Principais subprodutos
Glicerol:
• Protetor estresse osmótico ( Quando há uma grande concentração de sais no
meio ).
Ácidos Orgânicos : Ácido Acético e Ácido Succínico:
Ácido Succínico ► Agente antibacteriano natural;
Ácido Acético ►Produzido na fermentação por ação de bactérias.
Biomassa :
Crescimento da massa celular.
Carboidratos de reserva :
Trealose e glicogênio (protetores contra estresse).
Glycerol
FORMAÇÃO DO GLICEROL
PODE-SE AUMENTAR A PRODUÇÃO DE
DIMINUINDO A PRODUÇÃO DOS SUBPRODUTOS
ETANOL,
ATÉ ONDE PODE-SE FAZER ESSA REDUÇÃO?
Ácido Succínico
BASSO, L.C.
Principais subprodutos
1kg biomassa seca produzida  1kg de glicerol é produzido
1kg ácido succínico  4kg de glicerol é produzido
1kg ácido acético 3kg de glicerol é produzido
FATORES QUE AFETAM A
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
Químicos:
SUBSTRATO – composição do meio
• Açúcar e nutrientes
• pH, acidez, inibidores
Físicos:
• Temperatura
Biológicos:
• Leveduras (espécie, desenvolvimento) e contaminantes
FATORES QUE INFLUENCIAM A
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
-
Matéria-prima
Concentração substrato
Espécie de levedura
Quantidade e qualidade do fermento
Nutrientes
Temperatura
pH e Acidez
Contaminantes
MATÉRIA-PRIMA
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DA
CANA- DE -AÇÚCAR







Condições climáticas
Propriedades físicas, químicas e biológicas solo
Tipo de cultivo
Variedade e Idade
Estado sanitário da cultura
Estádio de maturação
Sistema de colheita/ carregamento e transporte
COLHEITA E TRANSPORTE
Horário da queima (exsudação de açúcares e inoculação d
bactérias láticas)
Perdas de colmos ou partes (corte manual ou mecanizado
Inclusão de Impurezas durante o carregamento
(deteriorações tecnológicas)
 Deteriorações Pós Colheita (estacionamento no campo microbiológicas)
MODIFICAÇÕES NA CANA ARMAZENADA
 Ressecamento dos colmos = perda contínua
de água, queda de peso e aumento no teor de
fibra  dificultam moagem e extração, aumenta
perdas de sacarose no bagaço.
 Respiração - reservas nutritivas colmo = Inversão
da sacarose  glicose e frutose.
Desenvolvimento de microrganismos 
produção de substâncias nocivas à recuperação
da sacarose (gomas e ácidos).
COMPLEXO BROCA-PODRIDÕES
 PENETRAÇÃO DA LAGARTA PELA GEMA
GALERIAS
DESTRUIÇÃO E MORTE DE CÉLULAS E
TECIDOS AFETADOS
 REAÇÃO DA PLANTA
HIDRÓLISE
DOS COMPONENTES CELULARES
 FORMAÇÃO DE GOMAS, COMPOSTOS
FENÓLICOS, POLIFENÓIS (Ácido clorogênico e
Glicosídeos)
DEFESA BIOQUÍMICA
PRODUÇÃO DE TANINO, LIGNINA
COMPLEXO BROCA-PODRIDÕES
CONSEQÜÊNCIAS E PERDAS
 REDUÇÃO TAMANHO, PESO E TEOR DE CALDO DOS
COLMOS
 ACRÉSCIMO TEOR GOMAS E NÃO AÇÚCARES
 REDUÇÃO QUALIDADE DE ARMAZENAMENTO DE
CANA PARA MOAGEM
 MATURAÇÃO DOS COLMOS É ALTERADA
 ACRÉSCIMO CONTAMINANTES
 COMPROMETIMENTO DA POL, FIBRA, BRIX,
PUREZA, RENDIMENTO INDUSTRIAL E ECONÔMICO
DANOS DA BROCA
Quebra de
colmos
Abertura
de Galerias
Brotação Lateral
DANOS DA BROCA
Podridão Vermelha
ALMEIDA 2002
Correlação entre Contagem de Bactérias do Caldo e
Infestação de Brocas
513
VINHO BAST. x 10^5
413
313
213
113
13
-87
2,6
4,6
6,6
8,6
10,6
12,6
BROCA CANA INFESTAÇÃO
Y = -224,30409 + 53,58167 X
(**
r = 0,82594)
AMORIM et al. 1996
CIGARRINHA-DAS-RAÍZES
• Mahanarva fimbriolata: praga-chave da cultura.
• Expansão da colheita de cana crua (Lei n. 11.241/02)
• Palha deixada no solo após a colheita: umidade e
temperatura favoráveis.
CIGARRINHA-DAS-RAÍZES
-Ninfas: sugam xilema e floema das raízes
-Adultos: sugam folhas
-Redução tamanho e diâmetro colmos, colmos
ressecados
-Redução teor de sacarose e aumento da fibra
-Danos nos colmos: Acúmulo compostos fenólicos,
ácidos e contaminantes
Cigarrinha-das-raízes
0.6
AB
A
0.5
ug/mL
0.4
C
BC
0,5 a 2,5
2,5 a 5,0
C
0.3
0.2
0.1
0
0 a 0,5
5,0 a 8,0
8,0 a 12,5
ninfas/m
Compostos fenólicos caldo em função de diferentes níveis de infestação de
cigarrinha-das-raízes
COMPOSTOS FENÓLICOS DO CALDO E TEOR ALCOÓLICO
DO VINHO
teor alcoolico vinho (%)
6.6
6.5
6.4
6.3
6.2
6.1
6
5.9
0.334
0.384
0.434
0.484
0.534
compostos fenólicos caldo ug mL
0.584
0.634
40,1%
LEVEDURAS NO CALDO E
MOSTO
BACTÉRIAS NO CALDO E
MOSTO
5,4%
13,8%
PRAGAS
BROCA
GIGANTE
PRAGAS
CUPINS
FATORES QUE AFETAM A
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
• Nutrientes minerais: N, K, P, Mg, Mn, Zn
• Agentes tóxicos e estressantes: Al, excesso de Ca
• Concentração de etanol: tóxico
• Acidez (2,5 g/L)
FATORES QUE AFETAM A
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
• Temperatura elevada ou baixa (ideal = 28 a 340
C), sendo a máxima 350 C
• Isso se a contaminação estiver sob controle
FATORES QUE AFETAM A
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
• Velocidade de alimentação
• Não deve ser muito rápida
• Maior velocidade  Estresse Osmótico  Maior
produção de compostos secundários  menor
rendimento
• Velocidade de alimentação
•
velocidade
-Maior produção glicerol
-Maior estresse da levedura
-Maior custo da refrigeração
-Maior custo com antibióticos
Velocidade de alimentação
Baixa velocidade  produção biomassa 
liberação de NADH+ em excesso  glicerol
VELOCIDADE DE ALIMENTAÇÃO
• MUITO BAIXA: maior multiplicação fermento;
maior produção glicerol
• MUITO ALTA: inibe a fermentação; maior
produção glicerol
• ADEQUADA: menor estresse; menor produção
produtos secundários, maior rendimento
FATORES QUE AFETAM A
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
• Pressão osmótica (açúcares e sais):
• fermentações incompletas, baixo rendimento, produção de
•
•
•
glicerol
Brix ideal = 14 a 28o, ART = 13-18%
Brix baixo: multiplicação celular
Brix alto: fermentação rápida, morte celular
• Contaminação: bactérias e leveduras
• Caldo: < 106 cel/mL
• Vinho: < 107 cel/mL
FATORES QUE AFETAM A
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
• ESPÉCIE DE LEVEDURA:
• Levedura de panificação : pouco competitiva
• Baixa estabilidade
ESPÉCIE DE LEVEDURA
• Características importantes:
•
•
•
•
•
Tolerância à T
Tolerância ao álcool e acidez
Maior velocidade de fermentação
Estabilidade
Maior rendimento
ESPÉCIE DE LEVEDURA
• IDENTIFICAÇÃO DE LEVEDURAS:
• Cariotipagem
• PFGE
• Separação eletroforética do DNA cromossômico
•
•
•
intacto
Gêneros, espécies, linhagens
Permanência das leveduras selecionadas
Alterações na população de leveduras contaminantes
BASSO et al. 2008
BASSO, 2008
CARACTERÍSTICAS FERMENTATIVAS DE LEVEDURAS
CONTAMINANTES
BASSO et al. 2008
CONTAMINAÇÃO DA FERMENTAÇÃO
ALCOÓLICA
 Consumo de sacarose e nutrientes do mosto.
 Produção de metabólitos indesejáveis, como os ácidos lático e acético,
que causam intoxicação das leveduras.
 Floculação do fermento (perda).
 Redução na viabilidade de leveduras (produção de metabólitos tóxicos ou
esgotamento de nutrientes).
 Formação de grumos e espumas.
 Maior consumo ácido sulfúrico e anti-espumantes
 Maior tempo de fermentação
 Redução na produção de álcool.
CONTAMINAÇÃO DA FERMENTAÇÃO
ALCOÓLICA
• FOCOS DE CONTAMINAÇÃO
Carga no caminhão mal feita,
com pontas e sem limpeza
Bactérias/mL
EFEITO DO TEMPO DE ARMAZENAMENTO NO NÚMERO
DE BACTÉRIAS DO ÁCIDO LÁTICO CONTIDO NO CALDO
DE CANA-DE-AÇÚCAR CORTADA.
0
2
4
6
8
10 DIAS
TILBURY 1980
METABOLISMO BACTÉRIAS LÁTICAS
GLICOSE
HOMOLÁTICAS
ÁCIDO
LÁTICO
HETEROLÁTICAS
ÁCIDO LÁTICO
ÁCIDO ACÉTICO
CO2
ETANOL
FONTE: VENTURA, 2007
Produtos metabolizados e rotas enzimáticas
de interesse para a deterioração da cana-de-açúcar
Sacarose
G+F
H2O
Dextrana +
Frutose
(glucose)n
Levana + glicose
(frutose)n
nSacarose
dextransucrase
Isomaltooligosaccharides
(up to 7dp)
leucrose, palatinose
Leuconostoc mesenteroides
levansucrase
alternansucrase
sacarose
phosphoketolase
Alternana + frutose
Glicose
No O2
ácido latico
+ etanol
+ CO2
Fonte: Eggleston, 2004
O2
ácido latico
+ ácido acético
+ CO2
manitol
dehydrogenase
Frutose
Manitol
(Glucose)n
+ ácido +ácido + CO2
latico acético
DEXTRANAS
Leuconostoc mesenteroides (anaeróbico
facultativo)
Consome sacarose de soluções diluídas
em pH neutro ou ligeiramente ácido e
Temperatura < 60oC
Cresce livremente em tecidos
cana expostos ao ambiente
PRESENÇA E CONTROLE DE
DEXTRANAS
Danos nos colmos
- corte/colheita/pragas/amassamento pelo
trator/rachaduras e queima
Desenvolvimento da Bactéria
- aumento da temperatura e tempo maior
produção dextranas
Problema para colheita mecanizada (pedaços)
canas armazenados em pilhas (sem
PERDAS
circulação ar)
Presença terra
Fonte: MUTTON
CONTROLE DE CAMPO

Reduzir tempo queima – corte –
processamento
 Diminuir fatores adversos injúrias e
condições anaeróbicas (otimizar ventilação)
 Cana no campo – limpa e menor contato
com o solo
CONTAMINAÇÃO DA FERMENTAÇÃO
ALCOÓLICA
• FOCOS DE CONTAMINAÇÃO
Principais microrganismos
contaminantes:
• BACTÉRIAS
Lactobacillus brevis
Lactobacillus bulgaricus
Lactobacillus fermentum
Clostridium
Leuconostoc mesenteroides
Bacillus
Aerobacter
Streptomyces
Acetobacter
LEVEDURAS
Picchia
Saccharomyces
Kluyveromyces
Schizosaccharomyces pombe
Zygosaccharomyces
Rhodotorula
30
2,5
2
20
1,5
15
1
gH2SO4/L
bactérias/mL x 107
25
10
0,5
5
0
0
1
2
3
4
5
6
Bactérias/mL x 107
7
8
9
10
11
12
Acidez Total
Relação entre bactérias contaminantes e acidez total do vinho (CAMOLEZ,
2004)
Fonte: LUDWIG et al, 2001.
80
60
Y = 435,45 - 19,43 ln X
20
40
R = 0,93**
0
Rendimento Alcoólico ( % )
100
EFEITO DA CONCENTRAÇÃO INICIAL DA
BACTÉRIAS E O RENDIMENTO FERMENTATIVO
0
10
No
20
30
40
-8
de colônias x 10 /mL
50
AMORIM et al. 1996
FATORES QUE CAUSAM PERDAS À
FERMENTAÇÃO
 ESPUMAS
 FLOCULAÇÃO
ESPUMAS
-BOLHAS DE GÁS (DESPRENDIMENTO DE CO2)
-APRISIONADA POR PELÍCULA LÍQUIDA
-LIBERA ETANOL + CO2 QUANDO ROMPIDA
ESPUMAS
• Geralmente relacionadas com:
•
•
•
•
•
•
Composição do mosto
Viscosidade do meio
Temperatura
Leveduras contaminantes
Concentração de fermento na dorna
Velocidade e forma de alimentação
ESPUMAS
• Combater formação de espumas:
• Físicos: lançamentos de líquidos e vapores
• Químicos: antiespumantes
ESPUMAS
FLOCULAÇÃO
• A floculação ocorre devido à vários fatores:
• Contato da levedura com gomas sintetizadas por
bactérias.
• Contato entre bactérias indutoras de floculação e
leveduras.
• Contaminação por leveduras floculantes.
• Principal microrganismo causador de floculação:
Lactobacillus fermentum  tolerância ao etanol.
FLOCULAÇÃO
• Consequências:
• Assentamento de leveduras no fundo das dornas - dificulta
conversão do açúcar em etanol.
• Perda de células.
• Gasto de substrato para reposição celular.
• Dificulta contato entre antibacterianos e bactéria
• Aumenta a acidez do vinho.
• Queda na viabilidade de leveduras e rendimento fermentativo.
LEVEDURA
BACTÉRIA
FLOCULAÇÃO CAUSADA POR BACTÉRIAS
LEVEDURAS FLOCULANTES
IDEAL – CÉLULAS ISOLADAS
FORMAÇÃO DE PRODUTOS SECUNDÁRIOS
 Formação excessiva – má condição nutricional
- contaminações
- condições inadequadas da fermentação
 Aldeídos - cuidado com excesso de sulfito
 Metanol– não acrescentar frutas cítricas, isenção de
bagacilho
FORMAÇÃO DE PRODUTOS SECUNDÁRIOS
 Álcoois superiores - excesso de aminoácidos
- manter pH>3; T< 300C
- suplementação com N
 Acidez Volátil – assepsia rigorosa
- moer cana fresca
- manter pH 4-5
FORMAÇÃO DE PRODUTOS SECUNDÁRIOS
 Carbamato de etila – não utilizar uréia ( carbamida) como fonte
de N
- ideal: sulfato de amônio
H2N-C-NH2 + C2H5OH + H2O  H2N-C-O-C2H5 + NH4OH
l
l
O
O
Uréia
Etanol
(Carbamida)
Carbamato de Etila
(Uretana)
ÁCIDOS FREQUENTEMENTE
ENCONTRADOS
 Cítrico
 Oxaloacético
 Pirúvico
 Succínico
 Lático
 Butírico
 Acético
Grandes
problemas
ACIDENTES DA FERMENTAÇÃO
FERMENTAÇÃO LÁTICA
 Produção de ácido lático pela oxidação de carboidratos
 Agentes: bactérias dos gêneros Lactobacillus, Streptomyces,
Leuconostoc
 Condições:
 Anaerobiose
 Concentração de açúcares até 20%
 pH próximo à neutralidade
 T = 30 a 450 C
FERMENTAÇÃO LÁTICA
 Diagnose:
 Aumento na acidez do mosto
 Redução na produção de CO2
FERMENTAÇÃO ACÉTICA
 Produção de ácido acético pela oxidação do etanol
 Agentes: bactérias do gênero Acetobacter
 Condições:
 Aerobiose
 T = 15 a 340 C
 Concentração alcoólica 10-12%
FERMENTAÇÃO ACÉTICA
 Diagnose:
 Forte odor de vinagre
 Presença de Drosophila
FERMENTAÇÃO BUTÍRICA
 Produção de ácido butírico e outros componentes, como
ácido acético e fórmico, pela oxidação de carboidratos.
 Agentes: bactérias do gênero Clostridium
 Condições:
 Aerobiose
 T = 30 a 350 C
FERMENTAÇÃO BUTÍRICA
 Diagnose:
 Odor penetrante, característico de ranço
 Aumento da Acidez
FERMENTAÇÃO DO DEXTRÂNIO
 Produção de dextrana a partir da sacarose.
 Agentes: Leuconostoc mesenteroides
 Condições:
 pH neutro ou alcalino
 T = 30 a 350 C
 Caldo de cana queimada e/ou armazenada
 Melaço mal conservado
FERMENTAÇÃO DO DEXTRÂNIO
 Diagnose:
 Aglomerados gelatinosos (“canjica”) na superfície da
dorna
 Aumento da viscosidade
FERMENTAÇÃO DO LEVÂNIO
 Produção do levânio a partir da sacarose.
 Agentes: Bacillus, Aerobacter, Streptomyces
 Condições:
 pH neutro ou alcalino
 T = 30 a 350 C
 Caldo de cana queimada e/ou armazenada
 Melaço mal conservado
FERMENTAÇÃO DO LEVÂNIO
 Diagnose:
 Formação de bolhas que não se desprendem e não rompe
com facilidade
GOMAS
 Afetam leitura do polarímetro
 Desviam a luz polarizada para a direita
 Falsa impressão de aumento de Pol
CONTROLES
 Atenuação do Brix
Brix (%)
Etanol (%)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
CONTROLES
 Tempo de fermentação
 Elevado: excesso açúcares
infecção
inibidores
baixa viabilidade
T baixa
falta nutrientes
CONTROLES
 Tempo de fermentação
 Baixo:
falta açúcares
excesso de células viáveis
excesso de fermento
CONTROLES
 Temperatura
 Alta: estresse  reprodução sexuada  mudanças nas
características das leveduras
 Baixa: fermentação demorada
 Ideal: dornas com serpentinas ou trocadores de calor
CONTROLES
 Cheiro
 Aspecto da espuma:
 Bolhas finas que se rompem com facilidade, sem gotas de
líquido suspensas  FERMENTAÇÃO PURA
 Bolhas persistentes, grossas, com sem gotas de líquido
suspensas  CONTAMINAÇÃO
CONTROLES
 Acidez e pH  Limite: 2,5-3,5 g H2SO4/L
REDUÇÃO DO pH COM ÁCIDO SULFÚRICO
1. Eficaz na desfloculação
2. Desfloculação não duradoura
3. pH baixo pode afetar o metabolismo das leveduras,
reduzindo a viabilidade celular
4. Quanto maior o tempo de exposição a faixas de 2-2,5, menor
a viabilidade celular
CONTROLES
 Açúcares Residuais:
 Açúcares que não são fermentescíveis
 Quanto menor, melhor a fermentação
 Ideal < 0,2- 0,3%
RENDIMENTO DA FERMENTAÇÃO
ALCOÓLICA
 RENDIMENTO IDEAL (Gay-Lussac):
Glicose  2 etanol + 2 CO2
180g glicose --------- 92g etanol
100g glicose -------- x
x = 51,11g ou 64,75mL de etanol a 150C, desde
que a densidade do álcool etílico = 0,7893
RENDIMENTO DA FERMENTAÇÃO
ALCOÓLICA
Na fermentação não se produz
somente etanol
 RENDIMENTO TEÓRICO (Pasteur):
95% do Rendimento Ideal
- Leva em consideração a produção de glicerol, ácidos
orgânicos, biomassa, compostos secundários, carboidratos
reserva
RENDIMENTO DA FERMENTAÇÃO
ALCOÓLICA
 RENDIMENTO PRÁTICO (Melle-Boinot):
95% do Rendimento Teórico
- Leva em consideração o metabolismo microbiano
EXEMPLO

Determinar o Rendimento da Fermentação:

ART mosto = 17%
Volume de mosto = 100.000L
Volume pé-de-cuba = 20.000L
Volume de vinho = 112.000L
Teor alcoólico vinho = 9,8% v/v




EXEMPLO






Vol. mosto = vol. mosto + volume pé-de-cuba
Vol mosto = 100.000 + 20.000 = 120.000L
ART total = ART mosto x volume mosto
ART total = 17 x 120.000 = 2040.000
Rendimento Ideal = ART total x 0,6475
Rendimento Ideal = 2040.000 x 0,6475 =
1320.900mL
EXEMPLO




Rendimento Teorico = Rend. Ideal x 0,95
Rendimento Teorico = 1320.900 x 0,95 = 1254.855mL
Rendimento Pratico = Rend. Teorico x 0,95
Rendimento Prático = 1254.855 x 0,95 = 1192.112,25mL
EXEMPLO




Alcool Produzido = Teor Alcoolico x vol. vinho
Álcool Produzido = 9,8 x 112.000 = 1097.600 mL
Rendimento Fermentativo = Alcool Produzido x 100
Rendimento Pratico
Rendimento Fermentativo= 1097.600 x 100/ 1192.112,25=
92,07%