A Fermentação alcoólica nas usinas está evoluindo graças às novas formas de controle, mais conhecimento sobre as leveduras e ferramentas de big data e inteligência artificial.
Nos últimos anos, o desenvolvimento tecnológico tem permitido reduzir o volume de vinhaça, minimizar as perdas de açúcares ao final da fermentação, melhorar as estratégias no controle da contaminação bacteriana e minimizar os desvios operacionais, conferindo maiores eficiências fermentativas a custos viáveis. Dentre os principais avanços estão questões relacionadas aos aspectos biológicos (leveduras selecionadas e Personalizadas), processos de produção (fermentação com alto teor alcoólico, diagrama de ocupação e automação) e gestão industrial (metodologias, métricas e dados).
A escolha da levedura
Há pouco tempo, o conhecimento sobre a diversidade genética das linhagens de leveduras industriais e contaminantes era baseado em perfis de cromossomos resultantes da técnica de cariotipagem, metodologia que trouxe um grande avanço para o monitoramento e seleção de leveduras (BASSO et al., 1994) e permitiu o desenvolvimento de quatro linhagens que são amplamente utilizadas pelas destilarias nacionais e internacionais e que, atualmente, respondem por 70% da produção de etanol no brasil.
![](https://fermentec.com.br/wp-content/uploads/2020/12/fermenta_moderna_01.jpg)
Figura 01. Leveduras industriais selecionadas pela Fermentec.
A introdução das análises de DNA mitocondrial permitiu o uso de outra ferramenta biomolecular para avaliação da diversidade de levedura, bem como a distinção entre linhagens que acumulam rearranjos cromossômicos e as selvagens sem nenhum parentesco. Quando uma nova linhagem aparece e domina a população de leveduras em fermentadores industriais, ela tem o potencial para se tornar uma levedura personalizada (LOPES, 2000).
Linhagens personalizadas de leveduras têm sido selecionadas desde 2008 e estão sendo introduzidas na fermentação de 26 destilarias brasileiras nos últimos anos. Estas unidades produziram juntas mais de quatro bilhões de litros de etanol na última temporada.
![](https://fermentec.com.br/wp-content/uploads/2020/12/fermenta_moderna_02.jpg)
Figura 02. Evolução do volume total de etanol produzido em cada Safra pelas destilarias que utilizaram leveduras Personalizadas selecionadas pela Fermentec (2008 a 2019).
Novas ferramentas para diagnóstico da contaminação na fermentação
Para acelerar a análise que até então levava de dois a três dias, a Fermentec desenvolveu na década de 80 o método de contagem de bactérias vivas ao microscópio com resultados em 15 minutos. Esta metodologia hoje está amplamente difundida nas destilarias no Brasil e no mundo, permitindo mensurar a contaminação bacteriana e impacto sobre o rendimento de fermentação (Amorim, 1981).
Devido aos efeitos nocivos dos contaminantes bacterianos nas fermentações industriais e a observação da coexistência de cepas com diferentes tipos de metabolismo em ambientes de fermentação, é importante mensurar os teores de ácido lático e manitol, juntamente com a contagem de bactérias, para melhorar o diagnóstico do processo e a tomada de decisão.
Isso significa que para um mesmo número de bactérias vivas por mililitro de vinho fermentado em duas destilarias industriais, as perdas de etanol devido a produção de metabólitos da atividade bacteriana podem ser diferentes, alterando a gestão das aplicações de antibióticos.
![](https://fermentec.com.br/wp-content/uploads/2020/12/fermenta_moderna_03.jpg)
Figura 03. Correlação e regressão linear simples entre contagem de bactérias vivas ao microscópio (10^5 bast./mL) e ácido láctico no vinho (mg/L) em duas diferentes destilarias industriais.
Outra importante tecnologia que tem sido desenvolvida para complementar as análises tradicionais e ampliar a capacidade de monitoramento e rastreamento das bactérias é a metagenômica, técnica desenvolvida com base na análise direta do DNA dos microrganismos, sem a necessidade de cultivo. Através do sequenciamento e comparação dos resultados com bancos de dados internacionais, é possível fazer não só a identificação dos micro-organismos em diferentes táxons como também estimar a sua abundância relativa em cada amostra. Assim, já é possível identificar as espécies contaminantes da fermentação e direcionar os melhores antibióticos.
![](https://fermentec.com.br/wp-content/uploads/2020/12/fermenta_moderna_04.jpg)
Figura 4. Diversidade, frequência relativa e flutuação na população de bactérias em uma fermentação industrial, por meio da análise de metagenômica.
ALTFERM – Fermentação de alto teor alcoólico
A tecnologia ALTFERM® baseia-se num conjunto de práticas e técnicas que permitem elevar o teor alcoólico das fermentações e, desta forma, reduzir os volumes de vinho a destilar e de vinhaça que fica mais concentrada em potássio. Com a tecnologia ALTFERM® é possível reduzir até 33% o volume de vinhaça elevando o teor alcoólico de oito para até 12%. Com as reduções no volume de vinhaça, consumo de diesel e de fertilizantes a base de potássio, o ALTFERM® reduz a intensidade de carbono e aumenta a nota de eficiência energético-ambiental.
Graças ao uso da cromatografia líquida de alta eficiência (CLAE) tem sido possivel monitorar os teores reais de açúcares residuais no vinho. Algumas unidades que fermentam a base de melaço e água têm trabalhado com teores extremamente baixos de açúcares residuais no vinho bruto (< 0,08%) e teores alcoólicos que ultrapassaram o limite de 12% em algumas semanas da safra 2019/20.
![](https://fermentec.com.br/wp-content/uploads/2020/12/fermenta_moderna_05.jpg)
Figura 5. Resultados industriais de fermentação com teores alcoólicos que ultrapassaram o limite de 12% e com açúcar residual no vinho abaixo de 0,08% na safra 2019/20.
Automação no controle da fermentação
Processos fermentativos de alta performance necessitam de uma atenção especial quanto ao preparo do mosto, condução da alimentação, controle da temperatura de fermentação e procedimentos de CIP. É possível implantar um sistema de controle adequado a operação da planta industrial, levando em conta o uso otimizado dos equipamentos existentes, as características de entrada da matéria-prima, as leveduras e o teor alcoólico desejado, baseado no que é chamado de diagrama de ocupação.
A aplicação deste tipo de controle ao processo de enchimento promove uma melhor distribuição do açúcar no tempo aumentando o rendimento, com otimização da produção de álcool e redução dos custos de produção.
![](https://fermentec.com.br/wp-content/uploads/2020/12/fermenta_moderna_06.jpg)
Figura 06. Influência da automação no desempenho dos clientes Fermentec na safra 2014/15.
GAOA – Gestão Avançada e Operação Assistida
A Fermentec desenvolve tecnologias para implantar a usina 4.0, em que todos os processos são automatizados e conectados, gerando dados que são armazenados na nuvem e analisados em tempo real por sistema de inteligência artificial.
![](https://fermentec.com.br/wp-content/uploads/2020/12/fermenta_moderna_07.jpg)
Figura 07. Funcionalidades do GAOA.
• Monitoramento de processos em tempo real: a adoção de analisadores em linha com tecnologia NIR (Near Infrared Spectroscopy), ou mais recentemente a espectroscopia Raman, traz benefícios na gestão do tempo e recursos do laboratório.
• Algoritmos computacionais e Inteligência artificial: a capacidade cognitiva humana se atrapalha com a quantidade de dados disponíveis e não consegue distinguir o que é importante do que não é. Neste ambiente será fundamental uma camada ‘máquina’ que, por meio de métodos estatísticos, ciência de dados, aprendizado de máquinas e balanço de massa, poderá extrair valor dos dados.
• Especialista virtual: poderá cooperar com o “Especialista Humano” na execução de análise para identificação de desvios, agregando agilidade na comunicação entre a operação, assim como efetuar a proposição de solução de problemas.
As ferramentas de inteligência serão cada vez mais imprescindíveis para aumentar a eficiência industrial. Toda essa modernização permite tomadas de decisões mais rápidas, que levam à redução de custos e maior rentabilidade.
Referências bibliográficas
Amorim, Henrique Vianna de. Infecção na fermentação: como evitá-la. Álcool e Açúcar, v. 1, n. 5, p. 12-18, 1981.
BASSO, L. C.; OLIVEIRA, A. J.; ORELLI, V. F.; CAMPOS, A. A.; GALLO, C. R.; AMORIM, H. V. Dominância das leveduras contaminantes sobre as linhagens industriais avaliada pela técnica da cariotipagem. In: CONGRESSO NACIONAL DA STAB, 5, 1993, Águas de São Pedro. Anais… Piracicaba: Sociedade dos Técnicos Açucareiros e Alcooleiros do Brasil, 1994. p. 246-250.
LOPES, M.L. Estudo do polimorfismo cromossômico em S. cerevisiae (linhagem PE-2) utilizada no processo industrial de produção de etanol. 2000. 118 f. Tese (Doutorado em Microbiologia Aplicada), Universidade Estadual Julio de Mesquita Filho, Rio Claro, 2000.
Autores: Claudemir Bernardino e Fernando Henrique C. Giometti da Fermentec