PRODU

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PRODUÇÃO DE ETANOL
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Breve histórico

• 1532 montado o primeiro engenho de açúcar
• Primeira Guerra álcool como combustível de
  motores de explosão
• 1929/1931 Crise internacional instalação da
  primeira destilaria de álcool anidro
  obrigatoriedade da mistura de 5 de etanol à
  gasolina (Dec. 19717)
• 1974 crise do petróleo Pró-álcool

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Importância

• O etanol ou álcool etílico, apresenta duas
  funções principais "commodity chemical" e
  indústria de bebidas alcoólicas.
•     -Após a água, o álcool é o solvente mais
  comum, além de representar a matéria-prima de
  maior uso no laboratório e na indústria química
• Vias de obtenção destilatória, sintética e
  fermentativa

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Importância

• No Brasil, o etanol é utilizado de duas maneiras
• - como mistura na gasolina, na forma de 22 de
  etanol anidro, a 99,6º Gay-Lussac (GL) e 0,4 de
  água, formando uma mistura "gasohol" com o
  objetivo de aumento da octanagem da gasolina
• - como etanol puro, na forma de etanol
  hidratado, a 95,5º GL

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Produção de etanol

• No Brasil a cana de açúcar é a principal matéria
  prima utilizada na França é a beterraba nos EUA
  e na maioria dos países europeus o bioetanol é
  essencialmente produzido a partir de cereais,
  principalmente milho.

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Produção de etanol
Por continente
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Produção de etanol
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Produção de etanol
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Impacto da Produção de Etanol no Brasil

• Economia
• US 141 bilhões com óleo importado e juros
• Empregos
• 70.000 agricultores
• 347 destilarias
• 1 milhão de pessoas
• Meio Ambiente
• 1.000 L de etanol sequestram 2,6 t de CO2 da
  atmosfera
• Fonte Valor Econômico, 2005

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Produção de açúcar e álcool
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Metabolismo microbiano
 
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Balanço Energético da Fermentação
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Definição

• Fermentação alcoólica é o processo através do
  qual certos açúcares, principalmente a Sacarose,
  Glicose e Frutose são transformados em Álcool
  Etílico (ou Etanol).
• Mecanismo anaeróbio de produção de energia que
  não envolve cadeia respiratória ou citocromos.

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Matérias-primas

• O etanol pode ser produzido a partir de qualquer
  carboidrato fermentável pela levedura .
• Classificação das matérias-primas
• - açucaradas
• - amiláceas ou feculentas
• - celulósicas

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Matérias-primas preparo

• Matérias açucaradas
• - diretamente fermentescíveis monossacarídeos
  - sucos de frutas
• - não diretamente fermentescíveis
  dissacarídeos sacarose da cana-de-açúcar e dos
  melaços

• Matérias celulósicas - fermentam após hidrólise

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Matérias-primas preparo

• Matérias amiláceas e feculentas
• - fermentam após hidrólise do amido
  sacarificação
• via química
• via enzimática
• via biológica
• ação enzimática do malte
• ação microbiana de certos fungos

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Sacarificação pelo malte
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Sacarificação microbiana
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Preparo do Substrato

• O Preparo dos mostos nas destilarias faz-se em
  seções que constam de
• tanques de medição
• balanças
• diluidores mecânicos
• depósitos de sais minerais
• depósitos de antissépticos
• aquecedores e refrigerantes
• medidores de ácido.

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Fatores que afetam a fermentação

• Agente de fermentação
• Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces sp

O etanol é inibidor à altas concentrações, e a
tolerância das leveduras é um ponto crítico para
uma produção elevada deste metabólito
primário.   A tolerância ao etanol varia
consideravelmente de acordo com as linhagens de
leveduras.  
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Fatores que afetam a fermentação

• Temperatura
• - 26 a 35C
• - chega a 38 C

• pH - mostos industriais 4,5 a 5,5

• Nutrição mineral e orgânica
• - fonte de carbono
• - vitaminas tiamina, ácido pantotênico
• - Nitrogênio sais de amônio
• - Sais minerais P, S, K, Mg, Ca, Zn, etc

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Fatores que afetam a fermentação

• Preparo e correção do mosto
• - melaço diluição 15 a 25Brix
• fosfato e sais de amônio
• - cana-de-açúcar bruta ou clarificada
• fosfatos, sais de amônio, sais de Mg,
  Mn e Co
• - materiais amiláceos sacarificação
• fosfatos, acidez pH 4 a 5 com H2SO4

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Fatores que afetam a fermentação

• Inibidores
• - etanol
• - K e Ca
• - sulfito

• Concentração de açúcares
• Concentração de inóculo
• Contaminação bacteriana
• Antissépticos
• Antibióticos

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• Antissépticos
• No Brasil, não é usual esterilizarem-se os mostos
  nas destilarias de álcool e aguardente. Para
  controlar o problema das contaminações, usam-se
  antissépticos para criar ambiente favorável ao
  desenvolvimento das leveduras e desfavorável a
  outros microrganismos.
• Obtém-se boas fermentações usando-se 4 mg de
  hexaclorofeno por litro de mosto ou
  pentaclorofenol na proporção de 0,01 a 0,05
  g/litro de substrato.
• O ácido sulfúrico utilizado na correção do pH,
  também age como antisséptico.

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• Antibióticos
• Pela mesma razão por que se empregam os
  antissépticos, usam-se os antibióticos na
  fermentações industriais para produção de etanol.
• Sua ação é de agente esterilizante, em virtude de
  suas propriedades bacteriostáticas.
• Aplica-se a penicilina (500-1000 UI/L de mosto)
  que é economicamente mais recomendável ou
  cloranfenicol, tetraciclina e clorotetraciclina.

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Preparo do inóculo

• Vinhos e pequenas destilarias flora natural
• leveduras selecionadas

• Vinhos e sidra leveduras encapsuladas em
  alginato

• Grandes destilarias leveduras de panificação
• leveduras selecionadas

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Prática da fermentação alcoólica
fases descrição
Preliminar Contato da levedura com o mosto Características intensa multiplicação celular, pequena elevação de temperatura e pequeno desprendimento de CO2
Tumultuosa Intensa liberação de CO2 a mistura ferve Aumento da temperatura e da acidez diminuição da densidade
Final ou complementar Diminuição da intensidade de desprendimento do CO2, menor agitação do líquido, diminuição da temperatura
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Verificação prática da pureza

• Tempo de fermentação
• Odor (frutas maduras)
• Aspecto da espuma
• Presença de drosófilas
• Temperatura e densidade
• Açúcares
• Acidez

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Verificação prática da pureza

• Tempo de fermentação duração média de um
  processo fermentativo em mosto de melaço ou de
  caldo de cana-de-açúcar é de 24 horas e as de
  mosto amiláceo de 36 horas.
• Odor da fermentação - O aroma das fermentações
  puras é penetrante, ativo, e tende para odor de
  frutas maduras. Cheiro ácido, ranço, ácido
  sulfídrico e outros indicam irregularidades no
  processo.
• Aspecto da espuma - A espuma varia com a
  natureza do mosto, temperatura, espécies e
  linhagem de leveduras. Alterações nas
  características indicam irregularidade no
  processo.

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Verificação prática da pureza

• Drosófilas São as moscas do vinagre que
  ocorrem quando há infecção acética
• Temperatura Alterações importantes na curva de
  temperatura, do início ao final da fermentação,
  alertam para possíveis defeitos no processo.
• Densidade do mosto Durante a fermentação a
  densidade do mosto decresce segundo uma curva
  harmônica, com as fases da fermentação. De sua
  observação, percebe-se as alterações da marcha
  fermetativa.

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Verificação prática da pureza

• Açúcares no mosto consomem-se de acordo com a
  curva de densidade.
• Acidez no substrato em fermentação não deve
  haver grande alteração entre a acidez final e a
  inicial. Quando a final for maior que o dobro da
  inicial, é indicação de má fermentação.

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Sistemas de fermentação

• Descontínuo
• - sistema de cortes
• - sistema de reaproveitamento do inóculo
• - sistema de cultura pura
• - sistema de recuperação de leveduras
• Contínuo
• - várias configurações
• Células imobilizadas

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Sistemas de fermentação
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Sistemas de fermentação
Batelada
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Sistemas de fermentação
Contínuo
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Instalações e equipamentos

• Salas de fermentação
• - até 1.000 m3
• - dornas, centrífugas, pré-fermentadores,
  tanques de tratamento
• Recipientes de fermentação
• - dornas abertas ou fechadas
• - cilíndricas H 2 D
• - trocadores de calor
• - volume 2 a 2,5 vezes a capacidade horária de
  destilação

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Destilação

• Mistura azeotrópica
• Vinhos sólidos, líquidos e gases
• Água (88 a 93) e etanol (12 a 7)
• Descontínua ou contínua

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Destilação descontínua

• Alambiques e pequenas destilarias de aguardente
  ou de bebidas de vinhos

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Destilação contínua

• Destilarias com produção superior a 2.000 L

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Retificação e desidratação

• Retificação
• - separação do álcool das impurezas
• - separam-se como produtos de cabeça ou de cauda
• - colunas depuradora, destiladora, retificadora,
  de repasse final

• Desidratação
• - uso de arrastadores
• - absorvente regenerável
• - peneiras moleculares

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Cana-de-Açúcar

• 1 t de cana contém
• 140 kg de açúcar
• 140 kg de fibra (bagaço)
• 140 kg de fibra das folhas e pontas
• Isso representa 1 barril de petróleo

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Cana-de-Açúcar

• 1 Ha (10.000m2)produz 80 barris equivalentes de
  petróleo
• BRASIL5,5 milhões de hectares de cana
• POTENCIAL440 milhões de barris equivalentes de
  petróleo
• Fonte Valor econômico 15/08/2005

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Cana-de-Açúcar
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Cana-de-Açúcar
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Cana-de-Açúcar
Quantidade de Resíduos Lignocelulósicos gerados
anualmente no Brasil 350 x 106 toneladas (40 de
umidade)
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Energia da Cana

• 1 TON DE CANA (COLMOS) Energia (MJ)
• 140 kg de açúcar 2 300
• 280 kg de bagaço (50 umidade) 2 500
• 280 kg de palha (50 umidade) 2 500
• TOTAL 7 300 (0.16 TEP)
• 360 milhões de toneladas de cana 58 milhões TEP
• Consumo de energia primária no Brasil 200 x106
  TEP/ano

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Perspectivas futuras
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Desenvolvimento de processos visando à produção
de linhagens melhoradas da levedura Saccharomyces
cerevisiae

• Linhagens mais produtivas, com características
  desejáveis para produção de etanol e com
  monitoramento na indústria por técnicas de
  marcação molecular, foram desenvolvidas em vários
  laboratórios, destacando-se o da ESALQ/USP, em
  Piracicaba.

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• Por tecnologia do DNA recombinante, os
  laboratórios de pesquisa das universidades de
  Brasília e da USP desenvolveram em conjunto
  linhagens de leveduras contendo genes de amilases
  capazes de utilizar o amido, por exemplo de
  mandioca ou batata-doce, na produção de etanol.
  Essas leveduras manipuladas geneticamente estão
  sendo aperfeiçoadas e poderão desempenhar um
  importante papel na produção de etanol.
• A tecnologia do DNA recombinante tem sido também
  usada por esses e outros laboratórios brasileiros
  e do exterior na clonagem e seqüenciamento de
  genes de interesse industrial em fungos.

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Papel da Biotecnologia

• Avanços e melhorias não seriam possíveis sem a
  ajuda da biotecnologia, tanto para a matéria
  prima como para seu processamento
• Com a ajuda da biotecnologia a cana de açúcar vai
  continuar sendo imbatível como matéria prima para
  produção de energias renováveis
• Melhoria do Balanço de GEE
• Aumento da Competitividade

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Bioetanol de Segunda Geração

• Hidrólise Ácida dos Polissacarídeos (HEMICELULOSE
  e CELULOSE) do Complexo Lignocelulósico

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Bebidas alcoólicas
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Legislação Brasileira
Bebida alcoólica refrescante, aperitivo, ou
estimulante destinado à ingestão humana no estado
líquido, sem finalidade medicamentosa e contendo
mais de 0,5 grau Gay-Lussac de etanol.
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Generalidades sobre bebidas alcoólicas
classificação bebidas Matérias-primas GL
Fermentadas Cerveja Vinho Vinho de frutas Sidra Saquê Malte de cevada Suco de uvas Suco de frutas Suco de maçãs Arroz sacarificado variável 10 a 13 10 a 13 4 a 8 14 a 26
Fermento-destiladas Aguardente de cana Uísque Tequila Vodca Caldo de cana Cevada maltada Suco de agave Cereais ou tubérculos 38 a 54
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Glossário

• Grau Brix 1 Brix corresponde a 1 g de sólidos
  dissolvidos em 100 g de solução à 20C
• Grau Gay-Lussac porcentagem em volume de etanol
  a 15C
• Vinho bebida fermentada de mosto de frutas
  meios açucarados provenientes de uma fermentação
  alcoólica
• Flegma líquido alcoólico mais rico que o
  líquido original e impuro

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Gráficos
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)
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(No Transcript)