p1 - Fermentações industriais

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Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro 
Processos químicos e bioquímicos 
Professora Maria Alice 
 
Fermentações industriais 
Fermentação é a transformação de uma substância em outra através da 
ação de microrganismos. 
Manutenção de culturas de microrganismos 
 Semeadura em meio sólido: os microrganismos são mantidos em 
um meio sólido (tipo gelatina ‘gelose’) e tem seu crescimento 
retardado pela menor temperatura da geladeira. Não se congela o 
meio, pois o gelo possui pontas que podem romper as células. 
Fase de crescimento microbiano 
 Fase log. 
 Fase crescimento. 
 Fase estacionária. 
 Fase de decaimento. 
Medida de crescimento 
 Determinação do peso seco feito em cadinhos e estufa. 
 Determinação química de componentes celulares - proteínas e 
ácido nucleicos. 
 Turbidimetria – absorbância. 
 Contagem do número de indivíduos – câmara de contagem. 
 Contagem de microrganismos viáveis – plaqueamento. 
 
Fermentação alcoólica 
Preparação dos substratos 
 Melaço: Possui uma concentração muito grande então se dilui e faz 
a inoculação do microrganismo (adição do microrganismo no meio 
para ele promover o processo fermentativo). Depois deixa-se por 
um determinado tempo em um determinado pH. 
 Cana de açúcar: Apresenta um grau elevado de açúcar (sacarose). A 
bactéria utilizada apresenta em sua parede a enzima invertase, que 
quebra a sacarose, transformando em glicose e frutose para 
promover o processo fermentativo. 
Mosto é a substância que vai ser utilizada no processo fermentativo, por 
exemplo, a cana de açúcar moída, sendo chamada de substrato. A partir 
do momento em que se adiciona ao substrato o inoculo (agente da 
fermentação crescido, desenvolvido), esse material é chamado de mosto e 
é posto para fermentar. Ou seja, mosto = substrato+inoculo. Vinho é o 
nome dado ao mosto fermentado. 
Obtenção do mosto a partir de amiláceos 
Antes de se colocar a levedura no mosto, faz-se o processo de 
sacarificação. Como as leveduras que atuarão nesse mosto não possuem 
em seu compartimento a enzima amilase, a fermentação não ocorrerá se 
simplesmente adicioná-la ao meio. Assim é feito o processo de 
sacarificação, que é a quebra do amido em frações de frutose. 
Tipos de sacarificação 
 Sacarificação pelo malte 
É feito através da maltase ou emprego de malte, ou seja, o malte (cevada 
germinada) após sua germinação tem em seu conteúdo as enzimas (alfa e 
beta amilase) que vão quebrar o amido proveniente da cevada, por 
exemplo. O malte germinado é empregado para quebrar o amido. 
Para germinar a cevada (malte), necessita-se de uma temperatura 
adequada, umidade adequada. Ela fica em um compartimento até que 
germine, se transformando no malte. Esse malte será fermentado dando 
origem à cerveja. 
 Sacarificação por ação microbiana 
Também é chamada de processo amilo. Nela ocorre o emprego de um 
microrganismo, que é um fungo, chamado “rizopus", que tem amilase em 
seu conteúdo, enzima capaz de quebrar o amido, depois disso coloca-se a 
levedura no meio para ela promover a ação sobre aquele açúcar 
proveniente da quebra pelo fungo. É usado na produção de sakê. 
 Sacarificação pelo emprego de preparados enzimáticos 
São culturas puras que foram cultivadas com os fungos e bactérias e a 
partir desse momento, por um processo de extração enzimática, é 
extraída uma única enzima, a amilase produzida no meio. É feito o 
processo de purificação para poder ser utilizada. Esse processo possui um 
custo elevado para ser feito. 
Os três tipos de sacarificação são usados para a amilase. 
Preparação do inóculo 
O inóculo é a concentração desses microrganismos que vão ser 
adicionados no meio para ocorrer à fermentação. 
Primeiro deve-se ativar os microrganismos no meio em que vão crescer, 
realiza-se o crescimento dele podendo utilizá-lo com microrganismos 
selvagens ou leveduras selecionadas e adicionar ao meio para que possa 
se desenvolver. 
O preparo do inóculo pode ser tanto com microrganismo selvagens 
(microrganismos contido na cana de açúcar, por exemplo) quanto com 
leveduras puras selecionadas (somente a levedura de interesse). As 
leveduras puras são selecionadas com tolerância ao teor de açúcar e com 
boa velocidade de fermentação. 
O álcool produzido na fermentação é altamente tóxico ao microrganismo 
que o gerou. Em determinado ponto, quando se tem um grau elevado de 
álcool a fermentação termina porque o substrato já foi todo consumido e 
o próprio álcool inibe os microrganismo. 
Produção do inóculo – etapa de laboratório 
Meio – sacarose 
Para promover o crescimento do microrganismo primeiro começa-se o 
crescimento em concentrações baixas de açúcar para proporcionar 
somente o crescimento do microrganismo e não produzir álcool. Começa-
se com uma solução de 5°BRIX (5g sacarose/100g solução) esse meio é 
transferido gradativamente até chegar a uma concentração de 11°BRIX, 
onde se tem o microrganismo crescido na etapa de laboratório. Depois da 
11°BRIX a solução é transferida para uma pré-dorna. E por fim é 
transferido para uma dorna de fermentação definitiva, realizando o 
processo de fermentação. Devem ser controlados o pH do meio (4,5), 
pode ser adicionado ácido fosfórico para fazer esse controle. Caso se 
queira acelerar o processo fermentativo de crescimento das células, pode-
se inicialmente realizar uma agitação para ocorrer o crescimento e depois 
cessar a agitação, pois o processo é de obtenção de álcool e não biomassa. 
Se o sistema for aerado constantemente, o piruvato, será transformado 
no ciclo de Krebs e, fará a biomassa crescer. Trabalhando em anaerobiose 
o metabolismo vai ser desviado para a produção de álcool. A aeração é 
simplesmente para o crescimento inicial da célula. 
O processo fermentativo ocorre em três etapas: 
Etapa preliminar – nas primeiras 6 horas 
 Pequena quantidade de dióxido de carbono desprendido. 
 Baixa temperatura. 
 Grande quantidade de células. 
 
Etapa tumultuosa – fermentação propriamente dita (+- 12 horas) 
 Grande produção de dióxido de carbono. 
 Temperatura elevada. 
 Resfriamento do mosto. 
 Formação de espuma (elevação de CO2). 
 Uso de antiespumante para evitar problemas de contaminação. 
 Aumento da acidez. 
 Consumo do substrato. 
Etapa final 
 Diminuição de CO2. 
 Diminuição da temperatura. 
 Consumo total de açúcar. 
Sistemas de fermentação 
 Sistema de cortes 
O mosto fermentado na dorna um é divido com outra dorna e seus 
volumes são completados com mosto não fermentado. Depois de 
fermentados a primeira dorna segue para a destilação enquanto a outra 
tem seu mosto fermentado dividido com outra dorna. O processo se 
repete cinco vezes. 
 Sistema de aproveitamento do inoculo (pé de cuba) 
O mosto é posto na dorna para ser fermentado, depois é deixado em 
repouso onde o inóculo decanta para o fundo da dorna. Depois arrasta-se 
o volume, que é o sobrenadante, para a destilaria e adiciona-se mosto na 
dorna onde se tinha o inóculo. 
 Sistema de recuperação de leveduras 
Separação por centrifugação e tratamento do creme de levedura com 
água e ácido sulfúrico. O ácido sulfúrico é utilizado para baixar o pH e 
matar as bactérias contaminantes. 
 
Fatores que afetam a fermentação 
 Temperatura – 26 a 32°C para a produção de álcool e de 6 a 20°C 
para a produção de cervejas. 
 pH do mosto deve estar entre 4,0 e 4,5 para a produção de álcool e 
entre 4,0 e 6,0 para a produção de cerveja. 
 Teor alcoólico do produto: o aumento do teor alcoólico durante a 
fermentação inibe o funcionamento da levedura. 
 Concentração da matéria-prima que varia com atemperatura e de 
acordo com o processo de interesse. 
 
Fermentação acética 
Objetivo 
Produzir vinagre, produto não destilado, resultante da fermentação 
acética de um mosto contendo álcool etílico. Deve ser pasteurizado para 
retirar os contaminantes e evitar a presença da bactéria xilinum. 
Inóculo, Vinagre forte, é o vinagre não pasteurizado, ou seja, contém as 
bactérias nele para dar inicio ao processo de fermentação. 
Agente da fermentação: bactérias do gênero acetobacter. 
A fermentação ocorre em duas etapas: 
 Desidrogenação do etanol catalisada pela enzima 
etanoldesidrogenase. 
 Oxidação do aldeído acético catalisada pela enzima acetaldeído 
desidrogenase. 
Fatores importantes para a produção do vinagre 
 Concentração do substrato – o vinho deve conter de 5 a 12°GL 
 pH de 3,5 para evitar a presença da xilinum. 
 Temperatura de fermentação, ocorre de forma satisfatória entre 22 
e 25°C evitando a evaporação do etanol produzido e a dispersão do 
ácido acético que pode ser carreado com a evaporação do etanol, 
mas o processo suporta até 30 - 35°C. 
 Teor de oxigênio dissolvido - a interrupção da aeração intoxica as 
células e é inútil restabelecer a aeração. 
 Concentração do produto – o aumento da concentração do produto 
inibe o funcionamento dos microrganismos. 
Preparação do mosto 
 Alta concentração de etanol inibe o crescimento dos 
microrganismos e o baixo pH também. 
 Controle do teor residual de álcool. A permanência de vinagre 
pronto na vinagreira pode acarretar a oxidação do ácido acético à 
água e dióxido de carbono, isto ocorre toda vez que ainda se tem 
suprimento de oxigênio, o que provoca a perda de acidez. 
 A temperatura ideal para o crescimento das bactérias acéticas situa-
se entre 25 e 32°C. 
 A adição de nutrientes depende do tipo de matéria prima utilizada 
no processo. Com o vinho de frutas e cereais não é preciso fazer a 
adição de nutrientes, já com o álcool e outros destilados é 
indispensável a adição de nutrientes. 
Procedimento 
Agente: não há preparo especial, usa-se o vinagre forte não pasteurizado, 
contendo os agentes vivos. 
Matéria prima: vinhos dão os melhores vinagres. 
Meio de cultura: os vinhos e mostos alcoólicos em geral não precisam de 
adição, só de correção da acidez que é feita pela própria inoculação. (usa-
se o vinagre forte tanto para a inoculação quanto para a correção da 
acidez). 
Processo de fermentação 
Processo lento – Orleans (barril deitado) 
Barril deitado de 200 L. Possui aberturas protegidas com tela para a 
entrada de ar e proteção contra a contaminação por moscas; o tubo para 
a adição de vinho possui uma curvatura para que os resíduos depositados 
no fundo do barril não se espalhem contaminando o vinagre; 1/3 do 
volume total do barril é preenchido com vinagre forte e de semana em 
semana adiciona-se 15L de vinho até que se atinja um determinado 
volume no barril (perto da entrada de ar); depois que esse volume é 
atingido são retirados 15L de vinagre e adicionados 15L de vinho. Esse 
processo se repete continuamente. 
Esse processo não necessita de envelhecimento pois, o tempo de 
residência na vinagreira já é suficiente. 
Película –mãe do vinagre – é formada por bactérias aeróbias. Se a película 
for rompida, pode ocorrer o entupimento dos tubos de entrada do vinho e 
saída do vinagre. 
Vantagem do processo: durante o tempo de fermentação, ocorre o 
envelhecimento do vinagre. 
Não tem necessidade de fazer o controle da temperatura pois, o processo 
é muito lento. 
Há perda de álcool por evaporação e oxidação excessiva a CO2 e H2O. 
Processo rápido – Alemão 
Processo em superfície, porém a película de bactérias se situa em suportes 
(inertes), que formam o recheio. É o processo mais utilizado 
industrialmente para a produção de vinagre de álcool. 
Processo fermentativo: realizado em vinagreiras recheadas. 
Funcionamento da vinagreira 
Higienização 
Primeiro faz-se a higienização das dornas e dos suportes com circulação 
de água quente ou vapor, para evitar que haja contaminação por 
microrganismos. Depois lava-se com vinagre forte que possui a acidez 
elevada para retirar gostos impróprios. Faz-se a inoculação do 
fermentador com vinagre forte, depois de dois dias as bactérias 
encontradas no vinagre já se adaptaram aos suportes. Assim realiza-se a 
circulação na vinagreira de uma mistura contendo 75% de vinagre forte e 
25% de solução alcoólica, para evitar que a acidez abaixe muito, evitando 
o favorecimento da bactéria xilinum que produz uma película de celulose 
entupindo o recheio. 
Depois de feito todo esse processo na vinagreira, o mosto pode então ser 
introduzido. 
Fatores negativos para o uso de geradores recheados 
 Não pode haver troca de cultura quando as bactérias estiverem 
implantadas no recheio. 
 Evaporação do etanol ou seu arraste. 
 Processo exotérmico que obriga ter controles precisos de 
temperatura e refrigeração. 
 Evaporação e arraste do ácido acético. 
 Aeração inadequada inativando os agentes fermentativos. 
 Contaminação com a bactéria xilinum. 
Processo de cultura submersa 
 Tecnologia mais moderna para a produção de vinagre. 
 O suporte utilizado pelas bactérias é o próprio mosto. 
 Necessita de aeração e agitação. 
Vantagens do processo 
 Dispensa recheio. 
 Maior velocidade de produção devido o alto nível de acidez. 
 Produz tanto vinagre de álcool quanto de frutas. 
 É automatizada tanto a entrada do substrato quanto a saída do 
produto. 
Desvantagens 
 Efeito desastroso se ocorrer uma falha na aeração, pois o álcool 
produzido é altamente tóxico aos microrganismos que o produz. 
 Exige envelhecimento pelo processo de esterificação, sendo feito 
em outro lugar. 
Controles da fermentação 
 Teor alcoólico: é feito para verificar o consumo real do substrato, 
sendo feito somente no inicio do processo. 
 Acidez: é feita para saber quando a fermentação deve ser 
interrompida. 
 Temperatura: pode ser feito através de diminuição da aeração, 
aumento da circulação do mosto ou resfriamento através de 
trocadores de calor. 
 Gás de saída: para saber se está ocorrendo a oxidação do ácido 
acético. 
 Formação de espuma. 
Processo final do vinagre 
 Retirar da vinagreira. 
 Clarificação. 
 Filtração. 
 Envelhecimento. 
 Estabilização por processos físicos e químicos. 
 Envase. 
Beneficiamento do vinagre é feito por: 
 Estocagem: permitida pelo processo alemão e submerso. O 
armazenamento é feito em dornas de madeira, o que evita a 
corrosão devido ao grau de acidez do vinagre, que devem ser 
completamente cheias e bem vedadas para evitar que entre ar e 
permita a ação das bactérias acéticas, responsáveis pela oxidação 
do vinagre. 
 Envelhecimento: processo alemão e submerso. É responsável pela 
retirada do sabor e odor áspero do vinagre. 
 Clarificação: realizada em filtro prensa. 
 Engarrafamento: deve ser feito de forma que as garrafas fiquem 
cheias e vedadas. 
 Pasteurização: conservação do vinagre pela eliminação de agentes 
contaminadores. 
Defeitos do vinagre 
 Oxida a enzima que pode provocar escurecimento do vinagre. 
 Mosca do vinagre. 
 Nematoide. 
 Flores de vinho. 
 Contaminação pela xilinum. 
 
 
Fermentação lática 
Agente fermentador: bactéria láctea. 
Lactobacilos são anaeróbicos, trabalhados a uma temperatura mais alta o 
que contribui para a inibição de certos contaminantes no meio. 
Bactérias homofermentativas – produzem diretamente ácido lático 
através da via glicolítica. 
Bactérias heterofermentativas – fermentação da glicose formando o ácidolático. 
Matérias primas: 
 Soro de leite – subproduto da fabricação de queijos. 
 Glicose de milho – constituída de amido, deve passar pelo processo 
de sacarificação. 
 Melaço – subproduto da fabricação de açúcar. 
Condições de fermentação: 
 Temperatura elevada de acordo com os microrganismos que se 
utiliza no meio para evitar o crescimento de contaminantes. De 30 a 
43°C. 
 O pH deve ficar entre 5,0 e 6,0, sendo o mais indicado 5,8. O 
controle do pH deve ser feito para controlar o crescimento de 
contaminantes. 
 Adição de carbonato de cálcio com a função de regular o pH e 
precipitar o lactato de cálcio para promover a retirada do inibidor. 
 Agitação, não é feita só para aerar o sistema mas, também para 
manter o contato entre o carbonato de cálcio e o ácido lático que 
vai se formando. 
Controles da fermentação: 
 Controle microbiológico: é feito para verificar se há presença de 
contaminantes que impossibilite a fermentação até o produto 
final, o ácido lático. 
 Controle químico: é feito para controlar o açúcar inicial e final; 
para verificar quanto foi consumido de açúcar e quanto foi 
gerado de lactato e controlar a acidez, com a adição de 
carbonato de cálcio. 
O processo utilizado é a batelada, pois as bactérias não são resistentes às 
várias gerações do processo contínuo. 
A recuperação do ácido lático depende do tipo a ser produzido. Passo a 
passo: 
Solução de lactato de cálcio=> evaporação=>cristalização a 10°C=>cristais 
de lactato de cálcio bruto=>centrifugação=>lavagem com água 
destilada=>segunda cristalização=>terceira cristalização. 
O ácido lático é recuperado através do ácido sulfúrico. 
Após a fermentação ocorre a elevação da temperatura, pelo fundo das 
dornas com o auxílio de tubos perfurados injetando vapor, para coagular e 
precipitar a lactoalbumina presente no soro de leite (93°C) e destruir os 
microrganismos contaminantes (86°C). 
Pontos importantes: a escolha do microrganismo presente e a 
temperatura dependem do substrato que vai utilizar. 
O ácido lático é usado na alimentação de crianças, como acidulante em 
produtos alimentícios, como removedor de sais de cálcio, na indústria 
farmacêutica e de cosméticos, na fabricação de polímeros e no curtimento 
de peles. 
Um aspecto negativo é a produção de acidez e aromas indesejáveis em 
bebidas, devido à presença do diacetil. 
 
Fermentação cítrica 
Matérias- primas 
 Melaço 
O melaço é rico em ferro e essa quantidade de ferro presente deve ser 
removida para que não interfira na produção de ácido cítrico. Ao ser 
utilizado, o melaço passará por um processo, que é feito através de 
bombonas catiônicas para a remoção do ferro. 
O ferro no meio faz com que haja a produção de isocitrato, a ausência do 
ferro faz com que haja acúmulo de ácido cítrico no meio aumentando o 
rendimento. 
 Açúcar cristal. 
 Caldo de cana. 
Os agentes fermentativos usados são os fungos filamentosos, estes são 
obrigatoriamente aeróbios. 
O controle da fermentação é feito através: 
 Da temperatura. 
 Do pH. 
 Da concentração de açúcar no meio. 
Condições de fermentação 
 Concentração inicial do substrato – acima de 18% ocorre acúmulo 
de açúcar no meio, abaixo de 15% ocorre desvio para a produção de 
ácido oxálico. 
 A formação mais densa do micélio (forma vegetativa) e 
desenvolvimento de poucos esporos favorece a produção. 
 Temperatura de 25 a 28°C. 
 pH entre 2 e 3. É importante que a faixa de pH seja mantida baixa 
para que não haja acúmulo de ácido oxálico, para que contribua 
para a assepsia do meio e evite a contaminação do meio por 
bactérias. 
 Aeração acelera a atividade enzimática e aumenta a temperatura. 
Deve-se ter cuidado para que não haja a oxidação do ácido cítrico. 
A concentração do ácido cítrico no meio inibe a ação dos microrganismos, 
assim o produto formado é retirado através do carbonato de cálcio, 
transformando em citrato de cálcio, esse material no fim do processo é 
recuperado com auxílio de ácido sulfúrico. 
Sistema de produção 
Cultivo em superfície 
 Bandeja de alumínio ou inox, para que não haja contaminação do 
meio, esterilizada com álcool ou formol diluído. 
 Câmara com controle de temperatura, umidade e ar estéril. 
 Agente inoculador – fungo filamentoso Aspergillus niger. 
 Substrato com concentração de 14% de sacarose. Como a 
concentração é baixa, o tempo de fermentação é aumentado 
dificultando a formação de ácido oxálico. 
 A concentração dos nutrientes não pode exceder a 0,25% para 
evitar a formação do ácido cítrico. 
 Controle dos íons de ferro e cobre. Se houver algum traço de ferro 
no meio utiliza-se o cobre que é seu antagônico e inibe sua ação. 
 pH em 3,5 para evitar a formação do ácido oxálico e glucônico o que 
promove também a assepsia do meio. 
 A temperatura deve ser de 25°C. 
Leo
Realce
Cultivo submerso 
 As dornas de grandes volumes devem ser de aço inoxidável para 
que não haja contaminação do meio, devido ao baixo pH e 
sensibilidade ao ferro. 
 Controle mais rigoroso da agitação e aeração para que não ocorra o 
desvio do metabolismo. 
 pH inicial de 2,0 a 3,0. 
 Temperatura de 28 a 30°C. 
Recuperação do ácido cítrico 
As células são separadas do mosto e este é neutralizado com leite de cal 
(carbonato de cálcio) que elimina o ácido cítrico do meio não interferindo 
na produção, precipitando a quente o citrato de cálcio. O precipitado é 
lavado para remover os resíduos do processo fermentativo e tratado com 
ácido sulfúrico para remover o cálcio em forma de sulfato insolúvel. 
Fatores que influenciam a produção do ácido cítrico 
 Produtividade da cepa (microrganismos, levedura) ligada à 
capacidade de produzir as enzimas necessárias ao processo. 
 Concentração do glicídio (açúcar) - concentração alta produz ácido 
cítrico, concentração baixa desvia para a produção de ácido oxálico. 
 Temperatura entre 25 e 32°C. 
 Fonte de nitrogênio inorgânico, nitrato de amônio ou sulfato de 
amônio. Concentrações maiores conduzem ao acúmulo de ácido 
oxálico diminuindo o crescimento vegetativo. 
 Fonte de fósforo – a alta concentração promove maior crescimento 
e menos produção de ácido. (a ideia é produzir ácido e não o 
crescimento vegetativo). 
 Concentração do produto – pode afetar a velocidade da 
fermentação pelo que a acidez é corrigida com leite de cal (CaCO3) 
ao longo do processo, precipitando o citrato. 
Usos do ácido cítrico 
 Alimentos e bebidas. 
 Detergentes e produtos de limpeza. 
 Produtos farmacêuticos e nutricionais. 
 Indústria de cosméticos. 
 Estanhagem. 
 Preparo de corantes e resinas.