1º Seminário Cana de açúcar e derivados da glicose Maycon

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BIORREFINARIA: CANA-DE-AÇÚCAR E DERIVADOS DA 
GLICOSE 
Aluno: Maycon Vinícius de Senna Ribeiro 
 
1. Introdução 
1.1. Histórico 
A origem das fermentações é atribuída à história da humanidade, talvez até 
remonte à pré-história. Sabe-se que os egípcios e os sumérios já utilizavam 
técnicas para transformar grãos estocados em álcool nos dias antigos. A maioria 
desses processos, incluindo processos de panificação, produção de iogurtes 
primitivos são referências antigas à palavra “fermentação”. Desde então, muitos 
outros subprodutos foram descobertos, adventos de atividade microbiológica [1]. 
Na Primeira Guerra Mundial, a Alemanha necessitava sintetizar glicerol para 
produzir explosivos. Descobriu-se nesse período, que o glicerol é produzido na 
fermentação alcoólica, influenciado positivamente com a adição de bisulfito de 
sódio durante o processo. Assim, a Alemanha desenvolveu um scale-up de 1000 
toneladas de glicerol por mês. Esses acontecimentos impulsionaram os 
processos fermentativos, assim como o estudo sobre as reações que 
produziriam produtos e subprodutos de interesse comercial [2]. 
1.2. Derivados da glicose 
Carboidratos são, de longe, a classe mais importante de nutrientes a base de 
carbono para processos fermentativos. Basicamente todo carboidrato, ou seu 
composto relacionado, é fermentado por um microrganismo, evidenciando a 
grande diversidade biológica. Dentre essas moléculas está a glicose, composto 
no qual a maioria dos microrganismo utilizam como fonte de energia [3]. 
 
Figura 1 - Estrutura da Glicose. 
Existem pelo menos sete rotas metabólicas, variando de microrganismo pra 
microrganismo, em que são produzidos diversos metabólitos de interesse [3]. 
Metabólitos primários como ácido cítrico e a goma xantana são substâncias 
utilizadas na indústria alimentícia, e secundários como a penicilina e eritromicina 
são utilizados como fármacos antibióticos. Nesse sentido, a glicose e os seus 
precursores são de grande interesse comercial na produção de diversos 
compostos [1]. 
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2. Bioetanol a partir da cana-de-açúcar 
2.1. A cana-de-açúcar 
A cana-de-açúcar (Saccharum officinarum) é uma planta tropical amplamente 
cultivada devido ao seu alto teor de sacarose [4]. De acordo com a Conab, as 
usinas brasileiras processaram mais de 602 milhões de toneladas de cana-de-
açúcar na safra de 2012/2013, fornecendo cerca de 39 milhões de toneladas de 
açúcar e 24 bilhões de litros de etanol [5]. Na Figura 2 está apresentada a 
composição genérica da cana-de-açúcar. 
 
Figura 2 - Diagrama de composição da cana-de-açúcar [5]. 
No processamento da cana-de-açúcar uma parcela da solução rica em 
açúcares é direcionada para a fermentação alcoólica e a outra parte para a 
cristalização do açúcar. O bagaço restante é queimado nas caldeiras para a 
geração de vapor e eletricidade. 
2.2. Processo 
O processamento da cana-de-açúcar resume-se em retirar da cana o seu 
caldo, este composto basicamente de açúcares e água; purifica-lo e dirigi-lo para 
a produção de açúcar (cristalização do caldo) e fermentação alcoólica. Na Figura 
3 tem-se um diagrama de processo comum do processamento da cana-de-
açúcar. No aspecto biotecnológico, o processo de maior interesse nas usinas é 
a fermentação alcoólica, realizada por cepas de Saccharomyces cerevisiae. 
2.2.1. Fermentação 
Geralmente o processo de fermentação ocorre em reatores de batelada 
alimentada, chamados de dornas. O caldo é fermentado junto do reciclo de 
leveduras tratadas, produzindo etanol, subprodutos e gás carbônico. A 
fermentação é controlada entre 30 e 34 ºC produzindo um vinho de concentração 
relativamente baixa de álcool (em torno de 10 ºGL), devido a problemas 
relacionados a inibição pelo substrato. Esse vinho é destinado às torres de 
destilação, após ser centrifugado e as leveduras tratadas quimicamente [6]. 
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Figura 3 - Diagrama de processamento da cana-de-açúcar em uma usina 
sucroalcooleira [6]. 
3. Produção de Ácido cítrico 
3.1. Histórico 
A palavra ácido cítrico vem do latim citrus, um árvore no qual seu fruto parece 
com o limão. O ácido cítrico foi pela primeira vez isolado do suco de limão em 
1784 por Carl Scheele, um químico sueco, que também isolou ácidos orgânicos 
como o ácido tartárico, málico e lático. O ácido cítrico é usado em diversos 
setores como o farmacêutico e na indústria de alimentos, atuando como um 
composto que dá sabor, estabilidade e acidez. Hoje, o ácido cítrico é produzido 
através do fungo Aspergillus niger em um meio rico em glicose, sais e baixo pH 
[7]. 
3.2. Processo 
O processo de produção de ácido cítrico pode ser divido em três etapas, 
incluindo a preparação do inóculo no material, fermentação e recuperação do 
produto. Diversos tipos de fontes de glicose podem ser utilizadas na produção, 
como melaços dos mais variados tipos de plantas como inclusive a cana-de-
açúcar e resíduos de agroindústrias. A produção em larga escala é realizada 
muito das vezes com retiradas de material para adequação do meio, adicionando 
nutrientes como fósforo, magnésio e nitrogênio para o desenvolvimento do 
micélio e consequente melhor produção do ácido [8]. 
 
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4. Produção de Goma xantana 
4.1. Histórico 
A goma xantana é um polissacarídeo natural descoberto na década de 1950 
pelo Northern Regional Research Laboratories do Departamento de Agricultura 
dos Estados Unidos. É um composto amplamente utilizado devido a suas 
propriedades que variam desde estabilidade à temperatura até a sua capacidade 
de mudar as propriedades reológicas de soluções [9]. 
4.2. Processo 
A produção de goma xantana é realizada pela bactéria Xanthomonas 
campestres, tendo seu processo influenciado pelas condições do meio como 
temperatura, pH, oxigênio dissolvido, etc [9]. Um diagrama do processo de 
produção de goma xantana está apresentado na Figura 4. 
 
Figura 4 - Diagrama da produção de goma xantana [9]. 
5. Produção de Penicilina 
A penicilina é um antibiótico produzido pelo fungo Penicillium chrysogenum, 
em um reator alimentado, como metabólito secundário. Sua produção pode ser 
dividida em dois estágios, em que o primeiro trata-se do crescimento da cultura 
e o segundo da produção propriamente dita, chamada também de idiofase. 
Durante a fase estacionária de crescimento celular, ácido feniloacético é 
alimentado ao reator, este precursor da penicilina [1]. Uma cultura de 
crescimento celular, rica em glicose irá promover o crescimento celular, porém o 
ácido não deve ser adicionado durante o crescimento, devido à toxicidade ao 
crescimento celular. Dessa forma, apenas com a cultura multiplicada o composto 
deve ser adicionado, promovendo a produção de metabólitos secundários. 
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6. Referências Bibliográficas 
[1] MCNEIL, Brian; HARVEY, Linda M. Pratical Fermentation Technology. 
Strathclyde University, UK: John Wiley & Sons, Ltd, 2008; 
[2] NAJAFPOUR, Ghasem D. Biochemical Engineering and Biotechnology. 
University of Mazandaran, Iran: Elsevier, 2007; 
[3] BAILEY, James E.; OLLIS, David F. Biochemical Engineering 
Fundamentals. 2. ed. Singapore: McGraw-Hill Book Company, 1986; 
[4] KIM, M.; DAY, D. F. Composition of sugar cane, energy cane, and sweet 
sorghum suitable for ethanol production at Louisiana sugar mills. J. Ind. 
Microbiol. Biotechnol. vol. 38, no. 7, pp. 803-807, 2011; 
[5] CANILHA, L. et al. Bioconversion of sugarcane biomass into ethanol: An 
overview about composition, pretreatment methods, detoxification of 
hydrolysates, enzymatic saccharification, and ethanol fermentation. J. Biomed. 
Biotechnol. vol. 2012, 2012; 
[6] SOUZA DIAS, M. O. de et al. Sugarcane processing for ethanol and sugar in 
Brazil. Environ. Dev. vol. 15, pp. 35-51, 2015; 
[7] KRISTIANSEN, B.; MATTEY, M.; LINDEN, J. Citric Acid Biotechnology. 
Philadelphia, USA: Taylor
& Francis, 2002; 
[8] SOCCOL, C. R.; VANDENBERGHE, L. P. S.; RODIGUES, C. New 
Perspectives for Citric Acid Production and Application. Food Technol. 
Biotechnol., vol. 44, no. 2, pp. 141-149, 2006; 
[9] GARCÍA-OCHOA, F.; SANTOS, V. E.; CASAS, J. A.; GÓMEZ, E. Xantham 
gum: Production, recovery, and proprerties. Biotechnol. Adv. vol 18, no. 7, pp. 
549-579, 2000.