vinagre 11 03 2013

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - UFPA
INSTITUTO DE TECNOLOGIA - ITEC
FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS - FEA
DISCIPLINA: ENGENHARIA BIOQUIMICA
DOCENTE: ELISA NEVES
 
VINAGRE
BELÉM
2013
CRISLIANE CAMARGO DENYSE GOME
JOSEANE POMBO
 KELEM POMPEU
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INTRODUÇÃO
Desde os tempos mais remotos, o ser humano descobriu que poderia aproveitar reações que sucediam espontaneamente na natureza para tornar sua vida melhor e mais agradável. Dessa forma, passou a utilizar em seu benefício, os efeitos surpreendentes e, durante muito tempo, inexplicáveis, dos processos fermentativos para conservar alimentos e preparar bebidas.
O objetivo principal deste trabalho é estudar a obtenção de vinagre, a partir da fermentação acética dando ênfase ao processo submerso.
HISTÓRICO
O vinagre é um alimento fermentado conhecido há milhares de anos, as primeiras referências datam de 8000 anos a.C;
 Utilizado como condimento, conservante, aromatizante, refresco e medicamento;
No século XVII a produção de vinagre, primeiramente se estabeleceu na França, seu nome provém do francês vinaigre ou vinho azedo; 
Originalmente, era obtido do vinho de uvas e da cerveja, por fermentação espontânea.
DEFINIÇÃO SEGUNDO A LEGISLAÇÃO
Os fermentados acéticos são definidos como os produtos obtidos da fermentação acética do fermentado alcoólico de mosto de frutas, cereais ou de vegetais, de mel, ou da mistura de vegetais, ou ainda da mistura hidroalcoolica, devendo apresentar acidez volátil mínima de 4,0 gramas por 100 mililitros, expressa em ácido acético; 
A graduação alcoólica não pode exceder 1° GL e deve ser obrigatoriamente pasteurizado;
Classificado de acordo com a origem da matéria-prima, sendo designados de fermentados acéticos ou vinagres, seguidos do nome da matéria-prima de origem.
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IMPORTÂNCIA E APLICAÇÕES INDUSTRIAIS
Condimento: o vinagre é usado com a finalidade de conferir odor e sabor ácido ao produto. 
Agente de limpeza: o vinagre é utilizado para clarear materiais metálicos como prata, alumínio e latão.
Propriedades preservativas são utilizadas principalmente contra fungos(bolores) em pães, panetones e biscoitos
ELEMENTOS DE MICROBIOLOGIA APLICADA AOS AG. FERMENTATIVOS
Bactérias acéticas pertencem à família Acetobacteraceae 
 Dois gêneros (Acetobacter e Gluconobacter)
Principais espécies: A. aceti, A. pasteurianus, A. peroxidans, A. xylinum e Gluconobacter oxydans
Polimorfismo: bastonetes e cocos, Gram negativos
Temperatura: 25°C a 30°C
pH: 3 a 4
Estritamente Aeróbias.
Fatores que afetam o crescimento das espécies do gênero Acetobacter:
Falta de fontes de carbono e nitrogênio como manitol e sulfato de amônio;
Falta de vitaminas do complexo B, tais como tiamina, piridoxina, cianocobalamina, ácido pantotênico e nicotínico;
Algumas espécies demonstram a necessidade de ácido p-aminobenzóico.
sais minerais (macronutrientes) de boro, ferro, zinco, manganês.
ELEMENTOS DE MICROBIOLOGIA APLICADA AOS AG. FERMENTATIVOS
Interesse industrial :
 A capacidade de suportar altas concentrações de álcool no mosto e ácido acético no vinagre;
 Boa capacidade de produção de ácido acético;
Bom rendimento industrial na conversão de álcool à ácido acético;
Rapidez na transformação;
Baixa exigência em nutrientes, minerais e vitaminas;
Tolerar uma faixa ampla de temperatura.
 
 
ELEMENTOS DE MICROBIOLOGIA APLICADA AOS AG. FERMENTATIVOS
As características desejáveis de meios de cultivo:
 Atender as necessidades nutricionais do microrganismo escolhido ( vitaminas e minerais).
 Cepas do gênero Acetobacter (meio de Frateur);
 Meio de Frateur: 10g de extrato de levedura, 20g de etanol, 20g de CaCO3 e 20g de agar em 1litro de água destilada, com pH ajustado entre 6,0-7,0. 
 Melhores fontes de carbono para o crescimento de Acetobacter são, etanol, glicerol e lactato
ELEMENTOS DE MICROBIOLOGIA APLICADA AOS AG. FERMENTATIVOS
ELEMENTOS DE MICROBIOLOGIA APLICADA AOS AG. FERMENTATIVOS
Preparo do Inoculo:
1,0 x 109 células mL-1 é o ideal para um inóculo de bactérias acéticas
as bactérias acéticas se desenvolvam em tubos com água estéril contendo ácido nicotínico de autolisado de leveduras e álcool como substrato. 
Enzimas
A fermentação acética consiste na reação de transformação do vinho em vinagre, que é catalisada através da enzima alcooxidase, formada pelo fungo Micoderma aceti. 
Na fermentação acética originam-se também outros compostos que vão dando sabor e cheiro característico para o vinagre
ELEMENTOS DE MICROBIOLOGIA APLICADA AOS AG. FERMENTATIVOS
MATÉRIAS PRIMAS
Classificação da matéria prima:
Vinagres de sucos de frutas: uva, uva-passa,
 maçã, abacaxi, etc.
Vinagres de tubérculos amiláceos: batata, 
batata-doce, mandioca, etc.
Vinagres de cereais: cevada, centeio, trigo, 
arroz, milho, etc.
Vinagres de matérias-primas açucaradas:
 xarope de açúcar, mel, melaço, etc.
Vinagres de álcool: álcool propriamente dito diluído, aguardentes, outros destilados.
Para os materiais amiláceos (Cereais, raízes e tubérculos) há a necessidade de uma gomificação prévia do material através de cozimento sob alta temperatura e pressão para expor o amido ao catalisador que promoverá a hidrólise do amido (sacarificação). 
Em matérias-primas açucaradas, o teor de açúcar no mosto deve estar ao redor de 15 g/dl o que resultará num vinho com aproximadamente 8,5oGL. Caso se verifique concentração maior, é necessária a diluição com água, e concentrações menores podem ser corrigidas pela adição de açúcar de correção ou mostos concentrados.
PREPARO DO MOSTO
Fermentação alcoólica 
PREPARO DO MOSTO
 Meio de cultura Inoculo
Vinho não pasteurizado + Vinagre não pausterizado 
Concentração Alcoólica: o vinho (5 a 12oGL); 
Acidez Inicial: vinagre forte não pasteurizado adição de 25 a 30% ( acidez inicial entre 2 a 3% de ácido acético);
Controle da Oxigenação: suprimento adequado de O2, (microrganismo aeróbioestrito); 
Controle da Temperatura: temperatura entre 25-32oC.
Correção de Nutrientes: adição de minerais, aminoácidos e vitaminas do complexo B.
Fermentação acética 
CINÉTICA DOS PROCESSOS
ESTUDOS DOS PROCESSOS DESCONTÍNUOS E CONTÍNUOS 
Fermentação Descontínua (ou Batelada)
Com um inóculo por tanque
Com recirculação de células
Fermentação Descontínua Alimentada (Batelada alimentada)
Sem recirculação de células
Com recirculação de células
Fermentação Contínua
Um biorreator (com ou sem recirculação de células)
Reatores em série (com ou sem recirculação de células)
ESTUDOS DOS PROCESSOS DESCONTÍNUOS E CONTÍNUOS 
Vantagens
Desvantagens
Maior produtividade devido à redução de tempos não produtivos;
Maior investimento inicial na planta;
Menor capacidade de: dornas, trocadores, e outros;
Possibilidade de mutações genéticas espontâneas;
Obtençãode um caldo fermentado uniforme
Maior possibilidade de contaminações, por se tratar de um sistema aberto, necessitando mais cuidados de assepsia;
Devido ao regime estacionário que se pode trabalhar, é possível trabalhar em condições ótimas para o microrganismo;
Dificuldade de manutenção de homogeneidade no reator, principalmente quando se trabalha com grandes volumes e baixas vazões;
Possibilidade de associação com outras operações contínuas (destilação).
Menor flexibilidade e menor robustez em relação ao processo batelada
Dificuldade de operação em estado estacionário;
Tabela 1: Vantagens e Desvantagens do Processo Contínuo em relação ao Batelada
PROCESSO SUBMERSO
Baseia-se na presença da bactéria acética submersa no vinho (fermentação acética) saturado constantemente por ar. 
Tempo de processo = 30 a 40 h
Concentração de álcool residual = 0,2% v/v
Vantagens:
Sistema muito eficiente e extremamente rápido.
As perdas são mínimas por evaporação.
Desvantagens:
Vinagre turvo
Qualidade inferior àquela obtido pelo método lento
EQUIPAMENTOS
Acetificador de Frings: funciona de maneira contínua
a- turbina de
ar; 
b- compensador de ar; 
c- dispositivo para coletar líquido de condensação; 
d-e- dispositivo para controlar a formação de espuma;
f- dispositivo para medir o álcool; 
g- serpentina para refrigeração;
h- dispositivo para refrigeração;
i- termômetro; 
j- bomba para entrada do vinho; 
k- bomba para retirada do vinagre.
Fluxograma dos equipamentos envolvidos no processo.
EQUIPAMENTOS
A ventilação adequada para manter a salubridade do ar, a temperatura e a umidade;
Iluminação, suficientemente intensa, podendo se utilizar de luz natural;
Pisos e paredes resistentes e de fácil higienização;
Portas e janelas com telas, para evitar pragas;
Fluxo contínuo da produção;
O s equipamentos posicionados de forma a facilitar o processamento e reduzir os riscos de contaminação do produto final; 
Área reservada para possíveis ampliações. 
EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS
EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS
Área total de aproximadamente 16000 m²
Vista frontal da indústria de vinagre.
EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS
Vista superior (Layout) da indústria de vinagre.
EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS
Vista interior (Layout) da indústria de vinagre.
EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS
1. Tanque de preparo do mosto; 2. Acetificadores; 3. Tanque de clarificação; 4. Filtro prensa; 5. Toneis de envelhecimento; 6. Pasteurizador; 7. Tanque de diluição; 8. Envasador;
Perspectiva isométrica do processo
ESTERILIZAÇÃO 
A esterilização implica a destruição, inativação ou remoção de toda forma de vida microbiana. 
Tabela 01: Métodos de esterilização.
ESTERILIZAÇÃO DO MOSTO
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ESTERILIZAÇÃO DO MOSTO 
O mosto deve ser esterilizado para que todos os contaminantes (microrganismos estranhos) que estão presentes no ar, água, equipamento, vidraria, e no próprio mosto sólido sejam retirados para não consumirem o meio de cultivo, competindo assim com os microrganismos responsáveis pela fermentação.
ESTERILIZAÇÃO DO MOSTO 
Os dois processos industriais mais importantes são o modo de operação contínuo e descontínuo.
Descontínuo (batelada) 
O meio de cultura é colocado dentro do fermentador, assim, esterilizam-se simultaneamente o meio e o fermentador. O aquecimento do sistema pode ser realizado de duas maneiras:
Aquecimento com vapor direto;
Aquecimento com vapor indireto.
	Em qualquer dos casos, o meio é agitado mecanicamente, a fim de homogeneizar a temperatura em todos os pontos do sistema.
ESTERILIZAÇÃO DO MOSTO 
Contínuo 
O meio de cultura é esterilizado antes de entrar no fermentador através do sistema mostrado abaixo:
Preaquecimento: utilizado como fluido de resfriamento
Trocador de calor de placas ou de tubos
Tubo de espera: termicamente isolado dimensionado de modo que o tempo de espera seja igual ao tempo de esterilização
Trocador de calor onde a T é reduzida até a T de fermentação
Mistura do meio com o vapor: atinge a T de esterilização
ESTERILIZAÇÃO DO MOSTO 
 
O processo contínuo de esterilização do meio de cultura apresenta algumas vantagens com relação ao processo descontínuo, a saber:
 Menor destruição de nutrientes do meio de cultura: por trabalhar com T mais elevadas e por ser um processo mais rápido tanto no aquecimento como no resfriamento, o tempo de permanência do meio em T elevada é relativamente pequeno (10 a 15 min). As fermentações que utilizam esterilização do meio de cultura por processo contínuo apresentam maior rendimento.
 Evita contaminação metálica do meio de cultura com a parede do tubo: tubo de espera com dimensões pequenas.
 Dispensa a utilização de motores de potência elevada para acionamento dos agitadores, como no processo descontínuo: especialmente quando o meio é viscoso ou de alta densidade.
 Economia de vapor, e de água de resfriamento, em relação ao processo descontínuo.
ESTERILIZAÇÃO DO AR
ESTERILIZAÇÃO DO AR
Os métodos para esterilização do ar são:
Calor seco; 
Radiações; 
 Filtros que apresentam poros;
Filtração Filtros de camadas de material fibroso
 (lã-de-vidro).
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PROCESSOS FERMENTATIVOS 
Para obtenção do vinagre a partir das matérias primas original, são necessários dois processos de fermentação distintos: 
Fermentação alcoólica;
Fermentação acética. 
PROCESSOS FERMENTATIVOS 
 Fermentação Alcoólica:
A primeira fase da fermentação é um processo anaeróbio cuja equação simplificada é:
Açúcar Leveduras Álcool
 C6H12O6 2CH3CH2O + 2CO2
 Fermentação acética: 
Álcool Bactérias Acéticas Ácido Acético
CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O
PROCESSOS FERMENTATIVOS 
Identificação: Acetificador
Nº necessário: 8 
Função: Transformar o álcool do mosto alcoólico em ácido acético através de uma fermentação acética.
Operação: Semi-contínuo
Tipo: Horizontal
 Fixo
 Cilíndrico
 
Capacidade: 1000 Kg/h
Área: 10 m2
Características de operação: 
Material alimentado: mosto alcoólico proveniente da fermentação alcoólica
Pressão: 1 atm
Temperatura: 25ºC
Material: Aço inoxidável
 
Dimensões do reator:
Cilíndrico com diâmetro de 1 m, altura de 2 m e um volume de 15 m3.
Utilitários: Sistema de resfriamento
Controle: Trocador de calor à vapor 
Comentários: a localização e o tamanho do equipamento são estabelecidos segundo o desenho da planta.
 Reator de Acetificação
PROCESSOS FERMENTATIVOS 
Balanço Material: 
Base calculo (C1= 1000kg/h)
Balanço para o tanque de preparo do meio de cultura:
Qas=Qae=900 kg/h
Qete=Qets=100kg/h
Qae=Quantidade de água que entra; Qas=Quantidade de água que sai;
Qete=Quantidade etanol que entra; Qets=Quantidade etanol que sai;
PROCESSOS FERMENTATIVOS 
Balanço Material: 
Balanço de massa para o acetificador:
C3=Quantidade que sai do acetificador; Qac=Quantidade de Acido acético;
In=Inoculo; Qets=Quantidade etanol que sai;
(Quantidade de vinagre produzido).
CONCLUSÕES
Uma característica bastante particular da produção dos vinagres é que as bactérias (acetobacteres), que fazem a oxidação dos alcoóis estão no ar.
 O processo é bastante delicado.
Os processos fermentativos, assim como os processos químicos, são limitados pela cinética. Por ela é possível relacionar o tempo necessário para atingir concentrações desejadas e com essas informações é possível buscar melhorias para a otimização do processo produtivo.