EFEITO DO SISTEMA DE FERMENTAÇÃO, DO SUBSTRATO E DAS CONDIÇÕES DE TRATAMENTO DO FERMENTO SOBRE O RENDIMENTO DA FERMENTAÇÃO ETANÓLICA CONTAMINADA COM LEVEDURAS Saccharomyces cerevisiae NATIVAS E BACTÉRIAS CONSORCIADAS

UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA “LUIZ DE QUEIROZ”

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM “CIENCIA E TECNOLOGIA DOS ALIMENTOS”

CURSO DE DOUTORADO

VANDA RENATA REIS

ORIENTADORA: PROFª. DRA. SANDRA REGINA CECCATO ANTONINI

EFEITO DO SISTEMA DE FERMENTAÇÃO, DO SUBSTRATO E DAS CONDIÇÕES DE TRATAMENTO DO FERMENTO SOBRE O RENDIMENTO DA FERMENTAÇÃO ETANÓLICA CONTAMINADA COM LEVEDURAS Saccharomyces cerevisiae NATIVAS E BACTÉRIAS CONSORCIADAS

PIRACICABA

Estado de São Paulo – Brasil

Novembro / 2013.

Sumário

RESUMO        2

1.        Introdução        3

2.        Objetivos        6

3. Material e Métodos        7

3.1 Material biológico        7

3.2 Floculação        7

3.4 Avaliação das condições do tratamento do fermento para controle da contaminação pela levedura selvagem e bactéria        7

3.5 Testes fermentativos com tratamento do fermento em sistema de batelada com reciclo celular        8

3.6 Testes fermentativos com tratamento do fermento em sistema de batelada alimentada com reciclo celular        9

3.7 Testes fermentativos em escala de fermentador        9

3.8 Avaliação da produção de metabólitos pelas leveduras e bactérias durante a fermentação        9

3.9. Análise estatística        9

4- Resultados parciais        10

4.1- Escolha do material biológico        10

4.2- Efeito do baixo pH e etanol em tratamentos simples e combinados sobre o crescimento de linhagens rugosas e mucosa de Saccharomyces cerevisiae e da bactéria Lactobacillus fermentum.        10

5. Bibliografia        17

RESUMO

A fermentação alcoólica é o fenômeno por meio do qual os açúcares são transformados em álcool e gás carbônico, principalmente por ação das leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae. Há várias maneiras de se conduzir a fermentação. O reator biológico pode ser operado de forma descontínua, semicontínua, descontínua alimentada (ou batelada alimentada) ou contínua, todos podendo trabalhar com ou sem recirculação do fermento. O mosto utilizado poder ser composto de caldo ou melaço. Uma das principais preocupações na indústria sucro-alcooleira é combater os microrganismos contaminantes, representados pelas bactérias e leveduras que se instalam no processo e causam queda no rendimento. Estudos com o objetivo de verificar o efeito conjunto das bactérias e leveduras nativas, em consorciação, sobre a fermentação têm sido pouco encontrados, de forma que o presente trabalho se propõe a avaliar o efeito das leveduras S. cerevisiae nativas que apresentam colônias rugosas e células em pseudohifas, e bactérias, sobre o rendimento da fermentação alcoólica, utilizando-se a levedura industrial PE-02 como levedura do processo, procurando condições que minimizem o efeito das contaminações. Serão avaliados o sistema de fermentação (batelada e batelada alimentada), tratamento do fermento (efeito simples e combinado de pH e etanol) e do substrato (caldo de cana ou melaço) sobre o desenvolvimento destas fermentações, procurando avaliar o papel de cada um dos microrganismos (levedura do processo, levedura nativa e bactéria) durante o processo.

1. Introdução

A fermentação alcoólica é realizada utilizando-se leveduras como agentes de transformação. Estas são fungos unicelulares com reprodução vegetativa por brotamento ou fissão. Sua distribuição é bastante ampla podendo ser encontrada por exemplo em flores, folhas, frutos, solo, ar, lago, rios, mares e até internamente em insetos e animais (PHAFF; STARMER, 1987)

A fermentação alcoólica é o fenômeno por meio do qual os açúcares são transformados em álcool e gás carbônico, principalmente por ação das leveduras da espécie Saccharomyces cerevisiae. No entanto, há várias maneiras de se conduzir a fermentação. O reator biológico pode ser operado de forma descontínua, semicontínua, descontínua alimentada (ou batelada alimentada) ou contínua, todos podendo trabalhar com ou sem recirculação do fermento. Segundo Amorim (2005), 85% das unidades produtoras de etanol do país funcionam em sistema de batelada, e somente 15% em sistema contínuo.

O sistema em batelada apresenta um processo lento, com um inóculo por tanque e com recirculação de células, ou seja, usando como inóculo o microorganismo da batelada anterior. Este processo é o mais seguro, quando há problemas de manutenção e condições de assepsia, pois ao final de cada batelada a dorna será esterilizada, recebendo um novo inóculo.

O sistema em batelada alimentada é mais utilizado no Brasil, sendo chamado por sistema Melle-Boinot. Neste processo inicia-se a fermentação com a inoculação do pé-de-cuba nas dornas, sendo o mosto alimentado com uma vazão definida, de modo a minimizar os efeitos de inibição pela alta concentração de açúcar no substrato (FERREIRA, 2008). A fermentação do mosto ocorre durante a alimentação da dorna, e continua após o término do enchimento da mesma, terminando quando o teor de açúcares fermentescíveis (ART) se torna desprezível (CARIOCA; ARORA, 1984).  O tempo de alimentação é em torno de 4 a 5 horas e o tempo de “morte” da dorna varia de 4 a 7 horas.

Terminada a fermentação, o mosto fermentado, denominado de vinho ou vinho bruto, é encaminhado para uma dorna volante e segue para as centrífugas para separação do fermento. O vinho delevedurado (centrifugado) é enviado às colunas de destilação, enquanto o creme ou leite de leveduras vai para a cuba de tratamento. O processo de tratamento ácido do leite de levedura varia bastante conforme a unidade produtora, mas de modo geral sofre inicialmente uma diluição com água (até a proporção de 1 parte de leite de levedura para 1 parte de água) e a seguir recebe a adição de ácido sulfúrico até atingir um pH na faixa de 2,0 a 3,0. A seguir, o fermento tratado vai para a cuba de descanso, onde permanece por 2,0 a 3,0 horas (FERREIRA, 2008).