EXTRATOS VEGETAIS NA FERMENTAÇÃO ETANÓLICA VEGETABLE EXTRACTS IN ETHANOLIC FERMENTATION

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1 EXTRATOS VEGETAIS NA FERMENTAÇÃO ETANÓLICA VEGETABLE EXTRACTS IN ETHANOLIC FERMENTATION Reginaldo Gonçalves da Rocha (1) Cássia Regina Primila Cardoso (2) Márcio Roberto de Carvalho (1) Leonardo Lucas Madaleno (1) Mariana Carina Frigieri (1) Resumo O processo de fermentação etanólica oferece condições ideais para que as leveduras possam produzir o etanol, porém essas condições também favorecem o desenvolvimento de microrganismos invasores, os quais acabam por prejudicar a produção, gerando preocupação ao setor sucroenergético. O presente trabalho procurou verificar a otimização do processo de obtenção do etanol através do uso de extratos vegetais no controle dos contaminantes. Assim, foram ensaiados os extratos hidroalcóolicos de Arrabidaea brachypoda, Byrsonima intermedia, Machaerium hirtum, Rizophora mangle e Pistia stratiotes, para avaliar o potêncial de utilização no processo de fermentação etanólica, através da análise do ph, ARRT e teor alcóolico do vinho gerado. Foi possível observar que a adição dos extratos de não influenciou o processo de fermentação etanólica, na concentração utilizada. Novos experimentos com concentrações mais elevadas serão conduzidos. Palavras-chave: Biocida. Plantas. Contaminantes Abstract The ethanolic fermentation process offers ideal conditions for yeasts to produce ethanol, but these conditions also favor the development of invading microorganisms, which end up harming production, generating concern for the sugar-energy sector. The present work sought to verify the optimization of the ethanol production process through the use of extracts in the control of contaminants. Thus, the hydroalcoholic extracts of Arrabidaea brachypoda, Byrsonima intermedia, Machaerium hirtum, Rizophora mangle and Pistia stratiotes were tested to evaluate the potential for use in the ethanol fermentation process, by analyzing the ph, ARRT and the alcohol content of the wine. It was possible to observe that the addition of the extracts did not influence the ethanolic fermentation process, in the concentration used. New experiments with higher concentrations will be conducted. Keywords: Biocide. Plants. Contaminants. 1 Faculdade de Tecnologia Nilo de Stéfani, Jaboticabal (Fatec-JB) SP; 2 Universidade Federal de Mato Grosso, Sinop MT. contato: marifrigieri@fatecjaboticabal.edu.br

2 1 Introdução O processo de fermentação etanólica pode sofrer prejuízos devido à presença de micro-organismos contaminantes, os quais podem causar muitos problemas como perda de açúcar, floculação do fermento, formação de goma, inibição e morte das leveduras (RAVANELI e colab., 2011), além de poderem favorecer o processo respiratório da levedura, o acúmulo de glicerol (DONG e colab., 2015) e a formação de biofilmes recalcitrantes (RICH e colab., 2015), resultando em queda no rendimento da fermentativo, sendo o controle de contaminantes do processo essencial o setor sucroenergético (NAVES e colab., 2010). Como forma de controle, além do tratamento com ácido sulfúrico, recomenda-se a utilização de antibióticos, que são compostos orgânicos, naturais ou sintéticos, que causam a morte ou inibem micro-organismos específicos de maneira seletiva (MUTHAIYAN e colab., 2011; FREITAS e ROMANO, 2013). Muitos antibióticos, como o Kamoran, são empregados com relativo nível de sucesso na redução da contaminação (LEITE e colab., 2013). Entretanto, esse método deixa resíduos nas leveduras descartadas do processo, que passam por processo de secagem, e não podem mais ser utilizadas como complemento na ração para animais (FREITAS e ROMANO, 2013) e a usina deixa de obter ganhos econômicos com esse subproduto. O gasto com antibióticos é um dos grandes desafios do processo (BREXÓ e SANT ANA, 2017) e a busca por formas alternativas de controle tem sido cada vez mais constante (CAETANO e MADALENO, 2011; MADALENO e colab., 2016; RICH e colab., 2018). Diante disso, os extratos vegetais são vistos como uma alternativa ambientalmente compatível, que atendem ao interesse do setor sucroenergético, na tentativa de controlar os micro-organismos invasores no processo de fermentação, com posterior comercialização da levedura seca. 2 Material e Métodos O experimento foi realizado nos laboratórios da Faculdade de Tecnologia Nilo de Stéfani de Jaboticabal/ FATEC. Os extratos vegetais foram obtidos por maceração na proporção de 1:10 em etanol 70% por 5 dias. O filtrado resultante foi submetido ao rotaevaporador para eliminação do etanol e posteriormente liofilizado para eliminação da água. O liofilizado foi armazenado sob refrigeração em frasco âmbar. Para as análises, os extratos vegetais foram solubilizados (150mg/mL) em dimetilsulfóxido (DMSO).

3 O melaço foi adquirido em uma usina da região de Ribeirão Preto/SP. Para a realização do experimento foi necessário o preparo do mosto de melaço que foi utilizado no processo fermentativo. Tal preparo foi feito através do uso da Cruz de Cobenze (regra das diluições) a qual teve como objetivo a correção dos sólidos solúveis (SCHENEIDER, 1979) de 85 para 14 Brix no mosto verificado através do refratômetro (ABBE Refractometer Quimis ) para confirmação da correção realizada. Foi corrigido também o ph do mosto para 4,5, com a adição de ácido sulfúrico diluído (H2SO4(5N)), utilizando-se para verificação o peagâmetro (PG 1800 digital). Após estas etapas, foi realizada a verificação da quantidade de ART (açúcares redutores totais), segundo Lane e Eynon (1934). Após a preparação o mosto foi contaminado com 1% de cultura bacteriana isolada de mosto de melaço em DO600nm=1,0. As características tecnológicas do mosto são apresentadas na Tabela 1. Para o processo de fermentação foi utilizada levedura prensada (Saccharomyces cerevisae) na quantidade de 30g/L de mosto para o volume final de 100mL. As leveduras foram dispostas em erlenmeyers de 250mL, onde foram feitas alimentações de 25mL a cada 10 minutos. Antes da última foram colocados os tratamentos a serem analisados (extratos vegetais). Após completar os 100mL, os erlenmeyers foram colocados em incubadora à 30ºC. Decorrido o tempo de fermentação (6h) foi realizada análise de ph, ARRT e teor etanólico do vinho conforme CTC (2005). A quantidade de etanol produzido foi calculada conforme descrito em Fernandes (2006). 3 Resultados e Discussão É possível verificar na Tabela 1 que o mosto preparado manteve as características tecnológicas bem próximas nos três experimentos. A maior variação ocorreu na quantidade de açúcar redutor total (ART), sendo essa situação esperada quando o melaço é diluído para a preparação do mosto. A Tabela 2 apresenta os valores obtidos para o vinho com os extratos vegetais. É possível observar que os resultados de ph apresentam diferenças, sendo que o ph do vinho resultante da B. intermédia foi o que ficou menor e próximo ao controle, sugerindo uma maior atividade metabólica, com produção de ácidos. Esse resultado sugere uma tendência dos outros extratos vegetais em controlar a proliferação bacteriana. Não houve diferença significativa entre os valores encontrados para o ARRT e o teor alcoólico.

4 Tabela 1 Parâmetros tecnológicos do mosto de melaço. Análise 1º dia 2º dia 3º dia Média Brix Inicial 14,30 14,30 14,50 14,37 ph corrigido 4,52 4,50 4,50 4,51 ART 11,10 11,04 10,98 11,04 Tabela 2 Parâmetros tecnológicos do vinho com os extratos vegetais Causas de variação ph ARRT (%) Teor Alcoólico (%) Blocos 8,91 ** 0,15 ns 0,08 ns Biocidas (B) 5,67 ** 2,91 ns 1,62 ns Controle 4,23 B 1,79 5,60 R. mangle 4,30 AB 2,17 4,91 M. hirtum 4,27 AB 1,88 5,13 P. stratiotes 4,36 A 2,05 5,20 B. intermedia 4,22 B 2,12 4,91 A. brachypoda 4,29 AB 2,19 5,31 CV 0,88 8,23 5,20 4 Conclusões A adição dos extratos vegetais não influenciou o processo de fermentação etanólica na concentração utilizada. Novos experimentos serão realizados com concentrações mais elevadas dos extratos vegetais. Referências BREXÓ, Ramon Peres e SANT ANA, Anderson S. Impact and significance of microbial contamination during fermentation for bioethanol production. Renewable and Sustainable Energy Reviews, v. 73, n. November 2016, p , CAETANO, Alessandra Carolina Gonçalves e MADALENO, Leonardo Lucas. Controle de contaminantes na fermentação alcoólica com a aplicação de biocidas naturais. Ciência & Tecnologia FATEC-JB, v. 2, n. 1, p , CTC. Manual de métodos de análises para açúcar. 1th ed., CTC: Piracicaba, DONG, Shi-jun e LIN, Xiang-hua e LI, Hao. Regulation of Lactobacillus plantarum contamination on the carbohydrate and energy related metabolisms of Saccharomyces cerevisiae during bioethanol fermentation. International Journal of Biochemistry and Cell Biology, v.68, p , 2015.

5 FERNANDES, A.C. Cálculos na agroindústria da cana-de-açúcar, 2ª Edição. Piracicaba, 2006, 240p. FREITAS, Marcela Domingas e ROMANO, Flávia Piacentini. Tipos de contaminações bacterianas presentes no processo de fermentação alcoólica. Bioenergia em Revista, v. 1, p , LANE, J.H.; EYNON, L. Determination of reducing sugars by Fehling solution with methylene blue indicator. Norman Rodger, London, 8p. (1934). LEITE, Inácio R. e colab. Evaluation of hop extract as a natural antibacterial agent in contaminated fuel ethanol fermentations. Fuel Processing Technology, v. 106, p , MADALENO, Leonardo Lucas e colab. Use of antimicrobials for contamination control during ethanolic fermentation Utilização de antimicrobianos para o controle da contaminação durante a fermentação etanólica. Científica, v. 44, n. 2, p , MUTHAIYAN, Arunachalam e LIMAYEM, Alya e RICKE, Steven C. Antimicrobial strategies for limiting bacterial contaminants in fuel bioethanol fermentations. Progress in Energy and Combustion Science, v. 37, n. 3, p , NAVES, Raquel Ferreira e colab. Contaminação Microbiana Nas Etapas De Processamento E Sua Influência No Rendimento Fermentativo Em Usina Alcooleira. Enciclopedia Biosfera, v. 6, p. 1 16, RAVANELI, Gisele Cristina e colab. Spittlebug impacts on sugarcane quality and ethanol production. Pesquisa Agropecuaria Brasileira, v. 46, n. 2, p , RICH, Joseph O e colab. Biofilm formation and ethanol inhibition by bacterial contaminants of biofuel fermentation. Bioresouce Technology, n. 196, p , RICH, Joseph O. e colab. Resolving bacterial contamination of fuel ethanol fermentations with beneficial bacteria An alternative to antibiotic treatment. Bioresource Technology, v. 247, n. September 2017, p , SCHENEIDER, F. (Ed.) Sugar Analysis ICUMSA methods p.