ESTUDO DE FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA DO CALDO DO
SORGO SACARINO
RAISSA CRISTINA SANTOS3; NORMANDO MENDES RIBEIRO FILHO1; WLADYMYR
JEFFERSON BACALHAU DE SOUZA2; KATILAYNE VIEIRA DE ALMEIDA2; ELIANE
ROLIM FLORENTINO2
1
Universidade Federal do Rio Grande do Norte. PPGEQ/UFRN. E-mail: [email protected]
Universidade Estadual da Paraíba. UEPB.
3
Universidade Federal da Paraíba. UFPB.
2
RESUMO - Entre as diversas matérias-primas renováveis disponíveis como fonte fermentativa
para obtenção de álcool, especial destaque vem sendo dado ao sorgo granífero sacarino
{Sorghum bicolor (L.) Moench}. O teor relativamente alto de açúcares fermentáveis contidos no
colmo e a antecipação da colheita em relação à cana-de-açúcar justificam esta posição de
destaque. A cana-de-açúcar se desenvolve bem no trópico úmido, enquanto a beterraba açucareira
se desenvolve em clima temperado; já o sorgo é cultivado principalmente em zonas áridas e semiáridas, tornando-se um alimento básico, visto que apresenta elevado potencial de produção,
reconhecida qualificação como fonte de energia para alimentação animal, grande versatilidade
(silagem, feno e pastejo direto) e potencial de adaptação a regiões mais secas, com boa
produtividade de grãos e altos teores de açúcares no caldo do colmo. Este trabalho visa otimizar a
utilização do caldo do sorgo sacarino em processos fermentativos para produção de bebidas
alcoólicas e combustível. O teor de álcool produzido foi bastante considerável, que possibilita a
utilização do caldo de sorgo sacarino como substrato para produção de bebidas fermentadas,
fermento-destiladas e etanol.
Palavras – chave: Semi – Árido, Sorgo Sacarino, Etanol.
INTRODUÇÃO
A degradação do meio ambiente, é uma conseqüência da falta de consciência ecológica
aliada à uma preocupação excessiva com a geração de lucro. No Brasil região a Nordeste ocupa
18,3% do território nacional, e dentro desta região encontramos uma de suas subdivisões
chamada semi-árido, entre tantos outros nomes, ocupando 11% do território nacional, cerca de
70% do espaço territorial da região Nordeste. A região semi-árida brasileira possui a maior
população do mundo em região semi-árida. Nela também são encontradas as maiores ocorrências
de plantas xerófilas do mundo, com uma grande variedade de plantas endêmicas e exóticas.
Conhecer o potencial das plantas deste bioma é de extrema importância, já que ocorrem plantas
com altos valores alimentício, forrageiro e fitoterápico.
O sorgo é uma gramínea cultivada em várias regiões do mundo objetivando a produção de
grãos. Recentemente, maior importância vem sendo dada ao sorgo sacarino (Sorghum bicolor (L.)
Moench) como mais alternativa para a extração do açúcar acumulado nos seus colmos. Planta
semelhante ao milho e à cana-de-açúcar, apresenta uma série de vantagens que elegem o sorgo
como de grande potencial energético, a saber: planta de ciclo curto, proporcionando um bom
rendimento em colmos ricos em açúcares; é bem tolerante a períodos de seca; pode ser cultivada
em todo o centro sul bem como na maioria das regiões do Brasil; além dos colmos, permite a
produção de grãos, que poderão ser utilizados na alimentação animal e com outras finalidades. O
cultivo do sorgo, na região Nordeste, poderá diminuir a importação do trigo, possibilitando assim
uma grande contribuição à economia (RASPER, 1991).
O sorgo sacarino é uma opção economicamente viável na alimentação animal sendo uma
das culturas líderes do mundo agrícola, assemelhando-se à cana-de-açúcar, uma vez que o
armazenamento do açúcar ocorre no colmo, além de fornecer bagaço para a indústria. Entretanto,
ele difere de maneira acentuada da cana-de-açúcar pelo fato de ser cultivado a partir de sementes
e apresentar um ciclo vegetativo bem mais curto, de 120 a 130 dias. Adicionalmente, o sorgo
sacarino produz grãos, que podem ser utilizados na alimentação humana (TEIXEIRA et al.,
1997). No Brasil, os experimentos realizados com sorgo sacarino estão sendo conduzidos pela
EMBRAPA- Centro Nacional de Pesquisa de Milho e Sorgo (CNPMS), em Sete Lagoas, MG,
para a obtenção de cultivares com boa produção de massa verde, com teores altos de açúcares nos
colmos, ao lado de uma produção razoável de grãos. Este trabalho visa otimizar a utilização do
caldo do sorgo sacarino em processos fermentativos para produção de bebidas e combustível.
METODOLOGIA
O sorgo foi obtido em experimento montado na Escola Agrícola Assis
Chateaubriand/UEPB, situada no município de Lagoa Seca – PB. As análises foram realizadas no
laboratório de microbiologia de Universidade Estadual da Paraíba, Campina Grande-PB.
Substrato
O caldo foi obtido a partir da moagem do colmo em moenda comum, após extração, o
caldo foi filtrado em peneira plástica comum de malha fina.
Caracterização do Caldo
O caldo foi caracterizado quanto: Produção de Caldo (%); Teor açúcares redutores totais
(ART); Teor de sacarose (°Brix) - determinado com uso do refratômetro de campo; pH determinado diretamente pelo método eletrométrico;
Microrganismo utilizado
Saccharomyces cerevisiae isolada do Fermento Fleischmann Royal adquirida em
supermercados da cidade de Campina Grande-PB.
Isolamento da Saccharomyces cerevisiae
Dois tabletes do Fermento Fleischmann Royal em frascos de Erlenmeyer de 250 mL
contendo 100 mL do meio de fermentação, incubados em estufa a 30ºC por 24 horas, em seguida
realizou-se um repique de 10% do meio ativo em um novo meio de fermentação nas mesmas
condições da primeira inoculação.
Preparo do inóculo
Os cultivos da Saccharomyces cerevisiae foi inicialmente inoculados com 2 tabletes do
Fermento Fleischmann Royal em frascos de Erlenmeyer de 250 mL contendo 100 mL do meio de
fermentação, incubados em estufa a 30ºC por 48 horas, sendo as 24 horas realizado um repique
para um novo meio de fermentação.
Condições de análises.
Amostras foram coletadas no tempo inicial (T0) e após 30 horas de fermentação (T1) e
controlados em duplicata, para determinação dos parâmetros: pH - determinado diretamente pelo
método eletrométrico; TSS – Teor de Sólidos Solúveis (°Brix); NCL – Número de Células de
Levedura; TA – Teor Alcoólico (Gay Lussac - °GL), seguindo as recomendações de MAIA &
CAMPELO (2006).
Planejamento Experimental.
A partir do planejamento experimental foram realizados 6 ensaios visando avaliar as
influencias das variáveis estudadas na produção do etanol. Para isso utilizou-se o programa
STATISTICA for Windows, versão 5.5, constituindo em um planejamento experimental 22 com
duplicata no ponto central. Para cada experimento determinou-se a produção de etanol como
variável resposta.
A Tabela 1 mostra os níveis das variáveis do planejamento fatorial 22 para fermentação
alcoólica.
Tabela 1 Níveis das variáveis do planejamento fatorial 22 para fermentação alcoólica
Variáveis
Nível (-1)
Ponto central
Nível (+1)
Inoculo (%)
8,0
10
12
Teor de sólidos (ºBrix)
8,0
10
12
A Tabela 2 apresenta a matriz do planejamento utilizada nesse trabalho.
Tabela 2: Matriz do planejamento fatorial 22 da fermentação alcoólica
Ensaios
Inóculo (1)
TSS (2)
1
-1
-1
2
+1
-1
3
-1
+1
4
+1
+1
5
0
0
6
0
0
TSS – Teor de Sólidos Solúveis (°Brix)
RESULTADOS
Caracterização do caldo do sorgo.
A Tabela 3 apresenta a caracterização do caldo do sorgo sacarino com e sem folhas, em
produção de caldo (%), pH, TSS-Teor de sólidos solúveis (°Brix) e ART - Açúcares Redutores
Totais.
Tabela 3: Caracterização do caldo do sorgo sacarino com e sem folhas.
Colmos
Produção de Caldo (%)
pH
TSS (°Brix)
Com Folhas
27,2
5,31
11,6
Sem Fohas
32,91
5,31
12,1
ART (%)
9,81
9,66
pH-potencial hidrogeniônico; TSS-teor de sólidos solúveis; ART-Açúcares redutores totais
Observa-se que o teor de sólidos solúveis (°Brix) encontrado a partir da extração do caldo
de sorgo sacarino a partir do colmo sem folhas possui potencial extrativo de produção, açúcares
redutores totais e sólidos solúveis em maior presença que o caldo com folha. Para rendimento da
produção será mais viável a utilização do caldo extraído após a limpeza dos colmos, evitando
retenção do caldo nas fibras e redução das características fermentativas do caldo.
O rendimento de caldo de sorgo em colmo sem folhas e colmo com folhas são de 32,91%
e 27,20%, respectivamente. Onde o caldo extraído do calmo sem folhas apresenta 5,71% de
rendimento de caldo, isso explica o fato de muitas destilarias utilizarem o processo chamado
“cana limpa”, que além de um maior rendimento preserva o maquinário. Os teores de sólidos
solúveis de 12,1 e 11,6ºbrix, para o colmo sem folha e com folhas, respectivamente. Sendo
também observados melhores valores de ART (%) na coldo extraído a colmo sem folhas,
(9,81%). Estes valores são próximos aos descritos por TEIXEIRA et. al. (1997).
Fermentação Alcoólica.
A Tabela 4. mostra o controle dos padrões para preparo do inoculo em período de 48
horas, com repique às 24 horas.
Tabela 4: Preparo do Inoculo.
Análises/Tempo (Horas)
pH
TSS
NCL
TA
0
5,31
10
1,4x1010
0
24
4,84
4
3,2x1010
5,9
48
5,03
2,9
3,4x1011
7,4
TSS – Teor de Sólidos Solúveis (°Brix); NCL – Número de Células de Levedura; TA – Teor
Alcoólico (Gay Lussac - °GL).
Observa-se que a 24 horas de fermentação ocorre um abaixamento de pH que é previsto
pelo processo de fermentação, e que neste período ocorre um aumento dês células de leveduras.
Quando observado o processo à 48 horas, ocorre uma grande mortalidade de células de levedura,
provavelmente, pelo longo tempo do processo e contaminação por bactérias.
Na Tabela 5 são apresentados os resultados dos ensaios experimentais, utilizando o caldo
do sorgo sacarino adicionado de diferentes porcentagens de inoculo e de sacarose conforme a
Tabela 2, onde foram monitorados o pH, Concentração de açúcares, Concentração celular e Teor
alcoólico.
Tabela 5: Resultados dos Ensaios Experimentais em períodos: inicial (T0) e final (T1 – 30 horas).
T0
T1
Concentração Concentração
Teor
Concentração Concentração
Teor
Ensaios pH
de açucares
celular
alcoólico pH
de açucares
celular
alcoólico
(ºBrix)
UFC/g
(ºGL)
(ºBrix)
UFC/g
(ºGL)
10
11
1
5,31
10
1,3x10
0
5,24
6,2
1,5x10
7,4
2
4,96
10
3,1x109
0
3,22
1,9
3,3x109
10,7
3
4,96
12
3,2x1010
0
4,32
6,1
3,4x1010
5,9
4
2,83
12
1,4x1010
0
2,36
10,8
2,5x1010
2,1
10
11
5
5,46
8
5,5x10
0
2,9
6,9
1,2x10
3,3
6
2,86
8
1,1x109
0
2,39
7,1
4,4x1010
1,1
Os ensaios 1 e 2 foram os mais expressivo no que diz respeito a produção de álcool,
apenas o ensaio 2 apresentou um consumo mais elevado do brix, dessa forma, foram consumidos
8,1°Brix e produzidos 10,7°GL de etanol pelas leveduras. No ensaio 3 apresentou uma boa
evolução, apesar das células terem consumido apenas 50% da sacarose inicial, converteram um
bom valor alcoólico final.
Os 3 primeiros ensaios apresentaram boa produção de etanol, que possibilita a utilização
do caldo de sorgo sacarino como substrato para produção de bebidas fermentadas e fermentodestiladas. Principalmente, se considerarmos que a produção de etanol no mosto é aumentada em
6 vezes com o processo de destilação, no caso, para produção de bebidas fermento destiladas
(MAIA & CAMPELO, 2006), assim como descrito na Tabela 6.
Tabela 6: Teor alcoólico obtido no mosto e possível teor
obtido após aplicação do processo de destilação.
Teor alcoólico (ºGL)
Ensaios
Mosto
Destilação
1
7,4
44,4
2
10,7
64,2
3
5,9
35,4
4
2,1
12,6
5
3,3
19,8
6
1,1
6,6
Observa-se que os ensaios 1 e 2 podem ser utilizados para produção de aguardente de
sorgo. O ensaio 3 pode ser utilizado para produção de uma aguardente desde que seja coplado o
processo de envelhecimento, a fim de, agregar valor ao produto. O ensaio 2 é ideal para produção
de etanol que pode auxiliar a produção de cana-de-açúcar nas usinas. Os ensaios 4, 5 e 6 podem
ser utilizados para produção de vinho de sorgo sacarino.
Todos os ensaios apresentaram uma acidificação no meio identificada pelo abaixamento
do pH após encubação, que se deve ao desenvolvimento das leveduras e formação natural de
ácido acético.
CONCLUSÕES
Os melhores resultados na produção de etanol foram obtidos ao utilizar as condições dos
ensaios 1, 2 e 3;
O melhor desenvolvimento de células de leveduras ocorreu nas condições de pH 5,46,
ocorrendo baixo consumo de sacarose;
O teor de álcool produzido foi bastante considerável, que possibilita a utilização do
caldo de sorgo sacarino como substrato para produção de bebidas fermentadas,
fermento-destiladas e etanol.
REFERÊNCIAS
BRASIL. Instituto Adolfo Lutz Normas analíticas do Instituto Adolfo Lutz. 5ª edição, São Paulo:
Instituto Adolfo Lutz, 2005. 533p.
MAIA, A. B. R. A.; CAMPELO, E. A. P. Tecnologia da Cachaça de Alambique. 128p. Belo
Horizonte - MG, 2006.
RASPER, V. F. Quality evaluation of cereal and cereal products. In: LORENZ, K. J.; KULP, K.
(ed). Handbook of cereal science and technology. New York: Marcel Dekker, 1991, p.
592-638.
RIBEIRO, José Carlos Gomes Machado. Fabricação artesanal da cachaça mineira. 2.ed. – Belo
Horizonte: Ed. O lutador, 2002.
TEIXEIRA, C.G.; JARDINE, J. G.; BEISMAN, D.A. Utilização do sorgo sacarino como matériaprima complementar à cana-de-açúcar para obtenção de etanol em microdestilaria. Ciênc.
Tecnol. Aliment., v. 17, n.3, p. 221-229, 1997.