2.2.1 Tratamento do caldo para produção de etanol
O processo de tratamento inicia-se com a remoção das impurezas grosseiras do caldo. Neste caso, o caldo extraído é submetido a peneiras (DMS, Vibratória, “Cush-Cush” ou Rotativa) para remoção do bagacilho. A seguir pela ação de hidrociclones ou turbos filtro remove-se parte das impurezas minerais, especialmente terra (ALBUQUERQUE, 2011).
Após tratamento físico, o caldo ainda pode apresentar quantidades significativas de bagacilho e terra em suspensão, assim como compostos solúveis. Por esta razão deve-se complementar a clarificação do caldo, através do tratamento químico. Este deve ser brando, para que não ocorram remoções significativas de nutrientes importantes para a levedura, tais como fósforo, nitrogênio e magnésio, ao longo do processo fermentativo (WALKER, 1998).
O tratamento químico consiste na adição de hidróxido de cálcio ao caldo até elevação do pH para 5,8-6,0. A seguir, realiza-se aquecimento a 100-105°C, possibilitando a formação de precipitados mais densos que a solução, denominados fosfato de cálcio (STEINDL, 2010). Na sequência este caldo aquecido é disposto em decantador, onde recebe a adição de polieletrólitos sintéticos a base de acrilamida, que auxiliam a decantação dos fosfatos de cálcio aumentando a velocidade de sedimentação, permanecendo por período de 25 minutos no decantador rápido (REIN, 2012).
Deve-se destacar que a precipitação do fosfato de cálcio é resultante da reação entre o fósforo presente no caldo e a cal adicionada. Este adsorve e arrasta grande parte do material suspenso no caldo extraído. Ao mesmo tempo, o aquecimento a 100-105ºC favorece a eliminação de quantidades significativas dos micro-organismos que estão em suspensão (OLIVA-NETO; YOKOYA, 1997).
O tratamento do caldo é fundamental para a remoção de impurezas solúveis e insolúveis presentes no caldo extraído. Não obstante, deve-se observar para seja realizado de maneira adequada e de acordo com as recomendações técnicas, evitando prejuízos, tais como a remoção de nutrientes do caldo, que são essenciais para o metabolismo dos microrganismos fermentadores. Caso este fato ocorra, pode ainda acarretar em grandes quantidades de íons de cálcio no mosto (STEINDL, 2010), os quais afetam negativamente o metabolismo das leveduras (WALKER, 1998).
2.2.2 Preparo do Mosto
Mosto é toda solução açucarada apta a ser fermentada. Para tanto, deve apresentar concentrações ideais de açúcares, nutrientes, temperatura, pH e concentrações mínimas de micro-organismos contaminantes (LIMA et al., 2001).
Atualmente as unidades sucroalcooleiras brasileiras, utilizam como matéria- prima para preparo do mosto, caldo clarificado e melaço residual da fabricação do açúcar. Pode-se utilizar ainda caldo extraído e xarope (caldo clarificado concentrado a 65ºBrix) dependendo das necessidades produtivas da unidade industrial (LIMA et al., 2001).
Nos últimos anos, em virtude dos elevados preços do açúcar no mercado internacional, o “mix” de produção tem sido direcionado para açúcar. Neste caso, quantidade significativa da produção de etanol utiliza o melaço como matéria-prima para preparo do mosto.
Independente do mosto utilizado, este deve apresentar concentração de sólidos solúveis entre 14-28%, temperatura de 28-32ºC, pH entre 4,0-4,5 (WALKER, 1998) e quantidade de micro-organismos totais inferiores a 106 Unidades Formadoras de Colônia/mL (STEINDL, 2010).
Com relação aos teores de nutrientes, requeridos para o desenvolvimento do processo de fermentação, de acordo com Amorim (2005), o mosto deve conter quantidades de nitrogênio entre 100-300 mg/L, fósforo de 50-250 mg/L, potássio de 700-1300 mg/L, magnésio 100-200 mg/L, zinco, cobre e manganês de 1 a 5 mg/L. Considerando-se enxofre, cálcio e alumínio deve-se cuidar para que os teores sejam os menores possíveis, uma vez que podem afetar negativamente o metabolismo da levedura.
O melaço sendo um resíduo obtido da produção de açúcar contém teores significativos de açúcares. Entretanto, considerando-se os compostos inorgânicos, verifica-se a necessidade de suplementação, seja pela adição de sais diretamente no mosto (sulfato de amônio, ácido fosfórico, etc) ou mesmo pela mistura com o caldo clarificado (FREITA et al., 2012; PAVANI et al., 2013).
Com relação aos compostos orgânicos, o melaço, de modo geral, pode apresentar elevadas concentrações de compostos fenólicos, ácidos, furfural e outros subprodutos que podem inibir o metabolismo da levedura em fermentação (MUTTON et al., 2012), diminuindo a viabilidade dos brotos e dos brotamentos (MASSON et al., 2012).
2.2.3 Fermentação Etanólica
A fermentação é o processo através do qual os açúcares presentes no mosto são transformados em etanol, gás carbônico, por ação das leveduras (AMORIM, 2005).
Além destes compostos, deve-se destacar ainda a formação e liberação de glicerol, ácidos orgânicos (succínico, acético, pirúvico e outros), álcoois superiores, acetaldeído, acetoína, butilenoglicol, assim como outras biomoléculas de menor significado quantitativo. Simultaneamente ocorre a formação de biomassa. Estima- se que 5% do açúcar metabolizado pela levedura seja desviado para gerar produtos secundários de fermentação, resultando em eficiência, teórica, de 95% em etanol (INGLEDEW, 2009).
Segundo Amorim (2005) a taxa de produção de biomassa, ou índice de brotamentos, deve ser da ordem de 5-15% de células. Considerando-se que para realização de fermentação com elevados rendimentos em etanol, deve-se manter a concentração de células no meio de 10-13% (p/p). Para valores iguais ou superiores a 15%, verifica-se excesso de leveduras no meio, sendo necessário retirar este excedente, através de procedimento denominado sangria do fermento. Por ocasião do processamento nas unidades sucroenergéticas, este excedente é seco em equipamentos denominados “spray-dry”, sendo comercializado como constituintes de fórmulas de ração animal, devido ao elevado valor proteico, fibra, cinzas e vitaminas que a levedura pode apresentar.
Relatos de Yamada et al. (2003), asseguram que a levedura após processo de fermentação apresenta 39,6% de proteínas, 31,4% de fibras, 4,6% de cinzas, 0,5% de cinzas, 9% de ácido ribonucleico, além de 14,9% de outros compostos. Meurer (2000) destaca ainda a produção significativa de vitaminas do complexo B, especialmente a tiamina, riboflavina, niacina e ácido pantotênico.
A levedura pode apresentar ainda moléculas indesejáveis, tais como resíduos de antibióticos e de outros insumos utilizados durante as diferentes etapas do processamento industrial (INGLEDEW, 2009).
Merece especial atenção, a presença de moléculas nocivas, como a acrilamida, que apresenta ações neurotóxicas e carcinogênicas em animais e humanos (OMS, 2002). Neste caso particular, o resíduo é decorrente do emprego de polieletrólitos sintéticos destinados ao tratamento de caldo. Não obstante, este processo seja comumente utilizado por todas as unidades de produção industriais na atualidade, até o momento este tipo de investigação ainda não mereceu maiores atenções.
Considerando-se as exigências legais para resíduos em alimentos, as normativas destinadas aos processos num contexto de sustentabilidade, segurança ambiental e risco potencial, devem-se buscar novas tecnologias, assim como produtos e/ou moléculas que ofereçam menores riscos.