apostila de fermentação GI

apostila de fermentação GI

(Parte 5 de 8)

Sai = CO2 x GICO2

Acumula = VB x GIVB

(PÉ x GI) - (CO2 x GICO2) + Produz = VB x GIVB

Produz = VB x GIVB - (PÉ x GI) + (CO2 x GICO2)

Para os exemplos acima a entrada de açúcar é sempre pelo mosto, volume de mosto, M, ART do mosto ARTM, massa de açúcar = M x ARTM.

Dependendo das unidades usadas para obter as medidas acima é ainda necessário multiplicá-las pela densidade e portanto algumas vezes a determinação do rendimento convencional pode chegar a ter mais de 10 medidas, todas sujeitas a erros.

Em qualquer fórmula, os erros de cada membro da fórmula se soma para dar um resultado da fórmula mais errado.

É por esse motivo que muitas vezes o rendimento convencional não útil para controlar o processo, pois com facilidade pode resultar um valor bom de rendimento para uma fermentação que não está boa e vice - versa.

Porém se o rendimento é o principal fator que afeta o custo, como resolver este dilema?

A idéia é conduzir a fermentação usando parâmetros que estejam diretamente conectados ao rendimento e que possam ser medidos e comparados com METAS a serem atingidas.

Um destes parâmetros é o rendimento por subprodutos.

A idéia deste parâmetro é minimizar as causas pelas quais o rendimento cai, ou seja se o açúcar desaparece e não aparece álcool, para onde vai este açúcar?

A resposta é: para outros subprodutos.

Uma equação mais realista do que a de Gay-Lussac é:

Açúcar  Etanol + CO2 + outros produtos

Entre os outros produtos, diversos pesquisadores, entre eles o próprio Pasteur (que descobriu que a fermentação era feita por leveduras) descobriam que eram produzidos massa de fermento, glicerol, ácidos, havia açúcar não convertido e centenas de composto alguns deles responsáveis pelo cheiro e gosto do fermentado (como os álcoois superiores, ésteres, aldeídos, cetonas, éteres, composto contendo enxofre etc.)

Nas condições das usinas cooperadas, diversos balanços realizados mostra ram que os principais subprodutos são:

  • Fermento

  • Glicerol

  • Ácidos

  • Açúcar não convertido

A equação acima fica, para as massas de cada componente:

Açúcar = Etanol + CO2 + leveduras + glicerol + ácidos + açúcar não convertido

Dividindo em ambos os membros da equação pela massa de etanol, fica:

Açúcar CO2 leveduras glicerol ácidos açúcar res.

---------- = 1 + ---------- + -------------- + ----------- + ---------- + -------------

Etanol Etanol Etanol Etanol Etanol Etanol

O rendimento fermentativo real é:

Etanol 100

R = ------------- x -----------

Açúcar fator

O fator é o 0,511 g etanol / g ART da equação de Gay-Lussac.

Portanto usando a equação acima (invertendo-a e multiplicando por 1 / 0,511) pode-se chegar numa nova fórmula aproximada para o rendimento real, considerando inclusive que o CO2 é em parte produzido associado ao etanol (na proporção de 44 g para 46 g de etanol) e em parte associado à produção de levedura.

Substituindo o CO2/Etanol pela fórmula empírica e corrigindo também o glicerol a fórmula final da Copersucar fica.

100

R= ----------------------------------------------------------

1 + 1,19 KL + 0,50 KG + 0,511 (KAC + KART)

Os Ks da fórmula acima são as produções relativas de cada subproduto, ou seja:

  • KL = massa de levedura produzida / álcool produzido (g lev. seca / g etanol)

  • KG = massa de glicerol produzido / álcool produzido ( g glicerol / g etanol)

  • KAC = massa de ácido produzido / álcool produzido ( g ac. láctico / g etanol )

  • KART = massa de açúcar residual / álcool produzido (g ART res. / g etanol)

Veja que na equação final para o rendimento, a produção de levedura tem um peso muito maior do que os outros subprodutos, pois está multiplicada por 1,19 enquanto que os outros fatores estão multiplicados por 0,511. Isto significa que produzir 1 kg de lev. seca implica em mais queda de rendimento do que produzir 1 kg de glicerol ou de ácido láctico ou ainda deixar de fermentar 1 kg de açúcar isto ocorre justamente porque associada a produção de levedura há liberação de CO2.

Aliás o gás carbônico é o principal produto de fermentação, porque em geral se produz quase 1 kg de gás para cada kg de etanol. No momento o gás não é aproveitado diretamente como produto porém ele retorna para a atmosfera para produzir.

Finalmente o dilema parece ter sido resolvido :

Para trabalhar com o RENDIMENTO MÁXIMO, basta minimizar os Ks.

Mesmo que não se saiba, exatamente que rendimento resulta, sabemos que se a síntese de levedura, ou de glicerol ou de ácido ou se sobra de açúcar aumentar, o rendimento vai cair e se ao contrário a síntese diminuir o rendimento vai aumentar.

Outra conseqüência interessante do rendimento por subprodutos é que não adianta reduzir só um dos fatores é necessário reduzir todos e principalmente a levedura..

A forma de determinar os Ks é aplicando a equação de conservação da massa.

Como exercício será feita para cada caso, considerando para simplificar que não há acúmulo de cada produto e não há desaparecimento.

Para os casos mais simples os Ks são obtidos pela razão entre duas concentrações, a do subproduto no vinho turbinado e a de etanol, as duas expressas na mesma base (massa / massa ou massa / volume).

Assim quanto mais alto o teor de fermento no vinho centrifugado, para o mesmo teor de etanol maior será o KL e menor será o rendimento (para os mesmo valores do outros KS).

O mesmo raciocínio é válido para os outros KS.

Uma conseqüência interessante deste nosso raciocínio é que, quanto maior o teor de etanol, mais subprodutos podemos ter com o mesmo rendimento. Taí porque o alto teor alcoólico ser uma estratégia importante de otimização.

Vamos no cap. 4 discutir como operar para minimizar cada um dos KS. Neste capítulo estamos apenas verificando como se pode avaliar objetivamente uma fermentação.

RESUMO : MELHOR ÍNDICE PARA AVALIAR A FERMENTAÇÃO É O RENDIMENTO FERMENTATIVO.

    1. Insumos

O gasto em insumos, por ser fácil de determinar permite uma comparação interessante entre os processos das Usinas.

Em termos de custo de aquisição, quanto menor o gosto de produtos em relação ao faturamento em álcool melhor, porém isso não quer dizer que as Usinas que gastam menos em insumos tem o menor custo do álcool.

Para os insumos, há o conceito do mínimo necessário.

Por exemplo é melhor usar antibiótico tão logo comece a infecção, do que admitir que o KAC aumente e faça o rendimento cair. Ainda se no período de aplicação do antibiótico, o custo do produto representou 0,2% do faturamento e caso não se usasse o rendimento iria cair 0,5 %, então se fez um ótimo negócio usando o produto, embora dava ser considerado que possam existir outras Usinas que não tenham usado nada no mesmo período, pois tinham um procedimento melhor de prevenção infecção.

Portanto deve-se comparar o gasto em insumos em Usinas com aproximadamente o mesmo rendimento. Ou ainda pode-se verificar quantos reais foram gastos em relação a quantos reais foram faturados.

Quais são os principais produtos químicos utilizados na fermentação?

  • ácido sulfúrico;

  • antiespumantes;

  • antibióticos e biocidas;

  • nutrientes;

  • fermento para partida (ou repartidas);

Para que são usados:

  • ácido sulfúrico

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