Introdução
O setor sucroenergético brasileiro necessita, além da produção necessária de etanol para atender a demanda futura de combustíveis renováveis, possuir alta produtividade, ou seja, produzir mais etanol com a capacidade instalada, atender a máxima responsabilidade social e ambiental.
Em linha com esta demanda, a Solenis – fabricante global líder de especialidades químicas – hoje presente em 120 países com mais de 40 fábricas e 10 centros de pesquisa globais, apresenta as novas forças de expansão da produção de etanol promovendo novas tecnologias e monitoramento, tendo como principal objetivo a fermentação alcoólica com altíssimo teor alcoólico, preservando a fisiologia das células de leveduras responsáveis pela conversão dos açúcares e nutrientes presentes no mosto em fermentação, em etanol e biomassa.
Fermentando com altíssimo teor alcoólico
Por meio de uma complexa série de mais de 30 reações químicas sucessivas, cada uma catalisada por uma enzima específica, as leveduras fermentam os açúcares adicionados às dornas de fermentação, onde uma série de de parâmetros são considerados como fundamentais para obter-se uma fermentação com alta produtividade.
O teor alcoólico, ou seja, a quantidade, em volume, de etanol contidos em 100 litros de vinho fermentado, normalmente encontrado nas plantas de etanol se encontram na faixa de 8,0 à 9,0% v/v, sendo que o restante é considerado água e demais componentes, os quais gerarão a vinhaça, efluente líquido da destilação do vinho.
O principal objetivo em operarmos uma planta de etanol com altíssimo teor alcoólico é a redução significativa do volume de água no processo, tanto a presente no vinho em fermentação, ou seja, uma redução do volume de vinhaça produzida, quanto na água utilizada para o resfriamento do mosto e dornas, quanto para a condensação dos vapores alcoólicos na destilação.
O grande desafio para uma fermentação com altíssimo teor alcoólico é a manutenção deste teor, sem afetar a saúde das células de leveduras, pois como sabemos, o etanol, além de outros fatores, é extremamente danoso à membrana celular.
Como falamos sempre: aumentar o teor alcoólico não é difícil. O complicado é mantê-lo estável durante a maior parte da safra.
Manutenção da saúde das células de leveduras em fermentação com altíssimo teor alcoólico
Como a membrana celular das células de leveduras são flexíveis, dinâmicas e seletivamente permeáveis, o que lhes confere a capacidade de controlar e regular o que entra e o que sai, e extremamente sensíveis ao estresse causado por diversos fatores, tais como: alta temperatura, alto teor de sais e açúcares, alta concentração de ácidos orgânicos, e também alto teor alcoólico.
Portanto, é fundamental o monitoramento da fermentação, além dos principais parâmetros atualmente recomendados, dos teores de macro e micro minerais e metais pesados presentes no mosto a ser fermentado, no leite de leveduras reciclado (pé-de-cuba), e no vinho delevedurado (vinho para destilação), de tal forma a fecharmos o balanço destes minerais, e determinarmos a complementação e/ou suplementação de elementos químicos fundamentais para o perfeito metabolismo das células de leveduras quando expostas a processos com altíssimo teor alcoólico. A análise de metais pesados também é de extrema importância, pois, em determinadas situações podemos encontrar minerais considerados em excesso, porém se encontrarmos teores elevados de, por exemplo, o Alumínio, é necessária a complementação com diferentes micro nutrientes.
Desta forma, consideramos que a nutrição celular monitorada é fundamental para a manutenção de leveduras com elevado potencial fisiológico, visando a sua sobrevivência em mostos com altíssimo teores alcoólicos.
Em nossos laboratórios monitoramos a Vitalidade destas células de leveduras em meios com altíssimo teor alcoólico, de tal forma à garantir a menor população possível de células hibernadas, ou seja, elas estão vivas, porém com funções bem reduzidas na conversão de açúcares e nutrientes em etanol e biomassa.
Controle efetivo da contaminação bacteriana
Como sabemos, uma das maiores preocupações em plantas de etanol é a contaminação causada por bactérias.
Estes microorganismos, além de consumir açúcares e produzir ácidos orgânicos devidamente comprovados como causadores do decréscimo do rendimento fermentativo, também consomem os nutrientes que estão no meio fermentativo, reduzindo, portanto, a oferta nutricional para as células de leveduras.
Desta forma, o controle de bactérias em fermentações com altíssimo teores alcoólicos é considerada uma prioridade. A contaminação deve ser mantida em níveis menores do que 10e7 bast/mL.
A combinação de agentes bactericidas com agentes bacteriostáticos promove este controle efetivo, de tal forma a preservar os açúcares e nutrientes contidos no mosto a ser fermentado, proporcionando, assim, vinhos com altíssimo teor alcoólico.
Eficiência da centrifugação do fermento
Consideramos que as centrífugas são o “coração” da fermentação alcoólica, portanto, estas máquinas devem operar com a máxima eficiência possível. Caso as centrífugas não operem com alta eficiência, o vinho que deveria ir para a destilação, recircula nas cubas de tratamento, trazendo consigo vários componentes indesejáveis ao tratamento do fermento: etanol, ácidos orgânicos, glicerol, entre outros. É muito provável que plantas que operem com baixa eficiência tenham o consumo de ácido sulfúrico aumentado, devido ao poder tamponante do meio.
Neste caso, reforçamos ainda mais a necessidade de uma nutrição celular adequada para suportar, em determinados momentos da safra, uma alta concentração de ácido sulfúrico nas cubas.
Portanto, é fundamental o estudo da reologia do mosto e vinho em fermentação, de tal forma que seja possível identificar moléculas que sejam capazes de reduzir a viscosidade do vinho levurado (vinho bruto), e desta forma melhorar a eficiência das máquinas. Consideramos como eficiência mínima: 95%.
Fermentação com altíssimo teor alcoólico e alta vitalidade das células de leveduras
A fermentação monitorada é batelada com capacidade nominal para produzir 1.250 m3/dia de etanol hidratado com 10,00%v/v de teor alcoólico.
A demanda é operar esta planta com a máxima produção possível e com o teor alcoólico superior à 12,00%v/v, porém os desafios eram consideráveis, já que com temperatura ambiente muito alta, em determinados períodos da safra encontramos valores de 40ºC do vinho em fermentação. Com esta condição a viabilidade celular não suportava teores maiores que 10,00%v/v.
Após o monitoramento e balanço de minerais e metais pesados e o estudo do processo em questão com a equipe técnica da planta industrial, a planta operou com estes parâmetros:
– ART: 18,00%
– % Fermento dornas: 12,00%
– Viabilidade: 80,00%
– Brotamento: 9,00%
– Contaminação: 1,0x10e7 bast/mL
– Floculação máxima: 10,00%
– Acidez % ART Mosto: 1,65%
– Tempo de fermentação: 7,00 horas
– Tempo de espera: 1,00 hora
O Programa de Fermentação Eficiente constou de:
– Nutrição celular: conduzida com a complementação e/ou suplementação em Macro e Micro minerais.
Dosado em relação a vazão de mosto a ser fermentado.
– Controle da viscosidade: moléculas que reduziram a viscosidade do vinho bruto.
Dosado em relação a vazão de mosto a ser fermentado.
– Controle da contaminação bacteriana: bactericida e bacteriostático
Bactericida sob a forma de choque.
Bacteriostático em relação a vazão de leite de leveduras (pé-de-cuba).
– Controle efetivo da espuma: dispersantes e antiespumantes
Alto impacto e alta retenção
Ausência de etanol e dioxano nas formulações.
Resultados obtidos
Os resultados obtidos foram:
1 – Aumento de 38% da produção de etanol: 900m3/dia (safra 2017) x 1.250m3/dia (safra 2018);
2 – Aumento de 35% do teor alcoólico do vinho: 9,80%v/v (safra 2017) x 13,50%v/v (safra 2018);
3 – Redução de 30% da vinhaça produzida;
4 – Redução de 20% do vapor consumido na destilação;
5 – Redução de 13% da quantidade de água utilizada no processo;
6 – Redução de 40% do consumo de ácido sulfúrico;
7 – Viabilidade celular se manteve na ordem de 75%;
8 – Porém a vitalidade celular esteve em 98%, ou seja, quase que 100% das células de leveduras estiveram ativas;
9 – Células de leveduras predominantes com bordas regulares;
10 – Custo operacional na fermentação se manteve praticamente o mesmo: R$9,85/m3 (safra 2017) x R$10,01/m3 (safra 2018).
Conclusão
É perfeitamente possível operarmos uma fermentação eficiente com altíssimo teor alcoólico, sem afetar a fisiologia das células de leveduras, obtendo alta produtividade e, principalmente, operando a planta com baixo custo de produção, sem oferecer maiores danos ao meio ambiente com a redução significativa de vinhaça.
Autor: Glauco Martins de Mello Junior – Global Manager Applications of Biorefining (IWT)
Conteúdo produzido pela empresa Solenis
