Produção de Vinagre

i

Universidade Federal de Santa Catarina

Centro Tecnolgico

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Qumica

PRODUO DE VINAGRE DE MA EM

BIORREATOR AIRLIFT

Dissertao submetida Universidade Federal de Santa Catarina para obteno do grau

de Mestre em Engenharia Qumica

Paula Regina Ferraz Pedroso

Florianpolis, 28 fevereiro de 2003.

ii

Aos meus pais, Rubens e Derli pelo apoio e incentivo; aos

meus irmos, com muito carinho.

iii

Ao meu noivo Paulo

pelo carinho e companheirismo.

iv

Agradecimentos

Ao CNPq pelo apoio financeiro;

Ao professor Agenor Furigo Junior, pela dedicao e amizade durante a

orientao;

Ao professor Jorge Luiz Ninow pelas informaes e pelo acompanhamento

deste trabalho;

Indstria de Vinagre e Plsticos Heinig na pessoa de Hermes Humberto

Heinig Filho (Chico) pela ateno e informaes cedidas;

Ao professor Jos Antnio Ribeiro de Souza juntamente com a Dr. Mrcia

Regina da Silva Pedrini, por comporem a banca examinadora;

A todos os amigos do Engebio em especial Mariana e Carol, professores,

funcionrios, alunos de graduao e ps-graduao pelo agradvel ambiente de

trabalho;

A todos que, de alguma forma, contriburam para a realizao deste

trabalho.

v

Sumrio

Simbologia ix

Lista de Figuras x

Lista de Tabelas xii

Resumo xiii

Abstract xiv

Captulo 1

INTRODUO 1

Captulo 2

REVISO BIBLIOGRFICA 4

2.1 Histrico 4

2.2 Definio e tipos de vinagre 5

2.3 Processos de fabricao 7

2.3.1 Processo de Orleans 7

2.3.2 Processo Alemo 8

2.3.3 Processos Submersos 9

2.3.4 Processamento final do vinagre 11

2.4 Bactrias acticas 13

2.5 Composio do vinagre 14

2.5.1 cido actico 14

2.5.2 lcool etlico (etanol) residual 14

2.5.3 Extrato seco 15

2.5.4 Cinzas 15

vi

2.6 Biorreatores Airlift 15

2.6.1 Vantagens dos biorreatores airlift 17

2.6.2 Aplicaes dos biorreatores airlift 18

Captulo 3

MATERIAL E MTODOS 20

3.1 Produo de vinagre 20

3.1.1 Matrias-primas 20

3.1.1.1 Fermentado de ma 20

3.1.1.2 Microrganismos 21

3.1.2 Cultura actica 21

3.1.2.1 Descrio do biorreator airlift utilizado para a

acetificao

21

3.1.2.2 Descrio do biorreator clssico utilizado para a

acetificao

22

3.1.3 Meio de cultivo 23

3.2 Mtodos analticos 24

3.2.1 Amostragem 24

3.2.2 Anlises fsico-qumicas 24

3.3 Determinao de parmetros cinticos 33

3.3.1 Determinao da concentrao de biomassa 33

3.3.2 Velocidade especfica de crescimento 33

3.3.3 Converso de substrato em biomassa 33

3.3.4 Converso de substrato em produto 34

3.3.5 Produtividade em cido actico 35

3.3.6 Concentrao equivalente de lcool adicionado 36

3.3.7 Concentrao de lcool inicial 37

Captulo 4

RESULTADOS E DISCUSSES 38

4.1 Estudos preliminares 38

4.1.1 Correlao entre acidez total e acidez voltil 38

4.1.2 Caractersticas fsico-qumicas do fermentado de ma 39

4.2 Produo de vinagre de ma 40

4.3 Anlises fsico-qumicas dos vinagres comerciais de ma 43

vii

4.4 Comparao entre os vinagres comerciais e os vinagres produzidos 44

4.5 Avaliao do comportamento cintico da produo de cido actico 45

4.6 Determinao dos parmetros cinticos 47

4.6.1 Curva de crescimento celular 48

4.6.2 Velocidade especfica de crescimento mdia 49

4.6.3 Fator de converso Yp/s 49

4.6.4 Fator de converso Yx/s 51

4.7 Principais resultados cinticos e estequiomtricos 53

Captulo 5

CONCLUSES E SUGESTES 54

Captulo 6

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS 56

Anexo I

Composio do vinagre - alguns itens propostos pelo Codex Alimentarius 60

Anexo II

Parte do Decreto N. 99.066 de 08 de maro de 1990 62

Complementao dos padres de identidade e qualidade para fermentados

acticos (vinagres)

65

Anexo III

Dados obtidos durante a quarta cultura 69

Anexo IV

Algumas definies sobre as anlises fsico-qumicas 71

viii

Simbologia

X concentrao de biomassa [g.L-1]

X0 concentrao inicial de biomassa [g.L-1]

Ceq concentrao equivalente de lcool adicionado [g.L-1]

t tempo [dia]

Yx/s fator de converso de substrato em clulas [g.g-1]

Yx/s mdio fator de converso mdio de substrato em clulas [g.g-1]

MX massa de clulas [g]

MXT massa total de clulas gerada no biorreator [g]

MS massa de lcool [g]

MST massa total de lcool [g]

Yp/s fator de converso de substrato em produto [g.g-1]

Yp/s mdio fator de converso mdio de substrato em produto [g.g-1]

Mp massa de cido actico [g]

MPT massa total de cido actico gerada no biorreator [g]

PR produtividade em cido actico [g.L-1.d-1]

PR mx. produtividade mxima em cido actico [g.L-1.d-1]

PR mdia mx. produtividade mdia mxima em cido actico [g.L-1.d-1]

mdia velocidade especfica de crescimento mdia [d-1]

velocidade especfica mxima de crescimento celular [d-1]

etanol massa especfica do etanol [g.L-1]

c. actico massa especfica do cido actico [g.L-1]

ix

Lista de Figuras

Figura 2.1 Recipiente usado no processo de Orleans para a produo de

vinagre.

7

Figura 2.2 Gerador para a produo de vinagre com recheio. 9

Figura 2.3 Acetificador Frings em ao inoxidvel. 11

Figura 2.4 Esquema de biorreatores airlift com circulao interna (a) e externa

(b).

17

Figura 3.1 Fotografia do biorreator airlift utilizado para a produo de vinagre

(a), e esquema do biorreator utilizado (b).

22

Figura 3.2 Fotografia do biorreator clssico utilizado para a produo de

vinagre (a), e esquema do biorreator utilizado (b).

23

Figura 4.1 Comportamento cintico da acidez para ambos biorreatores durante

a quarta cultura.

45

Figura 4.2 Produtividade mdia em cido actico durante a quarta cultura para

os dois biorreatores utilizados

47

Figura 4.3 Curva de crescimento celular durante a quarta cultura para ambos

biorreatores.

48

Figura 4.4 Velocidade especfica de crescimento mdia durante a quarta

cultura para ambos biorreatores.

49

Figura 4.5 Fator de converso de lcool em cido actico durante a quarta

cultura (Airlift).

50

Figura 4.6 Fator de converso de lcool em cido actico durante a quarta

cultura (Clssico).

51

x

Figura 4.7 Fator de converso de lcool em clulas durante a quarta cultura

(Airlift).

52

Figura 4.8 Fator de converso de lcool em clulas durante a quarta cultura

(Clssico).

52

xi

Lista de Tabelas

Tabela 2.1 Classificao dos vinagres brasileiros. 6

Tabela 4.1 Acidez voltil e acidez total obtida nos vinagres prontos

produzidos no biorreator airlift.

39

Tabela 4.2 Acidez voltil e acidez total obtida nos vinagres prontos

produzidos no biorreator clssico.

39

Tabela 4.3 Caractersticas fsico-qumicas do fermentado de ma utilizado

para a acetificao.

40

Tabela 4.4 Produtividade em cido actico, concentrao inicial de lcool,

concentrao equivalente de lcool adicionado e incio da adio

de lcool para o biorreator airlift.

41


concentrao equivalente de lcool adicionado e incio da adio

de lcool para o biorreator clssico.

41

Tabela 4.6 Anlises fsico-qumicas dos vinagres de ma prontos

produzidos no biorreator airlift.

42

Tabela 4.7 Anlises fsico-qumicas dos vinagres de ma prontos

produzidos no biorreator clssico.

43

Tabela 4.8 Anlises fsico-qumicas das amostras de vinagres comerciais de

ma.

43

Tabela 4.9 Comparao entre as amostras de vinagres comerciais e os

vinagres produzidos em ambos biorreatores.

44

Tabela 4.10 Principais resultados cinticos e estequiomtricos obtidos

durante a quarta cultura para os dois biorreatores utilizados.

53

xii

RESUMO

O estado de Santa Catarina o maior produtor de ma do pas. Para aproveitar esse potencial foi proposto neste trabalho a utilizao de um biorreator do tipo airlift de circulao externa para a produo de vinagre de ma. Trata-se de uma aplicao inovadora que apresentou vantagens quando comparada ao processo clssico de produo de vinagre, especialmente de ordem econmica, devido ao aumento de produtividade. Para a produo de vinagre foram realizadas quatro culturas em biorreator airlift e paralelamente quatro culturas controle em biorreator clssico. Foram controladas a temperatura e a aerao durante as culturas realizadas. Houve adies de lcool comercial para o trmino da acetificao, pois o teor de lcool do fermentado de ma estava baixo para esse processo. O biorreator airlift apresentou superioridade na produo de cido actico quando comparado com o biorreator clssico. A produtividade mdia mxima de cido actico obtida durante a quarta cultura foi de 4,2 g.L-1.d-1 para o biorreator airlift e 1,6 g.L-1.d-1 para o biorreator clssico. Vinagres de ma comerciais foram analisados para a obteno de valores de referncia (pH, acidez total, massa especfica, cinzas, teor de lcool, acidez voltil, extrato seco). Detectou-se que alguns vinagres comerciais no atendem a legislao com relao aos teores de cinzas e extrato seco. As caractersticas fsico-qumicas e sensoriais dos vinagres de ma produzidos no biorreator airlift e tambm no biorreator clssico operados em batelada, atenderam s exigncias da legislao e foram comparados com os vinagres de ma comerciais. Verificou-se que os teores de cinzas e extrato seco foram superiores aos verificados nos produtos comerciais. Parmetros cinticos e estequiomtricos foram obtidos para os biorreatores estudados. A velocidade especfica mdia de crescimento celular foi de 0,14 d-1 para o biorreator airlift e 0,10 d-1 para o biorreator clssico. O fator de converso mdio de lcool em cido actico para o biorreator airlift foi de 0,56 g.g-1 e para o biorreator clssico foi de 0,25 g.g-1. O fator de converso mdio de lcool em clulas para o biorreator airlift foi de 0,009 g.g-1 e para o biorreator clssico foi de 0,006 g.g-1. Atravs dos resultados obtidos durante as culturas realizadas conclui-se que um biorreator airlift mais vantajoso a produzir vinagre do que um biorreator clssico, pois sua superioridade fica clara em todos os parmetros analisados.

xiii

ABSTRACT

The state of Santa Catarina is the largest apple producer in Brazil and due to this potential this work purposes the utilization of an airlift bioreactor with external circulation for the production of apple vinegar. It is an innovative application that presented advantages when compared to the classical process of vinegar production, mainly economically due to the productivity increase. For the vinegar production, four cultures in an airlift bioreactor and another four in a classical bioreactor were carried out. Temperature and aeration were controlled during the culture experiments. Commercial alcohol was added to stop acetification, because the alcohol content of the apple fermentate was low for this process. The airlift bioreactor presented a higher production of acetic acid when compared to the classical one. The maximum average production of acetic acid obtained during the fourth culture was 4.2 g.L-1.d-1 for the airlift bioreactor and 1.6 g.L-1.d-1 for the classical bioreactor. Commercial apple vinegars were analyzed for obtaining the reference values (pH, total acidity, specific mass, ashes, alcohol content, volatile acidity, dry extract). It was detected that some commercial vinegars do not meet the legislation regarding to the ashes and dry extract content. The physical-chemical and sensorial characteristics of the apple vinegars produced in the airlift bioreactor and also in the classical bioreactor operated in batch, met the legislation standards and were compared to the commercial apple vinegars. It was verified that the ashes and dry extract content were superior to those found in the commercial products. Kinetics and stoichiometric parameters were obtained for the studied bioreactors. The cellular growth rate was 0.14 d-1 for the airlift bioreactor and 0.10 d-1 for the classical bioreactor. The average conversion factor of alcohol into acetic acid for the airlift bioreactor was 0.56 g.g-1 and 0.25 g.g-1 for the classical reactor. The average conversion factor of alcohol into cells was 0.009 g.g-1 for the airlift bioreactor and 0.006 g.g-1 for the classical bioreactor. Through the obtained data during the cultures carried out, it can be concluded that an airlift bioreactor is more advantageous to produce vinegar than a classical one because its superiority is clear in all analyzed parameters.

1

Captulo 1

INTRODUO

O Estado de Santa Catarina lidera a produo nacional de ma, chegando a

produzir no ano de 2002 aproximadamente 474,5 mil toneladas do fruto. O municpio de

Fraiburgo lidera, com muita vantagem, a produo de ma em Santa Catarina e no Brasil

e mantm tambm o destaque de principal produtor brasileiro da fruta no pas (CEPA,

2003). A maior parte da produo destinada ao mercado interno, embora recentemente o

estado venha exportando. Entretanto, uma considervel parcela dos frutos, principalmente

aqueles no aprovados para consumo in natura, so processados industrialmente para

obteno de sucos, aromas, concentrados e vinagres (FISCHER, 2001).

O vinagre utilizado no mundo inteiro como condimento e conservante de

alimentos. Alm disso, considerado um complemento indispensvel alimentao

humana, pela ao nutritiva e biorregulatria (AQUARONE et al., 2001). produzido por

dois processos bioqumicos distintos, ambos resultantes da ao de microrganismos: a

fermentao alcolica, pela ao de leveduras sobre matrias-primas aucaradas e

amilceas e a fermentao actica, pela ao de bactrias aerbias do gnero Acetobacter

(AQUARONE et al., 2001).

A fabricao de vinagre proporciona um meio de utilizao de matria-prima

inaproveitvel dos estabelecimentos industriais de frutas e especialmente de propriedades

rurais, que de outra forma, no poderiam competir no mercado (EVANGELISTA, 1989).

Os vinagres de frutas so considerados superiores em qualidades sensoriais e nutritivas,

quando comparados a outros tipos de vinagres, apresentando caractersticas como sabor e

CAPTULO 1 - INTRODUO 2

aroma prprios. Sob o aspecto nutricional, tm vitaminas, cidos orgnicos, protenas e

aminocidos provenientes do fruto e da fermentao alcolica (AQUARONE et al., 2001).

O vinagre de ma se destaca entre os outros tipos de vinagres por possuir

grandes teores de potssio, fsforo, magnsio, enxofre, clcio, flor e silcio. A presena

destes componentes e do cido mlico fazem do vinagre de ma um alimento com grande

potencial medicinal (RICHWARE, 2003).

O vinagre de ma possui ainda uma atividade bacteriana e fungicida que

desempenha um papel importante na manuteno da flora intestinal. Alm disso, ele

contm dezenas de vitaminas, minerais, aminocidos, enzimas e outros nutrientes

importantes para a sade como a pectina, que por ser uma fibra solvel facilita a digesto

das gorduras e protenas (RICHWARE, 2003).

Dentre os processos industriais utilizados na produo de vinagre, o mais

difundido o que utiliza cultura submersa atravs de forte aerao, com acetificadores do

tipo Frings. O mtodo Orleans, mais lento, utilizado apenas nos estabelecimentos de

pequeno porte, quando o objetivo obter um produto de melhor qualidade (AQUARONE

et al., 2001).

Por ser um produto de baixo valor agregado interessante encontrar novas

tecnologias que acelerem a produo de vinagre, minimizando os custos de produo com

a utilizao de equipamentos que ocupem menos espao e de fcil limpeza. Pensando nisso

foi proposto neste trabalho a utilizao de um biorreator tipo airlift de circulao externa

para a produo de vinagre de ma.

O biorretar airlift uma torre com elevada relao altura/dimetro e com

ligao entre o lquido do topo e da base. O gs injetado pela base do equipamento

atravs de um distribuidor formando uma disperso gs-fluido. As bolhas de gs sobem

atravs do lquido contido na torre contatando-o e deslocando-o, provocando, assim,

turbulncia e uma auto-circulao dirigida. O gs retirado no topo do equipamento. A

turbulncia gerada e a grande distncia que as bolhas de gs devem atravessar em contato

com o lquido promovem altos nveis de transferncia de oxignio, que podem

proporcionar processos de produo de microrganismos em grande escala, sem limitao

de oxignio local. O biorreator airlift pode ter circulao interna ou externa, e de

construo fcil e barata, especialmente pela ausncia de partes mveis.

O Laboratrio de Engenharia Bioqumica (Engebio) do Departamento de

Engenharia Qumica e Engenharia de Alimentos (EQA) da UFSC dispe de um biorreator

airlift com circulao externa (PEDRINI, 1997), onde foi realizada a produo de vinagre

CAPTULO 1 - INTRODUO 3

de ma. O desempenho do equipamento foi comparado com o do biorreator clssico na

produo de vinagre nas mesmas condies de operao. Os resultados obtidos nas

culturas realizadas foram comparados, atravs de anlises fsico-qumicas, com vinagres

comerciais de ma.

O objetivo principal desse trabalho o estudo da viabilidade de produo de

vinagre de ma em biorreator airlift como uma nova tecnologia a ser aplicada. So

avaliadas a produtividade mdia de cido actico em cada biorreator, a velocidade

especfica de crescimento, o fator de converso de substrato em clulas e substrato em

produto. Os resultados so comparados com um biorreator clssico que simula o processo

de produo de vinagre comumente utilizado em indstrias.

Objetiva-se ainda a realizao de anlises fsico-qumicas em vinagres

comerciais de ma e vinagres produzidos em laboratrio, para a avaliao de suas

caractersticas quanto legislao.

4

Captulo 2

REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 Histrico

Desde os tempos mais remotos o vinagre j era conhecido. Originalmente

obtido pela fermentao espontnea do vinho, outras bebidas fermentadas e de mostos de

frutas deixados ao ar (SACHS, 1990; AQUARONE et al., 2001). A palavra vinagre deriva

de vinaigre do francs, substantivo que designa vinho azedo (SACHS, 1990; AQUARONE

et al, 2001; MORETTO et al., 1988). Os povos antigos usavam o vinagre no s como

condimento, mas tambm no preparo de bebidas, refrigerantes, na conservao de

alimentos e at como medicamento e cosmtico (MORETTO et al., 1988).

A fermentao alcolica seguida da actica se produz espontaneamente sobre

qualquer substrato aucarado exposto ao p e aos insetos que transportam leveduras e

bactrias. A acetificao tambm se realiza espontaneamente em vinhos e sidras de baixos

teores de lcool expostos ao contato com o ar (SACHS, 1990).

Na antiga China, o jarro com vinagre era tido como smbolo da vida. J h

5.000 anos, os egpcios, babilnios, indianos, gregos e persas conheciam a arte da

fabricao do vinagre e sua versatilidade. O vinagre era mais do que um tempero picante

para os alimentos, era o nico meio de conservar a carne, o peixe e os legumes. Somente

assim os alimentos perecveis podiam ser transportados por longas distncias (HEINIG,

2000).

No somente os legionrios romanos, mas tambm os soldados, agricultores e

viajantes, at a Idade Mdia, bebiam gua com vinagre para matar a sede e para o bem de

CAPTULO 2 - REVISO BIBLIOGRFICA 5

sua sade (HEINIG, 2000). Existem relatos na Bblia, de que uma esponja embebida em

vinagre foi dada a Jesus, quando crucificado, para lhe aliviar a sede, pois o vinagre inibe as

papilas gustativas temporariamente aliviando assim a sensao de sede por algum tempo

(CASTELO, 2002).

Diversos estudiosos se interessaram pelo estudo do vinagre ainda que, somente

no sculo XVIII, alguns resultados mais prximos da realidade tenham sido publicados.

Backer, na segunda metade do sculo XVII, foi o primeiro a constatar que o ar

era imprescindvel para a obteno do vinagre (AQUARONE et al., 2001).

J em 1837, Kutzing, um botnico alemo, verificava a responsabilidade do

microrganismo na formao de cido actico e relatava suas experincias sobre a me do

vinagre (AQUARONE et al., 2001).

Berzlio, qumico prestigiado do sculo XVIII, afirmava em 1839 que a

transformao de etanol a cido actico no passava de processo exclusivamente qumico

de ordem cataltica (AQUARONE et al., 2001).

Pasteur, entre 1864 e 1868 demonstrou, com detalhes em sua obra sobre o

vinagre, a necessidade da presena de um ser vivo, segundo ele, Mycoderma aceti para a

ocorrncia da acetificao (AQUARONE et al., 2001).

2.2 Definio e tipos de vinagre

Uma definio bem geral de vinagre que o mesmo consiste no alimento do

grupo dos condimentos obtido por fermentao alcolica de matrias-primas aucaradas ou

amilceas, seguida de fermentao actica (AQUARONE et al., 2001).

Denominam-se vinagres a todos os produtos resultantes da fermentao actica

de diversos substratos alcolicos, adicionando ao nome do vinagre o do substrato

correspondente. Os vinagres devem conter quantidades determinadas de cido actico

(ANEXO I) e ingredientes opcionais tais como ervas, especiarias, sal e outros, conforme

especificao do Codex Alimentarius, em quantidades suficientes para conferir um sabor e

aroma peculiares.

A legislao brasileira define que vinagre ou vinagre de vinho o produto

obtido da fermentao actica do vinho (BRASIL, 1990, 1988) e deve conter uma acidez

voltil mnima de 40 g por litro expressa em cido actico (4%). Sua graduao alcolica

no pode exceder a 1GL e deve ser obrigatoriamente pasteurizado. Um vinagre com mais


de 80 g por litro de acidez voltil o concentrado de vinagre usado exclusivamente para

diluio (BRASIL, 1990).

A legislao especifica ainda as seguintes caractersticas organolpticas para os

vinagres (BRASIL, 1974) (ANEXO II):

Aspecto: lquido, lmpido e sem depsito.

Cor: de acordo com a matria-prima que lhe deu origem.

Cheiro: caracterstico.

Sabor: cido.

No Brasil, no permitida a fabricao e venda de vinagre artificial, isto ,

vinagre produzido a partir da diluio do cido actico obtido a partir da sntese do etileno

ou da destilao seca da madeira (BRASIL, 1990).

A classificao dos vinagres brasileiros feita de acordo com a Tabela 2.1:

Tabela 2.1 - Classificao dos vinagres brasileiros (BELMONT, 2002).

Tipo de vinagre Caractersticas

Vinagre de vinho tinto -obtido atravs da fermentao actica do vinho tinto

Vinagre de vinho branco -obtido atravs da fermentao actica do vinho branco

Vinagre de ma -obtido atravs da fermentao actica do vinho de ma

Vinagre de lcool -obtido atravs da fermentao actica do lcool

A produo de um bom vinagre depende de uma srie de fatores como

(CASTELO, 2002):

a linhagem e a seleo do microrganismo;

a matria-prima;

a concentrao do lcool;

a temperatura de fermentao (na faixa de 20 a 30C);

a quantidade de O2;

pH timo na faixa de 5 e 6;

a maturao e a conservao;

a clarificao, o envase, a pasteurizao;

materiais de construo de tubulaes, recipientes e depsitos.


2.3 Processos de fabricao

Os principais processos industriais utilizados para a fabricao de vinagres so

baseados nos mtodos de Orleans, Alemo ou submerso.

2.3.1 Processo de Orleans

Conhecido tambm como lento, superficial ou estacionrio, o processo mais

antigo (surgiu em 1670) utilizado at hoje para a fabricao caseira de vinagre. Produz

vinagre de excelente qualidade empregando somente fermentado como matria-prima

(BELMONT, 2002).

A Figura 2.1 esquematiza os recipientes utilizados para a obteno de vinagre

de vinho por esse processo.

Figura 2.1 - Recipiente usado no processo de Orleans para a produo de vinagre


O vinagre elaborado em barris de mais ou menos 200 litros, furando-o na

parte superior, fazendo-se alguns orifcios para a entrada de ar. O procedimento consiste

em colocar no barril cerca de um tero de sua capacidade com vinagre, vai-se adicionando

quantidades de vinho ou o fermentado de fruta entre 10 a 15 litros por semana, durante um

ms. Ao fim de cinco semanas se extraem aproximadamente 20 litros de vinagre,

substituindo-se por outro tanto de vinho novo, repetindo-se desta forma o processo ao

longo do tempo (CASTELO, 2002).


O vinagre retirado no deve conter mais que 1GL e, caso o teor de lcool

esteja mais alto, deve-se aguardar mais alguns dias de fermentao (AQUARONE et al.,

2001).

A temperatura ambiente para este processo no deve exceder 25C, evitando-se

assim perdas de lcool por evaporao. Todas as entradas e janelas do prdio, assim como

as aberturas do barril, devem ser protegidas com telas finas para evitar a presena de

moscas e outros insetos que so atrados pelos odores dos vinagres (AQUARONE et al.,

2001).

O produto formado pelo processo lento um vinagre de boa qualidade,

praticamente limpo, que dispensa filtrao ou clarificao. No entanto, este tipo de

processamento de baixa produtividade, ocupa muito espao e atualmente usado

exclusivamente para a produo domstica. No caso, o fator limitante para a quantidade

produzida o fornecimento de oxignio, j que este equipamento no conta com nenhum

tipo de aerador.

2.3.2 Processo Alemo

Os processos rpidos so bastante utilizados atualmente. Foram idealizados por

Boerhave no comeo do sculo XVIII, ao descobrir que a transformao do vinho de

mas em vinagre era bastante rpida quando deixava passar o vinho, atravs de um

recipiente cheio de bagaos de ma (AQUARONE et al., 2001). Atualmente so

utilizados recipientes geradores, empacotados com material de enchimento dos mais

diversos (por exemplo, a madeira). As bactrias acticas colonizam a superfcie do material

e oxidam etanol a cido actico.

A matria-prima recirculada desde a parte inferior da tina at a parte superior.

Este material passa pela madeira, sabugo ou carvo, onde as bactrias acticas ficam

fixadas, transformando o contedo alcolico em cido actico. A recirculao ocorre

quantas vezes forem necessrias at a total transformao (CASTELO, 2002).

Uma vez ocorrido o processo total, se descarrega a metade da tina de depsito,

voltando a introduzir a mesma carga de vinho base.

Um problema deste tipo de equipamento que o material de enchimento acaba

tendo que ser totalmente substitudo a cada ano, pois as bactrias formam um material

gelatinoso que obstrui a passagem da mistura (CASTELO, 2002).


Por este processo se obtm um vinagre bom, porm com baixo rendimento. A

Figura 2.2 mostra o gerador utilizado para a produo de vinagre.

Figura 2.2 - Gerador para a produo de vinagre com recheio (AQUARONE et al., 2001).

Os geradores tm tamanho e formas diferentes. O tamanho varia entre 15 a 30

cm de dimetro por 20 a 60 cm de altura. Geralmente so de forma cilndrica e tm, no

fundo, um suporte perfurado que sustenta o material de enchimento. Pelos orifcios de

suporte, passa o ar a ser utilizado na oxidao. O material de enchimento deve formar

grande superfcie, para permitir o contato ntimo entre lquido e ar, facilitando as trocas,

sendo utilizadas fibras de coco, carvo-coque, sabugo de milho ou outras. Sobre o material

de enchimento descansa uma placa crivada, para permitir uma perfeita distribuio do

vinho que cai de um torniquete hidrulico ou de um bico aspersor, colocado na parte

superior (AQUARONE et al., 2001).

A acidez aumenta progressivamente conforme o lquido vai sendo passado,

sucessivamente, duas ou trs vezes pelo mesmo gerador ou atravs de geradores em srie.

Sendo o processo exotrmico, o lquido deve ser resfriado antes de entrar novamente para

o gerador (AQUARONE et al., 2001).

2.3.3 Processos Submersos

Surgiram em 1950. O mtodo se baseia em manter a cultura de bactrias

acticas submergidas no vinho a acetificar, com um suprimento abundante de ar. Aps a


acetificao da matria-prima, feita a descarga de uma parte de vinagre, sendo reposta

com uma parte de vinho, sem parar o processo. O processo de transformao leva em

mdia 20 horas (CASTELO, 2002).

O substrato alcolico, por esse processo, pode ser fermentado trinta vezes mais

rapidamente que por qualquer outro processo. Neste processo, o ar deve ser controlado

cuidadosamente, pois um decrscimo da presso parcial de oxignio altera o metabolismo

bacteriano (AQUARONE et al., 2001).

O processo de acetificao exotrmico e assim, deve permitir, atravs de

serpentina, a dissipao trmica, possibilitando, dessa forma, o controle da temperatura

dentro de uma faixa conveniente. O timo de temperatura de fermentao depende da

concentrao do substrato, sendo a mesma por volta de 28C. Um disco giratrio no espao

livre do tanque evita a formao de excessiva espuma (CASTELO, 2002).

O processo de fermentao submersa apresenta uma srie de vantagens:

Alta eficincia: diariamente podem-se produzir cerca de 6% ou mais, de

vinagre;

Rendimentos: calculados em relao ao terico, alcanam de 90 a 95%;

Praticidade: dispensa tratamentos de clarificao e de filtrao, via de regra,

onerosos e demorados.

O equipamento mais utilizado para a produo de vinagre em cultura submersa

conhecido pelo nome de acetificador de Frings, fabricado e patenteado pela Heinrich

Frings-Bonn, Alemanha (AQUARONE et al., 2001).

A produtividade mdia desses acetificadores igual a 1/4 de seu volume til em

litros de vinagre a 10% ao dia (AQUARONE et al., 2001).

A Figura 2.3 mostra o acetificador Frings em ao inoxidvel utilizado na

produo de vinagre.


Figura 2.3 - Acetificador Frings em ao inoxidvel (TAKEMOTO, 2000).

2.3.4 Processamento final do vinagre

Antes de se colocar o produto para a comercializao este deve receber alguns

tratamentos para melhorar e dar estabilidade ao produto final. Isto inclui o armazenamento

aps a fermentao, os processos de clarificao, filtrao, envelhecimento, estabilizao e

envase.

Aps o trmino da fermentao, o vinagre no deve permanecer na vinagreira,

pois se isto ocorrer as bactrias no tendo mais lcool para metabolizar, comeam a oxidar

o cido actico, enfraquecendo o vinagre (SACHS, 1990). Sendo assim o vinagre j

devidamente fermentado deve ser acondicionado em recipientes apropriados e serem

mantidos sem o contato com o ar, pois sem oxignio as bactrias so inibidas (SACHS,

1990).


A operao de clarificao pode ser feita por diversos processos: espontnea ou

autoclarificao; fsico-qumica, qumica ou desmetalizao; mecnica, atravs de

substncias orgnicas e inorgnicas usadas como clarificantes (albumina, argilas,

bentonita, casena entre outras) (SACHS, 1990, AQUARONE et al., 2001).

A filtrao pode ser definida como a separao de impurezas e de

microrganismos do lquido com a ajuda de um material filtrante. a operao que permite

obter um vinagre lmpido e brilhante (AQUARONE et al., 2001).

Os tipos de filtrao mais utilizados so, filtrao a cartucho; filtrao com

extrato filtrante; membrana filtrante; filtro rotativo a vcuo e filtrao por meio de fibras

vegetais (AQUARONE et al., 2001).

De acordo com a matria-prima utilizada, vinho ou suco de frutas, o vinagre

deve ser envelhecido por um tempo superior, s vezes, um ano. Durante esse tempo,

ocorrem reaes de esterificao, responsveis pelo desenvolvimento de aromas agradveis


Com o envelhecimento o vinagre adquire um sabor e aroma mais suave

perdendo a aspereza caracterstica do produto novo (SACHS, 1990).

A etapa de estabilizao do vinagre permite manter suas caractersticas fsico-

qumicas e organolpticas durante o perodo de comercializao. Pode ser feita por

mtodos fsicos ou qumicos.

Os mtodos fsicos mais usados na indstria vinagreira so a pasteurizao e a

ultrafiltrao. A pasteurizao consiste em tratar o vinagre a temperaturas variveis de 50 a

80C de modo a destruir totalmente os microrganismos e desativar as enzimas que so

predominantemente a causa mais importante das alteraes (oxidao do cido actico) do

vinagre. O tratamento do vinagre mediante calor pode ser uma alternativa eficaz e segura

para uma melhor conservao do produto (AQUARONE et al., 2001).

A pasteurizao do vinagre pode ocorrer de duas maneiras:

- rpida ou alta: 75-80C por 30-40 segundos;

- baixa ou lenta: 50-65C por alguns minutos (20 a 30).

Os mtodos qumicos consistem na adio de substncias que auxiliam na

estabilizao do vinagre. A legislao brasileira prev como forma de estabilizao do

vinagre o uso de dixido de enxofre (ANEXO II), num teor mximo de 0,02 g por 100 mL

de vinagre de vinho.

O vinagre deve ser embalado em material resistente que no sofra corroso e

que no transmita cor ou odores desagradveis ao produto, geralmente so utilizadas


garrafas de vidro, PVC ou polietileno, fechadas com tampas plsticas. Aps o envase,

feita uma pasteurizao a 60- 66C, durante 30 min. Pode-se tambm fazer a pasteurizao

contnua e embalar subseqentemente (AQUARONE et al., 2001).

A retirada do ar essencial para garantir a preservao do produto. Uma

clarificao adequada, boa filtrao, pasteurizao e adio de conservantes so os

parmetros que definem a quantidade de ar a ser retirada no momento do envase


2.4 Bactrias acticas

A fermentao actica realizada por um conjunto de bactrias do gnero

Acetobacter ou Gluconobacter, pertencentes famlia Pseudomonaceae (AQUARONE et

al., 2001).

Na fermentao actica o etanol oxidado a cido actico. Essa etapa feita

por bactrias acticas em meio aerbio (SACHS, 1990). Alm do cido actico so

produzidas pequenas quantidades de outros produtos como aldedos, cetonas, steres e

outros cidos orgnicos, sendo o acetaldedo o composto secundrio predominante

(SACHS, 1990).

Para a fermentao actica no comum o uso de culturas puras. Emprega-se

uma microflora mista de Acetobacter contendo diferentes espcies ou variedades dessa

bactria, que considerada a mais eficiente (AQUARONE et al., 2001, SACHS, 1990).

Assim, aps o trmino da fermentao alcolica, inocula-se o vinho com essa

mistura de bactrias teis e ativas adicionando vinagre forte, que o vinagre no diludo

e no pasteurizado de uma fermentao anterior, contendo altas concentraes de bactrias

acticas (AQUARONE et al., 2001).

Embora mais de 100 espcies, subespcies e variedades do gnero Acetobacter

tenham sido classificadas atravs dos anos, poucas so aquelas com qualidades industriais,

isto , produzir concentraes elevadas de cido actico; no formar material viscoso; de

preferncia, no ter capacidade para completar a oxidao at anidrido carbnico e gua;

ter tolerncia a concentraes razoveis de cido actico; trabalhar em temperaturas entre

25C e 30C (SACHS, 1990).

As bactrias do gnero Acetobacter so bastonetes elipsoidais, retos ou

ligeiramente curvos. Quando jovens so gram-negativas e as clulas velhas so gram-

variveis. Apresentam a capacidade para oxidar a molcula do etanol e do cido actico a


CO2 e H2O. Formam pelcula ou crosta na superfcie da cultura, vulgarmente chamada de

me do vinagre, de onde partem os repiques. Essas pelculas variam de acordo com a

espcie, podendo ser delgadas, espessas, contnuas ou em ilhas (AQUARONE et al.,

2001).

So comumente encontradas em frutas e vegetais e esto envolvidas na

acidificao bacteriana de sucos de frutas e bebidas alcolicas, cerveja, vinho, produo de

vinagre e fermentao de sementes de cacau (SACHS, 1990).

De acordo com os autores mais modernos, so de interesse industrial:

Acetobacter aceti, A. xylinoides, A. orleanense, A. acetigenum, A. schuetzenbachii, A.

curvum e A. rances (AQUARONE et al., 2001).

Descries clssicas desses microrganismos informam que A. aceti suporta

11% de lcool e produz 6,5% de cido actico; sua temperatura tima de crescimento

34C entre extremos de 5C e 42C; A. orleanense tem um timo entre 20C e 25C, e os

extremos so 15C e 30C (AQUARONE et al., 2001).

2.5 Composio do vinagre

A composio caracterstica de um vinagre depende basicamente da matria-

prima que o originou. Os vinagres obtidos de frutos ou de malte possuem composio mais

complexa que o vinagre de lcool por conter praticamente todas as substncias solveis

existentes na matria-prima ou que se formaram nos processos fermentativos alcolico e

actico (AQUARONE et al., 2001).

2.5.1 cido actico

O cido actico (H3C COOH), peso molecular 60,05616 e densidade 1,049

g/mL, o componente principal dos vinagres quaisquer que sejam o substrato alcolico

precedente e sua concentrao expressa em graus acticos (gramas de cido actico por

100 mL de vinagre) (AQUARONE et al., 2001).


2.5.2 lcool etlico (etanol) residual

Na fabricao industrial do vinagre objetiva-se alcanar o maior rendimento

possvel na transformao de etanol em cido actico. Porm no se deve chegar ao

esgotamento desse substrato pois as bactrias acticas, na ausncia de lcool etlico, so

capazes de promoverem a degradao do cido actico produzido, o que torna o processo

antieconmico (AQUARONE et al., 2001).

No Brasil, a legislao estabelece um teor mximo de 1GL de lcool residual

para os vinagres (BRASIL, 1990).

2.5.3 Extrato seco

A determinao do extrato seco de vinagres uma tentativa de evitar fraudes bastante utilizadas no passado, j que teores muito baixos ou muito altos de extrato seco

podem indicar adulteraes do produto (TAKEMOTO, 2000).

No Brasil, a legislao estabelece um valor mnimo de 7 g.L-1 para vinagres de

vinho tinto e rosados e 6 g.L-1 para vinagres de vinho branco (BRASIL, 1990).

2.5.4 Cinzas

A determinao do teor de cinzas objetiva determinar os sais minerais contidos no produto. As consideraes para o teor de cinzas so anlogas para o teor de extrato seco

dos vinagres. Um vinagre diludo e reconstitudo parcialmente com cido actico apresenta

baixos valores para o teor de cinzas assim como valores muito altos podem indicar a

adio de substncias no volteis (TAKEMOTO, 2000).

A legislao brasileira estabelece um valor mnimo de 1 g.L-1 (BRASIL, 1990).

2.6 Biorreatores Airlift

Biorreatores, freqentemente chamados de fermentadores, so recipientes entre

os quais microrganismos, plantas, clulas animais, e enzimas podem realizar seu trabalho.

O sucesso deste processo depende em manter o prprio ambiente para crescimento e

reao (CHISTI, 1989).


Muitos processos biolgicos requerem oxignio; devido a sua baixa

solubilidade um abastecimento contnuo requerido a taxas suficientes para manter a

reao porm, quando existe uma limitao no processo como, por exemplo, a necessidade

de uma maior transferncia de massa gs-lquido, outros tipos de biorreatores, tais como os

tipos airlift, so considerados (CHISTI, 1989).

Os biorreatores airlift so reatores pneumticos. Eles so diferentes de outro

reator pneumtico comumente usado, o coluna de bolhas. Os biorreatores airlift

compreendem quatro zonas distintas, cada uma delas com modelo distinto de fluxo, as

quais dividem o reator entre duas zonas de escoamento (uma direcionada para cima e outra

para baixo). As zonas ou canais possibilitam a circulao de lquido em grande escala ao

redor do corpo do reator (SIEGEL & ROBINSON, 1992).

A primeira zona de expanso de gs denominada riser, onde o gs injetado

pela base do equipamento atravs de um distribuidor, formando uma disperso gs-lquido.

As bolhas de gs sobem atravs do lquido contatando-o e deslocando-o. Essa seo tem

maior gas-holdup (frao volumtrica de gs na zona de disperso) e onde ocorre a maior

transferncia de massa. O lquido deixa o topo do riser e entra na zona de desprendimento

do gs e, com uma menor quantidade de gs, escoa em sentido contrrio atravs do

downcomer at o fundo do reator, retornando ao riser. Assim, a fase lquida circula

continuamente no reator (SIEGEL & ROBINSON, 1992).

Os airlifts so geralmente divididos em dois tipos de reatores, baseados em sua

estrutura fsica: os de circulao interna e os de circulao externa. Os de circulao

interna so tanques com divises dentro da coluna de bolhas, de maneira a criar zonas de

escoamento. Nos airlifts com circulao externa, o riser e o downcomer so conectados

por sees horizontais perto do topo e da base para criar a recirculao do lquido

(CHISTI, 1989; SIEGEL & ROBINSON, 1992).

A Figura 2.4 mostra um esquema de biorreatores airlift com circulao interna

e externa.


Figura 2.4 Esquema de biorreatores airlift com circulao interna (a) e externa (b)

adaptado de CHISTI, 1989 (ROSSI, 2001).

Uma diferena fundamental entre os dois tipos de airlifts o modelo do

separador de gs- lquido. No airlift de circulao interna, o separador de gs-lquido

usualmente simples com uma extenso sobre o riser e o downcomer, permitindo um

pequeno desprendimento de gs. No airlift de circulao externa o separador de gs-

lquido tem uma regio de fluxo horizontal, que permite maior desprendimento de gs e

uma maior velocidade de circulao (SIEGEL & ROBINSON, 1992).

2.6.1 Vantagens dos biorreatores airlift

Os biorreatores airlift so considerados uma importante classe de biorreatores

de coluna de bolhas modificados (VIAL et al., 2002). Eles tm recebido ateno devido a

sua simplicidade de projeto e construo, versatilidade, fcil operao, menor possibilidade

de contaminao, baixo consumo de energia e altas taxas de transferncia de massa e calor

(YUGUO et al., 2000, VIAL et al., 2002).

A simples construo dos biorreatores airlift possibilita uma manuteno fcil

e barata. Como no existem partes mecnicas mveis necessrias para a agitao, h

reduo do perigo de contaminao, pois facilita a limpeza e a esterilizao. A injeo do

gs serve para agitar e aerar, eliminado o gasto de energia para agitao, e promovendo um

aumento na capacidade de transferncia de massa e calor (SIEGEL & ROBINSON, 1992).

Em processos biolgicos, a vantagem do biorreator airlift sobre os reatores de


coluna de bolhas e os STRs (reatores de tanque agitado) est relacionada com o fato de a

fora de cisalhamento imposta pelo campo turbulento nas clulas ou pellets suspensos no

meio ser muito menor em biorreatores airlift. Um aspecto bastante importante que o

campo de cisalhamento mais homogneo nos biorreatores airlift, sendo relativamente

constante atravs do biorreator (SIEGEL & ROBINSON, 1992).

Os biorreatores airlift so usados preferencialmente em aplicaes

bioqumicas: microrganismos e clulas poder ser afetados pelas foras de cisalhamento de

alguns processos causando um stress a esses organismos. Os reatores airlifts correspondem

a um nvel de cisalhamento mais tolerante a estes organismos e, portanto se torna o

processo mais indicado (VIAL et al., 2002). BONNARME et al., (1993) relatam a

superioridade dos biorreatores airlift e coluna de bolhas em relao ao de tanque agitado,

na produo de metablitos por microrganismos sensveis ao cisalhamento provocado

pelos agitadores mecnicos.

Apesar das vantagens apresentadas, a aplicao dos biorreatores airlift em

escala de produo em indstrias bioqumicas ainda limitada. Os airlifts so menos

flexveis s mudanas de processo que os STR, uma vez que os parmetros geomtricos

so selecionados para um determinado processo durante o projeto; a velocidade do fluxo

de gs , em princpio, o nico parmetro de ajuste durante a operao. Portanto, os airlifts

so menos adaptveis a outros processos com necessidades muito diferentes de mistura e

agitao, distribuio de gs e caractersticas de transferncia de massa, do que os STR que

apresentam a vantagem de ter controles independentes de aerao e agitao (CHISTI,

1989).

2.6.2 Aplicaes dos biorreatores airlift

Muitas aplicaes em escala de bancada e em escala piloto tm sido estudadas

para uma variedade de microrganismos e culturas celulares. A maioria enfoca a cintica de

crescimento em vez do fenmeno de transporte durante as fermentaes.

Conseqentemente, pouca informao sobre a hidrodinmica bsica e sobre o transporte de

massa encontra-se disponvel para um projeto de reator ideal e scale-up (SIEGEL &

ROBINSON, 1992).

Alguns autores estudaram o airlift como um biorreator potencial para o tratamento

de vrios resduos. HUPPE et al., (1990) utilizaram uma planta piloto de dois estgios para

tratar biologicamente efluentes de refinaria de carvo. TYAGI et al., (1990) utilizaram um


airlift com circulao externa para estudar a digesto aerbica mesoflica e termoflica de

lodos municipais primrios e secundrios.

FRHLICH et al., (1991), WU & WU (1991) e POLLARD et al., (1996),

estudaram Saccharomyces cerevisiae em biorreatoes airlift testando diversas configuraes

fsicas, onde conseguiram melhorar o desempenho dos prprios biorreatores airlift.

BONNARME, et al., (1993) utilizaram com sucesso um biorreator airtjft para produo

das enzimas lignina e mangans peroxidades e protena extracelular do fungo

Phanerochaete chrysosporium.

YUGUO et al., (1999) demonstraram a vantagem do biorreator airlift de circulao

externa na produo de cido ctrico a partir da mistura de batata doce desidratada com

sedimentos de Aspergillus niger. YUGUO et al., (2000) utilizaram com sucesso um

biorreator airlift com circulao externa para a produo de - amilase a partir de Bacillus

subtilis se comparado com um biorreator de tanque mecanicamente agitado.

KLEIN et al., (2002) comprovaram que o sistema de biotransformao de glucose

em cido glucnico por Aspergillus niger pode ser bem sucedido se utilizada a

determinao da taxa de transferncia de oxignio em biorreatores airlift.

CHENG et al., (2002) conseguiram bons resultados no cultivo de Acetobacter

xylinum para a produo bacteriana de celulose em um reator airlift modificado.

Entretanto, a literatura carece de dados relacionados aplicao de biorreatores

airlift para produo de vinagre. A utilizao de biorreatores tipo airlift para a produo de

vinagre , assim, uma nova tecnologia a ser explorada.

20

Captulo 3

MATERIAL E MTODOS

Este trabalho foi desenvolvido no Laboratrio de Engenharia Bioqumica do

Departamento de Engenharia Qumica e Engenharia de Alimentos (ENGEBIO/EQA). 3.1 Produo de vinagre

3.1.1 Matrias-primas

3.1.1.1 Fermentado de Ma

A ma utilizada para a produo de vinagre no de nenhuma variedade

especfica. Na verdade, o que determina se a ma ser processada so suas caractersticas

fsicas, sendo que as frutas com algum dano de qualidade ou fora das especificaes so

destinadas fabricao de subprodutos, tais como o suco, a sidra e o vinagre.

A matria-prima utilizada para produo de vinagre de ma o fermentado de

ma (sidra). Este fermentado geralmente pobre em matria nitrogenada.

O fermentado utilizado para a acetificao deve ter um teor alcolico entre 7 e

9GL. Teores muito elevados (acima de 10GL) inibem o desenvolvimento das bactrias e

teores muito baixos (abaixo de 5GL) produzem vinagres muito fracos e favorecem as

contaminaes (RIZZON et al., 1992).

CAPTULO 3 MATERIAL E MTODOS 21

Neste trabalho o fermentado de ma utilizado continha 5GL, devido a isso

houve a adio de lcool comercial a 94GL durante as culturas realizadas para se atingir

os nveis de acetificao exigidos pela legislao.

A matria-prima utilizada foi fornecida pela Indstria de Vinagre e Plsticos

Heinig, com sede em Brusque, Santa Catarina.

3.1.1.2 Microrganismos

Para a acetificao no comum o uso de culturas puras. Emprega-se

geralmente uma microflora mista de Acetobacter contendo diferentes espcies ou

variedades dessa bactria, que considerada mais eficiente.

Os microrganismos utilizados para a acetificao do fermentado de ma foram

obtidos a partir de vinagre forte (vinagre no pasteurizado e no diludo que contm as

bactrias acticas) proveniente de processos da indstria de vinagres Heinig.

Os microrganismos foram mantidos temperatura ambiente, em local escuro,

para no comprometer sua qualidade.

3.1.2 Cultura Actica

Para a cultura actica da matria-prima previamente citada foram utilizados

dois tipos de biorreatores, o biorreator airlift e o biorreator clssico na produo de

vinagre, ambos operados em batelada. O biorreator airlift dispunha de sistema prprio de

aerao feito por ar comprimido e o biorreator clssico utilizou uma bomba de aqurio para

a aerao. Um banho termosttico foi utilizado em ambos biorreatores para o controle de

temperatura em torno de 28C. O volume de ar usado foi de 1,8 litros por hora por litro de

calda para os dois biorreatores utilizados.

3.1.2.1 Descrio do biorreator airlift utilizado para a acetificao

Um biorreator airlift com circulao externa, volume til de 6,5 L, construdo

em vidro borossilicato (resistente a temperaturas superiores a 800C) foi utilizado na

produo do vinagre. Utilizou-se como dispersor de ar comprimido uma pedra porosa. Um

rotmetro de 0 a 1,2 NL.min-1 foi utilizado para medir a vazo de ar e um banho

termostatizado foi utilizado para controlar a temperatura atravs de um trocador de calor


no dowcomer. O biorreator dispunha de orifcios para a sada de ar, controle de

temperatura e retirada das amostras.

A Figura 3.1 mostra a fotografia do biorreator airlift utilizado para a produo

de vinagre e o esquema do biorreator utilizado.

(a) (b)

Figura 3.1 - Fotografia do biorreator airlift utilizado para a produo de vinagre (a), e

esquema do biorreator utilizado (b).

3.1.2.2 Descrio do biorreator clssico utilizado para a acetificao

Um biorreator clssico na produo de vinagre, com volume total de 6 L e

volume til de 4 L, tendo uma cuba de vidro e os demais dispositivos em ao inoxidvel e

plstico, foi utilizado juntamente com o biorreator airlift na produo de vinagre. O

sistema de aerao foi realizado por uma bomba de aqurio e o mesmo banho

termostatizado utilizado no airlift foi usado no clssico para o controle de temperatura


atravs do trocador de calor. A tampa do fermentador dispunha de orifcios tampados com

algodo para permitir a sada de ar, medidas de temperatura e retirada das amostras.

A Figura 3.2 mostra a fotografia do biorreator clssico utilizado para a

produo de vinagre e o esquema do biorreator utilizado.

(a) (b)

Figura 3.2 - Fotografia do biorreator clssico utilizado para a produo de vinagre (a), e

esquema do biorreator utilizado (b).

3.1.3 Meio de Cultivo

O meio de cultivo ou calda a soluo para a posterior acetificao e

necessrio que as bactrias acticas tenham um tempo de adaptao ao meio. Nesta fase, o

meio a ser acetificado deve conter condies ideais para o crescimento desses

microrganismos, ou seja, nutrientes essenciais, certo grau de acidez e substrato para seu

desenvolvimento. Para este trabalho utilizou-se uma mistura de sais pr-preparada e usada

comercialmente, o Acetozyn, que contm os nutrientes necessrios para o crescimento das

bactrias acticas, na proporo de 1g por litro de calda a ser acetificada.

A fim de manter a estabilidade microbiolgica do fermentado de ma

recebido e tambm garantir uma boa acidificao posterior, adicionou-se matria-prima

vinagre forte previamente elaborado, no pasteurizado, contendo as bactrias acticas.

As caldas foram preparadas em um garrafo com capacidade de 10 L. Anlises

de lcool e acidez foram realizadas e posteriormente transferiu-se cerca de 3,5 L de calda

para o biorreator clssico e o restante (cerca de 6,4 L) para o biorreator airlift. Os


biorreatores foram previamente limpos, e deixados para acetificar com a aerao forada e

constante.

Quantidades de lcool comercial a 94GL foram adicionadas durante o

processo de produo de vinagre. Essas adies eram feitas quando o teor de lcool estava

prximo de zero e a acidez estava abaixo do exigido pela legislao.

3.2 Mtodos Analticos 3.2.1 Amostragem

Amostras de 110 mL foram retiradas diariamente dos biorreatores durante todo

o processo, para avaliao do teor de lcool e de acidez total. Ao trmino da acetificao o

vinagre assim obtido, foi filtrado em papel filtro, pasteurizado a 65C por 5 minutos e

diludo com gua destilada at acidez voltil mnima de 4 g de cido actico/100 mL de

amostra (BRASIL, 1974). Posteriormente foram realizadas as anlises citadas a seguir.

Para a avaliao dos vinagres comerciais, as amostras foram compradas em

supermercados. Ao todo foram analisadas 6 amostras de vinagres comerciais de ma,

tendo sido adquiridas embalagens fechadas, em exposio nas gndolas dos recintos

comerciais.

3.2.2 Anlises fsico-qumicas

O Anexo IV mostra algumas definies sobre as anlises fsico-qumicas

realizadas (MERCATURA, 2003).

Para as determinaes fsico-qumicas da densidade, extrato seco, acidez

voltil, cinzas e teor alcolico utilizou-se os mtodos oficiais de anlises para vinagres

conforme a Portaria No 076, de 27 de novembro de 1986, a seguir.

Massa Especfica a 20o C

Material

Densmetro (1,000 - 1,100 g/mL)

Proveta


Procedimento

O densmetro foi lavado com gua destilada e depois com lcool; secou-se com

papel de filtro e colocou-se no dessecador para eliminao da umidade. Encheu-se a

proveta com a amostra de modo que o densmetro ficasse abaixo do nvel e fez-se a leitura

direta no densmetro na temperatura de 20C. O resultado obtido a massa especfica em

g/L.

A anlise da massa especfica do fermentado de ma foi realizada por um

picnmetro, pois a escala do densmetro utilizado era superior ao resultado lido.

Extrato seco a 1000C

Material

cpsula cilndrica de fundo chato de 70 mm de dimetro e 20 mm de altura

estufa

banho-maria

dessecador com slica gel ou cloreto de clcio anidro

balana analtica

pina

pipeta volumtrica de 25 mL

Procedimento

Foram pipetadas 25 mL da amostra na cpsula, previamente seca na estufa a

1100C, resfriada no dessecador e tarada. Evaporou-se lentamente em banho-maria a 1000C

durante 3 horas consecutivas. Colocou-se na estufa a 1000C por 30 minutos. Resfriou-se no

dessecador e pesou-se.

Clculo

O extrato seco expresso em g/L pela Equao (3.1):

Extrato seco (g/L) = b) - (a x 1000/25)( (3.1)


Onde:

a = peso da cpsula com extrato [g]

b = peso da cpsula [g]

Acidez voltil

Material

aparelho de destilao de Cazenave-Ferr

pipetas volumtricas de 10 e 20 mL

erlenmeyer de 250 mL

balo volumtrico de 500 mL

Reagentes

soluo de hidrxido de sdio 0,1 N

soluo alcolica de fenolftalena a 1%

Preparo da amostra

Foram pipetadas 20 mL da amostra em um balo volumtrico de 500 mL e

completou-se o volume com gua destilada.

Procedimento

Pipetou-se 10 mL da amostra diluda no borbulhador e 250 mL de gua

destilada no gerador de vapor do aparelho de destilao. Levou-se a gua ebulio com a

torneira de vapor aberta, para eliminar o ar do aparelho e, eventualmente o gs carbnico

da gua destilada. Em seguida a torneira foi fechada para que o vapor de gua borbulhasse

na amostra, arrastando os cidos volteis. Recolheu-se 100 mL do destilado e titulou-se a

acidez voltil do destilado com soluo de hidrxido de sdio 0,1 N em presena de

fenolftalena.


Clculo

Acidez voltil expressa em g de cido actico/100 mL de amostra pela

Equao (3.2):

Vx 10f x Eq x Nn x amostra) de mL 0actico/10 cido de (g voltilAcidez = (3.2)

Onde:

n = volume de soluo de hidrxido de sdio gastos na titulao [mL]

N = normalidade da soluo de hidrxido de sdio

Eq = equivalente grama de cido actico [60]

f = fator de diluio [diluio 20:500, f = 25]

V = volume de amostra no preparo [mL]

Cinzas

Material

cadinho de porcelana (ou platina) de 50 ml


bastonete de vidro

banho-maria

dessecador com slica gel ou cloreto de clcio anidro

balana analtica

mufla

bico de Bunsen

Procedimento:

O cadinho foi aquecido na mufla ao redor de 600C durante 10 minutos,

resfriado no dessecador e pesado. Foram pipetadas 25 mL da amostra no cadinho e

evaporadas completamente no banho-maria fervente (cuidando para no deixar espirrar a


amostra). Queimou-se o cadinho em bico de Bunsen e em seguida colocou-se o cadinho na

mufla a 5500C 25C, at que o resduo se tornasse claro. O tempo exigido para essa

operao pode ser reduzido da seguinte maneira: remove-se o cadinho da mufla, esfria-se,

quebra-se o resduo ainda escuro com um bastonete de vidro, tomando-se o cuidado de

lavar o bastonete com algumas gotas de gua destilada, leva-se o cadinho em banho-maria

at secura e coloca-se novamente na mufla at o resduo ficar completamente claro. Esfria-

se o cadinho no dessecador e pesa-se rapidamente.

Clculo

As cinzas so expressas em gramas por litro de amostra conforme

apresentado na Equao (3.3):

Cinzas (g/L) = b) - (a x 1000/25)( (3.3) Onde:

a = peso do cadinho com as cinzas [g]

b = peso do cadinho [g]

Teor alcolico

Material

aparelho de destilao

balo volumtrico de 100 mL e 200 mL

proveta de 100 ml

papel tornassol

prolas de vidro

termmetro

alcometro Gay Lussac de 0 a 100GL


Reagentes

soluo de hidrxido de sdio 5 N

papel tornassol

Procedimento

Mediu-se 100 mL da amostra em balo volumtrico e 100 mL de gua

destilada. Transferiu-se para balo de destilao, colocando-se prolas de vidro.

Neutralizou-se com soluo de hidrxido de sdio 5 N, usando papel tornassol como

indicador. O condensador foi conectado e mergulhado at o fundo de um balo

volumtrico de 200 mL. Resfriou-se o balo, mergulhando-o em gua e gelo, durante a

destilao. Transferiu-se o destilado para uma proveta, e fez-se a leitura com o alcometro,

20C. O valor obtido a porcentagem do lcool em volume ou grau Gay Lussac.

A medida do teor de lcool foi imprecisa, pois a escala do alcometro utilizado

era muito alta (0 a 100GL).

Para as anlises de acidez total utilizou-se a metodologia de anlises de bebidas

e vinagres do Laboratrio Nacional de Referncia Vegetal - LANARV e a metodologia

aplicada por algumas indstrias.

Para os vinagres prontos foi realizada a anlise de acidez total pelo mtodo do

laboratrio LANARV, descrita a seguir:

Acidez total

Material

erlenmeyer de 250 mL


bureta de 100 mL


Reagentes



Procedimento

Foram pipetadas 10 mL de amostra num erlenmeyer de 250 mL contendo 100

mL de gua destilada e adicionou-se 1 a 2 gotas de soluo de fenolftalena. Titulou-se

com soluo de hidrxido de sdio 0,1 N at a colorao rosa do indicador fenolftalena.

Clculo

Acidez total expressa em moles/L obtida pela Equao (3.4):

VMn x (moles/L) totalAcidez = (3.4)

Onde:

n = volume de soluo de hidrxido de sdio gastos na titulao [L]

M = molaridade da soluo de hidrxido de sdio [moles/L]

V = volume de amostra [L]

A anlise de acidez total a seguir foi realizada durante o processo de

acetificao nas quatro culturas realizadas utilizando a mesma metodologia aplicada por

algumas indstrias de vinagre.

Acidez Total

Material

pipetas de 1 e 10 mL

tubos de ensaio


Reagentes



Procedimento

Transferiu-se 1 mL de amostra para um tubo de ensaio, colocou-se 1 gota de

fenolftalena e titulou-se com soluo de NaOH 0,1 N utilizando pipeta de 10 mL at

colorao rosa do indicador fenolftalena.

Clculo

A acidez total obtida conforme mostrado na Equao (3.5):

0,6 x NaOH de soluo da mL de Namostra) de mL 100actico/ cido de (g totalAcidez 0= (3.5)

Esta tcnica pode ser usada com a mesma unidade de acidez voltil (g de cido

actico/100 mL) porque o valor 0,6 que multiplica a equao acima vem do peso molecular

do cido actico que 60,05616.

Para as anlises de pH e teor de SO2 livre usou-se as metodologias aplicadas no

Laboratrio de Vinhos da Cantina Experimental da EPAGRI - Videira, a seguir:

pH

Material

bquer de 50 mL

aparelho medidor de pH


Procedimento

Utilizou-se uma amostra suficiente para cobrir o eletrodo do aparelho

previamente calibrado e realizou-se a leitura direta no equipamento.

Teor de SO2 livre (mtodo Ripper simples)

Material

frasco erlenmeyer

bureta de 50 mL

Reagentes

soluo indicadora de amido a 2%

soluo de cido sulfrico 1:3

soluo de iodo N/50

Procedimento

Foram pipetadas 20 mL da amostra em um frasco erlenmeyer. Adicionou-se 2

mL da soluo de amido 2% e 3 mL da soluo de cido sulfrico. Titulou-se com soluo

de iodo N/50 at mudana de colorao para cor azul intenso.

Clculo

O teor de SO2 livre obtido pela Equao (3.6):

32 titulaona gastos iodo de soluo da volume(meq/L) livre SO2 = (3.6)


3.3 Determinao de parmetros cinticos

3.3.1 Determinao da concentrao da biomassa

A determinao da concentrao celular realizada durante a quarta cultura foi

obtida por gravimetria a partir de um volume conhecido de amostra (110 mL). A amostra

foi filtrada em papel filtro pr-pesado seguido de secagem em estufa a 90C at peso

constante.

3.3.2 Velocidade especfica de crescimento

A velocidade especfica mxima de crescimento calculada a partir do

coeficiente angular da curva do logaritmo neperiano da biomassa com o tempo de acordo

com a Equao (3.7):

tXX += )ln()ln( 0 (3.7)

Onde:

X = concentrao de biomassa [g.L-1]

X0 = concentrao inicial de biomassa [g.L-1]

= velocidade especfica mxima de crescimento celular [d-1] t = tempo [dia]

3.3.3 Converso de substrato em biomassa

A converso de substrato em biomassa definida de acordo com a Equao

(3.8):

S

X

SX dM

dM - Y = (3.8)


Onde:

Yx/s = fator de converso de substrato em clulas [g.g-1]

MX = massa de clulas [g]

MS = massa de lcool [g]

Representando-se os dados em um grfico MX =f(MS), o coeficiente angular da

tangente curva em qualquer instante -Yx/s.

Obteve-se tambm o fator de converso de substrato em clulas mdio,

conforme apresentado na Equao (3.9):

ST

XTmdioS

X MM Y = (3.9)

Onde:

Yx/s mdio = fator de converso mdio de substrato em clulas [g.g-1]

MXT = massa total de clulas gerada no biorreator [g]

MST = massa total de lcool [g]

3.3.4 Converso de substrato em produto

A converso de substrato em produto definida de acordo com a Equao

(3.10):

S

P

SP dM

dM - Y = (3.10)

Onde:

Yp/s = fator de converso de substrato em produto [g.g-1]

MP = massa de cido actico [g]


Representando-se os dados em um grfico MP =f(MS), o coeficiente angular da

tangente curva em qualquer instante -Yp/s.

Obteve-se tambm o fator de converso mdio de substrato em produto,

conforme apresentado na Equao (3.11):

ST

PTmdioS

P MM Y = (3.11)

Onde:

Yp/s mdio = fator de converso mdio de substrato em produto [g.g-1]

MPT = massa total de cido gerada no biorreator [g]

3.3.5 Produtividade em cido actico

A produtividade em cido actico definida de acordo com a Equao (3.12):

t

inicial c.Ic.tR Vt x

C x V - C x V P = (3.12)

Onde:

Vt = volume de calda no biorreator no tempo t [L]

VI = volume inicial de calda no biorreator [L]

Cc. = concentrao de cido actico na cultura [g.L-1]

Cc. inicial = concentrao de cido actico no incio da cultura [g.L-1]

t = tempo de cultura [dia]

PR = produtividade em cido actico [g.L-1.d-1]

A produtividade em cada instante, utilizada para avaliar a produtividade

mxima calculada conforme a Equao (3.13):

dtV) .d(C

V1 P c.mx R = (3.13)


Onde:

PR mx. = produtividade mxima em cido actico [g.L-1.d-1]

V = volume de calda no biorreator (considerado constante nesse processo) [L]

Cc. = concentrao de cido actico [g.L-1]

3.3.6 Concentrao equivalente de lcool adicionado

A concentrao equivalente de lcool adicionado definida pela Equao

(3.14):

T

lcooleq V

M C = (3.14)

Onde:

Ceq = concentrao equivalente de lcool adicionado [g.L-1]

Mlcool = massa total de lcool [g]

VT = volume total de calda no biorreator no momento da adio [L]

A massa total de lcool obtida de acordo com a Equao (3.15):

lcooletanollcool V x M = (3.15)

Onde:

Vlcool = volume total de lcool [L]

etanol = massa especfica do etanol [g.L-1]

O volume total de lcool obtido atravs da Equao (3.16):

adicionadolcool V x 0,94 V = (3.16)


Onde:

Vadicionado = volume de lcool adicionado na cultura [L]

3.3.7 Concentrao de lcool inicial

A concentrao de lcool no incio de cada cultura definida de acordo com a

Equao (3.17):

etanol

0

l.inicial x 100GL C = (3.17)

Onde:

GL = grau Gay Lussac lido no alcometro

Cl. inicial = concentrao de lcool inicial [g.L-1]

38

Captulo 4

RESULTADOS E DISCUSSES

4.1 Estudos preliminares

4.1.1 Correlao entre acidez total e acidez voltil

A determinao da acidez voltil e da acidez total realizada atravs da

titulao direta da amostra conforme descrito na seo 3.2.2 do captulo de Material e

Mtodos.

Algumas indstrias vm utilizando a determinao de acidez total como

uma aproximao da acidez voltil. Essa aproximao simplifica os procedimentos

prticos pela rapidez e facilidade em avaliar o desempenho das culturas quanto

produo de cido actico.

Assim, foram realizados novos experimentos medindo-se a acidez voltil e a

acidez total no vinagre pronto no sentido de correlacionar essas duas tcnicas.

As Tabelas 4.1 e 4.2 mostram, respectivamente, os resultados de acidez

voltil e acidez total para os vinagres prontos obtidos das quatro culturas realizadas nos

biorreatores airlift e clssico.

CAPTULO 4 - RESULTADOS E DISCUSSES 39

Tabela 4.1 Acidez voltil e acidez total obtida nos vinagres prontos produzidos

no biorreator airlift.

Airlift 1a Cultura 2a Cultura 3a Cultura 4a Cultura

Acidez Voltil (g c. actico/100 mL)

4,26 4,12 4,05 4,00

Acidez Total (g c. actico/100 mL)

4,20 4,14 4,08 4,02

Erro (%) 1,4 0,48 0,74 0,50

Tabela 4.2 Acidez voltil e acidez total obtida nos vinagres prontos produzidos

no biorreator clssico.

Clssico 1a Cultura 2a Cultura 3a Cultura 4a Cultura

Acidez Voltil (g c. actico/100 mL)

4,05 4,26 4,00 4,05

Acidez Total (g c. actico/100 mL)

4,08 4,14 4,08 4,02

Erro (%) 0,74 2,8 2,0 0,74

As anlises dos resultados experimentais mostram que o erro assumido entre

as anlises de acidez voltil e acidez total menor que 2% no biorreator airlift e menor

que 3% no biorreator clssico.

Portanto, nas culturas realizadas pde-se utilizar a tcnica de acidez total

para simplificar o processo de determinao de cido actico no vinagre pronto.

4.1.2 Caractersticas fsico-qumicas do fermentado de ma

O fermentado de ma utilizado para a produo de vinagre foi previamente

analisado utilizando as mesmas tcnicas aplicadas aos vinagres comerciais conforme

mostrado no captulo de Material e Mtodos. A Tabela 4.3 mostra as caractersticas

fsico-qumicas deste fermentado.


Tabela 4.3 Caractersticas fsico-qumicas do fermentado de ma utilizado para a

acetificao.

Anlises fsico-qumicas Massa especfica a 20C (g.L-1) 942,54 Extrato seco a 100C (g.L-1) 15,32 Acidez total (moles.L-1) 0,210 Cinzas (g.L-1) 2,20 Teor alcolico (GL) 5,0 pH 3,76 Acidez Voltil (g c.actico/100 mL)

0,15

Teor de SO2 livre (meq.L-1) 12,80

Conforme mencionado no captulo de Material e Mtodos, o fermentado

deve ter uma concentrao de lcool entre 7 e 9GL para se atingir os nveis de

acetificao exigidos pela legislao. O fermentado de ma utilizado neste trabalho

continha um teor de lcool de 5GL. Devido a isso houve a necessidade da adio de

lcool comercial durante as quatro culturas realizadas para a obteno do teor de acidez

compatvel com a legislao.

4.2 Produo de vinagre de ma

Foram realizadas quatro culturas utilizando o biorreator airlift e,

paralelamente, quatro culturas controle no biorreator clssico. A temperatura das

culturas foi mantida a 28C atravs de um banho termosttico.

O processo tanto no biorreator airlift como no biorreator clssico foi

interrompido quando a concentrao de cido atingiu em torno de 4,5 g c.actico/100

mL. Para tanto houve a necessidade de adio de lcool a 94GL, uma vez que o

fermentado de ma utilizado possua um teor alcolico baixo para esse processo.

A produtividade em cido actico, a concentrao inicial de lcool, a

concentrao equivalente de lcool adicionado em cada cultura e o incio da adio de

lcool esto apresentados nas Tabelas 4.4 e 4.5 para cada biorreator.



concentrao equivalente de lcool adicionado e incio da adio de lcool para o

biorreator airlift.

Airlift PR em cido actico

(g.L-1.d-1)

CI de lcool

(g.L-1)

Ceq de lcool

adicionado (g.L-1)

Adio de lcool a

partir do dia:

1 Cultura 2,37 31,56 14,11 8 2 Cultura 3,36 31,56 5,93 7 3 Cultura 1,60 31,56 15,15 7 4 Cultura 2,04 31,56 20,82 8


concentrao equivalente de lcool adicionado e incio da adio de lcool para o

biorreator clssico.

Clssico PR em cido actico

(g.L-1.d-1)

CI de lcool

(g.L-1)

Ceq de lcool

adicionado (g.L-1)

Adio de lcool a

partir do dia:

1 Cultura 1,46 31,56 32,55 8 2 Cultura 1,66 31,56 10,87 7 3 Cultura 1,14 31,56 25,48 8 4 Cultura 1,06 31,56 33,97 8

A produtividade em cido actico no biorreator airlift foi superior

produtividade em cido actico do biorreator clssico. O sistema de aerao utilizado no

biorreator airlift propiciou melhores condies de oxidao e acelerou o processo.

A concentrao equivalente de lcool adicionado no biorreator clssico foi

maior do que a concentrao equivalente do biorreator airlift, demonstrando que o

processo em biorreator airlift apresentou novamente superioridade na converso de

lcool em cido actico.

O tempo gasto para obter os produtos prontos foi de 8 a 12 dias para o

biorreator airlift e de 12 a 14 dias para o biorreator clssico. Com isso pode-se dizer que

o biorreator airlift teve um desempenho melhor na produo de vinagre do que o

biorreator clssico.

Os vinagres obtidos so considerados de boa qualidade, pois atendem a

legislao brasileira nos termos de produo de cido actico e lcool. Os teores de


cido actico nos produtos finais antes da diluio ficaram em torno de 4,5 g

c.actico/100 mL e os teores finais de lcool prximos a zero.

Aps a acetificao, o vinagre foi filtrado em papel filtro, diludo para uma

concentrao final de no mnimo 4 g c.actico/100 mL e pasteurizado a uma

temperatura de 65C por 5 minutos antes de ser envasado.

O aspecto final do produto atendeu s caractersticas sensoriais previstas

pela legislao: aspecto lmpido, sem depsito, cheiro caracterstico e sabor cido.

Durante a etapa de elaborao dos vinagres, houve um acompanhamento

peridico atravs de anlises de lcool e acidez total. Ao trmino de cada fermentao e

aps a diluio outras anlises fsico-qumicas foram realizadas para garantir a

qualidade do produto.

A anlise do teor de SO2 no foi realizada nos vinagres produzidos, pois no

foi adicionado ao produto este conservante.

As Tabelas 4.6 e 4.7 mostram as anlises fsico-qumicas dos vinagres de

ma prontos obtidas no biorreator airlift e no biorreator clssico.

Tabela 4.6 Anlises fsico-qumicas dos vinagres de ma prontos produzidos no

biorreator airlift.

Airlift 1a Cultura 2a Cultura 3a Cultura 4a Cultura

Massa especfica a 20C (g.L-1)

1013 1011 1011 1011

Extrato seco a 100C (g.L-1)

14,10 14,40 15,24 14,98

Acidez total (moles.L-1) 0,642 0,667 0,624 0,666 Cinzas (g.L-1) 2,21 2,30 2,28 2,08 Teor alcolico (GL) 0 0 0 0 pH 3,21 3,28 3,26 3,18 Acidez Voltil (g c. actico/100 mL)

4,26 4,12 4,05 4,00


Tabela 4.7 Anlises fsico-qumicas dos vinagres de ma prontos produzidos no

biorreator clssico.

Clssico 1a Cultura 2a Cultura 3a Cultura 4a Cultura

Massa especfica (g.L-1) a 20C

1014 1012 1013 1013


17,66 17,36 17,74 18,12

Acidez total (moles.L-1) 0,659 0,630 0,675 0,702 Cinzas (g.L-1) 2,69 2,84 2,72 2,74 Teor alcolico (GL) 0 0 0 0 pH 3,27 3,34 3,31 3,26 Acidez Voltil (g c. actico/100 mL)

4,05 4,26 4,00 4,05

Os vinagres produzidos no biorreator airlift e no biorreator clssico

encontram-se dentro da legislao brasileira (BRASIL, 1990): acidez voltil mnima de

4 g cido actico/100mL, extrato seco mnimo de 7 g.L-1 (vinagres tintos e rosados),

teor de lcool residual mximo de 1GL e teor de cinzas mnimo de 1 g.L-1.

Os resultados apresentados para os produtos prontos so correspondentes s

amostras diludas, com teores de acidez prximos ao mnimo estabelecido pela

legislao, para que possam ser comparados com produtos existentes no mercado.

A seguir sero apresentadas as anlises fsico-qumicas realizadas nos

vinagres comerciais de ma.

4.3 Anlises fsico-qumicas dos vinagres comerciais de ma

Para se ter referncia quanto aos resultados obtidos nos vinagres produzidos,

foram realizadas as mesmas anlises fsico-qumicas anteriormente citadas em vinagres

comerciais de ma. Estas anlises fsico-qumicas esto mostradas na Tabela 4.8.

Tabela 4.8 Anlises fsico-qumicas das amostras de vinagres comerciais de ma.

Amostra Massa

especfica

a 20C

(g.L-1)


Acidez voltil

(g de c. actico/100

mL)

Acidez total

(moles.L-1)

Cinzas (g.L-1)

Teor alcolico

(GL)

pH Teor de SO2 livre (meq.L-1)

A 1009 8,56 4,20 0,731 1,080 0 2,83 26,67 B 1005 6,20 4,50 0,790 1,320 0 3,06 16,00 C 1007 7,70 4,35 0,759 0,860 0 3,10 46,93 D 1005 5,00 4,65 0,788 0,540 0 3,14 16,00 E 1008 5,62 4,20 0,727 0,440 1 3,10 16,00 F 1009 11,22 4,35 0,734 0,600 1 3,36 12,80


Os resultados das anlises fsico-qumicas mostraram que somente duas

amostras (A e B) esto dentro da legislao brasileira no que se refere anlise de

cinzas (mnimo de 1 g.L-1 - BRASIL, 1990). Por outro lado a amostra B juntamente

com as amostras D e E no obedecem a legislao brasileira na anlise de extrato seco

(mnimo de 7 g.L-1 vinagres tintos e rosados - BRASIL, 1990). Estes resultados indicam

possveis excessos de diluio ou adulteraes dos produtos feita por solues de cido

actico.

A seguir ser apresentada uma comparao dos vinagres produzidos no

biorreator airlift e no clssico com os vinagres comerciais.

4.4 Comparao entre os vinagres comerciais e os vinagres produzidos

Uma comparao feita entre as amostras de vinagres comerciais e os

vinagres produzidos em ambos biorreatores apresentada na Tabela 4.9.

Tabela 4.9 Comparao entre as amostras de vinagres comerciais e os vinagres

produzidos em ambos biorreatores.

Amostra Massa especfica a 20C (g.L-1)


Acidez voltil

(g de c. actico/100

mL)

Acidez total (moles.L-1)

Cinzas (g.L-1) Teor alcolico

(GL)

pH

A 1009 8,56 4,20 0,731 1,080 0 2,83 B 1005 6,20 4,50 0,790 1,320 0 3,06 C 1007 7,70 4,35 0,759 0,860 0 3,10 D 1005 5,00 4,65 0,788 0,540 0 3,14 E 1008 5,62 4,20 0,727 0,440 1 3,10 F 1009 11,22 4,35 0,734 0,600 1 3,36

*Airlift 1012 14,68 4,11 0,638 2,220 0 3,23 *Clssico 1013 17,72 4,09 0,658 2,750 0 3,30

* Mdia obtida das 4 culturas realizadas.

Os vinagres produzidos em laboratrio apresentaram valores superiores de

extrato seco e cinzas devido ao fato do produto final no ter passado por um processo de

filtrao mais rigoroso e por um sistema de clarificao, o que ocasionou maior

quantidade de slidos solveis aumentando assim seu peso seco. Isto tambm pode ser

observado pela anlise da massa especfica.

A baixa acidez total dos vinagres produzidos em laboratrio se justifica pela

falta de condies na matria-prima que favorecessem o aumento da acidez actica.

Como j foi mencionado anteriormente, durante o experimento houve a necessidade da


adio de lcool comercial para se atingir a quantidade mnima de cido exigida pela

legislao (4 g cido actico/100 mL).

Vale ressaltar que o teor de acidez total no est atribudo somente

presena de cido actico, j que outros cidos orgnicos esto presentes nos vinagres

tais como o tartrico, o ctrico e o mlico.

A anlise de pH foi realizada no intuito de mostrar que os valores

encontrados para os vinagres produzidos em laboratrio esto bastante prximos dos

vinagres produzidos industrialmente.

A seguir ser apresentado o comportamento cintico de produo de cido

actico obtido para ambos biorreatores durante a quarta cultura.

4.5 Avaliao do comportamento cintico da produo de cido actico

A Figura 4.1 apresenta o comportamento cintico do cido actico no decorrer

da quarta cultura realizada para ambos os biorreatores (as tabelas contendo os dados

utilizados no grfico encontram-se no Anexo III).

0,0

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

0 2 4 6 8 10 12 14 16Tempo (dia)

ci

dez

(g

c.ac

tic

o/L)

Airlift Clssico Figura 4.1 Comportamento cintico da acidez para ambos biorreatores durante a

quarta cultura.


Analisando a Figura 4.1 no perodo anterior adio de lcool (linha

pontilhada), nota-se uma fase de adaptao (lag) das bactrias ao meio de cultura com

durao de um dia. No biorreator airlift fica ntida uma fase exponencial de produo de

cido e um posterior esgotamento devido ao trmino do lcool. J no biorreator clssico

a produo de cido mais constante, porm sem a mesma velocidade do biorreator

airlift.

A produtividade mxima em cido nesse perodo est entre os dias 3 e 4

para os dois casos, sendo que para o airlift a produtividade mxima foi de 10,2 g.L-1.d-1

e para o clssico a produtividade mxima foi de 3,0 g.L-1.d-1. visvel a maior

produtividade em cido no biorreator airlift.

A partir do oitavo dia houve a adio de lcool comercial a 94GL em

ambos biorreatores at o trmino da cultura. Nota-se que a partir da h novamente uma

produo de cido acentuada no biorreator airlift e no biorreator clssico.

A concentrao de lcool adicionada na quarta cultura foi de 20,8 g.L-1 para

o biorreator airlift e de 33,9 g.L-1 para o biorreator clssico. Vale salientar que o volume

dos biorreatores era diferente.

A produtividade mdia mxima em cido actico obtida na quarta cultura antes

da adio de lcool para os dois biorreatores utilizados apresentada na Figura 4.2 (as

tabelas contendo os dados utilizados no grfico encontram-se no Anexo III).


0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9Tempo (dia)

Prod

utiv

idad

e m

dia

de

c.a

ctic

o (g

ci

do a

ctic

o/L.

dia)

Airlift Clssico Figura 4.2 Produtividade mdia mxima em cido actico durante a quarta cultura

para os dois biorreatores utilizados.

Analisando a Figura 4.2 nota-se que a produtividade mdia mxima no

biorreator airlift de 4,2 g.L-1.d-1 e no clssico de 1,6 g.L-1.d-1, demonstrando

novamente a superioridade do biorreator airlift.

A queda na produtividade mdia deve-se ao trmino do substrato (lcool).

A determinao dos parmetros cinticos obtidos durante a quarta cultura

sero apresentados a seguir.

4.6 Determinao de parmetros cinticos

Durante a quarta cultura foram retiradas amostras dirias de 110 mL para as

anlises de teor de lcool e acidez total. Antes das anlises serem realizadas as amostras

foram filtradas em papel filtro pr-pesado e posteriormente colocados em estufa a 90C

at peso constante.

As amostras foram caracterizadas atravs da medida de biomassa obtida do

peso seco das clulas. De posse desses resultados pde-se avaliar a curva de

crescimento celular, a velocidade especfica de crescimento mdia e os fatores de

converso de lcool em cido actico e lcool em clulas.


4.6.1 Curva de crescimento celular

A Figura 4.3 apresenta o crescimento celular tanto no biorreator airlift

quanto no biorreator clssico para os primeiros oito dias de cultura (as tabelas contendo

os dados utilizados no grfico encontram-se no Anexo III).

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0 2 4 6 8 10Tempo (dia)

Bio

mas

sa (g

/L)

Airlift Clssico Figura 4.3 Curva de crescimento celular durante a quarta cultura para ambos

biorreatores.

Analisando a Figura 4.3, pode-se observar que embora haja um aumento

contnuo no nmero de clulas, a fase exponencial no bem definida.

Contudo, pde-se calcular uma velocidade especfica de crescimento mdia,

considerada esta constante ao longo do intervalo. esperado um comportamento no

exponencial no final, pois a concentrao de lcool est diminuindo.

A seguir ser apresentada a velocidade especfica de crescimento mdia para

os dois biorreatores utilizados.


4.6.2 Velocidade espec

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