O documento descreve a produção de etanol no Brasil, incluindo sua história, matérias-primas usadas e processo de fermentação e destilação. A cana-de-açúcar é a principal matéria-prima e o etanol é usado como combustível e em bebidas alcoólicas.

1. PRODUÇÃO DE ETANOL

2. Breve histórico
 1532 – montado o primeiro engenho de açúcar
 Primeira Guerra – álcool como combustível de
motores de explosão
 1929/1931 – Crise internacional; instalação da
primeira destilaria de álcool anidro – obrigatoriedade
da mistura de 5% de etanol à gasolina (Dec. 19717)
 1974 – crise do petróleo – Pró-álcool

3. Importância
 O etanol ou álcool etílico, apresenta duas funções
principais : "commodity chemical" e indústria de
bebidas alcoólicas.
-Após a água, o álcool é o solvente mais comum,
além de representar a matéria-prima de maior uso
no laboratório e na indústria química
 Vias de obtenção: destilatória, sintética e
fermentativa

4. Importância
 No Brasil, o etanol é utilizado de duas maneiras:
- como mistura na gasolina, na forma de 22%
de etanol anidro, a 99,6º Gay-Lussac (GL) e 0,4 %
de água, formando uma mistura "gasohol" com o
objetivo de aumento da octanagem da gasolina;
- como etanol puro, na forma de etanol
hidratado, a 95,5º GL

5. Produção de etanol
 No Brasil a cana de açúcar é a principal
matéria prima utilizada; na França é a
beterraba; nos EUA e na maioria dos países
europeus o bioetanol é essencialmente
produzido a partir de cereais, principalmente
milho.

6. Produção de etanol
Por continente

7. Produção de etanol

8. Produção de etanol

9. Impacto da Produção de Etanol no
Brasil
 Economia
 US$ 141 bilhões com óleo importado e juros
 Empregos
 70.000 agricultores
 347 destilarias
 1 milhão de pessoas
 Meio Ambiente
 1.000 L de etanol sequestram 2,6 t de CO2 da atmosfera
Fonte: Valor Econômico, 2005

10. Produção de açúcar e álcool
Produção
do açúcar
açúcar
Fermentação
do açúcar
Destilação
álcool
Cana-
de-açúcar
Lavagem Extração
Tratamento
Do caldo
Tratamento
Do caldo

11. Metabolismo microbiano

12. Balanço Energético da
Fermentação

13. Definição
 Fermentação alcoólica é o processo através
do qual certos açúcares, principalmente a
Sacarose, Glicose e Frutose são
transformados em Álcool Etílico (ou
Etanol).
 Mecanismo anaeróbio de produção de
energia que não envolve cadeia respiratória
ou citocromos.

14. Matérias-primas
 O etanol pode ser produzido a partir de
qualquer carboidrato fermentável pela
levedura .
 Classificação das matérias-primas:
- açucaradas
- amiláceas ou feculentas
- celulósicas

15. Matérias-primas: preparo
 Matérias açucaradas
- diretamente fermentescíveis:
monossacarídeos - sucos de frutas
- não diretamente fermentescíveis :
dissacarídeos – sacarose da cana-de-açúcar e
dos melaços
Dissacarídeos
Hidrólise
(inversão)
Açúcar fermentescível
Matérias celulósicas - fermentam após hidrólise

16. Matérias-primas: preparo
 Matérias amiláceas e feculentas
- fermentam após hidrólise do amido – sacarificação:
* via química
* via enzimática
* via biológica
** ação enzimática do malte
** ação microbiana de certos fungos

17. Sacarificação pelo malte
Grãos –limpeza e classificação
Maceração
Água:grão 3:1; 10-12°C
Germinação
Malte verde Malte seco
Amido
Pesagem/Moagem
Hidratação
Cozimento
Goma de amido
Agitação 65°C/1h
Resfriamento 28 a 30 °C

18. Sacarificação microbiana
Amido
Goma de amido
Inóculo
Fungos amilolíticos
Água
Agitação e aeração
24 h
Fermentação
microrganismo

19. Preparo do Substrato
O Preparo dos mostos nas destilarias faz-se em seções
que constam de:
• tanques de medição;
• balanças;
• diluidores mecânicos;
• depósitos de sais minerais;
• depósitos de antissépticos;
• aquecedores e refrigerantes;
• medidores de ácido.

20. Fatores que afetam a fermentação
* O etanol é inibidor à altas concentrações, e a
tolerância das leveduras é um ponto crítico para uma
produção elevada deste metabólito primário.
* A tolerância ao etanol varia consideravelmente de
acordo com as linhagens de leveduras.
•Agente de fermentação:
Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces sp

21. Fatores que afetam a fermentação
•Nutrição mineral e orgânica
- fonte de carbono
- vitaminas: tiamina, ácido pantotênico
- Nitrogênio: sais de amônio
- Sais minerais: P, S, K, Mg, Ca, Zn, etc
•Temperatura
- 26 a 35°C
- chega a 38 °C
•pH - mostos industriais: 4,5 a 5,5

22. Fatores que afetam a fermentação
•Preparo e correção do mosto
- melaço: diluição – 15 a 25°Brix
fosfato e sais de amônio
- cana-de-açúcar: bruta ou clarificada
fosfatos, sais de amônio, sais de Mg,
Mn e Co
- materiais amiláceos: sacarificação
fosfatos, acidez pH 4 a 5 com H2SO4

23. Fatores que afetam a fermentação
•Inibidores
- etanol
- K e Ca
- sulfito
•Concentração de açúcares
•Concentração de inóculo
•Contaminação bacteriana
•Antissépticos
•Antibióticos

24. Antissépticos
• No Brasil, não é usual esterilizarem-se os mostos nas
destilarias de álcool e aguardente. Para controlar o problema
das contaminações, usam-se antissépticos para criar ambiente
favorável ao desenvolvimento das leveduras e desfavorável a
outros microrganismos.
• Obtém-se boas fermentações usando-se 4 mg de hexaclorofeno
por litro de mosto ou pentaclorofenol na proporção de 0,01 a
0,05 g/litro de substrato.
• O ácido sulfúrico utilizado na correção do pH, também age
como antisséptico.

25. Antibióticos
• Pela mesma razão por que se empregam os antissépticos,
usam-se os antibióticos na fermentações industriais para
produção de etanol.
• Sua ação é de agente esterilizante, em virtude de suas
propriedades bacteriostáticas.
• Aplica-se a penicilina (500-1000 UI/L de mosto) que é
economicamente mais recomendável ou cloranfenicol,
tetraciclina e clorotetraciclina.

26. Preparo do inóculo
•Vinhos e pequenas destilarias – flora natural
leveduras selecionadas
•Vinhos e sidra – leveduras encapsuladas em alginato
•Grandes destilarias – leveduras de panificação
leveduras selecionadas
Cultura
estoque
Frascos
100 a 12.500 mL
Pré-fermentadores
50 a 1.000 L
10% volume industrial
5.000 a 15.000 L

27. Prática da fermentação
alcoólica
fases descrição
Preliminar Contato da levedura com o mosto
Características: intensa multiplicação celular,
pequena elevação de temperatura e pequeno
desprendimento de CO2
Tumultuosa Intensa liberação de CO2 – a mistura ferve
Aumento da temperatura e da acidez;
diminuição da densidade
Final ou
complementar
Diminuição da intensidade de desprendimento
do CO2, menor agitação do líquido,
diminuição da temperatura

28. Verificação prática da pureza
 Tempo de fermentação
 Odor (frutas maduras)
 Aspecto da espuma
 Presença de drosófilas
 Temperatura e densidade
 Açúcares
 Acidez

29. Verificação prática da pureza
• Tempo de fermentação – duração média de um processo
fermentativo em mosto de melaço ou de caldo de cana-de-
açúcar é de 24 horas e as de mosto amiláceo de 36 horas.
• Odor da fermentação - O aroma das fermentações puras é
penetrante, ativo, e tende para odor de frutas maduras. Cheiro
ácido, ranço, ácido sulfídrico e outros indicam irregularidades
no processo.
• Aspecto da espuma - A espuma varia com a natureza do
mosto, temperatura, espécies e linhagem de leveduras.
Alterações nas características indicam irregularidade no
processo.

30. Verificação prática da pureza
• Drosófilas – São as “moscas do vinagre” que ocorrem quando
há infecção acética
• Temperatura – Alterações importantes na curva de
temperatura, do início ao final da fermentação, alertam para
possíveis defeitos no processo.
• Densidade do mosto – Durante a fermentação a densidade do
mosto decresce segundo uma curva harmônica, com as fases da
fermentação. De sua observação, percebe-se as alterações da
marcha fermetativa.

31. Verificação prática da pureza
• Açúcares no mosto – consomem-se de acordo com a curva de
densidade.
• Acidez no substrato em fermentação – não deve haver grande
alteração entre a acidez final e a inicial. Quando a final for
maior que o dobro da inicial, é indicação de má fermentação.

32. Sistemas de fermentação
 Descontínuo
- sistema de cortes
- sistema de reaproveitamento do inóculo
- sistema de cultura pura
- sistema de recuperação de leveduras
 Contínuo
- várias configurações
 Células imobilizadas

33. Sistemas de fermentação

34. Sistemas de fermentação
Batelada

35. Sistemas de fermentação
Contínuo

36. Instalações e equipamentos
 Salas de fermentação
- até 1.000 m3
- dornas, centrífugas, pré-fermentadores,
tanques de tratamento
 Recipientes de fermentação
- dornas abertas ou fechadas
- cilíndricas: H = 2 D
- trocadores de calor
- volume: 2 a 2,5 vezes a capacidade horária de
destilação

37. Destilação
 Mistura azeotrópica
 Vinhos: sólidos, líquidos e gases
 Água (88 a 93%) e etanol (12 a 7%)
 Descontínua ou contínua
vinho
Destilação
etanol
flegma
Retificação desidratação
Etanol
97,2% em volume

38. Destilação descontínua
 Alambiques e pequenas destilarias de
aguardente ou de bebidas de vinhos
Destilação
vinho
Destilado de cabeça
Destilado de coração
Destilado de cauda

39. Destilação contínua
 Destilarias com produção superior a 2.000 L

40. Retificação e desidratação
 Retificação
- separação do álcool
das impurezas
- separam-se como
produtos de cabeça ou
de cauda
- colunas depuradora,
destiladora,
retificadora, de repasse
final
 Desidratação
- uso de arrastadores
- absorvente
regenerável
- peneiras moleculares

41. Cana-de-Açúcar
 1 t de cana contém:
 140 kg de açúcar
 140 kg de fibra (bagaço)
 140 kg de fibra das folhas e pontas
Isso representa ~ 1 barril de petróleo

42. Cana-de-Açúcar
 1 Ha (10.000m2):produz 80 barris
equivalentes de petróleo
 BRASIL:5,5 milhões de hectares de cana
 POTENCIAL:440 milhões de barris
equivalentes de petróleo
Fonte: Valor econômico 15/08/2005

43. Cana-de-Açúcar

44. Cana-de-Açúcar

45. Cana-de-Açúcar
Bagaço Excedente 6 a 16 milhões de
toneladas/ano
Quantidade de Resíduos Lignocelulósicos gerados
anualmente no Brasil
~350 x 106 toneladas (40% de umidade)

46. Energia da Cana
1 TON DE CANA (COLMOS) Energia (MJ)
• 140 kg de açúcar 2 300
• 280 kg de bagaço (50% umidade) 2 500
• 280 kg de palha (50% umidade) 2 500
TOTAL 7 300 (0.16 TEP)
360 milhões de toneladas de cana 58 milhões TEP
Consumo de energia primária no Brasil: 200 x106 TEP/ano

47. Perspectivas futuras

48.  Linhagens mais produtivas, com características
desejáveis para produção de etanol e com
monitoramento na indústria por técnicas de marcação
molecular, foram desenvolvidas em vários laboratórios,
destacando-se o da ESALQ/USP, em Piracicaba.
Desenvolvimento de processos visando à
produção de linhagens melhoradas da levedura
Saccharomyces cerevisiae:

49. Por tecnologia do DNA recombinante, os laboratórios
de pesquisa das universidades de Brasília e da USP
desenvolveram em conjunto linhagens de leveduras
contendo genes de amilases capazes de utilizar o
amido, por exemplo de mandioca ou batata-doce, na
produção de etanol. Essas leveduras manipuladas
geneticamente estão sendo aperfeiçoadas e poderão
desempenhar um importante papel na produção de etanol.
 A tecnologia do DNA recombinante tem sido também
usada por esses e outros laboratórios brasileiros e do
exterior na clonagem e seqüenciamento de genes de
interesse industrial em fungos.

50. Papel da Biotecnologia
 Avanços e melhorias não seriam possíveis sem a
ajuda da biotecnologia, tanto para a matéria prima
como para seu processamento
 Com a ajuda da biotecnologia a cana de açúcar vai
continuar sendo imbatível como matéria prima para
produção de energias renováveis
 Melhoria do Balanço de GEE
 Aumento da Competitividade

51. Bioetanol de Segunda Geração
Hidrólise Ácida dos Polissacarídeos
(HEMICELULOSE e CELULOSE) do
Complexo Lignocelulósico

52. Bebidas alcoólicas

53. Legislação Brasileira
Fermentadas
Fermento-destiladas
Por mistura
Destiladas
Destilo-retificadas
Bebida alcoólica = refrescante, aperitivo, ou estimulante destinado
à ingestão humana no estado líquido, sem finalidade
medicamentosa e contendo mais de 0,5 grau Gay-Lussac de etanol.

54. Generalidades sobre bebidas
alcoólicas
classificação bebidas Matérias-primas °GL
Fermentadas Cerveja
Vinho
Vinho de frutas
Sidra
Saquê
Malte de cevada
Suco de uvas
Suco de frutas
Suco de maçãs
Arroz sacarificado
variável
10 a 13
10 a 13
4 a 8
14 a 26
Fermento-
destiladas
Aguardente de
cana
Uísque
Tequila
Vodca
Caldo de cana
Cevada maltada
Suco de agave
Cereais ou
tubérculos
38 a 54

55. Glossário
 Grau Brix = 1° Brix corresponde a 1 g de sólidos
dissolvidos em 100 g de solução à 20°C
 Grau Gay-Lussac = porcentagem em volume de
etanol a 15°C
 Vinho = bebida fermentada de mosto de frutas;
meios açucarados provenientes de uma
fermentação alcoólica
 Flegma = líquido alcoólico mais rico que o líquido
original e impuro

56. Gráficos