Fermentação de etanol

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Sobre fermentação de etanol

Tipos de Máquinas de Fermentação de Álcool Etílico

As máquinas que auxiliam na fermentação de álcool etílico constituem uma etapa vital na produção de álcool etílico. Várias opções em escala industrial estão disponíveis para auxiliar nesta etapa vital na produção de muitos bens, incluindo combustível, bebidas e solventes. Aqui estão alguns dos tipos mais comuns dessas máquinas.

O levedo utilizado durante o processo de fermentação recebe os nutrientes de que precisa pelo CSTR, que é um tanque que agita e agita o material regularmente. O fluxo contínuo de materiais para dentro e para fora do tanque é facilitado por esta mistura. O uso de um CSTR em indústrias que produzem álcool etílico resulta em um suprimento constante e estável do produto.

Um vaso de fermentação é especificamente projetado para permitir a fermentação de substâncias para produzir álcool. Este vaso fornece um ambiente livre de riscos para microrganismos como leveduras e bactérias prosperarem e converterem açúcares em álcool. Os vasos de fermentação podem ser feitos de aço inoxidável, vidro ou HDPE (polietileno de alta densidade) e podem ter características como controles de temperatura, válvulas de alívio de pressão e conexões sanitárias para facilitar a limpeza e a manutenção.

Uma coluna de destilação é um componente alto e vertical utilizado para purificar soluções através do processo de destilação fracionada. Ela desempenha a tarefa de separar os diversos componentes encontrados em misturas, e sua operação é baseada nas diferenças nos pontos de ebulição. As colunas de destilação são amplamente utilizadas no processo de refino de petróleo, petroquímicos e produtos químicos, o que inclui a produção de álcool etílico. Após a fermentação do levedo, a função da coluna de destilação é separar o álcool dos demais componentes da mistura, aquecendo-o a uma temperatura em que apenas o álcool evapora. O vapor de álcool é então coletado à medida que esfria.

Especificações e Manutenção

A eficiência do processo de fermentação de etanol pode ser avaliada por suas especificações. Estas podem depender de fatores variados como a concentração inicial, faixa de temperatura, controle de pH, níveis de pressão, catalisador utilizado, tempo de reação, projeto do reator, métodos de processamento a jusante, consumo de energia etc. As especificações estão sujeitas a diferenças em dois tipos de fermentação de etanol: fermentação alcoólica e fermentação de ácido acético.

Fermentação alcoólica:

  • Cepa de levedo: Cepas específicas de leveduras como Saccharomyces cerevisiae são escolhidas com base em sua eficiência de fermentação, produção de perfil de sabor e tolerância a álcool e outros subprodutos. Diferentes cepas podem fermentar em taxas diferentes e produzir concentrações variadas de etanol.
  • Temperatura de fermentação: A atividade da levedura e a velocidade de fermentação são influenciadas pela temperatura. As temperaturas ótimas para a fermentação de leveduras geralmente ficam entre 25-30 graus C. Temperaturas mais frias podem retardar o processo, enquanto temperaturas mais altas podem estressar a levedura e levar à produção de subprodutos indesejáveis, como acetona ou álcoois superiores.
  • Fonte de açúcar: A levedura utilizada para fermentação alcoólica geralmente depende da glicose. A concentração e a composição do açúcar afetam a taxa de fermentação e o rendimento de etanol. Monitorar e ajustar os níveis de açúcar é crucial para atingir os resultados de fermentação desejados.
  • Exigência de O2: A fermentação alcoólica ocorre sem oxigênio. As células de levedura buscam açúcar para energia e, nesse processo, liberam etanol e dióxido de carbono. Manter condições anaeróbicas é essencial para uma fermentação eficiente e para evitar a produção indesejada de ácido acético.
  • Vaso de fermentação: Vasos de fermentação abertos, como calhas rasas ou barris, aumentam a exposição a microrganismos transportados pelo ar. Vasos fechados que incluem tanques selados protegem o líquido de contaminações e são mais adequados para fermentações em grande escala.

Fermentação de ácido acético:

  • Cepa bacteriana: Diferentes cepas de Acetobacter e Gluconobacter estão disponíveis para uso de acordo com características específicas. Elas variam em propriedades de oxidação de etanol, capacidade de produção de ácido, produção de compostos de sabor como aroma de vinagre, textura e viscosidade, e tolerância ao ácido acético.
  • Temperatura de fermentação: As bactérias do ácido acético oxidam o etanol a ácido acético em temperaturas mais altas, que variam entre 28°C e 37°C. Regimes de temperatura mais altos favorecem uma fermentação mais rápida, maior produção de ácido acético e risco reduzido de contaminação. Mas também podem influenciar o perfil de sabor do produto.
  • Vaso de fermentação: A fermentação de ácido acético ocorre em vasos fechados ou abertos, dependendo da fonte de oxigênio desejada pelas bactérias. Na produção em grande escala, o meio farináceo coberto é o mais utilizado. A fermentação pode levar de algumas semanas a 15 dias para ocorrer.

Manutenção

A eficiência e o rendimento dos processos industriais de fermentação de etanol são mais aprimorados com a manutenção adequada. Isso ajuda a garantir que equipamentos, sistemas e vasos de fermentação sejam mantidos em ordem para sustentar a saúde da cultura microbiana.

  • Saúde da cultura: O monitoramento regular da saúde e do desempenho da cultura é necessário. Isso ajuda a garantir que as cepas de leveduras ou microbianas usadas para fermentação sejam ativas e eficientes. Devem ser realizados testes de rotina para verificar a viabilidade da cultura, a concentração celular e o progresso da fermentação.
  • Limpeza: Os vasos de fermentação e os sistemas associados devem ser mantidos limpos. A contaminação com microrganismos indesejáveis pode afetar o processo de fermentação e levar a subprodutos indesejáveis.
  • Parâmetros ambientais: Parâmetros ambientais críticos para a fermentação, como temperatura, pH e disponibilidade de nutrientes. A temperatura de um reator de fermentação de etanol deve estar em torno de 30 a 35 graus centígrados. Esta é a temperatura ideal para a fermentação de leveduras. O pH também deve ser monitorado e ajustado para valores entre 2,5 e 3,5 para melhorar a atividade microbiana e a utilização do substrato. Os nutrientes necessários para a fermentação de leveduras, como açúcares, aminoácidos e vitaminas, também devem estar prontamente disponíveis.

Cenários

O uso em escala industrial de equipamentos de fermentação ocorre em várias indústrias, de alimentos e bebidas a farmacêuticos e químicos. Aqui estão alguns exemplos de aplicações de fermentadores.

  • Fermentação industrial em alimentos e bebidas

    Vasos de fermentação com estruturas bem definidas e duráveis são cruciais para a produção de muitos alimentos e bebidas, como iogurte, kefir, queijo, picles, fermento natural, tempeh e bebidas fermentadas, como kombucha, vinhos de frutas e cidra. Os organismos específicos utilizados durante o processo de fermentação conferem sabores, texturas e qualidades conservantes únicos a esses produtos. Por exemplo, a fermentação em grande escala com bactérias Lactobacillus transforma o leite em iogurte, aumentando ao mesmo tempo a vida útil dos produtos lácteos.

  • Produção de biocombustível

    A fermentação é crítica para a criação de biocombustíveis, como o etanol, que oferecem uma capacidade energética maior por molécula do que muitos outros candidatos a biocombustíveis. Posteriormente, uma redução nos preços dos alimentos e na inflação foi relatada, embora as quantidades de etanol misturadas à gasolina fossem relativamente pequenas. Os sistemas de fermentação contínua são frequentemente utilizados para a produção eficiente de etanol a partir de recursos renováveis, como cana-de-açúcar, biomassa celulósica e resíduos agrícolas. O produto final é misturado à gasolina para produzir biocombustível ecologicamente correto.

  • Fármacos e antibióticos

    Na indústria farmacêutica, os fermentadores são indispensáveis para a pesquisa, fabricação e ampliação de antibióticos, vitaminas, aminoácidos e outros compostos farmacêuticos. O processo de fermentação também é crucial para a produção de antibióticos a partir de diferentes espécies de bactérias e fungos. A seleção de ambientes estéreis adequados permite que os criadores colham ingredientes ativos em quantidades consideráveis.

  • Biotecnologia e Engenharia Genética

    A biotecnologia utiliza vasos de fermentação para modificar geneticamente organismos para produzir substâncias valiosas. Essas são geralmente proteínas, enzimas ou anticorpos. As misturas orgânicas são utilizadas na medicina, agricultura e limpeza ambiental. Fármacos que antes eram derivados da fermentação, como insulina, hormônio de crescimento humano e anticorpos monoclonais, são feitos de microrganismos geneticamente modificados. Eles desempenham papéis vitais na saúde humana, tratamento de doenças e prevenção. A fertilidade de organismos modificados por intervenção humana é uma solução para a crescente demanda por métodos de produção de alto rendimento.

  • Produção química e metabólitos secundários

    Os produtos químicos fabricados por fermentação incluem ácidos orgânicos, solventes e compostos de sabor. Muitas reações químicas ocorrem em diferentes microrganismos, incluindo leveduras, bolores, bactérias e algas. As diversas vias metabólicas levam a produtos naturais com aplicações essenciais em várias indústrias. Por exemplo, ácido cítrico, ácido acético, ácido butírico e ácido lático servem como conservantes, agentes aromatizantes e aditivos alimentares.

  • Aplicações ambientais

    Os processos de fermentação aplicados no tratamento de resíduos ajudam a degradar a matéria orgânica, reduzindo a poluição e, ao mesmo tempo, recuperando recursos valiosos como biogás e nutrientes.

Como escolher o equipamento de fermentação de álcool etílico

A fermentação de álcool etílico em escala industrial é um processo complexo que requer equipamentos específicos para a produção de álcool a partir de matérias-primas como açúcar ou amido. Ao selecionar o equipamento de fermentação para álcool etílico industrial, vários fatores-chave devem ser considerados.

  • Capacidade e escala

    A capacidade e a escala do equipamento de fermentação devem corresponder às necessidades de produção. Considere o volume de fermentação desejado e a capacidade de produção esperada para garantir que o equipamento selecionado possa atender às necessidades de fermentação em escala industrial.

  • Compatibilidade com a matéria-prima

    Diferentes equipamentos de fermentação são projetados para lidar com matérias-primas específicas. Certifique-se de que o equipamento escolhido seja compatível com a matéria-prima pretendida para atingir a eficiência e o rendimento de fermentação ideais.

  • Sistema de controle de fermentação

    Escolha o equipamento de fermentação que seja equipado com um sistema avançado de controle de fermentação. Este sistema deve permitir o controle preciso dos parâmetros de fermentação, garantindo processos de fermentação consistentes e reprodutíveis.

  • Limpeza e saneamento

    A fermentação industrial desempenha um papel essencial em inúmeras indústrias. Portanto, manter altos padrões de limpeza e saneamento é fundamental. Escolha equipamentos de fermentação projetados para fácil limpeza e saneamento. Isso ajuda a evitar a contaminação e garante a pureza do produto fermentado.

  • Integração e automação

    Considere o potencial de integração e automação de equipamentos. A integração com outros processos industriais, como extração e purificação, pode melhorar a eficiência da produção. As capacidades de automação podem simplificar a operação e melhorar o controle, contribuindo para um sistema de produção de fermentação mais eficiente.

Q&A

P1: Quais são alguns desafios enfrentados durante o processo industrial de fermentação de álcool?

A1: A fermentação de álcool etílico enfrenta vários desafios, como contaminações, deterioração e formação de subprodutos indesejáveis. Para garantir a pureza do produto final, a seleção de cepas de fungos ou leveduras é cuidadosamente considerada. Além disso, controlar as temperaturas corretas para fermentações pode ajudar a evitar que os fermentadores cresçam descontroladamente. Além disso, o processo de fermentação pode ser afetado por fatores como a disponibilidade de nutrientes para a levedura e a qualidade da matéria-prima. Alguns subprodutos indesejáveis comuns formados durante as fermentações alcoólicas incluem acetona, butanol e propanol.

P2: Em que a fermentação de álcool industrial difere da fermentação de álcool para alimentos?

A2: O processo de fermentação para fazer álcool industrial é semelhante ao do álcool para alimentos. No entanto, as condições são diferentes. A fermentação de álcool industrial tem que ser realizada em ambientes anaeróbicos estritamente controlados. Isso serve para aumentar a quantidade de álcool produzido. Por outro lado, as fermentações de alimentos geralmente são repetitivas e permitem a entrada de algum oxigênio para melhorar os sabores.

P3: Qual é o papel da temperatura na fermentação de álcool?

A3: A temperatura de fermentação afeta a atividade da levedura, o rendimento de álcool e a velocidade de fermentação. Em temperaturas altas, as células de levedura se tornam mais ativas, o que torna o processo de fermentação mais rápido. No entanto, temperaturas muito altas podem matar a levedura e também causar a produção de subprodutos indesejáveis. Por outro lado, as baixas temperaturas retardam a atividade da levedura. Isso faz com que o processo de fermentação leve mais tempo. A temperatura ideal de fermentação depende do tipo de levedura utilizada e do tipo de álcool que os produtores desejam fazer.