Tecnologia de Processos Bioquímicos Industriais - Produtos Industriais Leveduras - Fermentação Alcóolica PDF

Tecnologia de Processos Bioquímicos Industriais Produtos Industriais Leveduras - Fermentação Alcóolica Profa: Denise Godoy E-mail: [email protected] Leveduras n Existem, aproximadamente, 350 espécies diferentes de leveduras, separadas em cerca de 39 gêneros. n As...

Tecnologia de Processos Bioquímicos Industriais Produtos Industriais Leveduras - Fermentação Alcóolica Profa: Denise Godoy E-mail: [email protected] Leveduras n Existem, aproximadamente, 350 espécies diferentes de leveduras, separadas em cerca de 39 gêneros. n As leveduras fermentativas vêm sendo exploradas pelo homem há milhares de anos: q produção de cerveja e do vinho q fermentação do pão n Somente no século dezenove foi reconhecida a natureza biológica dos agentes responsáveis por estes processos. Leveduras n Apresentam grande importância sob vários aspectos: q são agentes de fermentação alcoólica, na produção do álcool industrial e de todas as bebidas alcoólicas destiladas ou não destiladas; q são utilizadas na panificação q são, pelo menos potencialmente, importantes fontes de proteína e de fatores de crescimento, passíveis de serem utilizadas na alimentação animal e, mesmo, humana. q como agentes de fermentação são prejudiciais à conservação de frutos, e de sucos vegetais. Matérias-Primas Matérias-Primas n No Brasil a cana de açúcar é a principal matéria prima utilizada; na França é a beterraba; nos EUA e na maioria dos países europeus o bioetanol é essencialmente produzido a partir de cereais, principalmente milho. Metabolismo Microbiano n A transformação da glicose em etanol e CO2, envolve 12 reações, cada qual catalisada por uma enzima específica.  Metabolismo Microbiano O objetivo primordial da levedura, ao metabolizar anaerobicamente o açúcar, é gerar energia na forma de ATP. Com isso, o etanol e o CO2 resultantes se constituem em produtos da excreção. Processo Fermentativo  Fatores que afetam a fermentação Agente de fermentação: Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces sp * O etanol é inibidor à altas concentrações, e a tolerância das leveduras é um ponto crítico para uma produção elevada deste metabólito primário. * A tolerância ao etanol varia de acordo com as linhagens de leveduras e às condições do processo. Fatores que afetam a fermentação Temperatura Inibidores - 26 a 35°C - etanol - chega a 38 °C - K e Ca - sulfito pH - mostos industriais: 4,5 a 5,5 Concentração de açúcares Concentração de inóculo Contaminação bacteriana Antissépticos Antibióticos  Fatores que afetam a fermentação Antissépticos No Brasil, não é usual esterilizarem-se os mostos nas destilarias de álcool e aguardente. Para controlar o problema das contaminações, usam-se antissépticos para criar ambiente favorável ao desenvolvimento das leveduras e desfavorável a outros microrganismos. 4 mg de hexaclorofeno por litro de mosto pentaclorofenol na proporção de 0,01 a 0,05 g/litro de substrato. ácido sulfúrico utilizado na correção do pH, também age como antisséptico.  Fatores que afetam a fermentação Antibióticos Pela mesma razão por que se empregam os antissépticos, usam-se os antibióticos na fermentações industriais para produção de etanol. Agente esterilizante, em virtude de suas propriedades bacteriostáticas. Aplica-se a penicilina (500-1000 UI/L de mosto) que é economicamente mais recomendável ou cloranfenicol, tetraciclina e clorotetraciclina. Matérias-primas n O etanol pode ser produzido a partir de qualquer carboidrato fermentescível pela levedura. q Cana-de-açúcar - caldo de cana proveniente diretamente do esmagamento da cana na moenda apresenta um Brix com cerca de 16oBrix. q Melaço - resíduo da fabricação de açúcar, apresenta uma média de Brix de 85oBrix. Preparo do Mosto O Preparo dos mostos nas destilarias faz-se em seções que constam de: tanques de medição; balanças; diluidores mecânicos; depósitos de sais minerais; depósitos de antissépticos; aquecedores e refrigerantes; medidores de ácido.  Preparo do Mosto Preparo e correção do mosto - melaço: diluição – 15 a 25°Brix fosfato e sais de amônio - cana-de-açúcar: bruta ou clarificada fosfatos, sais de amônio, sais de Mg, Mn e Co - materiais amiláceos: sacarificação fosfatos, acidez pH 4 a 5 com H2SO4 Preparo do inóculo Culturas puras selecionadas Reaproveitamento do inóculo Micro-organismo seco (fermento) Preparo do inóculo Culturas puras selecionadas Cultura estoque Frascos Pré-fermentadores 10% volume industrial 100 a 12.500 mL 50 a 1.000 L 5.000 a 15.000 L Preparo do inóculo Micro-organismo seco n Procedimento: O micro-organismo comprado de um fornecedor é colocado em contato com água morna estéril, para reidratar. n Após estar reidratado - coloca-se em uma pequena quantidade de mosto estéril que fica em fermentação por 24 horas. n Após 24 horas acrescenta-se mais mosto por mais 24 horas, e continua-se aumentando a quantidade de mosto até atingir o grau Brix desejado (entre 14 e 18) e concentração celular desejada. Prática da fermentação alcoólica - cinética fases descrição Preliminar Contato da levedura com o mosto (4 a 6h) Características: intensa multiplicação celular, pequena elevação de temperatura e pequeno desprendimento de CO2 Tumultuosa Intensa liberação de CO2 – a mistura ferve (12 a 16h) Aumento da temperatura e da acidez; diminuição da densidade Final ou Diminuição da intensidade de desprendimento complementar do CO2, menor agitação do líquido, diminuição (4 a 6h) da temperatura Verificação prática da pureza n Tempo de fermentação n Odor (frutas maduras) n Aspecto da espuma n Presença de drosófilas n Temperatura e densidade n Açúcares n Acidez Verificação prática da pureza Tempo de fermentação – duração média de um processo fermentativo em mosto de melaço ou de caldo de cana-de-açúcar é de 24 horas e as de mosto amiláceo de 36 horas. Odor da fermentação - O aroma das fermentações puras é penetrante, ativo, e tende para odor de frutas maduras. Cheiro ácido, ranço, ácido sulfídrico e outros indicam irregularidades no processo. Aspecto da espuma - A espuma varia com a natureza do mosto, temperatura, espécies e linhagem de leveduras. Alterações nas características indicam irregularidade no processo. Verificação prática da pureza Drosófilas – São as “moscas do vinagre” que ocorrem quando há infecção acética Temperatura – Alterações importantes na curva de temperatura, do início ao final da fermentação, alertam para possíveis defeitos no processo. Densidade do mosto – Durante a fermentação a densidade do mosto decresce segundo uma curva harmônica, com as fases da fermentação. De sua observação, percebe-se as alterações da marcha fermentativa. Verificação prática da pureza Açúcares no mosto – consomem-se de acordo com a curva de densidade. Acidez no substrato em fermentação – não deve haver grande alteração entre a acidez final e a inicial. Quando a final for maior que o dobro da inicial, é indicação de má fermentação. Sistemas de fermentação n Descontínuo - sistema de cortes - sistema de reaproveitamento do inóculo - sistema de cultura pura - sistema de recuperação de leveduras n Contínuo - várias configurações n Células imobilizadas Sistemas de fermentação Sistemas de fermentação Batelada Sistemas de fermentação Contínuo  Destilação n Mistura azeotrópica n Vinhos: sólidos, líquidos e gases n Água (88 a 93%) e etanol (12 a 7%) n Descontínua ou contínua vinho Destilação etanol Retificação desidratação flegma Etanol 97,2% em volume Referências n Notas de Aula e livro texto, v. 3, cap. 1 n Vídeo disponível em https://www.youtube.com/watch?v=J9nxw 7wtXME n Leitura complementar Referências n Leitura complementar