Relatório Bioengenharia

UNIVERSIDADE FEDERAL DA PARAÍBA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA

BIOENGENHARIA II

Grupo: Marcelo Silva

Mateus Scher

Nelson Medeiros

CINÉTICA DE PRODUÇÃO DE ETANOL

Julho/2014

INTRODUÇÃO

A fermentação é um processo de liberação de energia que ocorre sem a participação do oxigênio (processo anaeróbico). A fermentação compreende um conjunto de reações enzimaticamente controladas, através das quais uma molécula orgânica é degradada em compostos mais simples, liberando energia.

Os processos de fermentação já eram utilizados pelo homem há cerca de dez mil anos. Muitas bebidas eram fabricadas pelos antigos egípcios, germanos e israelitas. Embora as bebidas alcoólicas sejam diferenciadas por suas propriedades, tais como suas matérias primas e diferentes teores alcoólicos, todas elas têm uma origem básica comum, isto é, todas derivam de um processo bioquímico denominado fermentação alcoólica. A fermentação alcoólica é um tipo de reação química realizada pela ação de microrganismos (leveduras) sobre os açúcares, produzindo etanol e gás carbônico.

As leveduras mais utilizadas no processo de fermentação alcoólica são espécies originárias do gênero Saccharomyces sendo uma das principais a Saccharomyces cerevisiae. Nesse processo, a levedura necessita transformar uma quantidade considerável de açúcar em álcool, para assegurar suas necessidades energéticas. A seguir temos a equação química, desenvolvida por Gay-Lussac, que descreve o processo de fermentação alcoólica:

A partir do momento que a levedura entre em contato com o mosto, inicia-se o processo fermentativo, que pode ser dividido em três fases: fermentação preliminar ou pré-fermentação, fermentação principal ou tumultuosa e fermentação complementar ou pós-fermentação.

Fase preliminar: refere-se ao período entre a adição à levedura ou pé-de-cuba até o intenso desprendimento de gás carbônico. Caracteriza-se também pela intensa atividade multiplicativa das leveduras e baixa produção alcoólica;

Fase principal: há intenso desprendimento de gás carbônico e formação rápida de álcool. Caracteriza-se também pelo intenso desprendimento de calor e grande produção de álcool;

Fase complementar: há redução na atividade fermentativa, redução no desprendimento de gás carbônico, desaparecimento de espuma na superfície, redução da temperatura, aumento da acidez, formação de álcoois superiores.

Durante a fermentação alcoólica, alguns fatores influenciam no processo, tais como:

A concentração de carboidratos (glicose);

O pH do meio;

A concentração de levedura;

A temperatura de fermentação.

É fundamental manter a temperatura de fermentação entre 25 e 33°C para que possamos obter um alto rendimento em álcool, não somente pela fermentação mais completa, mas também por minimizar a perda por evaporação. Também vale ressaltar que o controle de pH é importante durante o processo de fermentação alcoólica pois, os valores de pH inicias podem variar de 3,8 a 4,0, esta faixa de pH utilizada pode ser suficiente para permitir uma rápida fermentação alcoólica e inibir bactérias indesejáveis.

No presente experimento, o microrganismo empregado para realizarmos a fermentação alcoólica foi a levedura do fermento de pão (Saccharomyces cerevisiae).

OBJETIVO

O experimento teve por objetivo aplicar os conhecimentos adquiridos nas aulas teóricas de Bioengenharia II relacionados a cinética microbiana e Biorreatores, realizar a modelagem quantitativa empírica de fatores como, PH, temperatura e concentração de nutrientes e inoculo. Além de realizar a avaliação do desempenho de um processo de fermentação alcoólica, a partir da levedura Saccharomyces cerevisiae, operado em batelada em um Biorreator, afim da produção de etanol.

METODOLOGIA

Os materiais a serem utilizados durante o experimento já estavam definidos para as equipes. Primeiramente, pesou-se em uma balança analítica os sais nutrientes a serem adicionados no biorreator (Erlenmeyer de 1 L). Com o auxílio de um pedaço de papel alumínio, pesou-se 0,54 grama de Fosfato de Potássio (KH2PO4) e 1,03 grama de Sulfato de Amônio ((NH4)2SO4 ). Estes foram adicionados ao biorreator.

Em seguida, calculou-se, com a equação C1V1=C2V2, a proporção de caldo de cana e água para resultar em uma solução de Brix 15. Foram adicionados 441 mL de caldo e 59 mL de água, após serem medidos em uma proveta de 250 mL. Conferiu-se o Brix dessa solução em um refratômetro de marca Biobrix. Na sequência, pesou-se 5,03 gramas de levedura (Saccharomyce cerevisiae) a ser adicionado no mosto. Após a adição, que marcou o início da fermentação, agitou-se manualmente a mistura até certa homogeneização.

Em seguida, com uma micro pipeta, retirou-se duas alíquotas de 2 mL em pequenos tubos previamente pesados e numerados, para análise da biomassa por peso seco. Estes foram colocados em centrífuga por 10 minutos e 80 rpm. Depois dessa agitação, a biomassa decanta no fundo e retira-se o líquido virando o tubo na pia. Os tubos apenas com a biomassa foram colocados na estufa.

Durante a centrifugação, com outra amostra, fez-se as análises do brix, da temperatura e do pH. O Brix foi medido com o refratômetro, já a temperatura e o pH foram medidos com um pHmetro (peagâmetro) de bancada, de marca Tecnopon. Essas medidas do Brix, temperatura e pH, e biomassa foram feitas outras 5 vezes, com os mesmos procedimentos, a cada uma hora, totalizando 6 medições. Os valores obtidos estão organizados na tabela a seguir.

Durante todo o processo os dados de cada medição foram anexados cuidadosamente em uma tabela de resultados, para com isso facilitar a discussão de resultados.

RESULTADOS

A seguir temos os dados experimentais decorrente do presente experimento. Os dados são referentes aos três reatores utilizados

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