Prof.Clóvis Parazzi Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Agrárias

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1 MATÉRIAS - PRIMAS DA FERMENTAÇÃO ETANÓLICA. Prof.Clóvis Parazzi Universidade Federal de São Carlos Centro de Ciências Agrárias

2 ÁLCOOL

3 ÁLCOOIS COMBUSTÍVEIS Álcool composto orgânico em que um átomo de H, de um alcano é substituído por um grupo hidroxila, OH. CH 4 CH 3 CH 3 CH 3 OH (METANOL) CH 3 CH 2 OH (ETANOL) Aplicações combustíveis e reagente químico.

4 ÁLCOOL ETÍLICO O ETANOL CH 3 CH 2 OH Propriedades Incolor inflamável (CH 3 CH 2 OH + 3 O 2 3 H 2 O + 2 CO 2 ) Odor... característico. Ponto de fusão ,8 C Ponto de ebulição... 78,32 C. Densidade a 20ºC...0,7894 Miscível em água e em outros compostos orgânicos.

5 VIAS DE OBTENÇÃO a) Metanol Obtido a partir destilação da madeira. (aquecimento da madeira a altas temperaturas e na ausência de ar). Álcool da madeira. Hidrogenação catalítica do monóxido de carbono à temperaturas e pressões elevadas, em torno de C e atm. CO + 2H 2 CH 3 OH

6 VIAS DE OBTENÇÃO b) Etanol Via Sintética subprodutos do petróleo etileno etanol Via fermentativa C 6 H 12 O 6 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO ,5 Cal. Glicose Etanol gás carbônico energia

7 FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA (LEVEDURAS) Sacarose GLICOSE TREALOSE BIOMASSA 2 ATP FbP DHAP GAP NAD NADH PROTEÍNAS GLICEROL 2 ATP Glicerol Etanol PIRUVATO AMINOÁCIDOS CO2 ÁCIDOS ORGÂNICOS ACETALDEÍDO NADH NAD ETANOL ACETATO Ácidos orgânicos

8 MATÉRIAS - PRIMAS a) AMILÁCEAS E FECULENTAS Amido cereais Féculas raízes e tubérculos b) CELULÓSICAS Lenhosas madeiras Resíduos sulfíticos lixivia c) AÇUCARADAS Diretamente fermentecíveis trioses, tetroses e hexoses (sucos de frutas, mel de abelha, etc.). Não diretamente fermentecíveis sacarose, maltose, rafinose ( cana, beterraba, sorgo) Mistas melaço

9 TRANSFORMAÇÕES (Não Diretamente Fermentecíveis) a) Sacarose C 12 H 22 O 11 + HOH C 6 H 12 O 6 + C 6 H (glicose) (frutose) b) Maltose CH 12 H 22 O 11 + HOH C 6 H C 6 H (glicose) (glicose) c) Melibiose C 12 H HOH C 6 H C 6 H (Glicose) (galactose) d) Rafinose C 18 H HOH C 6 H C 12 H C 6 H (galactose) (glicose) (frutose)

10 TRANSFORMAÇÕES (Polissacarídios) e) Amido (C 6 H 10 O 5 )n + n HOH n C 6 H 12 O 6 (ácidos /enzimas) C 6 H n HOH (glicose) C 12 H 22 O (C 6 H )n (malte) (maltose) (dextrinas limites) f) Celulose (C 6 H 10 O 5 )n + n HOH n C 6 H 12 O 6 ( ácidos/enzimas) (glicose) g) Pentosanas (C 5 H 8 O 4 )n + n HOH n C 5 H 10 O 5 (pentoses arabinose xilose) h) Hemicelulose (C 6 H 10 O 5 )n, (C 5 H 8 O 4 )m + n + m HOH n C 6 H 12 O 6 + m C 5 H 10 O 6 (glicose) (arabinose) + m (C 5 H 10 O 5) + n C 6 H 12 O 6 (xilose) (galactose)

11 beterraba BETERRABA

12 MATÉRIAS - PRIMAS NO BRASIL a) Comuns Cana-de-açúcar caldo da cana e derivados melaço (resíduo) b) Outras Milho Sorgo Sacarino - (colmo e grãos) Resíduos agrícolas - (bagaço, colmos, palhas).

13 MATÉRIA - PRIMA PARA A PRODUÇÃO DE ÁLCOOL (Características) Características Sorgo Sacarino Cana-de de-açúcar Ciclo vegetativo 120 a 130 dias 12 e 18 meses Rendimento (t/ha) 48,0 65,0 Umidade % 67,9 68,7 Açúcares Redutores (%) 5,6 3,0 Açúcares Redutores totais (ART/ t) 96,3 105,0 Álcool a 100º GL (L/t) 62,4 67,9 Fonte: TEIXEIRA et al., 1997 (Cienc( Cienc. Tecnol. Alim., v.17,n.3, 1997)

14 Sorgo Sacarino, Milho e Mandioca Cultura Rendimento (t/ha) massa verde Indicadores Tecnológicos Brix % Caldo Álcool (L.álcool/ha) Fonte Sorgo (1) 43,5 ± 5 16,5 ± 0, ± 880 Relatório Anual Embrapa Sacarino CNPMS (1980/84) Milho (2) 25,0 ± 5 11,8 ± 1,4 770 ± 45 Silva et al. (1986) Mandioca 40,5 ± 10,4 (3) 27 ± 5 (4) ± 700 Lorenzi & Monteiro (1980) (1) Média de 10 culturas em 7 locais (2) Média de oito (3) Produção de raízes, SP (4) teor de cultivares (bicarbonatos (%))

15 ÁLCOOL DE MILHO O custo do produto (Álcool), EUA U$ 1,10 a 1,40/galão (3,785 litros). Brasil U$ 0.65 a 0,85/galão. Ganhos de ordem ambiental (UNICA, 2005) (unidade de energia gerada por cada unidade de energia óssil gasta na produção) Alcooll de milho - são geradas 1,2 a 1,4 nidades de energia. Cana-de-açúcar são geradas de 8 a 10 nidadesde energia ( 700%).

16 COMPOSIÇÃO DO MILHO Amido...61,0% Umidade...16,0% Proteínas... 9,0% Pentosanas... 5,3% Óleo... 3,8% Fibras... 2,0% Açúcares... 1,6% Cinzas... 1,3%

17 BAGAÇO DE CANA IDRÓLISE DO BAGAÇO DE CANA Matéria-prima preparo hidrólise (Sacarificação) neutralização clarificação (licor) resfriamento (mosto) fermentação alcoólica destilação. ransformações (Polissacarídeos) Celulose hexoses (6 C) Hemicelulose hexoses e Pentose (5 C)

18 Hidrólise de Bagaço FONTE: Didini S/A Indústrias (Química e derivados, 2006) ASES/ ENDIMENTOS Hexoses Pentoses Hexoses Pentoses Hexoses Pentoses acarificação (%) ermentação (%) estilação (%) lcool (L/t) lcool Total (L/t)

19 MELAÇO Variabilidade de composição do melaço em Usinas de açúcar Valores observados ELEMENTO SÃO PAULO (1) ALAGOAS (2) Médio Mínimo Máximo Médio Mínimo Máximo Água, % 17,3 8,2 26,8 Sólidos Totais, % 82,7 73,2 91,8 Brix, % 80,0 65,0 88,0 78,61 76,77 83,30 Pureza % 65,0 56,0 76,0 46,54 40,41 55,67 Sacarose, % 52,0 47,0 64,0 Glicose, % 12,0 6,0 20,0 Frutose, % 9,0 5,0 17,0 Açúcares redutores, % 6,0 4,0 12,0 16,20 14,45 18,03 Açúcares totais, % 65,6 52,1 72,1 54,73 51,11 61,09 Gomas, ppm - 0, Subst. Red. Infermentescíveis, % 0,3 0,1 0,5 Matéria nitrogenada, ppm Acidez sulfúrica, % 0,30 0,18 1,2 PH 6,3 5,0 6,8 Cinzas, % 5 3,5 7 P 2 O 5 0,05 0,01 0,15 0,07 0,02 0,14 K 2 0 2,1 1,23 2,68 3,51 2,93 4,52 CaO 0,36 0,14 0,73 1,36 0,93 2,03 MgO 0,12 0,03 0,6 1,03 0,60 1,31 SiO 2 0,58 0,56 0,62 Fe 2 O 3 0,32 0,28 0,56 SO 3 1,17 1 1,19 Cl 0,18 0,14 0,28 Na 2 O 0,12 0,11 0,19 Vitaminas A, B 1 e B 2 Variável Fonte: Síntese de publicações da Copersucar - (1) e (2) - Vasconcelos, 1985

20 COMPOSIÇÃO DO MELAÇO EM FUNÇÃO DO TEMPO DE ARMAZENAMENTO (Silva, 2003). Índices Idade (meses) Brix Sacarose Glcose Açúcares totais ph Perdas de açúcares totais: 3,67%

21 CANA-DE-AÇÚCAR atéria-prima deteriorável DETERIORAÇÕES Fisiológicas respiração, ressecamento, brotamento e florescimento Tecnológicas manejo e condição do cultivo Microbiológicas bactérias (Lactobacillus) e leveduras ARMAZENAMENTO (manejo) cana colheita / moagem máximo 48h Tipo de corte cana inteira - 48hs cana tolete - 6hs Perdas (3 dias) 2,5% cana inteira 5% cana em tolete

22 DETERIORAÇÕES FISIOLÓGICAS RESPIRAÇÃO colmo da cana respiração energia C 12 H 22 O 11 + H 2 O 2C 6 H 12 O 6 + 2CO H 2 O + ΔE C 6 H 12 O 6 2CO H 2 O Taxa de inversão é proporcional: tempo após queima ao tempo de armazenamento após o corte em função da temperatura acidez do caldo invertase.

23 DETERIORAÇÕES TECNOLÓGICAS FLORESCIMENTO Indução do meristema apical inflorescência sem indução com indução isoporização

24 DETERIORAÇÕES MICROBIOLÓGICAS Caldo de cana ótimo substrato para crescimento de microrganismo contêm nutrientes (carboidratos, sais minerais, aminoácidos, etc.) atividade de água temperatura ph Principais contaminações Leuconostoc mesenteroides produz substância (goma) dextrana Perdas 3Kg de açúcar/t Viscosidade do meio aumenta redução em 15% rendimento de fermentação. Bactérias Bacillus, Achromobacter, Flavobacterium, Micrococcus, Escherichia coli, Leuconostoc mesenteroids e dextranium, Aerobacter

25 DETERIORAÇÃO MICROBIOLÓGICA Cinética da formação microbiológica de polissacarídeos, dextrana e oligossacarídeos no caldo de cana deteriorada.(ravelo et al, 1991)

26 DETERIORAÇÃO DA CANA EM FUNÇÃO DO TEMPO APÓS A QUEIMA/CORTE - Tempo de Armazenamento - O h 48 h 240 h QP1 QC2 QP1 QC2 QP1 QC2 Perda do peso (%) Caldo extraído (%) Brix do caldo (%) Pol do caldo (%) Pol da Cana (%) Fibra da Cana (%) Pureza (%) AR do caldo (%) AR da cana (%) ART (s/100 m1) : Acidez (ml NaOH 0,1 N/100 ml) ph QP1 = cana queimada, mantida em pé QC2 = cana queimada e cortada Fonte: IAA/PLANALSUCAR (1983)

27 DETERIORAÇÃO DA CANA EM FUNÇÃO DO TEMPO APÓS A QUEIMA/CORTE A C B A Queimada e Cortada B Queimada em Pé C Não Queimada e Cortada Fonte: Parazzi, et al, 1986

28 ENERGIA RENOVÁVEL a) BÁCTÉRIAS RECOMBINANTES Etanol hidrolisado de bagaço, palhas, etc. Escherichia coli (Applied and Environmental Microbiology, 1989) ) ETANOL PARA PRODUÇÃO DE HIDROGÊNIO Hidrogênio gerar eletricidade motor elétrico veículos(ifgw, 2006). ) BIODIESEL (Conversão de óleos ou gorduras em ésteres) Óleo + Metanol Ésteres Metílicos + Glicerol Óleo + Etanol - Ésteres Etílicos + Glicerol.

29 F I M Clóvis Parazzi parazzi@cca.ufscar.br