Estudo cinético da fermentação alcoólica descontínua de mel invertido

Abstract

RESUMO: O etanol é um produto economicamente importante para o Brasil, sendo produzido quase que totalmente via fermentação alcoólica a partir de meios de cultura compostos à base de caldo de cana-de-açúcar. A composição do caldo da cana varia muito conforme a região de produção desta influenciando diretamente no processo. A linhagem de microrganismo sendo utilizado também é algo que afeta diretamente o rendimento da fermentação. Dessa forma, um estudo detalhado baseado nestes fatores variáveis se faz necessário para tornar o processo rentável e eficiente, e, apesar dos diversos estudos publicados na literatura, a grande variabilidade encontrada nos bioprocessos requer estudo contínuo.O objetivo deste trabalho foi estudar a cinética da fermentação alcoólica de um mosto a base de mel industrial invertido utilizando como microrganismo uma linhagem de Saccharomyces cerevisiae isolada do processo industrial, tendo tanto o mel quanto o creme de levedura sido obtidos da Usina Santa Terezinha. A concentração inicial de substrato, S0, e a temperatura, T, foram as variáveis controladas. As concentrações iniciais de substrato utilizadas neste trabalho foram de 30, 50, 75, 100, 150 e 250 g/L e as temperaturas de 32, 34 e 37 ºC. Optou-se por essa faixa de temperatura por serem valores comuns de se alcançarem nas destilarias.Para se obter os parâmetros cinéticos, foram feitas fermentações do tipo batelada em reatores de 1 L, sendo medidos periodicamente o pH, a concentração celular, a concentração de substrato e a concentração de produto. Além de se calcular os parâmetros cinéticos velocidade específica máxima de crescimento (?max), fator de conversão de substrato em biomassa e em produto (YX/S e YP/S, respectivamente) foram avaliados o rendimento final da fermentação e a ocorrência de problemas ligados ao microrganismo isolado utilizado, como floculação e formação de espuma, assim como se obtiveram curvas para a velocidade específica de formação de biomassa e produto (?X e ?P, respectivamente). Praticamente todos os valores encontrados estavam dentro da faixa citada na literatura, exceto por alguns valores de ?X, que estavam abaixo de tais valores. A linhagem estudada mostrou que seu crescimento anaeróbio é consideravelmente afetado pela temperatura e concentração inicial de substrato do meio enquanto que os fatores ligados à produção de etanol foram afetados de modo mais intenso apenas pela concentração inicial de substrato do meio. O uso de mosto com açúcares previamente invertidos não mostrou diferente do esperado de um mosto contendo apenas sacarose, logo, o emprego de tal tipo de mosto não se mostrou viável, pois apenas aumenta os custos de produção

ABSTRACT: Ethanol is a very important commodity for Brazil, being produced almost entirely via alcoholic fermentation from culture media based compounds broth sugar cane. The cane’s broth composition varies greatly depending on the region of production, directly influencing the process. The strain of microorganism being used also directly affects the fermentation efficiency. Thus, a detailed study based on these variable factors is needed to make these processes become profitable and efficient, and, despite the great amount of published studies in the literature, the great variability found in bioprocess requires continuous study. In this work, the alcoholic fermentation kinetics of a culture media compound basically of industrial inverted molasses, using as microorganism a strain of Saccharomyces cerevisiae isolated from the industrial process was studied, being both honey and yeast provided by Usina Santa Terezinha. Initial concentration of substrate, S0, and temperature, T, were the controlled variables. The initial concentrations of substrate used in this work were 30, 50, 75, 100, 150 and 250 g/L and the temperatures were 32, 34 and 37 ºC. That range of temperature was chosen because they are common values to achieve in the distilleries. To obtain the kinetics parameters, batch fermentations in 1 L reactors were performed, being pH, cell concentration, substrate concentration and product concentration periodically measured. In addition to calculate the kinetic parameters maximum specific growth rate of the cells (?max), conversion factor of substrate in cells and product (YX/S and YP/S, respectively), the final yield of fermentation and the occurrence of problems related to the isolated microorganism used, like flocculation and foaming were evaluated, as well as the curves of specific growth rate of the cells and specific production of ethanol rate (?X and ?P, respectively) were obtained. Practically all obtained values were inside the range found in literature, except some ?X values, which were below those values. The strain studied showed that its anaerobic growth is significantly affected by temperature and sugar initial concentration while factors related to ethanol production were affected more intensely only by the sugar initial concentration. The use of culture media composed of previously inverted sucrose showed no difference than expected from one composed of sucrose, therefore, employ that kind of culture media wasn’t viable, because it only increases cost of production