DIVULGAÇÃO
TÉCNICA
Dosagem de ácido lático
na produção de etanol
a partir da cana-de-açúcar.
DOSAGEM DE ÁCIDO LÁTICO NA PRODUÇÃO DE
ETANOL A PARTIR DA CANA-DE-AÇÚCAR
A.L. Moreira, W.S. Almeida, R.J.A. Scabbia, R.R.P. Teixeira
Faculdade de Ciências da Saúde de São Paulo, Rua D. Inácia Uchôa, 399/411, CEP 04110-021, São Paulo, SP,
Brasil. E-mail: [email protected]
RESUMO
Na década de 1970, devido à crise internacional do petróleo, o etanol passou a ser uma
alternativa de fonte de energia, por ser considerado adequado para substituir a gasolina. Isto se
deveu ao fato de existirem, no Brasil, indústrias sucro-alcooleiras com potencial para a produção
em grande escala, pela disponibilidade de áreas para cultivo da cana-de-açúcar e também por ele
ser menos poluente e uma fonte renovável de energia. Existem três vias para a obtenção do álcool:
a degradativa, a sintética e a fermentativa, sendo esta última a mais importante. A competição entre
leveduras, principalmente Saccharomices cereviseae, e microrganismos contaminantes pela sacarose,
pode resultar em queda na produção final de etanol. Por esse motivo, a dosagem de ácido lático
(produto da ação de microrganismos contaminantes), durante a fermentação pode ser um
diferencial, indicando se há um desequilíbrio entre a fermentação da garapa e a produção de etanol,
decorrente de contaminação microbiana. O presente estudo tem como objetivo verificar a
intensidade da presença de ácido lático no processo de produção de etanol em 3 usinas sucroalcooleiras no Estado de São Paulo.
PALAVRAS-CHAVE: Cana-de-açúcar, fermentação, ácido lático, etanol.
ABSTRACT
DOSAGE OF LATIC ACID IN THE PRODUCTION OF ETHANOL FROM SUGAR CANE. Since
the world oil crisis in the early 70s, ethanol has become an alternative source of energy, once it
has proved to be an appropriate substitute for gasoline. This is true particularly in Brazil, since
there are several sugar cane mills with great potential production, huge growing areas and mainly
due to the fact that ethanol is less environmental aggressive, in addition to being a renewed source
of energy. There are basically 3 different ways for generating ethanol, degrading, synthetic and
fermentation, which is the most relevant procedure. The competing behavior between brews,
mainly Saccharomices cereviseae and micro-organisms contaminated by sucrose can lead to a
decreasing final ethanol production. Thus, lactic acid measurements (which is a result of
contaminating micro-organisms) during the fermentation process can be a critical issue, since it
can indicate any cross-contamination unbalance between the sugar cane juice fermentation and
ethanol production. The objective of this study was to identify any lactic acid presence during the
ethanol production process in 3 different sugar cane mills in the State of São Paulo.
KEY WORDS: Sugar cane, fermentation, lactic acid, ethanol.
A história da produção de bebidas destiladas a
partir da cana-de-açúcar está intimamente relacionada à história do Brasil, desde os grandes descobrimentos (STANDAGE, 2005). O cultivo da cana-de-açúcar, tanto no Brasil quanto na América central e no
Caribe, exigia grande quantidade de mão-de-obra:
este foi um dos fatores que levaram à escravidão
nestas regiões para o trabalho tanto no cultivo da cana
quanto na sua moagem e na extração da garapa nos
antigos moinhos de engenho: “Não tivesse sido a
demanda de açúcar, é provável que nosso mundo
fosse muito diferente hoje. Afinal, foi o açúcar que
estimulou o tráfico escravista, levando milhões de
africanos negros para o Novo Mundo e, foram os
lucros obtidos com ele que, no início do século XVIII,
ajudaram a estimular o crescimento da Europa”
(COUTEUR, 2006). Muitos escravos levavam a garapa
para a senzala, armazenando-a. Com o passar do
tempo, eles perceberam que, ao envelhecer, a garapa
adquiria sabor agradável e proporcionava – quando
bebida – uma alteração da consciência, tornando o
trabalho duro mais suportável. Desde aquela época,
a produção de álcool de cana-de-açúcar vem ganhando
espaço no mercado nacional e internacional. Isso faz
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com que as grandes usinas e os produtores de canade-açúcar busquem estratégias para otimizar o plantio, a colheita e a produção de álcool.
Atualmente, o Brasil é um dos maiores produtores
de álcool combustível no mundo, juntamente com os
Estados Unidos e a África do Sul. Com isso o cultivo
de cana-de-açúcar tem sido alvo de grandes especulações mundiais, não somente pela preocupação com
o meio ambiente devido as crescentes preocupações
associadas ao efeito estufa produzido pela queima de
combustíveis fósseis, mas também devido ao crescente custo do petróleo. A região Centro-Sul do país é
responsável pela maior parte da produção nacional
de cana-de-açúcar e o Estado de São Paulo se destaca
pelo volume produzido.
O álcool pode ser produzido por três vias: a via
degradativa, a via sintética e a via fermentativa
(ROITMAN, 1987). A via fermentativa é a mais importante
e a mais rentável (LIMA, 1975) e é esta via que será analisada neste trabalho. Nela, a levedura Saccharomyces
cerevisiae é a principal responsável pela fermentação
do substrato e consequente produção de álcool. A
fermentação da sacarose é uma etapa importantíssima na produção do etanol e sua degradação pode ser
feita por leveduras ou ainda por microrganismos
contaminantes. Por esse motivo, a dosagem de ácido
lático durante a fermentação da garapa pode ser um
diferencial, indicando se há contaminação no processo de produção de etanol.
Este trabalho visa estudar a presença de ácido
lático no processo de produção de etanol a partir da
cana-de-açúcar, utilizando-se, para isto, medidas da
dosagem em amostras durante este processo.
A CANA-DE-AÇÚCAR E A PRODUÇÃO DE
ÁLCOOL NO BRASIL
A cana-de-açúcar tem origem asiática e pertence a
uma das mais importantes e maiores famílias de
angiospermas, a Poaceae. Das seis espécies mais conhecidas, duas são consideradas silvestres (Saccharum
robustum Brandes & Jewiest e Saccharum spontaneum L.)
e quatro cultivadas (Saccharum officinarum L.,
Saccharum sinense Roxb., Saccharum edule Hassk e
Saccharum barberi Jewiest.) ( DANIELS; R OACH, 1987). São
herbáceas, perenes, caule do tipo colmo cheio, com
nós (de onde saem gemas) e entrenós, epiderme característica, raiz fasciculada e flores monóclinas (JOLY,
2002). As folhas da cana-de-açúcar são alternas ou
opostas, possuem nervuras paralelinérvias e bainhas
largas, são lineares e podem chegar a 140 centímetros
de comprimento. Já o fruto é bem pequeno, do tipo
cariopse. Dentre seus constituintes químicos estão o
ácido hidrociânico, o ácido ascórbico, sais minerais
(sobretudo de cálcio e de ferro), fibras e sacarose.
Em termos históricos, segundo VARNHAGEN (1978),
em 1526, o primeiro carregamento de açúcar teria
chegado a Lisboa, originário do atual Estado de
Pernambuco, o que pressupõe a existência de canaviais no Brasil, naquele ano. Porém, paraAZEVEDO (1943),
as primeiras plantações de cana-de-açúcar ocorreram já em 1502, anteriormente à vinda de Martim
Afonso de Souza ao Brasil. ParaMATSOUKAet al. (1999),
foi Martim Afonso quem trouxe a primeira muda de
cana-de-açúcar ao Brasil em 1532 e, na Capitania de
São Vicente, iniciou seu cultivo.
Divergências históricas à parte, foi a partir da
Zona da Mata pernambucana, que os canaviais conquistaram a Terra de Santa Cruz: Olinda foi a sede dos
primeiros engenhos nordestinos (DIÉGUES, 1954). A
disseminação desta cultura ocorreu em menos de um
século e as lavouras se desenvolveram principalmente em faixas costeiras ou ainda próximas a rios navegáveis. O primeiro governador do Estado de
Pernambuco foi o responsável pela expansão dos
canaviais, já que tinha o poder de conceder terras a
serem cultivadas. Santos e São Vicente foram capitanias pioneiras no Estado de São Paulo, em lavouras
de cana-de-açúcar, sendo que a segunda já contava
com seis engenhos em apenas dezesseis anos de
fundação.
As famílias, na grande maioria portuguesas, se
instalavam e se multiplicavam ao redor dos engenhos, unidades econômicas características daquela
época, ocupando terras e contribuindo para o
adensamento demográfico e o início do processo de
urbanização. Estas comunidades eram estratificadas
em forma de uma pirâmide social, com os senhores de
engenho posicionados no seu ápice e os escravos na
base desta pirâmide (BRANDÃO, 1985).
Formavam-se verdadeiros grupos populacionais
com toda a complexidade social e material associada,
incluindo moendas para espremer a cana, caldeiras
fornecedoras de energia para o processo de purificação da garapa, a casa de purgar para aperfeiçoar o
processo de purificação, a casa-grande, símbolo do
poder econômico e social, a senzala, moradia dos
escravos e uma capela, símbolo religioso. Os altos
custos gerados para manter esta organização fizeram
com que a indústria do açúcar no Brasil ficasse conhecida como “uma empresa cara”. A construção, a
montagem e a manutenção dos engenhos para a
produção do açúcar, bem como o plantio, a colheita e
a estocagem da cana-de-açúcar exigiam muito capital
(BARLÉU, 1974).
Em 1974, devido à crise mundial do petróleo, se
iniciou uma nova fase na produção de álcool no
Brasil. Em pouco tempo, a produção de etanol do país
passou dos 700 milhões de litros/ano para 15 bilhões
de litros/ano. Este aumento levou à ampliação de
canaviais, à modernização das destilarias e à geração
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Dosagem de ácido lático na produção de etanol a partir da cana-de-açúcar.
de grande quantidade de empregos. O Programa
Nacional do Álcool (Próalcool) foi criado por Decreto
Presidencial, no final de 1975, com o objetivo de
atender as necessidades do país quanto aos combustíveis automotivos. Este programa foi a continuidade
de um programa de uso do álcool que teve início em
1931 (LIMA, 2001). O crescimento da produção de
álcool no país tem sido sustentado também devido ao
seu amplo emprego nas indústrias farmacêutica, alimentícia e cosmética, além do seu uso como combustível automotivo.
PRODUÇÃO DE ETANOL
A observação empírica de que somente líquidos
açucarados são capazes de entrar em fermentação
alcoólica remonta a séculos, mas foi Lavoisier (VANIN,
1994) em 1789, um dos primeiros pesquisadores a
estudar o processo de fermentação alcoólica
quantitativamente, formulando uma equação que
julgara representar o fenômeno químico deste processo. Porém, apenas em 1857, Pasteur (GEISON, 2002)
esclareceu a natureza da fermentação alcoólica, identificando seres vivos (leveduras) como agentes causais deste processo. A fermentação alcoólica depende
do tipo de substrato: há aqueles que são diretamente
fermentescíveis, como o melaço e o caldo de cana, e há
outros que são indiretamente fermentescíveis, como
as matérias primas amiláceas ou celulósicas (ROITMAN,
1987). O produto da fermentação depende diretamente do tipo de microrganismo que atua no processo, do
substrato existente e das enzimas ativas presentes
(TORTORA, 2000). A fermentação é um processo no qual
há liberação de energia de açúcares ou moléculas
orgânicas tais como aminoácidos, ácidos orgânicos,
purinas e pirimidinas e que não necessita de oxigênio
para ocorrer, mas que pode ocorrer na presença deste.
Para LEHNINGER (1984) fermentação é um termo que
significa degradação da glicose e de outros nutrientes
orgânicos em condições de anaerobiose. Existem diferentes formas de fermentação e a fermentação lática
é um exemplo típico deste processo. Nela, alguns
microrganismos metabolizam a glicose até ácido
lático, que se acumula no meio como único produto da
fermentação.
Pela glicólise, uma única molécula de glicose é
convertida em duas moléculas de ácido pirúvico, com
a produção concomitante de dois pares de elétrons. A
sequência de reações da glicólise pode ser diferente
apenas na forma em que sua velocidade é regulada e
no destino metabólico do piruvato formado. Este
piruvato pode seguir três vias importantes: a fermentação alcoólica, a fermentação lática em condições
anaeróbicas e o ciclo do ácido cítrico em condições
aeróbicas. Na via do ácido cítrico, o piruvato origina-
do da glicólise é oxidado, perdendo seu radical
carboxila na forma de CO2 e formando o grupo acetil.
Em seguida, este grupo é completamente oxidado,
sofrendo intervenção do oxigênio molecular. Esta é a
via realizada nas células aeróbicas vegetais e animais.
Na via da fermentação lática ou do ácido lático, o
piruvato, em condições de anaerobiose, não pode ser
oxidado e é reduzido a lactato. Durante a atividade
física muito intensa de seres humanos, este processo
(glicólise anaeróbica) é uma importante fonte de ATP.
A degradação do açúcar por microrganismos tendo
como produto final o ácido lático, também é chamada
de fermentação lática. Em outras palavras, uma molécula de glicose é oxidada a duas moléculas de ácido
pirúvico. Esta oxidação gera energia para a formação
de duas moléculas de ATP. A etapa seguinte consiste
na redução das duas moléculas de ácido pirúvico a
duas moléculas de ácido lático que, por ser produto
final, não sofre mais oxidação. A energia gerada por
esta reação permanece armazenada no ácido lático.
Streptococcus e Lactobacillus são dois gêneros importantes de bactérias que realizam a fermentação do
ácido lático.
A via que resulta na produção de etanol, também
ocorre em condições de anaerobiose. É a chamada
fermentação alcoólica que é realizada por microrganismos como leveduras (Saccharomyces cereviseae).
Neste processo, de uma molécula de glicólise obtémse duas moléculas de ácido pirúvico e duas moléculas
de ATP. Na etapa seguinte, duas moléculas de
acetaldeído e duas de CO2 são originadas a partir da
conversão das duas moléculas de ácido pirúvico. A
partir da redução das duas moléculas de acetaldeído,
formam-se duas moléculas de etanol. Assim como a
fermentação do ácido lático, a fermentação alcoólica
é um processo de baixo rendimento energético no qual
o etanol permanece com a maior parte da energia
contida na molécula de glicose, energia esta que estará armazenada e que será utilizada quando o etanol
queimar como combustível.
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA E PRODUÇÃO
DE ÁCIDO LÁTICO
Fermento alcoólico
As leveduras são agentes biológicos ativos responsáveis pela fermentação alcoólica e a escolha da
linhagem correta é fundamental para o processo da
fermentação. Apenas algumas espécies são utilizadas na fabricação do álcool, como por exemplo o S.
cereviseae, se o substrato for constituído por hexoses,
e Candida utilis, quando uma parcela do substrato for
constituído por pentoses (CRUEGER, 1993). As bactérias
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Zymomonas mobilis e Thermoanaerobacter ethanolicus
também podem conduzir com eficácia a fermentação
alcoólica.
Os seguintes critérios são utilizados para a escolha da linhagem: velocidade de fermentação, resistência ao álcool, eficiência de conversão e resistência
ao pH e a antisépticos, bem como estabilidade genética (CASTRO, 1995). Atualmente, a biotecnologia permite a hibridação de duas ou mais características de
linhagens diferentes em uma única linhagem e tem
por consequência resultados positivos (ROITMAN,
1987).
Preparo do substrato
O preparo do substrato difere de acordo com a
matéria prima. Em se tratando de substrato
fermentescível (mosto ou melaço), dilui-se o melaço
em água para se obter uma concentração de açúcar de
14 a 18%. Esta diluição faz-se em tanques com dispositivos para adequada homogeneização que pode ser
manual ou mecânica e é feita com o uso de agitadores
que se utilizam de paletas ou de ar comprimido (WARD,
1991).
Para obtenção do caldo de cana ou de sorgosacarino, a cana é esmagada e, após a moagem, coase ou filtra-se o caldo para separar o bagacilho, que
dificulta a destilação. Para obter-se um processo
melhor de fermentação, aquece-se o caldo em trocadores de calor, decantando-os para que haja precipitação e remoção de colóides, gomas e materiais
nitrogenados. Este tratamento do caldo desfavorece
a formação de espuma durante a fermentação, provocando menos acúmulo de detritos nas colunas de
destilação e reduzindo a presença de microrganismos indesejáveis. O bagacilho separado neste processo é queimado, posteriormente, com o bagaço,
em caldeiras e convertido em energia ou utilizado
como cobertura para a lavoura e na alimentação de
porcos.
O caldo resultante é muito rico em açúcar e por
isso há a necessidade de diluí-lo, devido à tolerância
da levedura ao álcool, o que irá impedi-la de utilizar
todo o açúcar para a transformação em álcool. O teor
de açúcar no caldo é determinado pelo aerômetro de
Brix (o valor ideal para fermentação está entre 18 e 22
graus Brix), que mede o teor de sólidos solúveis no
caldo, cujo valor, no caso do caldo de cana, é próximo
ao teor da sacarose. Esta diluição é feita com a
própria água de embebicação na moenda (GA V A,
1998).
No caso de matérias primas não fermentescíveis,
primeiramente ocorre a hidrólise de substratos
amiláceos ou celulósicos, por processo ácido ou
enzimático. Esta etapa influencia diretamente no
rendimento do álcool. A temperatura e pressão
também são fundamentais na eficiência da conversão do açúcar em álcool. Em cozedores e digestores
ocorre o cozimento do amido e a digestão da celulose sob pressão de vapor, enquanto a sacarificação
do amido e da celulose é conduzida à pressão
atmosférica.
Correção do mosto
O mosto, que será submetido à fermentação alcoólica, é constituído pelo melaço diluído, pelo caldo de
cana-de-açúcar e por substâncias amiláceas e
celulósicas. Conhecendo a fisiologia e as exigências
nutricionais das leveduras, criam-se condições ótimas para esses microrganismos o que, por consequência, favorece que a fermentação alcoólica para este seja
um processo rápido e regular. Isto é possível, se ao
mosto forem adicionados nutrientes necessários, empregando-se antibióticos e mantendo a temperatura
adequada.
Estes nutrientes, suas quantidades e a necessidade de se adicionar ou não elementos corretivos dependem diretamente do tipo de mosto. Os carboidratos
são as fontes de carbono na fermentação alcoólica. As
fontes de nitrogênio e fósforo também são imprescindíveis neste processo. Como o caldo de cana e a
maioria dos hidrolisados amiláceos ou celulósicos
são carentes destes elementos, é imprescindível a
adição de sais destes elementos, como o sulfato de
amônio. A adição de sulfato de magnésio, sulfato de
cobalto, sulfato de manganês e farelo de arroz, torna
a fermentação mais eficiente.
No Brasil, o mosto não é comumente esterilizado,
de modo que sempre está presente uma população
microbiana natural que compete com a levedura pelo
substrato, o que diminui o rendimento do álcool.
Mostos que foram aquecidos, apresentam uma população microbiana reduzida e por consequência menor
interferência no processo de fermentação pelas leveduras. Para assegurar uma fermentação alcoólica
pura, sem competição entre microrganismos, é obrigatória a adição de antisépticos aos mostos que não
receberam tratamento térmico. O ácido sulfúrico, além
de corrigir o pH do meio – que deve estar entre 4,0 e 5,0
– é utilizado também como antiséptico. Seu uso é
muito comum, principalmente devido ao seu baixo
custo.
Devido as propriedades bactericidas, os antibióticos também agem como desinfetantes do mosto. O
cloranfenicol e a tetraciclina também podem ser empregados, porém a penicilina ainda é economicamente mais viável (AQUARONE , 1975).
A temperatura ideal para o processo de fermentação alcoólica está entre 25 e 36° C. Temperaturas mais
baixas tornam o processo muito lento, enquanto as
mais elevadas fazem com que o álcool evapore.
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Dosagem de ácido lático na produção de etanol a partir da cana-de-açúcar.
Preparo do inóculo
O inóculo é a quantidade de leveduras (células)
necessárias para dar início ao processo de fermentação de forma rápida e eficaz. Após a escolha da
levedura, para o preparo do inóculo, é preciso obter
uma determinada quantidade do fermento em atividade suficiente para manter a fermentação nas dornas.
Para isto, transfere-se um tubo de cultura pura de
levedura para o mosto já enriquecido e esterilizado.
Estas transferências são feitas sucessivamente com
assepsia em quantidades e concentrações crescentes
do substrato e até que seja possível manter um volume
de inóculo capaz de conduzir a fermentação nas
dornas.
Condução da fermentação alcoólica
Após o preparo do mosto e do inóculo, inicia-se
nas dornas a fermentação alcoólica principal. Esta
fermentação é separada em três fases: preliminar,
tumultuosa e final. A elevação ligeira da temperatura
ocasiona a multiplicação da levedura, que consiste na
primeira etapa, a preliminar. O açúcar consumido
pela levedura nesta fase destina-se à formação de
novas células de fermento; esta fase é breve e pode
durar entre 4 e 6 horas.
Quando há desprendimento de gás carbônico
decorrente de intensa atividade fermentativa, inicia-se a fase tumultuosa. Esta fase é caracterizada
pela elevação da temperatura, pela elevação do teor
alcoólico e pela efervescência do mosto em agitação, dando origem ao termo fermentação. Há formação de espuma e seu aspecto e volume são dependentes da linhagem da levedura e do tipo de mosto.
Esta fase dura entre 10 e 18 horas, podendo variar
com o sistema de fermentação empregado, com o
tipo de mosto e de levedura. Quando o aspecto do
vinho se torna mais calmo, a fermentação entra na
fase final, diminuindo as espumas que desaparecem ao final desta fase. Nesta fase, a temperatura
diminui e o consumo de açúcar atinge o limite
máximo.
O processo de fermentação contínua consiste na
adição constante do meio esterilizado contendo o
substrato, enquanto os produtos da reação também
estão sendo removidos continuamente. Um fator importante que influencia a eficiência do processo de
fermentação contínua é a necessidade de reciclar os
microrganismos que são colocados no reator.
Dentre os produtos secundários resultantes da
ação bacteriana encontram-se o ácido acético, o ácido
lático, o ácido butílico, o ácido propiônico e ácidos
graxos de cadeia longa, que se originam da matéria
prima e passam para o destilado. Nos últimos anos,
diversos trabalhos têm sido conduzidos com o objeti-
vo de identificar as causas de redução da produtividade e, desta forma, aperfeiçoar o processo de fermentação etanólica (CASTRO, 1995). Assim sendo, a presença de microrganismos contaminantes pode causar a
redução da produção de álcool (FRANCO, 1996). Desde
que a fermentação industrial, pela dimensão do processo não é conduzida em condições de completa
assepsia, a contaminação bacteriana está sempre
presente e, dependendo de sua intensidade, compromete o rendimento do processo fermentativo, pois
aumenta a formação de ácido lático e o tempo de
fermentação.
Destilação
O produto contido nas dornas, assim que a fermentação é concluída, denomina-se vinho. Este é uma
mistura hidroalcoólica contendo, além de água e
etanol, substâncias como o dióxido de carbono (dissolvido em pequenas quantidades), células de leveduras, microrganismos contaminantes, sais minerais, açúcares não fermentados, partículas sólidas em
suspensão provenientes da matéria prima, óleo fúsel,
aldeídos, ésteres e ácidos orgânicos. Partículas maiores são retiradas por peneiras, enquanto que as
menores, como as leveduras, normalmente são separadas por centrifugação. Da mistura líquida restante,
separa-se o etanol pelo processo de destilação, que
decompõe essa solução múltipla em seus constituintes. Isso se consegue ao atingir as condições de temperatura e pressão ótimas, de maneira tal que uma fase
líquida e uma fase de vapor coexistam e se obtenha
uma diferença na concentração relativa das substâncias a serem separadas nestas duas fases.
A coleta dos dados para este trabalho ocorreu em
julho de 2007 nas Usinas Santa Maria (situada na
Estrada Usina Santa Maria, Bairro São Francisco,
Cerquilho), Ester (situada na Rodovia SP 332, km
145, Zona Rural, Cosmópolis) e Vista Alegre (situada na Fazenda Vista Alegre, Bairro Pinhal,
Itapetininga), todas localizadas no interior do Estado de São Paulo.
O trabalho experimental realizado consistiu em
dosar a concentração de ácido lático durante o processo de produção de etanol nestas usinas, para
estudar a contaminação do processo associada à
presença de ácido lático que prejudica a produção
final de etanol.
Em decorrência do sistema diferenciado de produção de etanol, para cada usina foi adotado um
critério para a coleta de amostras e posterior dosagem, mas o número de amostras por dorna foi padronizado em três amostras por dorna. As coletas se
deram durante o processo de fermentação. O intervalo de tempo entre as dosagens foi de aproximadamente dois minutos.
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Fig. 1 - Esquema de produção de etanol via fermentação contínua utilizada na Usina Santa Maria (Cerquilho). Fonte:
Usina Santa Maria.
Na usina Santa Maria utiliza-se o processo de
produção de etanol chamado contínuo. Este processo
consiste em adicionar continuamente o meio esterilizado contendo o substrato, enquanto os produtos da
reação também são removidos continuamente (Fig. 1).
O mosto é distribuído nas três primeiras dornas, onde
será adicionada a levedura, dando início ao processo
de fermentação que se dá em oito dornas no total. Foram
coletadas amostras nas saídas das dornas 1, 2, 3, 4, 5,
6 ,7 e dorna 10, uma por vez, em recipientes fornecidos
pela usina, para evitar contaminação. As análises
foram feitas na sala de controle de produção, devido à
proximidade da fonte para a coleta das amostras.
Na Usina Ester, localizada em Cosmópolis, a produção do álcool também é realizada por fermentação
contínua. O mosto (caldo ou melaço) e a levedura
previamente tratada são despejados na primeira
dorna, onde se inicia o processo de fermentação.
Antes de chegar ao final, o vinho é centrifugado para
separar os subprodutos e a levedura. Para este experimento foram coletadas amostras do mosto, do leite
tratado (fermento), do vinho levurado e do vinho
delevurado.
Na usina Vista Alegre, o processo de produção de
etanol se dá via fermentação por batelada. As amostras foram coletadas do mosto, do vinho levurado e do
vinho delevurado.
As dosagens foram realizadas utilizando o
aparelho YSI 1500 da Yellow Springs, portátil,
com método enzimático e tecnologia de membrana, funcionando com corrente elétrica (110V ou
220V) ou bateria própria recarregável (autonomia
de 8 horas). O volume de cada amostra foi de 25
microlitros, com coletas utilizando pipeta de agulha. Cada dosagem tem duração de 30 segundos,
intervalo de 60 segundos entre amostras, escala
em mMol/L, amplitude de leitura de 0-30 mMol/
L, coeficiente de variação (precisão) de ± 2% e
resolução de 0,01 mMol/L. O equipamento foi
cedido pela TBW Importadora Ltda, empresa que
atua na área da saúde, durante o período de realização dos testes.
As dosagens de ácido lático no processo de fermentação alcoólica durante a produção de etanol nas
usinas Santa Maria, Ester e Vista Alegre, apresentaram diferentes concentrações nas diversas etapas do
processo.
Na usina Santa Maria, onde o etanol é produzido
pelo processo de fermentação contínua, verificou-se a
presença de ácido lático em todas as etapas da produção do álcool (Quadro 1). Observou-se também que os
valores mínimos de ácido lático foram obtidos no
mosto e os valores máximos na etapa final (Dorna 10)
da produção de etanol.
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Dosagem de ácido lático na produção de etanol a partir da cana-de-açúcar.
Quadro 1 - Dados referentes às dosagens de ácido lático das amostras coletadas na Usina Santa Maria (J. Pilon) em
5/7/2007.
(Média Mosto ± Desvio Padrão)
(Média Dorna 1± Desvio Padrão)
(Média Dorna 2± Desvio Padrão)
(Média Dorna 3± Desvio Padrão)
(Média Dorna 4± Desvio Padrão)
(Média Dorna 5± Desvio Padrão)
(Média Dorna 6± Desvio Padrão)
(Média Dorna 7± Desvio Padrão)
(Média Dorna 10± Desvio Padrão)
(2,61 ± 0,06) mMol/L
(3,86 ± 0,02) mMol/L
(3,61 ± 0,20) mMol/L
(3,40 ± 0,13) mMol/L
(3,92 ± 0,06) mMol/L
(3,95 ±0 ,12) mMol/L
(4,60 ± 0,05) mMol/L
(4,64 ± 0,03) mMol/L
(4,80 ± 0,05) mMol/L
Quadro 2 - Dados referentes às dosagens de ácido lático das amostras coletadas na Usina Ester em 12/7/2007.
(Média Mosto ± Desvio Padrão)
(Média Leite Tratado ± Desvio Padrão)
(Média Vinho Levurado ± Desvio Padrão)
(Média Vinho Delevurado ± Desvio Padrão)
(1,08 ± 0,02) mMol/L
(2,93 ± 0,64) mMol/L
(6,21 ± 0,28) mMol/L
(6,84 ± 0,08) mMol/L
Quadro 3 - Dados referentes às dosagens de ácido lático das amostras coletadas na Usina Vista Alegre em 20/7/2007.
(Média Mosto ± Desvio Padrão)
(Média Vinho Levurado ± Desvio Padrão)
(Média Vinho Delevurado ± Desvio Padrão)
Na Usina Ester o processo de produção do álcool
também é feita por fermentação contínua, porém o
processo ocorre em apenas quatro dornas, sendo que
uma dorna contém o mosto, outra o leite tratado
(fermento), a terceira o vinho levurado e, por fim, outra
com o vinho delevurado. O leite tratado é adicionado
ao mosto para dar início ao processo de fermentação
e, então, ambos são destinados à terceira dorna. A
última dorna contém o vinho sem a levedura (eliminada por centrifugação) que é chamado de vinho
delevurado. Constatou-se, também, a presença de
ácido lático em todas as etapas da produção do álcool;
é possível notar que esta presença se intensifica no
final do processo (Quadro 2).
A Usina Vista Alegre produz etanol pelo método
de fermentação descontínua (batelada) e todo o processo ocorre em apenas uma dorna, onde o mosto e o
leite tratado (fermento) são misturados e a fermentação acontece. Como constatado nas outras duas usinas, nesta também se verificou a presença de ácido
lático em todas as etapas da produção do etanol, com
o seu crescimento no final do processo (Quadro 3).
Observou-se, com este experimento, que há produção de ácido lático em todas as etapas de produção de
etanol, nas usinas visitadas. Nas usinas Ester e Santa
Maria, onde a fermentação é contínua, pode-se constatar que a menor concentração de ácido lático foi encon-
(1,69 ± 0,15) mMol/L
(3,80 ± 0,07) mMol/L
(3,48 ± 0,02) mMol/L
trada no mosto e a maior concentração no vinho
delevurado na etapa final. Com isso, pode-se inferir
que há presença de microrganismos contaminantes,
principalmente nesta fase do processo. Já na usina
Vista Alegre, a concentração de ácido lático no mosto
também foi a menor encontrada, porém a maior concentração foi verificada no vinho levurado. Em relação às
variações de concentração de ácido lático obtido em
cada etapa, foram observados desvios padrões pequenos indicando uma consistência dos dados obtidos.
CONSIDERAÇÕES FINAIS
A produção de ácido lático ocorreu durante o
processo de fermentação em todas as Usinas estudadas neste trabalho, indicando a contaminação por
microrganismos láticos, resultando, assim em perdas
não desprezíveis na produção final do etanol, visto
que este não é fermentado pelas leveduras. Tendo em
vista que uma maior produção de ácido lático implica
numa menor produção de etanol, pois o lactato é um
produto final que não pode ser oxidado e convertido
em álcool, a sua dosagem durante o processo de
produção do álcool é um fator crítico e de extrema
importância, principalmente para se identificar à
tempo em que etapa esta contaminação está ocorren-
Biológico, São Paulo, v.71, n.1, p.69-76, jan./jun., 2009
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A.L. Moreira et al.
do. Com isso, é possível reduzir os custos com o
tratamento atualmente feito com antibióticos, além de
otimizar a produção, já que a perda por bactérias
contaminantes é a principal responsável pela queda
na produção total de uma safra. Desta forma, as
dosagens de ácido lático no final do processo em cada
uma das três usinas analisadas, respectivamente de
4,80 mMol/L, 6,84 mMol/L e 3,48 mMol/L, são indicadores importantes da ordem de grandeza da intensidade com que acontece a produção de ácido lático.
O etanol passou a ser uma alternativa de fonte
renovável de energia, mais limpa e menos agressiva
ao meio ambiente, mas para que possa se tornar uma
alternativa energética viável economicamente – quando
comparada com combustíveis fósseis – as perdas na
produção das indústrias sucro-alcooleiras, em razão
de contaminações bacterianas, deverão ser gradualmente diminuídas, no futuro.
Por se tratar de um tema ainda pouco explorado, serão
fundamentais futuras pesquisas para criar uma
metodologia capaz de detectar a forma e o momento em
que ocorre a presença de microrganismos, evitando, assim, as perdas na produção do etanol, otimizando os
resultados, reduzindo custos com o tratamento e buscando novas formas para a contenção desta contaminação.
O cultivo da cana-de-açúcar acompanhou toda a
história brasileira por cinco séculos e a história da
produção de etanol nas últimas décadas tem mostrado
a sua importância no uso como combustível, sobretudo
a partir da crise do petróleo na década de 1970. Com a
crescente importância dada às questões ambientais
relacionadas ao aquecimento global, as discussões
acerca da relevância da produção de álcool passaram
para um patamar superior. O álcool produzido no
Brasil a partir da cana-de-açúcar apresenta, portanto,
vantagens ambientais e econômicas tanto em relação
ao petróleo quanto em relação ao álcool produzido a
partir do milho, como ocorre nos Estados Unidos.
Desta forma, o aumento da eficiência no processo de
produção de etanol deve ser considerado um objetivo
estratégico prioritário em nosso país.
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Recebido em 19/6/08
Aceito em 19/10/08
Biológico, São Paulo, v.71, n.1, p.69-76, jan./jun., 2009