Fatores Físicos e Químicos que Influenciam a Fermentação Alcoólica

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1 Fatores Físicos e Químicos que Influenciam a Fermentação Alcoólica CLÓVIS PARAZZI. Universidade Federal de São Carlos. Centro Ciências Agrárias -Araras SP.

2 FERMENTAÇÃO ÁLCOÓLICA PRINCIPAIS FATORES QUE AFETAM A FERMENTAÇÃO Substrato composição química do meio produtos: açúcar, álcool, ácidos, etc. nutrientes: N, K, P, Mg, Mn, etc. Microrganismo constituição e estágio dos microrganismo leveduras e contaminantes. Condições físicas e ambientais Temperatura ph (acidez) aerobiose/anaerobiose Sistemas de fermentação contínuo e descontínuo. Outros

3 IDENTIFICAÇÃO DOS FATORES QUE LIMITAM A PRODUTIVIDADE a) NUTRIENTES MINERAIS N, P, K, Mg, Zn, Mn b) AGENTES TÓXICOS E ESTRESSANTES ALUMÍNIO, SULFITO, EXCESSO K + E Ca ++ c) TEMPERATURA ELEVADA d) CONCENTRAÇÃO DE ETANOL e) ACIDEZ (ph) f) PRESSÃO OSMÓTICA AÇÚCARES E SAIS g) CONTAMINAÇÃO BACTÉRIA e LEVEDURAS

4 TEMPERATURA Efeito da temperatura a) Fatores externos Mudanças na temperatura da água, clima e mosto b) Fatores intrínsicos Calor liberado na fermentação Influência da temperatura na variação do tempo de geração e do coeficiente específico de crescimento para a linhagem da levedura Saccharomyces cerevisiae Temperatura Tempo de geração (h) Coef. espec. de cresc. g/l/h

5 TEMPERATURA Efeito interativo de temperatura e espécie de levedura

6 TAXA DE CRESCIMENTO X TEMPERATURA Fonte: LALUCE et.al.., sd.

7 ph Crescimento ph 3.0 a 8.0 Produção de Biomassa ph 5 a 6. Fermentação ph Inicial 4,5 a,5,1 Reduz a ph 3,9-4,1. Produção de etanol por Saccharomyces cerevisiae em função do tempo de cultivo em melaço de soja (Ayube M. A Z., 2002).

8 Condições Ambientais (Substrato x Produto) Efeitos da concentração de etanol e glicose sobre o metabolismo de S. cerevisiae.

9 a) Glicose > 15,0% (150 g/l) inibe enzimas fermentativas. de 0,3 a 10% inibição seletiva da respiração. 5% em meio aeróbico via fermentativa completa (mitocôndria é reprimida e citocromo não funcionais). glicose e oxigênio alto catabolismo oxidativo / respiração (não há fermentação) efeito Pasteur b) Oxigênio / Agitação moderada (aeração 15 a 20 mm/dia) auxilia na suspensão das células mais do que efeito direto do oxigênio (maior superfície de contato). É capaz de induzir a respiração na dependência de concentração de glicose do meio.

10 GLICOSE CRESCIMENTO 2% a 5% de açúcar no meio (biomassa). CONCENTRAÇÃO LIMITE 25 A 30% Produção de etanol passa a ser prejudicada Biomassa diminui.

11 c) Efeito da concentração de Etanol inibe a atividade metabólica e leva a morte (sem condição de sobrevivência); limite no vinho 12% de álcool variável (espécie e linhagem de leveduras e condições da fermentação). Influência do etanol na fermentação (Franz, 1961)

12 O Estresse da levedura Tipo: térmico, oxidativo e osmótico. Atividade de água... (aw) aw levedura 0,90...limite de crescimento 0,97 a 0,98...estresse moderado 0,87...estresse severo 0,965 a 0, a 11%(v/v) alcool

13 Principais fatores que podem induzir à levedura ao estresse * características operacionais SA-1 * composição química do mosto * presença de sais (excesso de potássio no meio) * concentração de álcoois superiores (isoamílico) * deficiência de nutrientes (N)

14 ATIVIDADES DE INVERTASE H 2 O FRUTOSE O INVERTASE + GLICOSE SACAROSE (1 MOLÉCULA) (2 MOLÉCULAS) MAIOR PRESSÃO OSMÓTICA

15 Diferença Entre Linhagens Consumo de Açúcar (Alves, 2000)

16 ÁCIDO MÁLICO GLICEROL

17 NUTRIENTES Condições de estresse para leveduras Trealose Mudanças morfológicas na células de leveduras podem ser entendidas como resposta ao desbalanço de nutrientes do caldo de cana-de-açúcar (Kuriyama Slaghter, 1995). &

18 Pseudo-hifas Linhagens de Saccharomyces cerevisiae sofrem transição dimórfica que envolve mudanças na forma das células e no padrão de divisão celular, resultando em crescimento filamentoso como resposta à deficiência de nitrogênio (Gimeno et al., 1992); Os produtos principais do catabolismo de aminoácidos de cadeia ramificada, os chamados álcoois superiores (óleo fúsel), são responsáveis pela transição dimórfica das células (Dickinson, 1996).

19 DEFICIÊNCIA DE NITROGÊNIO (Silva & Parazzi, 2002) Tabela 1. Crescimento em meio sólido com ausência de nitrogênio. Linhagens Crescimento Pseudohifas FL células agrupadas não presente SM4 formação de cachos não presente SL3 pouco agrupadas presente

20 Pseudo-hifas

21 Pseudo-hifas Crescimento Normal Crescimento com pseudo-hifas

22 COMPOSIÇÃO DO CALDO Concentração de Potássio no caldo Meio caldo extraído da de cana-de-açúcar Concentração de K 2 O no caldo 1,44g/L - tratamento (T) 2,47g/L tratamento (P1) 3,35g/L tratamento (P2).

23 Tabela 2. Resultados obtidos após fermentação. Massa Seca* (g/100ml) ART vinho* (g/100ml) Ef.Fermentativa* (%) Lev/ Trat P1 P2 T P1 P2 T P1 P2 T FL 5,72 5,42 8,69 1,81 3,61 1,18 80,31 79,91 72,16 SL3 3,86 2,82 3,80 3,18 4,18 2,63 72,42 64,16 74,20 SM4 3,90 2,35 5,18 3,17 4,26 2,68 61,40 56,41 66,16 Média 4,49 3,53 5,89 2,72 4,02 2,16 71,38 66,82 70,84 * diferenças significativas a 5% de probabilidade entre tratamentos, levedura e interação leveduras x tratamentos.

24 F L S L 3 S M 4 P1 P2 T Açúcares Totais Residuais no vinho (g/100ml).

25 P1 P2 T F L S L 3 S M 4 Massa Seca de células (g/100ml).

26 FL SL3 SM 4 0 P1 P2 T Eficiência Média de três ciclos fermentativos (%).

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