PRODUÇÃO DE ETANOL
Breve histórico
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1532 – montado o primeiro engenho de açúcar
Primeira Guerra – álcool como combustível de
motores de explosão
1929/1931 – Crise internacional; instalação da
primeira destilaria de álcool anidro – obrigatoriedade
da mistura de 5% de etanol à gasolina (Dec. 19717)
1974 – crise do petróleo – Pró-álcool
Importância
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O etanol ou álcool etílico, apresenta duas funções
principais : "commodity chemical" e indústria de
bebidas alcoólicas.
-Após a água, o álcool é o solvente mais comum,
além de representar a matéria-prima de maior uso
no laboratório e na indústria química

Vias de obtenção:
fermentativa
destilatória,
sintética
e
Importância
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No Brasil, o etanol é utilizado de duas maneiras:
- como mistura na gasolina, na forma de 22%
de etanol anidro, a 99,6º Gay-Lussac (GL) e 0,4 %
de água, formando uma mistura "gasohol" com o
objetivo de aumento da octanagem da gasolina;
- como etanol puro, na forma de etanol
hidratado, a 95,5º GL
Produção de etanol

No Brasil a cana de açúcar é a principal
matéria prima utilizada; na França é a
beterraba; nos EUA e na maioria dos países
europeus o bioetanol é essencialmente
produzido a partir de cereais, principalmente
milho.
Produção de etanol
Por continente
Produção de etanol
Produção de etanol
Impacto da Produção de Etanol no
Brasil
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Economia
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Empregos
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US$ 141 bilhões com óleo importado e juros
70.000 agricultores
347 destilarias
1 milhão de pessoas
Meio Ambiente
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1.000 L de etanol sequestram 2,6 t de CO2 da atmosfera
Fonte: Valor Econômico, 2005
Produção de açúcar e álcool
Tratamento
Do caldo
Canade-açúcar
Lavagem
Fermentação
do açúcar
Extração
Tratamento
Do caldo
Produção
do açúcar
açúcar
Destilação
álcool
Metabolismo microbiano
Balanço Energético da
Fermentação
Definição
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Fermentação alcoólica é o processo através
do qual certos açúcares, principalmente a
Sacarose, Glicose e Frutose são
transformados em Álcool Etílico (ou
Etanol).
 Mecanismo anaeróbio de produção de
energia que não envolve cadeia respiratória
ou citocromos.
Matérias-primas
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O etanol pode ser produzido a partir de
qualquer carboidrato fermentável pela
levedura .
Classificação das matérias-primas:
- açucaradas
- amiláceas ou feculentas
- celulósicas
Matérias-primas: preparo

Matérias açucaradas
- diretamente fermentescíveis:
monossacarídeos - sucos de frutas
- não diretamente fermentescíveis :
dissacarídeos – sacarose da cana-de-açúcar e
dos melaços
Dissacarídeos
Matérias
Hidrólise
(inversão)
Açúcar fermentescível
celulósicas - fermentam após hidrólise
Matérias-primas: preparo
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Matérias amiláceas e feculentas
- fermentam após hidrólise do amido – sacarificação:
* via química
* via enzimática
* via biológica
** ação enzimática do malte
** ação microbiana de certos fungos
Sacarificação pelo malte
Grãos –limpeza e classificação
Amido
Maceração
Água:grão 3:1; 10-12°C
Pesagem/Moagem
Hidratação
Germinação
Cozimento
Malte verde
Malte seco
Goma de amido
Agitação 65°C/1h
Resfriamento 28 a 30 °C
Sacarificação microbiana
Amido
Inóculo
Goma de amido
Água
Fungos amilolíticos
Agitação e aeração
24 h
microrganismo
Fermentação
Preparo do Substrato
O Preparo dos mostos nas destilarias faz-se em seções
que constam de:
• tanques de medição;
• balanças;
• diluidores mecânicos;
• depósitos de sais minerais;
• depósitos de antissépticos;
• aquecedores e refrigerantes;
• medidores de ácido.
Fatores que afetam a fermentação
•Agente de fermentação:
Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces sp
* O etanol é inibidor à altas concentrações, e a
tolerância das leveduras é um ponto crítico para uma
produção elevada deste metabólito primário.
* A tolerância ao etanol varia consideravelmente de
acordo com as linhagens de leveduras.
Fatores que afetam a fermentação
•Temperatura
- 26 a 35°C
- chega a 38 °C
•pH
- mostos industriais: 4,5 a 5,5
•Nutrição mineral e orgânica
- fonte de carbono
- vitaminas: tiamina, ácido pantotênico
- Nitrogênio: sais de amônio
- Sais minerais: P, S, K, Mg, Ca, Zn, etc
Fatores que afetam a fermentação
•Preparo e correção do mosto
- melaço: diluição – 15 a 25°Brix
fosfato e sais de amônio
- cana-de-açúcar: bruta ou clarificada
fosfatos, sais de amônio, sais de Mg,
Mn e Co
- materiais amiláceos: sacarificação
fosfatos, acidez pH 4 a 5 com H2SO4
Fatores que afetam a fermentação
•Inibidores
- etanol
- K e Ca
- sulfito
•Concentração de açúcares
•Concentração de inóculo
•Contaminação bacteriana
•Antissépticos
•Antibióticos
Antissépticos
•
•
•
No Brasil, não é usual esterilizarem-se os mostos nas
destilarias de álcool e aguardente. Para controlar o problema
das contaminações, usam-se antissépticos para criar ambiente
favorável ao desenvolvimento das leveduras e desfavorável a
outros microrganismos.
Obtém-se boas fermentações usando-se 4 mg de hexaclorofeno
por litro de mosto ou pentaclorofenol na proporção de 0,01 a
0,05 g/litro de substrato.
O ácido sulfúrico utilizado na correção do pH, também age
como antisséptico.
Antibióticos
•
•
•
Pela mesma razão por que se empregam os antissépticos,
usam-se os antibióticos na fermentações industriais para
produção de etanol.
Sua ação é de agente esterilizante, em virtude de suas
propriedades bacteriostáticas.
Aplica-se a penicilina (500-1000 UI/L de mosto) que é
economicamente mais recomendável ou cloranfenicol,
tetraciclina e clorotetraciclina.
Preparo do inóculo
•Vinhos e pequenas destilarias – flora natural
leveduras selecionadas
•Vinhos e sidra – leveduras encapsuladas em alginato
•Grandes destilarias – leveduras de panificação
leveduras selecionadas
Cultura
estoque
Frascos
100 a 12.500 mL
Pré-fermentadores
50 a 1.000 L
10% volume industrial
5.000 a 15.000 L
Prática da fermentação
alcoólica
fases
descrição
Preliminar
Contato da levedura com o mosto
Características: intensa multiplicação celular,
pequena elevação de temperatura e pequeno
desprendimento de CO2
Tumultuosa
Intensa liberação de CO2 – a mistura ferve
Aumento da temperatura e da acidez;
diminuição da densidade
Final ou
complementar
Diminuição da intensidade de desprendimento
do CO2, menor agitação do líquido,
diminuição da temperatura
Verificação prática da pureza
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Tempo de fermentação
Odor (frutas maduras)
Aspecto da espuma
Presença de drosófilas
Temperatura e densidade
Açúcares
Acidez
Verificação prática da pureza
•
•
•
Tempo de fermentação – duração média de um processo
fermentativo em mosto de melaço ou de caldo de cana-deaçúcar é de 24 horas e as de mosto amiláceo de 36 horas.
Odor da fermentação - O aroma das fermentações puras é
penetrante, ativo, e tende para odor de frutas maduras. Cheiro
ácido, ranço, ácido sulfídrico e outros indicam irregularidades
no processo.
Aspecto da espuma - A espuma varia com a natureza do
mosto, temperatura, espécies e linhagem de leveduras.
Alterações nas características indicam irregularidade no
processo.
Verificação prática da pureza
•
•
•
Drosófilas – São as “moscas do vinagre” que ocorrem quando
há infecção acética
Temperatura – Alterações importantes na curva de
temperatura, do início ao final da fermentação, alertam para
possíveis defeitos no processo.
Densidade do mosto – Durante a fermentação a densidade do
mosto decresce segundo uma curva harmônica, com as fases da
fermentação. De sua observação, percebe-se as alterações da
marcha fermetativa.
Verificação prática da pureza
•
•
Açúcares no mosto – consomem-se de acordo com a curva de
densidade.
Acidez no substrato em fermentação – não deve haver grande
alteração entre a acidez final e a inicial. Quando a final for
maior que o dobro da inicial, é indicação de má fermentação.
Sistemas de fermentação
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Descontínuo
- sistema de cortes
- sistema de reaproveitamento do inóculo
- sistema de cultura pura
- sistema de recuperação de leveduras
Contínuo
- várias configurações
Células imobilizadas
Sistemas de fermentação
Sistemas de fermentação
Batelada
Sistemas de fermentação
Contínuo
Instalações e equipamentos
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Salas de fermentação
- até 1.000 m3
- dornas, centrífugas, pré-fermentadores,
tanques de tratamento
Recipientes de fermentação
- dornas abertas ou fechadas
- cilíndricas: H = 2 D
- trocadores de calor
- volume: 2 a 2,5 vezes a capacidade horária de
destilação
Destilação
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
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Mistura azeotrópica
Vinhos: sólidos, líquidos e gases
Água (88 a 93%) e etanol (12 a 7%)
Descontínua ou contínua
vinho Destilação etanol Retificação
flegma
desidratação
Etanol
97,2% em volume
Destilação descontínua

Alambiques e pequenas destilarias de
aguardente ou de bebidas de vinhos
Destilado de cabeça
vinho
Destilação
Destilado de coração
Destilado de cauda
Destilação contínua

Destilarias com produção superior a 2.000 L
Retificação e desidratação

Retificação
- separação do álcool
das impurezas
- separam-se como
produtos de cabeça ou
de cauda
- colunas depuradora,
destiladora,
retificadora, de repasse
final

Desidratação
- uso de arrastadores
- absorvente
regenerável
- peneiras moleculares
Cana-de-Açúcar

1 t de cana contém:
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

140 kg de açúcar
140 kg de fibra (bagaço)
140 kg de fibra das folhas e pontas
Isso representa ~ 1 barril de petróleo
Cana-de-Açúcar
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1 Ha (10.000m2):produz 80 barris
equivalentes de petróleo
BRASIL:5,5 milhões de hectares de cana
POTENCIAL:440 milhões de barris
equivalentes de petróleo
Fonte: Valor econômico 15/08/2005
Cana-de-Açúcar
Cana-de-Açúcar
Cana-de-Açúcar
Quantidade de Resíduos Lignocelulósicos gerados
anualmente no Brasil
~350 x 106 toneladas (40% de umidade)
Bagaço Excedente 6 a 16 milhões de
toneladas/ano
Energia da Cana
1 TON DE CANA (COLMOS)
Energia (MJ)
• 140 kg de açúcar
2 300
• 280 kg de bagaço (50% umidade)
2 500
• 280 kg de palha (50% umidade) 2 500
TOTAL
360 milhões de toneladas de cana
7 300 (0.16 TEP)
58 milhões TEP
Consumo de energia primária no Brasil: 200 x106 TEP/ano
Perspectivas futuras
Desenvolvimento de processos visando à
produção de linhagens melhoradas da levedura
Saccharomyces cerevisiae:
 Linhagens mais produtivas, com características
desejáveis para produção de etanol e com
monitoramento na indústria por técnicas de marcação
molecular, foram desenvolvidas em vários laboratórios,
destacando-se o da ESALQ/USP, em Piracicaba.
Por tecnologia do DNA recombinante, os laboratórios
de pesquisa das universidades de Brasília e da USP
desenvolveram em conjunto linhagens de leveduras
contendo genes de amilases capazes de utilizar o
amido, por exemplo de mandioca ou batata-doce, na
produção de etanol. Essas leveduras manipuladas
geneticamente estão sendo aperfeiçoadas e poderão
desempenhar um importante papel na produção de etanol.
 A tecnologia do DNA recombinante tem sido também
usada por esses e outros laboratórios brasileiros e do
exterior na clonagem e seqüenciamento de genes de
interesse industrial em fungos.
Papel da Biotecnologia
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
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
Avanços e melhorias não seriam possíveis sem a
ajuda da biotecnologia, tanto para a matéria prima
como para seu processamento
Com a ajuda da biotecnologia a cana de açúcar vai
continuar sendo imbatível como matéria prima para
produção de energias renováveis
Melhoria do Balanço de GEE
Aumento da Competitividade
Bioetanol de Segunda Geração
Hidrólise Ácida dos Polissacarídeos
(HEMICELULOSE e CELULOSE) do
Complexo Lignocelulósico
Bebidas alcoólicas
Legislação Brasileira
Bebida alcoólica = refrescante, aperitivo, ou estimulante destinado
à ingestão humana no estado líquido, sem finalidade
medicamentosa e contendo mais de 0,5 grau Gay-Lussac de etanol.
Fermentadas
Destiladas
Fermento-destiladas
Destilo-retificadas
Por mistura
Generalidades sobre bebidas
alcoólicas
classificação
bebidas
Matérias-primas
°GL
Fermentadas
Cerveja
Vinho
Vinho de frutas
Sidra
Saquê
Malte de cevada
Suco de uvas
Suco de frutas
Suco de maçãs
Arroz sacarificado
variável
10 a 13
10 a 13
4a8
14 a 26
Fermentodestiladas
Aguardente de
cana
Uísque
Tequila
Vodca
Caldo de cana
Cevada maltada
Suco de agave
Cereais ou
tubérculos
38 a 54
Glossário
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Grau Brix = 1° Brix corresponde a 1 g de sólidos
dissolvidos em 100 g de solução à 20°C
Grau Gay-Lussac = porcentagem em volume de
etanol a 15°C
Vinho = bebida fermentada de mosto de frutas;
meios açucarados provenientes de uma
fermentação alcoólica
Flegma = líquido alcoólico mais rico que o líquido
original e impuro
Gráficos