Nocões Sobre Fermentação e Produção de Álcool Na Fazenda

CAPTULO INoes Sobre Fermentao eProduo de lcool na Fazenda

Juarez de Sousa e SilvaJulio Csar de JesusSandra Maria Couto

Generalidades

O lcool de cana, se considerado como uma alternativa para agerao de empregos em um pas com excesso de mo-de-obra pode,ainda, gerar ganhos com a reduo na importao de combustveis fsseise rendimento com a possibilidade de exportao do lcool excedente.Deve-se, tambm, salientar o aspecto ambiental, j que o lcool geramenor quantidade de resduos txicos e contribui para uma menoremisso de gases causadores do efeito estufa. Como o material gerado(CO2) seqestrado pela fotossntese quando do crescimento ou daformao do novo canavial, o Brasil poder, ainda, ser beneficiado coma comercializao dos crditos de carbono.

No que se refere ao uso do lcool combustvel, este pode serutilizado em motores de ciclo Otto ou Diesel. Nos motores de cicloOtto, o lcool pode ser utilizado por meio da mistura de lcool anidrocom gasolina ou puro, na forma de lcool hidratado. Em motores diesel,ele pode ser utilizado de quatro formas: mistura de lcool comemulsificantes; mistura de lcool com leo diesel; em motor com duplo

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sistema de injeo, um para o lcool e outro para o leo diesel; nainstalao de sistema de carburao para misturar o lcool ao ar aspiradopelo motor.

O lcool, apesar da possibilidade de ser obtido por sntese qumica, mais econmico produzi-lo, devido s condies de terra e clima doBrasil, a partir da fermentao, em que acares de diferentes matrias-primas so desdobrados em lcool e dixido de carbono, por ao doschamados fermentos alcolicos ou leveduras. Na produo porfermentao, o lcool obtido por destilao em alambiques simplesou, industrialmente, em colunas especiais e de forma contnua.

Se o teor de lcool, aps a operao de destilao, for de 80 %ou mais, o lquido chamado de lcool hidratado e se for apenas aoredor de 50 % o lquido denominado aguardente, que , em geral,utilizado como bebida.

Processo de fermentao

Fermentao alcolica a transformao de acares em lcooletlico (etanol) e gs carbnico (CO2) pela ao de um determinadogrupo de organismos unicelulares denominados leveduras. Os maisimportantes e usados na produo do etanol so os do gneroSaccharomyces. Esses organismos so desenvolvidos para propiciarfermentao uniforme, rpida e com alto rendimento em etanol.

As leveduras devem ser tolerantes a grandes variaes detemperatura, a nveis de acidez (pH) e a altas concentraes alcolicas.Elas podem crescer na presena ou na ausncia de oxignio e, em umciclo normal de fermentao, usam o oxignio do incio do processo atque ele seja todo consumido. Somente durante o perodo anaerbio que as leveduras produzem o etanol.

Apesar de as leveduras resistirem a um ambiente anaerbio, elasso essencialmente aerbias. Por essa razo, na preparao do p decuba ou p de fermentao, deve-se fornecer oxignio ao mosto paraque ocorra um crescimento intenso da populao de organismos.

19Produo de lcool na fazenda e em sistema cooperativo

No caso da fermentao propriamente dita, deve-se evitar a oxigenaopara se obter o mximo em lcool e o mnimo em crescimento celular.

A falta do controle de temperatura, que um fator importante naconverso de acar em etanol, causa reaes indesejveis e altera orendimento e a qualidade do produto final (aguardente ou lcoolcombustvel).

A fermentao inicia-se logo aps a adio do fermento ao caldo.Todavia, existem trs fases da fermentao depois da adio do fermento:na fase inicial os organismos vo se adaptando ao novo ambiente ecomeam a crescer; nesta fase, o mosto, mesmo sem ter sido oxigenado,contm, ainda, uma determinada quantidade de oxignio para facilitaro incio do desenvolvimento das leveduras. O aumento de temperaturanesta fase insignificante e no se nota formao de bolhas, quecaracterizam o desprendimento de gs carbnico na produo do etanol.

Aps 30 minutos, as leveduras comeam a se reproduzirrapidamente e o nmero de organismos aumenta exponencialmente.Dixido de carbono (CO2) liberado em grandes quantidades, comborbulhamento intenso. Com o prosseguimento da fermentao, ofermento tende a se aglomerar (floculao). Essa fase conhecida como fermentao principal ou tumultuosa. nessa fase que se detectaum aroma agradvel e caracterstico. Tambm, a temperatura e o teoralcolico amentam, com correspondente reduo no teor de acar domosto.

A ltima fase a estacionria; o alimento comea a ficar escassoe a taxa de crescimento das leveduras reduzida. A produo de gscarbnico diminui e o fermento precipita.

As trs fases da fermentao alcolica, em condies normais,tm durao mxima de 36 horas. durante a fermentao tumultuosa,em que ocorre um grande desprendimento de CO2, principalmente, quese torna necessrio o controle da temperatura por meio da refrigeraointerna ou externa das dornas (CLEMENTE 1995). Alm da necessidadede se preparar adequadamente o caldo, o sucesso do processo defermentao s ser alcanado quando mantido o controle adequado dahigiene, da temperatura e das instalaes que compem a destilaria.

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Biomassa para produo de lcool

Por meio da fermentao, o etanol pode ser produzido com quatrotipos bsicos de matria-prima:

Matria-prima aucarada produto no qual o carboidrato estpresente na forma simples. Dentre as matrias-primas que contm assubstncias diretamente fermentveis esto a cana-de-acar, abeterraba aucareira, frutas, mel, etc. A cana-de-acar uma dasmatrias-primas aucaradas que apresentam maior viabilidadeeconmica. Como o processo de simples converso de energia, ela considerada uma matria-prima ideal para a produo de lcoolcombustvel em nosso pas. Alm do lcool, produz biomassa para adestilao e resduos para fertilizante.

Matrias-primas amilceas entre os materiais que contmcarboidratos mais complexos, como o amido, que podem sertransformados por hidrlise com cido ou por ao de enzimas emmolculas simples com seis ou doze carbonos, esto o milho, o sorgo,as batatas e a mandioca. Tais produtos, muito ricos em amido eamplamente difundidos no Brasil, podem, depois da cana-de-acar,ser considerados os mais viveis economicamente para a produo delcool combustvel.

Matrias-primas celulsicas: as matrias celulsicas de maiorimportncia na produo de lcool so os resduos agrcolas e a madeira.Entretanto, a produo de lcool por meio da celulose mais complexaquando comparada com o processo de matrias-primas aucaradas e ouricas em amido. Em grandes unidades produtoras de lcool, deve-seavaliar, economicamente, a utilizao do bagao da cana para lcool oupara gerao de eletricidade.

Matrias-primas fermentadas: so constitudas por matriasj fermentadas (vinho e cerveja) e destiladas (aguardentes). Nesse caso,o lcool j se encontra presente e a sua separao feita por destilaosimples. A no ser o lcool residual da produo de aguardente dequalidade, as matrias-primas no constituem uma fonte normal deproduo econmica de lcool, sendo utilizadas apenas em alguns casos,


como, por exemplo, quando grandes volumes de bebidas se tornamimprprias para o consumo humano.

Para uma matria-prima ser considerada economicamente vivel,deve-se levar em conta os seguintes requisitos: teor do elementofermentvel, custo de produo, custo de transformao, disponibilidadee custo do transporte.

Embora o lcool possa ser obtido a partir de diferentes fontesalternativas, como mencionadas anteriormente, a cana-de-acar, pelamaneira como cultivada, a matria-prima mais importante e maisaconselhada para a produo de lcool no Brasil.

Quando o produtor de aguardente tem a inteno de manter aqualidade de seu produto, ele deveria, obrigatoriamente, tratar afermentao de forma correta. Como dito anteriormente, a fermentaodeveria ser processada de tal forma que, pela ao de leveduras,transformasse todo acar em etanol e gs carbnico.

Caso o produtor queira produzir aguardente, lcool combustvel oupr-destilado para retificao posterior, usando um mesmo materialfermentado, ele dever manter, alm de um controle rigoroso no processo,um fermento artesanal com o desenvolvimento de microrganismosespecficos. Evitando a contaminao do mosto fermentado ou vinho commicrorganismos inadequados, a qualidade da aguardente ser mantida. Poroutro lado, no se deve esperar um alto rendimento em lcool.

Um processo prtico para a produo de etanol seria armazenaros resduos (cabea e cauda) da fabricao de aguardente de qualidadepara que sejam destilados para a produo exclusiva de combustvel,cujo vinho dever ser produzido a partir de um fermento industrial dequalidade.

Por questes de convenincia, um pequeno produtor deveria optarpela produo de lcool combustvel com o mesmo tipo de vinhoutilizado para a produo de aguardente, pois, mesmo que isto acarretemenor rendimento na produo de lcool, o padro de qualidade daaguardente para o mercado consumidor ser mantido, sem mudanas noseu processo produtivo.

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O qumico francs Louis Pasteur comprovou que a fermentao provocada pelo processo vital de microrganismos. Para suas condiesde trabalho, o qumico obteve, a partir de 100g de glicose, 48,5g ou 61mlde etanol a 15C. Comparativamente com os resultados atuais, obtidoscom tecnologia avanada em laboratrio, os de Pasteur foram excelentes.Convm ressaltar que, mesmo com os grandes avanos tecnolgicos, orendimento obtido por Louis Pasteur usado na avaliao da eficinciada fermentao, sendo conhecido como Rendimento de Pasteur.

Outro mtodo usado para o clculo da eficincia do processo defermentao, de forma criteriosa, relacionar o teor alcolico real dadestilao com o valor terico da equao de Gay Lussac, equao (1.1).Na equao clssica de Gay Lussac, os acares so fermentados para aformao do lcool e liberao de gs carbnico. A diferena entre osdois mtodos se deve s perdas no processo produtivo, tendo como causaprincipal o consumo de acar por microrganismos indesejveis aoprocesso de fermentao e evaporao (LIMA, 2002).

Os rendimentos acima so impossveis de se conseguir naprtica, pois o processo de fermentao muito complexo para serdescrito por uma reao qumica de biodegradao como a de GayLussac. O rendimento que se pode esperar, na prtica, vai depender,dentre outros fatores, do tipo da destilaria, do tipo de levedura e,principalmente, do gerenciamento empregado (ser detalhado maisadiante).

C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2 + Calor (1.1)

Glucose etanol Gs carbnico

Fermentao do caldo aucarado

As dornas de fermentao ou reservatrios onde se processa afermentao devem ser construdas em ao carbono ou ao inoxidvel(preferencialmente), possuir fundo cnico, serpentina para controle detemperatura do vinho, possuir agitadores e serem instaladas em basessuspensas. As dornas principais devem ser dispostas uma ao lado da


outra na sala de fermentao (Figura 1.1), mantendo-se um espaamentoentre elas para facilitar a movimentao livre de uma pessoa.

Figura 1.1 - Sala de fermentao com vrias dornas com fundo cnicoem ao inoxidvel.

A sala de fermentao deve ser arejada e de fcil acesso parafacilitar a lavagem e a higienizao total da sala. Chaves (2002) indicaalguns cuidados na construo da sala de fermentao, tendo em vista anecessidade de limpeza e da estabilidade de temperatura (Figura 1.2).

Antes de iniciar o processo de fermentao os seguintes cuidadosdevem ser tomados:

Escolher cana madura e de boa qualidade e sem palha; Manter boa higiene das moendas; Moer a cana no mximo 48 horas depois do corte (melhor seria

moer no mesmo dia da colheita); Coar com peneira fina para separao do bagacilho; Fazer uma cuidadosa decantao para separao de materiais

pesados existentes no caldo;

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Caso o processo seja executado unicamente para a produo delcool, fazer a esterilizao do caldo por meio de aquecimento eresfriamento;

Caldo com teor de acar acima de 16 Brix est sujeito afermentao com atraso ou incompleta. Ao atingir 16 % delcool no vinho, as atividades das leveduras so paralisadas e,caldo muito abaixo de 16 Brix apresenta baixo rendimento emlcool, o que implica em aumento dos custos da destilao;

Quando o teor de acar estiver acima de 16 Brix, deve-sefazer uma diluio para esse valor, conforme equao (1.2),mantendo a temperatura do caldo na faixa de 25 a 30oC.Normalmente, o teor de acar de um caldo de cana madura ede boa qualidade de 22 Brix.

Para evitar contaminao, fazer a diluio com gua potvelde boa qualidade; e

Fazer a correo da acidez para pH entre 4,5 e 5 (um bomfermento desenvolve melhor nessa faixa). As seguintescorrees devem ser realizadas: (a) para pH abaixo de 4, deve-se adicionar ao mosto um produto alcalino como o bicarbonatode sdio ou hidrxido de sdio, essa correo diminui aproduo de cidos superiores; e (b) caso o pH esteja acima de5, faz-se a adio de cido ctrico comercial ou, de uma formamais artesanal, usar o caldo de limo, que reduzir a produode cido actico e de furfural.

Volume Total = Volume do Caldo x Brix do Caldo (1.2)

Brix Desejado

Exemplo: pretende-se reduzir, de 21 para 16, o teor de acar de1.000L de caldo de cana. Quantos litros de gua sero necessrios?

(21 16)Vol. de gua = 1.000 x ; Vol. de gua = 312, 5L.

16


Figura 1.2 - Resfriamento de dorna com gua fria.

Assim, o volume total ser de, aproximadamente, 1.312L (caldomais gua).

O rendimento, em caldo, que se espera de uma cana de qualidadee utilizando moendas de mdia capacidade de aproximadamente 600Lpor tonelada. Com fermentao e destilao normal, pode-se obter, emmdia, 65L de lcool 92%.

Seguindo todas as etapas mencionadas, tem-se o produto,classicamente, denominado de mosto, que a soluo considerada idealpara o incio do processo de fermentao. O controle adequado desseprocesso resultar no xito do processo de destilao, no qual recuperadoo lcool formado durante a fermentao do mosto (LIMA, 1999).

Temperatura

Durante a fermentao, o metabolismo das leveduras libera11,7kcal por quilo de substrato consumido (LIMA 2002). A temperatura

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um fator importante, pois influencia o processo de transformao,podendo, dependendo do seu valor, causar a morte das leveduras. Hdivergncias entre autores no que diz respeito ao valor timo datemperatura a ser usada no processo de fermentao. O conhecimentodesta grandeza de suma importncia, pois ir definir, dentro de margensideais, uma maior produo de lcool.

Nutrientes

O caldo de cana, que pobre em protenas e sais minerais, necessitade adio complementar de nutrientes para que a fermentao ocorrasatisfatoriamente. Essa adio deve ser realizada em proporesespecficas para cada processo. Segundo Chaves (2002), a suplementao feita com o fub de milho integral (5,0kg), farelo de arroz (1,0kg) efarelo de soja (2,0kg) para cada mil litros de mosto. A adio excessivadesses nutrientes aumenta a produo de produtos secundrios,influenciando o rendimento do fermento.

Composio do vinho

Aps a fermentao, o mosto fermentado recebe a denominaode vinho e apresenta constituies variveis, envolvendo substnciasgasosas, slidas e lquidas. As primeiras so representadas,principalmente, pelo dixido de carbono dissolvido em pequenaproporo no vinho. As slidas se fazem presentes pelas clulas deleveduras, bactrias, sais minerais, acares no-fermentados eimpurezas no-filtradas depois da moagem que ficam em suspenso novinho. A gua e o etanol so as substncias lquidas mais importantespresentes nos vinhos. Produtos secundrios como aldedo actico, cidosuccnico, cido actico, cido ltico, cido burtico, steres, lcooissuperiores e, s vezes, o furfural, esto presentes. A gua e o etanol, nosvinhos comuns, so encontrados em percentagens que variam,respectivamente, de 88-93 % a 7-12 % (BORZANI, 1988).


O vinho, quando a leitura do Brix for aproximadamente zero, deveser destilado imediatamente, independentemente da sua finalidade, paraevitar que o lcool se transforme em vinagre e provoque variaes naqualidade do produto final (CHAVES, 2002).

Processo da fermentao alcolica

A variao dos processos fermentativos, na prtica, s pode serestimada com segurana por tentativas. A partir de resultados obtidosem escala de laboratrio, procura-se determinar as condies de trabalhofavorveis em fermentadores de maior capacidade. Conhecendo essesresultados, dimensiona-se valores semelhantes para tanques de maiorcapacidade, estabelecendo as melhores condies de operao(BORZANI, 1988).

A fermentao na indstria de lcool pode ser conduzida porprocessos, tais como:

Processo de fermentos individuais: nesse caso, a quantidadede fermento necessria para cada dorna produzida e eliminada aotrmino da fermentao do mosto. Esse processo s usado quando ascaractersticas do mosto no permitem o reaproveitamento do fermento.Evidentemente, em tal processo, h um gasto adicional de acar para aproduo do fermento.

Processo de cortes: consiste em iniciar a fermentao comfermento em uma dorna a que, posteriormente, em plena atividade, tero seu contedo dividido para ceder metade outra dorna. Posteriormente,a dorna da qual se retirou metade do volume completada com o mostocorrigido; deixa-se fermentar at o final e depois o vinho destilado. Aoutra dorna, que recebeu a metade do volume do mosto da dorna anterior, realimentada tambm com o mosto corrigido. Na prtica, adota-secomo ponto de corte o momento em que o Brix do mosto em fermentaocair para cerca da metade do Brix de alimentao. A proporo do cortedeve ser efetuada de tal maneira a evitar a excessiva passagem defermento de uma dorna para a outra, diminuindo assim a quantidade deleveduras com aumentando o tempo de fermentao.

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Processo de decantao: um processo intermitente defermentao no qual se faz a recuperao de grande parte do fermentoutilizado atravs da decantao, sendo esse fermento remanescenteutilizado como p-de-cuba para a fermentao subseqente. umprocesso muito empregado em destilarias de aguardente e que est sendousado novamente nas destilarias de lcool para produo em pequenaescala, como nas micro destilarias (HORII, 1980).

Processo Melle-Boinot: Este processo foi idealizado com baseno fato de que, uma vez atingida certa concentrao, a levedura no semultiplica, cessando as funes reprodutivas e iniciando as funesfermentativas. Assim, neste processo, separam-se a partir do vinho, pormeio de centrfugas especiais, em duas fases: leite de levedura, maisdensa e rica em clulas de levedura e outra, mais fluida que enviadapara a destilao (HORII, 1980).

Processo de fermentao contnua: nesse processo, o mosto entracontinuamente na dorna de fermentao e, ao mesmo tempo, o vinho tambmsai continuamente com todos os acares transformados em etanol.

Em qualquer desses processos, a alimentao do mosto nas dornasdeve ser feita cuidadosamente para evitar concentraes excessivas deacares e sais. Esses componentes podem causar inibio das enzimasfermentativas das leveduras.

O enchimento de uma dorna, independentemente do seu volume,deve ser realizado em algumas horas e, durante este tempo, deve-secontrolar a vazo de alimentao segundo o ritmo de consumo de acares.

O aumento do tempo de fermentao significa necessidade demaior volume nas dornas e, conseqentemente, maior mo-de-obra,menor produtividade, maior gasto de gua, equipamentos, alm de maiorrisco de infeco, qualquer que seja o processo (HORII, 1980).

lcool a partir do caldo fermentado

Como dito anteriormente, o primeiro passo consiste em determinaro ponto ideal para a colheita da cana, o que dever ser feito, percorrendo


o canavial e colhendo algumas canas aleatoriamente. Nesse momento, muito importante ficar atento para fazer uma boa amostragem, ou seja,que as canas colhidas sejam bem representativas do talho de canavialque ser colhido.

Depois de colhidas, as canas devero ser modas, e o caldo utilizadona determinao do teor de acar. Isso feito colocando o caldo emuma proveta e mergulhando o brixmetro, cuidadosamente, no caldo paraque ele flutue e indique o teor de acar (Figuras 1.3 e 1.4) lido diretamentena haste do brixmetro.

Figura 1.3- Vista geral de um brixmetro comum.

Figura 1.4- Medio do teor de acar inicial (20 Brix).

Outro cuidado que se deve ter, antes de determinar o teor de acar,refere-se retirada de bagacilhos e pedaos de folhas que, eventualmente,possam ser encontrado flutuando no caldo. Se o teor de acar for

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superior a 20 Brix, o canavial j poder ser colhido. Antes, porm, preciso preparar o p-de-cuba que poder ser feito por um dos trsprocessos descritos a seguir:

a) P-de-cuba com fermento prensado

O procedimento a seguir refere-se ao preparo de 30L de p-de-cuba, que uma quantidade suficiente para iniciar a fermentao emtrs dornas de 260L cada.

Colher e moer, no mesmo dia, uma quantidade de canasuficiente para obter um pouco mais de 30L de caldo. Lembre-se que o teor de acar da cana dever ser, preferencialmente,superior a 20 Brix;

Ferver um pouco mais de 5L desse caldo;

Corrigir o Brix do caldo fervido para 12 a 14 Brix. A correodo teor de acar do caldo dever ser feita, adicionando-segua de boa qualidade, cuja quantidade dever ser calculadapela frmula anteriormente apresentada.

(20 14)Vol. de gua = 5 x Vol. de gua = 2,15L.

14Mesmo calculando a quantidade de gua a ser acrescentada ao

caldo, antes de colocar todo o volume calculado dever ser usado obrixmetro para conferir o teor de acar;

Adicionar ao caldo fervido 100g de fermento prensado(fermento de padaria). A adio do fermento s dever ser feitaquando a temperatura do caldo fervido baixar para,aproximadamente, 32C;

Esperar tempo suficiente para que o Brix caia para 2 a 3;

Adicionar 25L de caldo com teor de acar corrigido para 12 a14 Brix;

Acrescentar 30g de sulfato de amnia, 15g de superfosfato declcio e 30g de farelo de arroz;


Como no quinto passo, esperar tempo suficiente para que o teorde acar do caldo caia para 2 a 3 Brix;

Adicionar 120L de caldo, com teor de acar corrigido para 12a 14 Brix, juntamente com 120g de sulfato de amnia; 60g desuperfosfato de clcio e 60g de farelo de arroz;

Esperar o teor de acar cair para 2 a 3 Brix e tem-se o p-de-cuba preparado. Em geral, o tempo necessrio para prepararo p-de-cuba varia de 3 a 5 dias.

b) P-de-cuba selvagem

Esse mtodo consiste em utilizar leveduras naturalmenteexistentes na natureza para obter o p-de-cuba. Ele pode ser preparadode diversas maneiras, alterando-se as quantidades dos ingredientesutilizados.

Colocar em um saco de aniagem 2 a 3kg de farelo de arroz; 2 a3kg de fub de milho; 0,5kg de bolacha e caldo de limo oularanja azeda, em quantidade suficiente para formar uma pasta.

Deixar o material em repouso por at 24h ou at que surjamrachaduras na superfcie da pasta;

Adicionar caldo de cana diludo em gua de boa qualidade, naproporo de 1:1, at que a pasta fique submersa;

Cobrir com um pano e deixar em repouso por mais 24 h;

Ao observar efervescncia ou formao de borbulhas, adicionaruma quantidade maior de caldo de cana diludo em gua, naproporo de 1:1 (2 a 5 vezes);

Deixar o material novamente em repouso e fazer nova adiode caldo diludo, nas mesmas propores;

Esta operao dever ser repetida at que o volume do p-de-cuba preparado seja equivalente a 0,2 do volume de mosto aser fermentado na dorna principal.

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Esse mtodo pode apresentar dois inconvenientes: um deles amaior possibilidade de contaminaes do p-de-cuba, ou seja, presenade outros microrganismos, alm das leveduras, que podero retardar oprocesso de fermentao. O outro inconveniente a necessidade de mo-de-obra e mais tempo para o preparo.

c) P-de-cuba com levedura selecionada

O mtodo consiste em preparar um meio de inoculao com culturapura de leveduras, devidamente selecionadas em laboratrio. Em seguida,a multiplicao da cultura de leveduras dever ser sucessiva, em caldosde cana com teores sucessivos de acar. Prepara-se o material segundoos passos seguintes:

Inicialmente, deve-se inocular uma poro da cultura em 100mLde caldo diludo, com teor de acar igual a 5 Brix, enriquecidoe esterilizado;

Aps o crescimento, acrescentar 400mL de caldo com 7 Brix,preparado como no 1o passo, continuando o procedimento atatingir o volume suficiente ou 10% do volume total.

Aps o preparo do p-de-cuba, ser preciso preparar omosto, que a mistura do p-de-cuba com o caldo de cana, com16 Brix. Os 30L de p-de-cuba obtidos com fermento prensado,por exemplo, so suficientes para preparar 160L de mosto. Paraisso, basta adicionar ao p-de-cuba 130L de caldo com teor deacar corrigido para 16 Brix. Feito isso, basta esperar o teor deacar da mistura cair para 2 a 3 Brix, para que o mosto possa serutilizado na inicializao da fermentao nas dornas. Isso poderser feito de duas maneiras: corte de dornas ou dorna nicas.

O corte de dornas feito da seguinte maneira:1. Distribuem-se os 160 L de mosto nas dornas 1 e 2 (80 L em

cada dorna);


2. Preencher essas dornas com caldo diludo para 16 Brix, atcompletar o volume das dornas (260 L), tomando-se cuidadopara o teor de acar final no superar 7 Brix (metade de 16menos 1).Observao: 260 L o volume til de cada dornaque corresponde a 80% do volume total, que de 325 L. Issodeve ser feito para evitar transbordamento de espuma durantea fermentao como visto na Figura 1.2;

3. Transferir metade do material da dorna 2 para a dorna 3;

4. Completar o volume dessas dornas para 260 L, com caldo a16 Brix;

5. Esperar at o teor de acar da dorna 1 cair a zero(transformao total do acar em lcool), quando o seucontedo ser levado para destilar;

6. Lavar a dorna 1 e transferir para a mesma metade do contedoda dorna 3;

7. Preencher essas dornas com caldo, com 16 Brix;

8. Esperar o teor de acar da dorna 2 cair para zero e levar seucontedo para destilar;

9. Lavar a dorna 2, para receber metade do contedo da dorna1;

10. Completar o volume dessas dornas, utilizando-se mosto com16 Brix;

11. Esperar o teor de acar da dorna 3 cair para zero, quando omaterial ser encaminhado para a destilao.

Em resumo, o processo de corte das dornas feito da seguintemaneira (Figura1.5):

a) Quando parte do material da dorna 2 transferido paraa dorna 3, destila-se o contedo da dorna 1;

b) Quando parte do material da dorna 3 transferido paraa dorna 1, destila-se o contedo da dorna 2; e

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c) Quando parte do material da dorna 1 transferido paraa dorna 2, destila-se o contedo da dorna 3.

Figura 1.5 - Fermentao pelo processo de corte das dornas.

O processo de dorna nica, para ser utilizado na fermentao,dever ser conduzido da seguinte maneira:

Colocam-se os 160 litros de mosto na dorna;

Em seguida, completa-se o volume da dorna com caldo diludopara 16 Brix;

Espera-se que o teor de acar cai para zero;

Quando isso acontecer, aguardar 20 minutos e retirar 90% dovolume da dorna;

Aos 10% restantes, deve-se adicionar gua, cujo volume devercorresponder a 5% do volume da dorna (a dorna ficar com15% do volume ocupado aps adio da gua);

Nessas condies, aguardar uns 15 minutos e retirar a parteliquida. O material que restar no fundo da dorna ser o novop-de-cuba.


Independentemente do processo a ser utilizado para a fermentao,o vinho dever ser transferido o mais rpido possvel para a destilao,para a separao do lcool.

lcool a partir de pr-destilados

A produo de cachaa artesanal, de qualidade, muito parecidacom a produo de lcool, feita a partir da fermentao do caldo, uma vezque as etapas se repetem. Neste caso, preciso fazer: o preparo do p-de-cuba, a moagem da cana, a decantao e a diluio do caldo, afermentao; e a destilao. Porm, a destilao da cachaa feita emalambiques tradicionais (Figura 1.6). J o lcool, destilado emequipamentos especiais denominados coluna de retificao (Figura 1.7).

Figura 1.6 - Alambiques utilizados na fabricao artesanal de cachaade qualidade.

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Figura 1.7 - Vista geral de uma coluna de refluxo para produo delcool em pequena escala.

Entretanto, a produo de cachaa de qualidade resulta naobteno de subprodutos com teor alcolico considervel e que no sodevidamente aproveitados. Estamos falando dos pr-destilados,constitudos pela cabea e pela cauda da destilao. A cabea se refereao incio da destilao que possui elevado teor alcolico, geralmentesuperior a 50 G.L. Alm disso, essa frao da destilao possui tambmoutros componentes como aldedos, steres e lcoois superiores queno devem fazer parte da cachaa de qualidade. E, de forma semelhante,a frao final possui, entre outros elementos, o leo fsel que o principalcausador de ressaca.


Assim sendo, na produo de uma boa cachaa, o processo consisteem eliminar a cabeada e a cauda, que consiste em eliminar entre 10 a15% no incio e 10% no final da destilao. Assim, em cada alambicadaso desconsiderados, aproximadamente, 20% de pr-destilado rico emlcool.

Ao invs de ser considerado como resduo perdido, a cabea e acauda devero ser levados para uma coluna de retificao para seremtransformados em lcool combustvel. Tambm, o produtor de aguardente,em perodos de ociosidade na fabricao, pode produzir uma espcie depr-destilado, sem a necessidade de separar a cabea e a cauda e destinaro produto para fabricao de lcool. Ou, ainda, um produtor de aguardentepode produzir um pr-destilado e enviar esse material para ser transformadoem lcool em uma pequena central de retificao.

Rendimento em locol

Uma questo importante que deve ser abordada o rendimento,em lcool, possvel de ser obtido em uma pequena unidade de destilao.Pode-se considerar que, para produzir lcool a partir da fermentao docaldo, sero necessrios, em mdia, 100L de mosto para produzir, pelomenos, 10L de lcool combustvel. Como de uma tonelada de canaconsegue-se extrair, com o uso de pequenos engenhos, 600L de caldo,conclu-se que uma tonelada de cana possibilita a obteno de 60L delcool. Se for considerado que um hectare de cana bem conduzido fornea,em mdia, 100ton, chega-se concluso que, de um hectare de cana pode-se obter, pelo menos, 6.000L de lcool (veja, mais adiante, planejamentode uma micro-destilaria). Essa quantidade de lcool suficiente paraabastecer um veculo popular para rodar 60.000km por ano.

Caso a produo de lcool seja feita a partir de pr-destilados dacachaa, podemos considerar que a quantidade de caldo obtida de umatonelada de cana, ou seja, 600L, sero suficientes para produzir em tornode 11L de lcool. Portanto, de um hectare que produza, em mdia,100 t de cana, pode-se produzir 1.100L de lcool e mais 11.400L decachaa de qualidade.

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Um tipo de unidade de destilao que ser apresentada, maisadiante, pode, dependendo do gerenciamento, produzir entre 40 a50L de lcool por hora, quando a matria-prima utilizada for umpr-destilado. E, para utilizar vinho ou mosto fermentado, o seurendimento mdio ser de, aproximadamente, 25L por hora. Sendoassim, durante 10 horas de operao diria, conseguiremos produzirentre 300 a 500L de lcool combustvel, a partir de pr-destiladosou 250L deste combustvel, a partir de mosto fermentado. Caso oprodutor opte por produzir o lcool a partir do mosto fermentado, sugerido que faa um investimento extra para construir um pr-destilador (Figura 1.8) e que ser, tambm, detalhado mais adiante.

Figura 1.8 - Vista geral de um pr-destilador modelo UFV.


Se considerarmos que a safra de 200 dias de operao comunidade de destilao, conseguiremos produzir, com uma unidadecom essas caractersticas, 60.000L de lcool, a partir de pr-destilados. Ou, ainda, 30.000L, se for utilizado o mosto fermentadocomo matria-prima.

Processo de destilao

A finalidade da destilao a separao dos elementos de umasoluo que apresentam temperaturas de ebulio diferentes. Puros, olcool etlico apresenta uma temperatura de ebulio de 78,15 C e agua, nas mesmas condies, de 100 C (Figura 1.9). O aquecimento deuma soluo gua-lcool, at uma temperatura adequada, proporcionara mudana de estado do lcool de lquido para vapor e, posteriormente,para o estado lquido, aps submeter o vapor ao resfriamento(condensao). Neste processo busca-se a recuperao de lcool dentrodos padres de qualidade estabelecidos, em nveis compatveis com osequipamentos e atendendo s metas de produo. Para uma operaoeficiente dos equipamentos, devem-se controlar as temperaturas nasdiversas fases do processo, bem como as vazes de alimentao da guade refrigerao e dos trocadores de calor.

O processo de destilao sucessiva proporciona um lcool etlicomais concentrado. A separao das substncias de uma s vez impossvel, pois a temperatura de ebulio de uma soluo lcool-guavaria conforme o percentual de cada componente da mistura(CLEMENTE, 1995).

40 Captulo 1

Figura 1.9 - Composio do vapor e do lquido do sistema gua-lcool,a 760 mmHg, em funo da temperatura.

Destilao descontnua

Na destilao descontnua ou intermitente, faz-se uma cargano aparelho; destila-se o lcool por aquecimento, separando-se osvapores por condensao e refrigerao; descarrega-se o resduo ouvinhaa; faz-se nova carga e assim por diante (Figura 1.10). Esse tipode destilao realizado em alambiques simples, de um s corpo, ouem aparelhos de dois a trs corpos, nos quais se consegue recuperar

Composiodo lquido

Composiodo vapor

Tem

pera

tura

C

Percentagem volumar (lquido) 95,678,2 C

Azeotropo

100

96

92

88

84

80

76

0 24,5 47,4 85,6 100


calor pela condensao dos vapores destilados, por meio de resfriamentocom o lquido que ser destilado em uma prxima carga.

Quando se executa uma destilao descontnua, realiza-se umadestilao simples, vaporizando primeiro as substncias mais volteisdo que a gua e o lcool. O primeiro destilado uma mistura de gua,lcool, bases volteis, aldedos e cidos e chama-se, na prtica, dedestilado de cabea. Depois de sua separao, os vapores do vinho somais ricos em etanol, com menor quantidade de impurezas volteis,sendo denominado destilado de corao. No final do processo, soretirados do vinho vapores ricos em gua e leo fsel (LIMA, 1999).

a) lcool de baixo grau

42 Captulo 1

b) lcool de alto grau

Figura 1.10 - Esquema bsico de destilaes descontnuas.

Destilao contnua

A destilao contnua realizada em colunas de destilao, fazendo-se a alimentao contnua do aparelho com vinho e retirandocontinuamente a vinhaa ou vinhoto na base e o destilado (lcool) notopo da coluna de destilao. A separao dos componentes secundrios,com exceo do etanol, feita pelo topo da coluna e pela lateral doequipamento, segundo a natureza das impurezas.

As colunas de destilao (Figura 1.11) constituem-se de gomoscilndricos superpostos, contendo sees transversais s quais se d onome de bandejas ou pratos. Os gomos e as bandejas, superpostos,


formam uma srie de aparelhos de destilao simples, um destilando osseus vapores no outro, atravs de calotas ou placas perfuradas, erecebendo lquido residual do gomo imediatamente superior atravs detubos denominados sifes (Figura 1.12).

Figura 1.11 - Coluna de destilao composta de borbulhadores e seuscomponentes bsicos.

O aquecimento das colunas feito na base por meio de vapor degua, por injeo, por serpentina ou por trocadores de calor, segundo ariqueza do lquido no interior ou a natureza da operao. O aquecimentodas bandejas proporcionado pelo calor dos vapores ascendentes nacoluna. Os vapores emitidos por uma soluo etanol-gua so mais ricos

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em etanol do que a soluo geradora. Esses vapores, condensando-se noprato imediatamente superior, enriquecem o lquido a existente e aquecem-no at a ebulio, gerando vapores mais ricos, e assim por diante. Atemperatura na coluna decresce da base para o topo, ao mesmo tempoem que o teor alcolico aumenta.

Figura 1.12 - Esquema bsico de uma coluna de destilao por bandejasem srie.

Os vapores que saem na parte superior da coluna fluem para ocondensador, onde passam para a fase lquida. Desse lquido, retorna-se uma parte de cabea da coluna e envia-se por tubulao o restante aum refrigerador, e da para fora do circuito. A retro gradao, ou refluxoauxilia a manuteno de vapores ricos na cabea da coluna.

Em uma coluna de destilao, a graduao alcolica varia emfuno do nmero de pratos superpostos. Um nmero maior de pratoseleva mais a graduao alcolica dos vapores.


Destilao industrial

Para obteno de etanol industrial com concentrao acima de96% de lcool em volume, isento de impurezas, fraciona-se o destiladoem lcool de primeira e lcool de segunda, separando-se os lcooissuperiores como subproduto e os outros componentes secundrios(aldedos, bases volteis, steres e cidos).

No ramo industrial, o lcool pode ser aplicado em vrias situaes,como na indstria farmacutica, na indstria de perfumes e cosmticos,para fins de corantes, na fabricao de vernizes e lacas, no preparo demateriais explosivos, na fabricao de matrias plsticas, entre outros(RASOVSKY, 1973).

A purificao do etanol, denominada retificao, industrialmente processada de forma contnua por destilaes sucessivas em vriascolunas, denominadas colunas depuradoras, destiladoras, retificadorase de repasse final (Figura 1.13).

Na primeira destilao, o substrato fermentado aquecido emuma coluna com um nmero de bandejas suficiente para produzir, notopo, mistura de vapores de baixo ponto de ebulio, que eliminadaaps a condensao e o resfriamento.

Na segunda destilao, esgota-se o substrato retirando-se o etanolna extremidade superior da coluna, sob a forma de um destilado, comuma concentrao prxima de 50 % de lcool em volume. Na base dacoluna escoa-se o substrato isento de lcool.

Na terceira coluna concentra-se o lcool e separam-se os lcooissuperiores, de ponto de ebulio mais elevado que o etanol, na base dacoluna. No topo, obtm-se uma mistura de vapores de ponto de ebuliomenor, ao mesmo tempo em que se retira o etanol de alta concentrao.Envia-se este quarta coluna, onde se separam mais impurezas, de pontode ebulio inferior ao do etanol.

Ao final dessas destilaes, obtm-se uma mistura binria deetanol e gua que, no mximo, pode conter 95,6 % de etanol em volume(SHREVE, 1980).

46 Captulo 1

Figura 1.13 - Fluxograma da destilao industrial.

Resduos provenientes da destilao

Os resduos provenientes da destilao de lcool so os bagaos eas vinhaas. A vinhaa, ou vinhoto o principal resduo proveniente dafabricao do lcool nas destilarias. Sua produo expandiu-se de formaacelerada com o Programa Nacional do lcool causando, ao longo dosanos, impactos ambientais por possuir uma elevada demanda bioqumicade oxignio (DBO), unidade que caracteriza a vinhaa como poluente.

A fim de amenizar o impacto ambiental, vem sendo aplicada afertirrigao, que consiste na adio de guas residuais, no-poluidoras, vinhaa e na aplicao da mistura aos sulcos da lavoura. A aplicaoda vinhaa como fertilizante de solos tem como benefcio a elevao dopH e o aumento de resduo rico em matria orgnica, apresentandotambm elementos como clcio, potssio, nitrognio, fsforo, magnsio,enxofre e outros elementos em menor escala.

De acordo com Stupiello (1978), alm da disponibilidade dosnutrientes citados, a vinhaa aumenta o poder de reteno de gua nosolo, assim como a populao de microrganismos. Mesmo apresentandograndes vantagens como fertilizante, a aplicao da vinhaa deve serfeita sob orientao para evitar efeitos prejudiciais ao solo e a qualidadedo produto final.


O bagao um resduo fibroso resultante da moagem da canapara a extrao do caldo. Segundo Ancies et. al.(1981), dependendodo engenho o bagao apresenta entre 40 e 50 % de umidade, com massade 250 a 350 kg por tonelada de cana. Alm de possuir vrias aplicaes,como na fabricao de papel e papelo, alimentao animal e adubaoorgnica, este resduo empregado principalmente como combustvelna gerao de energia trmica e na co-gerao de energia eltrica emgrandes usinas.

Como dito no incio do manual, um dos objetivos desse trabalhoseria o de analisar um sistema de aquecimento evaporativo com afinalidade de fornecer vapores hidroalcolicos, em regime contnuo eque pudesse ser usado com diferentes tipos de colunas e de modo a atendera demanda por lcool hidratado nas atividades da fazenda ou para aproduo de pr-destilado para a produo de lcool combustvel emsistema cooperativo ou integrado que ser descrito no prximo captulo.

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Nocões Sobre Fermentação e Produção de Álcool Na Fazenda