EXPERIMENTO 4 - biotec

Prévia do material em texto

CENTRO UNIVERSITÁRIO FEI 
 
 
 
CAMILA SANTOS MUNIZ: 11.218.074-0 
KAUE MANOEL DA COSTA 11.218.243.1 
MATEUS ROCHA DA SILVA 11.218.068-2 
 
 
 
 
 
 
EXPERIMENTO 4: ESTUDO DO EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE AÇÚCARES E 
DO TIPO DE MOSTO NA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA EM ESCALA DE 
BANCADA 
 
 
 
 
 
 
 
São Bernardo do Campo 
2022 
EXPERIMENTO 4 
AULA 01: FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA 
 
1) Dados dos ensaios da Turma 653 
 
 
Tabela 1: Propriedades obtidas para o ensaio 3 
 
 
 
 
 
Grupo 
Ensaio 3 
(Melaço) 
 
T(°C) °Brix 
desejado 
Volume 
Total 
Massa 
De Melaço 
Brix 
inicial 
D0 
(g/mL) 
Brix 
final 
Df 
(g/mL) 
1 30 10 500 62,5 11,2 1,050 6,2 1,018 
2 30 15 500 93,75 14,2 1,064 8,3 1,022 
3 30 20 500 125 17,5 1,077 9,6 1,025 
4 30 25 500 156,25 23,3 1,109 12,9 1,042 
5 30 35 500 218,75 30,5 1,140 18,4 1,050 
6 30 50 500 312,5 42,5 1,200 37,1 1,151 
Fonte: o autor 
 
 
Tabela 2: Propriedades obtidas para o ensaio 4 
 
 
 
 
Grupo 
Ensaio 4 
(Sacaose) 
 
T(°C) °Brix 
desejado 
Volume 
Total 
Massa 
De 
Sacarose 
Brix 
inicial 
D0 
(g/mL) 
Brix 
final 
Df 
(g/mL) 
1 30 50 500 250 43,3 1,195 40,7 1,180 
2 30 35 500 175 31,5 1,135 25,3 1,088 
3 30 25 500 125 23,5 1,111 16,2 1,047 
4 30 20 500 100 19,2 1,080 12,2 1,040 
5 30 15 500 75 14,3 1,062 5,1 1,003 
6 30 10 500 50 9,7 1,038 3,2 0,992 
Fonte: o autor 
 
1.1 Dados dos ensaios do grupo 4 
 
Tabela 3: Propriedades obtidas para os ensaios do grupo 6 
 
 
 
 
Grupo 
Ensaio 3 
(Melaço) 
 
T(°C) °Brix 
desejado 
Volume 
Total 
Massa 
De 
Melaço 
Brix 
inicial 
D0 
(g/mL) 
Brix 
final 
Df 
(g/mL) 
4 30 25 500 156,25 23,3 1,109 12,9 1,042 
 
 
 
 
Grupo 
Ensaio 4 
(Sacaose) 
 
T(°C) °Brix 
desejado 
Volume 
Total 
Massa 
De 
Sacarose 
Brix 
inicial 
D0 
(g/mL) 
Brix 
final 
Df 
(g/mL) 
4 30 20 500 100 19,2 1,080 12,2 1,040 
Fonte: o autor 
 
 
 
2) Reta de atenuação dos ensaios realizados por todos os grupos 
 
Gráfico 1: Reta de Atenuação do ensaio 3 – Melaço (Agregando todos os grupos) 
 
 
Fonte: o autor 
 
 
 
 
Gráfico 2: Reta de Atenuação do ensaio 4 – Sacarose (Agregando todos os grupos) 
 
 
Fonte: o autor 
 
 
 
3) Cálculo da grandeza de Queda Relativa (Rf) – Ensaio 3 - Melaço 
 
𝑅𝑓 = 
(𝐷0 − 𝐷𝑓)
𝐷0
∗ 100 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 1: 𝑅𝑓 (1) = 
(1,050 − 1,018)
1,050
∗ 100 → 𝑅𝑓 (1) = 3,05% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 2: 𝑅𝑓 (2) = 
(1,064 − 1,022)
1,064
∗ 100 → 𝑅𝑓 (2) = 3,95% 
 
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
1,1
1,2
1,3
1,4
1,5
1,6
1,7
1,8
1,9
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
D
en
si
d
ad
e 
(g
/m
L
)
Tempo (h)
Reta de atenuação - Sacarose
Grupo 1
Grupo 2
Grupo 3
Grupo 4
Grupo 5
Grupo 6
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 3: 𝑅𝑓 (3) = 
(1,077 − 1,025)
1,077
∗ 100 → 𝑅𝑓 (3) = 4,83% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 4: 𝑅𝑓 (4) = 
(1,109 − 1,042)
1,109
∗ 100 → 𝑅𝑓 (4) = 6,04% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 5: 𝑅𝑓 (5) = 
(1,140 − 1,050)
1,140
∗ 100 → 𝑅𝑓 (5) = 7,89% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 6: 𝑅𝑓 (6) = 
(1,200 − 1,151)
1,200
∗ 100 → 𝑅𝑓 (6) = 4,08% 
 
 
 
4) Cálculo da grandeza de Queda Relativa (Rf) – Ensaio 4 - Sacarose 
 
𝑅𝑓 = 
(𝐷0 − 𝐷𝑓)
𝐷0
∗ 100 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 1: 𝑅𝑓 (1) = 
(1,195 − 1,180)
1,195
∗ 100 → 𝑅𝑓 (1) = 1,25% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 2: 𝑅𝑓 (2) = 
(1,135 − 1,088)
1,135
∗ 100 → 𝑅𝑓 (2) = 4,14% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 3: 𝑅𝑓 (3) = 
(1,111 − 1,047)
1,111
∗ 100 → 𝑅𝑓 (3) = 5,76% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 4: 𝑅𝑓 (4) = 
(1,080 − 1,040)
1,080
∗ 100 → 𝑅𝑓 (4) = 3,70% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 5: 𝑅𝑓 (5) = 
(1,062 − 1,003)
1,062
∗ 100 → 𝑅𝑓 (5) = 5,56% 
 
𝐺𝑟𝑢𝑝𝑜 6: 𝑅𝑓 (6) = 
(1,038 − 0,992)
1,038
∗ 100 → 𝑅𝑓 (6) = 4,43% 
 
 
5) Representação gráfica da Queda Relativa de Densidade em função do BRIX para 
os ensaios 3 e 4 utilizando os dados de todos os grupos: 
 
Gráfico 3: Queda Relativa de densidade em função do 
BRIX para os ensaios 3 e 4 
 
 
Fonte: o autor 
 
 
6) Discussão dos Resultados da aula 1 - Fermentação: 
 
• Por que nas usinas de álcool e açúcar utiliza-se preferencialmente o teor de 
açúcares em torno de 20 BRIX para a fermentação? 
O melaço quando está em sua forma pura (80 °Brix) está muito concentrado, e isso atrapalha 
o rendimento da levedura devido a pressão osmótica, causando até morte celular dos mesmos, 
apesar de uma grande concentração facilitar a produção do etanol e baixa produtividade da 
vinhaça. 
Concentração abaixo de 15 °Brix, abaixa o rendimento de etanol, com grande aumento no 
subproduto vinhaça, perdendo assim a qualidade do álcool. Por isso, 20°Brix está na faixa ideal 
pois não estressa a levedura por conta da concentração e pressão osmótica e ideal para Bom 
rendimento de etanol e baixa (quase nula) produção de vinhaça, aumentando a qualidade e 
quantidade de etanol 
 
• Por que nas usinas de álcool e açúcar utiliza-se mosto preparado com melaço e 
caldo de cana no lugar de usar o açúcar para a fermentação? 
As usinas de álcool e açúcar dão preferência pelo uso de mosto preparado com melaço e 
caldo de cana pois diferente de açucares simples (tais como a glicose, frutose e sacarose), isso 
pois, quantidades de açúcar maiores no mosto são desejáveis para permitir a maior produção de 
etanol, podendo-se chegar a mostos com até 15 % de etanol e reduzindo o volume de vinhaça. 
Mostos de cana de açúcar apresentam em torno de 21° BRIX (aproximadamente 21% de sólidos 
dissolvidos), levando a um rendimento alcoólico em torno de 9% a 11% de etanol no mosto. 
Por último, importante destacar que por viabilidade econômica, a utilização de mosto preparado 
com melaço e caldo de cana de açúcar é mais favorável do que o uso de açúcar 
 
AULA 02: DETERMINAÇÃO DA EFICIÊNCIA DE FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA 
 
Cálculo da eficiência de fermentação ou rendimento (EF): 
1) Estequiometria da fermentação alcoólica: 
𝐶12𝐻22𝑂11 (𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒) + 𝐻2𝑂 → 𝐶6𝐻12𝑂6 (𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒) + 𝐶6𝐻12𝑂6 (𝑓𝑟𝑢𝑡𝑜𝑠𝑒) 
𝐶6𝐻12𝑂6 (𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒/𝑓𝑟𝑢𝑡𝑜𝑠𝑒) → 2𝐶2𝐻5𝑂𝐻 (𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙) + 2𝐶𝑂2 
2) Fator de conversão substrato a produto teórico (YP/S teórico): 
𝑌𝑃/𝑆 =
∆𝑃
∆𝑆
 
𝑌𝑃/𝑠𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜 =
(2 ∗ 46)
180
= 𝟎, 𝟓𝟏𝟏
𝒈𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍
𝒈𝒈𝒍𝒊𝒄𝒐𝒔𝒆
 
3) Cálculos da obtenção do Etanol (dados do grupo 4) 
Para o cálculo da porcentagem do volume de etanol produzido, será necessário a 
utilização da Tabela Alcoolométrica para converter a densidade experimental a 20°C em % 
em volume. 
Para o grupo 4, encontrou-se uma densidade de 0,9895 a 20°C 
Para encontrar a %(v/v) na tabela, será necessária uma interpolação: 
D 20°C / 20°C % v/v 
0,98956 7,5 
0,98950 x 
0,98944 7,6 
 
𝑥 = %
𝑣
𝑣
= 7,55 
Volume de etanol produzido (base de 500 mL) 
𝑣𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 0,0755 ∗ 500 𝑚𝐿 = 𝟑𝟕, 𝟕𝟓 𝒎𝑳 
Massa de etanol produzida (ρ etanol anidro = 0,789 g/cm³) 
𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙 = 37,75 𝑐𝑚
3 ∗ 0,789 𝑔/𝑐𝑚³ 
𝒎𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍 = 𝟐𝟗, 𝟕𝟖 𝒈 
 
Massa equivalente de Glicose: 
𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒 = 𝑚𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒/342 
𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒 = 100/342 
𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒 = 0,292 𝑚𝑜𝑙 
𝑚𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 = 𝑛𝑠𝑎𝑐𝑎𝑟𝑜𝑠𝑒 ∗ 2 ∗ 180 
𝑚𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 = 0,292 ∗ 2 ∗ 180 
𝒎𝒈𝒍𝒊𝒄𝒐𝒔𝒆 = 𝟏𝟎𝟓, 𝟏𝟐 𝒈 
Fator de conversão substrato a produto experimental: 
𝑌𝑃/𝑆𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑛𝑜𝑙/𝑚𝑔𝑙𝑖𝑐𝑜𝑠𝑒 
𝑌𝑃/𝑆𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 29,78/105,12 
𝒀𝑷/𝑺𝒆𝒙𝒑𝒆𝒓𝒊𝒎𝒆𝒏𝒕𝒂𝒍 = 𝟎, 𝟐𝟖𝟑 
𝒈𝒆𝒕𝒂𝒏𝒐𝒍
𝒈𝒈𝒍𝒊𝒄𝒐𝒔𝒆
 
Eficiência da Fermentação: 
𝐸𝐹 = (
𝑌𝑃
𝑆
𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙
𝑌𝑃
𝑆
𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑜
) ∗ 100 
𝐸𝐹 = (
0,283
0,511
) ∗ 100 
𝑬𝑭 = 𝟓𝟓, 𝟑𝟖% 
4) Dados referentes a todos os grupos: 
Obs: Os dados serão dispostos em tabela, contudo, os cálculos foram realizados 
utilizando fórmulas do tópico anterior. 
 
Tabela 4: Dados obtidos da destilação para todos os grupos 
 
Fonte: o autor 
 
 
 
 
 
 
 
 
Grupo D 20°C / 20°C % v/v v etanol (cm³) m etanol (g) n sacarose (mol) m glicose (g) Y p/s exp Y p/s teo Eficiência C sacarose
1 0,99225,46 27,30 21,54 0,73 263,16 0,08 0,51 16,02 0,50
2 0,9888 8,11 40,55 31,99 0,51 184,21 0,17 33,99 0,35
3 0,9884 8,44 42,20 33,30 0,37 131,58 0,25 49,52 0,25
4 0,9895 7,55 37,75 29,78 0,29 105,26 0,28 55,37 0,20
5 0,9886 8,27 41,35 32,63 0,22 78,95 0,41 80,87 0,15
6 0,9902 7,00 35,00 27,62 0,15 52,63 0,52 102,68 0,10
 Gráfico 4: Dados obtidos de % volumétrica de etanol obtida após destilação do ensaio 
4 – Sacarose 
 
 
Gráfico 5: Eficiência de fermentação (rendimento) em função da concentração de sacarose 
 
Fonte: o autor 
 
5) Discussão dos resultados da aula 2: Determinação da eficiência de fermentação 
alcoólica 
O aumento da concentração de substrato resulta em um aumento da pressão osmótica dentro 
da célula causando aumento na morte celular. Logo, a concentração de açúcar influencia 
diretamente na eficiência da fermentação alcoólica, quanto maior essa concentração, maior a 
velocidade de fermentação resultando em inibição do transporte de açúcar e produzindo menos 
álcool. 
 
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2
E
fi
ci
ên
ci
a
C sacarose
Eficiência de fermentação (rendimento) em 
função da concentração de
sacarose