inóculo de leveduras, os açúcares do mosto são convertidos em álcool, dióxido

de carbono e outros subprodutos. O mosto fermentado (vinho levedurado) é

centrifugado resultando em duas fases, a fase leve (vinho delevurado) e a fase

pesada (leite). O vinho delevurado, rico em álcool, é direcionado à destilação, e

o leite, rico em leveduras, é tratado com ácido sulfúrico e retorna ao ciclo

seguinte (20).

A qualidade da matéria prima; a avaliação do controle

microbiológico; a seleção de leveduras mais resistentes as alterações químicas

e físicas; bem como a otimização da fermentação alcoólica através do controle

da temperatura, pH, composição e concentração de nutrientes no mosto, são

alguns aspectos sugeridos para melhor aproveitamento do processo

fermentativo das usinas (5).

Na etapa upstream o preparo adequado do substrato é crucial para a

formação do produto desejado. Neste podem ser utilizadas diversas matérias

primas. Além disso, o inóculo deve ser preparodo em quantidades satisfatória e

em número viável.

2.6.1- ETAPA UPSTREAM

2.6.1.1 – Matérias-primas

As matérias primas de interesse nacional destinada à fabricação de

álcool fornecem glicose, mistura de sacarose, glicose e levulose, e outras

fornecem o amido (8).

A maioria das indústrias de fermentação utiliza matérias-primas que

contêm açúcares fermentecíveis, ou substâncias que neles se transformam.

13

Elas são usadas para o desenvolvimento dos microrganismos e para serem

transformados em metabólitos úteis (2).

Pode-se utilizar diferentes tipos de matérias-primas para a produção

de álcool. As matérias-primas são classificadas em matérias açucaradas,

agrupando nessa classe a cana-de-açúcar, beterraba açucareira, sorgo

sacarino, milho sacarino, melaços, mel de abelhas e frutas; em matérias

amiláceas e feculentas no qual estão agrupadas grãos amiláceos, raízes e

tubérculos feculentos; e em matérias celulósicas que incluem palhas, madeiras,

resíduos agrícolas e resíduos sulfíticos de fábricas de papel (1).

As matérias primas utilizadas na produção de álcool podem ser

direta ou indiretamente fermentecíveis. As primeiras apenas requerem um

ajuste da concentração do açúcar e da reação do meio, enquanto as outras

necessitam de uma prévia conversão do substrato antes da fermentação (4).

As matérias primas diretamente fermentescíveis incluem o melaço, o

caldo de cana e o sorgo-sacarino, já indiretamente fermentescível, inclui as

matérias-primas amiláceas ou celulósicas. O álcool também pode ser obtido a

partir de soro de leite, resíduo de queijo, rico em lactose, que pode ser

fermentado por algumas espécies de leveduras (4).

As matérias açucaradas diretamente fermentecíveis são as que

contêm monossacarídeos e se limitam aos sucos de frutas. Sua importância

reside na produção de bebidas como o vinho e sidra. As não diretamente

fermentecíveis são as que contêm os dissacarídeos, que fermentam após uma

hidrólise, a qual se dá o nome de inversão, e que se realiza naturalmente por

ação da invertase, enzima produzida pelo agente de fermentação. A sacarose

é a representante mais importante dos componentes da cana-de-açúcar e dos

melaços (1).

A matéria-prima para qualquer processo fermentativo deve ser

obtida com as melhores características de composição e conservação. Entre as

matérias primas importantes encontra-se o melaço. Denominam-se melaços os

14

resíduos da fabricação de açúcar que não são mais utilizados para a

separação da sacarose. Eles se originam nas usinas de açúcar, pela

centrifugação das massas cozidas para a separação dos cristais de açúcar.

Melaços devem ser armazenados em tanques apropriados, à prova de

umidade e infiltração, para evitar diluições e contaminações posteriores ao seu

armazenamento. São utilizados na atualidade como fonte de álcool, mas

podem se tornar menos importantes no futuro sendo mais bem utilizado para

alimentação animal do que em fermentações (2,6).

As matérias-primas não diretamente fermentescíveis como as

amiláceas e feculentas fermentam após uma hidrólise, que se denomina de

sacarificação, pelo qual o amido infermentescível se transforma em açúcar

fermentescível. A sacarificação é, portanto o processo de transformação do

amido ou fécula em açúcares fermentescíveis (1,8).

Isto é importante pois as leveduras não produzem amilases ou

enzimas capazes de decompor açúcares complexos como amido, celulose, etc.

Essa sacarificação pode-se ser feita pela via química com o uso de ácidos

diluídos (clorídrico, sulfúrico), por ação direta das enzimas ou pelos próprios

microrganismos (via biológica). O amido transformado em maltose, pode ser

utilizado pelas leveduras, levando à produção de álcool etílico (1, 4).

Na hidrólise ácida, a conversão completa do amido ocorre no

cozinhador, enquanto no processo de hidrólise enzimática durante o cozimento

ocorre apenas uma hidratação e intumescimento do amido como conseqüência

do cozimento (4).

A sacarificação pode ser descontínua ou contínua. A sacarificação

do tipo descontínua é feita em um tanque de ferro ou aço inoxidável, com

serpentina interna para o resfriamento, registros para tomada de amostras,

agitador mecânico e um exaustor de vapor. Neste processo de sacarificação

ocorre a adição de α-amilases e amiloglicosidase à massa em agitação,

mantendo as condições ótimas de pH e temperatura para atuação das

enzimas. Durante essa operação, o amido é liquefeito rapidamente e cerca de

15

70 a 80% são convertidos em açúcares fermentescíveis. Já na sacarificação

contínua, a massa de amido atravessa uma tubulação durante um certo

período de tempo, à temperatura de 63ºC, para proporcionar a conversão, ou

adota-se um resfriador a vácuo, onde a massa permanece por um período de

retenção suficiente para ocorrer a conversão. O período curto de tempo permite

obter boa liquefação, hidrolisando o amido em 70% de maltose e 30% de

dextrinas (4).

Atualmente uma nova tecnologia tem sido utilizada na sacarificação

contínua com o uso de reatores contendo enzimas imobilizadas em suportes

inertes para a produção de xaropes de açúcar a partir de amido. Possivelmente

com o desenvolvimento dessa tecnologia, a produção de mosto de substâncias

amiláceas, tornar-se-á atrativa, já que a fabricação poderá ser conduzida em

equipamentos que ocupam menor espaço, pouca necessidade de mão-de-obra

e menor consumo de energia e outros insumos (4).

A crescente aplicação do álcool nas diversas indústrias, levou aos

países que não dispõem de suficiente matérias-primas açucaradas e amiláceas

a procurarem outras fontes rentáveis para a fabricação do álcool de que

necessitam. Assim, chegou-se ao aproveitamento da celulose como matéria-

prima, especialmente a de madeira (4).

Com isso a disponibilidade de resíduos celulósicos, representado

por palhas, folhas, resíduos de exploração madeireira e outros, despertará o

interesse para seu uso como matéria-prima para produção de álcool.

Entretanto, fatores como dificuldade da preparação do mosto, presença de

elementos tóxicos nos substratos hidrolisados de celulose, capazes de dificultar

a fermentação alcoólica, somada ao baixo rendimento em açúcares

fermentecíveis (2 a 3%) e o alto volume de resíduos da destilação, reduzem, no

Brasil, as possibilidades de seu emprego para a produção de álcool (1).

16

2.6.1.2 - Preparo do substrato

Como já foi mencionada a produção de álcool, pode ser obtida a

partir de diferentes matérias-primas diretamente fermentescíveis ou não.

Os substratos têm de ser adequados ao desenvolvimento do

microrganismo e à finalidade de sua atividade, que é produzir uma determinada

substância. Além de uma composição capaz de suprir as exigências do

microrganismo, para seu melhor desempenho, deve estar devidamente

condicionado em termos de pH, temperatura, assepsia ou esterilidade (2).

Materiais amiláceos são hidrolisados, xaropes e melaços são

diluídos, uvas e outras frutas, beterraba e cana-de-açúcar sofrem operações

para retirar o suco. O suco açucarado é então corrigido em seu pH, adicionado

de nutrientes e aquecido (2).

O mosto de cana de açúcar é obtido pelo esmagamento das canas

nas moendas misturado com água, tornando um substrato rico em sacarose e

em açúcares redutores e desta forma está convenientemente diluído para

sofrer a fermentação alcoólica. Segundo alguns autores a cana de açúcar

libera caldo quando submetidas a prensas sendo o resíduo prensado dos talos

denominado de bagaço. Este quando queimado, origina uma ótima fonte de

energia no processo de destilação (6,8).

O caldo de sorgo-sacarino ou de cana-de-açúcar se obtém pelo

esmagamento em moendas dos colmos de variedades apropriadas, utilizando

equipamentos similares aos empregados nas usinas de açúcar. Em alguns

países onde se cultiva a cana-de- açúcar, como Austrália e África do Sul,

empregam-se difusores para essa operação. Após a moagem o caldo é coado

ou filtrado para separar o bagacilho, que de outra forma irá dificultar a

destilação. Essa operação pode ser realizada em coadores de chapas de cobre

convenientemente perfurada. A fim de permitir uma melhor fermentação, pode-

se aquecer o caldo em trocadores de calor, decantá-lo e filtrá-lo para

precipitação e remoção de colóides, gomas e materiais nitrogenados. O caldo

17

assim tratado, além de mais limpo, forma menos espuma durante a

fermentação e provoca menor acúmulo de detritos nas colunas de destilação,

além de auxiliar na redução dos microrganismos indesejáveis. Após a

clarificação resfria-se o caldo e envia-se às dornas (1,4).

As concentrações dos mostos, nas destilarias brasileiras, são

comumente expressas em graus Brix (7).

O caldo de cana de açúcar servindo diretamente como matéria-

prima para a fermentação, tem que ser diluído do seu Brix inicial de 16-16,5

para14°Brix (3). Entretanto, para outros autores (7), a concentração de

açúcares no mosto deve estar entre 16 a 20 °Brix. Além disso, durante a

fermentação é necessário o controle de sua densidade, acidez, componentes

nutritivos necessários ao crescimento das leveduras e temperatura que deve

ser mantida entre 28-30°C (3, 7).

Na utilização de melaços, em alguns casos é preciso fazer sua

diluição com água. A diluição faz-se de modo contínuo, em misturadores

especiais, com freqüente supervisão para garantir as concentrações

adequadas, diluindo-se os melaços entre 15 e 25°Brix, com médias de 18 a

20°Brix. Mostos muito diluídos fermentam mais rapidamente e sujam menos os

aparelhos de destilação, mas exigem maior volume útil de fermentadores, mais

espaço para eles, mais consumo de vapor, mais água para diluição, exigem um

período maior de safra e favorecem as contaminações, além de outros

inconvenientes. Por outro lado, os muitos concentrados ocasionam maiores

perdas em açúcares infermentados, temperaturas mais altas durante a

fermentação, sujam mais os aparelhos de destilação, e outros inconvenientes,

ao lado das vantagens de diminuírem o volume útil de dornas e o período de

safra (1, 12).

18

2.6.1.3 -Correção de mosto

Conhecendo-se os fatores que influem na fermentação alcoólica,

faz-se a correção dos mostos, ou seja, seu condicionamento, para obter

fermentação regular, homogênea e pura. Esta correção depende da natureza

da matéria-prima (1).

O melaço diluído, o caldo de cana ou de sorgo-sacarino e os

hidrolisados e substâncias amiláceas e celulósicas constituem o mosto que já

pode ser submetido à fermentação alcoólica. Todavia, conhecendo as

propriedades fisiológicas e as exigências nutricionais das leveduras, pode-se

propiciar condições ótimas para esses microrganismos e favorecer a

fermentação alcoólica, a fim de que esta seja mais rápida e regular. Isto se

consegue adicionando ao mosto os nutrientes necessários, corrigindo a reação

do meio, empregando antissépticos ou antibióticos e conduzindo a fermentação

à temperatura adequada (4).

Os elementos nutricionais, a quantidade e a necessidade de se

adicionar ou não outros elementos corretivos dependem do tipo de mosto. Na

fermentação alcoólica, a fonte de carbono é proporcionada pelo carboidrato. As

fontes de nitrogênio e fósforo também são imprescindíveis à fermentação, e

como os caldos de cana e de sorgo e a maioria dos hidrolisados amiláceos ou

celulósicos são carentes desses elementos, é preciso portanto fazer a adição

de sais desses elementos, como sulfato de magnésio, sulfato de cobalto e

sulfato de manganês, e como fonte de vitamina é comum a adição de farelo de

arroz. Para o melaço, o enriquecimento é feito apenas com superfosfato, na

proporção de 1 grama por litro de mosto (4). Porém, segundo outros autores

(12), a adição de superfosfato triplo, na dose de 0,1 g/ litro de mosto, favorece

a atividade das leveduras e o rendimento do álcool.

Outro elemento carente no melaço, para as leveduras, é o

nitrogênio, sendo sua adição necessária, principalmente no início de safra,

quando se deseja favorecer a multiplicação do fermento. A adição de sulfato de

amônio, na concentração de 0,1 g/ litro de mosto, traz resultados satisfatórios

19

(12), porém outros autores (1) estabelecem a proporção de 1 grama de sais de

amônio por litro de mosto.

Quando se trabalha com caldo de cana direto, faz-se uma correção

mais cuidadosa, para favorecer à levedura condições de nutrição que

normalmente não se encontram no caldo em doses suficientes. Juntam-se

fosfatos e sais de amônio e vitaminas. Usualmente adicionam-se superfosfatos

e sulfato de amônio na proporção de 1 grama por litro de mosto. Melhores

rendimentos se obtêm quando se trata o mosto de caldo de cana com 0,1

grama por litro de sais de magnésio e 0,01 gramas de sais de manganês e de

cobalto. Para o mosto de amido de mandioca hidrolisado têm-se conseguido

bons resultados usando sulfato de amônio e sulfato de magnésio (1, 4).

As destilarias que operam exclusivamente com melaços não

dispõem de setor de extração. Porém devem dispor de diluidores para

rebaixamento do Brix do melaço (83 a 87 ºBrix) ao ideal para fermentação (18

a 22 °Brix) (24).

A reação correta do mosto para favorecer a levedura e inibir o

desenvolvimento de muitos tipos de bactérias está entre pH 4,0 e 5,0. O ácido

sulfúrico é comumente usado para esse fim, sendo também recomendado

adicioná-lo ao pé-de-cuba na proporção de 25 mL de ácido sulfúrico

concentrado por 100 litros (4). Em termos de acidez total, deve-se ter um valor

entre 2,5 e 3,0 g de ácido sulfúrico por litro de mosto (12).

O uso de ácidos minerais como o sulfúrico para dar ao mosto uma

acidez desejável, é recompensado por uma série de vantagens, tais como (12):

a) Deslocamento da acidez orgânica que pode se encontrar nos

mostos, sob a forma de sais alcalinos principalmente cálcicos. Neste caso, a

acidez volátil, que é prejudicial à levedura, como o caso de ácidos: fórmico,

acético, lático, butírico, etc será facilmente eliminada. Outrossim, os ácidos

fixos como o tartárico, cítrico, o málico, etc, ficarão a disposição da levedura,

como alimento;

20

b) Decomposição dos nitratos e sulfitos, liberando os radicais voláteis

NO2 e SO2 que dificultam o desenvolvimento do lêvedo alcoólico;

c) Facilitar a inversão da sacarose nos mostos que a contêm.

Para mostos de poder tampão elevado, como os melaços, nem

sempre se pode conciliar a acidez titulável e o pH na prática industrial. Após a

correção os mostos podem ser inoculados e inicia-se o processo de produção

de etanol (2).

Após diluído ao Brix ideal para fermentação, e ajuste de pH, deve

ser adicionado ao caldo de cana ou melaço, nutrientes e deve-se, durante a

fermentação, fazer o controle da temperatura que deve se encontrar por volta

de 25 a 30°C (20).

2.6.1.4 -Preparo do inóculo.

O inóculo pode ser definido como uma quantidade de células

suficiente para dar início a um processo fermentativo de forma rápida e

econômica. Industrialmente, de forma prática, usa-se uma relação de 1 parte

de inóculo para 10 partes de substrato a fermentar. A inoculação costuma

também ser baseada em números de células ativas no meio, comumente em

números de milhões por mL ou por grama (1).

Os processos fermentativos para obtenção de álcool decorrem do

uso de culturas puras ou de inóculos naturais, representados pelos

microrganismos encontrados diretamente na matéria-prima. Uma cultura é

considerada pura quando possui um tipo de microrganismo derivado de uma

única célula. Isso é razoavelmente fácil de obter em condições de laboratório,

mas difícil de manter em condições industriais, nas quais nem sempre há a

certeza da ocorrência de apenas um microrganismo em trabalho. A

conservação das culturas puras obedece a critérios específicos para cada

grupo de microrganismo. A simples repicagem sucessiva em meios adequados

21

não é satisfatória, em grande número de casos. Esses microrganismos podem

mudar de comportamento e não é raro que, após algumas repicagens, percam

as propriedades que possuíam de sintetizar o produto que deles se espera

obter (2).

Tendo sido escolhida a levedura para a fermentação, a fase inicial

do processo de fermentação é a do preparo do inóculo, que consiste em se

obter uma quantidade do fermento em atividades suficiente para assegurar a

fermentação nas dornas. Isso se consegue partindo de um tubo de cultura pura

de levedura, transferindo-se para 200 mL de mosto de 5°Brix, enriquecido e

esterilizado. Posteriormente faz-se as transferências sucessivamente, com

assepsia, em quantidades e concentrações crescentes do substrato, até que se

consiga um volume de inóculo capaz de conduzir as fermentações nas dornas.

A primeira etapa dessa fabricação, desde o tubo de cultura até 10 litros, é feita

em laboratório. A etapa seguinte é realizada nos propagadores de leveduras

(4).

Nas pequenas destilarias de aguardente costuma-se deixar a

fermentação ocorrer através dos microrganismos selvagens, que acompanham

os caldos naturais. Na Europa, em fábricas de vinhos e sidras que trabalham

com técnicas apuradas, usam-se leveduras encapsuladas em alginato,

disponíveis no mercado. Já nas grandes destilarias usam-se em grande escala,

as leveduras de panificação, encontrada no mercado sob a forma úmida e

prensada, ou secas e granuladas. Embora se afirme que obtém-se, fácil e

rapidamente grande massa de inóculo, partindo-se de 10 a 20 g de leveduras

para cada litro de mosto. Por essa questão de custo usa-se essa quantidade de

leveduras para inocular uma fração inicial do volume total de caldo, que se dilui

a uma concentração de 13°Brix e deixa-se fermentar. Após a fermentação,

divide-se o mosto fermentado por diversas recipientes e faz-se sua

realimentação com mostos diluídos, até completar-se o volume total de dornas

da destilaria (1).

22

Também se pode utilizar leveduras selecionadas com tolerância a

altos teores de etanol e com boa velocidade de fermentação, procedentes de

instituições especializadas. O preparo do inóculo é mais complexo. Partindo-se

de tubos de culturas selecionadas, faz-se a inoculação subseqüente de

volumes de meio em quantidades e concentrações crescentes, na proporção

de 1:5 ou 1:10, até atingir volume útil de fermentação na indústria. Neste tipo

de preparo de inóculo, distinguem-se uma etapa de laboratório e outra

industrial. Na primeira etapa, inicia-se com um tubo de cultura pura, com a qual

inoculam-se 100 mL de um substrato de 5°Brix, corrigido e esterilizado. Depois

de perfeito desenvolvimento, passa-se todo o mosto inicial fermentado para um

volume de 500 mL de mosto a 7°Brix, preparado como anteriormente, e assim

por diante, até atingir um volume suficiente para inocular o meio contido em

aparelhos de preparo de cultura pura, em dimensão industrial. Esse meio

constitui-se de caldo de cana ou de melaço e sua concentração não deve

ultrapassar 13°Brix. Esses aparelhos, denominados de pré-fermentadores, são

providos de dispositivos de esterilização, arejamento, inoculação, tomada de

amostras, refrigeração, aquecimento e outros acessórios (Figura 1). São

proporcionais ao volume das dornas principais de fermentação, geralmente

fornecendo-lhes 10% de seu volume total (1).

Também se costuma como prática muito generalizada, o uso de

fermento prensado de panificação para o preparo do pé-de-cuba, obtendo-se

rapidamente a quantidade suficiente para inocular as dornas. Embora se afirme

que esse tipo de fermento traz bons resultados, a sua utilização não é

recomendada uma vez que não foi selecionado para essa finalidade. O seu uso

pode resultar em fermentações que não se completam, ou seja, não há

consumo total dos açucares fermentescíveis (4).

23

Figura 1:Esquema de Preparo do Inóculo. Fonte: LIMA et al (2001), (1).

2.6.2 – FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA.

2.6.2.1 – Histórico

O homem vem utilizando a fermentação alcoólica desde a mais

remota antiguidade; há mais de 4.000 anos os egípcios fabricavam o pão e

produziam bebidas alcoólicas a partir de cereais e frutas. Entretanto, apenas

recentemente é que se pode relacionar a fermentação com a levedura, fungo

amplamente distribuído na natureza e com capacidade de sobrevivência tanto

em condições aeróbias como anaeróbias (1).

24

Os primeiros estudos envolvendo o mecanismo da fermentação

alcoólica relacionam-se apenas à formação dos produtos inicial e final.

Entretanto, o primeiro a efetuar um estudo quantitativo da fermentação

alcoólica foi provavelmente Lavoisier, em 1789, seguido de Gay-Lussac, que

formulou a equação que julgava representar o fenômeno químico da

fermentação alcoólica. Obteve-se, a partir de 45 partes de glicoses, 23 partes

de álcool e 22 partes de gás carbônico. Mas coube a Pasteur, a partir de 1857,

a explicação clara sobre a natureza da fermentação alcoólica, atribuindo-se a

seres vivos, as leveduras, como agentes causais. Segundo ele, 100 partes de

sacarose proporcionam 105,4 partes de açúcar invertido, que por sua vez,

produzem 51,1 partes de etanol, 49,4 partes de gás carbônico, 3,2 partes de

glicerol, 0,7 partes de ácido succínico e 1 parte de outras substâncias,

provando assim que a relação em peso formulada por Gay-Lussac era errônea.

As pesquisas subseqüentes no desvendamento das reações intermediárias da

fermentação alcoólica receberam novo ímpeto com a constatação por Buchner,

em 1897, de que extratos livres de células de leveduras possuíam a

capacidade de provocar a fermentação alcoólica. Posteriormente, os

pesquisadores Embden, Meyerhof, Robinson, Neuberg, Cori, Parnas e

Warburg foram os arquitetos pioneiros do esquema de fermentação alcoólica

conhecida em todas as etapas (1, 4).

Nestas, as pesquisas culminaram com a elucidação das reações

enzimáticas responsáveis pela transformação química do açúcar em etanol e

gás carbônico no interior da levedura (1).

Devido à importância econômica dos processos biotecnológicos

envolvendo a levedura Saccharomyces, quer na panificação, na produção de

cerveja, vinho, na produção de álcool e outras bebidas alcoólicas, quer, como

no caso do Brasil, na produção de um combustível alternativo e renovável, tal

organismo eucariótico (célula com núcleo organizado e processos metabólicos

compartilhados) é o mais estudado e cujo metabolismo é o mais conhecido.

Mesmo assim o homem ainda se maravilha com as recentes descobertas sobre

os mecanismos de regulação metabólica em leveduras (1).

25

2.6.2.2 -Microrganismos utilizados na fermentação alcoólica.

Leveduras são fungos predominantes unicelulares que possuem

reprodução vegetativa por brotamento ou fissão. A sua distribuição na natureza

é ampla, podendo, na sua maioria ser encontrada em folhas, flores, frutos,

grãos de cereais e outros substratos contendo açúcares (5). Podem ser

também encontradas no solo, no ar, em águas de lagos, rios e mares, sobre a

pele e no intestino de animais e de alguns insetos. A distribuição na natureza

ocorre por vários vetores, como ventos e corrente de água e de ar (17).

As leveduras são agentes biológicos ativos responsáveis pela

fermentação alcoólica e, por isso, a escolha da linhagem apropriada é de

importância fundamental para o êxito da fermentação (4).

Em uma pesquisa (5), foi comentada que já enunciava que a

história das leveduras está intimamente associadas aos fenômenos da

fermentação e a utilização de substratos contendo açúcar. O uso destes

microrganismos para o processamento de alimentos à base de frutas e extratos

de grãos de cereais é conhecido desde os primórdios das civilizações, se

estendendo até os dias de hoje, onde ainda são utilizadas para a fabricação de

vários tipos de bebidas alcoólicas como o vinho e a cerveja.

A utilização de um inóculo de leveduras adequado é de extrema

importância para o bom desenvolvimento do processo fermentativo, pois as

leveduras estão intimamente relacionadas com a conversão dos açúcares da

matéria prima em álcool. Portanto, a escolha do fermento de leveduras

empregado pelas usinas de açúcar e álcool deve atender a certos requisitos

básicos, como: resistência às condições adversas do meio, estabilidade e

rapidez fermentativa, tolerância ao álcool e boa produtividade (5).

Atualmente, as leveduras usadas na indústria alcooleira, de acordo

com a literatura técnica mundial são classificados por em (12):

26

- Selvagens: quando apresentam as características favoráveis em níveis

não muito otimizados;

- Prensadas: são leveduras selecionadas para a indústria de panificação.

Conseqüentemente, são facilmente obtidos em grande quantidade no

comércio, pois embora muito procuradas não são específicas para a produção

de álcool;

- Selecionadas: são aquelas que preenchem em alto grau as

características ótimas para a fermentação.

O crescimento das temperaturas elevadas, em meios com altos

teores de açúcares ou cloreto de sódio, o requerimento de vitaminas, a

susceptibilidade a certas drogas como a cicloheximida e a produção de

determinados metabólicos são critérios também utilizados na descrição e

classificação de leveduras, e são importantes, uma vez que auxiliam no

agrupamento das linhagens de acordo com o habitat da levedura (5).

As características genéticas que os fermentos ou levedos teriam

que ter para uma boa produção industrial de álcool na pesquisa são (12):

- alta produção: a relação entre o álcool produzido e o açúcar disponível à

levedura (fermento) que deve ser o maior possível;

- alta velocidade de fermentação: definida como a quantidade de açúcar

fermentada em determinada unidade de tempo por um determinado peso de

levedura. Essa característica é de relevante importância, pois se a fermentação

for mais rápida, o volume das dornas será menor e conseqüentemente, o

investimento nesse setor poderá ser reduzido, da mesma forma que os riscos

de contaminação por bactérias;

- alta tolerância ao álcool: as leveduras mais tolerantes ao álcool

produzem vinho com teor de álcool maior, porque podem desdobrar maiores

quantidades de açúcares. Leveduras com essas características aumentam a

27

capacidade de fermentação e de destilação das instalações industriais

tornando possível trabalhar com o vinho mais concentrado;

- tolerância a altas temperaturas: embora as temperaturas elevadas (35 a

40°C) sejam indesejáveis, na medida em que possam favorecer a evaporação

de álcool e o desenvolvimento de bactérias contaminantes, as leveduras

tolerantes juntamente com as técnicas de fechamento das dornas e

recuperação do álcool evaporado, podem superar esses problemas. Essa

característica é particularmente interessante para países tropicais como o

Brasil;

- estabilidade: as características citadas anteriormente podem ser

mantidas em uma raça de levedura (fermento), considerando condições de

fermentação adequadas;

- tolerância a meios de elevada acidez: as leveduras que superam

contaminações de bactérias, geralmente não são muito resistente a meios

muito ácidos.

Somente poucas espécies desses microrganismos são utilizadas na

fabricação de álcool, destacando-se o Saccharomyces cerevisiae e

Schizosaccharomyces pombe, quando o substrato é constituído por hexoses, e

Candida utilis, quando uma parcela do substrato for constituída por pentoses.

Além das leveduras, a fermentação pode ser eficientemente conduzida pelas

bactérias Zymomonas mobilis e Thermoanaerobacter ethanolicus (4).

As propriedades específicas das leveduras, como tolerância a altas

concentrações de álcool e CO2, o crescimento rápido e a capacidade de

fermentação reduzem o número de microrganismos adequadamente viáveis

para a operação em escala industrial e são causas quando se obtém cepas

inadequadas para essa fermentação. As cepas mais importantes para a

produção de álcool são as Saccharomyces cerevisiae e Saccharomyces

carlsbergensis (uvarum) (9).

28

2.6.2.3 -Bioquímica da fermentação

A reação geral do processo de fermentação é mostrado na figura 2

(27):

C6H12O6→2C2H5OH + 2CO2

Figura 2: Reação geral do processo de fermentação. Fonte: www.ucb.br (27).

A transformação do açúcar (glicose) em etanol e gás carbônico,

envolve 12 reações em seqüência ordenada, cada qual catalisada por uma

enzima específica. Tal aparato enzimático está confinado no citoplasma celular,

sendo portanto nessa região da célula que a fermentação alcoólica se processa

como é verificado na Figura 3. Essas enzimas, referidas como glicolíticas,

sofrem ações de diversos fatores (nutrientes, minerais, vitaminas, inibidores,

substâncias do próprio metabolismo, pH, temperatura e outros), alguns que

estimulam e outros que reprimem a ação enzimática, afetando o desempenho

do processo fermentativo conduzido pela levedura (1).

29

Figura 3: Seqüência das reações enzimáticas pela fermentação alcoólica de carboidratos endógenos ou exógenos, conduzida por Saccharomyces.

Fonte: LIMA et al (2001), (1).

Convém ressaltar que a levedura Saccharomyces é um aeróbio

facultativo, ou seja, tem a habilidade de se ajustar metabolicamente, tanto em

30

condições de aerobiose como de anaerobiose. Os produtos finais da

metabolização do açúcar irão depender de condições ambientais em que a

levedura se encontra. Assim, enquanto uma porção de açúcar é transformado

em biomassa, gás carbônico e água em aerobiose, a maior parte é convertida

em etanol e gás carbônico em anaerobiose, processo denominado de

fermentação alcoólica. Os carboidratos considerados substratos para

fermentação, tanto podem ser endógenos (constituintes da levedura, como

glicogênio e trealose) como exógenos (sacarose, glicose, frutose e outros),

estes últimos fornecidos à levedura (1).

O objetivo principal da levedura, ao metabolizar anaerobicamente o

açúcar, é gerar uma forma de energia (ATP, adenosina trifosfato) que é

empregada na realização dos diversos trabalhos fisiológicos (absorção,

excreção e outros) e biossínteses, necessárias à manutenção da vida,

crescimento e multiplicação, para perpetuar a espécie. O etanol e o gás

carbônico resultantes se constituem, tão somente, de produtos de excreção,

sem utilidade metabólica para a célula em anaerobiose. Entretanto, o etanol,

bem como outros produtos de excreção (como glicerol e ácidos orgânicos)

podem ser oxidados metabolicamente, gerando mais ATP e biomassa, mas

apenas em condições de anaerobiose (1).

2.6.2.4 -Fatores que afetam a fermentação

Diversos fatores, físicos (temperatura, pressão osmótica), químicos

(pH, oxigenação, nutrientes minerais e orgânicos, inibidores) e microbiológicos

(espécie, linhagem e concentração de levedura), afetam o rendimento da

fermentação, ou seja, a eficiência da conversão de açúcar em álcool.

Geralmente as quedas na eficiência fermentativa decorrem de uma alteração

na estequiometria do processo, levando à maior formação de produtos

secundários (especialmente glicerol e ácidos orgânicos) e biomassa (10).

Como ocorre com a maior parte dos processos biológicos, a

temperatura tem efeito sobre o crescimento das leveduras; aumentando a

31

temperatura, todas as funções das leveduras são aceleradas, inclusive a sua

degradação. Conseqüentemente existe uma temperatura ótima para o

crescimento da levedura. Como a maior parte das cepas comerciais de

leveduras se mantêm em temperaturas entre 32 a 38ºC, porém existe perigo de

contaminação bacteriana, como nos países tropicais, recomenda-se

temperaturas mais baixas (9).

Cada grupo de microrganismo possui uma temperatura ótima de

crescimento e, portanto, a temperatura do substrato será de controle positivo

do crescimento microbiano. Pelo controle da temperatura há a ocorrência do

favorecimento do desenvolvimento das leveduras necessária para ocasionar

um a determinada fermentação. As leveduras são mesófilas sendo

temperaturas ótimas para a produção industrial de álcool situadas na faixa de

26 a 35°C mas, não raramente, a temperatura nas destilarias alcança 38°C. À

medida que a temperatura aumenta, aumenta a velocidade da fermentação,

mas favorece a contaminação bacteriana, ao mesmo tempo em que a levedura

fica mais sensível à toxidez do etanol. Por outro lado, temperaturas elevadas

permitem maior perda do álcool por evaporação em dornas abertas. Tais

aspectos justificam o controle da temperatura no processo industrial. Assim, as

leveduras alcoólicas trabalham bem numa temperatura entre 26 e 32°C.

Temperaturas inferiores ao limite retardam a fermentação e temperaturas

superiores ocasionam a evaporação do álcool e favorecem o aparecimento de

contaminações (1,7).

A temperatura adequada deve ser mantida na fermentação por meio

de dispositivos para o resfriamento de dornas. Leveduras que trabalham a uma

temperatura mais baixa, no caso de fermentadores abertos, são mais

vantajosas por diminuírem a evasão de álcool (4,10).

As temperaturas ótimas de fermentação, da respiração das

leveduras e do crescimento celular são claramente diferentes. A velocidade de

fermentação aumenta geralmente com uma temperatura de 15 a 35°C e os

níveis de glicerol, acetona, buteno-2-3-diol, acetaldeído, piruvato e 2-

cetoglutarato se elevam no caldo fermentado (16).

32

As fermentações se desenvolvem numa ampla faixa de valores de

pH, sendo adequada entre 4 e 5. Os valores de pH dos mostos industriais

geralmente se encontram na faixa de 4,5 e 5,5 , com boa capacidade

tamponante, especialmente os preparados com melaço. No processo de

fermentação com reutilização da levedura, faz-se seu tratamento com ácido

sulfúrico em pH de 2,0 a 3,2 , durante aproximadamente 1 hora, visando a

redução de contaminantes. A fermentação alcoólica inicia com valores de pH

baixos, finalizando com valores de 3,5 a 4,0. Fermentações conduzidas em

meios mais ácidos resultam em maiores rendimentos de etanol, pelo fato de

restringir o crescimento do fermento, com a conseqüente redução da produção

de glicerol, ao mesmo tempo em que reduz a contaminação bacteriana.

Entretanto, fermentações alcoólicas desenvolvem-se bem em níveis mais

elevados, em substratos de alto poder tampão, como os melaços, em pH

5,8/5,9. Os caldos de cana fermentam sem correção de acidez, em pH natural

que varia de 5,2 a 6,8. Portanto, a tolerância à acidez é uma característica

importante para as leveduras industriais (1,4).

Para as leveduras, os valores de pH compreendidos entre 3,0 e 6,0

são na maioria das vezes favoráveis ao seu crescimento e a atividade

fermentativa; esta última é maior quando maior for o pH e verifica-se um

decréscimo notável a valores de pH de 3,0 a 4,0. O pH influencia a formação

de subprodutos, por exemplo, a valores de pH elevados incrementa-se a

formação de glicerol (16).

Na fermentação alcoólica, o crescimento celular está intimamente

relacionado com a formação do produto, que é, o álcool. Desta forma, tanto o

crescimento da levedura como a formação do álcool são influenciadas pelas

variações da concentração do substrato. Por isso, é importante determinar a

concentração ótima do substrato, que possibilite o maior aproveitamento pela

levedura e, conseqüentemente, uma boa eficiência de conversão (4).

Aumentando-se a concentração de açúcares, aumenta-se a

velocidade de fermentação, a produtividade e, dentro de certos limites,

acarreta-se menor crescimento do fermento e menor formação de glicerol por

33

unidade de substrato processado. Entretanto, elevados teores de açúcar

acarretam um estresse osmótico da levedura, de tal forma que existe,

dependendo do processo de fermentação, uma faixa de concentração

considerada ideal (1).

As leveduras exigem uma fonte de carbono prontamente utilizável –

glicose ou outro açúcar – que fornece a energia química e o esqueleto

carbônico de suas estruturas celulares, constituídas predominantemente de

carbono, oxigênio e hidrogênio (1).

Algumas vitaminas, como tiamina e ácido pantotênico, também são

exigidas. O meio deve, igualmente, fornecer nitrogênio, fósforo, enxofre,

potássio, magnésio, cálcio, zinco, manganês, cobre, ferro, cobalto, iodo e

outros elementos em quantidades diminutas (1).

A levedura Saccharomyces cerevisiae utiliza o nitrogênio nas

formas amoniacal (NH4+), amídica (uréia) ou amínica (na forma de

aminoácidos), não tendo habilidade metabólica para aproveitar o nitrito e com

pouquíssima ou nenhuma capacidade de utilizar as proteínas do meio (1,4).

O fósforo é absorvido na forma de íons H2PO4- , forma predominante

em pH 4,5 , enquanto o enxofre pode ser assimilado do sulfato, sulfito ou

tiossulfato. A sulfitação do caldo no processo de fabricação de açúcar, bem

como o ácido sulfúrico empregado no tratamento do fermento, parecem

fornecer quantidade suficiente de enxofre para levedura, pois sua exigência

desse elemento é pequena (1).

A tabela 3 apresenta as concentrações dos principais nutrientes

minerais para uma boa fermentação alcoólica. Tais nutrientes podem já estar

presentes no mosto, sendo desnecessárias adições. Entretanto, podem ocorrer

teores inadequados e deficiência de alguns, ou concentrações excessivas de

outros, sendo necessário correções.

Tabela 3: Concentração de nutrientes minerais no mosto para se obter adequada fermentação alcoólica.

34

Nutriente mineral Concentração em

mg/L

Nutriente mineral Concentração em

mg/L

NH4+ 40 – 5900 Co++ 3,5

P 62 – 560 Co++ ** 10

K+ 700 – 800 Zn++ 0,5 – 10

Ca++ 120 Cu++ 7

Mg++ 70 – 200 Mn++ 10 – 33

SO4- 7 – 280 Mn++ * 10 (10 – 80)

Na+ 200 Fé++ 0,2

Fonte: LIMA et al, 2001 (2).

Maiores concentrações de leveduras na dorna permitem

fermentações mais rápidas, com maior produtividade e com maior controle

sobre as bactérias contaminantes, além de restringir o crescimento da própria

levedura. Por outro lado, elevado teor de levedura exige energia de

manutenção maior, isto é, maior consumo de açúcar para manter as células

vivas. Como conseqüência, resulta em maior competição pelos nutrientes do

meio, minerais e vitaminas, diminuindo a viabilidade do fermento. Daí, existir

um teor ótimo de levedura na dorna, dependendo das condições do processo

industrial (15).

Não raro, dependendo das condições do processo, da concentração

de nitrogênio amoniacal no mosto e da taxa de recirculação do fermento, são

atingidas concentrações excessivas de levedura. A utilização de ácido

benzóico mostra-se capaz de reduzir o crescimento excessivo da levedura, ao

mesmo tempo em que diminui a formação de glicerol e aumenta o rendimento

da fermentação. Entretanto, devido à redução da formação do ácido succínico

pela levedura, esta não exerce ação antagônica às bactérias e, no transcorrer

35

dos reciclos fermentativos, inviabiliza a utilização prática do ácido benzóico nas

fermentações correntes (1).

O processo fermentativo pode ser inibido não só pelos seus próprios

produtos, como o etanol, como por diferentes substâncias que podem fortuita

ou deliberadamente estar presentes nos mostos. Assim, alguns minerais como

potássio e cálcio podem se apresentar em quantidades excessivas, que

acarretam efeitos negativos à fermentação, quando se emprega elevada

proporção de melaço. Recentemente, o alumínio foi identificado como elemento

estressante da levedura, em condições de fermentação industrial, acarretando

queda simultânea da viabilidade e dos teores de trealose da levedura (1).

A sulfitação do caldo de cana para sua clarificação pode resultar em

melaços com elevados teores de sulfito, que pode acarretar efeitos tóxicos à

levedura, comprometendo a fermentação, bem como aumenta a acidez do

álcool obtido (1).

No Brasil não é usual esterilizarem-se os mostos nas destilarias de

álcool e de aguardente. Quando se faz a clarificação do caldo por aquecimento,

há uma redução dos microrganismos, mas não a esterilização, pois após a

clarificação, o meio é resfriado e colocado em dornas sem os cuidados

necessários para manter um ambiente livre de microrganismos. As

contaminações encontram um caminho aberto. Para controlar o problema das

contaminações, aconselha-se o uso de antissépticos, capazes de criar

ambiente favorável ao desenvolvimento das leveduras e desfavoráveis a outros

microrganismos (1).

Os antissépticos não são largamente usados; há restrições, porque

existe possibilidade de deixarem resíduos nos destilados. Pentaclorofenol foi

usado durante alguns anos nas proporções de 0,01 a 0,05 g por litro de mosto,

com bons resultados, porém seu uso é hoje proibido. O hexaclorofeno em dose

de 4 mg por litro de mosto contribui para boas fermentações. Sulfato de cobre e

colofônia também são citados na literatura, como bons antissépticos. O ácido

sulfúrico que se adiciona nos mostos em fermentação, é um antisséptico (1).

36

Os antissépticos mais utilizados são o ácido sulfúrico e a penicilina.

Esses antissépticos propiciam fermentações mais rigorosas, regulares e puras,

combatendo as contaminações naturais de melaço e de água de diluição (12).

Pela mesma razão por que se empregam os antissépticos, usam-se

antibióticos nas fermentações industriais para produção de álcool. Em virtude

de suas propriedades bactericidas ou bacteriostáticas, os antibióticos agem

como agentes desinfetantes do mosto. Foi demonstrado que a administração

de penicilina ao mosto, na concentração de 500 a 1000 unidades por litros,

resulta em acréscimo do rendimento de álcool, cuja diferença com o controle

compensou o seu preço. A aplicação é econômica, não exigindo modificações

nas técnicas e nos aparelhamentos usados e oferecendo fermentações mais

puras e regulares. A escolha do antibiótico depende de seu custo no

tratamento (1). O cloranfenicol e a tetraciclina também podem ser empregados,

mas a penicilina é economicamente mais vantajosa (4).

2.6.2.5 -Verificação prática da pureza das fermentações

A fermentação alcoólica industrial é um processo fermentativo

rústico, que certas vezes se processa em condições tecnicamente adversas.

Canas cortadas há muitos dias, secas, contaminadas com diversos tipos de

microrganismos, mostos sujos de terra, são fatos muito mais comuns em uma

destilaria do que se possa pensar. A rusticidade do processo se deve,

inegavelmente, a capacidade biológica das leveduras, bastando que se lhes

dêem condições de concentração adequada, nutrientes e alguns

desinfetantes, para que o processo se desenvolva satisfatoriamente.

Entretanto, as contaminações apresentam-se com freqüência, prejudicando o

rendimento econômico. E esse inconveniente contorna-se com supervisão

constante, para evitar ou suprimir as infecções (1).

Do lado econômico é importante exercer uma constante e

sistemática vigilância da produção de uma destilaria, o que deve ser feito por

37

um balanço de material e do balanço energético, além do próprio balanço

econômico. Quanto mais complexo o balanço do material, considerando todos

os insumos e exumos materiais, representados pelas matérias-primas, pelos

subprodutos e resíduos, tanto mais efetivo será o controle do processo,

permitindo uma melhor fiscalização da sua economicidade. De forma

simplificada, o controle pode ser exercido no processo global ou determinado à

eficiência individual de cada etapa do processo. Pode-se estabelecer assim

que a eficiência geral de fabricação é o produto da eficiência do preparo da

matéria-prima (moagem, extração do caldo) pela eficiência da fermentação e

pela eficiência da destilação (4).

O controle das fermentações é feito pela observação de algumas

condições. Nos processos fermentativos descontínuos, a medida de sua

duração média varia de acordo com a forma como se conta o tempo, se ao

entrar o mosto em contato com o inóculo ou após encher as dornas. O tempo é

mais curto em mostos de melaço e de caldo de cana e mais longos nos mostos

de amiláceos. Fixando-se os tempos médios gastos numa destilaria, de acordo

com os procedimentos técnicos que se adotam, uma alteração para mais ou

para menos, é um sinal de importância relevante na observação da

fermentação (1).

Obtidas as condições necessárias à fermentação inocula-se no

mosto a levedura, microrganismo responsável pela fermentação. O processo

de fermentação dura de 24 a 36 horas para fermentação clássica e de 12 a 18

horas pelo processo de Melle -Boinot no qual há a recuperação do levedo. Do

ponto de vista econômico não resta dúvidas a respeito das vantagens desse

último método (24).

O aroma das fermentações puras é penetrante, ativo, e tendem para

odor de frutas maduras. Cheiro ácido, o ranço, ácido sulfídrico e outros,

indicam irregularidade (1).

Embora varie com a natureza do mosto, temperatura e a raça da

levedura, a espuma apresenta-se com aspecto típico e característico, nas

38

mesmas condições de fermentação. Alterações nessas características indicam

irregularidade (1).

Durante as fases de fermentação a temperatura varia, e nota -se que

quando a temperatura de um mosto aumenta no decorrer do processo, torna-se

necessário o uso de dispositivos de refrigeração para manter em níveis

adequados até o final da fermentação. Alterações importantes na curva de

temperatura, do início ao final da fermentação, são um indício de possíveis

defeitos (1).

Durante a fermentação a densidade do mosto decresce segundo

uma curva condizente com as fases da fermentação. De sua observação

percebem-se as alterações da marcha fermentativa. Sendo que essa curva de

densidade decresce à medida que ocorre o consumo de açúcares do mosto. E

se esse consumo apresentar irregularidade indica que tem-se defeitos de

fermentação (1).

Do começo ao fim da fermentação nota -se um acréscimo na acidez

titulável não devendo haver grande diferença entre a acidez final e a inicial.

Quando a acidez final fo r maior do que o dobro da inicial é sinal de má

fermentação (1).

2.6.2.6 -Sistemas de fermentação

Existem processos descontínuos e contínuos, os contínuos são

relativamente recentes, embora seu uso industrial tenha se iniciado na década

de 1940. Embora tenha-se ensaiado usar processo de fermentação contínua

anteriormente, o interesse pelo seu uso despertou após o estímulo à produção

de etanol decorrente da crise econômica causada pela alta dos preços do

petróleo na década de 1970 (1).

Há várias maneiras de se conduzir à fermentação alcoólica.

Distinguir-se-ão aqui os processos convencionais e o contínuo. Entre os

39

sistemas convencionais, os mais comumente utilizados no país são o de

cortes, o de reaproveitamento de inóculo e o de recirculação de levedura. A

escolha de cada um dos processos depende da capacidade das destilarias, do

tipo de matéria-prima e do grau de tecnificação (4). Entretanto para outros

autores, as fermentações podem ser conduzidas por processos descontínuos,

descontínuos alimentados em intervalos contínuos a medida que vão

ocorrendo as variações dos substratos (16).

O sistema de cortes é usado nas pequenas destilarias de álcool do

mel final e em algumas destilarias de aguardente, e seu uso não é

recomendado principalmente em destilarias de grande porte. Concluída a

fermentação tumultuosa de uma dorna, metade do vinho é destinado a outra

dorna. Completa-se o volume da primeira dorna com mosto corrigido, tratando-

o com antisséptico e nutrientes. Concluída a fermentação, a dorna é esvaziada

e limpa para receber o próximo mosto. Ao mesmo tempo, trata-se o conteúdo

da segunda dorna com ácido sulfúrico para abaixar o pH para 2,0, purificando

assim o fermento. Completa-se o volume com o mosto corrigido e enriquecido

e aguarda-se o fim da fermentação tumultuosa. Divide-se o vinho e procede-se

sucessivamente da mesma forma (4). Entretanto no sistema de cortes, há a

separação do volume de mosto já inicialmente fermentado em dois recipientes,

onde se completam os dois com mosto e deixa fermentar. Um segue para as

destilarias e o outro serve para produzir o inóculo para mais dois, e assim por

diante (1).

O emprego do processo de reaproveitamento de inóculo é muito

comum em fábricas de aguardente. Decantam-se as leveduras, logo após o

término da fermentação e encaminha-se de 75 a 80% do volume do vinho para

a destilação, deixando-se de 20 a 25% na dorna para servir de pé-de-cuba.

Este é purificado com ácido sulfúrico concentrado e alimenta-se em seguida

com o mosto corrigido e enriquecido (4). Após a fermentação deixa-se decantar

as leveduras, retira-se o substrato fermentado para a destilação, trata-se o

inóculo precipitado no fundo da dorna, ao qual se denomina de pé-de-cuba, e

se realimenta com novo mosto (1).

40

O sistema de recirculação de leveduras pode apresentar diversas

variações, em centrifugar todo o vinho, separando-o de 10 a 20% do volume

como um líquido viscoso, contendo células do fermento concentrado.

Encaminha-se esse leite ou creme de levedura para recipientes onde vai

receber o tratamento com ácido sulfúrico até pH 2,0 durante 4 horas, para em

seguida retornar às dornas contendo o mosto enriquecido e corrigido (4).

Nesse sistema, posto em prática nos meados da década de 1930 e

amplamente usado no Brasil, após a fermentação passa-se todo o vinho por

centrífugas, nas quais se separa um líquido espesso, com aparência de um

creme, que recebe o nome de creme ou leite de leveduras. Esse leite, que

corresponde a 10 a 20% do volume da dorna, envia-se para purificação em um

tanque onde dilui-se com o mesmo volume de água e coloca-se em agitação

por 3 a 4 horas, após o tratamento com ácido sulfúrico até pH 2,2 a 3,2. Depois

do tratamento envia-se o leite tratado para outra dorna, na qual reinicia-se nova

fermentação após realimentação com novo mosto (1).

O sistema de recirculação de leveduras e o de reaproveitamento do

inóculo, além de possibilitarem uma redução no tempo de fermentação,

causam um menor consumo de substrato para o crescimento celular, sendo

quase todo ele utilizado para a conversão em álcool, uma vez que já se dispõe

de uma concentração elevada de células no início da fermentação (4).

Com o sistema de reaproveitamento de inóculo, por muito tempo

usado nas destilarias de aguardente, e com o sistema de recuperação das

células, reduz-se muito o tempo de fermentação, porque diminui-se

substancialmente a fase inicial. Nesses sistemas coloca-se o substrato em

contato com uma elevada concentração de células de leveduras (3 x 109

células/ L, ou mais), que permite que se entre rapidamente na fase tumultuosa

do processo fermentativo, com vantagens econômicas (1).

Ainda existe outro tipo de processo descontínuo onde se utiliza

sistema de cultura pura, no qual parte-se de um tubo de cultura pura para cada

ciclo de fermentação, seguindo-se todas as fases de preparo do inóculo, nas

etapas de laboratórios e industrial, até às dornas de fermentação, nas quais se

41

juntam o inóculo e o mosto. É uma técnica muito trabalhosa, que não se usa a

não ser em trabalhos experimentais de laboratórios. Nesse sistema não ocorre

o problema de substituição de linhagens, ou seja, não ocorre mutação das

células da cultura (1).

Em cada um desses sistemas variam os métodos de alimentação

dos inóculos e de enchimento das dornas, de acordo com a orientação técnica,

disponibilidade de dornas, e outros fatores de cada instalação (1).

A principal desvantagem das fermentações descontínuas quando se

utiliza para a produção de produtos associados ao crescimento, é que a

formação eficiente do produto ocorre unicamente durante uma fração do ciclo

de fermentação (16).

A partir de 1940, muita atenção foi dada à fermentação contínua, em

virtude das suas vantagens sobre o processo convencional. Entretanto, as

dificuldades para introduzir o processo contínuo em larga escala a um maior

número de produtos comerciais têm sido atribuídas à possibilidade de

ocorrência de mutações, a dificuldades técnicas para manter o funcionamento

normal, assepticamente e sem interrupções, por um longo período de tempo

(4).

A fermentação contínua faz-se, alimentando uma dorna com fluxo

contínuo de meio em uma determinada concentração, retirando-se dela, de

forma contínua, o vinho que se encaminha para a destilação ou para as dornas

de espera, onde termina o processo e daí para a destilaria. A Figura 4

esquematiza alguns sistemas de fermentação contínua, nos quais as salas de

fermentação tradicionais, e de fermentação descontínua podem transformar-se

(1).

42

Figura 4: Esquemas de instalações de fermentação por processo contínuo. Fonte: Lima et al (2001), (1).

Simplificadamente, na fermentação contínua, o meio contendo o

substrato é alimentado com uma vazão constante, ao mesmo tempo em que o

meio-fermento contendo o produto é retirado com a mesma vazão. Na

produção industrial é importante manter o cultivo contínuo sob regime

estacionário, isto é, quando as propriedades do meio permanecerem

constantes com o tempo em cada ponto (4).

No processo de fermentação, um dos destaques foi a viabilização do

sistema contínuo, onde a maior produtividade do processo, aliada à eliminação

dos tempos improdutivos, permitiu uma redução de 40 a 50% do volume

comparado ao sistema convencional. Esse processo permitiu um ganho de

43

aproximadamente 2% de eficiência, quando comparado às fermentações

convencionais (13).

As modificações nas salas de fermentação das destilarias de álcool

iniciaram-se com a adaptação das instalações de fermentação existentes.

Instalaram-se ligações entre as dornas que trabalham de forma intermitente,

por carga e descarga, de modo que o mosto em fermentação passasse da

primeira a última da série de recipientes. O mosto em fermentação saía pela

base de uma dorna e entrava lateralmente na seguinte, continuamente até a

última, de onde seguia para a destilaria. A alimentação de mosto fazia-se na

primeira ou nas duas primeiras dornas, e a circulação de uma para outra dorna

por vasos comunicantes ou por meio de bombas. Em algumas instalações

recolhia-se o mosto fermentado da última dorna em dornas de espera, onde

terminava a redução dos açúcares fermentescíveis e dali se conduzia para a

destilaria. A recuperação das leveduras se fazia para a renovação do lêvedo e

reinoculação nas primeiras dornas onde se fazia a entrada de mosto (1).

Os sistemas contínuos com volumes de saída de produtos elevados

podem ser, em conseqüência, muito mais eficazes em determinadas

aplicações em condições de produtividade do fermentador (16).

Depois que se estabeleceu o Proálcool, os fabricantes de álcool

brasileiros demonstraram interesse pelos processos contínuos e instalaram

algumas destilarias com aparelhos de fermentação dotados de apenas um

fermentador, ao mesmo tempo em que fizeram-se adaptações em destilarias

existentes, providas do sistema convencional de fermentação descontínua.

Dentre as inovações tecnológicas surgiu o processo Biostil, patente sueco-

brasileira, na qual, além da fermentação contínua se conseguia uma redução

do volume de vinhaça, pois usava-se o resíduo da destilaria na diluição dos

mostos. Além do processo contínuo, é um sistema que fermenta mosto com

alta pressão osmótica (1).

44

2.6.2.7 –Salas e recipientes de fermentação

Denominam-se salas de fermentação as construções onde se

abrigam as dornas abertas ou fechadas, as centrífugas, os pré-fermentadores,

os tanques de tratamento do fermento e outros equipamentos ligados ao

processo de fermentação. Sua construção se faz segundo preceitos técnicos e

de engenharia, variáveis para cada região, de acordo com as condições de

clima, de forma que se obtenha sempre o máximo de higiene, controle de

temperatura, iluminação e ventilação adequada e escoamento de resíduos. E

essas construções devem ser suficientemente amplas para que os

equipamentos se instalem com espaço livres à sua volta, permitindo acesso

fácil para assepsia, reparos, substituições e modificações (1).

Com o aumento da capacidade de produção das destilarias,

modificou-se o conceito de salas de fermentação. Para destilarias que

produzem mais de 1000 m3 de álcool por dia, projetam-se instalações para

trabalhar com dornas fechadas, instaladas a céu aberto. As construções

fechadas abrigam equipamentos mais sensíveis e todo sistema de automação,

que não se encontra em grande parte das destilarias (1).

A transformação do substrato açucarado do mosto em álcool ocorre

em dornas de fermentação que, no Brasil, são constituídas de aço carbono, de

formato cilíndrico, podendo ser abertas ou fechadas. A refrigeração é essencial

para manter o mosto à temperatura ótima de fermentação, o que geralmente é

feito com o emprego de serpentinas internas (4).

No Brasil, trabalha-se com dornas abertas e fechadas, construídas

de aço- carbono, cilíndricas, com altura igual a duas vezes o diâmetro, em

média. As dornas distribuem-se e assentam-se de forma a permitir o acesso

fácil aos registros e a toda sua volta para reparos, substituições, modificações

e higiene. O controle de temperatura é feito por meio de trocadores de calor de

placas, que eventualmente podem servir como aquecedores do mosto em

fermentação (1).

45

As tinas de fermentação em aço inoxidável são a melhor opção, já

que a circulação do líquido refrigerante efetua-se pelas partes laterais ou as

chamadas camisas de refrigeração, onde o seu controle geralmente é feito

automaticamente e comandado por um sistema informatizado previamente

programado (27).

O volume total das dornas é função do teor alcoólico final, do tempo

de fermentação, do teor alcoólico do destilado e do sistema de fermentação

empregado (4).

O volume dos recipientes de fermentação varia. Tecnicamente

recomenda-se que seja harmônico com a capacidade dos destiladores. Na

prática, considera-se conveniente que tenham a capacidade de duas a duas

vezes e meia a capacidade horária de destilação. Com base na riqueza

alcoólica dos vinhos (7 a 9%), torna-se fácil calcular o volume total de

recipientes de fermentação e o volume de cada um. Este varia em função do

sistema de fermentação que se adota. Para simplificar, admite-se um volume

total na proporção de 1:12, isto é, 1 volume de álcool para 12 volumes úteis de

dornas. Nos sistemas clássicos e de cortes, a relação é de 1:24. No sistema

contínuo calcula-se o volume em função do fluxo horário de vinho a destilar e

da eficiência do processo (1).

Assim, considerando-se um mosto de caldo de cana de cana ou de

melaço para obtenção de álcool 97°, usando o sistema de recirculação de

levedura, em que o vinho apresente um teor alcoólico ao redor de 7,5%, a

capacidade total das dornas pode ser calculada de uma forma simplificada

baseada na proporção em volume de 1:12 em relação ao álcool produzido

conforme citado acima. Assim, desejando-se obter 120.000 litros de álcool

diariamente, a capacidade das dornas de 1.440 m3 (4).

2.7 -ETAPA DOWSTREAM

2.7.1 –DESTILAÇÃO

46

Concluída a fermentação, o produto contido nas dornas denomina-

se vinho, que é uma mistura hidroalcoólica, contendo, além dos componentes

principais – o etanol e a água – outras substâncias como dióxido de carbono,

que se encontra dissolvido em pequenas quantidades, células de leveduras,

microrganismos contaminados, sais minerais, açucares não fermentecíveis,

partículas sólidas em suspensão provenientes da matéria-prima, óleo fúsel,

aldeídos, ésteres e ácidos orgânicos. Por razões econômicas o vinho deve

apresentar teor alcoólico entre 7 e 9 % (1, 4). Teores mais altos nem sempre

são possíveis nas condições habituais, além de implicarem em maiores perdas

de álcool por evaporação. Teores menores que 7% acarretam uma demanda

antieconômica de vapor na destilação bem como diminuição da capacidade de

produção (24).

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

que variam de 88 a 93%, respectivamente, nos vinhos comuns. Os álcoois

amílico, isoamílico, propílico, butírico, isobutírico, aldeídos, ácidos, furfural,

ésteres e ácidos orgânicos constituem outra parcela de líquidos de pequena

importância em relação ao volume, mas de grande efeito na qualidade dos

destilados, sobretudo no caso das aguardentes, nas quais se denominam de

impurezas voláteis. A glicerina também se forma durante a fermentação (1).

Posteriormente a sua obtenção o vinho será destillado.

O vinho, contém diversas substâncias que, pela fermentação,

dividem-se em duas partes:

a) Substâncias voláteis – que contém além da água diversos álcoois,

aldeídos, ésteres e ácidos que, começam a separar-se conforme os pontos de

ebulição, começando pelos mais voláteis como o álcool de cabeça, seguindo-

se o álcool etílico, o de mau gosto (calda) e finalmente o óleo fúsel.

b) Substâncias fixas – constituídas pelos resíduos da destilação que são

separadas do processo e saem principalmente sob a forma de vinhoto da base

da coluna de destilação como é mostrado na figura 5.

47

Figura 5: Esquema de colunas de destilação de alto e baixo grau. Fonte: Lima et al (2001), (1).

A destilação já era utilizada na antiguidade, tendo sido atribuído aos

egípcios um processo de destilação intermitente em 50 a.C. As colunas de

destilação, como as utilizadas atualmente, permitem um contato contínuo do

vapor com uma parte já condensada, que tem seu fluxo em contracorrente,

possibilitando o enriquecimento do componente mais volátil na fração

vaporizada, com menor consumo de combustíveis do que o exigido pelos

processos intermitentes (4).

O processo de separação de diversos líquidos componentes de uma

certa mistura, nos reporta ao século II da nossa era quando Zosime e Hermes,

no Egito, foram considerados os mestres na arte de destilação. Mais tarde, no

século IV, apareceu o alambique construído por Synésius, que se baseava no

aquecimento em “banho-maria”. Até o século XVI o alambique foi se

aperfeiçoando e daí em diante o avanço foi galopante, tendo havido muitos

interessados no assunto, e que, afinal conseguiram, no século passado, levar o

alambique ao estado atual que permitiu o seu emprego mais amplo, como em

48

certos casos é utilizado ainda hoje. Foi o ponto de partida para o processo

contínuo (14).

A destilação é uma operação pela qual um líquido, por efeito de

aquecimento, passa a fase gasosa e, em seguida, volta ao estado líquido por

meio de resfriamento. Quando se trata de uma única substância, o líquido

destilado tem a mesma composição do líquido original. Quando se trata da

ocorrência conjunta de líquidos imiscíveis, o destilado encerra o líquido que

tem ponto de ebulição mais baixo. No caso de líquidos perfeitamente miscíveis,

os vapores destilados se compõem de uma mistura de vapores dos dois, com

predominância daquele de menor volatilidade. Com uma série de destilações é

possível separar os dois líquidos em estado de pureza, desde que não se

forma mistura azeotrópica. Denomina-se de azeotropismo ao fenômeno que

ocorre numa mistura de líquidos, em uma determinada concentração, na qual

se formam vapores com todos os outros componentes, em um ponto de

ebulição inferior ao de qualquer um dos integrantes da mistura. Nessa

concentração não é possível separar os componentes por destilação (1, 11).

O processo de destilação se baseia no fato de que, numa solução de

líquidos voláteis, o fracionamento dos mesmos se dá de tal forma que os que

apresentam pontos de ebulição mais baixos se separam primeiro, seguidos

pelos outros componentes em uma seqüência correspondentes às suas

respectivas volatilidades. Numa coluna de destilação obtém-se, através de um

processo em série, o progressivo enriquecimento em álcool da corrente de

líquido ascendente. Por este processo obtém-se, a parte de um vinho de 7 a

9% de teor alcoólico, álcool com teor de 96% em etanol. A partir deste ponto

não há mais enriquecimento no teor alcoólico por destilação simplesmente.

Essa mistura denomina mistura azeotrópica a qual apresenta ponto de ebulição

fixo bem como vapor com a mesma composição que o líquido com o qual está

em equilíbrio (14, 24).

As colunas modernas de destilação são constituídas por cilindros

superpostos, denominados torres, contendo nas seções transversais os pratos

ou bandejas que se superpõem para formar uma série de aparelhos de

49

destilação simples. Contam, ainda, com o aquecedor que fornece o calor para

vaporização do líquido a ser fracionado, um condensador de retrograduação ou

deflegmador e um refrigerador (4).

O número de pratos numa coluna de destilação é que determina a

obtenção de maior ou menor graduação alcoólica. Quanto maior esse número,

tanto maior será a graduação final do produto (4). A figura 6 mostra um

esquema de gomos e pratos de uma coluna de destilação.

Figura 6: Esquema dos gomos e pratos de uma coluna. Fonte:Lima et al (2001), (1).

Geralmente, nas fábricas de aguardente, o vinho é destilado nos

alambiques sem a separação de leveduras. Da mistura líquida, separa-se o

álcool pelo processo de destilação-retificação, o qual decompõe essa solução

múltipla em seus constituintes, recolhendo-se o álcool como principal. Isso se

consegue selecionando as condições de temperatura e pressão ótimas, de

maneira tal que uma fase líquida e uma fase de vapor coexistem e se obtenha

uma diferença na concentração relativa das substâncias a serem separadas

nessas duas fases (4).

50

Normalmente, nas grandes destilarias que operam com grandes

quantidades de vinho para obtenção de álcoois de elevada graduação

alcoólica, costuma-se fracionar os álcoois em álcool de primeira e álcool de

segunda, separando-se os produtos secundários, óleo fúsel, o acetaldeído, os

produtos de cabeça em estado concentrado (4).

Com o sistema de destilação atualmente empregado na retificação

contínua industrial, usam-se as colunas denominadas destiladoras, retificadora

e de repasse final. Esta última pode ser eliminada na prática, recolhendo-se

lateralmente, na coluna retificadora, o álcool retificado de quatro ou cinco

bandejas antes do topo. Na coluna depuradora, que é uma coluna que contém

poucos pratos e por isso chamada de baixo grau, obtém-se baixa concentração

alcoólica no seu destilado. Este é o encaminhado à coluna destiladora,

separando-se no topo os produtos da cabeça, e o destilado é retirado

lateralmente da coluna. O flegma que sai dessa coluna, com 40 a 50% de

etanol, penetra na parte inferior da coluna retificadora e, com percurso

ascendente, passa pelas bandejas até o aumento da sua concentração ao

atingir o topo. As impurezas acumulam-se na base e são retiradas lateralmente

nos intervalos de concentração de 40 a 50% e de 55 a 65% de etanol. O óleo

fúsel, constituído principalmente de álcoois amílico e butírico, é separado em

um decantador (4).

2.7.2 –RETIFICAÇÃO

Da destilação dos vinhos obtém-se o flegma, que é um líquido

alcoólico mais rico do que o líquido que o originou, mas em estado impuro. A

retificação é a operação pela qual separa-se o álcool das impurezas que o

acompanham no flegma. Freqüentemente confunde-se retificação com

concentração, porque trabalha-se com flegma da concentração alcoólica

média, que se eleva durante a retificação. Ao mesmo tempo em que se

concentra o líquido alcoólico, faz-se sua purificação (1).

51

As substâncias impurificantes têm ponto de ebulição inferior ou

superior a do álcool e, segundo essa característica, separam-se como produtos

de cabeça ou de cauda. O ponto de ebulição não é, entretanto, condição

suficiente para a separação por destilação fracionada, porque nos aparelhos de

destilação formam-se misturas azeotrópicas com a água e o etanol e entre as

próprias impurezas, de forma que produtos de ponto de ebulição mais alto

podem vir a se constituir em produto de cabeça (1).

Atualmente faz-se apenas retificação industrial contínua, em aparelhos que

possuem colunas que se denominam depuradora, destiladora, retificadora e de

repasse final. Na coluna depuradora A não há um tronco de concentração. É

basicamente uma coluna de baixo grau, com poucos pratos. Obtém-se baixa

concentração alcoólica no destilado, com o máximo de eliminação de produção

de cabeça. O coeficiente é sempre maior do que um. Separam-se, nessa

coluna aldeídos, ésteres, bases voláteis e ácidos. Na coluna B, destiladora,

obtém-se flegma parcialmente purificado na coluna A. A coluna destiladora

pode também possuir um tronco de esgotamento e um de concentração,

tirando-se o destilado lateralmente, na coluna A. No topo separam-se

substâncias de cabeça e, com a retrogradação constante, outras impurezas

concentram-se na base, com coeficiente de solubilidade Barbet menor que um

(1).

2.8- MICRORGANISMOS CONTAMINANTES NO PROCESSAMENTO DE ÁLCOOL.

As infecções acidentais, paralelas à fermentação alcoólica, podem

provocar problemas ao processamento, acarretando em perdas no rendimento

alcoólico e da porcentagem de células de leveduras viáveis. Os gêneros de

bactérias comumente associadas com essas fermentações são lactobacillus e

Leuconostoc (fermentação lática), Acetobacter (fermentação acética) e

Clostridium (fermentação butírica), Bacillus, Aerobacter e Streptococcus (5).

Como as bactérias acéticas utilizam o etanol oxidando-o a ácido

acético, essas bactérias podem depender da atividade da Zymomonas que

52

fermenta glicose produzindo o substrato de seu crescimento, o etanol.

Espécies do gênero Acetobacter produz acidez devido à oxidação do etanol a

ácido acético (21, 22).

Segundo uma pesquisa foi enunciado que desde 1952 já se dava

atenção às propriedades particulares de Saccharomyces diastaticus, que

hidroliza as dextrinas, provocando uma super atenuação e turbidez. Outras

leveduras do gênero Saccharomyces também podem originar defeitos de

aromas relacionados com a produção de compostos fenólicos por

descarboxilação de ácidos hidroxicinâmicos naturalmente presentes no mosto

(5).

A preocupação com os contaminantes nos processos de

fermentação está relacionada aos transtornos que tais organismos podem

provocar. Nos últimos anos, diversos trabalhos têm sido conduzidos com o

objetivo de identificar as causas de redução da produtividade, e desta forma,

aperfeiçoar o processo de fermentação etanólica (5).

Desde que a fermentação industrial, pela dimensão do processo não

é conduzida em condições de completa assepsia, a contaminação bacteriana,

principalmente por Lactobacillus e Bacillus, está sempre presente e,

dependendo de sua intensidade, compromete o rendimento do processo

fermentativo. As altas temperaturas de fermentação favorecem a contaminação

bacteriana, o aumento do tempo de fermentação e o estresse da levedura. A

contaminação bacteriana associa-se ao aumento da formação de ácido láctico

e, embora não haja uma confirmação definitiva sobre as causas da floculação

da levedura, considera-se, na indústria, que essa contaminação é o principal

responsável pelo acidente da fermentação alcoólica (1).

Um problema bastante comum encontrado no processamento devido

a ação de microrganismos é a formação de goma. Muitas espécies de

microrganismos produzem polissacarídeos capsulados e excretam suas

gomas, elevando a viscosidade do caldo e causando entupimentos nas

tubulações, bombas, centrífugas, peneiras e trocadores de calor. Um

53

microrganismo bastante estudado como produtor de goma é o Leuconostoc

mesenteroides. Ele transforma a sacarose e glicose em dextrinas dando

formação à massa gelatinosa (5).

Além do Leuconostoc outros microrganismos são também

importantes e em determinadas condições podem comprometer seriamente o

processo de fermentação. Alguns gêneros como Klebsiella e Enterobacter,

habitantes naturais da cana de açúcar, são capazes de se desenvolver nos

equipamentos de extração e transporte do caldo de cana, e desencadear um

processo de produção de goma (5).

O emprego de produtos químicos e antibióticos em mostos de

fermentação, com o objetivo de impedir ou controlar o desenvolvimento de

microrganismos contaminantes, tem aumentado consideravelmente.

Normalmente as usinas estão equipadas para realizar um controle preventivo e

corretivo de infecções, mas devido a altas taxas de reprodução microbiana,

nem sempre é possível modificar as condições do processo industrial em

tempo suficiente, justificando-se o uso destes antibióticos. Na grande maioria, a

utilização de agentes antimicrobianos visa controlar apenas o crescimento

bacteriano, pouco é feito em nível de leveduras contaminantes. Portanto, a

simples tentativa na redução de bactérias pode melhorar o rendimento

alcoólico e até mesmo agravar o problema da contaminação. A aplicação

destes produtos deve ser feita através de critérios rigorosos de dosagem

visando controlar a infecção e evitando aplicação que levem ao

estabelecimento de microrganismos resistentes (5).

Outras bactérias, pertencentes ao gênero Acetobacter, normalmente

se desenvolvem em equipamentos onde o contato com o ar é mais intenso.

Para reduzir o acúmulo de gomas é necessário que haja boas condições de

sanitização e limpeza dos equipamentos, embora isto não evite o crescimento

de microrganismos no caldo e posterior contaminação (5).

A floculação, formação de flocos compostos de células de leveduras

e bactérias, é um outro problema que ocorre na fermentação alcoólica levando

54

a perdas significativas na produtividade do álcool. A ocorrência deste fenômeno

pode ser causada pela presença de linhagens floculentas de leveduras e por

bactérias contaminantes, principalmente Lactobacillus fermentum. O

mecanismo de floculação não é totalmente esclarecido, mas um modelo

proposto é o “modelo das lecitinas”, no qual há uma ligação específica entre as

proteínas (lecitinas) das células floculantes e os receptores da parede celular

das células bacterianas. Há relatos de que com a floculação aumenta o tempo

de fermentação e diminui a superfície útil das células de leveduras, ocorrendo

um decréscimo no rendimento fermentativo de aproximadamente 15% (1, 5).

A queima da cana de açúcar, uma prática utilizada para facilitar o

processo de colheita e diminuir as impurezas vegetais, eleva a temperatura do

caldo a 55-85ºC mas não parece destruir bactérias termorresistentes. É o caso

do gênero Leuconostoc, encontrado com igual freqüência antes e depois da

queima da cana. Acredita-se que a cera que envolve o colmo da cana

apresente uma atividade bacteriostática e, com a sua retirada pelo calor

através da queima da cana, os microrganismos possam crescer mais

livremente, utilizando como meio o próprio caldo extrudato da cana (5).

Os processos de colheita da cana de açúcar e de extração do caldo

podem envolver a participação de microrganismos contaminantes, em maior ou

menor intensidade dependendo do tipo e das condições de operações

utilizadas. Os contaminantes no setor de extração do caldo de cana são

essencialmente fungos filamentosos, leveduras, bactérias láticas e bactérias

esporuladas. As bactérias acéticas são normalmente encontradas em moendas

e peneiras (5).

Os microrganismos presentes no caldo podem ser originados não só

da cana, como também de focos de contaminação das moendas, difusores,

esteiras e outros equipamentos. Apesar de ser um meio propício, não são

todos os microrganismos capazes de competir e crescer no caldo de cana. O

número e o tipo de microrganismos presentes dependem das condições

peculiares de cada etapa do processo de fermentação, selecionando o

desenvolvimento de certos grupos de microrganismos. No caldo misto, que é

55

uma mistura de caldos dos diferentes estágios das moendas, as bactérias

láticas são altamente adaptadas a se desenvolverem devido ao pH

relativamente baixo. Por outro lado, altas temperaturas associadas aos valores

de pH ácidos limitam o crescimento microbiano, mas favorecem o

desenvolvimento de bactérias termófilas esporuladas, como Bacillus subtilis, B.

stearothermophilus e espécies de Clostridium (5).

Além disso, outros fatores contribuem para o aumento da população

de microrganismos, como: falta de assepsia da sala de fermentação, falta de

limpeza das dornas e canalizações, refrigeração insuficiente das dornas de

fermentação, dornas abertas e expostas ao ambiente, ausência de controle da

acidez e nutrientes do mosto, variações nas formas de colheita, qualidade da

cana de açúcar, pragas e doenças, condições climáticas oscilantes,

armazenamento inadequado do melaço etc (5).

A degradação da sacarose por microrganismos pode resultar na

formação de ácidos lático e acético. Estes ácidos orgânicos juntamente com

outros metabólitos (álcoois superiores e polissacarídeos) são indesejáveis e

podem afetar a atividade fermentativa da levedura envolvida no processo (5).

Para se obter um melhor rendimento na fermentação é preciso que

se dê ao mosto condições que minimizem o desenvolvimento de

microrganismos infecciosos, sem interferir no metabolismo normal da levedura.

Além de tratamentos higiênicos preventivos, estas condições podem ser

conseguidas com o uso de agentes antimicrobianos. Muitos produtos químicos

e antibióticos são utilizados em baixas concentrações na tentativa de controlar

a infecção bacteriana na fermentação alcoólica, sem interferir na capacidade

fermentativa da levedura empregada no processo. O ácido sulfúrico é

usualmente empregado como agente de desinfecção, podendo estar também

associado com outros tipos de produtos químicos (1, 5).

56

2.9- Informações da Empresa

A AmBev (Companhia de Bebidas das Américas) é a maior empresa

de bebidas do Brasil e a sétima do mundo no setor. Seu portifólio de produtos

formados por cervejas, refrigerantes, isotônicos, chás e água. Entre as marcas

que comercializa, destacam-se Brahma, Skol, Antarctica, Guaraná Antarctica e

Pepsi. Possui 38 fábricas de bebidas em todo Brasil, além de 10 unidades no

exterior, e planeja adquirir novas fábricas na América Latina. Em 2002, a

companhia obteve uma receita líquida de US$ 5,3 bilhões e vendeu 58 milhões

de hectolitros de cerveja e 18 milhões de hectolitros de refrigerantes (28).

Entre as cervejas, a Skol é a líder do mercado, com 33% do volume

de vendas. Atualmente, essa marca tem como principais concorrentes Brahma

(21%) e Antarctica (9%), todas pertencentes a AmBev. A trajetória da

companhia teve início em 1999, quando as 2 maiores cervejarias concorrentes

do país se uniram: Brahma e Antarctica. A empresa só passou a existir em

números, com os balanços consolidados, no ano de 2000. E já no seu primeiro

balanço foi responsável por 64,1% das vendas no mercado brasileiro de

bebidas (28).

Depois da consolidação no território brasileiro, a gigante estende

seus obstáculos para países na América do Sul. Para isso, investiu e hoje

detém mais de 50% do mercado argentino e 99% do mercado uruguaio. O

passo mais recente é no Peru, onde está construindo uma fábrica. Lá, a

empresa terá pela frente outra força latino-americana em bebidas, a

Companhia de Cervecerías Unidas (CCU) (28).

A companhia começou, em agosto de 2003, a comercializar seus produtos na

Guatemala e, a partir de setembro, passa a operar, também, em Honduras, El

Salvador e Nicarágua. A operação na América Central é resultado de uma

parceria da AmBev com a CabCorp, engarrafadora âncora da Pepsi na região e

agora responsável pela distribuição das cervejas produzidas pela companhia

brasileira. O investimento foi na ordem de US$ 50 milhões e deve-se gerar

cerca de 1.500 empregos diretos e indiretos (29).

57

3 CONCLUSÃO

O álcool é um produto de fermentação de grande aplicação para a

humanidade particularmente como combustível automotivo.

Para sua obtenção, apesar de ser um processo rústico, são

necessárias que as etapas sejam cuidadosamente desenvolvidas pois caso

contrário, prejudica no rendimento de produção, que também pode ser

prejudicado devido a contaminações microbianas.

Existem várias tecnologias empregadas na produção de álcool, sendo

os mais empregados, os processos descontínuos ou em batelada.

O Brasil, por ter amplas áreas com potencial de ampliação para a

produção da matéria prima mais utilizada, a cana-de-açúcar, aliado ao

conhecimento científico somado ao longo dos anos, tornou o país um dos maiores

produtores mundiais de etanol, com grande potencial para aumentar o seu

mercado e portanto gerando mais emprego e divisas para o país.

58

4 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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