FERMENTAÇÃO DO MOSTO DE CALDO DE CANA CLARIFICADO SUBMETIDO À RADIAÇÃO ULTRAVIOLETA FERMENTATION OF CLARIFIED SUBMITTED TO ULTRAVIOLET RADIATION CANE JUICE MASH Patrick Allan dos Santos Faustino (1) Márcio Roberto de Carvalho (1) Josiene Rocha Teixeira (1) José Roberto Garbin (2) Leonardo Lucas Madaleno (1) Mariana Carina Frigieri (1) Resumo Para o processo fermentativo ser efetivo, é necessário ter condições ideais para o fermento (levedura) e minimizar a contaminação microbiana, a qual é responsável por grande parte das perdas na produção de etanol. O presente estudo procurou ensaiar o potencial de utilização da radiação ultravioleta (UV) no controle de contaminantes e otimização do processo. Para isso, o mosto de caldo de cana foi exposto à UV e a seguir foi realizado o processo fermentativo. Foi possível observar que a utilização da luz UV no mosto não alterou a viabilidade celular da levedura, porém foi bastante interessante na redução dos micro-organismos contaminantes e aumento do rendimento da fermentação. Palavras-chave: Saccharum spp. Análises tecnológicas. Fermentação. UV. Contaminantes. Abstract For fermentation process to be effective, it is necessary ideal conditions to yeast and minimize microbial contamination, which is responsible for large part of production losses. This study aimed to test the potential use of ultraviolet (UV) in the control of contaminants and process optimization. For this, the mash of sugar cane juice was exposed to UV and then the fermentation process was conducted. It was observed that use UV light in the mash did not alter the cell viability of yeast, but was quite interesting in reducing the contamination and increased fermentation yield Keywords: Saccharum spp. Technological analysis. Fermentation. UV. Contaminants. 1 Introdução A cana-de-açúcar (Saccharum spp.) é a matéria prima mais utilizada para a produção 1 Faculdade de Tecnologia Nilo de Stéfani, Jaboticabal (Fatec-JB) SP; 2 Faculdade de Tecnologia de Sertãozinho, Sertãozinho SP. E-mail contato: leonardo.madaleno@fatec.sp.gov.br. E-mail contato: patrickfaustino@ufmg.br. 79
de etanol no Brasil. A produção de etanol se dá no processo de fermentação etanólica pela ação de leveduras (Saccharomyces cerevisiae), que são as responsáveis pela transformação dos açúcares em etanol. O vinho resultante do processo é submetido a destilação, no qual se obtém o etanol (CHUM, et al., 2014). Porém a eficiência do processo depende, em grande parte, do controle de micro-organismos contaminantes, os quais são incorporados naturalmente no mosto e comprometem a fermentação (RAVANELI et. al., 2006). Deste modo, o controle de contaminantes do processo é imprescindível. O controle é feito usualmente com antibióticos, os quais geram grandes gastos para o setor sucroenergético, deixam resíduo na levedura e elevando o risco de desenvolvimento de estirpes resistentes. A aplicação da radiação UV surge como uma alternativa de controle. Oliveira (2013) iniciou os estudos aplicando UV em amostras retidas em compartimento e verificou-se que houve controle dos microrganismos contaminantes na água de diluição, mas os resultados não foram mantidos quando aplicada no mosto. O presente trabalho procurou melhorar os efeitos da ação da luz UV no mosto, utilizando o caldo clarificado em constante movimento.. 2 Material e Métodos O experimento foi realizado nos laboratórios da Faculdade de Tecnologia Nilo de Stéfani de Jaboticabal/ FATEC. O caldo de cana utilizado foi adquirido a partir da moagem de cana-de-açúcar cultivado na região de Jaboticabal-SP. Para o tratamento do caldo adicionouse 0,4 ml L -1 de ácido fosfórico (H 3 PO 4 ) e leite de cal (Ca(OH) 2 ) até atingir o ph 6,0. Aqueceu-se até o inicio da ebulição e, ainda com o caldo quente, foi vertido em proveta de 1 L com 2 ml de polímero 1 g L -1 (Mafloc ) já adicionado anteriormente na proveta para facilitar a mistura. Após a decantação completa do lodo, separou-se o caldo clarificado e o lodo (Figura 1 A). Inicialmente foi preparado o mosto com 18º Brix e ph 4,5, o qual foi submetido à radiação ultravioleta (UV) utilizando um protótipo possuindo um reservatório com capacidade para 11 L contendo uma bomba de aquário acoplada a um foto reator que possui 3 lâmpadas germicidas, sendo 2 com potência de 15 W e 1 com potência de 25 W (Figura 1 B). As amostras foram coletadas em frascos estéreis de 1 L, a partir da ativação da luz UV. Foram coletados 6 frascos todos com 1 L e identificados com letras de A até D. Como contraprova foi utilizado o mosto sem aplicação da radiação UV. Para cada amostra foi realizada a análise tecnológica do mosto através da determinação da acidez sulfúrica total (CTC, 2011) e ART (açúcares redutores totais), de acordo com Lane e Eynon (1934). A contaminação foi determinada pela contagem em placas de PCA (RAVANELLI, 2010). O 80
mosto da amostra D, além da contraprova (T) foi submetido à fermentação. Para a realização do processo, foi utilizada levedura prensada (Saccharomyces cerevisiae) na proporção de 30 g L -1. A levedura foi distribuída em quatro béqueres, contendo cada um 50 ml de solução de glicose 1% por 1 hora de pré-fermentação. Em seguida, cada fermento foi submetido à centrifugação (centrifuga Spencer 80-2b) a 3000 rpm por cinco minutos. O sobrenadante foi retirado e as leveduras foram transferidas para erlenmeyer (1 L), com lavagem dos tubos da centrífuga utilizando-se de 100 ml do mosto. As alimentações seguintes, com 100 ml de mosto, foram cronometradas de 15 em 15 minutos até atingir o volume total de 500 ml. Foram retiradas amostras para a análise de viabilidade e contaminação inicial. Em seguida, os erlenmeyers foram levados para uma incubadora de bancada com agitação à 32 o C. Após 10 horas e 30 minutos de fermentação foram retiradas amostras do vinho para verificação da viabilidade (LEE et al., 1981), contaminação final e análises tecnológicas. As análises tecnológicas do vinho de acidez sulfúrica, açúcares redutores residuais totais (ARRT) e o teor etanólico foram realizados conforme CTC (2011). O etanol produzido e a eficiência fermentativa foram determinados conforme descrito em Fernandes (2006). Figura 1 A. Processo de clarificação realizado para obtenção do mosto utilizado no estudo; B. Aparelho para aplicação da luz UV no caldo clarificado A B 3 Resultados e Discussão O mosto de caldo clarificado foi introduzido no protótipo e submetido à radiação ultravioleta (UV). As amostras de 1 L foram coletadas imediatamente após a ativação da lâmpada. A Tabela 1 mostra o tempo em que as amostras foram coletadas e a contaminação determinada. Na amostra D ocorreu uma diminuição significativa da contaminação. Esse 81
efeito pode ser explicado porque o caldo está em movimento dentro do protótipo e o quando a luz UV é acionada parte do caldo não é exposto. Como o protótipo tem capacidade para 2,5 L, a ação pode ser mais bem observada nas amostras C e D. Assim, apenas o mosto da amostra D foi selecionado para a fermentação, além da contraprova (T). Na Tabela 2 é possível observar os parâmetros tecnológicos analisados. A amostra D apresentou menor valor de ART em relação à contraprova. Tabela 1 - Tempo de coleta das amostras após a ativação da luz UV e contaminação apresentada Tempo de exposição UV Contaminação Amostra (segundos) (UFC/mL) Contraprova (T) 0 3,7x10 6 A 27 1,5x10 6 B 53 1,5x10 6 C 80 1,2x10 6 D 106 0,9x10 6 Tabela 2- Características tecnológicas do mosto Amostra Brix (%) ph Acidez (g H 2 SO 4 L -1 ) ART (%) Contraprova (T) 18 4,25 1,6 16,26 D 18 4,22 1,6 15,30 A Tabela 3 apresenta os valores determinados para a viabilidade e contaminação inicial e final do processo. É possível observar que tratamento com UV não compromete o desenvolvimento do fermento (levedura), porém estabiliza a contaminação no processo. Esse efeito é refletido nos resultados das análises tecnológicas do vinho (Tabela 4). A amostra D apresentou maior produção de etanol e maior eficiência no processo, mesmo apresentando ART inicial menor (Tabela 5). Tabela 3 - Viabilidade inicial e final no processo de fermentação etanólica. Amostra Viabilidade Viabilidade Contaminação Contaminação Inicial (%) Final (%) Inicial (UFC/mL) Final (UFC/mL) Contraprova (T) 86,36 93,98 2,5x10 8 2,1x 10 9 D 90,28 93,12 1,2x10 8 2,0x10 8 82
Tabela 4 - Análises tecnológicas do vinho. Amostra Brix Final (%) ARRT Acidez Teor (%) (g H 2 SO 4 L -1 ) etanólico (%V/V) Contraprova (T) 2,4 1,84 3,87 9,44 D 2,3 1,74 3,38 11,52 Tabela 5 - Volume de etanol produzido e eficiência do processo. Amostra Etanol Produzido (ml) Eficiência (%) Contraprova (T) 37,76 71,67 D 46,08 92,96 4 Conclusão A aplicação da radiação UV no caldo clarificado resultou em menor contaminação, não influenciou na viabilidade do fermento e aumento na eficiência do processo. Novos experimentos serão realizados para confirmar os resultados obtidos. Referências CHUM, H. L.; WARNER, E.; SEABRA, J.E.A.; MACEDO, I.C. A comparison of commercial ethanolproduction systems from Brazilian sugarcane and US corn. Biofuels, Bioprod. Bioref., v. 8, p.205 223, 2014. CTC Centro de Tecnologia Canavieira. Manual de métodos de análises para açúcar. 1. ed. Piracicaba: CTC, 2011. FERNANDES, A.C. Cálculos na agroindústria da cana-de-açúcar, 2. ed. Piracicaba: STAB, 2006. 240p. LEE, S. S.; ROBINSON, F. M., WONG, H. Y. Rapid determination of yeast viability. Biotechnology Bioengineering Symposium, n. 11, 1981. RAVANELI, G. C.; MADALENO, L. L.; PRESOTTI, L. E.; MUTTON, M. A.; MUTTON, M. J. R. Spittlebug infestation in sugarcane affects ethanolic fermentation. Scientia Agricola, Piracicaba, v. 63, n. 6, p. 543-546, 2006. RAVANELI, G. C. Qualidade da matéria-prima, microbiota fermentativa e produção de etanol sob ataque de Mahanarva fimbriolata em cana-de-açúcar. 2010. Tese (Doutorado) Faculdade de Ciências Agrárias e Veterinárias, UNESP, Jaboticabal, 2010. OLIVEIRA, J. A.; GARBIN, J. R.; CÂMARA, C.; FRIGIERI, M. C.; MADALENO, L. L. Radiação Ultravioleta no controle dos micro-organismos na água de diluição e no mosto de melaço. STAB: açúcar, álcool e subprodutos, Piracicaba, v. 32, n. 1, p. 49-53, 2013. 83