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Definições: - Mono e dissacarídeos, incluindo a sacarose obtido a partir do caldo de cana- de açucar, beterraba, podendo apresentar glanumometrias e formas de apresentação variadas. - Edulcorantes => substancia que possui o sabor doce (Sorbitol, Manitol, Acesulfame de potássio, Aspartame, Ácido ciclâmico, Isomalte, Sacarina, Sucralose, Taumatina, Esteviol, Neotame, Maltitol, Lactitol, Xilitol, Eritrito) Fontes de açúcar Cana de açucar: principal matéria-prima para obtenção do açúcar utilizado no mundo. Beterraba açucareira Mel: (Formado apartir do néctar das flores → recolhem → transformam → conbinam com substâcias específicas e armazenam e deixam maturar. Açúcar redutores (glicose + frutose) Açucar de coco: Derivado da seiva das flores da pameira do coco, possui um baixo indice glicemico. Possui, vitaminas, Fe, Zn, Po e Mg. Se asemelha com açucar mascavo e seu potencial adoçate é semelhate a do açucar refinado. Açucar de maçã: Obtido a partir da desidratação da fruta ou a partir do seu soco concetrado (bastante hidroscopico) Polióis e outro adoçamtes: Sucralose ( Não é absorvido pelo organismo, não gera ganho calórico, a preseça do cloro potencializa o poder adoçante). Não recomendado para alimento que iram sofrer aquecimento gera compostos tóxiocos, acumulativos no organismo humano e potencialmente cancerígenos) Isomaltulose e seu derivado Isomalte: Adoçante de baixo valor clórico, não cariogênicos, hidrólise lenta, contidos em suplementos alimentares Poliólis (manitol): Encontrada em algas, algumas platas (beterraba, cebola, aipo azeitona), hidrolise da frutose, bacterias e fungos produzem. Polióis (sorbitol): Redução do grupo aldeído; não carogênico. Poliólis (eritritol): Obtido a partir da fermentação da glicose ou sacarose (frutas, legumes e cogumelos), potencial anti- hiperglicêmico. Polióis (xilitol): Encontrado em fibras vegetais (milho, frambuesa, ameixa), sintetizado por meio da hidrogenação da xilose, potencial anti- hiperglicêmico, sensação bucal refrescante, não cariogênico, não fermetável. Glicosídeo de esteviol: Origem planta Stevia rebaudiana. Glicosídeo → uma classe de substâncias químicas formadas pela união de moléculas de glícidos - glicídeos, gliconas ou "oses" (geralmente um monossacarídeo) - e aglicona, da qual resulta uma glicose por hidrólise. Estável até 200 °C (uso culinário). AÇÚCAR Clima para cultivo: tropical e subtropical (alta disponibilidade de água temperaturas elevadas e alto índice de radiação). Época de plantio e colheita: Depende do objetivo de produção Análise laboratoriais Presença de impurezas: Feita manualmente retirando dos colmos da cana a palha, folhas e resto de árvores. Após retirada, pesa-se essas impureza, gerando um coeficiente de quanto de impureza vegetal está esntrado na usina. Impureza mineral: Após a amostra ser desfibrilada para entrar na usina, é destinado uma parte para a análise de impurezas minerais: coloca-se cerca de 30g em um cadinho que será incinerado em um forno mufla em uma temperatura de 600 – 800 °C durante 8 horas. Rendimento (PBU): 500 g da amostra prensados a uma força de 250 kg/cm³ durante 1 min. É possível comparar o peso antes da extração do caldo com o peso obtido após extração do caldo por essa prensa; pH: A faixa ideal de pH de uma cana boa é de 5,2 a 5,5 (phmetro). Teor de sacarose: ºBrix: escala que relaciona o índice de refração (razão entre as velocidades da luz de dois meios pelos quais ela se propaga) de uma determinada solução com o seu teor de sólidos solúveis. 1ºBrix equivale a 1 g de açúcar/100 g da amostra. O ° Brix: permiti saber o ponto de maturação para a colheita Determinação do POL (teor de sacarose aparente na cana); Relação POL/BRIX = pureza Quanto mais elevada a pureza da cana,melhor a qualidade da matéria – prma para a indústria. Sacarímetro: O caldo após clarificação é avaliado em sacarímetro para determinação do valor de POL. Os sacarímetros convencionais funcionam polarizando a luz da lâmpada, que atravessa um compartimento onde fica uma amostra do caldo de cana. A molécula do açúcar, por ser assimétrica, tem uma propriedade que é a de rotacionar o plano de polarização da luz. O ângulo de desvio da luz polarizada é linearmente proporcional à concentração de açúcar no caldo. Fatores que afetam as caracteristicas Variedade da cana (porcentagem de fibra, teor de açucar, etc) Variações do clima (umidade do ar, chuva, seca etc) Cana de açúcar Caracteristica do solo Trtaos de culturais (impurezas, pragas, doenças, adubação) Tempo de queima/ corte e a moagem na indústria. Características desejáveis da cana de açúcar Elevado rendimento por hectare; Elevado teor de sacarose e baixo de fibras; Resistente a pragas e doenças; Rápida germinação; Boa adaptabilidade a solo e clima; Adaptação ao plantio mecanizado; Plástico verde (biodegradável): polietileno da cana-de-açúcar → feito por intermedio do bagaço de cana Bioenergia: Energia proviniente da biomassa (vegetal e animal), produz eletricidade por meio de combustivel ou calor (bagaço de cana). Bioetanol: etanol produzido a partir de resíduos vegetais. Alimentos formados Açucares Rapadura Melaço Cachaça rum PROCESSOS PARA OBTENÇÃO Operações preliminares do processo Colheita da cana (Manual e mecanizada) Carregamento Transporte Pesagem Descaregamento Armezenameto Lavagem da cana Preparo da cana para moagem (desfibrilar) Objetivo é facilitar aa extração do caldo (rico em sacarose) das partes duras e fibrosasda cana → rompimento dos tecidos vegetais Como consequência, temos uma maior eficiência e velocidade da moenda, maior rendimento na extração de caldo e menor exigência de trabalho da própria moenda, o que contribui para uma maior vida útil do equipamento. Extração, purificação e evaporação do caldo A extração do caldo → processo físico de separação do caldo da fibra (bagaço), que pode se dar por dois tipos de processo: moagem ou difusão. Moagem Pressão mecânica dos rolos de moendas sobre o “colchão” de cana desfibrada; é comum o uso de uma bateria de moendas, compostas de quatro a seis ternos. Embebição: etapa entre cada moagem na qual ocorre adição de água ou caldo diluído ao bagaço com o objetivo de aumentar a eficiência da extração. Capacidade da moagem: Preparo da cana , Uniformidade da alimentação; Fibra da cana ; Velocidade das moelas; Automatismo do sistema de alimentação Eficiência de extração: quantidade de sacarose extraída das canas pelas moendas; ordem de 96 % Extração por difusão A extração da sacarose ocorre por lavagem da cana com água (70 ºC) num processo contracorrente; A extração se dá por lixiviação (separação de um produto pelo solvente adequado); A água quete auxilia tato na velocidade do processo quento na minização de micrordanismos contaminantes. Eficiencia ordem de 98% Extração, purificação e evaporação do caldo 1° peneiragem: cujo objetivo é a remoção de impurezas e partículas maiores (restos de bagaço e casca). 2° clarificação: É partir dessa etapa que podemos obter diferentes tipos de açúcar, a depender do método de clarificação ou das etapas adotadas. Caleação: : hidróxido de cálcio é adicionado ao caldo, e a mistura é aquecida. As partículas indesejáveis (ceras, gorduras, proteínas, gomas) floculam, e o caldo segue para o cozimento. Sulfitação: objetivo inibir reações que causam alterações indesejáveis de cor no açúcar e diminuira viscosidade do caldo/xarope, o que irá facilitar os processos seguintes de evaporação e cozimento. O contato do caldo com gás sulfuroso (SO2 ) promove: - Redução do pH do caldo; - Formação de complexos com os açúcares redutores (impede reação de Maillard); - Reduz a ação de microrganismos (ação conservante); - Auxilia na decantação de ceras, gorduras e proteínas (redução da viscosidade do caldo). Problemas que ocorre na sulfitação: - Formação de ácidos sulfúrico (corrosão de equipamento e inversão da sacarose). - Uso de enxofre não é aceito em alguns mercados internacionais → dificuldade (exportação açucar bruto) N sulfitação há o abaixamento do pH, posteriormente o processo da calgem proporciona com que o pH aumene, ocasionando uma netralização. Demerara e o VHP: o caldo clarificado por caleação. Açúcar mascavo: não passa por clarificação! O caldo peneirado vai direto para a etapa de cozimento e, depois, evaporação e secagem. “Canas verdes, passadas ou queimadas possuem elevados teores de açúcares redutores (glicose e frutose) e não produzem a cristalização necessária à fabricação de açúcar mascavo, além de resultarem em produto escuro e com menor rendimento, afetando a sua qualidade. O ponto do açúcar mascavo é mais avançado do que o da rapadura, recomenda-se o uso de bicarbonato para a obtenção do ponto. Açúcar do tipo cristal ou do tipo refinado passam por sulfitação seguida de caleação; Outras etapas de clarificação: Fosfatação: auxilia na remoção de materiais corantes e parte dos colóides do caldo (ceras, gorduras e proteínas). É considerada uma etapa auxiliar da sulfitação quando o caldo é pobre em fosfato; Carbonatação: O caldo é aquecido, tratado com leite de cal e depois com CO2 . Há precipitação de carbonato de cálcio, que englobará as matérias primas corantes e as gomas, tornando um complemento da clarificação. É um método usado na produção de açúcar de beterraba e muito pouco citado para açúcar de cana; Importancia do aquecimento do caldo Redução da contaminação microbiana Desnaturação de proteina Remoção do ar do caldo (eliminação de gases dissolvidos) Diminuição da viscosidade do caldo (maior velocidade de floculação/ decantação de partículas. Em seguida tem se o processo de decantação do caldo. Separação por gravidade , é conduzida com mais efetividade na clarificação do caldo. Permanece 3 horas no decantador alcool e 5 horas açucar O lodo ainda é filtrado para tirar qualquer resido de sacarose e a torta é utilizada como adubo. Remoção de água e concentrar os sólidos O processo se dá em 2 estágios 1° Evaporação da água do caldo (16 a 20° Brix), gerando vapor vegetal e xarope (cerca de 65° Brix) Evaporadores: Simples efeito, duplo efeito e mútiplos efeitos . Xarope: caldo concentrado e não cristalizado de açúcar; é um líquido denso, viscoso e de coloração escura. Clarificação do xarope Etapa que visa garantir um xarope sem presença de impurezas e, consequentemente, um açúcar de maior qualidade; Quanto mais puro o xarope, melhor conduzida a etapa de cristalização; A flotação é um processo de separação sólido-líquido e líquidolíquido no qual materiais em suspensão são aderidos a bolhas de ar (ou outro gás), tornando-se mais leves que o meio em que se encontram, tendendo a flutuar na superfície do meio, de onde são removidos na forma de um lodo ou espuma; 2° Estágio: Cozimento e cristalização da sacarose Após a clarificação no flotador, o xarope segue para os cozedores para concentrar ainda mais o material alcançando um Brix de 90. ↑ viscosidade ↑ ºBrix Quando o BRIX alcança 78° a 80°, os cristais de sacarose começam a aparecer e a constituição da massa se transforma: estado líquido → estado meio sólido, meio líquido → massa cozida. A consistência da massa cozida não mais permite fervê-la em tubos estreitos e nem fazê-la circular facilmente. Por isso utilizase o cozedor à vácuo (evaporador de simples efeito, desenhado para manipular materiais densos e viscosos). O cozedor é um cristalizador evaporativo → equipamento para realizar e controlar a cristalização do açúcar por meio da evaporação da água. Choque → a cristalização é obtida sob temperatura mais elevada (75 ºC) e baixo vácuo. Após a concentração do xarope até um certo grau, diminui-se bruscamente a pressão, gerando uma forte ebulição e queda brusca da temperatura, o que leva à cristalização da sacarose; Semente ou semeadura → Uma certa quantidade de açúcar finamente moído (semente) é adicionada ao cozedor que recebeu xarope, havendo crescimento dos cristais por deposição; Espera → o cozedor concentra o xarope até o aparecimento espontâneo dos cristais de sacarose. A: região muito instável (cristais se formam rapidamente e espontaneamente); B: não há crescimento de cristais a menos que sementes de cristais sejam adicionadas à solução e sobre as quais o soluto se deposita até que se atinja a saturação; C: região mais estável. Durante o cozimento da massa, temos cristais formados espontaneamente em regiões supersaturadas, mas que são instáveis e se desfazem quando a massa é agitada e passam a ocupar regiões menos saturadas. Para que o cristal formado seja estável, ele precisa adquirir um raio crítico (~190 nm). O método por semeadura é o que permite maior controle da cristalização (número e tamanho dos cristais). Por esse motivo é o mais utilizado; Nele, os cristais não são formados, mas adicionados e aumentados de tamanho; Cristais muito pequenos (sementes) são adicionados à massa cozida para formação de cristais maiores, mais uniformes e estáveis; Sementes são feitas em laboratorio A padronização final do cristais dependerá de: Das condições adequadas do processo de cozimento para que ele ocorra na região metaestável (pressão, temperatura e concentração da massa); - Da qualidade do xarope inicial (pureza e Brix); - Da agitação do cozimento; - Tempo de cozimento; - Da pasta de sementes adicionada; Centrifugação Após a cristalização, a massa cozida é composta de cristais de sacarose revestidos por um “mel” (açúcar não cristalizado); Essa massa resfriada segue para a etapa de centrifugação que visa a remoção desse mel e a obtenção somente dos cristais de sacarose. As centrífugas são construídas com um cesto perfurado. A ação da força centrífuga faz o mel passar por essa tela perfurada, sendo separado dos cristais → o mel coletado é encaminhado para usinas de produção de álcool. Após a centrifugação, o açúcar está com elevado teor de umidade (~2%) e temperatura mais alta (entre 50 e 60 ºC); assim é levado para um secador. Obtenção de outros açucares Refino do açúcar: objetivo é a purificação ainda maior do açúcar e seu branqueamento; Açúcar líquido: sacarose dissolvida em solução; Açúcar invertido: solução de glicose, frutose e sacarose residual; Fermetação: O que é: Processo anaeróbio realizado por alguns micorganismos e tecidos (vegetais e animais) visandoo a obtenção de energia. Fonte de carboidrato (substrato) é degradado para a obtenção de energia, além disso outros podutos são fabricados no processo feementativo. Etanol: Molécula orgânica presença de hidroxila Líquido incolor, inflamável Volátil Pode ser obtido de recursos: naturais renováveis: (bioetanol), como a cana-de- açúcar, beterraba e fontes amiláceas. fósseis (não renováveis): derivado do petróleo → mais usado como combustível. ETANOL (BIOETANOL) Sua obtenção se dá pela fermentaçãodo açúcar, proveniente de fontes diversas, pela levedura Saccharomyces cerevisiae; O álcool, seja anidro ou hidratado, pode ser obtido de diferentes matérias-primas; quando é obtido exclusivamente de cereais como milho ou sorgo, pode ser chamado álcool de cereais; Quando falamos de bebidas alcoólicas, a matéria-prima dita quem será o produto final; Grau Gay-Lussac (GL): É a quantidade em mililitros de álcool absoluto (etanol) contida em 100 mililitros de mistura hidroalcoólica. Álcool etílico potável de origem agrícola: graduação alcolica 95%, a 20 °C, obtido por amostras detilo – retificação de amostra provinientes unicamente de mtéria- prima de origem agrícola, de natureza açucarada ou amilácea, resultante de fermetação alcoólica, como também o produto da retificação de aguardente ou de destilado alcoólico simples. Mostra: É a substância de origem vegetal ou animal que contém elemento amiláceo ou açucarado, susceptível de transformar-se principalmente em álcool etílico, por fermentação alcoólica. Bebida alcoólica fermentada: É a bebida alcoólica obtida por processo de fermentação alcoólica. Bebida alcoólica destilada: É a bebida alcoólica obtida por processo de fermento-destilação, pelo rebaixamento do teor alcoólico de destilado alcoólico simples, pelo rebaixamento do teor alcoólico do álcool etílico potável de origem agrícola ou pela padronização da própria bebida alcoólica destilada. Bebida alcoólica retificada: É a bebida alcoólica obtida por processo de retificação do destilado alcoólico, pelo rebaixamento do teor alcoólico do álcool etílico potável de origem agrícola ou pela padronização da própria bebida alcoólica retificada; Retificação é o processo repetido de ETANOL E BEBIDAS ALCOÓLICAS destilações para purificação do álcool Bebida alcoólica por mistura: É a bebida alcoólica obtida pela mistura de destilado alcoólico simples de origem agrícola, álcool etílico potável de origem agrícola e bebida alcoólica, separadas ou em conjunto, com outra bebida não- alcoólica, ingrediente não-alcoólico ou sua mistura. Origem: Cerveja: É uma bebida obtida pela fermentação alcoólica do mosto cervejeiro oriundo so malte da cevada e de água potável, por ação de leveduras, com a adição de lúpulo. Podendo ser denominada de Chope ou Chopp a cerveja não submetida ao processo de pastorização para envase. Vinha: Bebida obtida pela fermentação alcoólica do mosto simples da uva sã, fresca e madura. O teor alcoólico deve ser entre 8,6% e 14% (v/v). Fermentado de fruta: É a bebida com graduação alcoólica de 4% a 14% (v/v), a 20 ºC, obtida pela fermentação alcoólica do mosto de fruta sã, fresca e madura de uma única espécie, do respectivo suco integral ou concentrado, ou polpa, que poderá nestes casos, ser adicionado de água. Sidra: Sidra é a bebida com graduação alcoólica de 4% a 8%, a 20 ºC, obtida pela fermentação alcoólica do mosto de maçã fresca, sã e madura, do suco concentrado de maçã ou ambos, com ou sem a adição de água. Hidromel: Hidromel é a bebida com graduação alcoólica de 4% a 14% (v/v), a 20 ºC, obtida pela fermentação alcoólica de solução de mel de abelha, sais nutrientes e água potável. Saquê: Saquê ou Sake é a bebida com graduação alcoólica de 14% a 26%, a 20 ºC, obtida pela fermentação alcoólica do mosto de arroz, sacarificado pelo Aspergillus oryzae, ou por suas enzimas, podendo ser adicionada de álcool etílico potável de origem agrícola e aroma natural. Cachaça: Aguardente de cana é a bebida com graduação alcoólica de 38% a 54% (v/v), a 20 ºC, obtida de destilado alcoólico simples de cana- de-açúcar ou pela destilação do mosto fermentado do caldo de cana-de-açúcar, podendo ser adicionada de açúcares. Rum: a bebida com graduação alcoólica de 35 a 54% (v/v), a 20 ºC, obtida do destilado alcoólico simples de melaço, ou da mistura dos destilados de caldo de cana-de-açúcar e de melaço, envelhecidos total ou parcialmente, em recipiente de carvalho ou madeira equivalente, conservando suas características sensoriais peculiares. Uísque: Uísque ou whiskey é a bebida com graduação alcoólica de 38% a 54% (v/v), a 20 ºC, obtida do destilado alcoólico simples de cereais envelhecido, parcial ou totalmente maltados, podendo ser adicionado de álcool etílico potável de origem agrícola, ou de destilado alcoólico simples de cereais, bem como de água para redução da graduação alcoólica e caramelo para correção da cor. Whisky e Scotch: denominações exclusivas do uísque escocês. Aguardente de frutas: Aguardente de fruta é a bebida com graduação alcoólica de 36% a 54% (v/v), a 20 ºC, obtida de destilado alcoólico simples de fruta ou pela destilação de mosto fermentado de fruta. Tequila: Tequila é a bebida com graduação alcoólica de 36% a 54% (v/v), a 20 ºC, obtida de destilado alcoólico simples de agave ou pela destilação do mosto fermentado de agave. Tiquira: Éa bebida com graduação alcoólica de 36% a 54% (v/v), a 20 ºC, obtida de destilado alcoólico simples de mandioca ou pela destilação de seu mosto fermentado. Vodka Vodca, vodka ou wodka é a bebida com graduação alcoólica de 36% a 54% (v/v), a 20 ºC, obtida de álcool etílico potável de origem agrícola ou de destilado alcoólico simples de origem agrícola retificado, seguidos ou não de filtração por meio de carvão ativo, como forma de atenuar os caracteres organolépticos da matériaprima original. Gim: Gim ou gin é a bebida com graduação alcoólica de 35% a 54% (v/v), a 20 ºC, obtida pela redestilação de álcool etílico potável de origem agrícola, na presença de bagas de zimbro (Juniperus communis), com adição ou não de outra substância vegetal aromática, ou pela adição de extrato de bagas de zimbro, com ou sem outra substância vegetal aromática, ao álcool etílico potável de origem agrícola e, em ambos os casos, o sabor do zimbro deverá ser preponderante. Conhaque e graspa: O destilado do vinho obtido pela fermentação alcoólica de uva madura esmagada ou suco da uva madura, depois de envelhecido, denomina-se conhaque. O produto obtido pela destilação do bagaço de uva ou dos resíduos da vinificação denomina-se "graspa" ou "bagaceira". Os conhaques e as graspas ou deverão apresentar um teor alcoólico mínimo de 38 º e um máximo de 54 º GL à temperatura de 20 ºC. Absinto: Bebida destilada de coloração geralmente esverdeada devido à presença de clorofila proveniente de ervas do mesmo nome. Historicamente, possuía elevado teor alcoólico (de 45 a 85 ºGL), porém atualmente é comercializada com não mais de 74 ºGL. No Brasil, a graduação alcoólica máxima permitida para sua comercialização é 54 ºGL. Licor: Bebida com graduação alcoólica de 15% a 54% (v/v), a 20 ºC, com percentual de açúcar superior a trinta gramas por litro, com a seguinte composição: álcool etílico potável de origem agrícola, destilado alcoólico simples de origem agrícola, bebida alcoólica ou mistura de um ou mais desses produtos. Pode ser adicionada de extrato ou substância de origem vegetal (ou animal) e de aditivos aromatizante, corante ou outro. Bioetanol: cereais (milho, sorgo) Microoganismo: Protozoários, vírus, microalgas, bolores, bactérias, hemintos e leveduras. Reinos: Monera:bactérias e cianobactérias => procariotos (estrutura celulares mais simples, não possuem organelas revestidas por membrana). Protista: protozoários e microalgas Fungi:Fungos (mofos e leveduras) Animalia: Vermes e parasitas Importacia dos fungos Medicina/Farmácia → doenças micóticas; produção de alguns antibióticos (penicilina, cefalosporina); Agronomia/Alimentos → doenças em plantas (antractose; podridão abacaxi); micotoxinas (aflatoxina); alimentação (cogumelos comestíveis, alimentos fermentados, deterioração).Saccharomyces cerevisiae →responsável pela fermentação alcoólica (na presença ou na usencia de O2. (Levedura) Consumo de glicose para formação de etanol e CO2 - “Levedura selvagem”: em seu estado natural; não foi manipulada para o trabalho industrial: fermentação irregular e baixo rendimento - “Leveduras industriais”: linhagens selecionadas ou melhoradas em laboratório; fermentação mais controlada e maior rendimento; Caracteristicas: Tolerâcia a ácool; Velocidade de fermentação; Tolerâcia a altas concentrações de açúcar; tolerâcia a acidez. Fermentação Célula de Saccharomyces boulardii em: A) 0% de etanol; B) 6% de etanol (espessamento da membrana em uma possível resposta à concentração de etanol); Célula de Saccharomyces cerevisiae em: C) 0% de etanol; d) 6% etanol (aumento do vacúolo possivelmente como uma resposta à concentração de etanol). As bacterias ultilizam as a glicose para a obtenão de energia (fermentação), para isso a sacarose tem que ser quebrada em glicose e flutose. Desse modo, existe dois procedimentos para a hidrolise. 1° S. cerevisiae secreta no meio uma enzima extracelular chamada invertase, que hidrolisa a ligação glicose-frutose, liberando os dois monossacarídeos no meio 2° Se, por algum motivo, a enzima invertase extracelular for inativada, a célula consegue transportar a sacarose para dentro do citoplasma, onde o dissacarídeo será hidrolisado por invertase intracelular; A presença de açúcar (principalmente glicose) em concentrações elevadas pode induzir um efeito de repressão catabólica ou repressão pela glicose, que ocorre pela inibição da transcrição de diversos genes quando microrganismos, como Saccharomyces cerevisiae e Escherichia coli, são cultivados em fontes de carbono facilmente fermentáveis, como a glicose; A repressão catabólica devido à elevada concentração de glicose no meio inibe as rotas respiratórias e favorece à ocorrência de fermentação, mesmo se houver O2 no meio; A repressão catabólica se inicia com concentrações de glicose próximas a 0,3%; Mosto: 15 ºBrix. Velocidade de fermentação: É determinada pela quantidade de açúcar fermentado por uma determinada massa de leveduras por unidade de tempo. Fermentações rápidas são mais desejáveis: além da maior produtividade diária e menor custo de produção, diminuem a possibilidade de ocorrência de contaminações. Para conseguirmos otimizar a produtividade, devemos conhecer a cinética do crescimento celular. Na fase exponencial, é onde temos a produtividade máxima de etanol e de biomassa (multiplicação de leveduras ocorre no menor tempo possível); A fase exponencial se encerra devido às características do meio: depleção de nutrientes e acúmulo de produtos ou metabólitos, como o próprio etanol, que prejudicam o crescimento das células; Quanto mais puro e padronizado for o fermento, melhor iremos conhecer sua cinética de crescimento → maior controle do tempo de fermentação e produtividade; Parâmetros de interesse: ↓ tempo de fase lag (ou até mesmo eliminar essa fase): culturas starters altamente adaptadas ao meio; Interromper a fermentação ao final da fase exponencial; Mosto A cana-de-açúcar é rica em sacarose, que será o substrato utilizado pelas leveduras; logo, realiza-se a extração do caldo (moagem ou difusão) e seu tratamento para iniciar a fermentação (remoção de impurezas, ajuste de pH, temperatura, adição de micronutrientes se necessário, conferência do brix, etc...); No caso de cereais, temos o amido (centenas de unidades de glicose), um polissacarídeo, ou seja, uma molécula grande demais para ser assimilada pela levedura. Para que a glicose fique disponível para ser usada como substrato, é imprescindível realizar a etapas que visem a hidrólise do amido. Concentração de substrato: a fermentação ideal para obtenção de cachaça e etanol ocorre em mostos contendo entre 14 e 16 ºBrix; Em cervejarias, usa-se mosto com aproximadamente 12 ºBrix. Teoricamente, uma maior concentração de açúcares nos dará uma maior produção de etanol, porém na prática, isso não ocorre devido à inibição do crescimento quando temos concentrações muito elevadas tanto de substrato quanto de produto (etanol); Concentrações muito elevadas de açúcar ou sal exercem um efeito inibidor no crescimento de microrganismos devido à menor disponibilidade de água (↓ Aw); Adição de micro nutrientes: Além do açúcar, outros nutrientes também são essenciais para que a levedura consiga se multiplicar e realizar a fermentação, portanto é comum a suplementação do mosto com micronutrientes Ni, Fe, P, Mg. Temperatura: idealmente de 32 a 34 ºC. temperaturas muito baixas prolongam demais a fermentação (menor produtividade); temperaturas muito elevadas também prejudicam a atividade microbiana, permitem crescimento de contaminantes e potencializam a ação de metabólitos tóxicos para a célula; pH: é comum a acidificação do caldo (principalmente com ácido sulfúrico) como estratégia para minimizar a contaminação por outros microrganismos; pH do caldo é ajustado para 4,5 – 5,0. O mosto deve passar: purificação: (peneiragem, decantação, etc...) para remoção do máximo de impurezas tratamento térmico: para inativar possíveis contaminantes Ajuste do pH: para valores entre 4,5 e 5,0 Avaliação de Brix: , sendo diluído caso necessário. O processo pode ocorrer em tanques abertos ou fechados. Tanques abertos são mais usados em pequena escala; Tanques fechados permitem um controle mais rigoroso da temperatura e minimiza a contaminação por agentes externos; Tanques fechados também permitem um controle mais rigoroso da aeração e da concentração de O2 dissolvido no meio; Aeração: O oxigênio dissolvido no mosto deve ser rigorosamente controlado: Concentrações muito baixas causam problemas: - Maior duração da fase lag; - Baixo crescimento celular; Concentrações muito altas também prejudicam o andamento da fermentação: - Maior biomassa e menor etanol; O2 é especialmente necessário na fase lag e início da fase de crescimento, uma vez que seu consumo pelas leveduras é importante para a multiplicação microbiana no mosto; Além disso, ele é imprescindível para que a levedura sintetize esteróis e ácidos graxos insaturados. Esses lipídios são essenciais para as membranas celulares; Agitação: A realização de agitação também é um fator importante na fermentação uma vez que: - Permite maior homogeneização de nutrientes; - Maior contato entre a levedura e os nutrientes; - Contribui para o controle da temperatura; A fermentação costuma durar de 6 a 8 horas; O teor médio de etanol, ao final, é entre 8 e 10 ºGL, e o caldo fermentado passa a ser chamado vinho, que será retirado da dorna e levado para a etapa de centrifugação → o objetivo é a recuperação do fermento, que poderá ser usado em outras fermentações; Aplicação e aproveitamento do fermento Obs: Recuperação do fermento Após o término da fermentação, temos o vinho levedurado (Meio + produto etanol + leveduras): É necessário remover a levedura do meio: sendo o etanol um produto extracelular, ou seja, PROCESSO produzido e excretado para fora da célula, a etapa de centrifugação é suficiente para separar o vinho do fermento Centrifugação: Diferença de densidade Em processos artesanais, é mais comum a separação de leveduras por meio de decantação/sedimentação: a biomassa decanta, ou seja, se deposita no fundo do tanque, e o sobrenadante (vinho delevedurado) é encaminhado para os tratamentos seguintes. Aqui, o processo de separação ocorre por diferença de densidade e ação da força de gravidade. Após a separação, a massa de levedurasé diluída em água e tratada com ácido a fim de atingir o pH de 2,5 a 2,8; Objetivos: - Inibir o crescimento de potenciais contaminantes (bactérias láticas e outros microrganismos indesejáveis) e de leveduras não mais ativas; - Limpeza química da superfície celular, melhorando a absorção de nutrientes. Alguns produtos obtidos por biotecnologia são intracelulares, ou seja, são produzidos e permanecem no interior das células. Após a centrifugação, o vinho delevedurado é conduzido à dorna volante, cujo objetivo é armazená-lo até que o vinho seja encaminhado para a etapa de destilação; Destilação Vinho: composição → constituintes de natureza gasosa, líquida e sólida, (compostos volátes (etanol, água, aldeídos, ácool, propanol) e não volátes (restos de células, extrato de vinho)) Volatilidade = líquido → gasosos (quanto maioior a volatilidade maior a pressão de vapor) No vinho temos, principalmente, água e etanol, e é devido à diferença de pressão de vapor entre as duas substâncias, que consequentemente terão pontos de ebulição diferentes (água 100 ° C e álcool 78,4 °C), que conseguimos separá-las por meio do processo de destilação. As características do processo de destilação irão variar a depender do produto final que se deseja obter: - Etanol; - Bebida destilada não retificada (ex: cachaça); - Bebida destilada retificada (ex: vodca); Produção do etanol Envolve repetidas destilações fracionadas: 1ª operação: epuração ou depuração do vinho → é gerado o vinho depurado, que segue para a segunda coluna de destilação, e o álcool de cabeça (ou álcool de segunda), composto por uma mistura hidroalcoólica impura. 2ª operação: o vinho epurado resulta em duas frações após a destilação: flegma (produto principal da destilação; uma mistura hidroalcoólica de ± 40 ºgl) e a vinhaça (ou vinhoto), que contém os resíduos não voláteis do vinho; 3ª operação (retificação): o flegma é retificado, sendo concentrado e purificado; o produto principal dessa etapa é o etanol retificado (95, 96 ºGL), no entanto outras frações são obtidas: a flegmaça (resíduo aquoso da destilação); óleo fúsel (mistura concentrada de impurezas do flegma) e álcool de segunda (mistura hidroalcoólica impura com graduação alcoólica entre 92 a 94 ºGL); Azeótropo ou mistura azeotrópica: Mistura de componentes que apresenta pressão de vapor menor do que a pressão de vapor dos componentes puros; Nessa condição, a separação de etanol da água por meio de destilação não é mais efetiva: são necessários outros métodos; 4ª operação (desidratação): uso de agentes desidratantes (ciclohexano e metil-etileno-glicol) ou adsorventes (peneiras moleculares) para purificar ainda mais o álcool (99,5 a 99,8 ºGL); ajuda a romper a mistura azeotrópica, permitindo a purificação do etanol → esses compostos “atraem” a água para a fase líquida e “liberam” o etanol para a fase de vapor; Colunas de leito fixo preenchidas com zeólitos de poros suficientes para absorver água, mas permitir a passagem de moléculas de etanol; Produção do cachaça O destilado pode ser dividido em três frações: Cabeça: fração inicial rica em compostos mais voláteis de que etanol; maior concentração de metanol; Coração: fração mais nobre do destilado; Cauda: fração com compostos menos voláteis que o etanol; Envelhecimento: Etapa subsequente à destilação na qual a bebida é armazenada em barris/tonéis de madeira para incorporar aromas e cor → qualidade sensorial. (Madeiras: carvalho, ipê, peroba, jequitibá, cedro, bálsamo, cerejeira, ararubá e cabreúva). Produção do vodka Diferentemente da cachaça, a vodka é obtida após destilação e retificação do fermentado de amiláceos (arroz, trigo e batata, por exemplo); O vinho proveniente da fermentação passa por uma etapa de destilação fracionada, uma etapa de retificação, e uma de filtração em carvão ativado de forma a garantir um produto o mais puro possível; Compostos volateis indesejados