Faculdade de Cincia e Tecnologia de Montes Claros FACIT

Gustavo Gonalves Pimenta Llian Regina Ruas de Oliveira

- Trabalho PRODUO DE ETANOL

Docente: Edson Vander Jorge

Montes Claros - MG Outubro, 2010

SUMRIO

1 PRODUO DE ETANOL.................................................................................................... 3 1.1 Importncia ........................................................................................................................ 3 1.2 Vias de obteno ................................................................................................................ 4 1.3 Matrias-primas, composio e conservao .................................................................. 5 1.3.1 Composio das matrias-primas ............................................................................. 6 1.3.1.1 Melaos .......................................................................................................... 6 1.3.1.2 Cana-de-acar ............................................................................................. 7 1.3.1.3 Milho .............................................................................................................. 7 1.3.1.4 Sorgo sacarino ............................................................................................... 7 1.3.1.5 Mandioca ....................................................................................................... 8 1.3.1.6 Resduos celulsicos ...................................................................................... 8 1.3.1.7 Outras matrias-primas ............................................................................... 8 1.3.2 Conservao da matria-prima ................................................................................. 9 1.4 Preparao dos meios ........................................................................................................ 10 1.4.1 Preparo de mostos de melao .................................................................................... 10 1.4.2 Preparo de mostos de caldo de cana-de-acar ....................................................... 11 1.4.3 Preparao de mostos de materiais amilceos ......................................................... 11 1.4.3.1 Sacarificao pelo malte .............................................................................. 11 1.4.3.2 Sacarificao por ao microbiana ............................................................. 13 1.5 Fermentao alcolica ....................................................................................................... 14 1.5.1 O metabolismo no interior da clula ......................................................................... 14 1.5.2 Produtos secundrios da fermentao ...................................................................... 16 1.6 Fatores que afetam a fermentao ................................................................................... 17 1.6.1 Agente de fermentao .............................................................................................. 18 1.6.2 Nutrio mineral e orgnica ..................................................................................... 18 1.6.3 Temperatura............................................................................................................... 19 1.6.4 pH ............................................................................................................................... 19 1.6.5 Inibidores de fermentao ......................................................................................... 20 1.6.6 Concentrao de acares ......................................................................................... 20 1.6.7 Concentrao do inculo........................................................................................... 21 1.6.8 Contaminao bacteriana ......................................................................................... 21 1.6.9 Antisspticos............................................................................................................... 21 1.6.10 Antibiticos .............................................................................................................. 22 1.7 Correo dos mostos.......................................................................................................... 22 1.8 Preparo do inculo ............................................................................................................ 23 1.8.1 Prtica da fermentao alcolica.............................................................................. 24 1.9 Pureza das fermentaes ................................................................................................... 25 1.10 Sistemas de fermentao ................................................................................................. 26 1.11 Fermentao alcolica contnua ..................................................................................... 27 1.12 Salas de fermentao ....................................................................................................... 31 1.13 Recipientes de fermentao ............................................................................................ 31 1.14 Destilao .......................................................................................................................... 32 1.14.1 Destilao descontnua ............................................................................................ 33 1.14.2 Destilao contnua ................................................................................................. 34 1.15 Retificao ........................................................................................................................ 37 1.16 Prtica de retificao industrial ..................................................................................... 38 1.17 Desidratao do etanol .................................................................................................... 39

1.17.1 Processo de desidratao com o uso de arrastadores ............................................. 40 1.17.2 Processo de absorvente regenervel ........................................................................ 42 1.17.3 Processo de separao por meio de peneiras moleculares ..................................... 42 1.18 Fluxograma do processo de produo de lcool e acar ............................................ 44 1.19 Planta fotogrfica de uma usina de lcool e acar ..................................................... 45 2 BALANO ENERGTICO NA PRODUO DE ETANOL ............................................ 47 2.1 Cana-de-acar .................................................................................................................. 47 2.2 Mitigao do Efeito Estufa ............................................................................................... 48 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 50 GLOSSRIO .............................................................................................................................. 51

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1 PRODUO DE ETANOL

1.1 Importncia

No Brasil, as indstrias de acar e de lcool estiveram sempre intimamente ligadas, desde o tempo do descobrimento. Deduz-se que a produo de lcool iniciou na Capitania de So Vicenteudas de cana-de-acar, trazidas da ilha da Madeira em 1532. A Alemanha e, principalmente a Frana, deram grande contribuio ao desenvolvimento das tcnicas de fermentao alcolica, de destilao e de construo de aparelhos de destilao. Utilizava-se o etanol para fins farmacuticos, para a produo de alguns produtos qumicos derivados, para bebidas e como fonte de energia trmica, por combusto, em algumas atividades. Em 1929, a grande crise internacional colocou em xeque as economias de todos os pases e, no Brasil, a indstria aucareira no ficou a salvo. Sobrava acar e cana e faltavam divisas para a aquisio de combustvel lquido. A primeira destilaria de lcool anidro foi instalada e o Governo Federal, em 1931, estabeleceu a obrigatoriedade da mistura de 5% de etanol gasolina (Decreto 19.717), como medida de economia na importao de combustvel e para amparar a lavoura canavieira. A crise internacional do petrleo que se deflagrou em 1974, fez com que se iniciasse, no Brasil, uma nova fase na produo de etanol. Na busca de alternativas para combustvel lquido, o lcool adquiriu uma importncia sem paralelo. Dos 700 milhes de litros por ano, em pouco tempo a indstria passou a produzir 15 bilhes de litros, para abastecer uma frota de mais de 4 milhes de automveis, que se movem com lcool puro e tambm, para misturar-se a toda a gasolina usada no Pas. Com o abaixamento do preo do petrleo no mercado internacional, perdeu-se o interesse poltico pela sua produo.

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1.2 Vias de obteno

Obtm-se etanol por trs maneiras gerais: por via destilatria, por via sinttica e por via fermentativa. A via destilatria no tem significao econmica no Brasil, a no ser para certas regies vincolas, para o controle de preo de determinadas castas de vinhos de mesa. Por via sinttica, obtm-se o etanol a partir de hidrocarbonetos no saturados, como o eteno e o etino, e de gases de petrleo e da hulha. Nos pases em que h grandes reservas de petrleo e uma indstria petroqumica avanada, uma forma econmica de produzir lcool. A via fermentativa a maneira mais importante para a obteno do lcool etlico no Brasil. Mesmo que venha a haver disponibilidade de derivados de petrleo que permitam a produo de lcool de sntese, a via fermentativa ainda ser de grande importncia para a produo de lcool de boca, sob a forma de aguardentes. As bebidas fermento-destiladas possuem caractersticas prprias de aroma e sabor, conferidas por impurezas decorrentes do processo fermentativo. Um dos fatores que torna a produo de etanol por fermentao a forma mais econmica de sua obteno, o grande numero de matrias-primas naturais existentes em todo o Pas. Sua distribuio geogrfica, que encerra diversos climas e tipos de solos, permite seu cultivo em quase todo o territrio e durante todo o ano. Na obteno do lcool por via fermentativa, distinguem-se trs fases: o preparo do substrato, a fermentao e a destilao. O preparo do substrato e o tratamento da matriaprima para dela se extrarem os acares fermentescveis difere para as distintas matriasprimas. A fermentao um processo comum a todos os substratos aucarados, cujo princpio a transformao dos acares em etanol e dixido de carbono. As variaes entre os processos de fermentao so apenas em detalhes. Na destilao, separa-se o etanol geralmente em duas operaes. A primeira, para separ-lo do substrato fermentado, sob a forma de mistura hidroalcolica impurificada com aldedos, steres, lcoois superiores e cidos orgnicos. Outra, para separar as impurezas do etanol.

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1.3 Matrias-primas, composio e conservao

Qualquer produto que contenha acar ou outro carboidrato constitui-se em matriaprima para a obteno do etanol. Entretanto, para que seja vivel economicamente preciso considerar-se seu volume de produo, o rendimento industrial e o custo de fabricao. H varias maneiras de classificar as matrias-primas para a produo de etanol, mas qualquer dos critrios que se adote deixa algo a desejar. Podemos classific-las em matrias aucaradas, agrupando cana-de-acar, beterraba aucareira, sorgo sacarino, milho sacarino, melaos, mel de abelhas e frutas; em matrias amilceas e feculentas, agrupando gros amilceos, razes e tubrculos feculentos; e em matrias celulsicas, incluindo palhas, madeiras, resduos agrcolas e resduos sulfticos de fabricas de papel. Entre as matrias aucaradas, costuma-se distinguir as diretamente fermentescveis e as no diretamente fermentescveis. As primeiras so as que contm monossacardeos e se limitam aos sucos de frutas. Sua importncia reside na produo de lcool em bebidas como o vinho e a sidra. As no diretamente fermentescveis so as que contm os dissacardeos, que fermentam aps uma hidrlise, qual se da o nome de inverso, e que se realiza naturalmente por ao da invertase, enzima produzida pelo agente de fermentao. A sacarose a representante mais importante dos componentes da cana-de-acar e dos melaos. O processo de alcoolizao fcil, no exige conhecimentos profundos e a matria-prima que se usa nas indstrias nem sempre pura. As matrias amilceas e feculentas fermentam aps uma hidrlise, que se denomina de sacarificao, pela qual o amido infermentescvel se transforma em acar fermentescvel. A alcoolizao processa-se atravs de tcnicas industriais mais complexas. Pela necessidade de maiores conhecimentos, pelas dificuldades de conservao e de fermentao da matria-prima original e pelo custo de fabricao, os lcoois de cereais produzem-se no Brasil em pequena escala, com maior importncia para a indstria de bebidas. A massa de matrias celulsicas disponvel vultosa, mas ainda no oferece, para o Pas, condies econmicas para a produo de etanol. O processo de hidrlise, necessrio para sacarificar a celulose complexo, e o teor de acares fermentescveis obtenvel inferior ao encontrado nas matrias-primas sacarinas. Para o Brasil as matrias-primas, de importncia econmica imediata para a produo de etanol industrial, so os melaos e a cana-de-acar; para a preparao de bebidas

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destiladas, a cana-de-acar e as matrias amilceas, com destaque para o milho. A mandioca matria feculenta potencial.

1.3.1 Composio das matrias-primas

A composio de qualquer produto vegetal varia com grande nmero de fatores, uns controlveis pelo homem, outros no. Entre eles destacam-se: a variedade, a idade, as regies e as condies climticas e edficas, de maturao, de sanidade, de colheita, de transporte, de armazenamento e de industrializao. Esses fatores tambm afetam a composio das matrias-primas derivadas da industrializao dos vegetais. As composies que se seguem, referem-se principalmente ao material suscetvel de transformao em etanol.

1.3.1.1 Melaos

Denominam-se melaos os resduos da fabricao de acar que no so mais utilizados para a separao da sacarose. Eles se originam nas usinas de acar, pela centrifugao das massas cozidas para a separao dos cristais de acar. No Brasil, todos os meios que se enviam para a destilaria, qualquer que seja sua composio, denominam-se de mel final. Sua composio varia de acordo com o processo de produo do acar; entretanto, pode-se admitir que encerra, em nmeros gerais, at 62% de acares, 20% de gua, 8% de cinzas, 3% de matrias nitrogenadas e 7% de outros, como gomas e cidos. Na frao de acares distinguem-se 32% de sacarose, 14% de dextrose e 16% de levulose. De maneira geral, no se incorre em erro afirmar que o melao encerra 50% de acares fermentescveis. Quanto mais acar se obtiver das massas cozidas, menos sacarose se encontra no mel final. Este se obtm em propores variveis, segundo o processo de fabricao, excesso de cana-de-acar e outros fatores.

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1.3.1.2 Cana-de-acar

O acar predominante a sacarose. Os acares redutores compem-se primordialmente de glicose e frutose. Esses acares se encontram em propores quase iguais nas canas imperfeitamente maduras. O caldo obtido pela moagem da cana-de-acar encerra entre 78 e 86% de gua, 10 e 20% de sacarose, 0,1 e 2% de acares redutores, 0,3 e 0,5% de cinzas e entre 0,5 e 1,0% de compostos nitrogenados. O pH do caldo varia entre 5,2 e 6,8. A cana-de-acar uma cultura plurianual, com colheita anual. De maneira geral, ela economicamente produtiva por trs anos consecutivos. Admite-se que a mdia do rendimento agrcola atinge entre 85 e 100 toneladas anuais por hectare, em grandes culturas e em condies normais.

1.3.1.3 Milho

O milho limpo, ventilado, em condies de armazenamento, apresenta-se com 9 a 15% de gua, 59 a 70% de extrativos-no-nitrogenados, 5 a 15% de material protico, 1,5 a 8,5% de material celulsico e 1,3 a 4% de cinzas. A produo no Brasil varivel, de 1,1 a 3 toneladas de gros por hectare, mas pelas campanhas de produtividade incentivadas, h registros de mais de 7 toneladas por hectare.

1.3.1.4 Sorgo sacarino

Dentre as variedades de sorgo, algumas apresentam um caldo aucarado em seu colmo, com teores de acares semelhantes ao da cana-de-acar. No s possuem um alto teor de acares fermentescveis, como produzem alta tonelagem de colmos por hectare, em um perodo agrcola inferior ao da cana-de-acar. Entretanto, o perodo de colheita mais

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curto tambm, conduzindo a problemas de utilizao industrial. A reduo do estmulo oficial produo de etanol tambm reduziu o interesse por mais estudos dessa matria-prima.

1.3.1.5 Mandioca

As razes frescas contm de 67 a 75% de gua, de 18 a 23% de fcula e o restante distribudo entre material protico, celulose, graxas e cinzas. Encontram-se variedades melhoradas, que acusam teores de amido superiores a 30%. O volume de lcool produzido por tonelada de mandioca superior ao produzido por uma tonelada de cana-de-acar, porm a produtividade agrcola da mandioca no compete com a da cana-de-acar. Outros fatores, como a maior dificuldade de preparao dos mostos, e a falta de resduo combustvel, desaconselharam seu uso.

1.3.1.6 Resduos celulsicos

A disponibilidade de resduos celulsicos, representada por palhas, folhas, resduos de explorao madeireira e outros, despertaram o interesse para seu uso como matria-prima para produo de lcool. Entretanto, fatores como dificuldade da preparao do mosto, presena de elementos txicos nos substratos hidrolisados de celulose capazes de dificultar a fermentao alcolica, somados ao baixo rendimento em acares fermentescveis (2 a 3%) e ao alto volume de resduos da destilao, reduzem, no Brasil, as possibilidades de seu emprego para a produo de etanol.

1.3.1.7 Outras matrias-primas

A literatura rica em informaes sobre matrias-primas adequadas para a produo de etanol. Arroz, centeio, cevada, milheto, trigo, batata, batata doce e tupinambo podem

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produzir lcool, mas ainda no tm importncia econmica para o Brasil. A cevada e o arroz so usados em cervejarias. A bata doce foi experimentada durante a vigncia do Prolcool.

1.3.2 Conservao da matria-prima

Na indstria, faz-se um aprovisionamento de matria-prima para um perodo de operaes mais ou menos longo, em depsitos prximos destilaria. O melao conserva-se em reservatrios fechados de chapas de ferro, com capacidade compatvel com a produo da destilaria. O volume aproximado de armazenamento de melao calcula-se pela frmula:

Em que: volume de armazenamento em litros; quantidade de cana-de-acar moda por dia em toneladas; volume de melao (litros) produzido por tonelada de cana, varivel entre 30 e 40; fator de segurana, representado por 30 dias de produo, no mnimo.

Deve-se colher e moer a cana-de-acar o mais rpido possvel, sendo ideal cortar e moer no mesmo dia. Admitem-se at trs dias de conservao para canas colhidas sem queimar. As que so queimadas antes de colher, para eliminar a palha, tm perodo de conservao mais curto. Quanto mais dilatado for o tempo entre corte e moagem, maiores so os riscos de deteriorao fsica, qumica, enzimtica ou microbiana, que prejudicam a fermentao futura do caldo, rendimento e qualidade do produto. Recomenda-se a moagem da cana colhida crua e picada em no mximo 10 dias. Pode-se conservar o milho por longo perodo, utilizando-o ao longo do ano. A produo agrcola restringe-se a um perodo, mas as indstrias trabalham por muitos meses, at todo o ano.

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Consegue-se a conservao do cereal pelo controle das condies sanitrias e das condies climticas. O armazenamento faz-se em silos de diversos tipos, que permitem o controle da umidade e da temperatura.

1.4 Preparao dos meios

As matrias-primas adequadas fabricao do etanol fornecem amido, glicose e mistura de sacarose, glicose e frutose. A quase totalidade do lcool industrial produz-se com cana-de-acar e melao, que contm predominncia de sacarose em mistura com dextrose e levulose. Os mostos, ou seja, os substratos aucarados que se obtm dessas matrias-primas, requerem preparao previa adequada, antes de passarem aos recipientes de fermentao, ou dornas. O preparo dos mostos conta com tanques de medio, balanas, diluidores mecnicos, depsitos de sais minerais e de antisspticos, aquecedores ou resfriadores, medidores de cido e outros acessrios.

1.4.1 Preparo dos mostos de melao

Obtm-se pela diluio conveniente com gua. Normalmente no se faz diluio com vinhaa. A diluio faz-se de modo continuo, em misturadores especiais, com freqente superviso para garantir as concentraes adequadas; os melaos tm ar ocluso, temperaturas diferentes e viscosidade varivel ao longo dos dias de produo, que dificultam seu escoamento uniforme, fundamental para o bom funcionamento dos diluidores. As concentraes dos mostos, nas destilarias brasileiras, so comumente expressas em graus Brix, diluindo-se os melaos entre 15 e 25Brix, com medias de 18 a 20Brix.

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1.4.2 Preparo dos mostos de caldo de cana-de-acar

O caldo que se obtm do esmagamento das canas nas moendas, misturado com gua de embebio, ou obtido em difusores rico em sacarose e em acares redutores e est convenientemente diludo para sofrer a fermentao alcolica. Eventualmente pode-se diluir mais. Embora se possa fazer a fermentao com o caldo bruto, pratica comum clarific-lo por meio de aquecimento, decantao e filtrao para separar colides, gomas e materiais nitrogenados. O caldo torna-se um mosto mais limpo, que fermenta melhor, espuma menos e suja menos as colunas de destilao. Aps a clarificao resfria-se o caldo e envia-se s dornas.

1.4.3 Preparo dos mostos de materiais amilceos

necessrio sacarificar os amilceos (gros) e feculentos (razes e tubrculos), porque os agentes de fermentao alcolica no possuem enzimas amilolticas. A sacarificao o processo de transformao do amido ou fcula em acares fermentescveis. Realiza-se por via qumica, biolgica ou por ao direta de enzimas, mas as destilarias comumente usam a via biolgica. A sacarificao faz-se por ao enzimtica do malte ou pela ao microbiana de certos fungos no processo Amilo.

1.4.3.1 Sacarificao pelo malte

Preparo do malte Malte um cereal germinado em condies especiais de umidade, temperatura e

aerao. Durante a germinao ocorrem modificaes fsicas, bioqumicas e qumicas no cereal, causadas por fenmenos vitais.

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Nas cervejarias e fbricas de usque prepara-se o malte com cevada. Nas destilarias de lcool usa-se malte do prprio milho. A maltagem, embora seja uma operao complexa, esquematiza-se como segue: a) Limpeza e classificao dos gros em peneiras, ventiladores, aparelhos magnticos e classificadores. b) Macerao, para propiciar adequadas condies de umidade. Procede-se em cubas prprias, com gua limpa a 10-12C, na proporo de uma parte de gros para trs de gua, renovando-se o lquido a cada 8-12 horas e promovendo-se o arejamento da cuba a cada renovao de gua, para ativar a respirao dos gros e acelerar a germinao. A macerao baixa temperatura mais lenta, mas conduz a uma germinao mais homognea; a operao finda-se quando os gros tiverem absorvido gua correspondente a 40-50% de seu peso, o que se d em 40-60 horas para a cevada e 60-70 horas para o milho. c) Germinao, que a operao final, na qual controlam-se permanentemente o fornecimento de ar, a umidade e a temperatura, de 15C, aproximadamente. Durante essa etapa, ativa-se uma serie de enzimas, das quais a amilofosfatase, a amilopectinase, a -amilase e a -amilase desempenham papel de importncia na sacarificao. A maltase outra enzima que desdobra a maltose formada em duas molculas de glicose.

A germinao industrial faz-se em sales prprios ou em germinadores, nos quais fazse uma peridica movimentao do cereal, para evitar acmulo de dixido de carbono, elevao de temperatura e dessecao dos gros. Interrompe-se a germinao quando as gmulas atingem dimenso de do comprimento do gro, momento que coincide com o mximo poder sacarificante.

Sacarificao Para que se possa fazer reagir s enzimas sobre o material amilceo, necessrio que

este se encontre sob forma de goma, ou como se costuma dizer, geleificado. Para isso, os gros passam por uma serie de operaes que se inicia por uma pesagem e prossegue com moagem, hidratao e cozimento. Do armazenamento, encaminha-se a matria-prima para moinhos, onde fragmentada em pedaos de 3 a 4mm, evitando-se um maior fracionamento para no dificultar a operao

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posterior de cozimento. A seguir, faz-se a hidratao com gua acidulada de pH 4,5-5,0 a 5565C, at a absoro de 40-50%, o que se consegue em 13-15 h. Passa-se o material hidratado para os cozedores, onde se precede ao mximo de desagregao do produto, na forma coloidal de goma. Para facilitar a solubilizao das matrias proticas e o cozimento do amido ou da fcula, opera-se sob presso de 3atm, aproximadamente, e em presena de soluo de cido clordrico de pH 5,5, com adio de 200-300 litros de gua por 100kg de gros hidratados. O tempo de cozimento, assim como a presso e a temperatura, varia de acordo com a natureza do amido, podendo-se estabelecer 3 horas como parmetro indicativo. Aps a obteno da goma, se est em condies de proceder sacarificao, colocando-a em contato com o malte. Pela ao das enzimas amilolticas dos gros germinados produz-se maltose, dissacardeo diretamente fermentescvel e dextrinas, no fermentescveis. A reao do meio favorvel a pH 5,5-5,7 e a temperatura mais conveniente para a obteno de maior percentagem de maltose situa-se entre 40 e 60C. Aps o cozimento, resfria-se a massa, adicionam-se de 7 a 15% de leite de malte e mantm-se o conjunto sob agitao e temperatura constantes por 1 hora, aproximadamente. Eleva-se a temperatura lentamente para 65C, resfria-se para 28-30C, efetua-se a correo do mosto e envia-se s dornas para fermentar.

1.4.3.2 Sacarificao por ao microbiana

Usam-se nesse processo fungos com propriedades amilolticas. Por meio deles, com tcnica e assepsia apuradas, transforma-se economicamente o amido em acares fermentescveis. As espcies mais usadas so Amylomyces rouxii, Aspergillus oryzae, Chlamydomucor oryzae, Rhizopus japonicus e Mucor delemar. Comumente, associa-se o fungo com uma levedura que realize a fermentao alcolica dos acares, de preferncia leveduras puras e selecionadas.

Preparo do inculo Prepara-se um meio com 20g de material amilceo em 1 litro de gua, autoclava-se a

2atm por 20min, resfria-se e inocula-se uma suspenso de esporos. Incuba-se por 3-4 dias a 35-38C, obtendo-se um inculo para 100 mil litros de mosto.

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Preparo do mosto Prepara-se uma goma de amido de maneira semelhante que se descreveu e

descarrega-se a massa fluida para a autoclave intermediria, onde se adiciona gua at obterse densidade de 1,06 a 1,08g/cm3. Esteriliza-se e passa-se s dornas de capacidade varivel, providas de agitao mecnica, injeo de gua, ar estril e vapor, termmetros, manmetros, sistema de refrigerao, funil de inoculao, purgador de dixido de carbono e outros acessrios. Refrigera-se o mosto e inocula-se o fungo. Aps 24 horas de agitao e injeo de ar, o fungo desenvolveu-se perfeitamente e o mosto estar sacarificado, tendo o amido se transformado em maltose e glicose. Ento, faz-se a inoculao da levedura temperatura de 30-32C. Aps 40 horas da inoculao do fungo, tem-se um substrato com 9 a 12% de acares, que se desdobram pela ao da levedura em um tempo total de 72 a 96 horas. Aps a fermentao, separa-se o lcool em colunas de destilao especiais, pois o substrato fermentado muito espesso.

1.5 Fermentao alcolica

1.5.1 O metabolismo no interior da clula

A transformao do acar (glicose) em etanol e CO2 envolvem 12 reaes em seqencia ordenada, cada qual catalisada por uma enzima especfica. Tal aparato enzimtico est confinado no citoplasma celular, sendo, portanto nessa regio da clula que a fermentao alcolica se processa (FIG. 1). Essas enzimas, referidas como "glicolticas", sofrem aes de diversos fatores (nutrientes, minerais, vitaminas, inibidores, substncias do prprio metabolismo, pH, temperatura e outros), alguns que estimulam e outros que reprimem a ao enzimtica, afetando o desempenho do processo fermentativo conduzido pelas leveduras.

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FIGURA 1 Seqencia de reaes enzimticas pela fermentao alcolica. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

Convm ressaltar que a levedura Saccharomyces um aerbio facultativo, ou seja, tem a habilidade de se ajustar metabolicamente, tanto em condies aerobiose como de anaerobiose. Os produtos finais da metabolizao do acar iro depender das condies ambientais em que a levedura se encontra. Assim, enquanto uma poro do acar transformada em biomassa, CO2 e H2O em aerobiose, a maior parte convertida em etanol e CO2 em anaerobiose, processo denominado de fermentao alcolica. O objetivo primordial da levedura, ao metabolizar anaerobicamente o acar, gerar uma forma de energia (ATP, adenosina trifosfato) que ser empregada na realizao dos

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diversos trabalhos fisiolgicos (absoro, excreo e outros) e biossnteses, necessrios manuteno da vida, crescimento e multiplicao para perpetuar a espcie.

1.5.2 Produtos secundrios da fermentao

Na seqncia de reaes enzimticas de produo de ATP, e intrnsecas formao de etanol, rotas metablicas alternativas aparecem para propiciar a formao de materiais necessrios constituio da biomassa (polissacardeos, lipdeos, protenas, cidos nuclicos e outros), bem como para a formao de outros produtos de interesse metablico, relacionados direta ou indiretamente com a adaptao e sobrevivncia. Dessa forma, juntamente com o etanol e o CO2, o metabolismo anaerbio permite a formao e excreo de glicerol, cidos orgnicos (succnico, actico, pirvico e outros), lcoois superiores, acetaldedo, acetona, butilenoglicol, alm de outros compostos de menor significado quantitativo. Simultaneamente ocorre o crescimento das leveduras (formao de biomassa). Estima-se que 5% do acar metabolizado pela levedura seja desviado para gerar tais produtos secundrios da fermentao, resultando num rendimento de 95% em etanol, conforme j observado por Pasteur em condies adequadas de fermentao (com mostos sintticos). Entretanto, em condies industriais, nas quais fatores qumicos, fsicos e microbiolgicos afetam a levedura, rendimentos de 90% normalmente so obtidos, o que implica em desvios de 10% do acar processado para a formao de outros produtos que no o etanol. Levando-se em considerao as reaes responsveis e a estequiometria das mesmas, pode-se calcular o equivalente em acar consumido para a formao de cada um dos produtos da fermentao, includo a biomassa (TAB. 1).

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TABELA 1 Proporo dos diversos produtos da fermentao alcolica, em g/100g de glicose metabolizada, de acordo com vrias fontes e para diferentes eficincias fermentativas Produto da fermentao Etanol Gs carbnico Glicerol cido succnico cido actico leo fsel Butilenoglicol Biomassa (massa seca) Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001. Pasteur 95% 48,5 46,4 3,3 0,6 1,2 Jackman, 1987 9095% 45,09,0 43,047,0 2,05,0 0,51,5 0,01,4 0,20,6 0,20,6 0,71,7 Basso et al. 1996 8592 % 43,047,0 41,045,0 3,06,0 0,31,2 0,10,7 1,02,0

A formao de glicerol, o mais abundante dos compostos orgnicos secundrios da fermentao, est acoplada manuteno do equilbrio redox celular, o qual alterado quando da formao de cidos orgnicos, biomassa e da presena de sulfito no mosto. Tambm est relacionada a concentraes elevadas de acares ou de sais no mosto. J as razes fisiolgicas que levam a levedura a produzir e excretar o cido succnico ainda so discutveis; admite-se que sua formao se deve a um meio fermentativo inadequado, pois no h evidncia de necessidade metablica desse cido pela levedura, na proporo em que produzido. O cido succnico em ao sinrgica com o etanol exerceria uma intensa atividade antibacteriana, o que notado durante uma fermentao alcolica.

1.6 Fatores que afetam a fermentao

Diversos fatores, fsicos (temperatura, presso osmtica), qumicos (pH, oxigenao, nutrientes minerais e orgnicos, inibidores) e microbiolgicos (espcie, linhagem e concentrao da levedura, contaminao bacteriana), afetam o rendimento da fermentao, ou seja, a eficincia da converso de acar em etanol. Geralmente as quedas na eficincia fermentativa decorrem de uma alterao na estequiometria do processo, levando a maior formao de produtos secundrios (especialmente glicerol e cidos orgnicos) e biomassa.

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1.6.1 Agente de fermentao

As leveduras so os microrganismos mais importantes na obteno do lcool por via fermentativa. A levedura da fermentao alcolica a Saccharomyces cerevisiae, da qual foram selecionadas vrias linhagens. O desempenho do processo fermentativo enormemente afetado pelo tipo de levedura que o executa. As fermentaes se iniciam com uma determinada levedura, com culturas puras. As culturas puras so apenas isoladas ou obtidas atravs de melhoramento gentico. Com o tempo, as linhagens que do incio ao processo tm durao efmera, so substitudas por leveduras comuns regio da destilaria, comumente denominadas de leveduras selvagens. Leveduras selvagens foram isoladas e selecionadas com as caractersticas de dominncia e persistncia ao longo da safra, e com as habilidades fermentativas desejveis, de alta eficincia na produo de etanol, baixa produo de glicerol e alta tolerncia a diversos fatores estressantes. Usando-as no processo industrial mostram-se capazes de sobreviver ao longo da safra, exibindo bom desempenho fermentativo. A tcnica de cariotipagem demonstra que os fermentos ditos "caipiras", usados pelos pequenos fabricantes regionais de aguardente, se constituem em bom inculo, pois se constituem de leveduras regionais, desenvolvidas com tcnicas artesanais. No entanto, tais leveduras "selvagens" se mostram com as mais variadas habilidades fermentativas, podendo, muitas vezes, acarretar problemas na fermentao (baixo rendimento, formao excessiva de espumas e floculao do fermento).

1.6.2 Nutrio mineral e orgnica

A levedura Saccharomyces cerevisiae utiliza o nitrognio nas formas amoniacal (NH4+), amdica (uria) ou amnica (na forma de aminocidos), no tendo habilidade metablica para aproveitar o nitrato e com pouqussima ou nenhuma capacidade de utilizar as protenas do meio. O fsforo absorvido na forma de on H2PO4-, forma predominante em pH 4,5, enquanto o enxofre pode ser assimilado do sulfato, sulfito ou tiossulfato. A sulfitao do

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caldo no processo de fabricao de acar, bem como o cido sulfrico empregado no tratamento do fermento, parecem fornecer quantidade suficiente de enxofre para a levedura, pois sua exigncia desse elemento pequena. A TAB. 2 apresenta as concentraes dos principais nutrientes minerais para uma boa fermentao alcolica. Tais nutrientes podem j estar presentes no mosto, sendo desnecessrias adies. Entretanto, podem ocorrer teores inadequados e deficincia de alguns e concentraes excessivas de outros.

TABELA 2 Concentraes de nutrientes minerais no mosto para se obter adequada fermentao alcolica Nutrio mineral NH4 P K+ Ca++ ++ +

Concentrao em mg/L 50150 62560 700800 120 70200 7280 200

Nutriente mineral Co Co++ ++2

Concentrao em mg/L 3,5 10 0,510 7 1033 10 (1080) 0,2

Zn++ Cu++ ++

Mg

Mn

SO4Na+

Mn++1 Fe++

Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

1.6.3 Temperatura

As leveduras so mesfilas. medida que a temperatura aumenta, aumenta a velocidade da fermentao, mas favorece a contaminao bacteriana, ao mesmo tempo em que a levedura fica mais sensvel toxidez do etanol.

1.6.4 pH

As fermentaes se desenvolvem numa ampla faixa de valores de pH, sendo adequada a entre 4 e 5. Os valores de pH dos mostos industriais geralmente se encontram na faixa de

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4,5 a 5,5, com boa capacidade tamponante, especialmente os preparados com melao. Fermentaes conduzidas em meios mais cidos resultam em maiores rendimentos em etanol, pelo fato de restringir o crescimento do fermento, com a conseqente reduo da produo de glicerol, ao mesmo tempo em que reduz a contaminao bacteriana. Entretanto, fermentaes alcolicas desenvolvem-se bem em nveis mais elevados, em substratos de alto poder tampo, come os melaos, em pH 5,8-5,9.

1.6.5 Inibidores da fermentao

O processo fermentativo pode ser inibido no s pelos seus prprios produtos, como o etanol, como por diferentes substncias que podem fortuita ou deliberadamente estarem presentes nos mostos. Assim, alguns minerais como potssio e clcio podem se apresentar em quantidades excessivas, quando se emprega elevada proporo de melao. Recentemente, o alumnio foi identificado como elemento estressante da levedura, acarretando queda simultnea da viabilidade e dos teores de trealose da levedura. A sulfitao do caldo de cana para sua clarificao pode resultar em melaos com elevados teores de sulfito, que pode acarretar efeitos txicos levedura, comprometendo a fermentao, bem como aumentar a acidez do lcool obtido.

1.6.6 Concentrao de acares

Aumentando-se a concentrao de acares, aumenta-se a velocidade de fermentao, a produtividade e, dentro de certos limites, acarreta-se menor crescimento do fermento e menor formao de glicerol por unidade de substrato processado. Entretanto, elevados teores de acar acarretam um estresse osmtico da levedura.

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1.6.7 Concentrao de inculo

Maiores concentraes de levedura na dorna permitem fermentaes mais rpidas, com maior produtividade e com maior controle sobre as bactrias contaminantes, alm de restringir o crescimento da prpria levedura. Por outro lado, elevado teor de levedura exige energia de manuteno maior, isto , maior consumo de acar para manter as clulas vivas. Como conseqncia, resulta em maior competio pelos nutrientes do meio, minerais e vitaminas, diminuindo a viabilidade do fermento. Da existir um teor timo de levedura na dorna, dependendo das condies do processo industrial. A utilizao de cido benzico mostra-se capaz de reduzir o crescimento excessivo da levedura, ao mesmo tempo em que diminui a formao de glicerol e aumenta o rendimento da fermentao.

1.6.8 Contaminao bacteriana

Desde que a fermentao industrial, pela dimenso do processo no conduzida em condies de completa assepsia, a contaminao bacteriana, principalmente de Lactobacillus e Bacillus, est sempre presente e, dependendo de sua intensidade, compromete o rendimento do processo fermentativo. A contaminao bacteriana associa-se ao aumento da formao de cido lctico e, considera-se, na indstria, que essa contaminao o principal responsvel pelo acidente da fermentao alcolica.

1.6.9 Antisspticos

No Brasil no usual esterilizarem-se os mostos nas destilarias de lcool e de aguardente. Para controlar o problema das contaminaes, aconselha-se o uso de antisspticos, capazes de criar ambiente favorvel ao desenvolvimento das leveduras e desfavorvel a outros microrganismos.

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Os antisspticos no so largamente usados; h restries, porque existe possibilidade de deixarem resduos nos destilados. O hexaclorofeno em dose de 4mg/L de mosto contribui para boas fermentaes. Sulfato de cobre e colofnia tambm so citados na literatura, como bons antisspticos. O cido sulfrico que se adiciona nos mostos em fermentao, um antissptico.

1.6.10 Antibiticos

Sua ao esterilizante decorre de suas propriedades bacteriostticas. A penicilina um bom inibidor de contaminaes, com o emprego de 500 a 1.000 U.I. por litro de mosto, observando-se aprecivel aumento de rendimento em lcool nos mostos tratados. A aplicao econmica, no exigindo modificaes nas tcnicas e nos aparelhamentos usados; as fermentaes so mais puras e regulares. Pode-se usar tambm cloranfenicol, tetraciclina e clorotetraciclina, kamoran e virginiamicina. A escolha do antibitico depende de seu custo no tratamento.

1.7 Correo dos mostos

Conhecendo-se os fatores que influem na fermentao alcolica, faz-se a correo dos mostos, ou seja, seu condicionamento, para obter fermentaes regulares, homogneas e puras. A correo depende da natureza da matria-prima. Os substratos de origem amilcea sofrem esterilizao, pela tcnica de sua preparao e, quanto ao mais, adicionam-se fosfatos, mais comumente o superfosfato em sua frao solvel, na proporo de 1g/L de substrato. Se necessrio, corrige-se a acidez, juntando-se cido sulfrico. Para os substratos de melao, normalmente faz-se apenas a diluio. Em casos especiais adicionam-se fosfatos e sais de amnio na proporo de 1g/L de mosto. Quando se trabalha com caldo de cana direto, faz-se uma correo mais cuidadosa, para oferecer levedura condies de nutrio que normalmente no se encontram no caldo

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em doses suficientes. Usualmente, adicionam-se superfosfatos e sulfato de amnio na proporo de 1g/L de mosto. Melhores rendimentos se obtm quando se trata o mosto de caldo de cana com 0,1g/L por litro de sais de magnsio e 0,01g de sais de mangans e de cobalto. Alm da diluio e da adio de nutrientes, adicionam-se antibiticos ou antisspticos e ajusta-se a temperatura.

1.8 Preparo do inculo

Nas pequenas cantinas e nas pequenas destilarias de aguardente costuma-se deixar a fermentao ocorrer por obra dos microrganismos selvagens, que acompanham os caldos naturais. Nas grandes destilarias usam-se em grande escala, as leveduras de panificao, encontradas no comrcio sob as formas midas e prensadas, ou secas e granuladas. Nesse caso obtm-se, fcil e rapidamente grande massa de inculo, partindo-se de 10 a 20g de leveduras para cada litro de mosto. Por uma questo de custo usa-se essa quantidade de leveduras para inocular uma frao inicial do volume total de caldo, que se dilui a uma concentrao de 13 Brix e deixa-se fermentar. Aps a fermentao, divide-se o mosto fermentado por diversos recipientes e faz-se sua realimentao com mostos diludos, at completar-se o volume total das dornas da destilaria. Tambm usam-se leveduras selecionadas com tolerncia a altos teores de etanol e com boa velocidade de fermentao, procedentes de instituies especializadas. O preparo do inculo mais complexo. Partindo-se de tubos de culturas selecionadas, faz-se a inoculao subseqente de volumes de meio em quantidades e concentraes crescentes, na proporo de 1:5 ou 1:10, at atingir o volume til de fermentao na indstria (FIG. 2). Esse meio constitui-se de caldo de cana ou de melao e sua concentrao no deve ultrapassar 13 Brix.

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FIGURA 2 Esquema da preparao do inculo. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

1.8.1 Prtica da fermentao alcolica

To logo se mistura o inculo ao mosto corrigido, inicia-se o processo de fermentao alcolica dos acares fermentescveis nele contidos. Pode-se distinguir numa fermentao alcolica urna fase preliminar, uma fase tumultuosa e uma fase final ou complementar. A fase preliminar, a que se denomina de fase lag, inicia-se no momento do contato do levedo com o mosto. Caracteriza-se por multiplicao celular intensa, pequena elevao de temperatura e pequeno desprendimento de dixido de carbono. Sua durao varia de acordo com o sistema de fermentao da destilaria; ela pode ser reduzida pelo uso de um inculo bem volumoso. A fase tumultuosa caracteriza-se pelo desprendimento volumoso e intenso de dixido de carbono, conseqncia da existncia de um nmero suficiente de clulas para desdobrar os acares fermentescveis do mosto. a fase de maior tempo de durao. A temperatura elevase rapidamente, a densidade do mosto reduz-se e elevam-se a porcentagem de lcool e a acidez. O substrato agita-se como em ebulio. Corrigem-se os inconvenientes da elevao exagerada da temperatura com refrigerao.

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A

fase

complementar

caracteriza-se

pela

diminuio

da

intensidade

do

desprendimento do dixido de carbono, por menor agitao do lquido e diminuio da temperatura. Nessa fase a concentrao de acares chega ao fim.

1.9 Pureza das fermentaes

A fermentao alcolica industrial um processo fermentativo rstico, que certas vezes se processa em condies tecnicamente adversas. A rusticidade do processo se deve, inegavelmente, capacidade biolgica das leveduras, bastando que se lhes dem condies de concentrao adequada, nutrientes e alguns desinfetantes, para que o processo se desenvolva satisfatoriamente. Entretanto, as contaminaes apresentam-se com freqncia, prejudicando o rendimento econmico. O controle das fermentaes faz-se por tpicos.

Tempo de fermentao: nos processos fermentativos descontnuos, a medida de sua durao mdia varia de acordo com a forma como se conta o tempo, se ao entrar o mosto em contacto com o inculo ou aps encher as dornas. O tempo mais curto em mostos de melao e de caldo de cana e mais longo nos mostos de amilceos. Fixandose os tempos mdios gastos numa destilaria, de acordo com os procedimentos tcnicos que se adotam, uma alterao para mais ou para menos, um sinal de importncia relevante na observao da fermentao.

Odor da fermentao: o aroma, das fermentaes puras penetrante, ativo, e tende para odor de frutas maduras. Cheiro cido, a rano, cido sulfdrico e outros, indica irregularidade.

Aspecto da espuma: embora varie com a natureza do mosto, temperatura e a raa da levedura, a espuma apresenta-se com aspecto tpico e caracterstico, nas mesmas condies de fermentao. Alteraes nessas caractersticas indicam irregularidade.

Drosfilas: infalivelmente, quando h infeco actica, aparecem "moscas do vinagre" em nmero proporcional contaminao.

Temperatura: nota-se que a temperatura de um mosto aumenta no decorrer do processo, tendo-se que usar dispositivos de refrigerao para mant-la nos nveis adequados at o final. Alteraes importantes na curva de temperatura, do incio ao

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final da fermentao, so um indcio de possveis defeitos. Recomenda-se operar entre 32C e 34C..

Densidade do mosto: durante a fermentao, a densidade do mosto decresce segundo uma curva condizente com as fases da fermentao. De sua observao percebem-se as alteraes da marcha fermentativa.

Acares no mosto: consomem-se de acordo com a curva da densidade. A irregularidade no consumo indica defeitos na fermentao.

Acidez no substrato em fermentao: do comeo ao final da fermentao nota-se um acrscimo na acidez titulvel. No deve haver grande diferena entre a final e a inicial. Quando a acidez final for maior do que o dobro da inicial sinal de m fermentao.

1.10 Sistemas de fermentao

H processos descontnuos e contnuos; os contnuos so relativamente recentes, embora seu uso industrial tenha se iniciado na dcada de 1940. Embora tenha-se ensaiado usar processo de fermentao contnua anteriormente, o interesse pelo seu uso despertou aps o estmulo produo de etanol decorrente da crise econmica causada pela alta dos preos do petrleo nos anos 70. Nos processos descontnuos distinguem-se quatro tipos de fermentao industrial, que se denominam sistema de cortes, sistema de reaproveitamento do inculo (ou de p de cuba), sistema com culturas puras e sistemas de recuperao de leveduras, tambm denominado de reciclagem ou de reciclo de leveduras.

Sistema de cortes: depois que se faz a primeira fermentao. Divide-se o volume de mosto fermentado por dois recipientes, completam-se os dois e deixa-se fermentar. Um envia-se para a destilaria e o outro serve para produzir o inculo (ou p) para mais dois, e assim por diante.

Sistema de reaproveitamento do inculo: aps a fermentao, deixam-se decantar as leveduras, retira-se o substrato fermentado para a destilao, trata-se o inculo precipitado no fundo da dorna, ao qual se denomina de p-de-cuba, e se realimenta com novo mosto. Tal processo muito difundido na produo de aguardente.

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Sistema de cultura pura: denomina-se tambm de sistema clssico de fermentao, no qual parte-se de um tubo de cultura pura para cada ciclo de fermentao, seguindo-se todas as fases de preparo de inculo, nas etapas de laboratrios e industrial, at as dornas de fermentao, nas quais se juntam o inculo e o mosto. uma tcnica trabalhosa, usada apenas em trabalhos experimentais. Nesse sistema, no ocorre o problema de substituio de linhagens.

Sistema de recuperao de leveduras: esse sistema foi colocado em prtica na dcada de 1930 e muito utilizado no Brasil. Aps a fermentao, passa-se todo o vinho por centrfugas, nas quais se separa o lquido espesso, que recebe o nome de creme ou leite de leveduras. Esse leite, que corresponde a 10 a 30% do volume da dorna, enviado para purificao em um tanque onde se dilui com o mesmo volume de gua e colocase em agitao por 3 a 4 horas, aps tratamento com cido sulfrico at pH 2,2 a 3,2. Depois do tratamento, envia-se o leite tratado para outra dorna, na qual reinicia-se nova fermentao aps realimentao com novo mosto. Com o sistema de reaproveitamento de inculo, por muito tempo usado nas destilarias

de aguardente, e com sistema de recuperao de clulas, reduz-se muito o tempo de fermentao, porque diminui-se substancialmente a fase inicial. Nesses sistemas, coloca-se o substrato em contato com uma elevada concentrao de leveduras (no mnimo 3x109 cel/L), que permite que se entre rapidamente na fase tumultuosa do processo fermentativo, com vantagens econmicas. Em cada um desses sistemas, variam os mtodos de alimentao dos inculos e de enchimento das dornas, de acordo com a orientao tcnica, disponibilidade de dornas, processo descontnuo ou contnuo e outros fatores especficos de cada instalao.

1.11 Fermentao alcolica contnua

A fermentao contnua faz-se em sua forma mais simples, alimentando uma dorna com um fluxo contnuo de meio em uma determinada concentrao e, retirando-se dela, de forma tambm contnua, o vinho que se encaminha para a destilao ou para as dornas de espera, onde termina o processo e da para a destilaria. A FIG. 3 esquematiza alguns sistemas

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de fermentao contnua, nos quais as salas de fermentao tradicionais de fermentao descontnua podem transformar-se.

FIGURA 3 Planta de instalaes de fermentao por processo contnuo. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

Os esquemas da FIG. 3 representam as instalaes de fermentao por sistema contnuo, como desenvolvidas originalmente: a) Desenho 1 Todas as dornas ligadas entre si, como se fora uma nica, do fundo de uma metade da seguinte. As primeiras recebem a alimentao e as demais operam como de fermentao final; b) Desenho 2 Dornas divididas em dois grupos: dornas ligadas pelo fundo para a fermentao principal e, as demais, pelo fundo de uma e metade altura da subseqente, apara a fermentao final; c) Desenho 3 Dornas divididas em dois grupos: dornas ligadas pelo o fundo e pelo meio para a fermentao principal e, as demais, de espera, para a fermentao final. d) Desenho 4 Processo Amatos: dois fermentadores principais alimentados por baixo e um decantador para fermentao final. O processo no perfeitamente contnuo. Na realidade, os dois fermentam independentemente e descarregam o vinho, alternadamente, assim que a fermentao no seu corpo estiver terminada. A

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fermentao muito rpida, porque o volume de inculo ocupa praticamente a metade do volume til de cada fermentador. A descarga faz-se intermitentemente para o decantador. As modificaes nas salas de fermentao das destilarias de lcool iniciaram-se com a adaptao das instalaes de fermentao existentes. Instalaram-se ligaes entre as dornas que trabalhavam de forma intermitente, por carga e descarga, de modo que o mosto em fermentao passasse da primeira ltima da srie de recipientes. O mosto em fermentao saa pela base de uma dorna e entrava lateralmente na seguinte, continuamente at a ltima, de onde seguia para a destilaria. A alimentao de mosto fazia-se na primeira ou nas duas primeiras dornas, e a circulao de uma para outra dorna por vasos comunicantes ou por meio de bombas. Em algumas instalaes, recolhia-se o mosto fermentado da ltima dorna em dornas de espera, onde terminava a reduo dos acares fermentescveis e dali conduzia-se para a destilaria. A recuperao das leveduras fazia-se para a renovao do levedo e reinoculao nas primeiras dornas onde se fazia a entrada de mosto. Na literatura estrangeira, destacam-se os trabalhos iniciais de ALZOLA E MARILLER. Posteriormente a tecnologia evoluiu, passando-se a construir instalaes de fermentao especialmente projetadas para a fermentao contnua. Inicialmente, projetaramse equipamentos para fermentao alcolica de melaos de beterraba e de cana-de-acar. Para o trabalho com caldo de cana-de-acar, faz-se necessrio clarific-lo. No Brasil, dois pesquisadores, MATOS e BORZANI, se preocuparam em estudar a fermentao contnua, principalmente o ltimo que deu origem a geraes de pesquisadores na rea. Depois que se estabeleceu o Prolcool, os fabricantes de lcool brasileiros demonstraram interesse pelos processos contnuos e instalaram algumas destilarias com aparelhos de fermentao dotados de apenas um fermentador, ao mesmo tempo em que fizeram adaptaes em destilarias existentes, providas do sistema convencional de fermentao descontnua. Dentre as inovaes tecnologias, surgiu o Biostil, patente suecobrasileira, no qual, alm da fermentao contnua, se conseguia uma reduo do volume de vinhaa, pois se usava o resduo da destilaria na diluio de mostos. Alm do processo contnuo, um sistema que fermenta mostos com alta presso osmtica, sendo empregada a levedura Schizosaccharomyces pombe. Processo Biostil: Esse projeto, patenteado pelas indstrias Alfa-Laval e hoje controlado pela Nobel Chematur, foi introduzido no Brasil pela Construtora de Destilarias

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Dedini, S/A CODISTIL. O projeto, representado esquematicamente na FIG. 4, alm da continuidade do processo fermentativo, alia a fermentao em meio de alta presso osmtica. Com o retorno da vinhaa para auxiliar na diluio do melao, o processo apresenta uma vantagem adicional, que a de reduzir sensivelmente o volume de vinhaa que se obtm da destilao. O volume reduz-se de 10 litros (nmero mdio geral) de vinhaa por litro de lcool, para volume da ordem de 2 litros por litro de lcool.

FIGURA 4 Esquema de funcionamento de um processo Biostil. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

Em resumo, o processo inicia-se com a levedura do gnero Schizosaccharomyces, tolerante alta presso osmtica. O inculo colocado em contato com o mosto, preparado com melao ou xarope de cana-de-acar em um nico fermentador, provido de agitao e de uma fraca aerao, para garantir a multiplicao da levedura. medida que o processo se desenvolve, o mosto em fermentao tem sua temperatura continuamente controlada pelo trocador de calor Tvi. O vinho VI continuamente centrifugado; o leite de leveduras retorna ao fermentador nico e o vinho deslevedurado Vi encaminha-se coluna de destilao atravs do trocador de calor Tvn onde se aquece refrigerando a vizinhana VR que vai ao fermentador, no qual dilui o melao ou o xarope. Na coluna de destilao, retirado o lcool de cabea Ac e na coluna de retificao o etanol Et. Na base da coluna de destilao escoa a vinhaa residual Vn. Este processo, de alto desempenho, no est sendo amplamente usado no Brasil, porque mais adequado ao trabalho com meios de melao e xarope e, atualmente as destilarias brasileiras trabalham principalmente com caldo e com mosto misto.

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1.12 Salas de fermentao

Denominam-se salas de fermentao as construes onde se abrigam as dornas abertas ou fechadas, as centrfugas, os pr-fermentadores, os tanques de tratamento do fermento e outros equipamentos ligados ao processo de fermentao. Sua construo se faz segundo preceitos tcnicos e de engenharia, variveis para cada regio, de acordo com as condies de clima, de forma que sempre se obtenha o mximo de higiene, controle de temperatura, iluminao e ventilao adequadas e escoamento de resduos. Devem-se se fazer construes suficientemente amplas para que o equipamento se instale com espaos livres volta, permitindo acesso fcil para assepsia, reparos, substituies e modificaes. Com o aumento da capacidade de produo das destilarias, modificou-se o conceito de sala de fermentao. Para destilarias que produzem mais de 1.000m3 de etanol por dia, projetam-se instalaes para trabalhar com dornas fechadas, instaladas a cu aberto. As construes fechadas abrigam equipamentos mais sensveis e todo o sistema de automao, que no se encontra em grande parte das destilarias.

1.13 Recipientes de fermentao

No Brasil, trabalha-se com dornas abertas e fechadas, construdas de ao-carbono, cilndricas, com altura igual a uma vez seu dimetro, em mdia e de fundo cnico. O controle de temperatura da fermentao faz-se por meio de trocadores de calor de placas, que eventualmente podem servir como aquecedores de mosto em fermentao. O volume dos recipientes de fermentao varia; tecnicamente recomenda-se que seja harmnico com a capacidade dos destiladores. Na prtica, considera-se conveniente que tenham a capacidade de duas vezes e meia a capacidade horria de destilao. Com base na riqueza alcolica dos vinhos (7 a 9%), torna-se fcil calcular p volume total de recipientes de fermentao e o volume de cada um. Este varia em funo do sistema de fermentao que se adota. Para simplificar, admite-se um volume total na proporo 1:12,

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isto , volume de lcool para 12 volumes teis de dornas. Nos sistemas clssico e de cortes, a relao de 1:24. No sistema contnuo calcula-se o volume em funo do fluxo horrio de vinho a destilar e da eficincia do processo. As dornas distribuem-se e assentam-se de forma a permitir o acesso fcil aos registros e a toda sua volta para reparos, substituies, modificaes e higiene.

1.14 Destilao

A destilao uma operao pela qual um lquido, por efeito de aquecimento, passa para a fase gasosa, e em seguida, volta ao estado lquido por meio de resfriamento. Quando se trata de uma nica substncia, o lquido destilado tem a mesma composio do lquido original. Quando se trata da ocorrncia conjunto de lquidos imiscveis, o destilado encerra o lquido que tem ponto de ebulio mais baixo. No caso de lquidos perfeitamente miscveis, os vapores destilados se compem de um mistura de vapores dos dois, com predominncia daquele de menor volatilidade. Com uma srie de destilaes, possvel separar os dois lquidos em estado de pureza, desde que no se forme mistura azeotrpica. Denomina-se de azeotropismo ao fenmeno que ocorre quando uma mistura de lquidos, em uma determinada concentrao, na qual se formam vapores com todos os componentes, em um ponto de ebulio inferior ao de qualquer um dos integrantes da mistura. Nessa concentrao no possvel separar os componentes por destilao. Durante a destilao dos vinhos, para obteno de lcool, h a formao de mistura azeotrpica, que impede a obteno do etanol puro apenas por destilao. Aps fermentao, os meios aucarados passam a denominar-se vinhos com uma constituio varivel, mas encerrando sempre substncias gasosas, slidas e lquidas. As primeiras representam-se principalmente pelo dixido de carbono, que se dissolve em pequena proporo. Os slidos se fazem presentes pelas clulas de leveduras alcolicas, de bactrias contaminantes, sais minerais, acares infermentados e impurezas slidas em suspenso. Os lquidos mais importantes so a gua e o etanol, em porcentagens que variam de 88 a 93% e 7 a 12%, respectivamente, nos vinhos comuns. Os alcois amlico, isoamlico, proplico, butlico, isobutlico, aldedos, cidos, furfurol, steres e cidos orgnicos

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constituem outra parcela de lquidos de pequena importncia em relao ao volume, mas de grande efeito na qualidade dos destilados, sobretudo no caso de aguardentes, nas quais se denominam impurezas volteis. A glicerina tambm se forma durante a fermentao. Desse material impuro e heterogneo, separa-se o etanol por destilao, em grau de pureza e concentrao variveis. Nessa operao, geram-se vapores de lcool e gua, que depois de resfriados formam um lquido de concentrao superior a do vinho, e isento de substncias slidas. Em relao maneira de conduz-la, a destilao classifica-se em intermitente e contnua. A primeira realiza-se em alambiques e se restringe a pequenas destilarias de aguardente ou de bebidas alcolicas de vinhos. Toda produo de lcool realiza-se em sistema contnuo. As destilarias de aguardente que, para serem econmicas, devem trabalhar com produes superiores a 2.000 litros por hora, operam com aparelhos contnuos. H uma diferena entre colunas de destilao para aguardentes e para produo de flegma industrial, ou seja, o destilado que, a seguir, se submeter nova destilao, para purificao e concentrao do lcool. Este se obtm em colunas que se denomina de alto grau. As aguardentes so misturas hidroalcolicas, com percentagem de lcool ao redor de 50%, com aroma e sabor (buqu) caractersticos, que dependem das impurezas volteis, que acompanham o destilado e que fazem parte da frao lquida de vinhos, juntamente com a gua e etanol. Obtm-se em colunas de baixo grau.

1.14.1 Destilao descontnua

Quando se realiza uma destilao intermitente, faz-se uma carga no aparelho, esgotase o vinho de seu componente lcool por aquecimento, evaporao, condensao e refrigerao. Descarrega-se o resduo ou vinhaa, faz-se uma nova carga e assim por diante. Este tipo de destilao realiza-se em alambiques simples, de um s corpo ou em aparelhos de dois ou trs corpos, nos quais gasta-se menos calor, porque recupera-se parte dele fazendo a condensao de vapores destilados com o lquido que se destilar na prxima carga e, em conseqncia, est preaquecido para a nova operao.

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Quando se executa uma destilao descontnua, realiza-se uma destilao simples, vaporizando-se primeiro as substncias mais volteis do que a gua e o lcool. O primeiro destilado uma mistura de lcool e etanol, bases volteis, aldedos e cidos e denomina-se, na prtica, destilado de cabea. Depois de sua separao, os vinhos emitem vapores mais ricos em etanol, com menor quantidade de impurezas volteis e chamado de destilado de corao. Finalmente, quando quase se esgotou o etanol do vinho, passam vapores mais impuros, que se constituem de etanol, gua e impurezas menos volteis, como os lcoois superiores. o destilado de cauda. O destilado que se recolhe como produto final da destilao uma mistura de produtos de cabea, de corao e de cauda, ou apenas destilado de corao, separando-se de 10 a 20% do total, conforme o destino do destilado. No Brasil, no se separam cabeas e caudas na produo de aguardente. A aguardente um destilado de 50% de lcool em volume, aproximadamente. As primeiras pores do destilado contm mais de 60% de lcool em volume; medida que destilao continua, enfraquece-se o destilado, que recolhido quando atinge concentrao de 40 a 50%. No vinho que resta no aparelho de destilao ainda existe uma pequena poro de lcool que se perde na vizinhana. Para no perd-la, continua-se a destilar at no haver mais lcool e recolhe-se o destilado parte, com a denominao de gua fraca. A gua fraca junta-se carga seguinte para recuperar-se o lcool que contm. Os aparelhos de dois e trs corpos evitam essa perda, ao mesmo tempo que recuperam calor na operao. Em outros pases, as tcnicas de destilao simples so diferentes. Em alguns casos, destila-se o vinho at eliminar todo o lcool e redestila-se o lquido de baixa concentrao de lcool, separando-se as fraes e recolhendo-se um destilado de alta concentrao, com 60% ou mais de lcool, para o preparo de bebidas, para o envelhecimento ou outra finalidade.

1.14.2 Destilao contnua

Realiza-se em colunas de destilao, fazendo-se a alimentao contnua do aparelho com vinho, retirando-se continuamente a vinhaa pela base e o destilado no topo.

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A separao dos componentes secundrios, que se constituem de todas as substncias que no o etanol, faz-se pelo topo do aparelho, pela base, ou lateralmente em alturas determinadas, segundo a natureza das impurezas. As colunas de destilao constituem-se de gomos cilndricos superpostos, contendo separaes transversais s quais se d o nome de pratos ou bandejas. Os gomos e as bandejas formam como uma srie de aparelhos de destilao simples, superpostos, um destilando seus vapores para o outro, para cima, atravs de calotas, e recebendo o lquido residual do imediatamente superior, descendo por meio de tubos, que recebem a designao de sifes. (FIG. 5)

FIGURA 5 Esquema dos gomos e pratos de uma coluna. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

O aquecimento das colunas faz-se pela base, de forma direta, por injeo de vapor dgua por meio de tubos perfurados, ou indiretamente por meio de serpentinas ou trocadores de calor. O aquecimento das badejas faz-se pelo calor dos vapores de vinho que ascendem na coluna. Esses vapores, emitidos por uma mistura de etanol e gua, so mais ricos em lcool que o vinho. Condensando-se no prato imediatamente superior, enriquecem o vinho ali contido e o aquecem ebulio, gerando vapores mais ricos, e assim por diante. A temperatura da coluna diminui da base para o topo, ao mesmo tempo que a riqueza alcolica aumenta na mesma direo. Os vapores saem na parte superior da coluna e dirigem-se para um condensador, no qual passa vinho frio, continuamente em seu caminho para o topo da coluna de destilao.

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Nesse condensador, os vapores alcolicos condensam-se e transferem calor para o vinho. Da, a sua denominao de preaquecedor de vinho, ou de esquenta-vinho. O condensado se divide em duas partes, uma que volta coluna e outra que segue para o resfriador, equipamento da coluna que resfria o destilado por circula de gua. Da, pra fora do circuito. O retorno de parte do destilado coluna denominado de refluxo, retrogradao ou deflegmao, cuja funo auxiliar a manter vapores ricos em lcool na cabea da coluna. Ao se fazer a alimentao da coluna pelo topo, os vapores que ali se emitem no so muito concentrados e a coluna denominada de baixo grau. Se a alimentao faz-se pela altura mdia do aparelho, divide-se a coluna em dois troncos: um de esgotamento, abaixo da alimentao, e outro de concentrao, acima da alimentao. A coluna chama-se de alto grau, os vapores so mais ricos em etanol, e geralmente mais puros. Numa coluna de destilao, a graduao alcolica maior ou menor obtm-se em funo do nmero de pratos superpostos. Um nmero maior eleva mais a concentrao alcolica dos vapores. Numa coluna de baixo grau emitem-se vapores de concentrao relativamente baixa, e normalmente recolhem-se depois de condensados, sob a forma de mistura com impurezas volteis de cabea. As impurezas de cauda eliminam-se parcialmente pela base na vinhaa. Nas colunas de alto grau, normalmente se retiram os produtos de cabea do condensador deflegmador, e o destilado, ou flegma, parcialmente purificado, retira-se lateralmente do troco de concentrao (FIG. 6). As impurezas de cauda eliminam-se parcialmente nas vinhaas, as quais descarregam-se continuamente na base, por meio de sifo. Este, regula a permanncia de lquido na base da coluna, para receber o aquecimento e gerar vapores para aquecer o vinho na primeira bandeja.

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FIGURA 6 Esquema de colunas de destilao de alto e baixo grau. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

1.15 Retificao

Da destilao dos vinhos, obtm-se o flegma, que um lquido alcolico mais rico do que o lquido que o originou, mas em estado impuro. A retificao a operao pela qual separa-se o lcool das impurezas que o acompanham no flegma. Freqentemente confunde-se retificao com concentrao, porque trabalhe-se com flegma de concentrao alcolica mdia, que se eleva durante a retificao. Ao mesmo tempo em que se concentra o lquido alcolico, faz-se sua purificao. As impurezas volteis, mesmo em quantidades mnimas, causam grande efeito, comunicando caractersticas tais que o lcool no se presta fabricao de licores, perfumes e outros usos industriais. As substncias purificantes tm ponto de ebulio inferior ou superior ao do lcool e, segundo essa caracterstica, separam-se como produtos de cabea ou de cauda. O ponto de ebulio no , entretanto, condio suficiente para separao por destilao fracionada, porque nos aparelhos de destilao formam-se misturas azeotrpicas com a gua e o etanol e entre as prprias impurezas, de forma que produtos de ponto de ebulio mais alto podem vir a se constituir em produtos de cabea. Os autores clssicos do estudo de retificao do lcool etlico so Sorel e Barbet, que atribuam a separao das impurezas solubilidade do lcool concentrado e quente. Uma impureza seria de cabea, se sua proporo na mistura, em elao de lcool absoluto (100%

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etanol) do mesmo lquido alcolico, fosse maior que 1 e seria de calda se a proporo fosse menor que 1. Modernamente se explica a retificao pela formao de misturas azeotrpicas.

1.16 Prtica da retificao industrial

Atualmente, faz-se apenas retificao industrial contnua, em aparelhos que possuem colunas que se denominam depuradora, destiladora, retificadora e de repasse final. A FIG. 7 esquematiza um conjunto de aparelhos para retificao a partir do vinho. Na coluna depuradora A no h um tronco de concentrao. basicamente uma coluna de baixo grau, com poucos pratos. Obtm-se baixa concentrao alcolica no destilado, com o mximo de eliminao de produtos de cabea. De acordo com Barbet, o coeficiente de solubilidade sempre maior do que um. Separam-se nessa coluna aldedos, steres, bases volteis e cidos. Na coluna B, destiladora, obtm-se flegma parcialmente purificado na coluna A. A coluna destiladora pode tambm possuir um tronco de esgotamento e um de concentrao, tirando-se o destilado lateralmente, como na coluna A. No topo separam-se substncias de cabea e, com a retrogradao constante, outras impurezas concentram-se na base, com coeficiente de solubilidade Barbet menor que um.

FIGURA 7 Esquema de uma coluna de retificao direta do vinho. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

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Na retificadora C, o flegma com 40 a 50% de lcool em volume, aproximadamente, penetra na parte inferior e, com destilaes sucessivas em mais de quarenta bandejas, aumenta a graduao alcolica at o topo. Com as deflegmaes constantes, acumula-se na base grande quantidade de impurezas de menor volatilidade, as quais se retiram lateralmente nas faixas de concentrao de 40 a 50% e de 55 a 65% de lcool em volume. Separam-se em um decantador, sob a forma de mistura de diversas substncias, com o nome de leo fsel, na qual predominam os lcoois amlico e butlico. No se fazendo a separao lateral, a concentrao eleva-se muito e o produto que era de cauda ascende na coluna, podendo passar a ser cabea. Fazendo-se um retirada lateral na zona de concentrao de 90 a 92% de lcool etlico em volume, pode-se separar uma frao de impurezas constitudas por steres pesados, como isovalerianatos e isobutiratos. Na coluna de repasse final D, devido mxima concentrao de etanol que se pode obter por destilao, acumulam-se no topo impurezas de coeficiente de solubilidade maior que 1. O lcool puro retira-se na base como cauda, e as impurezas como cabeas, no topo. Na prtica, pode-se substituir a coluna de repasse final por uma extrao lateral no topo da retificadora, em local correspondente a 4 ou 5 bandejas abaixo da cabea da coluna. No se consegue fazer purificao do lcool etlico pela retificao, por influncia de vrios fatores como, por exemplo, marcha imperfeita da operao, dificuldade de separar as cabeas per excesso de deflegmao em separar as caudas, variao da temperatura, pureza das fermentaes, oscilaes na composio dos vinhos, reaes qumicas de esterificao, combinao e decomposio. Para produzir lcool retificado mais puro, usa-se neutralizar o lcool com soluo alcolica alcalina, evitando-se uma alcalinizao excessiva, que pode conduzir a prejuzos, favorecendo a decomposio de aminas e sais amoniacais. Na retificao h sempre perdas do lcool, variveis com diversos fatores, alguns dos quais retrocitados.

1.17 Desidratao do etanol

No se pode, apenas por destilao, obter lcool etlico com concentrao superior a 97,2% em volume (95,6% em massa), porque, nessa concentrao, a mistura de etanol e gua azeotrpica.

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Os processos industriais para desidratao classificam-se em qumicos e fsicos. Os primeiros baseiam-se no emprego de substncias qumicas, como o xido de clcio, acetato de sdio, carbonato de potssio e outros, que so capazes de absorver a gua do etanol retificado no estado de vapor ou lquido. Os processos fsicos baseiam-se na variao de presso, destilao de mistura hiperazeotrpica obtida por processos qumicos, absoro de vapores usando corpos slidos, atmlise, destilao em presena de um terceiro corpo e uso de absorventes regenerveis, que fracionam a mistura azeotrpica pela absoro de gua ou de lcool e na separao de etanol por membranas, denominadas de peneiras moleculares. A maioria das destilarias ainda usa o processo de arrastamento do lcool em presena de uma terceira substncia voltil.

1.17.1 Processo de desidratao com o uso de arrastadores

Nesse processo, introduz-se uma terceira substncia capaz de formar uma mistura azeotrpica com a gua e o etanol, de ponto de ebulio inferior ao da mistura azeotrpica binria. Adicionando-se a uma mistura homognea uma terceira substncia insolvel num dos dois componentes, provoca-se a separao de dois estratos. Adicionando-se benzol mistura de gua e etanol, separam-se camadas de gua-lcool e benzol-lcool. Submetendo-se destilao uma mistura de lquidos mutuamente insolveis, a temperatura de ebulio inferior a dos dois componentes, porque a tenso dos vapores resultantes a soma das tenses parciais para qualquer proporo das substncias. A mistura de 91,7 partes de benzol e 81,3 partes de gua ferve a 69,25C, enquanto que o ponto de ebulio do benzol puro de 80,2C e o da gua 100C, ao nvel do mar. Enquanto houver ebulio, a temperatura e a composio dos vapores permanecem constantes. Isso se explica porque consegue-se separar a gua de uma mistura hidroalcolica com o auxlio de um corpo transportador. Adicionando-se 50% de benzol, em massa, mistura etanol-gua com 95% de lcool em volume durante a destilao, consegue-se o arraste da mistura ternria benzol-etanol-gua (74,1-18,5-7,4) a 64,85C, formao de mistura binria azeotrpica benzol-etanol (67,7432,26) a 68,24C e a destilao do lcool anidro (ou absoluto) a 78,5C.

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Podem-se aconselhar como arrastadores, benzol, ciclohexano, tricloroetileno, formiato de etila e cloreto de butila e suas misturas. Os transportadores escolhem-se de acordo com a facilidade de obteno, preo, a capacidade de arrastamento de lcool e a facilidade de recuperao. No Brasil, comumente usa-se o benzol como arrastador. A FIG. 8 esquematiza a desidratao com uso de benzol como arrastador. O vinho praquece no condensador de refluxo V e entra no topo da coluna destiladora A. O flegma passa lateralmente para a retificadora B e, sob a forma de lcool a 96% aproximadamente, passa coluna C. A adiciona-se benzol, criando-se trs zonas no interior: uma de mistura ternria benzol-etanol-gua (64,85C), outra de benzol-etanol (68,24C) e outra de etanol desidratado. (78,35C). A mistura ternria passa para o decantador N, atravs do condensador M. No decantador N mistura-se com gua, separando-se dois estratos. A camada superior, rica em benzol, retorna ao topo de C; a inferior, rica em etanol, passa coluna E. A, separa-se a mistura ternria que vai condensar em M.

FIGURA 8 Esquema de instalao de destilao e desidratao de lcool. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

Na base E retira-se uma mistura binria gua-etanol, que passa retificadora D, de onde retorna lcool coluna C, atravs do condensador O. Na base de D elimina-se gua. Na base de C recolhe-se lcool desidratado, com aproximadamente 99,9% de lcool em volume (99,84% em massa).

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Atualmente no Brasil o benzol, que cancergeno, est sendo gradativamente substitudo por ciclohexano. A descrio do processo semelhante do benzol, com formao de misturas azeotrpicas ternrias e binrias, como diferenas de temperatura de ebulio, mas de comportamento semelhante quanto s decantaes e operaes de separao.

1.17.2 Processo de absorvente regenervel

Durante a destilao, introduz-se um lquido vido de gua, que a absorve do lcool. O absorvente regenera-se por processos fsicos, sem grandes perdas. A primeira destilaria de lcool anidro que se instalou no Brasil (da Socit ds Sucreries Brsiliennes, em piracicaba, SP, em 1929) trabalhava por esse processo, conhecido comumente como processo de Mariller, ou processo da glicerina. Usam-se como absorventes, glicis, glicerina e soluo de carbonato de potssio em glicerol, absorvente mais enrgico que a glicerina pura. Com essa tcnica obtm-se etanol com 99,9% e at 100% de lcool em volume. A soluo glicerinosa de carbonato de potssio prepara-se com tcnica especial, dissolvendo-se o carbonato de potssio em gua, juntando-se a glicerina, e depois desidratando-se a soluo sob vcuo, a menos de 170C.

1.17.3 Processo de separao por meio de peneiras moleculares

Com esta denominao est sendo introduzida uma tcnica de desidratao do lcool etlico retificado, por passagem de vapores de lcool entre camadas de resinas capazes de reter as molculas de gua. Esse processo mais rpido do que os que usam arrastadores ou substncias absorventes e mais eficiente. Trata-se de uma patente de Hunt/Phoenix, introduzida pela Construtora de Destilarias Dedini S/A Codistil. Em descrio sumria, o processo de desidratao comea introduzindo-se lcool retificado (Alre) em colunas cheias com resinas prprias, conforme FIG. 9. A resina, zelito, retm as molculas de gua e deixa passar o etanol com 99,9% de pureza (Alan). O etanol introduzido nas colunas de resina, sob

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a forma de vapor em alta temperatura. Nas destilarias em que se obtm lcool retificado frio, faz-se seu aquecimento a 175C (com vapor a 180C) em aquecedor vertical tubular, antes de pass-lo pelas colunas de resina. A, faz-se a reteno de gua, e os vapores alcolicos, que saem por baixo, seguem para condensadores e refrigerantes.

FIGURA 9 Esquema de desidratao com peneiras moleculares. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

No Brasil, a produo de lcool feita em um perodo determinado do ano e as colunas de resina ficam paradas por outro perodo, sujeitas corroso. Para evitar isso, as primeiras resinas forma construdas de ao inoxidvel, ao contrrio dos detentores de patente, que empregam ao carbono, de custo menor. Nos Estados Unidos essas resinas so empregadas em destilarias de lcool de milho, normalmente menos impuro do que o da cana-de-acar, e produzido continuamente durante todo o ano, como menor risco de corroso. Para contornar esse inconveniente, a Codistil passou a construir as colunas com ao carbono, que na entressafra so secas e cheias com nitrognio, gs inerte, que evita a corroso. A utilizao do ao carbono reduz em muito o preo do equipamento e, em conseqncia, o custo do etanol. Aps a safra, as colunas mantm-se cheias com a resina. Ela tem longa durao e so pequenas as perdas durante o processo. No Estados Unidos sua durao acima de 8 anos. No

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Brasil, ainda no se tem dados suficientes, mas possvel afirmar que ser longa tambm. Numa usina que j dotou essa tcnica, a perda atingiu 1%, aproximadamente. Para uma instalao que produz 600m3 de lcool diariamente, a reposio de resina na safra foi de 1 tonelada, para uma carga de 115 toneladas. O processo de desidratao, como o uso de peneiras moleculares, traz a vantagem de produzir lcool anidro sem resduos do benzol.

1.18 Fluxograma do processo de produo de lcool e acar

A FIG. 10 apresenta um fluxograma resumido do processo de produo do etanol e do acar a partir da cana-de-acar.

FIGURA 10 Fluxograma do processo de produo do lcool e do acar. Fonte: UNICA, 2008.

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1.19 Planta fotogrfica de uma usina de lcool e acar

A FIG. 11 apresenta uma planta fotogrfica genrica de uma usina de produo de lcool e acar a partir da cana-de-acar.

FIGURA 11 Planta fotogrfica de uma usina de lcool e acar. Fonte: UNICA, 2008.

Na FIG. 11, o item 1 corresponde ao plantio de cana-de-acar; o item 2 corresponde colheita mecanizada, eliminando-se a necessidade de queima da palha que essencial para viabilizar a colheita manual; o item 3 corresponde chegada e recebimento da matria-prima pela usina, que deve ocorrer no mximo em 24 horas pelo fato de a cana-de-acar ser perecvel; o item 4 corresponde moagem da cana-de-acar sob presso de rolos ou por meios difusores; o item 5 corresponde produo do acar a partir do caldo produzido na moagem da cana; o item 6 corresponde produo do etanol a partir da fermentao, seguida pela destilao, do caldo da cana-de-acar; o item 7 corresponde a tanques de armazenamento para o etanol aps produo at o momento de comercializao e transporte, que ocorre normalmente via rodovirio; e o item 8 corresponde gerao de bioenergia a

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partir da queima do bagao fibroso que gera vapor, que por sua vez, aciona turbinas produzindo eletricidade totalmente limpa e renovvel.

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2 O BALANO ENERGTICO NA PRODUO DE ETANOL

2.1 Cana-de-acar

O primeiro balano energtico calculado para cana-de-acar em condies brasileiras foi publicado por Silva et al (1978) antes da produo de veculos que usavam etanol hidratado. Este estudo foi base de um trabalho mais atualizado, publicado por Boddey (1993), mas os dados aqui apresentados derivaram principalmente do trabalho de Machado (1998). Atualmente a produtividade mdia de cana-de-acar no Estado de So Paulo de 84 Mg (toneladas mtricas) ha-1 (hectare), e a produo de etanol de cana prximo de 86 litros/Mg de cana fresca. Utilizando esses valores e um valor calorfico de etanol de 22,3 MJ.L-1, a produo total de energia no etanol soma 161,1 GJ.ha-1. A TAB. 3 mostra os ingressos de energia fssil necessrios e o resultante balano energtico da produo de etanol derivado da cultura.

TABELA 3 Balano energtico para a produo de etanol de cana-de-acar sob condies brasileiras ha-1.ano-1 Rendimento (colmos de cana) Produo de Etanol Ingresso de energia fssil Mquinas agrcolas e transporte usina Fertilizantes/pesticidas Mudas/toletes Equipamentos e prdios Insumos na usina Total Energia produzida no etanol Balano energtico = energia no biocombustvel/energia investida Fonte: URQUIAGA; ALVES; BOODEY, 2005. 84,0Mg 7.224L GJ 5,62 7,23 0,48 6,03 0,62 19,98 161,10 GJ 8,06

Os primeiros trabalhos sobre balano energtico da produo de etanol da cana-deacar foram publicados no exterior nos anos 70, e os resultados sempre foram muito baixos

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ou negativos devido ao alto consumo de energia fssil no processamento do mosto e na destilao do etanol na usina. Entretanto, poucos anos aps o comeo do Prolcool, as usinas conseguiram substituir toda essa energia fssil correspondente a mais de 50% daquela produzida no etanol (BODDEY, 1993), pelo uso do bagao da cana. Atualmente muitas usinas com excesso de bagao esto gerando eletricidade que vendida para a rede estadual. Se esta energia excedente for includa no balano energtico do etanol, o valor do balano sobe para mais de 10 para 1 (MACHADO, 1998). interessante comparar esse balano energtico calculado para as condies reais do Brasil com os balanos da produo de biodiesel de canola (RME) ou de etanol do milho (ou da beterraba ou do trigo) da Europa e dos EUA. O balano energtico positivo da produo de etanol de cana-de-acar de 8.06 mostra que para produzir 1 GJ de energia, nesta forma, so necessrios 0,124 GJ de energia fssil, em comparao com 0,81 e 0.68 GJ de energia fssil para produzir 1 GJ de energia na forma de etanol do milho ou do biodiesel de canola (RME). Os biocombustveis produzidos nos EUA e na CE praticamente no merecem este nome, se for contabilizado somente a economia na liberao de CO2.

2.2 Mitigao do Efeito Estufa

Atualmente existe um crescente interesse por fontes alternativas de energia, principalmente por aquelas que contribuam em mitigar as emisses de CO2 (FIG. 12), caracterstica das fontes tradicionais de energia fssil. Para isso, o uso de biocombustveis, como lenha, carvo vegetal, bio-etanol, leo de dend e biodiesel produzido pela esterificao de leos vegetais com metanol e etanol, so vistos hoje como alternativas viveis. Nas condies de produo observadas no Brasil, a substituio do leo combustvel pelo bagao e a da gasolina pelo etanol evita a emisso de:

2,6 toneladas de CO2/ m3 etanol anidro

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FIGURA 12 Mitigao das emisses de CO2. Fonte: UNICA, 2008.

A FIG. 13 apresenta o balano geral da emisso e consumo de CO2 na produo do lcool a partir da cana-de-acar.

FIGURA 13 Balano de emisses e consumo de CO2. Fonte: UNICA, 2008.

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REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

DICIONRIO ONLINE DE PORTUGUS . Acesso em: 4 out. 2010.

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URQUIAGA, S.; ALVES, B. J. R.; BOODEY, R. M. Produo de Biocombustveis: A questo do balano energtico. Revista de Poltica Agrcola, Campos; ano XIV-n 1, jan/fev/mar/ 2005.

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GLOSSRIO

Amilcea: Aprovisionar: Brix:

que contm amido. fornecer provises, coisas necessrias; prover, abastecer. uma escala numrica que mede a quantidade de slidos solveis em uma soluo de sacarose. Uma soluo de 25Brix tem 25 gramas do acar de sacarose por 100 gramas de lquido.

Cariotipagem: classificao cromossmica de uma clula. Colmo: um tipo de caule encontrado em gramneas como cana-de-acar, milho e arroz. destilao. parte do alambique em que se faz a deflegmao. Aparelho utilizado na destilao como condensador parcial. relativo ou pertencente ao solo. Que resulta de fatores inerentes ao solo ou que por eles influenciado. que contm fcula, ou seja, amido. destilado impuro na produo do etanol. um carvo mineral formado por troncos, galhos e folhas de rvores gigantes h 250 milhos de anos em pntanos rasos. variedade qumica levgira da frutose. subproduto da cana-de-acar, obtido como resduo da cristalizao do acar dessas plantas. Consiste em um lquido muito escuro, viscoso e nocristalizvel, contendo de 35 a 50% de acar. microorganismo ativo em temperatura prxima a 35C.

Deflegmao: Deflegmador:

Edfica:

Feculenta: Flegma: Hulha:

Levulose: Melao:

Mesfilas:

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Mosto:

substratos aucarados que se obtm de matrias-primas para produo do lcool antes da fermentao.

Sacarificao: processo de converso de amido infermentescvel em acar fermentescvel seja por via qumica ou biolgica. Sinergia: Sorgo: ao simultnea. espcie de milho originrio da frica, da ndia e da China, conhecido como milho-da-guin ou milho-sorgo. o quinto cereal mais importante do mundo, antecedido trigo, arroz, milho e cevada. um dissacardeo no-redutor. resduo lquido da destilao alcolica. meios aucarados aps fermentao alcolica.

Trealose: Vinhaa: Vinho: