Perdas no Processo:
Do Campo à Indústria
Curso Teórico e Pratico da Fermentação Etanólica
UNESP/UFSCar – 20 a 24 de fevereiro de 2006
Prof. Dr. Octávio Antonio Valsechi
DTAISER/CCA/UFSCar
[email protected]
"Jamais considere seus estudos como uma
obrigação, mas como uma oportunidade
invejável para aprender a conhecer a
influência libertadora da beleza do reino do
espírito, para seu próprio prazer pessoal e
para proveito da comunidade à qual seu
futuro trabalho pertencer."
Albert Einstein
Unidade Média
Moagem 2.000.000 ton
1kg ATR = R$0.30
ART % Cana 16,0%
ou 160 Kg/ton
100% - R$ 96.000.000,00
1,0 % - R$ 960.000,00
0,1 % - R$ 96.000,00
A QUALIDADE DA MATÉRIAPRIMA É FUNDAMENTAL POR
SER A PRINCIPAL ENTRADA
DE CONTAMINANTES NA
INDÚSTRIA.
Fatores Relacionados com a
Matéria-prima
• Tempo Queima
• Pragas (broca, cupim, etc.)
• Tipo de Colheita (% de Terra)
• Armazenamento
• Clima
HORAS APÓS QUEIMA OU
CORTE
Com temperatura elevada (800 a 1000ºC):
– Rachamento da casca;
– Exudação do caldo;
– Porta de entrada para microrganismos;
– Contaminação microbiana.
DETERIORAÇÃO DA CANA EM
FUNÇÃO DO TEMPO APÓS A
QUEIMA/CORTE
A – Não Queimada e Cortada
Fonte: Parazzi, et al, 1986
B – Queimada em Pé
C – Queimada e Cortada
Infestação de Pragas
• Brocas, Cupins, Migdolus, etc.
– Aumenta área de contato com meio externo;
– Podridão vermelha;
– Porta de entrada para microrganismos;
– Difícil visualização e detecção;
– Reflexo só será percebido após o
processamento
Tipo de Colheita
• Corte manual e colheita mecânica
– Fazer montes para facilitar o
carregamento
– Menor quantidade de terra
• Corte e colheita mecânica
– Cana inteira
– Cana picada
(regulagem do corte das extremidades)
% de Impurezas
• Mineral
– Terra ( ∅ 1,2m – maior concentração de
microrganismos)
• Vegetal
– Folhas (bainhas por ter maior umidade –
propício para microrganismos)
– Palha (aumento da fibra processada)
– Outros
Clima
• TEMPERATURA AMBIENTE E UMIDADE RELATIVA DO AR
– TEMPERATURA E UMIDADE ELEVADAS ACELERAM A AÇÃO DOS
MICRORGANISMOS
• FOTOPERIODISMO
– FLORESCIMENTO
• GEADA
Perdas na Indústria
Descarregamento/Estoque
Lavagem da Cana
Preparo da Cana (esteirão)
Extração
Tratamento do Caldo (torta)
Fermentação
Destilação
Descarregamento / Estoque
• Pátio ou Barracão?
• Nenhum dos dois
• Esmagamento da cana por peso da coluna
de cana;
• Primeira a ser armazenada será a última a
ser processada;
• Amassamento da cana pelas máquinas
(perdas por extração e por contaminação).
Água de Lavagem
(% ART Cana)
Média
1,04
Mínimo
0,10
Máximo
3,90
Perdas de Açúcar
% PERDAS DE AÇÚCAR (ART)
16
14
12
10
8
6
4
2
0
Cana Sadia
Queimada e Inteira
Fonte: FERMENTEC
Amassamento
Transversal
Perdas por amassamento
Amassamento
Longitudinal
Perdas por lavagem
Preparo
0,57% DO ART ENTRADO
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
231,4
209,2
112,4
90,4
58,6
30,8
9,4
1 2 3 4 5 6 7 8 9
10
11 12
13
14
15
Kg ART/h
ACUM.
Kg ART/h
265,1
16 Nº VÃO
BICÃO
1
2
3
4
5
6
DADOS DA ALCÍDIA - 1990
Fonte: FERMENTEC
7
8
9
10
11
FACAS
12
13
14
15
16
NIVELADOR DESFIBRADOR
Extração
Condições
Condições Propícias
Propícias para
para
Crescimento
Crescimento de
de Microrganismos:
Microrganismos:
––Temperatura
Temperatura
––pH
pH
––Açúcar
Açúcar Disponível
Disponível
––Lay
Lay -- Out
Out da
da Moenda
Moenda
––Dificuldade
Dificuldade de
de Assepsia
Assepsia
Bagaço
(% ART Cana)
Perdas no Bagaço
Extração
Média
4,0
96,0
Máximo
6,7
93,3
Mínimo
2,6
97,4
Tratamento Térmico de Caldo
IMPORTANTE ETAPA PARA A REDUÇÃO DE
CONTAMINANTES (BACTÉRIAS E
LEVEDURAS).
Temperaturas: 110 - 112o C, ou superiores
Redução para níveis <101 bactérias/mL
Perdas na Torta
(% ART Cana)
Média
0,57
Mínimo
0,20
Máximo
1,42
Trocadores de Calor
X
Contaminação
Recontaminação do caldo decantado em
diferentes tipos de regeneradores
(em bact./mL)
REGENERADOR ENTRADA
SAÍDA
AUMENTO
TUBULAR
0,9x101
2,1x103
233 x
PLACAS
0
5,8x101
58 x
VÁCUO
1,8x101
2,1x101
1,2 x
Trocadores de Calor
Ponto crítico de recontaminação de caldo
decantado
À VÁCUO
À PLACAS
TUBULAR
(THERMOL)
Assepsia dos Trocadores de
Calor de Mosto (Placas)
Trocadores de calor:
ponto crítico de recontaminação do mosto
USO DE FLEGMAÇA
Redução da contaminação no mosto para 102 bact./mL
Níveis estes que nunca haviam sido obtidos até então
Redução de mão-de-obra e insumos
Assepsia dos Trocadores de
Calor de Mosto (Placas)
Recontaminação nos trocadores de calor
com assepsia realizada utilizando flegmaça
(em bactérias/mL)
UNIDADE
ENTRADA
SAÍDA
RECONTAM.
TROCADOR TROCADOR
A
3,0x102
3,3x102
1,1 x
B
0,6x101
1,1x101
1,8 x
O PROCESSO DE
FERMENTAÇÃO
Fermentação alcoólica é um
fenômeno através do qual os
açúcares, são transformados em
álcool, gás carbônico e energia, por
ação de leveduras.
C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + ε
O que se deseja de um
processo fermentativo ?
• Elevado Rendimento
• Uniformidade
na
produção
de
metabólitos pela levedura
• Qualidade do produto final
(cervejarias, bebidas fermentadas e destiladas )
Rendimento da Fermentação
% do teórico
Média
89,86
Mínimo
86,56
Máximo
91,99
Principais impactos da
Contaminação na Fermentação
• Floculação
• Consumo de açúcares
• Excreção de compostos tóxicos
(ácidos orgânicos)
• Aumento da produção de glicerol
• Aumento do tempo de fermentação
• Redução da viabilidade
• Aumento do açúcar
fermentação
residual
ao
Redução do rendimento da fermentação
final
da
IMPACTO DA FLOCULAÇÃO
NA FERMENTAÇÃO
• Diminuição da superfície de contato
entre células de leveduras e meio
fermentativo
• Aumento do tempo de fermentação
• Diminuição da concentração de levedo
nas centrífugas
• Aumenta poder tamponante vinho
• Maior uso de ácido
• Morte leveduras / Inibição da
fermentação
• Menor rendimento fermentação
Bactérias Láticas
• Mais freqüentes na fermentação
• Mais prejudiciais
• Rápido desenvolvimento
(10 - 30 minutos )
• Tolerância a elevadas temperaturas
(ótimo 45o C )
• Resistentes a baixo pH
(Acidófilas/Acidúricas )
Rendimento da Fermentação
x
Contaminação Bacteriana
Rendimento
Fermentação
Níveis de
contaminação
Vinho
91 - 92% 90%
106
107
88%
108
OBS: fermentação com reciclo de leveduras
Destilação
Perdas na Vinhaça e Flegmaça
(% Álcool produzido)
Média
0,34
Mínimo
0,05
Máximo
1,20
PROBLEMAS NA
FERMENTAÇÃO:
Como Identificar e Resolver
Limpeza Adequada das Dornas
↓ INCRUSTRAÇÃO
↓ CONTAMINAÇÃO
↓ ANTIBIÓTICOS e ÁCIDO
↑ EFICIÊNCIA FERMENTAÇÃO
SOLUÇÃO PARA O
PROBLEMA:
ASSEPSIA DAS DORNAS
MANUAL:
baixa eficiência (principalmente dornas
com serpentinas)
AUTOMÁTICA (Bicos de Alta Pressão):
ideal, elevada eficiência, rapidez, não
necessita de mão de obra
Limpeza das Dornas
Fundamental para se ter uma baixa
contaminação na fermentação
Usar bicos de Limpeza de Alta Pressão:
Melhor eficiência na limpeza
Menos Tempo para Limpeza
Menor custo com mão de Obra
Durante a Fermentação:
Impurezas do mosto
( Terra + Bagacilho )
Produção de Espumas
pelas Leveduras
Uso de Antiespumantes / Dispersantes
Incrustração nas Paredes e Teto
das Dornas
Favoresce Aumento da Contaminação
PROCESSOS DE
FERMENTAÇÃO
• BATELADA:
limpeza a cada ciclo fermentativo.
• CONTÍNUA:
o mais freqüente possível, porém é mais
difícil (necessidade de se baixar o nível da
dorna primária)
TRATAMENTO DO LEVEDO
Água
Creme
Levedo
Cuba
Ácido / Antióticos
Água de Poço
• IDEAL, DESDE QUE APRESENTE:
• Volume Suficiente
• Boas características microbiológicas
• Baixa Dureza (Cálcio)
• Livre de resíduos
(infiltrados pelo lençol freático)
• Baixa Temperatura
Tratamento da Água:
• Procedimento extremamente simples
• Rápido
• Baixo Custo
• Significativas melhorias para a
fermentação
Contaminação do Mel e Água
de Diluição de Fermento
Rastreamento de Fábrica é Fundamental
Bactérias do mel são de difícil controle (esporuladas)
Mel de boa qualidade microbiológica: < 102 bact./Ml
Água de boa qualidade microbiológica: < 102 bact./mL
Caixa mel
Água
Eliminação de Pontos Mortos
Anéis de Distribuição
Eliminação de Pontos Mortos
Anéis de Distribuição
TEMPERATURA DA
FERMENTAÇÃO
• Influência Direta sobre a Fermentação
• Favorece Multiplicação Bacteriana
• Intensifica Floculação
• Acima 35o C: afeta desempenho da
levedura
• Redução da Viabilidade Leveduras
• Diminui Rendimento da Fermentação
Considerações
AVALIAÇÂO DE TODAS AS ETAPAS DO
PROCESSO:
Monitoramento através do Controle Microbiológico:
Metodologias, Amostradores e Amostragens
Treinamento, Conscientização e Valorização da Equipe de
Trabalho
Identificação das Possíveis Causas dos Problemas
Atuação Rápida e Eficiente Sobre as Causas dos Problemas
Identificados
Ação Preventiva (assepsia, qualidade da matéria-prima,
manutenção de baixos níveis de contaminação)
Parâmetros de Avaliação
Viabilidade e Vitalidade celular
Nível de contaminação
Floculação do fermento
Concentração de fermento na centrífuga
Temperatura da dorna
Tempo de fermentação
Produção de ácido (acidez produzida)
Rendimento geral da destilaria
A OTIMIZAÇÃO DO LUCRO
DEPENDE DA EFICIÊNCIA DOS
PROCESSOS
QUANDO NÃO SE AVALIA O
RENDIMENTO GERAL DA INDÚSTRIA,
FICA IMPOSSIVEL OTIMIZAR A
LUCRATIVIDADE
QUEM NÃO AVALIA, NÃO SABE O QUE
E O QUANTO PERDE!
Para um bom gerenciamento, é
necessário ter informações
confiáveis.
Portanto, é necessário ter um
sistema adequado de
amostragem, métodos
analíticos, equipamentos e
pessoal capacitado e treinado.
"A imaginação é mais
importante do que o
conhecimento."
Albert Einstein
Muito obrigado !!!
∴
Prof. Dr. Octávio Antonio Valsechi
DTAISER/CCA/UFSCar
[email protected]