Fermentação: Conceito e Classificação

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A FERMENTAÇÃO COMO 
PROCESSO UNITÁRIO 
 
FERMENTAÇÃO: 
CONCEITO 
 
Fermentação  Latim: 
fervere 
 
C6H12O6  2 CO2 + 2CH3CH2OH, 
 Gay-Lussac, 1810 
 
Definições: 
 
“Fermentação é um processo metabólico 
caracterizado por oxidação incompleta” 
(Joergensen) 
 
“Fermentação é um processo metabólico no qual, 
pela atividade de enzimas produzidas por micro-
organismos, provocam-se transformações 
químicas em substâncias orgânicas” (Prescott & 
Dunn). 
 
“Fermentação é todo processo microbiológico 
para produção de substâncias” (Gaden) 
“A fermentação constitui a classe de reações 
biológicas de oxidação-redução produtoras de 
energia nas quais compostos orgânicos servem 
como receptores finais de elétrons” (Stanier) 
 
 
No sentido mais amplo podemos definir: 
 
“Fermentação é todo processo 
no qual micro-organismos 
provocam a transformação de 
substâncias” 
(Borzani) 
 
CLASSIFICAÇÃO DAS FERMENTAÇÕES 
 
Considerando a natureza do principal produto: 
 
• fermentação alcóolica: produção de álcool 
etílico 
• fermentação acética: produção de ácido acético 
(vinagre) 
• fermentação cítrica: produção de ácido cítrico 
• fermentação lática: produção de ácido lático 
• fermentação penicilínica: produção de penicilina 
etc. 
 
Quanto ao número de espécies de microrganismos atuando 
simultaneamente no processo, pode ser: 
 
• Pura: quando promovida por uma determinada 
espécie, p. ex. fermentação penicilínica 
 
 
 
 
• Múltipla: quando efetuada por duas ou mais 
espécies de microrganismos em ação 
simultânea, como na fabricação de iogurte. 
 
 
 
 
 
 
Quanto à necessidade de oxigênio, pode ser: 
 
Aeróbia ou oxidativa Anaeróbica 
Processa-se em condições 
aeróbicas, com o oxigênio 
sendo o receptor de hidrogênio. 
Por ex. fermentação cítrica, 
acética, penicilínica, entre 
outros. 
Processa-se em anaerobiose, 
quando o oxigêncio do ar não é 
o receptor de hidrogênio, sendo 
frequentemente tal receptor um 
aldeído. Por ex. fermentação 
alcóolica, lática, acetona-
butanólica, tratamento biológico 
de resíduos entre outros. 
 
Quanto ao modo de condução do 
processo: 
 
• Fermentação descontínua ( batch): quando o meio a ser 
fermentado é colocado no fermentador juntamente com o 
inóculo e uma vez terminada a fermentação os produtos são 
separados. 
 
• Fermentação descontínua alimentada (fed-batch): o meio é 
adicionado escalonadamente à medida que se processa a 
fermentação. 
 
• Fermentação contínua: o processo é estabelecido em um 
sistema aberto, com o meio estéril sendo alimentado 
continuamente no reator e uma quantidade equivalente do 
meio fermentado, contendo micro-organismos, são retirado 
simultâneamente. 
 
 
Quanto ao modo de desenvolvimento do 
microrganismo: 
 
 Crescimento em superfície 
 
 
 
 Crescimento submerso ou em 
profundidade 
 
 
PROCESSO FERMENTATIVO INDUSTRIAL 
GENÉRICO 
 Um processo fermentativo genérico 
pode ser considerado como constituído 
de duas etapas principais, a saber: 
 
◦ o preparo do inóculo 
 
◦ fermentação propriamente dita. 
 
Processos Fermentativos - Etapas 
Preparo do inóculo 
 
Definição: 
Denomina-se inóculo, pé-de-cuba, pé de 
fermentação, um volume de suspensão 
de micro-organismos de concentração 
adequada, capaz de garantir, em 
condições econômicas, a fermentação. 
 
Fermentador 
Ativação/Propagação 
 
 
 Fontes de microrganismos de interesse 
 
 Isolamento a partir de recursos naturais 
 compra de coleções de culturas 
 obtenção de mutantes naturais 
 obtenção de mutantes induzidos por métodos 
convencionais 
 obtenção de microrganismos recombinantes 
por técnicas de engenharia genética 
 
 Muitas vezes uma determinada estirpe é 
submetida à ação de fatores mutagênicos, 
como o gás mostarda, raios X, radiações 
ultra-violeta, resultando daí a obtenção de 
mutantes que, em alguns casos, são de 
muito maior valor econômico. 
 
3.1.2. Características dos microrganismos 
utilizados nas fermentações 
 
 apresentar elevada eficiência na conversão do 
substrato em produto; 
 permitir o acúmulo do produto no meio, de forma a se 
ter elevada concentração do produto no caldo 
fermentado; 
 não produzir substâncias incompatíveis com o produto; 
 apresentar constância quanto ao comportamento 
fisiológico; 
 não ser patogênico; 
 não exigir condições de processo muito complexas; 
 não exigir meios de cultura dispendiosos; 
 permitir a rápida liberação do produto para o meio. 
 
Aumento da produção de antibióticos mediante 
mutação e seleção, entre 1943 e 1961 ( Alikhanian, 
1962). 
 
Antibiótico 
Produtividade (U.I./mL) 
No momento do 
descobrimento 
Mutantesde alto rendimento 
Penicilina 20 ( 1943) 8.000 (1955) 
Estreptomicina 50 (1945) 5.000 (1955) 
Eritromicina 100 (1955) 2.000 (1961) 
Aureomicina 200 (1948) 4.000 (1959) 
Terramicina 400 (1950) 6.000 (1959) 
Na década de 40 obtinha-se teor de penicilina 
no caldo fermentado por Penicillium 
chrysogenum da ordem de 100 unidades/cm3, 
passando-se a obter, já por volta de 1976, 
teores da ordem de 51.000 unidades/cm3. 
 
 
3.2. O meio de fermentação 
 
Denomina-se mosto ou meio de fermentação todo o 
líquido susceptível de sofrer fermentação em 
condições econômicas. 
 
Os mostos podem ser: naturais ou sintéticos 
(artificiais) 
 
De modo geral, um mosto deve obedecer aos 
seguintes requisitos básicos: 
 
 satisfazer às necessidades nutricionais do 
microrganismo; 
 ser o mais barato possível; 
 auxiliar no controle do processo, como é o caso de 
ser ligeiramente tamponado, o que evita variações 
drásticas de pH, ou evitar uma excessiva formação 
de espuma; 
 não provocar problemas na recuperação do 
produto; 
 os componentes devem permitir algum tempo de 
armazenagem, a fim de estarem disponíveis todo o 
tempo; 
 ter composição razoavelmente fixa; 
 não causar dificuldades no tratamento final do 
Mosto artificial para fermentação acética 
(Borzani 1960). 
 Componentes Quantidade 
Etanol 100 mL 
(NH4)2HPO4 0,2 g 
K2HPO4 0,04 g 
MgSO4.7H2O 0,03 g 
Bitartarato de potássio 0,07 g 
Glicose 1,0 g 
Água suficiente para 1 Litro 
Meios de desenvolvimento e de produção 
para fermentação cítrica*. 
 
Componente (g/L) Meio de 
desenvolvimento 
Meio de produção 
Sacarose 25 – 50 200 
NH4NO3 2,25 1,1 
KH2PO4 0,3 - 
MgSO4.7H2O 0,25 0,25 
KCl - 0,15 
* O pH dos meios deve ser ajustado para 2,0. 
 
 
 Substratos utilizados como fonte de carbono 
 
Carboidratos: glicose e sacarose puras raramente 
são utilizadas nos processos industriais. O melaço, 
um subproduto da produção de açúcar é uma das 
fontes mais baratas de carboidratos. Outros: 
amido,líquidos sulfíticos, metanol, etanol, celulose, 
alcanos. 
 
Meio Sacaríneas 
Meio Amiláceas 
 Amido 
 
Amido 
Hidrólise: Uso de enzimas Ligações α-1,4 (α-amilase, β-amilase) 
 Ligações α-1,6 (exopululanases, pululanases e 
isoamilases) 
 Ligações α-1,4 e α-1,6 (glucoamilases) 
 
Produtos: glicose, maltose, dextrinas 
Meios Celulósicos 
 
Hidrólise: Aquecimento com ácidos orgânicos (70 ou 150 ºC) 
Uso de enzimas do complexo celulítico (endo e exoglucanases, 
β glicosidase) 
Produtos: glicose, celobiose, oligossacarídeos 
 
Substratosutilizados como fonte de 
nitrogênio 
  Sais de amônio 
 Uréia 
 líquido de maceração do milho 
 extratos de levedura 
 peptonas 
 
A definição adequada do micro-organismo a ser 
empregado, assim como do meio de cultura para 
este microrganismo, é etapa fundamental para o 
sucesso de um processo fermentativo. No entanto, é 
sempre importante lembrar que a definição de um 
processo fermentativo mais adequado, assim como 
as preocupações com a recuperação do produto, 
são etapas da mais alta importância. 
 
É necessário a constante busca do 
desenvolvimento do processo já 
instalado, ou seja por melhores 
condições, em termos de 
microrganismo e meio. 
 
Aumento da formação de penicilina por Penicillium 
chrysogenum como resultado do desenvolvimento de 
cepas e otimização dos meios de cultivo (Swartz, 
1979). 
 
Cepa 
Penicilina G 
potássica 
(mg/mL) 
Rendimento em 
Penicilina (a) 
(g Pen.G/kg Eq. 
Glc) 
 
Produtividade (b) 
P-2 9,0 0,05 0,72 
P-7 16,1 0,09 1,8 
P-11 21,6 0,12 2,3 
P-13 27,0 0,09 2,6 
P-15 29,4 0,12 3,2 
(a) kg lipídio x 2,5 = kg equivalente de glicose. Fontes de carbono do meio: açucares e 
óleos vegetais. 
(b) kg produto por 1.000 Litros de capacidade total do fermentador por dia. 
 
Composição dos melaços dos açúcares de cana e de beterraba 
(Rhodes & Fletcher, 1966; Imrie, 1969). 
 
 
Composição Melaço 
beterraba 
Melaço de cana 
Matéria seca (MS), % 78 - 85 77 - 84 
Sacarose 48,5 33,4 
Rafinose 1,0 - 
1,0 1,0 21,2 
Matéria inorgânica variada 20,7 19,6 
N 0,2 - 2,8 0,4 – 1,5 
P2O5 0,05 – 0,07 0,6 – 2,0 
CaO 0,15 – 0,7 0,1 – 1,1 
MgO 0,01 – 0,1 0,03 – 0,1 
K2O 2,2 – 4,5 2,6 5,0 
SiO2 0,1 – 0,5 - 
Al2O3 0,005 – 0,06 - 
Fe2O3 0,001 – 0,02 - 
Cinzas 4 – 8 7 – 11 
Tiamina, mg/100g MS 130 830 
Riboflavina 41 250 
Priridoxina 540 650 
Niacina 5.100 2.100 
Ácido pantotênico 130 2.140 
Ácido fólico 21 3,8 
Biotina 5,3 120 
Composição do extrato de levedura produzido mediante processos de 
autólise e de plasmólise com NaCl. 
 
 Método de produção 
 Autólise Plasmólise com NaCl 
Composição, % 
Matéria seca 70 80 
Nitrogênio total 8,8 7,4 
Proteína (N x 6,25) 55 46 
NaCl < 1 18 
Aminoácidos, % 
Alanina 3,4 2,3 
Ácido aminobutírico 0,1 0,1 
Arginina 2,1 1,1 
Asparagina 3,8 3,1 
Cistina 0,3 0,2 
Ácido glutâmico 7,2 5,1 
Glicina 1,6 1,6 
Histidina 0,9 0,8 
Isoleucina 2,0 1,6 
Leucina 2,9 2,3 
Lisina 3,2 2,9 
Metionina 0,5 0,5 
Ornitina 0,3 0,9 
Fenilalanina 1,6 1,6 
Prolina 1,6 1,5 
Serina 1,9 1,5 
Treonina 1,9 1,4 
Tirosina 0,8 0,5 
Valina 2,3 1,9 
Composição do extrato de levedura produzido mediante processos 
de autólise e de plasmólise com NaCl. 
 
Vitaminas, mg/100g 
Tiamina 20 – 30 10 – 15 
Riboflavina 50 – 70 50 – 70 
Piridoxina 25 – 35 20 – 30 
Niacina 600 100 
Ácido pantotênico 200 350 
 Método de produção 
 Autólise Plasmólise com 
 NaCl 
Composição, % 
Cinética dos processos 
fermentativos descontínuos 
Quando um micro-organismo é colocado em um 
meio de cultivo apropriado, são observadas 
inúmeras transformações, todas elas de caráter 
bastante complexo. Entre elas podem ser 
citados o consumo de parte ou total do substrato 
e dos nutrientes disponíveis no meio, o 
aumento, por reprodução celular, da massa de 
micro-organismos presentes no meio e, a 
formação de produtos do metabolismo celular. 
 
S1, S2,.....Sn - substratos 
 P1, P2,...Pn - produtos formados 
 
Figura 1. Esquema das transformações que ocorrem como 
decorrência da ação de um microrganismo sobre um dado meio. 
Micro-
organismos 
S1 
S2 
S3 
P1 
P2 
P3 
As curvas de variação de concentrações celular, 
de substrato e produto são a base de qualquer 
estudo cinético. Para o traçado destas curvas de 
modo que representem a evolução de um 
processo fermentativo o mais precisamente 
possível, alguns fatores precisam ser 
considerados, como: 
 
•a escolha das concentrações a serem medidas, a partir do 
conhecimento do microrganismo, das rotas bioquímicas; 
•a escolha de métodos analíticos adequados; 
•a influência do volume da massa celular; 
•a amostragem, de forma a Ter-se uma amostra que 
represente todo o meio em fermentação; 
•a conservação das amostras; 
•o intervalo entre as tomadas de amostra, de modo a Ter-
se uma visão o mais detalhada possível do processo, sem, 
entretanto, reduzir demais o volume do meio. 
 
Objetivos da cinética: 
 
 Medir velocidades; 
 Fatores que influenciam as 
velocidades; 
 Correlacionar parâmetros através de 
equações empíricas ou modelos 
matemáticos; 
 Controlar e otimizar o processo; 
 
Nomenclatura: 
 
 X – Concentração de microrganismos (g de 
matéria seca/L); 
 
 S – Concentração de substrato (g/L); 
 
 
 P – Concentração de produto (g/L); 
 
 
 
 
 Estudo cinético: acompanhamento das 
concentrações de produto, 
substrato e microrganismos 
 
 O gráfico ao lado relata as 
velocidades instantâneas de 
crescimento ou reprodução 
microbiana; de consumo de 
substrato e da formação de 
produto em um dado instante de 
tempo. 
 
 Para calcular as velocidades e as 
velocidades específicas de 
transformações é necessário estudar 
os traçados das curvas à partir dos 
pontos experimentais 
 São feitas regressões dos pontos 
experimentais 
 Manualmente 
 Curvas representadas por equações
 matemáticas 
 Programas de computador 
 
Traçado das curvas 
 Traçado manual 
◦ As curvas de crescimento celular (X=X(t)) 
e de formação de produto (P=P(t)), 
exibem a forma de “S” ou sigmoidal 
crescente 
◦ As curvas do substrato residual do meio 
(S=S(t)) se caracteriza pelo perfil em “S” 
decrescente 
 
Cálculo dos parâmetros cinéticos: 
 
 Velocidade média, com que ocorre a 
transformação em um dado intervalo ∆t. 
 
 
A velocidade média, no caso da formação de 
produtos (células e etanol, por exemplo), é também 
denominada produtividade. A título de exemplo são 
mostrados a seguir as expressões para as 
velocidades médias de consumo de substrato (vs) e 
para as velocidade médias (ou produtividade) de 
formação de produto (vp) e de crescimento 
microbiano (vx), entre os instantes inicial (to = 0) e 
final (tf) do processo. 
 
 
Velocidades médias: 
 vs = = g/L.h 
 
 vp = = g/L.h 
 
 vx = = g/L.h 
 t
x


Velocidades instantâneas: 
 
 
De crescimento microbiano 
vx = g/l.h) 
 
De consumo de substrato 
vs =- (g/l.h) 
 
De formação de produto 
vp = (g/l.h) 
 
 
 
dt
dx
Velocidades específicas 
Como X aumenta durante um cultivo descontínuo (processo em 
batelada), analisa-se geralmente as velocidades instantâneas com 
relação à concentração microbiana 
De crescimento microbiano 
x = (h
 –1) 
 
De consumo de substrato 
s= - (h
 –1) 
 
 De formação de produto 
p= (h 
–1) 
 
Coeficientes de rendimento ou fatores de 
conversão: 
 
 de substrato em células 
Yx/s= = 
 
 de substrato em produto 
 
Yp/s = = 
 
 
 Onde, X, S, P – diferença entre as concentrações ou 
massas finais e iniciais de células, substrato e produto. 
 
 Eq. 09: Yx/s = (X-Xo) →conversãoem substrato em células
(So-S)
 Eq. 10: Yx/p = (X-Xo) →relação entre a diferença [X] e [P]
(P-Po)
 Eq. 11: Yp/s = (P-Po) →conversão de substrato em produto
(So-S)
 
Produtividade (g/L.h) 
 
Produtividade expressa a velocidade 
média do processo: 
 
P = P/t 
 
onde t = tempo de fermentação (h) 
 
 
Rendimento do processo: 
Fermentação alcoólica: 
C6H12O6  2 CO2 + 2C2H5OH 
Glicose gás carbônico etanol 
180 g 2x46 
1g x 
Logo 
 
x=0,511g 
 
Rendimento = P * 100 (%) onde 
 
 So * 0,511 
P = etanol obtido 
 
Otimização 
 
Uma fermentação como toda operação 
industrial, é submetida à noção de 
índice de perfomance, em que entram, 
particularmente, o tempo de operação, 
a produção, o consumo de energia, de 
matéria-prima e o rendimento 
 
Fases da curva de crescimento 
 Fase 1- Lag ou Latência 
◦ Imediatamente após a inoculação do 
microrganismo ao meio 
◦ Período de adaptação celular 
 X = Xo → constante (não há reprodução) 
◦ Período de duração da fase → varia 
 [inóculo] 
 Idade do microrganismo 
 Estado fisiológico do micro-organismo 
 Fase 2 – Transição ou aceleração 
◦ Início da reprodução microbiana 
◦ ↑rX (velocidade de reprodução) 
◦ ↑µX (velocidade específica de crescimento) 
 
Fase 3 – Logarítmica ou exponencial 
 
µx = µm → velocidade específica de crescimento é constante e 
máxima 
 
Eq. 37: dX = µm . X → a velocidade de crescimento é 
 dt diretamente proporcional a X 
 
Integrando a eq. 37, entre o início da fase (ti, Xi) e um tempo 
arbitrário (t, X) 
 
Eq. 38: ln X = µm . (t-ti) 
 Xi 
Eq. 39: X = Xi . exp[µm . (t- ti)] 
 ↳ representação semilogarítmica de X com o tempo de 
cultivo 
 ↳ valida até tc (tempo crítico) 
 
 Fase 3 – continuação… 
 
◦ Ao lado da velocidade específica µm, a fase 
exponencial é caracterizada pelo tempo de geração 
(tg) 
 
◦ tg é o intervalo de tempo necessário para dobrar o 
valor de X 
◦ Aplicando-se esta definição, tem-se 
 
 Eq. 40: ln 2 . Xi = µm . tg 
 Xi 
 Eq. 41: µm = ln 2 = 0,693 
 tg tg 
 Pela eq. 41: o tempo de geração (tg) é cte → µm é 
cte nesta fase 
 m.o : E. coli termófilos leveduras 
 tg: 20’ (37ºC) 15’ (55ºC) 1,5 a 2h 
 
Fase 4 – Linear de crescimento 
◦rX = rK → velocidade de reprodução constante 
◦Esta fase pode ocorrer sem a prévia existência 
da fase logarítmica (m.o’s filamentosos, onde 
há limitação do transporte de nutrientes do 
meio para o interior das células) 
◦Integrando a eq. 1 à partir do início da fase (tc, 
Xc) e um instante arbitrário t, entre tc e td, tem-
se: 
 
X t 
Eq. 42: ʃ
Xc
 dX = rK ʃtc dt 
 
Eq. 43: X = XC + rK . (t – tc) = rK . t + XC – rK. tC 
 
 
 
A otimização deve ser feita segundo 
os seguintes critérios: 
 
 maximização das concentrações dos produtos de 
fermentação que se procura obter (biomassa 
microbiana, metabólitos) 
 Minimização do tempo de fermentação 
 Minimização dos custos operacionais 
 
Os dois primeiros critérios pressupõem a definição 
das condições que levam aos melhores perfis das 
curvas de crescimento e de produção. 
 
 
Classificação 
 
 Gaden (velocidades específicas x 
tempo) 
 
 
Relações entre velocidades específicas de formação 
de produto e velocidades específicas de crescimento 
celular (classificação de Garden): 
 
Tipo I: O produto deriva diretamente do metabolismo 
primário utilizado para produção de energia, podendo 
ser a própria biomassa. O crescimento, o 
catabolismo dos carboidratos e a formação do 
produto ocorrem simultaneamente. Exemplos: 
produção de etanol 
 
Tipo II: O produto deriva do mesmo substrato 
utilizado para o metabolismo primário, mas a 
produção ocorre em uma via secundária, 
independente do metabolismo primário. 
Inicialmente ocorre grande crescimento e alto 
consumo de substrato com pouca formação de 
produto. Em uma segunda fase, o crescimento 
decresce e começa a formação de produto, 
acompanhado de alto consumo de substrato. O 
ácido cítrico, láctico e alguns aminoácidos são 
produzidos por processos deste tipo. 
 
 
Tipo III: A formação de produto e o metabolismo 
primário ocorrem em fases completamente 
separadas. O produto não deriva do catabolismo, 
mas de vias do metabolismo intermediário. Neste 
tipo de fermentação opera inicialmente o 
metabolismo primário, acompanhado do consumo 
de substrato e crescimento. Em seguida é que 
ocorre a formação de produto, a partir de vias 
anfibólicas. Muitos antibióticos são produzidos por 
este tipo de fermentação. 
 
 
 Influência da concentração do substrato sobre a 
velocidade específica de crescimento
 Equação de Monod: explica a relação entre a 
concentração S do substrato limitante do meio, com a 
velocidade específica µX de reprodução do m.o
 Eq. 46: µX = µm.S
Ks + S
 Onde: µm → máxima velocidade específica
Ks → contante de saturação
 Monod ~ Michaelis e Menten
 Ks = S →µX = µm/2
 Inibição pelo substrato: 
◦ Eq. 47: µX = µmS.Kis
Ks+SKis+S
FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA 
 PRODUÇÃO DE ÁLCOOL 
 
Importância 
 
No Brasil a produção de 
etanol está intimamente 
ligada à indústria açucareira. 
 
Com a crise do petróleo em 
meados dos anos 70 adquiriu 
grande importância para 
muitos países. 
 
Produção de Etanol 
CARACTERÍSTICAS 
 líquido incolor 
 cheiro característico, volátil, inflamável e solúvel em água 
 ponto de ebulição: 78ºC 
 baixo ponto de fusão: -144,1ºC 
USOS 
 solvente na fabricação de tintas, lacas, vernizes e perfumes 
 combustível 
 preparação de produtos farmacêuticos 
 desinfetante 
 fluido térmico em termômetros abaixo dos -40ºC 
 produto de partida para várias sínteses orgânicas: 
 por oxidação origina acetaldeído e depois ácido acético 
 pode ser desidratado para formar éter 
 pode ser usado na síntese do butadieno (borracha sintética 
Produção Mundial de Etanol 
Combustível 
 
 Vias de obtenção 
 
Via sintética 
 A partir de hidrocarbonetos não-
saturados de gases do petróleo. P. 
ex.: hidratação catalítica do etileno. 
Via fermentativa 
 Tem maior importância no Brasil, que 
ocupa posição de destaque mundial 
nos conhecimentos desta 
biotecnologia. 
 
Produção de Etanol no Brasil 
Custos Associados à Produção de 
Etanol 
CUSTOS DE PRODUÇÃO 
(Earth Trends Update, Março 2007): 
Cana de Açúcar - U$ 0,34 / L 
Milho - U$ 0,50 / L 
Celulose - U$ 1,10 / L 
Matérias-primas 
Para se considerar uma matéria-prima 
economicamente viável, deve-se levar em 
conta os seguintes requisitos: 
 
 teor de glicídeos 
 preço de custo 
 preço da sua transformação 
 existência de grande quantidade 
 possibilidade de fácil aquisição e transporte 
 
Classificação 
As matérias-primas utilizadas na indústria do álcool podem ser 
classificadas em: 
 
a) matérias-primas açucaradas: 
 
 diretamente fermentescíveis (glicose, frutose), não diretamente 
fermentescíveis (sacarose, maltose, lactose, rafinose) e as 
mistas (melaço, cana-de-açúcar). 
 
 C12H22O11 + HOH  C6H12O6 + C6H12O6 
 Sacarose águaglicose frutose 
 Açúcar invertido 
 
b) matérias-primas amiláceas e feculentas: 
 grãos de cereais, raízes e tubérculos 
 
A fermentação alcoólica das matérias-primas 
deste grupo exige sempre uma prévia 
transformação do amido ou fécula em açúcares 
fermentescíveis, numa reação hidrolítica que 
recebe o nome de sacarificação. 
 
A sacarificação pode ser química (através 
de ácidos diluídos) ou enzimática (amilase 
fúngica) de acordo com a seguinte reação 
simplificada: 
 
(C6H10O5)n + nHOH  n C6H12O6 
amido água glicose 
 
 
c) matérias-primas celulósicas: 
resíduos de serraria, resíduos sulfíticos(lixívias 
residuais da purificação da celulose da madeira). 
 
PREPARO E CORREÇÃO DOS MOSTOS 
 
 Compreendem toda a série de 
operações tecnológicas que visam a 
condicionar a matéria-prima de acordo 
com as exigências da levedura 
alcoólica. 
Composição das Matérias-Primas 
 CALDO DE CANA DE AÇÚCAR: 
Composição das Matérias-Primas 
Melaço 
 62% de açúcares (32% de sacarose, 
14% de glicose, 16 % frutose) 
 20% de água 
 8% de cinzas 
 3% de matérias nitrogenadas 
 7% de outros componentes (gomas e 
ácidos) 
 
 Concentração de sólidos solúveis e de açúcares 
totais 
 
O mosto deve apresentar uma concentração compatível 
com a linhagem de levedura e com o processo de 
fermentação utilizado. 
 
Mostos muito diluídos podem ter as seguintes 
consequências: fermentação mais fácil, menor teor 
alcoólico do vinho, maior consumo de água de diluição, 
maior capacidade de dornas, maior capacidade dos 
aparelhos destilatórios, maior consumo de vapor, maior 
facilidade de infecção do mosto, maior número de mão-
de-obra. 
 
Mostos muito concentrados: fermentação incompleta 
e, portanto, perda de açúcares, fermentações mais 
demoradas, maior rendimento da destilação, maior 
quantidade de incrustações, nos aparelhos destiladores. 
 
Acidez total e pH 
pH entre 4,5 a 5,5 
 
 Sais minerais 
Em proporções adequadas, difosfato de amônio, 
fosfato de cálcio, sulfato de magnésio, sulfato de 
cobalto, etc, favorecem o processo fermentativo. 
 Nitrogênio 
O suprimento de nitrogênio às leveduras é 
essencial ao seu crescimento e a sua fisiologia, 
como a síntese de proteínas, de enzimas, de ácidos 
nucléicos, de fatores de crescimento e de vitaminas. 
A fonte preferida de nitrogênio é a amoniacal, 
quando não disponíveis as mesmas utilizam os 
aminoácidos que são convertidos em álcoois 
superiores acarretando menor rendimento em 
etanol. 
 
Antissépticos 
Comumente, são empregados produtos à base de 
pentaclorofenol e de antibióticos 
 
 Temperatura 
As leveduras são mesófilas, as temperaturas 
ótimas para a produção industrial de etanol situam-
se na faixa de 26-35 oC, com média de 30oC. A 
temperatura deve ser ajustada com o auxílio da 
refrigeração. 
 
Oxigênio 
As leveduras são microrganismos anaeróbios 
facultativos, em anerobiose realizam a 
fermentação, e em presença de O2, oxidam os 
açúcares pela respiração ( Efeito Pasteur). 
 
PREPARO DO MOSTO DE MELAÇO 
 O preparo dos mostos, de um modo geral, 
compreende duas operações: diluição e correção. 
 
 Devido à sua elevada concentração, o melaço 
deve ser diluído com água potável. As 
concentrações dos mostos, nas destilarias são 
comumente expressas em graus Brix, os melaços 
devem ser diluídos para 15 a 25o Brix, com média 
de 18-20o Brix. 
 
 
PREPARO DO MOSTO DE CANA-DE-AÇÚCAR 
 Durante a extração do caldo pelas moendas, 
através da operação de embebição – adição 
de água e/ou caldo diluído à cana em 
processamento - destinada a aumentar a 
extração dos açúcares, já ocorre a sua 
diluição, quando atinge uma concentração da 
ordem de 13 a 15o Brix. 
 Após ser coado, o caldo é encaminhado à 
operação de calagem – adição de leite de cal 
-. Destinada à sua purificação parcial, 
quando ocorre a coagulação de algumas 
impurezas coloidais. Nessa operação, seu 
pH original, de 5,0 a 5,5, é elevado até 5,8 a 
6,2. 
 
PREPARO DO MOSTO DE CANA-DE-AÇÚCAR 
 A seguir, o caldo é submetido a um 
aquecimento da ordem de 100oC, 
ocorrendo a coagulação de outras 
impurezas, sendo então encaminhado a 
uma decantação, para a separação dessas 
impurezas. Daí resultam o caldo claro 
decantado e o lodo ou borra. Aquele é 
encaminhado a evaporadores destinados a 
aumentar a sua concentração. 
 
PREPARO DO MOSTO DE MATÉRIAS AMILÁCEAS 
E FECULENTAS 
 
Devido a inúmeras vantagens que apresenta, o 
processo da amilase fúngica é o mais adequado 
para a sacarificação das matérias amiláceas e 
feculentas. 
 
Processo da amilase fúngica 
 
A amilase fúngica é produzida por vários 
microrganismos desenvolvidos em cultura 
submersa, sob condições controladas de 
temperatura, pH e aeração. Melhores resultados 
foram obtidos com o fungo Aspergillus niger NRRL 
337. 
 
Obtenção do licor amilásico 
 
Compreende duas fases: a fase de 
propagação do fungo em laboratório, em 
meio de cultivo adequado em condições 
controladas de temperatura, agitação e tempo 
de fermentação e a fase industrial que é 
realizado em fermentadores denominados 
“aparelhos de cultura pura”. A massa micelial 
é separada do líquido fermentado e este 
contitui o “licor amilásico”. 
 
Hidratação e cozimento da matéria-prima 
 
Estas operações têm por finalidade transformar o amido em 
“goma”, o que assegura, durante o processo de 
sacarificação, um contato íntimo do amido com as enzimas 
sacarificantes. 
 
Inicialmente, a matéria-prima é desintegrada em moinhos de 
martelos, sendo a seguir levada ao hidrator, onde recebe 
água a uma temperatura de 60oC. A quantidade de água a 
ser adicionada é previamente calculada de modo a se obter, 
após o cozimento, uma goma com 15 a 25o Brix. 
Recomenda-se também, nesta etapa, adicionar ácido 
sulfúrico ou clorídrico, a fim de propriciar um pH adequado à 
sacarificação (5,0 a 5,7). O tempo de hidratação é de 80 a 
90 minutos, á temperatura de 55 a 60oC. A seguir, a matéria-
prima hidratada (ou pré-cozida) é submetida ao cozimento 
em “cozedores”, sob condições adequadas de temperatura e 
pressão (2 minutos, a 180oC e 10 atmosferas, para 
cozedores contínuos; 2 a 5 horas, a 121-144oC e 2 a 4 
atmosferas, para cozedores intermitentes). 
Sacarificação da goma de amido 
 
 Esta operação é realizado em dorna 
denominada “sacarificador”, com paredes 
duplas ou simples, contendo serpentinas, e um 
sistema de agitação. 
 
 A quantidade de licor amilásico 
adicionada à goma é de 10 a 12% em relação à 
quantidade de amido a ser sacarificada. A 
operação de sacarificação é feita à temperatura 
de 55oC e se completa em um período de 1,5 a 
2,0 horas. 
 
AGENTE DA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA 
 
 Do ponto de vista econômico, as leveduras 
são os micro-organismos mais importantes 
na obtenção do álcool pela via 
fermentativa. A espécie de levedura de 
maior interesse comercial é a 
Saccharomyces cerevisiae, contudo a 
bactéria Zymomonas mobilis apresenta 
algumas vantagens perante as leveduras, 
como: são mais termotolerantes, mais 
osmotolerantes, mais tolerantes ao álcool e 
são capazes de converter mais 
rapidamente o substrato do que 
Saccharomyces. 
 
Alguns Microrganismos Produtores 
 BACTÉRIAS: 
 Zymomonas mobilis 
 Erwinia amylovora 
 Spirocaheta litoralis 
 Thermanaerobacter ethanolis 
 LEVEDURAS: 
 Saccharomyces cerevisiae 
 Saccharomyces ellipsoideus Schizosaccharomyces pombe 
PREPARO DO INÓCULO 
 Fermento prensado 
20 g de fermento prensado por litro de 
mosto 
 Fermento selecionado 
Leveduras selecionadas por possuir 
bom potencial fermentativo e alta 
velocidade específica máxima de 
crescimento. 
 
Preparo do Inóculo 
FERMENTAÇÃO 
 Glicólise ou via de Embden-
Meyerhof-Parnas (EMP) 
 Via de Entner-Doudoroff ( ou via do 
2-ceto-3-desoxi-gluconato) 
 
Equação global: 
 
Glicose + 2Pi + 2 ADP  2 Etanol + 2CO2 + 2 ATP + 2 
H2O 
 
Produtos de fermentação 
Fermentação 
 
FASES: 
a) lag – adaptação celular 
b) tumultuosa – grande liberação CO2 
c) final – pequena quantidade de 
açúcar (0,5%); baixa produção CO2 
SISTEMAS DE FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA 
Os processos empregados 
industrialmente são: 
 processo de fermentos individuais 
 processo de cortes 
 processo de decantação 
 processo de Melle-Boinot 
 processo de fermentação contínua 
 
 
À exceção do último processo citado, os 
demais são processos intermitentes ou por 
cargas ou ainda conhecidos como 
“bateladas”. O processo Melle-Boinot, com 
ligeiras alterações ou não, é utilizado hoje 
pela grande maioria das destilarias que 
produzem álcool. 
 
 
Vantagens de processo de Recuperação de 
Leveduras (Melle-Boinot) 
  evita a preparação e a conservação de culturas 
puras, dispensando o uso de aparelhos de 
cultura pura, que consomem vapor e água; 
 produz fermentações mais rápidas, necessitando 
de um menor volume de dornas, tornando menor 
o custo de instalação; 
 conduz a um aumento do rendimento em álcool, 
em virtude do consumo mínimo de açúcar na 
multiplicação de células. 
 A fase inicial das fermentações reduz-se 
substancialmente porque o substrato recebe 
uma concentração ótima de células. 
 
PRODUTOS SECUNDÁRIOS DA FERMENTAÇÃO 
ALCOÓLICA 
 
 
Dióxido de carbono, álcoois superiores, 
glicerol, ácido succínico, aldeído 
acético, ácido acético, ésteres como o 
acetato de etila. 
 
ACIDENTES DA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA 
 Fermentação acética 
 Fermentação láctica 
 Fermentação butírica 
 Fermentação do dextrânio 
 Fermentação do levânio 
 
CONTROLE DO PROCESSO 
 Tempo de fermentação 
 Odor da fermentação 
 Aspecto da espuma 
 Presença de drosófilas 
 Temperatura 
 Densidade ou atenuação do Brix 
 Controle da acidez 
 Rendimento ( é o fator mais preciso no 
julgamento da fermentação, visto que, 
indiretamente, inclui todos os demais 
fatores comentados anteriormente) 
 
DESTILAÇÃO 
 Após a fermentação, os substratos 
açucarados denominam-se vinhos com 
uma constituição variável, mas 
encerrando substâncias gasosas, 
sólidas e líquidas. 
 Gás = dióxido de carbono 
 Sólidos = células de leveduras, 
bactérias, sais, impurezas, etc 
 Líquidos = água (88-93%) e etanol (7-
12%), álcoois amílico, isoamílico, 
propílico, butílico, isobutílico, aldeídos, 
ésteres, ácidos, furfural, glierol, ésteres. 
 
A destilação objetiva separar o álcool desta mistura impura 
e heterogênea em grau de pureza e concentração variáveis. 
 
A destilação pode ser conduzida por processo 
intermitente ou contínuo 
Nesse tipo de destilação pode-se separar 3 frações: 
cabeça, coração e cauda 
A destilação contínua realiza-se em colunas de destilação, 
fazendo-se a alimentação contínua do aparelho com o 
vinho, retirando-se continuamente a vinhaça da base e o 
destilado do topo. A separação dos componentes 
secundários é feita lateralmente em alturas determinadas, 
segundo a natureza dos componentes secundários. 
 
Recuperação 
(A) (B) 
(A) destilação 
(B) destilação + retificação 
(C) destilação + retificação + desidratação 
com Benzol ou Ciclohexano – forma misturas 
azeotrópicas ternárias e binárias 
(C) 
Com Peneiras Moleculares 
(C) 
VINHOTO 
 Vinhoto é o resíduo final da destilação 
dos mostos fermentados e é 
produzido normalmente na proporção 
de 12 litros para cada litro de álcool. 
Este resíduo é muito poluente, não 
podendo ser lançado nos rios ou 
qualquer outro coletor de água, sem 
tratamento adequado. 
 
 
Fermentação a partir de cana de açúcar