FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA Também conhecida como fermentação em batelada ou por carga é utilizada desde antiguidade, e ainda hoje são as mais empregadas para obtenção de vários produtos; Operação: Carrega-se a dorna, com o mosto e os microrganismos, de modo a permitir que a fermentação ocorra em condições ótimas

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA Terminada a fermentação, descarrega-se se a dorna, e o meio fermentado enviado para a recuperação do produto, e novamente a dorna é utilizada para outra fermentação; Se não houver adição de soluções para controle do processo e nem perda de líquido por evaporação, o volume no decorrer da fermentação, permanece constante.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA A fermentação descontínua pode levar a baixos rendimentos e produtividade, quando o substrato é adicionado de uma só vez, podendo exercer inibição; Apresenta tempos mortos tempos em que a fermentação não esta ocorrendo, como tempo de carga e de descarga, lavagens e esterilização dos equiapamentos.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA Grande flexibilidade de operação; Possibilidade de realizar fases sucessivas no mesmo recipiente; Condições de controle mais simples; Capacidade de identificar todos os materiais relacionados ao processo; Apresenta menores riscos de contaminação se comparada a fermentação contínua; É o processo mais utilizado na indústria de alimentos (iogurte, cerveja, vinho, etc.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA INÓCULO Inóculo,, pé-de de-cuba ou pé-de de-fermentação é o quantidade adequada de microrganismo para garantir em condições econômicas a fermentação do volume do mosto; Cepas: manutenção do microrganismos selecionado em condições que possibilitem manter sua viabilidade e capacidade reprodutiva; Condições de manutenção: secagem, em agar inclinado, congelados; Recuperação do microrganismo: depende da técnica que utilizou para sua

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA MOSTO O microrganismo necessita de condições ótimas de crescimento (ph, temperatura, O 2 dissolvido, etc) O meio de cultura, mosto ou meio de fermentação tem influência marcante no processo; Deve possuir nutrientes requeridos para o crescimento celular

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA MOSTO Elementos principais: (C, H, O, N); Elementos secundários: (P, K, S, Mg); Vitaminas e hormônios; Traços de elmentos (Ca, Mn, Fe,, Co, Cu, Zn) Na formulação de um meio de cultivo, deve-se levar em conta as necessidades desses nutrientes para a formação dos produtos.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA Composição Elementar Típica de um Microrganismo Elemento Carbono Nitrogênio Fósforo Enxofre Magnésio Porcentual no MO 50 7-12 1-3 0.5-1,0 0,5

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA Mosto Um meio de cultura deve no mínimo conter os elementos da célula na proporção correta; Exceto para carbono, oxigênio e hidrogênio, a formulação dos nutrientes é baseada na Tabela anterior; Os microrganismos coordenam eficiente o seu catabolismo e anabolismo; O substrato limitante são as fontes de

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA Tipos de Mosto Meios naturais: (sucos de uvas, leite, caldo de cana, milhocina,, etc); Meios sintéticos: (meios quimicamente definidos); Alguns substratos (açúcares, melaços, soro de leite, celulose, amido, resíduos, como água de maceração de milho, metanol, etanol, óleos e gorduras, etc.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA CLASSIFICAÇÃO DOS PROCESSOS DESCONTÍNUOS 1. Cada dorna recebe um inóculo; 2. Processo com recirculação do microrganismo; 3. Processo de cortes

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA 1. CADA DORNA RECEBE UM INÓCULO Cada dorna recebe um microrganismo propagada a partir de uma cultura pura; Pouco riscos de contaminação; Fermentações com meios ricos e passíveis de contaminação este tipo é indicado;

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA 2. COM RECIRCULAÇÃO DE MICRORGANISMOS Reaproveitamento do inóculo da cultura anterior; Espera-se se que o microrganismo flocule (cerveja), ou centrifuga-se o meio fermentado (álcool); Aumenta-se o risco de contaminação em cada nova batelada; Necessidade de tratamento da suspensão de células, com água e ácido sulfúrico, eliminando contaminantes e leveduras em degeneração.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA 3. PROCESSO DE CORTES Inicia-se o processo normalmente em uma Dorna A; Quando a fermentação atingir a fase adequada passe a metade do volume da Dorna A, para uma Dorna B, até então vazia; Em seguida completa-se o volume das duas dornas; Os cortes podem ser feitos na fase de crescimento mais ativa, ou no final da fermentação; Estes cortes podem ser feitos sucessivamente mas podem sofrer sérias quedas no

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS Tendo em vista, o alto custo de um fermentador,, bem como otimizar o espaço que ocupa, é necessário definir o número de dornas para uma empresa produzir o que deseja; BORZANI, sugeriu uma metodologia para calcular o número de fermentadores para um processo descontínuo.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS Considere, uma instalação funcionando por processo descontínuo, onde o líquido fermentado deva abastecer de maneira inenterrupta,, o setor de separação dos produtos BORZANI, sugeriu uma metodologia para calcular o número de fermentadores para um processo descontínuo.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS F: vazão média de liquido fermentado; t f : tempo necessário para que o conteúdo da dorna fermente completamente; V: capacidade útil da dorna; D: número de dornas; t d : tempo necessário para se descarregar uma dorna; t c : tempo necessário para se limpara e carregar uma dorna;

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS O valor da vaza F, depende dos seguintes fatores: i. da quantidade de produto final que se deseja obter na unidade de tempo; ii.. do rendimento dos tratamentos finais, que devem conduzir ao produto desejado; iii.. da concentração do produto final no líquido fermentado, que sua vez é função do processo de fermentação;

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS Se M,, é a massa de produto final que interessa produzir em um tempo t,, sendo r o rendimento dos tratamento finais e com C a concentração do produto final no líquido fermentado, então tem- se que: F = M C. t. r

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS O valor médio de t f, por sua vez, depende do processo de feermentação enquanto que o tempo de descarga pode ser calculado por: t d = V F

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS A capacidade útil de cada dorna depende do fabricante; Dorna com centenas de metros cúbicos, são de dificeis controle, principalmente de agitação e de aeração: Para o dimensionamento da dorna, propõe-se que: t = t c d Essa igualdade, facilita a avaliação de D

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS Consideremos uma dorna que será identificada com Dorna 1, em início de trabalho, no intervalo de tempo t c = t d, e ela será limpa e carregada; decorrido um intervalo de temp t f, o líquido nela contido estará completamente fermentado e após, outro intervalo de tempo t d, ele se estará vazia e em condições de reinciar o ciclo de trabalho; Para que não ocorra interrupção de fornecimento ded material fermentado, quando terminar a descaraga da Dorna 1, deverá existir outra Dorna 2, pronta par ser descarregada. Quando a terminar a descarga da Dorna 2, outra Dorna deverá está pronta para descarga. Esta sequencia pode ser visualizadada na Figura a seguir:

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA NÚMERO DE DORNAS Fim da descarga t d t d Fim da fermentação Fim da Carga D1 Dn D1 Inicio do preparo da dorna t d t f Tempo Cronograma de funcionamento de dornas de um sistema descontínuo

NÚMERO DE DORNAS ( D 1). t d = t d + t f D = 2 + t t f d D = 2 + ( F. t V f ) F, V e t f, devem ser conhecidos

AO LONGO DA HISTÓRIA O HOMEM TEM BUSCADO INTENSAMENTE FERRAMENTAS PARA CRIAR E DESENVOLVER PROCESSOS QUE POSSIBILITEM MAIOR PRODUTIVI- DADE AO MENOR CUSTO.

A EVOLUÇÃO DA TECNOLOGIA TEM CONTRIBUÍDO PARA O AUMENTO DOS RENDIMENTOS E EFICIÊNCIAS POSSIBILITANDO DESTA FORMA MAIOR LUCRATIVIDADE.

QUE CUIDADOS SÃO NECESSÁRIOS PARA A OBTENÇÃO DOS MELHORES RESULTADOS NA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA?? COMO A APLICAÇÃO DA TECNOLOGIA PODE CONTRIBUIR PARA MAIOR LUCRATIVIDADE??

PRODUÇÃO DE ETANOL

MATÉRIA PRIMA CANA DE AÇÚCAR

MOAGEM DA CANA: OBJETIVO: AUMENTAR A EXTRAÇÃO DE SACAROSE DA CANA, MELHORANDO A EFICIÊNCIA DA MOENDA.

TRATAMENTO DO CALDO: OBJETIVO: RETIRAR DO CALDO AS IMPUREZAS MENORES QUE NÃO FORAM RETIDAS NO PENEIRAMENTO, ESTAS IMPUREZAS SÃO BASICAMENTE DO TIPO: SOLÚVEIS, COLOIDAIS E INSOLÚVEIS.

FERMENTAÇÃO DESCONTÍNUA

O PROCESSO DE FERMENTAÇÃO MAIS COMUMENTE UTILIZADO NAS DESTILARIAS DO BRASIL É O MELLE- BOINOT, CUJA CARACTERÍSTICA PRINCIPAL É A RECUPERAÇÃO DE LEVEDURAS ATRAVÉS DA CENTRIFU- GAÇÃO DO VINHO.

O PROCESSO CONSISTE BASICAMENTE NO USO DE SOLUÇÃO DE AÇÚCAR PRONTA PARA FERMENTAÇÃO DO MOSTO, FORMADO POR CALDO TRATADO E MELAÇO, COM CONCENTRAÇÃO FINAL DE APROX. 18º BRIX.

INICIALMENTE A DORNA DE FERMENTAÇÃO É ALIMENTADA COM A LEVEDURA PREVIAMENTE TRATADA E PREPARADA EM CERCA DE 1/3 DO SEU VOLUME, ESTE É O CHAMADO PÉ-DE-CUBA, SENDO O MOSTO ALIMENTADO EM SEGUIDA DE MANEIRA GRADUAL, POIS A RÁPIDA FORMAÇÃO DE CO2, PODERÁ CAUSAR DANOS À DORNA POR EXPANSÃO DO DIÓXIDO DE CARBONO.

OS AÇÚCARES SÃO TRANSFORMADOS EM ÁLCOOL, SEGUNDO A REAÇÃO SIMPLIFICADA DE GAY LUSSAC: C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 C6H12O6 2CH3CH2OH + 2CO2 + 23,5 KCAL

COMO PODEMOS VERIFICAR NA EXPRESSÃO ANTERIOR, O PROCESSO DE FERMENTAÇÃO GERA CALOR QUE DEVE SER RETIRADO PARA QUE AS LEVEDURAS MANTENHAM AS CONDIÇÕES IDEAIS REQUERIDAS.

O RESFRIAMENTO DE DORNA NO BRASIL E NOS DEMAIS PAÍSES TROPICAIS PODE SER FEITO DE DUAS FORMAS: SERPENTINA TROCADOR DE CALOR A PLACAS EXTERNO

A SEGUNDA OPÇÃO É A MAIS MODERNA E MAIS EFICIENTE, JÁ QUE O TROCADOR PROPORCIONA UMA MELHOR HOMOGENEIDADE DA TEMPERATURA NO INTERIOR DA DORNA COM A SANITARIEDADE QUE NA SERPENTINA ACABA FICANDO COMPROMETIDA.

O TEMPO DE FERMENTAÇÃO VARIA EM FUNÇÃO DO TIPO DE LEVEDURA EMPREGADA, GRAU BRIX DO MOSTO E DE OUTROS FATORES MENORES. ATUALMENTE O TEMPO VARIA ENTRE 6 E 8 HORAS COM UM TEOR ALCOÓLICO DE ATÉ 10ºGL (10% EM VOLUME) NO FINAL DO PROCESSO.

O PRODUTO FORMADO NO FINAL PASSA A SE CHAMAR VINHO QUE APÓS A CENTRIFUGAÇÃO PARA SEPARAÇÃO DAS LEVEDURAS, ESTE PASSA A SE CHAMAR VINHO DELEVEDURADO E ENTÃO É ENCAMINHADO PARA A DESTILARIA PARA A OBTENÇÃO DO ÁLCOOL HIDRATADO E ANIDRO.

A TEMPERATURA RECOMENDADA PARA SE MANTER AS DORNAS É DE 32ºC, SENDO ESTE PATAMAR EXTREMA- MENTE INFLUENCIADO PELA TEMPERATURA AMBIENTE, JÁ QUE É UTILIZADA ÁGUA DE TORRE DE RESFRIAMENTO COMO FONTE FRIA.

EXISTEM ESTUDOS DE SE MANTER A DORNA COM TEMPERATURAS INFERIORES A 32ºC, MAS NESTE PATAMAR SERÁ NECESSÁRIO UM RESFRIAMENTO COMPLEMENTAR ATRAVÉS DE REFRIGERAÇÃO MECÂNICA (COMPRESSOR FRIGORÍFICO, EVAPORADOR, CONDENSADOR, ETC.) OU ATRAVÉS DE EJETOR UTILIZANDO VAPOR D ÁGUA COMO MOTOR TÉRMICO, PORÉM ATÉ O MOMENTO NÃO FOI ATINGIDO O EQUILÍBRIO TÉCNICO-ECONÔMICO.

OS PROCESSOS DE FERMENTAÇÃO DIVIDEM-SE BASICAMENTE EM DOIS TIPOS: TIPO BATELADA E DO TIPO CONTÍNUA, SENDO O PRIMEIRO O MAIS COMUM E COM MENORES PROBLEMAS DE CONTAMINAÇÃO, NO SEGUNDO REDUZ-SE O TEMPO MORTO ENTRE CICLOS, PORÉM FICA MAIS EXPOSTO AO RISCO DE SE PERDER TODO O MOSTO DAS DORNAS POR CONTAMINAÇÃO, EXIGINDO DESTA FORMA UM CONTROLE MICROBIOLÓGICO MAIS RIGOROSO.

UMA OUTRA TENDÊNCIA PARA MELHORAR A FERMENTAÇÃO, É O USO DE AGITADOR MECÂNICO NO INTERIOR DA DORNA PARA HOMOGENEIZAR A TEMPERATURA INTERNA, ESTE DISPOSITIVO PERMITE UMA ATUALIZAÇÃO DAS DORNAS MAIS ANTIGAS ONDE A CIRCULAÇÃO DO MOSTO COM AS LEVEDURAS, PODE SER INTENSIFICADA.

CONTAMINANTES NA FERMENTAÇÃO EM VIRTUDE DA MATÉRIA-PRIMA (CANA DE AÇÚCAR) ESTAR EXPOSTA A VÁRIOS MICROORGANISMOS NO CAMPO, A PRESENÇA DE LEVEDURAS SELVAGENS E BACTÉRIAS NO CALDO É INEVITÁVEL.

EM ESCALA INDUSTRIAL TORNA-SE IMPRATICÁVEL E TAMBÉM ANTI-ECONÔMICA A ESTERILIZAÇÃO DOS MEIOS DE FERMENTAÇÃO, RESTANDO AO USUÁRIO O CONTROLE DO NÍVEL DE CONTAMINAÇÃO NAS FASES DO PROCESSO ATRAVÉS DE ESTERILIZAÇÃO DOS PONTOS CRÍTICOS E DO USO DE ANTIBIÓTICOS NOS CASOS DE ALTO GRAU.

OS AGENTES CONTAMINANTES DO MOSTO ACABAM POR REDUZIR O RENDIMENTO DA FERMENTAÇÃO POR DUAS RAZÕES: ALGUMAS BACTÉRIAS HOMOFERMENTATIVAS TÊM COMO RESÍDUOS DO SEU METABOLISMO VÁRIOS ÁCIDOS, TAIS COMO: LÁTICO, BUTÍRICO, ACÉTICO, FÓRMICO, ETC.; QUE SÃO TÓXICOS PARA AS LEVEDURAS ALCOÓLICAS REDUZINDO ASSIM SEU METABOLISMO, E CONSEQÜENTEMENTE A QUANTIDADE DE ÁLCOOL PRODUZIDA;

COMO SE TRATA DA ATIVIDADE METABÓLICA DAS LEVEDURAS ALCOÓLICAS, O ALIMENTO DISPONÍVEL PARA ESTAS (AÇÚCAR PRESENTE NO MOSTO), É REDUZIDO EM FUNÇÃO DA CONCORRÊNCIA COM OS DEMAIS MICROORGANISMOS, A QUANTIDADE DE ÁLCOOL PRODUZIDA TAMBÉM É MENOR MEDIANTE A PRESENÇA DESTES CONTAMINANTES.

AS DESTILARIAS MAIS MODERNAS JÁ ESTÃO UTILIZANDO TROCADORES DE CALOR A PLACAS SANITÁRIOS NO LUGAR DOS DO TIPO CASCO E TUBOS, QUE ALÉM DE NÃO TEREM PONTOS DE ACÚMULO DE MATERIAL QUE PODEM GERAR FOCOS DE CONTAMINAÇÃO, SÃO FÁCEIS DE LIMPAR QUIMICAMENTE SEM DESMONTAGEM, OU QUANDO REQUER DESMONTAGEM, A SANITIZAÇÃO É RÁPIDA.

ESTE CUIDADO COM EQUIPAMENTOS SANITÁRIOS INICIA DESDE OS REGENERADORES DE CALDO MISTO COM CALDO DECANTADO/CLARIFICADO, PASSANDO PELAS TUBULAÇÕES, CONEXÕES, VÁLVULAS, FLANGES E TERMINA DAS DORNAS E SEUS PERIFÉRICOS (RESFRIADORES, SPRAY-BALLS, BOMBAS DE MOSTO, ETC.)

UMA BOA PRÁTICA PARA AS USINAS QUE NÃO DISPÕEM DE DECANTADOR/ CLARIFICADOR DE CALDO É A PASTEURIZAÇÃO DO CALDO BRUTO COM O USO DE TROCADORES TIPO FREE-FLOW, QUE PERMITEM A PASSAGEM DE CALDO COM BAGACILHO E REDUZEM O GRAU DE CONTAMINAÇÃO DENTRO DE NÍVEIS ACEITÁVEIS PELO PROCESSO FERMENTATIVO. OUTROS CUIDADOS:

O VINHO DELEVEDURADO COM UM TEOR ALCOÓLICO DE 7 A 10º GL, É ENCAMINHADO À DESTILARIA PARA PROCESSAMENTO. INICIALMENTE O VINHO PASSA PELO CONDENSADOR CHAMADO E NO TOPO DA COLUNA B TAMBÉM CHAMADA DE RETIFICADORA, É ENTÃO PRÉ-AQUECIDO NO TROCADOR K SITUADO NO PÉ DA COLUNA A TAMBÉM CHAMADA DE ESGOTAMENTO, ATRAVÉS DA VINHAÇA QUE SAI, ENTRANDO NA PARTE SUPERIOR CHAMADA DE A1.

O VINHO VAI DESCENDO E ESGOTANDO-SE DE ÁLCOOL ATÉ CERCA DE 40/50ºGL QUANDO É CHAMADO DE FLEGMA, DEIXANDO ESTA COLUNA PARA SER ENCAMINHADO À COLUNA B. O ESGOTAMENTO CONTINUA ATÉ QUE O PRODUTO DE FUNDO DE COLUNA CHAMADO VINHAÇA É RETIRADO COM UM TEOR ALCOÓLICO MÁXIMO DE 0,03ºGL.

A FLEGMA AO ENTRAR NA COLUNA B VAI DESALCOOLIZANDO-SE ATÉ A SAÍDA DO PRODUTO DE FUNDO CHAMADO FLEGMAÇA, O ÁLCOOL HIDRATADO COM UM TEOR MÁXIMO DE 97,2% É RETIRADO NO TOPO DESTA COLUNA E TEM DOIS ENCAMINHAMENTOS, SENDO UM PARA RESFRIAMENTO E POSTERIOR ESTOCAGEM E O SEGUNDO PARA A COLUNA DE DESIDRATAÇÃO, TAMBÉM CHAMADA C.

A INTERLIGAÇÃO DESTAS DUAS COLUNAS (B E C) MODERNAMENTE É FEITA ATRAVÉS DE UM TANQUE, PULMÃO CONTENDO ÁLCOOL QUENTE, ESTE RECURSO É EMPREGADO PARA SE CONSEGUIR UM FUNCIONAMENTO MAIS REGULAR DA COLUNA DE DESIDRATAÇÃO, MELHORANDO ASSIM O RENDIMENTO DESTA.

EM FUNÇÃO DA MISTURA BINÁRIA ÁLCOOL- ÁGUA SE TORNAR AZEOTRÓPICA NA CONCENTRAÇÃO DE 97,2%, O PONTO DE EBULIÇÃO DOS COMPONENTES ACONTECE NA MESMA TEMPERATURA, IMPOSSIBILITANDO A SEPARAÇÃO POR DESTILAÇÃO, PARA SE OBTER O ÁLCOOL ANIDRO (99,6ºGL).TEMOS QUE FAZER O USO DE ARTIFÍCIOS ESPECIAIS PARA

O BRASIL DISPÕEM DE VÁRIAS TECNOLOGIAS DE DESIDRATAÇÃO DE ÁLCOOL, QUE A SEGUIR RELACIONAMOS: CICLO BENZENO (ATUALMENTE PROIBIDO EM FUNÇÃO DE SER CANCERÍGENO, PORÉM FOI MUITO UTILIZADO NO PASSADO); CICLO HEXANO O MAIS UTILIZADO ATUALMENTE EM FUNÇÃO DA MIGRAÇÃO DO CICLO BENZENO PARA ESTE;

PENEIRA MOLECULAR; MEG (MONO ETILENO GLICOL). A ESCOLHA DE UMA DAS TECNOLOGIA DISPONÍVEIS É FEITA EM FUNÇÃO DA LEGISLAÇÃO, CUSTOS INDUSTRIAIS E DE INVESTIMENTOS. AS DUAS ÚLTIMAS TECNOLOGIAS PERMITEM UM CONSUMO DE VAPOR NA DESTILAÇÃO BASTANTE REDUZIDO, COMPARANDO-SE COM AS

DESTACA-SE A ÚLTIMA QUE FOI DESENVOLVIDA NO BRASIL E JÁ ENCONTRA- SE EM CERCA DE 10% DAS DESTILARIAS BRASILEIRAS POIS PERMITE A MIGRAÇÃO SIMPLES, DO CICLO HEXANO PARA O MEG SEM MODIFICAÇÕES RADICAIS NO PROCESSO.

O PROCESSO DE DESIDRATAÇÃO POR HEXANO OU MEG CONSISTE BASICAMENTE EM SE ADICIONAR UM DESTES TRATORES QUE ALTERA A TEMPERATURA DE EBULIÇÃO DA MISTURA, FORMANDO UM TERNÁRIO (ÁLCOOL-ÁGUA-AGENTE) E FAZ COM QUE O ÁLCOOL FIQUE COM UM PONTO DE EBULIÇÃO SUPERIOR AO DA MISTURA ÁGUA- AGENTE, SENDO ESTE RETIRADO NO PÉ DA

COLUNA C, E OS VAPORES DE ÁGUA- AGENTE SÃO CONDENSADOS NO TOPO DA COLUNA, SEPARADOS NA COLUNA P E O AGENTE RECUPERADO PARA UM NOVO CICLO.