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FIGURA 2 – Esquema da preparação do inóculo. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

A fase complementar caracteriza-se pela diminuição da intensidade do desprendimento do dióxido de carbono, por menor agitação do líquido e diminuição da temperatura. Nessa fase a concentração de açúcares chega ao fim.

1.9 Pureza das fermentações

A fermentação alcoólica industrial é um processo fermentativo rústico, que certas vezes se processa em condições tecnicamente adversas. A rusticidade do processo se deve, inegavelmente, à capacidade biológica das leveduras, bastando que se lhes dêem condições de concentração adequada, nutrientes e alguns desinfetantes, para que o processo se desenvolva satisfatoriamente. Entretanto, as contaminações apresentam-se com freqüência, prejudicando o rendimento econômico. O controle das fermentações faz-se por tópicos.

• Tempo de fermentação: nos processos fermentativos descontínuos, a medida de sua duração média varia de acordo com a forma como se conta o tempo, se ao entrar o mosto em contacto com o inóculo ou após encher as dornas. O tempo é mais curto em mostos de melaço e de caldo de cana e mais longo nos mostos de amiláceos. Fixandose os tempos médios gastos numa destilaria, de acordo com os procedimentos técnicos que se adotam, uma alteração para mais ou para menos, é um sinal de importância relevante na observação da fermentação.

• Odor da fermentação: o aroma, das fermentações puras é penetrante, ativo, e tende para odor de frutas maduras. Cheiro ácido, a ranço, ácido sulfídrico e outros, indica irregularidade.

• Aspecto da espuma: embora varie com a natureza do mosto, temperatura e a raça da levedura, a espuma apresenta-se com aspecto típico e característico, nas mesmas condições de fermentação. Alterações nessas características indicam irregularidade.

• Drosófilas: infalivelmente, quando há infecção acética, aparecem "moscas do vinagre" em número proporcional à contaminação.

• Temperatura: nota-se que a temperatura de um mosto aumenta no decorrer do processo, tendo-se que usar dispositivos de refrigeração para mantê-la nos níveis adequados até o final. Alterações importantes na curva de temperatura, do início ao final da fermentação, são um indício de possíveis defeitos. Recomenda-se operar entre 32°C e 34°C..

• Densidade do mosto: durante a fermentação, a densidade do mosto decresce segundo uma curva condizente com as fases da fermentação. De sua observação percebem-se as alterações da marcha fermentativa.

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

• Acidez no substrato em fermentação: do começo ao final da fermentação nota-se um acréscimo na acidez titulável. Não deve haver grande diferença entre a final e a inicial. Quando a acidez final for maior do que o dobro da inicial é sinal de má fermentação.

1.10 Sistemas de fermentação

Há processos descontínuos e contínuos; os contínuos são relativamente recentes, embora seu uso industrial tenha se iniciado na década de 1940. Embora tenha-se ensaiado usar processo de fermentação contínua anteriormente, o interesse pelo seu uso despertou após o estímulo à produção de etanol decorrente da crise econômica causada pela alta dos preços do petróleo nos anos 70.

Nos processos descontínuos distinguem-se quatro tipos de fermentação industrial, que se denominam sistema de cortes, sistema de reaproveitamento do inóculo (ou de “pé de cuba”), sistema com culturas puras e sistemas de recuperação de leveduras, também denominado de reciclagem ou de reciclo de leveduras.

• Sistema de cortes: depois que se faz a primeira fermentação. 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 inóculo (ou “pé”) para mais dois, e assim por diante.

• Sistema de reaproveitamento do inóculo: após a fermentação, deixam-se decantar as leveduras, retira-se o substrato fermentado para a destilação, trata-se o inóculo precipitado no fundo da dorna, ao qual se denomina de pé-de-cuba, e se realimenta com novo mosto. Tal processo é muito difundido na produção de aguardente.

• Sistema de cultura pura: denomina-se também de sistema clássico de fermentação, no qual parte-se de um tubo de cultura pura para cada ciclo de fermentação, seguindo-se todas as fases de preparo de inóculo, nas etapas de laboratórios e industrial, até as dornas de fermentação, nas quais se juntam o inóculo e o mosto. É uma técnica trabalhosa, usada apenas em trabalhos experimentais. Nesse sistema, não ocorre o problema de substituição de linhagens.

• Sistema de recuperação de leveduras: esse sistema foi colocado em prática na década de 1930 e é muito utilizado no Brasil. Após a fermentação, passa-se todo o vinho por centrífugas, nas quais se separa o líquido espesso, que recebe o nome de creme ou leite de leveduras. Esse leite, que corresponde a 10 a 30% do volume da dorna, é enviado para purificação em um tanque onde se dilui com o mesmo volume de água e colocase em agitação por 3 a 4 horas, após tratamento com ácido sulfúrico até pH 2,2 a 3,2. Depois do tratamento, envia-se o leite tratado para outra dorna, na qual reinicia-se nova fermentação após realimentação com novo mosto. Com o sistema de reaproveitamento de inóculo, por muito tempo usado nas destilarias de aguardente, e com sistema de recuperação de células, reduz-se muito o tempo de fermentação, porque diminui-se substancialmente a fase inicial. Nesses sistemas, coloca-se o substrato em contato com uma elevada concentração de leveduras (no mínimo 3x109 cel/L), que permite que se entre rapidamente na fase tumultuosa do processo fermentativo, com vantagens econômicas.

Em cada um desses sistemas, variam os métodos de alimentação dos inóculos e de enchimento das dornas, de acordo com a orientação técnica, disponibilidade de dornas, processo descontínuo ou contínuo e outros fatores específicos de cada instalação.

1.1 Fermentação alcoólica contínua

A fermentação contínua faz-se em sua forma mais simples, alimentando uma dorna com um fluxo contínuo de meio em uma determinada concentração e, retirando-se dela, de forma também contínua, o vinho que se encaminha para a destilação ou para as dornas de espera, onde termina o processo e daí para a destilaria. A FIG. 3 esquematiza alguns sistemas de fermentação contínua, nos quais as salas de fermentação tradicionais de fermentação descontínua podem transformar-se.

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

FIGURA 3 – Planta de instalações de fermentação por processo contínuo. Fonte: LIMA; BASSO; AMORIM, 2001.

fermentação é muito rápida, porque o volume de inóculo ocupa praticamente a metade do volume útil de cada fermentador. A descarga faz-se intermitentemente para o decantador. As modificações nas salas de fermentação das destilarias de álcool iniciaram-se com a adaptação das instalações de fermentação existentes. Instalaram-se ligações entre as dornas que trabalhavam de forma intermitente, por carga e descarga, de modo que o mosto em fermentação passasse da primeira à última da série de recipientes. O mosto em fermentação saía pela base de uma dorna e entrava lateralmente na seguinte, continuamente até a última, de onde seguia para a destilaria. A alimentação de mosto fazia-se na primeira ou nas duas primeiras dornas, e a circulação de uma para outra dorna por vasos comunicantes ou por meio de bombas. Em algumas instalações, recolhia-se o mosto fermentado da última dorna em dornas de espera, onde terminava a redução dos açúcares fermentescíveis e dali conduzia-se para a destilaria. A recuperação das leveduras fazia-se para a renovação do levedo e reinoculação 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 instalações de fermentação especialmente projetadas para a fermentação contínua. Inicialmente, projetaramse equipamentos para fermentação alcoólica de melaços de beterraba e de cana-de-açúcar. Para o trabalho com caldo de cana-de-açúcar, faz-se necessário clarificá-lo.

No Brasil, dois pesquisadores, MATOS e BORZANI, se preocuparam em estudar a fermentação contínua, principalmente o último que deu origem a gerações de pesquisadores na área.

Depois que se estabeleceu o Proálcool, os fabricantes de álcool brasileiros demonstraram interesse pelos processos contínuos e instalaram algumas destilarias com aparelhos de fermentação dotados de apenas um fermentador, ao mesmo tempo em que fizeram adaptações em destilarias existentes, providas do sistema convencional de fermentação descontínua. Dentre as inovações tecnologias, surgiu o Biostil, patente suecobrasileira, no qual, além da fermentação contínua, se conseguia uma redução do volume de vinhaça, pois se usava o resíduo da destilaria na diluição de mostos. Além do processo contínuo, é um sistema que fermenta mostos com alta pressão osmótica, sendo empregada a levedura Schizosaccharomyces pombe.

Processo Biostil: Esse projeto, patenteado pelas indústrias Alfa-Laval e hoje controlado pela Nobel Chematur, foi introduzido no Brasil pela Construtora de Destilarias

Dedini, S/A – CODISTIL. O projeto, representado esquematicamente na FIG. 4, além da continuidade do processo fermentativo, alia a fermentação em meio de alta pressão osmótica. Com o retorno da vinhaça para auxiliar na diluição do melaço, o processo apresenta uma vantagem adicional, que é a de reduzir sensivelmente o volume de vinhaça que se obtém da destilação. O volume reduz-se de 10 litros (número médio geral) de vinhaça por litro de álcool, para volume da ordem de 2 litros por litro de álcool.

Em resumo, o processo inicia-se com a levedura do gênero Schizosaccharomyces, tolerante à alta pressão osmótica. O inóculo é colocado em contato com o mosto, preparado com melaço ou xarope de cana-de-açúcar em um único fermentador, provido de agitação e de uma fraca aeração, para garantir a multiplicação da levedura. À medida que o processo se desenvolve, o mosto em fermentação tem sua temperatura continuamente controlada pelo trocador de calor Tvi. O vinho VI é continuamente centrifugado; o leite de leveduras retorna ao fermentador único e o vinho deslevedurado Vi encaminha-se à coluna de destilação através do trocador de calor Tvn onde se aquece refrigerando a vizinhança VR que vai ao fermentador, no qual dilui o melaço ou o xarope. Na coluna de destilação, é retirado o álcool de cabeça Ac e na coluna de retificação o etanol Et. Na base da coluna de destilação escoa a vinhaça residual Vn.

Este processo, de alto desempenho, não está sendo amplamente usado no Brasil, porque é mais adequado ao trabalho com meios de melaço e xarope e, atualmente as destilarias brasileiras trabalham principalmente com caldo e com mosto misto.

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

31 1.12 Salas de fermentação

Denominam-se salas de fermentação as construções onde se abrigam as dornas abertas ou fechadas, as centrífugas, os pré-fermentadores, os tanques de tratamento do fermento e outros equipamentos ligados ao processo de fermentação.

resíduos

Sua construção se faz segundo preceitos técnicos e de engenharia, variáveis para cada região, de acordo com as condições de clima, de forma que sempre se obtenha o máximo de higiene, controle de temperatura, iluminação e ventilação adequadas e escoamento de

Devem-se se fazer construções suficientemente amplas para que o equipamento se instale com espaços livres à volta, permitindo acesso fácil para assepsia, reparos, substituições e modificações.

Com o aumento da capacidade de produção das destilarias, modificou-se o conceito de sala de fermentação. Para destilarias que produzem mais de 1.000m3 de etanol por dia, projetam-se instalações para trabalhar com dornas fechadas, instaladas a céu aberto.

As construções fechadas abrigam equipamentos mais sensíveis e todo o sistema de automação, que não se encontra em grande parte das destilarias.

1.13 Recipientes de fermentação

No Brasil, trabalha-se com dornas abertas e fechadas, construídas de aço-carbono, cilíndricas, com altura igual a uma vez seu diâmetro, em média e de fundo cônico.

O controle de temperatura da fermentação faz-se por meio de trocadores de calor de placas, que eventualmente podem servir como aquecedores de mosto em fermentação.

O volume dos recipientes de fermentação varia; tecnicamente recomenda-se que seja harmônico com a capacidade dos destiladores. Na prática, considera-se conveniente que tenham a capacidade de duas vezes e meia a capacidade horária de destilação.

Com base na riqueza alcoólica dos vinhos (7 a 9%), torna-se fácil calcular p volume total de recipientes de fermentação e o volume de cada um. Este varia em função do sistema de fermentação que se adota. Para simplificar, admite-se um volume total na proporção 1:12, isto é, volume de álcool para 12 volumes úteis de dornas. Nos sistemas clássico e de cortes, a relação é de 1:24. No sistema contínuo calcula-se o volume em função do fluxo horário de vinho a destilar e da eficiência do processo.

As dornas distribuem-se e assentam-se de forma a permitir o acesso fácil aos registros e a toda sua volta para reparos, substituições, modificações e higiene.

1.14 Destilação

A destilação é uma operação pela qual um líquido, por efeito de aquecimento, passa para a fase gasosa, e em seguida, volta ao estado líquido por meio de resfriamento. Quando se trata de uma única substância, o líquido destilado tem a mesma composição do líquido original. Quando se trata da ocorrência conjunto de líquidos imiscíveis, o destilado encerra o líquido que tem ponto de ebulição mais baixo. No caso de líquidos perfeitamente miscíveis, os vapores destilados se compõem de um mistura de vapores dos dois, com predominância daquele de menor volatilidade. Com uma série de destilações, é possível separar os dois líquidos em estado de pureza, desde que não se forme mistura azeotrópica. Denomina-se de azeotropismo ao fenômeno que ocorre quando uma mistura de líquidos, em uma determinada concentração, na qual se formam vapores com todos os componentes, em um ponto de ebulição inferior ao de qualquer um dos integrantes da mistura. Nessa concentração não é possível separar os componentes por destilação.

Durante a destilação dos vinhos, para obtenção de álcool, há a formação de mistura azeotrópica, que impede a obtenção do etanol puro apenas por destilação.

Após fermentação, os meios açucarados passam a denominar-se vinhos com uma constituição variável, mas encerrando sempre substâncias gasosas, sólidas e líquidas. As primeiras representam-se principalmente pelo dióxido de carbono, que se dissolve em pequena proporção. Os sólidos se fazem presentes pelas células de leveduras alcoólicas, de bactérias contaminantes, sais minerais, açúcares infermentados e impurezas sólidas em suspensão.

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