Uso de enzimas na produção de etanol

Prévia do material em texto

*
*
*
*
Uso de enzimas na produção de etanol
Fermentações alcoólicas industriais são produzidas desde antes da segunda guerra mundial. 
Após a crise do petróleo de 1973 os governos passaram a oferecer incentivos para o estabelecimento de fontes alternativas de energia. 
No final da década de 1980 a produção de etanol foi utilizada como forma de controlar a demanda e estabilizar os preços.
 
Nos anos 1990 o foco nos benefícios ambientais reforçou a popularização do etanol. 
*
*
O etanol é produzido através de ação enzimática que converte o amido contido em grãos para açúcar fermentável, seguido pela metabolização do açúcar a etanol através de destilação feita por leveduras.
Uso de enzimas na produção de etanol
*
*
Uso de enzimas na produção de etanol
Raízes 
Caules
Tubérculos 
Frutas
Sementes
O amido pode ser obtido através de uma grande variedade de:
O amido não é um polímero homogêneo por ser composto por dois polissacarídeos de alto peso molecular, a amilose e a amilopectina.
Amilose
Amilopectina
*
*
Uso de enzimas na produção de etanol
As enzimas possuem papel fundamental na produção de etanol para ser utilizado como combustível na conversão dos carboidratos do amido encontrado em grãos para açúcares fermentáveis.
 Há muitas enzimas que podem ser utilizadas durante o processo de produção de etanol, no entanto, as alfa-amilases e as glicoamilases são absolutamente essenciais.
Álcool como Combustível
*
*
Uso de enzimas na produção de etanol
Moagem – seca ou úmida. 
Liquefação e sacarificação.
Fermentação.
Concentração de etanol.
Recuperação dos subprodutos.
As principais etapas na obtenção de etanol através de grãos de milho são:
*
*
Moagem úmida
 O etanol é obtido do milho através de dois processos padrões: moagem seca e úmida.
 A moagem úmida é responsável por mais da metade da produção, apesar de 60% das instalações serem destinadas à moagem seca.
*
*
Moagem seca
Se o etanol combustível é o único produto desejado, então, o processo de moagem seca é provavelmente o melhor em relação ao custo-benefício.
*
*
Atualmente, três tipos de alfa-amilase de origem bacteriana são utilizados para a liquefação de amido:
A primeira enzima desenvolvida é derivada da Bacillus subtilis e geralmente não é utilizada para a produção de álcool combustível devido a sua menor estabilidade quando submetido a aquecimento. 
Já as enzimas bacterianas da B. licheniformis e B. stearothermophilus são ativadas acima de 100 ºC e, devido a isso, são as mais comumente utilizadas. 
Liquefação: amido moído seco
Conversão do amido
*
*
Em operações de moagem a seco, a mistura uniforme de substratos, enzimas, produtos químicos para ajuste de pH, cálcio e água processada é extremamente crítica. O objetivo é controlar o nível de adição de cada produto e providenciar uma hidratação adequada do substrato prioritariamente a alta temperatura de cozimento durante a liquefação. 
Liquefação: amido moído seco
Conversão do amido
*
*
É importante enfatizar a necessidade de misturar uniformemente e vigorosamente durante o cozimento é extremamente importante, pois permite que a hidratação seja corretamente feita e também por aumentar a taxa de reação enzimática, maximizando o contato entre o substrato e o catalisador. 
Liquefação: amido moído seco
Conversão do amido
*
*
Há três tipos diferentes de processos de cozimento para a moagem seca:
No primeiro processo, a enzima é adicionada primeiramente e o chorume é aquecido lentamente com agitação até a temperatura de 85-95 ºC. Nesse processo nem todo amido disponível pode ser retirado e a fermentação pode ficar sujeita à contaminação bacteriana.
Liquefação: amido moído seco
Conversão do amido
*
*
No segundo tipo de processo, aproximadamente metade da enzima é adicionada inicialmente e o chorume é aquecido até aproximadamente 150 ºC através de jatos diretos de vapor e mantidos por um tempo para que ocorra gelatinização do amido. A alfa-amilase liquefeita hidrolisa parcialmente o amido gelatinizado, reduzindo a viscosidade e permitindo a continua agitação.
Hydro Termal Corporation é o jato padrão utilizado para cozimento na indústria. 100% da energia é utilizada em vapores providenciando aquecimento imediato de suspensões.
Liquefação: amido moído seco
Conversão do amido
*
*
Em comparação com a liquefação por moagem seca, o processo de conversão de amido em substrato úmido é muito direto:
A enzima é adicionada em uma pasta contendo de 30 a 38% de amido (p/p), e a mistura é colocada em um tanque, no qual haverá mistura com vapor de alta pressão. As taxas de adição de enzima, amido e o fluxo de vapor são ajustados para que a temperatura esteja entre 105 e 107ºC, por um tempo de 5 minutos. Após o processo, a mistura é resfriada para 95ºC e submetida a uma segunda liquefação por aproximadamente 90 minutos, para que o perfil de dextrose desejado seja alcançado.
Liquefação: amido moído úmido
Conversão do amido
*
*
Sacarificação é o processo que visa a obtenção de um xarope contendo altas concentrações de glicose. 
Para essa conversão, são utilizadas glicoamilases, além de outras enzimas para otimizar o processo, como proteases ácidas, que fornecem nutrientes para o crescimento dos micro-organsimos que irão realizar a posterior fermentação da glicose a álcool.
As condições de reação são: 
Temperatura a cerca de 60ºC
pH entre 4,0 e 4,5 
Tempo de reação de 24 a 72 horas. 
Utilizar de 0,5 a 1,5L de enzima para cada tonelada métrica de amido seco. 
Sacarificação
*
*
O processo de fermentação consiste em um tanque para pré-fermentação e quatro tanques para a fermentação principal, trabalhando em cascata. Nesse processo, usa-se cepas de Saccharomyces cereviseae resistentes ao etanol. Há a preocupação com o pH, visto que os micro-organismos produzem ácidos como resultado do metabolismo, fazendo o pH diminuir em cerca de 0,9.
Fermentação
*
*
Outro fator a ser considerado é o risco de contaminação bacteriana, especialmente por Lactobacillus spp. , que causa o surgimento de produtos secundários, além de dificultar o crescimento e metabolismo da levedura. A principal porta de entrada para a contaminação bacteriana identificada é o processo de liquefação úmida, principalmente para bactérias termorresistentes. 
Fermentação
*
*
Etanol obtido a partir da cana-de-açúcar
A cana de açúcar é a principal fonte no mundo para a produção de álcool combustível.
Subprodutos: bagaço, resíduo de fibras e o melaço. 
*
*
O melaço é o xarope que resulta da cristalização do açúcar, e é bastante rico em sacarose. As enzimas industriais não representam um papel chave na conversão de sacarose a álcool, já que a sacarose é facilmente convertida a álcool pela Saccharomyces. 
Avalia-se a adição de invertase exógena, a fim de aumentar o rendimento.
Etanol obtido a partir da cana-de-açúcar
*
*
 aracnomarques@yahoo.com.br
 OBRIGADO!!
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*