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UNIVERSIDADE FEDERAL DO TOCANTINS
CAMPUS UNIVERSITÁRIO DE PALMAS
MESTRADO EM CIÊNCIAS DO AMBIENTE
FABIANO RODRIGUES DE SOUZA
ESTABELECIMENTO DE UM PROCESSO FERMENTATIVO UTILIZANDO CÉLULAS
LIVRES, A PARTIR DE CLONES DE BATATA-DOCE [Ipomoea batatas (L.) Lam]
SELECIONADAS PARA AS CONDIÇÕES DE PALMAS-TO.
P A L M A S
Estado do Tocantins – Brasil
2006
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FABIANO RODRIGUES DE SOUZA
ESTABELECIMENTO DE UM PROCESSO FERMENTATIVO UTILIZANDO CÉLULAS
LIVRES, A PARTIR DE CLONES DE BATATA-DOCE [Ipomoea batatas (L.) Lam]
SELECIONADAS PARA AS CONDIÇÕES DE PALMAS-TO.
Dissertação apresentada ao curso de Mestrado em
Ciências do Ambiente da Universidade Federal do
Tocantins, em cumprimento parcial das exigências
para obtenção do título de Mestre em Ciências do
Ambiente.
Orientador: Profº Dr. Márcio Antônio da Silveira
Co-Orientador: Profº Dr. Nei Pereira Jr.
P A L M A S
Estado do Tocantins – Brasil
2006
i
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Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
S729e Souza, Fabiano Rodrigues.
Estabelecimento de um processo fermentativo utilizando células livres, a
partir de clones de batata-doce [Ipomoea batatas (L) Lam] selecionadas para
as condições de Palmas-TO. / Fabiano Rodrigues de Souza. – Palmas: UFT,
2006.
85p.
Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Tocantins, Mestrado
em Ciências do Ambiente, 2006.
Orientador: Prof. Dr. Márcio Antônio da Silveira
Co-Orientador: Prof. Dr. Nei Pereira Jr.
1. Processo Fermentativo. 2. Batata-doce. 3. Células livres. 4. Etanol.
I.Título.
CDU 504
Bibliotecário: Paulo Roberto Moreira de Almeida
CRB-2 / 1118
TODOS OS DIREITOS RESERVADOS – É proibida a reprodução total ou parcial, de qualquer forma ou por qualquer
meio. A violação dos direitos do autor (Lei nº 9.610/98) é crime estabelecido pelo artigo 184 do Código Penal.
ii
DEDICATÓRIA
Aos meus pais:
Davi Monteiro de Souza
Maristela Rodrigues Preto
Pelo amor, educação e apoio sempre!
A minha namorada e ao meu filho:
Enzo Rodrigues de Souza
Luciene Silva de Jesus
Pelo carinho, pela amizade, incentivo, compreensão, e por me alegrarem o coração e a
VIDA!
Aos meus Tutores e amigos:
Ana Fátima de Souza
Iane Brito Tavares
Márcio Antônio da Silveira
Nei Pereira Júnior
Verônica Ferreira
Sem vocês, não seria o que sou hoje, feliz e MESTRE. Muito Obrigado!
iii
AGRADECIMENTOS
O processo de elaboração de uma dissertação de mestrado é, sem dúvida, uma
empreitada que demanda dedicação, renúncia e paciência. E justamente por isso, é
fundamental a quem aceita esse desafio cercar-se do apoio de pessoas especiais com
quem possa compartilhar todos os seus esforços e alegrias. Assim, aqui vai a minha
sincera gratidão a todos aqueles que comigo trilharam essa estrada.
Quero agradecer primeiramente ao nosso pai DEUS, que me concedeu a
realização de mais uma conquista, dando-me forças, coragem, sabedoria, honestidade,
humildade e compreensão nos momentos difíceis da minha vida, e não se esquecendo
dos pais, orientadores e amigos maravilhosos que tenho.
Agradeço ao meu Papai, pelo carinho e confiança em minha vida. A minha
mamãe, que perante todos os dias de minha vida acordou para me acordar, e que
esteve comigo lado-a-lado em momentos de angustias e Glórias. Sua força e tão
inestimável que chega a ser imortal para mim. A comparo como meu coração, pois sem
ela não conseguiria viver.
Ao meu orientador, professor Dr. Márcio Antônio da Silveira. Obrigado pela
confiança, amizade e pelos ensinamentos durante todo o tempo de desenvolvimento de
nosso trabalho.
Ao Professor Dr. Nei Pereira Jr, que sempre se mostrou solícito em todas as
oportunidades, além do auxílio e acolhimento pela permissão de uso dos equipamentos
Laboratoriais na UFRJ, pois sem os mesmo, não seria possível a realização desta
dissertação, meu muito obrigado.
iv
A Profª. Drª Denise Gomes, Profº. Dr. Waldesse Junior e Jaqueline meus
agradecimentos pelas informações e sugestões que muito contribuíram para a
realização no desenvolvimento e aplicação deste trabalho.
A todos da Coordenação do programa de pós-graduação em Ciências do
Ambiente.
Aos meus amigos e colegas do LASPER, em especial Iane Brito, Ana Fátima,
Keile Bernado, Wesley Santana, Carla, Djansley e demais, que não mediram esforços
em me ajudar nos trabalhos de campo e no desenvolvimento técnico-científico desta
dissertação, e um agradecimento todo especial ao Laboratório de Bioprocessos da
UFRJ que foram companheiros de todas as horas de dificuldades. Luizão, Alex, Walber,
Alexandre, Gabriel, enfim, a todos! Valeu.
A todos meus amigos e colegas do mestrado, Anelise, Augusto Fernanda, Fued,
Maria Antônia, Suyene, César, Gelma, Jucá, Simone, Marcos, Juliane, João e Lázaro,
obrigado por tudo!
A todos os professores e funcionários desta instituição, que me ajudaram de
forma direta e indireta na conclusão deste trabalho.
A CAPES que viabilizou a bolsa para o desenvolvimento desta dissertação.
v
“... O futuro é uma astronave que tentamos pilotar. Não tem tempo nem piedade,
nem tem hora de chegar. Sem pedir licença muda nossa vida e depois convida a rir
ou chorar. Nessa estrada não nos cabe conhecer ou ver o que virá. O fim dela
ninguém sabe bem ao certo onde vai dar...”.
Toquinho – Aquarela
vi
vii
SUMÁRIO
Página
LISTA DE TABELAS ......................................................................................................ix
LISTA DE FIGURAS ...................................................................................................... x
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS .........................................................................xi
RESUMO .......................................................................................................................xii
ABSTRACT ..................................................................................................................xiii
1. INTRODUÇÃO. .........................................................................................................14
2. REVISÃO DE LITERATURA. ...................................................................................18
2.1. A cultura da batata-doce...................................................................................... 18
2.2. O amido. .............................................................................................................. 19
2.3. Mudanças nos hábitos de utilização de Batata-doce........................................... 20
2.4. Possíveis limitações de produção de etanol utilizando Cana-de-açúcar,
Mandioca e Batata-doce............................................................................................. 24
2.5. Potencialidades associadas às características agronômicas da batata-
doce com estimativa para produção de etanol combustível. ...................................... 28
2.6. Utilização comercial e tecnológica de processamento e uso de subprodutos e
resíduos agro-industriais em processos biotecnológicos de batata-doce................... 30
2.7. Hidrólise / Sacarificação. ..................................................................................... 35
2.8. Microrganismos e mecanismos utilizados na fermentação alcoólica................... 37
2.9. Formas de operação de Bioprocessos. ............................................................... 41
3. OBJETIVOS..............................................................................................................45
3.1. Geral ................................................................................................................... 45
3.2. específico ........................................................................................................... 45
4. MATERIAIS E MÉTODOS........................................................................................46
4.1. Tratamento da matéria-prima .............................................................................. 46
4.2. Quantificação de Açúcares Redutores Totais (ART) pelo Método de
SOMOGYI-NELSON (1945). ...................................................................................... 47
4.3. Curva Padrão de Glicose..................................................................................... 48
viii
4.4. Hidrólise de material amiláceo para a escolha da melhor concentração e
associação enzimática................................................................................................ 50
4.5. Microrganismo Utilizado. ..................................................................................... 51
4.6. Avaliação da imprescimbilidade de fortificação do meio hidrolisado de
batata-doce................................................................................................................. 52
4.7. Influência de concentração de Saccharomyces cerevisiae em meio
hidrolisado de batata-doce ......................................................................................... 54
4.8. Operação do biorreator na fermentação descontínua. ........................................ 54
4.9.
Determinações de glicídeos e produtos do bioprocesso. .................................... 56
4.10. Sistema Waters para CLAE............................................................................... 56
4.11. Variáveis de Resposta....................................................................................... 58
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ...............................................................................60
5.1. Hidrólise do Amido............................................................................................... 60
5.2. Quantificação da glicose...................................................................................... 62
5.3. Processo fermentativo descontínuo em biorreator. ............................................. 63
5.4. Influência da Concentração Inicial de Células da levedura Saccharomyces
cerevisiae ................................................................................................................... 65
5.5. Habilidade fermentativa com células livres utilizando meio hidrolisado fortificado e
não fortificado. ............................................................................................................ 67
6. CONCLUSÕES. ....................................................................................................... 72
7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS.........................................................................74
ANEXOS.......................................................................................................................83
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Leituras de absorvância a 540 nm obtidas para diferentes
concentrações de glicose.............................................................................................. 49
Tabela 2 - Condições operacionais do sistema de cromatografia líquida de alta
eficiência. ...................................................................................................................... 57
Tabela 3 - Valores de absorvância e concentração de glicose utilizando 50 µL
de α-amilase e amiloglucosidase ................................................................................ 62
Tabela 4 - Variáveis medidas para o ensaio de fermentação em Biorreator................. 63
ix
LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1 - Fluxograma de Produção de Álcool de Batata-doce.................................. 34
FIGURA 2 - Fotografia de amido de batata-doce sem ação de enzimas.....................36
FIGURA 3 - Fotografia de amido de batata-doce com ação de enzimas alfa-
amilase e amiloglucosidase
.......................................................................................... 36
FIGURA 4 - Catabolismo de Glicose em Saccharomyces cerevisiae.
. ........................ 39
FIGURA 5 - Matéria seca de batata-doce (Ipomoea batatas (L.) Lam.) pronta
para processamento.
.................................................................................................... 47
FIGURA 6 - Curva Padrão de Glicose........................................................................... 49
FIGURA 7 – Esquema do processo de hidrólise para escolher melhor
concentração e associação enzimática. ....................................................................... 51
FIGURA 8 - Esquema do Biorreator operado em batelada simples para
produção de etanol a partir de hidrolisado de batata-doce
. .......................................... 55
FIGURA 9 - Cromatograma típico de um hidrolisado submetido a bioprocesso
de produção de etanol................................................................................................... 57
FIGURA 10 - Efeito das combinações de α-amilase (A) e amiloglucosidase (G)
na hidrólise do amido de batata-doce, utilizando a cultivar Palmas. ............................ 61
FIGURA 11 - Quantificação da glicose pelo método de SOMOGYI-NELSON
(1945) e por cromatografia líquida. ............................................................................... 62
FIGURA 12 - Desprendimento de CO2 - Fermentação 10g, 40g, e 75 g / L de
levedura. ....................................................................................................................... 65
FIGURA 13 - Produção de EtOH teórico para os valores de 10 g ,40g, e 75g / L
de levedura. ......................................................................................................... 66
FIGURA 14 - Desprendimento de CO
2
em meio fortificado e meio não
fortificado....................................................................................................................... 68
FIGURA 15 - Produção de CO
2
e etanol em Meio não fortificado................................. 70
x
LISTA DE ABREVIATURAS E LISTA DE SIGLAS
t: toneladas
mm: milímetros
ºC: graus Celsius
g/L: gramas por Litro
mg: miligramas
g/g: gramas por gramas
p/v: peso por volume
p.u: peso úmido
ha: hectare
EtOH: etanol
CO
2
: gás carbônico
n: haplóide
So: concentração inicial
Sf: concentração final
NADH: Nicotinamida adenina dinocleotídeo hidrogenada
NAD: Nicotinamida adenina dinocleotídeo
ATP: Adenosina tri-fosfato
g: gramas
BD: Batata-doce
#: número
CLAE: Cromatografia Líquida de Alta Eficiência
nm: nanômetro
µL: microlitros
R
2
: Fator de Correlação
rpm: rotação por minuto
atm: atmosférico
M: molar
MF: meio fortificado
MNF: meio não fortificado
IBGE: Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística
I.A.A: Instituto de Açúcar e Álcool
PROÁLCOOL – Programa Nacional do Álcool
ART: Açúcares Redutores Totais
α: alfa
FÓRMULAS DE REAGENTES:
KNaC H 0 + 4 H 0:
4 4 6 2
tartarato duplo de sódio e potássio
Na
2
SO
4
: Sulfato de Sódio
CuSO
4
5H
2
O: Sulfato de cobre penta hidratado
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.H
2
O: Molibdato de amônia
H
2
SO
4:
Acido Sulfúrico
Na
2
HAsO
4
.7H
2
O: Arseniato de Sódio
HCl: Ácido Clorídrico
CaCl
2
: Cloreto de Cálcio
xi
RESUMO
SOUZA, F. R. Estabelecimento de um processo fermentativo utilizando células livres, a
partir de clones de batata-doce [Ipomoea batatas (L.) Lam] selecionadas para as
condições de Palmas-TO. Palmas, 2006. p.85. Dissertação (Mestrado) Ciências do
Ambiente, Universidade Federal do Tocantins.
A batata-doce [Ipomoea batatas (L) Lam] apresenta uma ótima produção de biomassa
para obtenção de álcool combustível, associada a baixo custo de produção e
rusticidade. As atividades descritas neste estudo pretendem estabelecer um protocolo
padrão de Bioprocesso para produção de álcool a partir do material amiláceo de batata-
doce [Ipomoea batatas (L) Lam], quantificando a produtividade de álcool combustível, a
partir dos cálculos das principais variáveis de resposta do processo fermentativo e
sacarificação enzimática do amido. Foram avaliados no processo fermentativo a
evolução do CO
2
com medidas iniciais e finais das concentrações de glicose e substrato
de meio hidrolisado de batata-doce, quantificação e concentrações enzimáticas de α-
amilase e amiloglucosidase. Estudo comparativo entre fortificação de nutrientes ou não
do meio hidrolisado de batata-doce e influência de diferentes concentrações de
substrato inicial de Saccharomyces cerevisiae. Foram colhidas raízes de batata-doce
(Ipomoea batatas (L.) Lam.) da cultivar Palmas e dos clones, BD # 008, 084, 106, 112,
113 e 115, e preparadas de modo a se transformar em farinha pela metodologia de
Savelli et al. (1995). Os açúcares redutores totais foram quantificados através do
método de Somogyi-Nelson (1945) e Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE).
Os processos fermentativos foram acompanhados através de frascos cônicos
equipados com fermentômetros. O microrganismo agente da fermentação alcoólica
utilizado foi Saccharomyces cerevisiae. A associação entre as enzimas amilolíticas α-
amilase e amiloglucosidase se mostraram imprescindíveis para a relação em conjunto
de α –amilase e amiloglucosidase, em 50:50 µL. O ensaio em biorreator apresentou 9
horas de fermentação com concentração de produtividade volumétrica de
aproximadamente 6g/L.h, dentro da faixa industrial (5-8 g/L.h). O fator de rendimento
de produto em relação ao substrato consumido (Y
P/S
= 0,470 g/g), correspondeu a uma
eficiência de fermentação de aproximadamente 92 % do máximo obtenível pela
estequiometria. O ensaio teve uma média de produtividade volumétrica de 5,55 g
EtOH/L.h; com possível produção de 134,2 L.EtOH/ton/raiz. Diante do ensaio utilizando
meio fortificado e meio não fortificado, conclui-se a não necessidade de fortificação do
meio hidrolisado de batata-doce. Os efeitos da concentração de inóculo de 40g por
Saccharomyces cerevisiae mostrou ao final do processo 95,7% de conversão de
substrato em produto Os métodos de fermentação descontínua estudados mostraram-
se satisfatórios, possibilitando a sua reprodutibilidade através da metodologia adotada,
tal constatação favorece os procedimentos da produção em escala industrial.
Palavras-chave: etanol; biomassa; células livres; batata-doce.
xii
ABSTRACT
SOUZA, F. R. Establishment of the process fermentative using free cells, from clones of
sweet potatoes [ Ipomoea potatoes (L.) lam ] selected for the conditions of Palmas-TO.
Palmas, 2006, p.85. Dissertation (Masters Degree) Environment Sciences, Federal
University of Tocantins.
Sweet potato [Ipomoea batatas (l) Lam] presents an optimum production of biomass to
obtain fuel alcohol, associated to low cost of production and roughness. The described
activities in this study intend to establish a standard protocol of bioprocess to the
production of alcohol using amylaceous material of sweet potato [Ipomoea batatas (L)
Lam]. This material was utilized to quantify fuel alcohol productivity through calculating
the main answer variables of fermentative process and enzymatic saccharification of
starch. It was evaluated in fermentative process: CO
2
with initial and final measures of
the glucose concentrations and substrate of hydrolyzed environment of sweet-potatoes,
quantification and enzymatic concentrations of α-amylase and amiloglucosidase. Using
comparatively fortified and non-fortified hydrolyzed environment of sweet potato and
influence of different concentrations of initial substrate of Saccharomyces cerevisiae. It
was used roots of Palms and clones, BD # 008, 084, 106, 112, 113 and 115. This
material was prepared to transform itself in flour by Savelli et al. (1995) methodology.
The reductor sugars were quantified by Somogyi-Nelson´s method (1945) and
conducted for High Performance Liquid Chromatography. The fermentative process was
accomplished through conic flasks with fermentometer. The agent microorganism of
alcoholic fermentation was Saccharomyces cerevisiae. The association of α -amilase
and amiloglucosidase was remarkable and the best condition was 50:50 µL L. The
biorreactor run presented 9 hours of fermentation with volumetric productivity
concentration of 6 g/L.h in industrial range (5-8 g/L.h). The Yield factor of production
according to consumed substrate (Y
P/S
= 0,470 g/g) was related to a efficiencyof
fermentation about 92% of obtained maximum by stechiometry. The volumetric
productivity was 5,55 g EtOH/L.h with a potencial production of 134,2 L.EtOH/ton/root.
The run using fortified and non-fortified hydrolyzed medium was carried out and it was
concentration effects of inocule of 40g/yeast Saccharomyces cerevisiae showed at the
end of process 95,7% of substrate conversion in product. Methods of descontinued
fermentation were satisfactory and utilized protocol can be reproduced through adopted
methodology, this procedure can be used in industrial scale
Keywords: ethanol; biomass; free cells; sweet potato.
xiii
14
1. INTRODUÇÃO
A produção de energia elétrica constituiu-se como um fator chave no
desenvolvimento das sociedades (BATISTA et al. 2005). Segundo NAJAFPOUR et al.
(2004) a maioria dos equipamentos e processos utilizados nos dias de hoje nos setores
de transporte, industrial e residencial foi desenvolvida numa época de energia
abundante e barata, e quando as preocupações ambientais eram pouco
compreendidas. Reconhece-se, contudo, que o modelo energético herdado do passado
é progressivamente menos sustentável, e que o fomento das energias renováveis
contribui decisivamente para um futuro “ambientalmente sustentável” (SOUZA et al.
2005). O modelo de desenvolvimento baseado no uso de combustíveis fósseis pode em
breve tornar-se insustentável devido não somente a escassez destes combustíveis na
natureza, mas também por ser um dos principais responsáveis por grandes impactos
ambientais em nosso planeta (NAHVI et al. 2005). Este fato fez com que fossem
tomadas medidas necessárias que limitassem os danos causados pela atividade
humana no ambiente (EDUARDO, 2002).
De acordo com SAMPAIO et al. (2004) ao longo da sua história, a humanidade
tem selecionado os sistemas energéticos em função de dois parâmetros fundamentais:
a disponibilidade técnica e a viabilidade econômica. A situação atual de crise financeira
do setor, bem como as previsões de déficit em função do elevado crescimento no
consumo, mostram a importância de um programa de escala de co-geração de
eletricidade (produção simultânea de calor e energia elétrica/mecânica) como um dos
mecanismos para colaborar na oferta de energia.
Nos últimos anos a pesquisa voltada para a melhoria da produção de etanol
como alternativa aos combustíveis à base de petróleo tem aumentado por razões
econômicas e ecológicas, tornando-se um campo fértil para a procura de novas
alternativas para produção de etanol. A utilização da biomassa como fonte de energia,
apresenta as vantagens ambientais, uma vez que o Brasil utiliza para cultivo agrícola
somente 7,5% dos 851 milhões de hectares de terras que possui PORTO et al. (2005).
De acordo com RIVERA (1997) a implantação de novos cultivos de biomassa, pode ser
15
uma alternativa lucrativa para os proprietários rurais que poderão utilizá-los, como
cultivo complementar, na geração de energia para consumo próprio e ainda prover de
uma fonte de renda adicional para a agroindústria e o setor de biocombustível, quando
comparadas com as formas convencionais de geração, inclusive a hidroelétrica
(CARVALHO & SATO, 2001). A energia renovável obtida com o uso da biomassa pode
ainda atender as necessidades energéticas de forma sustentável, conservando ao
mesmo tempo a biodiversidade e tornando-se uma alternativa de desenvolvimento
econômico para pequenas comunidades agrícolas em torno ou não, das usinas de
geração de energia (SILVEIRA; LIMA et al. 2001). O álcool surge como uma fonte
alternativa de energia podendo ser produzido a partir de várias fontes de biomassa, tais
como cana-de-açúcar, que é a mais usual, e também por origem de outras culturas, por
exemplo, as amiláceas como beterraba, batata-doce, mandioca, dentre outras
(CARVALHO & SATO 2001).
No Brasil, o etanol é produzido a partir de cana-de-açúcar, fonte renovável e
menos poluente que o petróleo (BORBA, 2005). Entretanto, o processo de produção de
etanol nas grandes usinas brasileiras, ainda está fundamentado no tradicional sistema
de batelada; cuja produtividade é baixa se comparada a outros sistemas, como o
contínuo, por exemplo, e isto se reflete no preço final deste produto que depende dos
custos de produção, e deve ser competitivo em relação ao combustível de origem fóssil.
Sendo, portanto, primordial a importância de desenvolvimento e implementação de
novas tecnologias que produzam melhorias no processo fermentativo, para minimizar a
dependência atual do combustível fóssil e os efeitos nocivos deste poluente ambiental
(MELLO, NEGRÃO & URBAN 2005).
Dentre todas estas fontes de matérias-primas citadas, a batata-doce talvez seja
a cultura que apresente o menor número de pesquisadores no Brasil envolvidos no seu
estudo, seja para fins de consumo in natura, ou para indústria (SOUZA, 2005).
Atualmente apesar do baixo interesse pela batata-doce, possivelmente por ser uma
cultura de subsistência, ela apresenta um elevado potencial para produção de etanol, e
com o desenvolvimento da tecnologia pode-se dispor como alternativa para produção
de energia como fonte renovável (ARAUJO et al. 1978; MELLO, 2001; SOUZA, 2005).
16
Século XXI, e chegou-se a um ponto, onde as constantes crises de petróleo
contribuem para ratificar a importância na produção de etanol. Neste cenário, vem se
tornando cada vez mais importante buscar ou até mesmo resgatar culturas agrícolas
nativas como potenciais fontes geradoras de energia para o país e principalmente para
a região norte, que não se encontra inserida em grandes percentuais participativos na
matriz energética brasileira (DANTAS et al. 2005). Essa perspectiva caminha lado a
lado com o
desenvolvimento regional, a preservação ambiental, uso eficiente de
recursos naturais e ocupacionais (BORBA, 2005).
Segundo SOARES et al. (2002) a batata-doce pode ser cultivada em qualquer
parte do país, mas prefere locais em que as temperaturas são mais elevadas, pois,
além de não tolerar geadas, seu desenvolvimento vegetativo e produtividade são
prejudicados em temperaturas inferiores a 10ºC. Entre os fatores que contribuem para
destacar as características favoráveis da batata-doce estão: um ciclo curto de produção
(4 a 5 meses), rusticidade no campo, adaptada às condições tropicais, possibilidade de
produção em condições de solo de baixa a média fertilidade, e principalmente, baixo
custo de produção (SILVEIRA et al. 2002; SOUZA, 2005). Do ponto de vista do
potencial industrial para produção de etanol, a batata-doce tem sido relatada por alguns
autores como uma fonte altamente promissora para produção de etanol, podendo
produzir de 120 a 130 litros de etanol por tonelada de raiz (MENEZES, 1980). Nesta
mesma linha de trabalho, ARAÚJO et al. (1978) obtiveram 158 litros de etanol por
tonelada de raiz de batata-doce. Entretanto, há mais de 30 anos os estudos sobre a
potencialidade da cultura foram praticamente abandonados, deixando uma imensa
lacuna científica e tecnológica sobre o conhecimento da verdadeira potencialidade da
cultura como fonte promissora para a obtenção de etanol (SILVA et al. 2002).
Com base nesta problemática SILVEIRA et al. (2002) estabeleceram um
programa de melhoramento genético voltado para o aumento da biomassa da batata-
doce visando a produção de etanol. Nestes estudos eles sugerem a possibilidade de
obtenção de seleção de clones com produtividade entre 28 e 65 ton/ha nas condições
do Estado do Tocantins. Estes rendimentos indicam uma superioridade para estes
novos clones, entre 154 a 400%, em relação à produtividade obtida na década de 70,
17
quando a batata-doce foi utilizada para produção de etanol, mas não foi dada
continuidade aos estudos em razão da baixa produtividade e outros fatores sócio-
econômicos e políticos da época
Atualmente no Brasil, a fermentação alcoólica industrial já atingiu desempenho
tal que, para a melhoria da eficiência e produtividade, serão necessárias inovações
tecnológicas. A presente dissertação traz o estudo de um Bioprocesso para a
sacarificação enzimática do amido de batata-doce (Ipomoea batatas (L.) Lam), e o uso
do hidrolisado em processo fermentativo para produção de bioetanol. Essa abordagem
vem somar conhecimento à exploração de uma biomassa com característica regional
capaz de gerar energia, inovação tecnológica e desenvolvimento para a região norte do
país.
18
2. REVISÃO DE LITERATURA
2.1. A cultura da batata-doce
A batata-doce (Ipomoea batatas (L.) Lam.) tem cerca de 2 mil anos de cultivo, e
sua origem pode ser rastreada no Peru, onde servia de alimento de subsistência.
Quando os espanhóis chegaram já a encontraram distribuídas nas Américas do Sul e
Central até o México (VIEIRA, 2004). De acordo com GARCIA & LEONEL (2002) na
antiguidade, há mais de 4 mil anos, os egípcios utilizavam o amido de batata-doce
como matéria-prima para o uso culinário. Por serem raízes pequenas, eram consumidas
nas formas assadas ou cozidas, e industrializadas na forma de doces. Segundo
URBANECK & SILVEIRA (2005) a batata-doce é considerada uma das doze culturas
mais importantes do mundo, sendo a terceira raiz mais cultivada no planeta. O cultivo
de raízes em pequena escala é geralmente uma atividade múltipla de produção
agrícola, exercida com pouco uso de tecnologia e sem orientação profissional, obtendo-
se baixos índices de produtividade e baixa qualidade dos produtos (VIEIRA, 2004). A
cultura da batata-doce é um exemplo dessa situação, pois, ao longo do tempo, tem sido
utilizada de forma empírica pelas famílias rurais, em conjunto com diversos outros
plantios, visando à alimentação da família, principalmente na primeira refeição diária,
utilizada na forma de raízes cozidas, assadas ou fritas. Contudo, de extrema
importância social, ela é cultivada porque se torna vital para o suprimento alimentar de
muitas pessoas, principalmente as de menos poder aquisitivo. De acordo com dados
oficiais do Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE, 2005) no ano de 2001, a
batata-doce foi cultivada em aproximadamente 111 países, sendo que cerca de 90% da
produção é obtida na Ásia, 5% na África e 5% no restante do mundo. Apenas 2% da
produção estão em países industrializados como os Estados Unidos e Japão. A China é
o país que mais produz, com 100 milhões de toneladas. Somente no Brasil em 2005, a
área cultivada foi de aproximadamente 50 mil hectares (BORBA; IBGE, 2005).
Devido a sua composição e potencialidade agrícola, a batata-doce poderia ser
utilizada como matéria-prima para diversos produtos. No entanto, no Brasil, esta cultura
19
fica restrita ao consumo direto. Sua industrialização é incipiente, sendo o produto mais
conhecido o doce em pasta “marrom-glacê” (FIGUEIRA, 2000).
2.2. O amido
O amido é a principal substância de reserva nas plantas superiores, e fornece de
70 a 80% das calorias consumidas pelo homem. Trata-se de uma matéria-prima
renovável, biodegradável e não tóxica. Depois dos açúcares mais simples (sacarose,
glicose, frutose, maltose), é o principal carboidrato que os vegetais superiores
sintetizam a partir da fotossíntese (SCHMIDELL & FACIOTTI et al. 2001).
CAMARGO et al. (2001) citam que as técnicas de processamento de matérias-
primas amiláceas estão entre as mais antigas, e que as descrições das mesmas
constam desde o início da história de muitas civilizações, como a egípcia, onde foram
encontradas tiras de papiros coladas entre si com uma pasta adesiva obtida do amido
gomificado de batata, datando de 4.000 – 3.500 a C. Esse papel primitivo possuía
inscrições, que era tratado de maneira a reter a tinta utilizada nas gravuras, mostrando
notável avanço tecnológico para a época. Documentos romanos datados de 23 a 74
d.C. descreviam outras fontes datadas de 130 a.C., onde papiros haviam sido
modificados com o uso de pastas de amidos de forma que já pareciam papéis
primitivos. Uma das primeiras descrições da extração de amido foi dada por Cato em
um tratado romano de agricultura, escrito em 170 d.C. Por essa descrição, grãos de
cereal eram macerados com água por dez dias, a água removida e o grão moído
agitado em água potável. A mistura era deixada assentar e o material precipitado,
prensando em um pano de linho. O creme semi-líquido era coletado em uma vasilha
limpa e lavado com água potável. O material obtido era colocado ao sol para secar.
Essa descrição é importante porque os processos modernos seguem exatamente essa
ordem, mostrando que os equipamentos podem mudar, mas os princípios dificilmente
são alterados Já no século XIX, o amido era um artigo comum no comércio Europeu, e
que suas propriedades começavam a se tornar conhecidas na época. Uma das maiores
descobertas deste período foi devida a Kirchoff um pesquisador alemão que em 1.811
20
comprovou ser possível produzir açúcar do amido de trigo por hidrólise ácida (LIMA et
al. 2001). Além de elucidar a natureza química do amido, essa propriedade é utilizada
até a atualidade, servindo de base à produção de açúcares como a glicose e maltose, a
partir do amido. BORBA (2005) cita ainda, que no ano de 1.821 ocorreu um incêndio
em uma fábrica têxtil em Dublin (hoje a capital da República da Irlanda), que utilizava o
amido para engomagem dos fios. Quando o fogo foi extinto, observou-se que parte do
amido armazenado havia se transformado em cinzas pelo calor, e com isso dissolvia-se
facilmente na água para produzir uma pasta espessa e adesiva. A torrefação do amido
foi repetida e desta maneira foi descoberta a dextrinizacão do amido pelo calor.
2.3. Mudanças nos hábitos de utilização de batata-doce
GARCIA (2002) cita que na última década, observaram-se grandes mudanças
no agronegócio brasileiro na utilização de produtos amiláceos. Tais mudanças foram
provocadas pelo processo de abertura e utilização de novas atividades na economia
brasileira, a partir do início dos anos 90 e mais recentemente, pela estabilização da
economia e efeitos do processo de globalização. Nesse contexto, é de se esperar que,
alterações se manifestem de formas diferenciadas nas cadeias produtivas, com
implicações na competitividade das mesmas, um exemplo: o consumo de batata-doce
nos estados brasileiros.
Segundo SAMPAIO et al. (2004) analisando-se especificamente a mudança nos
hábitos de consumo da população, ou da utilização da batata-doce para fins industriais,
ou mesmo na direção do consumo de proteínas animais como a agropecuária e outros,
observa-se que vem aumentando rapidamente o mercado para comercialização desta
olerícula, e principalmente as diversas formas em que pode ser empregada. Como por
exemplo, os autores citam ainda, alimentos balanceados para animais a base desta
cultura, ou em substituição/adição do tradicional milho. Tanto as ramas quanto as raízes
podem ser fornecidas frescas, principalmente para os animais ruminantes, mas as
folhas e brotos são também consumidos por aves e peixes (CAMARGO et al. 2001).
21
A raspa, constituída de raízes picadas e secas, é um excelente complemento
alimentar energético que pode ser adicionado à ração de animais, tanto de ruminantes
como outras espécies de animais (RIVERA, 1997; SOUZA, 2005). O aumento no
consumo dos produtos protéicos, como resultado das mudanças nos padrões
alimentares, é amplamente explorado na literatura. CYRILLO et al. (1997) constataram
que, no período pós plano Real, houve queda do preço real desse grupo de alimentos
protéicos e aumento de sua participação nos gastos com alimentação no lar. Isso indica
que houve aumento no consumo. A substituição de parte do milho por raspa de batata-
doce é uma alternativa que pode encontrar força, principalmente nas regiões onde há
dificuldades para produção de milho (SILVA et al. 2003).
As fontes de amido mais comumente utilizadas na alimentação animal são os
grãos de cereais como, milho, sorgo, cevada, trigo e aveia. E durante alguns anos se
inseriu raízes como a mandioca e batata-doce (MORO, 2003). O milho sempre ocupou
lugar de destaque, não só pelo seu comprovado valor nutritivo, como também, pela
tradição de cultura em nosso país. Vale ressaltar que o amido representa de 60 a 72%
da matéria seca na maioria dos grãos de cereais, constituindo-se desta forma na fonte
primária de energia na maioria das dietas fornecidas para vacas leiteiras em
confinamento no Brasil. Pelo fato de que aproximadamente 25 a 35% da matéria seca
da dieta dessas vacas é composta de amido, fica evidente, portanto, que esses grãos
representam uma parcela significativa nos custos de produção do leite.
O preço elevado do milho nos últimos anos no Brasil tem estimulado a busca por
fontes alternativas de energia, como raízes e seus subprodutos da agroindústria para
alimentação de bovinos. A batata-doce pode ser uma alternativa disponível
regionalmente em nosso país.
Entretanto, existem poucos trabalhos sobre a utilização desse produto como
substituto do milho na alimentação de vacas leiteiras no Brasil. Porém alguns criadores
de gado dos estados de Mato Grosso do Sul e Goiás, tem amplamente utilizada esta
cultura em suas fazendas, para alimentação de gado leiteiro, em substituição parcial ao
milho por ser mais barata que os grãos de cereais. Ela é rica em pectina, um
carboidrato altamente degradável no rúmen e pode representar 25 a 35% da matéria
22
seca das dietas para vacas leiteiras e a utilização eficiente deste nutriente é
fundamental para se maximizar a produção animal (MORO, 2003). Uma outra
característica do amido de batata-doce que o diferencia do milho é a ausência de matriz
protéica e de corpos protéicos associados aos grãos de amido (PIRES 1999). Devido,
aos teores de amilose existentes no amido de batata-doce, esperavam-se menores
taxas de digestibilidades, no entanto esse é altamente degradável com taxas de 16,8%
no rúmen em comparação ao milho (4%). A razão para isso é possivelmente a ausência
de associação dos grãos de amido com os corpos e matrizes protéicas, fazendo com
que a raspa de batata-doce seja um produto interessante para substituir o milho como
principal fonte de amido da dieta (SCOTON, 2003).
Comparada com arroz, banana, mandioca, cana-de-açúcar, milho e sorgo, a
batata-doce é mais eficiente em quantidade de energia líquida produzida por unidade
de área e por unidade de tempo (LEONEL et al. 2005). Isso ocorre porque produz
grande volume de raízes em um ciclo relativamente curto, a um custo baixo, durante o
ano inteiro (SOUZA et al. 2005).
No caso do mercado de amido, estima-se que a demanda, sobretudo de seus
diferentes modos de uso, depende diretamente do grau de modernização da economia
dos países, assim como dos hábitos de consumo da população (CORREIA et al. 2005).
Segundo SILVA et al. (2003) no Brasil o nível de consumo dos diferentes tipos de
amido, e em especial o de batata-doce, ainda é relativamente baixo. Esses autores
afirmam que as modificações nos hábitos de processamento para a indústria ou até
mesmo para o consumo resultam na procura por pratos, e derivados do amido dentre
outros, assim como a adoção de tecnologias modernas nos processos industriais,
principalmente dos segmentos alimentícios e de biocombustível. Portanto, os
investimentos em tecnologia, além de uma imposição para se compensar o atraso
tecnológico, constituem um determinante fundamental da competitividade (BORBA,
2005).
A produção de álcool, principalmente para fins alimentícios (bebidas),
farmacológicos e laboratoriais, também se apresenta como uma alternativa de mercado
para a batata-doce (GOLDEMBERG, 2000). Neste aspecto, existe a vantagem de se
23
trabalhar com a farinha, ao invés do amido de outros cereais, pois na obtenção de
álcool, com farinha de batata-doce, precisa de temperaturas mais baixas no
processamento, quando comparados a outras culturas de origem amiláceas, com a
conseqüente economia de energia no processo de hidrólise, por exemplo, (FONSECA
1996).
No Brasil, segundo VIEIRA (2004) e BORBA (2005) o investimento na cultura
de batata-doce é muito baixo, e o principal argumento contrário ao investimento em
tecnologia é que a lucratividade da cultura é baixa. Isso decorre do pequeno volume
individual de produção, ou seja, os produtores ainda tendem a cultivar a batata-doce
como cultura marginal, com o raciocínio de que, gastando-se o mínimo, qualquer que
seja a produção da cultura constitui um ganho extra. Dessa forma, é obtido um produto
de baixa qualidade sofrendo assim, restrições na comercialização, tanto por parte dos
atacadistas, que tendem a reduzir o preço, quanto por parte do consumidor, que refuga
parte do produto exposto à venda (CABELLO, 1995).
Ao se comparar os custos de produção e os índices de produtividade, percebe-
se que uma questão básica é a falta de determinação, por parte do produtor, em
pesquisar mercados e descobrir oportunidades de estabelecer compromissos de
produção com alta qualidade, para ter um canal seguro de comercialização, com
possível regularidade de uma produção programada (CARVALHO, 2001).
Ressalta-se, entretanto, que os avanços tecnológicos introduzidos na cadeia
sucro-alcooleira têm restringido a centralização de investimentos em pesquisas,
esquecendo assim outras culturas, como as de origens amiláceas. Em outras palavras,
a melhora na situação dos produtores de batata-doce, depende do incremento nos
níveis tecnológicos. Portanto, formula-se a hipótese de que os ganhos de
competitividade do segmento agrícola dependem fortemente dos investimentos em
tecnologia (BARROS, 1999).
24
2.4. Possíveis limitações de produção de etanol utilizando cana-de-açúcar,
mandioca e batata-doce.
Segundo LIMA (2001) raízes como mandioca e batata-doce, constituem-se em
importantes alimentos energéticos para mais de 500 milhões de pessoas no mundo,
sobretudo nos países em desenvolvimento, onde são cultivadas por pequenos
agricultores, em áreas reduzidas e com baixa produtividade. Por este motivo e por
essas raízes apresentarem altos teores de carboidratos na forma de açúcares, amido e
outros polissacarídeos, as mesmas podem ser fermentadas para a produção de
bebidas alcoólicas e etanol. Este último pode ser usado para fins carburantes,
farmacêuticos, medicinais, químicos, e domésticos (MACEDO, 2004).
MELLO (2001) cita que na década de 70, o Brasil destacou-se em três fontes
de biomassa potencialmente promissoras para a produção de etanol que foram:
mandioca, cana-de-açúcar e batata-doce. Historicamente a cana-de-açúcar é um dos
principais produtos agrícolas do Brasil, e contou com elevadíssimos investimentos em
pesquisa, a exemplo da criação do Instituto de Açúcar e Álcool (I.A.A), tanto por parte
do setor público, quanto do privado, sendo assim, a mesma se desenvolveu e por isto
dispõe hoje de um protocolo estudado e definido quanto a sua viabilidade de produção
em larga escala, direcionado predominantemente para grandes propriedades
(FREITAS, 1997; SOUZA; TAVARES et al. 2005).
Conforme TAVARES et al. (2005) os trabalhos com fontes amiláceas foram
praticamente abandonados desde a década de 70. Na mesma época, a produção de
etanol pela batata-doce, foi interrompida, em conseqüência da competição de
destilarias de álcool a partir de cana-de-açúcar (PHILLIPS, 1999).
O álcool de mandioca já foi produzido no Brasil nos períodos de grande
dificuldade energética. Muitos gargalos tecnológicos da cultura da mandioca não foram
equacionados. Há relatos na literatura de que essa matéria-prima foi usada no período
de 1932 a 1945, que corresponde ao colapso da economia mundial da década de 30 e
segunda guerra mundial, e na década de 70, com advento do Programa Nacional do
Álcool - PROÁLCOOL, política energética brasileira resultante da crise de preço do
25
petróleo no mercado internacional, iniciada em 1973. Observou-se que, uma vez
cessadas as dificuldades de momento, abandonava-se a mandioca como matéria-prima
para produção de álcool, prevalecendo a utilização da cana-de-açúcar (SAMPAIO,
2004).
De acordo com SAMPAIO (2004) a baixa produtividade de produção de etanol a
partir da mandioca deve-se fundamentalmente à sua baixa produtividade agrícola. Esse
fator, associado à necessidade de hidrólise do amido no preparo do mosto com a
utilização de enzimas onerosas ao processo, limitaram ainda mais o uso da mandioca
como matéria-prima para a produção de etanol. A elevada quantidade de farelo gerado
(930 Kg/t raiz processada) e a sua umidade (85%) fazem com que este material se
apresente como um problema durante a safra, devido às dificuldades de transporte e
armazenamento. O farelo de mandioca é um resíduo sólido gerado na etapa de
separação da fécula de mandioca. A solução passa pelo aprimoramento das técnicas
de cultivo da mandioca, visando elevar a sua produção agrícola e estudar a viabilidade
de utilização da parte aérea da planta (cepas e ramas) como fonte de combustível
durante o processamento. Segundo CAMARGO (2001) isso acontece, porque a planta
pode exigir temperatura, ambiente, e solo, sobretudo nas áreas de maior declividade,
ou onde o cultivo da mandioca é feito em sucessivos anos na mesma área, sem a
aplicação das devidas técnicas de conservação do solo (construção de terraço, por
exemplo). Nessa situação, há o problema da quebra do ciclo de plantios devido à
necessidade de movimentar o solo para o cultivo da mandioca. Além disso, após as
colheitas, sobretudo, nas regiões que apresentam solos com textura mais pesada, é
praticamente impossível novo plantio sem uma nova sistematização do solo (SILVEIRA,
2002).
Nos principais centros de produção de mandioca dos estados do Paraná, São
Paulo, e Mato Grosso do Sul, os problemas estão associados ao inadequado manejo
de herbicidas e à inexistência de produtos eficientes para o controle de algumas ervas
daninhas. Acrescenta-se a isso, o pequeno número de produtos registrados para a
cultura da mandioca nesses centros de produção, o que tem acarretado o uso de
26
herbicidas não recomendados, em doses que podem estar comprometendo os custos
e, sobretudo, o ambiente (EDUARDO, 2002).
De acordo com BARROS (2002) o pacote tecnológico utilizado na cultura da
mandioca caracteriza-se por ser intensivo em mão-de-obra. Nas regiões (por exemplo,
semi-árido nordestino, onde se pratica exclusivamente agricultura de sequeiro) em que
esse fator de produção tem baixo custo de oportunidade, há uma vantagem relativa
para a cultura. Por outro lado, em regiões caracterizadas pela escassez de mão-de-
obra (região Alto Vale Itajaí em Santa Catarina, por exemplo), os sistemas de produção
intensivos nesse fator levam desvantagens.
O uso do cultivo da batata-doce é proposto para regiões de baixa densidade
demográfica e baixa renda per capita, como forma de melhorar a distribuição de renda
no país (SILVEIRA, 2003). Esta raiz pode ser armazenada na forma de raspa, farinha, o
que torna ainda econômico o custo de transporte em decorrência do menor volume de
água contida nessa matéria-prima após a desidratação das raízes (TAVARES et al.
2005). Quando processadas na forma de raspas ou farinha, podem ser estocadas por
vários dias e até meses, desde que armazenadas de forma adequada, isto é, com baixa
umidade e livre do ataque de insetos no armazenamento (CAMARGO et al. 2001).
SILVEIRA (2003) cita que para uso industrial, a batata-doce deve ser explorada
de forma a se obter cultivares com características próprias conforme a finalidade do
programa. As raízes podem ser utilizadas para a extração de amido, que pode ser
empregado na indústria de tecidos, papel, colas e em especial a produção de etanol
carburante. No Japão, até 1970, o principal emprego da batata-doce era na produção
de álcool, onde foram desenvolvidos cultivares próprios para esta finalidade (LEAL
2002). No Brasil, pesquisadores como MENEZES & BARRETO (1980) admitiam que a
fabricação do etanol, a partir da batata-doce poderia ser viável economicamente tanto
quanto ao de outras fontes amiláceas, como é o caso da cidade de Divinópolis-MG, que
garantiu a produção de 130 litros de etanol por tonelada de raiz de batata-doce com
produtividade de 11 ton/raiz/ha. A produtividade média obtida no CNPH/EMBRAPA, em
Brasília, é de 25 a 30 ton/raiz/ha em ciclo de 4-5 meses. Em Ponta Grossa e Londrina,
27
avaliações preliminares obtiveram uma produtividade média de 39 ton/raiz/ha. (LEAL
2002).
Hoje, através de estudos em condições laboratoriais foram obtidos clones de
batata-doce na Universidade Federal do Tocantins para fins industriais, resistentes a
pragas e doenças e com capacidade média de produtividade de até 60 ton/raiz/ha. Tais
experimentos poderiam auxiliar as indústrias de produção de energia renovável e
alimentos, que estão interessadas na identificação e no desenvolvimento de espécies
que produzam amidos nativos com características físico-químicas especiais. Esses
amidos poderiam substituir amidos modificados quimicamente ou abrir novos mercados
para amido, como por exemplo, em uma maior inserção dos mesmos na produção de
biocombustíveis (SILVA, 2002).
Segundo CAMARGO (2001) os setores de amido alimentar, industrial, estão
procurando amidos com propriedades específicas, principalmente para resistir a
tratamentos industriais estressantes que deterioram a estrutura do gel de amido como:
altas temperaturas (hidrólise do gel de amido e diminuição da viscosidade), baixas
temperaturas (que ocasionam perdas nos produtos), condições de acidez alta
(desnaturalização da estrutura do gel de amido) e fortes tensões mecânicas (corte,
homogeneização, etc).
Neste contexto, VASCONCELOS & VASCONCELOS (2005) cita que esforços
têm se intensificado no sentido de tornar a produção de álcool cada vez mais
econômica, através do aprimoramento de todas as etapas envolvidas em sua produção
e distribuição. Além disso, o amido da batata-doce, como um produto, estaria gerando
sub-produtos com múltiplas potencialidades, dentre eles, a produção do próprio etanol.
O que poderia atender os mercados de transportes, de carga e de passageiros locais,
frotas cativas, transporte ferroviário, mineração, geração de energia elétrica e utilização
como substituto parcial ou total do diesel de petróleo (SOUZA, 2005).
Na atual conjuntura de biocombustíveis (bioprocessos) de origem amiláceas,
CAMPOS et al. (2002) e LEONEL et al. (2005) relatam que a batata-doce apresenta
elevados teores de amilases capazes de hidrolisar o amido, dispensando assim o alto
uso de enzimas exógenas no processo de sacarificação e o uso de enzimas endógenas
28
levaria a um tempo muito grande de hidrólise, não compatível com um processo
industrial. A supremacia da cana-de-açúcar como matéria-prima para produção de
álcool está ligada a quantidade de açúcar e conseqüentemente de etanol, que é
possível produzir a partir de uma unidade de área (ha) cultivada por unidade de tempo
(ano). Além disso, a cana-de-açúcar, ao contrário da mandioca, possui açúcares
fermentáveis que são diretamente metabolizados pela levedura alcoólica, não
necessitando de hidrólise prévia na produção do mosto (LEONEL, 2000). A cana-de-
açúcar gera também o bagaço, como subproduto de processamento que é usado na
produção de energia térmica, elétrica e mecânica. ARAÚJO & CALAZANS (2005) citam
que com todas essas qualidades, a cana-de-açúcar, exibe um protocolo de amplos
estudos na área de fermentação para produção de etanol, ficando assim, a
necessidade de se buscar novas fontes alternativas de produção de energia.
2.5. Potencialidades associadas às características agronômicas da batata-doce
com estimativa para produção de etanol combustível
A capacidade dessa cultura para usar água eficientemente, permite sua
exploração em zonas de estação seca prolongada, como algumas regiões do Norte,
Nordeste do Brasil e em outros continentes, como a África. Além disso, a sua
adaptação aos solos de baixa fertilidade permite a conversão eficiente de energia solar
(que é abundante nos trópicos) em carboidratos, sem competir com outras culturas que
demandam em quantidade maior de nutrientes do solo (MAGALI, 2004). Outra
característica agronômica importante reside na possibilidade de as raízes não sofrerem
perdas significativas de qualidade e rendimento quando armazenadas (SILVEIRA,
2003). Se bem manejada, a cultura pode até aumentar o rendimento. Em outras
palavras, a relativa versatilidade de ser colhida em períodos de 4 a 5 meses de idade,
permite aos produtores melhor aproveitar as oportunidades de mercado e em função da
demanda, fazer ajustes alternativos dentro das unidades de produção (SOUZA, 2005).
De acordo com LEBOURG (1996) a implantação de cultivos de biomassa pode
ser uma alternativa lucrativa para os pequenos proprietários rurais, ou até mesmo pela
29
agricultura familiar que poderia utilizá-la como cultivo complementar, na geração de
energia para consumo próprio e ainda prover uma fonte de renda adicional para a
agroindústria e outros setores. Diferentemente da cana-de-açúcar, a batata-doce é
produzida principalmente por agricultores de pequeno porte, em sistemas de produção
complexos, com pouco ou nenhum uso de tecnologia moderna, especialmente
agroquímicos.
Segundo TOSETTO & ADRIETTA (2005) atualmente a produção de etanol tem
sido bem diferente do início do projeto PROÁLCOOL, ou seja, a obtenção do
reconhecimento da tecnologia envolvida para esse fim, a utilização de um combustível
limpo, proveniente de uma fonte renovável, a preocupação com a qualidade do ar e
saúde e a manutenção de empregos ligados direta ou indiretamente à fabricação do
produto. Além disso, é incentivado o uso de tecnologias que visem o aumento da
produtividade e a redução dos custos de produção setorial. A literatura mostra que
estudos nessa área buscam escolher matérias-primas e microrganismos, além de obter
reatores que permitam um processo com custos mais baixos e com melhor eficiência
energética.
Contudo, essa imagem relativamente pobre da biomassa de batata-doce está
mudando, mesmo com algumas dependências da década de 70 (DANTAS et al. 2005).
E devido aos esforços recentes de mensuração mais acurada do seu uso e potencial,
através de novos estudos, demonstrações e melhoramento genético, esta imagem está
cada vez mais bem sucedida, através dos seguintes fatores: a) uso crescente da
biomassa como um vetor energético moderno (graças ao desenvolvimento de
tecnologias eficientes de conversão), principalmente em estados industrializados; b)
reconhecimento das vantagens ambientais do uso racional da biomassa de batata-
doce, c) da crescente pesquisa de bioprocessos na Biotecnologia (CAMARGO, 2001).
30
2.6. Utilização comercial e tecnológica de processamento e uso de subprodutos e
resíduos agro-industriais em processos biotecnológicos de batata-doce.
O Brasil por suas características climáticas e territoriais ocupa no mundo, uma
posição privilegiada tanto em termos de biodiversidade quanto a sua capacidade de
gerar recursos renováveis em grande escala, sendo deste modo, referência mundial
para busca de energia (MARQUES & SERRA 2004). Apesar disso, ainda não se
explora suficientemente o desenvolvimento de tecnologias próprias, ficando o país,
muitas vezes, na dependência da importação de tecnologias e matérias-primas, para o
desenvolvimento de processos energético os quais são adaptados a outros ambientes e
raramente desenvolvem-se bem aqui (MARTIN, 1990; SOUZA et al. 2005). Já de um
modo geral a preocupação em relação à utilização mais eficiente dos resíduos agro-
industriais, vem aumentando a cada ano. Resíduos como o bagaço da cana-de-açúcar,
casca ou polpa de café e maçã, polpa de beterraba e resíduos do processamento de
mandioca, batata-doce, entre outros estão sendo gerados em grandes quantidades.
Entretanto, estão sendo desenvolvidos vários processos que utilizam estes resíduos
como matérias-primas para produção de uma gama de substâncias químicas e
produtos de maior valor comercial como o etanol.
A aplicação de resíduos agro-industriais em bioprocessos, por um lado fornece
matérias-primas alternativas e por outro, ajuda a solucionar os problemas de poluição
que sua disposição no ambiente poderia causar. Com o advento de inovações
biotecnológicas, principalmente na área de tecnologia de enzimas e fermentação,
muitos caminhos novos têm sido abertos para sua utilização (MITA et al. 2005).
As principais transformações industriais de alguns materiais amiláceos como a
mandioca e a batata-doce, seriam as produções de farinha e extração do amido
(ROSENTHAL et al. 1973). O processo de produção de farinha corresponde a uma
atividade de significativa importância tanto no setor agro-industrial como no aspecto
social, tanto pela fixação do homem no campo como pela produção do principal
alimento energético para milhões de pessoas no país. Essa atividade produz também,
durante as diversas fases do processamento, uma quantidade considerável de
31
materiais que são atualmente descartados como resíduos ou subtilizados (SURMELY et
al. 2003).
De acordo com KIMURA (2005) o amido representa uma grande fonte de
carboidratos na alimentação humana. O elevado uso de amido no setor alimentício,
principalmente como base para alimentos preparados, é utilizado em todos os países e
seu consumo aumenta com o grau de desenvolvimento. As indústrias são as maiores
consumidoras de amido nos países desenvolvidos, sendo que as de alimentos
processados empregam o amido para diversos fins tais como espessante em sopas,
caldos e molhos de carne, superfície antiabsorção em frituras, ligantes em embutidos
de carne, formador de gel em balas e pudins, estabilizantes em molhos de saladas
(CAMARGO, 2001). Já as indústrias têxteis garantem fios mais resistentes com goma
de amido, e as indústrias de papel utilizam o amido como adesivos das fibras de
celulose (NAHVI et al. 2005).
Na indústria de alimentos, a principal utilização da batata-doce é na fabricação
de doce em pasta ou cristalizado, confeccionados basicamente com polpa de batata-
doce, açúcar e geleificante (BORBA, 2005).
Os processos biotecnológicos do amido são usados para a produção de vários
produtos com diferentes valores comerciais. Um exemplo disso seria a produção e
comercialização de biocombustíveis oriundos deste carboidrato (SOUZA, 2005).
SILVEIRA et al. (2002) e VIEIRA (2004) relatam que a batata-doce se apresentaria
promissora no processo de fermentação para produção de etanol, uma vez que a
implantação de cultivos de biomassa pode ser uma alternativa lucrativa para os
pequenos proprietários rurais, ou até mesmo pela agricultura familiar, que poderia
utilizá-la, como cultivo complementar, na geração de energia para consumo próprio, e
ainda prover uma fonte de renda adicional para a agroindústria e outros setores.
O reconhecimento da importância deste conhecimento deve-se, em grande
parte ao desenvolvimento de pesquisas na área de tecnologia de alimentos e
bioprocessos, para a qual têm contribuído áreas como a microbiologia, a bioquímica, a
física aplicada, entre outras (VIEIRA, 2004). Na área dos Bioprocessos, LIMA et al.
(2001) apontam que o processo biológico utilizando o amido, não é diretamente
32
fermentativo como outras fontes de matéria-prima, apenas fermenta após uma hidrólise,
que se denomina de sacarificação, pelo qual o amido não fermentado diretamente,
transforma-se em açúcares simples, diretamente metabolizáveis. A sacarificação é,
portanto o processo de transformação do amido ou fécula em açúcares fermentáveis
(SPIER et al. 2005). Contudo, alguns microrganismos não possuem os sistemas
enzimáticos completo, capaz de quebrar o amido, condição necessária para o seu
aproveitamento biológico, dada a sua constituição macromolecular (ANRI, 2001; LEITE
et al.; STROPPA et al. 2005).
Desde a Antigüidade o homem explora involuntariamente fungos e enzimas
para produzir alimentos e bebidas como o pão, o queijo, a cerveja e o vinho, pela
fermentação natural (SURMELY et al. 2003). Os processos enzimáticos, sobretudo a
fermentação, constituíram foco de numerosos estudos no século XIX, época em que se
realizaram muitas descobertas de grande valor nesse campo. Uma área muito
importante, no qual as enzimas se revelaram de grande valor, é a indústria do amido. O
amido é um polissacarídeo de peso para a produção de diversos “produtos de sabor
doce” e se forma por cadeias retas e por cadeias altamente ramificadas de moléculas
de glicose (SCHMIDELL, 2001).
No início do século XIX o químico Kirchhoff descobriu que pela fervura com
ácido, podia converter o amido em uma substância de sabor adocicado, constituída
principalmente de glicose. Essa técnica não apresentava boa produtividade e o
processo realizado sob condições ácidas e temperatura de 140 a 150°C, ainda gerava
subprodutos indesejáveis. A descoberta de preparações enzimáticas capazes de
decompor o amido em glicose favoreceu a passagem da hidrólise ácida para a hidrólise
enzimática. Hoje se realiza praticamente toda a hidrólise do amido pelo emprego de
enzimas, em vez de ácidos (SURMELY et al. 2003).
Em muitos processos as enzimas podem substituir substâncias químicas
sintéticas e contribuir para processos de produção ou gerar benefícios para o ambiente,
por meio da biodegradabilidade e pelo menor consumo de energia. Elas são mais
específicas em sua ação do que as substâncias químicas sintéticas. Os processos que
empregam enzimas, portanto, produzem menos subprodutos residuais, propiciando a
33
obtenção de produtos de melhor qualidade e diminuindo a probabilidade de poluição
(VAN AN L et al. 2002).
A conversão enzimática do amido que produz um xarope de sabor doce
subdivide-se em etapas como: liquefação e sacarificação. No processo de liquefação, o
amido é convertido em uma mistura de vários oligossacarídeos e dextrinas diferentes
pelo uso de enzima alfa-amilase. Essas maltodextrinas ligeiramente doces são
submetidas a mais uma conversão pela adição de outras enzimas amilolíticas. A
amiloglucosidase hidrolisa completamente os compostos em glicose, num processo
conhecido como sacarificação (VIEIRA, 1990).
LANDAUD et al. (2001) citam que mediante a ação da enzima isomerase, a
glicose pode ser isomerizada em frutose de valor calórico igual ao da glicose, mas de
sabor cerca de duas vezes mais doce que a glicose. Uma vez que a função das
enzimas é a catálise de reações químicas, todo o estudo da atividade dessa função
deve ser baseado em medidas quantitativas da velocidade de reação estabelecida, e
um dos fatores mais importantes que influencia na velocidade de uma reação
enzimática é a concentração de substrato (KURTZMAN & FELL 1998). Entretanto,
aqueles substratos que elaboram amilases, podem crescer em meio amiláceo, já que
essas enzimas hidrolisam o amido em dextrinas, maltose e glicose, conforme o caso
(RIVERA, 1997). Isso se dá, com muitas espécies de fungos dos gêneros Aspergillus,
Rhizopus e Mucorr e com bactérias Bacillus subtilis, por exemplo, microrganismos que
crescem em meio amiláceo, desde que o amido tenha passado pela fase de liquefação
prévia, a qual consiste no rompimento dos grânulos de amido e seu entumescimento,
permitindo assim o acesso às células (
KIMURA, 2005). Uma importante característica
destas enzimas é a sua especificidade pelo substrato, isto é, uma enzima selecionará
somente um número limitado de compostos para atuar (KURTZMAN & FELL 1998).
Essa especificidade pode ser pelo tipo de ligação. As especificidades das enzimas
variam de uma enzima para outra, sendo muito baixa para algumas enzimas e muito
alta para outras (ANRI, 2001).
34
De acordo com a Figura 1, a produção de etanol de batata-doce neste ensaio,
engloba as seguintes etapas principais:
Figura 1 – Fluxograma de Produção de Álcool de Batata-doce
Fonte: PEREIRA JR et al. 2004
35
O preparo da matéria-prima, a inoculação dos microrganismos (leveduras e
enzimas) e a bioconversão dos açúcares em álcool PEREIRA JR et al. (2004). A
transformação dos açúcares monossacarídeos em álcool etílico (etanol) e gás
carbônico (CO
2
), ocorrerá pela ação de um determinado grupo de microrganismos
unicelulares denominados leveduras, que sintetizam um pool de enzimas que levam a
glicose até piruvato, que, em condições anaeróbias, é descarboxilado a acetaldeído,
pela enzima denominada piruvato descarboxilase. O acetaldeído assim produzido é,
então, reduzido a etanol pela ação da enzima álcool desidrogenase (PEREIRA JR,
2004).
2.7. Hidrólise/Sacarificação
De acordo com CEREDA (2001) o processo de hidrólise ou sacarificação de
matérias-primas amiláceas, ocorre com a transformação do amido em açúcar, o que
pode se dar através de hidrólise ácida ou enzimática. A hidrólise ácida apresenta como
vantagem básica o pequeno tempo de sacarificação, porém tem como desvantagens
problemas como corrosão dos equipamentos e a necessidade de neutralização da
solução açucarada após a hidrólise, além de provocar certa destruição dos açúcares
(ARAÚJO et al. 2005). Acrescenta-se a essas desvantagens o fato de que esse
processo gera açúcares não fermentativos, o que contribui para a queda do rendimento
do processo (CEREDA, 2001). Os ensaios enzimáticos têm sido usados para mostrar a
existência de ligações associativas no interior dos grânulos de amido (ROSENTHAL et
al. 1973). As enzimas a serem utilizadas para este fim devem ser concentradas e
purificadas (FRANCO et al. 2001).
A hidrólise enzimática ocorre em reatores de conversão, mas diferentemente da
hidrólise ácida, há utilização de enzimas que podem ser de origem vegetal ou
microbiana (LEONEL et al. 2001). LIMA (2005) cita que existem modelos de hidrólise
descontínua, e que ocorrem com a adição de enzimas alfa-amilase e amiloglucosidase
à massa em agitação para quebra do amido, conforme se visualiza na Figura 2, que
36
mostra o amido sem adição das enzimas e se mantém as condições ótimas de pH e
temperatura para atuação das enzimas (DI-TANNO, 2002).
Figura 2: Fotografia de amido de batata-doce sem ação de enzimas
Fonte: Guzmán-Maldonado et al. (1995).
No processo com a adição de enzimas, o amido é liquefeito rapidamente e
cerca de 70 a 80% são convertidos em açúcares fermentáveis (CONN et al.1980;
GUIMARAES, 2005). Já na hidrólise contínua, leva-se um certo período de tempo à
temperatura de aproximadamente 65ºC, para proporcionar a conversão, ou adota-se
um resfriador a vácuo, onde a massa permanece por um período de retenção suficiente
para ocorrer a conversão (KENICHIRO et al. 2005). O período curto de tempo permite
obter boa liquefação, hidrolisando o amido em 70% de maltose e 30% de dextrinas,
conforme a Figura 03.
Figura 3: Fotografia de amido de batata-doce com ação de enzimas alfa-amilase e
amiloglucosidase
Fonte: Guzmán-Maldonado et al. (1995).
37
2.8. Microrganismos e mecanismos utilizados na fermentação alcoólica.
KIM et al. (2005) citam que leveduras são fungos predominantes unicelulares
que possuem reprodução vegetativa por brotamento ou fissão. A sua distribuição na
natureza é ampla, podendo, na sua maioria ser encontrada em folhas, flores, frutos,
grãos de cereais e outros substratos contendo açúcares (CASTRO, 1995;
VASCONCELOS, 2005). Podem ser também encontradas no solo, no ar, em águas de
lagos, rios e mares, sobre a pele e no intestino de animais e de alguns insetos. A
distribuição na natureza ocorre por vários vetores, como ventos e corrente de água e ar
(POTTER, 1999).
SOUZA, KIM et al. (2005) citam que os critérios tecnológicos que fazem com
que algumas linhagens de leveduras sejam utilizadas comercialmente na fermentação
alcoólica seja a rápida conversão de açúcar em etanol, com baixa produção de
componentes secundários além de alta produtividade fermentativa, elevados níveis de
conversão do substrato em produto em curto espaço de tempo, fornecendo elevados
valores de produtividade, boa tolerância ao produto formado e resistência a altas
concentrações iniciais de substrato, o que possibilita redução do volume de reator e
conseqüentemente do volume final de efluente após a separação do produto principal.
Dentre vários microrganismos, pode-se destacar como os mais estudados e
usados: a levedura Saccharomyces cerevisiae (CARVALHO & SATO 2001), e alguns
cientistas apontam estudos do uso de uma bactéria Zymomonas mobilis para produção
de etanol. Porém, esta bactéria pode vir a fermentar a glicose e frutose levando a
formação de levana e ainda apresentando baixa expressão em produtividade
(KOUTINAS & KANELLAKI, 1990). A levedura Saccharomyces cerevisiae possue um
amplo espectro de utilização, sendo empregada na produção de pães, bebidas
alcoólicas, etanol (KIM et al. 2005). Sua biomassa pode ser recuperada como
subproduto de fermentação e transformada em levedura seca, que se constitui em
matéria-prima para a fabricação de ração animal ou suplemento vitamínico para o
homem, sendo ainda matéria prima para a produção de um importante componente de
meios de cultivo – o extrato de lêvedo (DI-TANNO, 2005). É desejável boa tolerância a
38
temperaturas mais elevadas o que reduz a necessidade de refrigeração em processos
exotérmicos. Varias linhagens de Saccharomyces cerevisiae têm desempenho que
cumprem satisfatoriamente estas exigências, explicando assim seu amplo uso nos
processos de fermentação alcoólica. Como todo microrganismo para emprego
industrial, a linhagem de Saccharomyces cerevisiae deve apresentar como
características altas velocidades de fermentação, tolerância ao etanol, resistência à
acidez, temperatura e elevado rendimento (SANTOS K.G et al. 2005).
Na fermentação etanólica as reações incluem transferência de fosfato,
oxidação-redução, descarboxilação e isomerização além de outras; processo de
oxidação-redução intramolecular, anaeróbico e exotérmico. Esquematicamente, a
reação se desenvolve como segue os açúcares (glicose) que são transformados em
álcool, segundo a reação simplificada de Gay Lussac:
glicose álcool etílico
C
6
H
12
O
6
+ enzima + H
2
O → 2 CH
3
CH
2
OH + 2 CO
2
1g → 0,511g + 0,489g
39
O catabolismo da glicose por Saccharomyces cerevisiae pode ser representado
como apresenta a Figura 4:
Figura 4: Catabolismo de Glicose em Saccharomyces cerevisiae
Fonte: Pereira JR, 2004.
O catabolismo da glicose por Saccharomyces cerevisiae, com o objetivo de
produzir ATP, pode se dar pela via aeróbia ou anaeróbia (como mostra a figura acima).
A via glicolítica é comum às duas até chegar no piruvato. Evidentemente, que na
ausência de O
2
a única possibilidade é a via anaeróbia, mas, mesmo na presença de
oxigênio, a via anaeróbia também é a escolhida se a concentração de glicose estiver
acima de um valor chamado concentração crítica (C
crit
). A levedura S. cerevisiae faz uso
exclusivo da via aeróbia somente em concentrações abaixo da C
crit
.
A explicação deste comportamento está no fenômeno chamado de repressão por
glicose, que é o responsável pelo diauxismo. Na presença de concentrações acima da
C
crit
, a glicose reprime a expressão dos genes que codificam enzimas do ciclo de Krebs,
40
enzimas da cadeia respiratória e estruturas mitocondriais. Desta forma, encontrando-se
reduzida à atividade mitocondrial em S. cerevisiae, a via a ser seguida pelo piruvato é a
anaeróbia com formação de etanol. Por outro lado, em concentrações de glicose abaixo
da C
crit
e na presença de O
2
, o piruvato seguirá a via aeróbia porque, ao não se
encontrarem reprimidos os genes em questão, S. cerevisiae possuirá alta atividade
mitocondrial.
As equações químicas simplificadas do catabolismo da glicose, pela via aeróbia
(respiratória) e anaeróbia (fermentativa), se encontram a seguir:
C
6
H
12
O
6
+ 6 O
2
→ 6 CO
2
+ 6 H
2
O (I) ∆G
o'
= -2.873 kJ mol
-1
(respiração)
C
6
H
12
O
6
→ 2 HO-CH
2
CH
3
+ 2 CO
2
(II) ∆G
o'
= -235 kJ mol
-1
(fermentação)
As variações de energia livre nos mostram claramente que, para quantidades
iguais de glicose consumida, a respiração é a via capaz de realizar uma maior
quantidade de trabalho. Em outras palavras, um maior número de moléculas de ATP
podem ser sintetizadas pela via respiratória. A síntese de 1 mol de ATP demanda 31 kJ
de energia:
ADP + Pi
→ ATP + H
2
O (III) ∆G
o'
= +31 kJ mol
-1
Em teoria, uma molécula de glicose poderia fornecer 92 moléculas de ATP pela
via respiratória e apenas 7 pela via fermentativa. Na prática são produzidas 38
moléculas de ATP pela via aeróbia e apenas 2 pela anaeróbia.
C
6
H
12
O
6
+ 6 O
2
+ 38 ADP + 38 Pi → 6 CO
2
+ 6 H
2
O + 38 ATP (IV) (respiração)
C
6
H
12
O
6
+ 2 ADP
+ 2 Pi → 2 HO-CH
2
CH
3
+ 2 CO
2
+ 2 ATP (V) (fermentação)
41
2.9. Formas de operação de bioprocessos
De acordo com VIEIRA (2004) há dois processos de produção de etanol: um
deles é a batelada, onde a fermentação é realizada misturando-se o meio de cultura
com o microrganismo e depois os separando por filtração. Usualmente é realizado em
um tempo de 8 a 15 horas, sendo um método que apresenta uma facilidade de
operação e baixo risco de perdas de materiais. Outro processo utilizado é o contínuo,
em que o microrganismo permanece no interior de um reator, onde é feita
continuamente a passagem do substrato e este é convertido em produto.
A vantagem desse processo em relação ao de batelada é a diminuição dos
tempos improdutivos associados à cultura em batelada: a célula permanece na fase
exponencial, período da atividade metabólica em que as células apresentam um
crescimento com ritmo máximo. Portanto, é suprimido o tempo inicial (fase denominada
lag) de adaptação das células ao meio de cultura. Dentre as desvantagens do processo
contínuo pode-se destacar a contaminação e a dificuldade em manter uma alta taxa de
fermentação (LIMA, 2001).
De acordo com CABELLO (1995) entre os sistemas convencionais, os mais
comumente utilizados no país são os de cortes, o de reaproveitamento de inóculo e o
de recirculação de levedura. A utilização da fermentação descontínua vem sendo usada
pelo homem desde a antiguidade e ainda hoje são empregadas para obtenção de
vários produtos fermentados (BARROS, 2002). Seu modo de operação segundo
MACEDO (2004) consiste em uma quantidade limitada de meio, em que o inóculo
passa por um número de fases (curva de crescimento) no instante inicial, onde a
solução nutriente esterilizada no fermentador é inoculada com microrganismos e
incubada, de modo a permitir que a fermentação ocorra sob condições ótimas. No
decorrer do processo fermentativo nada é adicionado, exceto oxigênio, no caso de
processos aeróbicos, antiespumante e para controle de pH (SANTOS & LOBATO
2005).
Em escalas industriais de fermentação com o processo descontínuo, terminada
a fermentação, metade do mosto, é destinado a outra dorna. Completa-se o volume da
42
primeira dorna com mosto corrigido, tratando-o com antisséptico e nutrientes. Concluída
a fermentação, a dorna é esvaziada e limpa para receber o próximo mosto. Ao mesmo
tempo, trata-se o conteúdo da segunda dorna com ácido sulfúrico para abaixar o pH
para 2,0, purificando assim o fermento. Completa-se o volume com o mosto corrigido e
enriquecido e aguarda-se o fim da fermentação tumultuosa. Divide-se o vinho e
procede-se sucessivamente da mesma forma (SANTOS & LOBATO 2005). Segundo
BORRERO (2000) neste sistema de cortes há a separação do volume de mosto já
inicialmente fermentado em dois recipientes, onde se completam os dois com mosto e
deixa-se fermentar. Um segue para as destilarias e o outro serve para produzir o
inóculo para mais dois, e assim por diante. Conclui-se, pela descrição que, se não
houver adição de soluções para controle do processo, nem perda de líquido por
evaporação, o volume no decorrer da fermentação permanece constante, o que pode
ser considerado mais uma das características do processo descontínuo de
fermentação. NAHVI et al. (2005) citam que a fermentação descontínua pode levar a
baixos rendimentos e/ou produtividades, quando o substrato adicionado de uma vez só
no início da fermentação exerce efeitos de inibição, repressão, ou desvia o metabolismo
celular a produtos que não interessam. Além disso, apresenta “tempos morto”, ou seja,
tempos em que o fermentador não está sendo usado para o processo fermentativo
propriamente dito, tais como o tempo de carga e descarga de dorna e período
correspondente à lavagem e esterilização do fermentador. Os mesmos autores relatam
ainda que este método apresenta menores riscos de contaminação (se comparados
com processos contínuos de fermentação), grande flexibilidade de operação, devido ao
fato de poder utilizar os fermentadores para diferentes produtos e a possibilidade de
realizar fases sucessivas no mesmo recipiente, além de uma maior condição de
controle estreito da estabilidade genética do microrganismo, assim como a capacidade
de identificar todos os materiais relacionados quando se está desenvolvendo um
determinado lote de produto, o que é vital para as indústrias.
O emprego do processo de reaproveitamento de inóculo é muito comum em
fábricas de aguardente (CARDOSO, 2001). Decantam-se as leveduras, logo após o
término da fermentação e encaminha-se de 75 a 80% do volume do vinho para a
43
destilação, deixando-se de 20 a 25% na dorna para servir de pé-de-cuba. Este é
purificado com ácido sulfúrico concentrado e alimenta-se em seguida com o mosto
corrigido e enriquecido (CASTRO, 1995). Após a fermentação deixa-se decantar as
leveduras, retira-se o substrato fermentado para a destilação, trata-se o inóculo
precipitado no fundo da dorna e se realimenta com um novo mosto (LIMA et al. 2001).
FONSECA (1996) cita que o sistema de recirculação de leveduras pode
apresentar diversas variações, em centrifugar todo o vinho, separando-o de 10 a 20%
do volume como um líquido viscoso, contendo células do fermento concentrado, e
encaminha-se esse leite ou creme de levedura para recipientes onde vai receber o
tratamento com ácido sulfúrico até pH 2,0 durante 4 horas, para em seguida retornar às
dornas contendo o mosto enriquecido e corrigido (CRUEGER & CRUEGER 1993).
Depois do tratamento envia-se o leite tratado para outra dorna, na qual reinicia-se nova
fermentação após realimentação com novo mosto (LIMA, 2001).
O sistema de recirculação de leveduras e o de reaproveitamento do inóculo,
além de possibilitarem uma redução no tempo de fermentação, causa um menor
consumo de substrato para o crescimento celular, sendo quase todo ele utilizado para a
conversão em álcool, uma vez que já se dispõe de uma concentração elevada de
células no início da fermentação (VERTICES, 2003).
Com o sistema de reaproveitamento de inóculo, por muito tempo usado nas
destilarias de aguardente, e com o sistema de recuperação, as células podem servir
para outros inóculos em uma próxima operação,
reduzindo-se, o tempo de fermentação,
porque se diminui substancialmente a fase inicial. Nesses sistemas coloca-se o
substrato em contato com uma elevada concentração de células de leveduras (3 x 10
9
células/L, ou mais), que permite que se entre rapidamente na fase Log do processo
fermentativo, com vantagens econômicas (POTTER, 1999). Ainda existe outro tipo de
processo descontínuo onde se utiliza sistema de cultura pura, no qual parte-se de um
tubo de cultura pura para cada ciclo de fermentação, seguindo-se todas as fases de
preparo do inóculo, nas etapas de laboratórios e industrial, até às dornas de
fermentação, nas quais se juntam o inóculo e o mosto.
44
Em cada um desses sistemas variam os métodos de alimentação dos inóculos
e de enchimento das dornas, de acordo com a orientação técnica, disponibilidade de
dornas, e outros fatores de cada instalação (LIMA et al. 2005). A principal desvantagem
das fermentações descontínuas quando se utiliza para a produção de produtos
associados ao crescimento, é que a formação eficiente do produto ocorre unicamente
durante uma fração do ciclo de fermentação (WARD, 1991; SOUZA, 2005).
45
3. OBJETIVOS
3.1. Geral
Avaliar o potencial de batata-doce [Ipomoea batatas (L) Lam] como matéria
prima para álcool combustível.
3.2. Específicos
3.2.1. Estabelecer um protocolo padrão para o desenvolvimento de um processo
enzimático para a hidrólise de amido de batata doce;
3.2.2. Investigar a fermentabilidade do hidrolisado em frascos agitados e
em biorreator agitado mecanicamente;
3.2.3. Avaliar a imprescindibilidade da fortificação do meio de fermentação
sobre o desempenho da levedura;
3.3.3. Determinar as variáveis de resposta dos processos enzimáticos e
fermentativos, a fim de determinar as condições ótimas de operação.
46
4. MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização dos ensaios experimentais foram utilizados clones de batatas-
doces (Ipomoea batatas (L.) Lam), coletadas na área experimental da Universidade
Federal do Tocantins – UFT. Para a realização do ensaio, utilizou-se, a cultivar Palmas
e os clones BD # 008, 084, 106, 112, 113 e 115 do banco de germoplasma da
Universidade. Em seguida, as batatas-doces foram levadas às dependências do
laboratório LASPER (Laboratório de Produção de Energia a partir de Fontes
Renováveis), lavadas e processadas para transformação em farinha de acordo com a
metodologia de SAVELLI et al. (1995).
A mesma foi transportada para a realização do ensaio experimental no
Laboratório de Bioprocessos da Universidade Federal do Rio de Janeiro, para obtenção
de resultados referentes ao processo de conversão e quantificação de etanol do meio
hidrolisado de batata-doce. As quantidades de açúcares redutores totais (ART) foram
avaliadas para verificação da viabilidade das farinhas de diferentes clones de batata-
doce para a produção de etanol.
Os processos fermentativos foram acompanhados através de frascos cônicos
equipados com fermentômetros, para avaliação da evolução do CO
2
e de medidas
iniciais e finais das concentrações de substrato, produto e da população de leveduras,
de forma a possibilitar o cálculo das principais variáveis de resposta do processo
fermentativo e a observação do crescimento microbiano.
4.1. Tratamento da matéria-prima
As batatas foram lavadas, descascadas e fatiadas em raladores manuais,
comumente utilizados em cozinhas domésticas, como mostra a Figura 5.
47
Figura 5. Matéria seca de batata-doce (Ipomoea batatas (L.) Lam) pronta para
processamento em farinha.
Fonte: Lasper/UFT
O material resultante foi disposto em bandejas para secagem em estufa com
circulação e renovação de Ar TE- 394/1- Tecnal a 55ºC, durante 24 horas. A farinha foi
obtida mediante a moagem do material desidratado em multiprocessador Triton (Marca
Walyta), e as partículas de menor tamanho foram selecionados numa peneira de 20
Mesh. Como não foi utilizado nenhum processo para evitar o escurecimento das raspas,
devido os processos oxidativos naturais da cultura, a farinha apresentou uma coloração
escura.
4.2. Quantificação de Açúcares Redutores Totais (ART) pelo Método de SOMOGYI
- NELSON (1945).
Os açúcares redutores totais foram quantificados através do método de
SOMOGYI-NELSON (1945) para verificar se as amostras de farinha da batata-doce
(Ipomoea batatas (L.) Lam.) apresentavam ou não viabilidade para a produção de
etanol. De acordo com PEREIRA JR. & BON (1999) este método consiste em verificar
se os glicídeos redutores aquecidos em meio alcalino transformam-se em enodióis os
quais reduzem o íon cúprico presente no meio a óxido cuproso. O óxido cuproso sob a
forma de um precipitado reage com a substância arsênio-molibídico a óxido de
molibdênio de coloração azul cuja intensidade de cor é proporcional à quantidade de
açúcares redutores existentes na amostra.
48
Para a realização do método de SOMOGYI-NELSON (1945), preparou-se uma
solução contendo quatro partes da solução A (16g de NaHCO
3
, 12g de
KNaC
4
H
4
O
6
+4H
2
O, 144g de Na
2
SO
4
e 24g de Na
2
CO
3
em 800 mL de H
2
O destilada) e,
uma parte da solução B (36g de Na
2
SO
4
anidro em 100 mL de solução de CuSO
4
5H
2
O
a 4% e completar com 200 mL de H
2
O destilada). Adicionou-se 1 mL da amostra a ser
dosada, convenientemente diluída, a 1 mL da mistura de soluções A:B (4:1) em tubos
de Follin Wu. Os tubos foram levados à ebulição por 10min em banho-maria em uma
placa de aquecimento Stir Plate Thermolyne modelo SP- A102513, em seguida foram
resfriados em um becker com água. Adicionou-se 2 mL da solução C (25g de
(NH
4
)
6
Mo
7
O
24
.H
2
O em 450 mL de H
2
O destilada, 21 mL de H
2
SO
4
, 3g de
Na
2
HAsO
4
.7H
2
O em 25 mL de H
2
O destilada) e agitou-se (Agitador magnético Corning
– Hot Plate Stirrer PC-351) o sistema para promover o desprendimento gasoso e
completou-se o volume com água destilada a 25 mL.
As amostras diluídas eram tratadas de acordo com a metodologia de Somogyi-
Nelson (1945) e as absorvâncias eram lidas em espectrofotômetro modelo Femto 482,
no comprimento de onda de 540 nm, contra um branco de água destilada submetido ao
mesmo tratamento. Uma vez com o valor da absorvância, utilizava-se uma curva
padrão, previamente construída, que relacionava absorvância com concentração de
ART. Esta curva era refeita a cada nova série de soluções de reagentes SOMOGYI-
NELSON (1945) preparadas.
4.3. CURVA PADRÃO DE GLICOSE
Para se determinar a curva padrão de glicose, pesou-se 0,2g de D-glicose, em
uma balança Mettler H 20T, com precisão de centésimo de miligrama e completou-se o
volume a 1 L em balão volumétrico. Foram separadas alíquotas de volumes de 0,1 a
1,0 mL da solução padrão em tubos de Follin Wu e nos tubos com alíquotas inferiores a
1 mL, completou-se o volume com H
2
O destilada. Foi executado o Método de
SOMOGYI-NELSON (1945) e o teor de açúcares redutores foi calculado por
espectrofotometria a 540 nm. A curva padrão foi construída em gráfico cartesiano e a
49
equação da reta permitia a correlação entre as medidas de leituras da absorvância em
espectrofotômetro com concentração de glicose conforme mostra a Tabela 1.
Tabela 01: Leituras de absorvância a 540 nm obtidas para diferentes concentrações de
glicose
Concentrações (
µ
g/mL)
Absorvância
0 0
20 0,047
40 0,096
60 0,145
80 0,195
100 0,247
120 0,283
140 0,332
160 0,375
180 0,427
200 0,465
A Figura 6 mostra a curva padrão de glicose Y = 429,4 X – 2,184 (R
2
= 0,999).
Esta equação foi utilizada para o cálculo da glicose inicial e final nos experimentos
utilizando o meio hidrolisado com células livres.
GLICOSE= 429,49. ABS - 2,184
R
2
= 0,999
0
50
100
150
200
250
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6
ABS (540 nm)
GLICOSE (mg/L)
Figura 6: Curva Padrão de Glicose
50
4.4. Hidrólise de material amiláceo para a escolha da melhor concentração e
associação enzimática.
Nesta etapa, testou-se em bancada, diferentes concentrações e associações de
enzimas α-amilase e amiloglucosidase para a escolha da melhor condição de hidrólise
a ser utilizada com a farinha de batata-doce. A hidrólise do material amiláceo foi
realizada em tubos de ensaio de forma que fosse acompanhada a evolução do
processo enzimático a partir de várias concentrações e associações enzimáticas. Em
cada um dos 25 tubos de ensaio do experimento, acrescentou-se 1,0g de farinha de
batata doce, do clone Palmas, em 10,0 mL de água destilada. Quantidades variáveis de
α -amilase Termamyl 120L (Novozymes), foram adicionadas aos tubos e os mesmos
foram incubados a 90°C (pH 6,5) por 20min conforme instruções em rótulo do
fabricante. Novamente foram incubadas com quantidades também variáveis de
amiloglucosidase AMG 300 L (Novozymes), por 30min a 60°C (pH 5,0). A temperatura e
o pH adotados na hidrólise enzimática foram determinados após análise dos
parâmetros de reação, como atividade e estabilidade de cada enzima, fornecidos pelo
fabricante das mesmas (em anexo). As diferentes quantidades de enzimas α -amilase e
amiloglucosidase utilizadas no processo foram de: 0; 50; 100; 200 e 300 µL, alternadas
entre si, ou seja, realizou-se em duplicata as combinações de cada concentração de α-
amilase com todas as concentrações de amiloglucosidase. Após a hidrólise enzimática
do material amiláceo, cada amostra foi centrifugada para a separação do meio
hidrolisado, e o mesmo foi convenientemente diluído em balões volumétricos, para a
continuação do processo através do método de SOMOGYI-NELSON (1945) para a
quantificação de açúcares redutores presentes referentes a cada concentração e
associação enzimática.
Como mostra a Figura 7, a escolha da melhor combinação e associação foi
testada nos clones BD # 112, 008, 084, 106, 113, 115, para verificar, se o resultado
obtido nestes clones seriam similar ao resultado do clone Palmas, facilitando a
disponibilidade de matéria-prima para o processo de hidrólise.
51
300
µ
L
200
µ
L 100
µ
L
50
µ
L
0
µ
L
1 g de farinha de
batata doce
10 mL de H
2
O
Amiloglucosidase
α
-amilase
0 µL 50 µL 100µL 200
µ
L 300
µ
L
Figura 7 – Esquema do processo de hidrólise para escolher melhor concentração e
associação enzimática.
4.5. Microrganismo utilizado
O agente da fermentação alcoólica utilizado foi Saccharomyces cerevisiae
utilizada em panificação, industrializado por Fleischmann e Royal Ltda e adquirido na
véspera da realização dos experimentos e conservado em refrigerador até o momento
de sua utilização. A fim de avaliar a fermentabilidade do meio hidrolisado de batata-
doce, inoculou-se o mesmo com células de levedura em frascos cônicos equipados com
fermentômetros em diferentes ensaios desta dissertação.
52
4.6. Avaliação da imprescimbilidade de fortificação do meio hidrolisado de batata-
doce
As farinhas de batata-doce passaram, pelo processo de hidrólise para produção
do meio hidrolisado a ser utilizado no processo de fermentação. A fermentação
procedeu-se sob a forma de três ensaios: inicialmente os meios foram preparados para
a realização de um estudo comparativo acerca da necessidade ou não de
complementação do meio com extrato de levedura e uréia; posteriormente, tendo em
vista os resultados do primeiro ensaio, procedeu-se uma fermentação utilizando meios
com três diferentes concentrações iniciais de substrato; finalmente, utilizando como
variáveis os resultados dos dois primeiros experimentos, foi realizada uma fermentação
em biorreator.
Para otimização das condições de hidrólise, foram realizados testes
preliminares, com diferentes proporções de α-amilase (90ºC) e amiloglucosidase a uma
temperatura de 60ºC em banho termostatizado, por 30min. Os graus de hidrólise foram
avaliados mediante a quantificação dos açúcares redutores, pelo método de
SOMOGYI-NELSON (1945).
Nas dependências do Laboratório de Bioprocesso da UFRJ, foi realizado um
ensaio experimental utilizando seis Erlenmeyers de 4 litros, que foram pesados e
depois divididos o total de 3,040 kg de farinha de batata-doce entre si, dos clones
citados anteriormente, e adicionado 11,475 mL de água destilada. O pH do meio foi
ajustado com solução de HCl (2N) para 6,5, segundo as condições ideais de atuação
enzimática para α-amilase. Em seguida, foi acrescentado em cada balão volumétrico 70
µL de Termamyl 120L (α-amilase), e aquecido em banho-maria a 90ºC, durante 20min.
sob agitação constante. Finalizada esta etapa, promoveu-se o resfriamento a 60ºC, e
ajustado o pH para 4,5. Adicionou-se 70 µL de AMG 300 L (amiloglucosidase) e
aqueceram-se os meios em banho-maria a 60ºC, durante 30min sob agitação.
O pH dos meios de fermentação foi ajustado a 4,5 com H
2
SO
4
concentrado e
esterilizado a 0,5 atm por 15min . Posteriormente o material hidrolisado foi centrifugado
em uma centrífuga Danon IEC Division modelo A2678x-2, por 10min. a 15000 rpm e
53
depois esterilizado por 10min a 0,5 atm. Este material hidrolisado ficou armazenado em
refrigeradores, para evitar possíveis contaminações e alterações climáticas. Para se
efetuar o estudo comparativo entre meios fortificados e não fortificados; como citado a
cima, foram separados dois frascos de Erlenmayers, onde foi acrescentado em um dos
meios (frascos), extrato de levedura e uréia, com concentrações de 1g/L e 1,25g/L,
respectivamente; no outro meio (frasco) não se utilizou nenhum tipo de fortificação. Este
ensaio foi realizado em frascos cônicos equipados com fermentômetros que
possibilitaram acompanhar o processo fermentativo por meio da perda de peso,
observada através do desprendimento de CO
2
. Tal recipiente possuí um dispositivo que
direcionava a passagem do CO
2
através de um pequeno volume (10 mL) de água (selo
d’água), de modo que as perdas por evaporação ou por arraste do gás que se
desprende fossem minimizadas. Foi acrescentado 10g de inoculo úmido
Saccharomyces cerevisiae em 200 mL de meio hidrolisado para fermentação, sendo o
pH ajustado entre 4,5 e 5,0. Após a adição das células livres, uma alíquota de 1,0 mL
foi retirada dos sistemas para as medidas iniciais de concentração do substrato a partir
do método de SOMOGYI- NELSON (1945). Os frascos foram devidamente selados e
colocados em shaker à temperatura de 30
o
C com agitação de 250 rpm.
Em intervalos de 30min os frascos cônicos eram retirados do agitador e
pesados, registrando-se as respectivas massas. Quando a diferença de peso entre uma
medida e outra foi desprezível, a fermentação era encerrada, colocando-se os meios
em banho de água com gelo a fim de diminuir a atividade enzimática do processo
fermentativo de batata-doce. Ao final do processo fermentativo foram retirados
alíquotas de 10 mL de cada amostra, volume este que foi centrifugado afim de eliminar
o amido residual, amido geleificado não hidrolisado, para a separação das células, onde
o sobrenadante foi destinado à dosagem dos açúcares redutores pelo método de
SOMOGYI-NELSON (1945) sendo que as concentrações de etanol foram estimadas
através de cálculos estequiométricos.
54
4.7. Influência de concentração de células de Saccharomyces cerevisiae em meio
hidrolisado de batata-doce
Para o estudo da influência da concentração inicial do substrato, foram
fermentados três meios hidrolisados em frascos cônicos acoplados com fermentômetros
separados. Foram inoculadas com diferentes concentrações de 10g, 40g e 75g de peso
úmido de Saccharomyces cerevisiae em 200 mL de meio hidrolisado, sendo o pH
ajustado entre 4,5 e 5,0 e retiradas alíquotas de 1,0 mL de cada um dos sistemas para
as medidas iniciais de concentração do substrato a partir do método de SOMOGYI-
NELSON (1945). O processo fermentativo e o seu controle procederam de igual forma
ao primeiro ensaio; no entanto as concentrações de glicose e etanol foram
determinadas não só pelo método de SOMOGYI-NELSON (1945) como também
através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE), em cromatógrafo Waters,
nas condições padronizadas no setor de Biotecnologia e Bioengenharia do
Departamento de Engenharia Bioquímica da Escola de Química da UFRJ.
4.8. Operação do biorreator na fermentação descontínua
Com o objetivo de analisar o meio hidrolisado de batata-doce e sua capacidade
produtiva para produção de bioetanol em biorreator, foi utilizado microrganismo
Saccharomyces cerevisiae em fermentador descontínuo. E bem como o tempo de
fermentação a ser avaliado neste experimento. A esterilização dos meios hidrolisados
foi realizada em autoclave a 121ºC por 25min, com exceção das soluções de
SOMOGYI-NELSON (1945) leveduras e enzimas. O biorreator foi intermitentemente
alimentado pela parte superior do sistema, tendo suas vazões regulada por uma
entrada lateral superior ao mosto.
O bioprocesso em batelada descontínua foi conduzido em biorreator aerado e
agitado mecanicamente do modelo Biostat
® (B.Braun Biotech International), (Figura 8),
com vaso reacional de 1.000 mL de volume total, sendo que o volume útil do processo
ficou em torno de 600 mL, que foi inoculado com 30g de peso úmido de
55
Saccharomyces cerevisiae. O pH foi mantido em 7,0 por adição de HCl 2,0 mol/L e
NaOH 2,0 mol/L. A temperatura foi mantida em 30ºC através da circulação de água na
camisa do reator por um banho termostatizado. O conteúdo do reator era
continuamente agitado à rotação de 250 rpm, o que garantia condições de
homogeneização do material hidrolisado que criaria condições de anaerobiose para
levedura. Para avaliação do processo fermentativo, as alíquotas eram coletadas de
hora em hora do meio fermentado. As amostras eram retiradas com pipetas graduadas,
por um fino tubo de aço com volume de 5 mL, e guardadas em recipiente imerso em
banho de gelo. As análises das alíquotas foram determinadas para a quantificação dos
Açúcares Redutores Totais (ART), através do método de SOMOGYI-NELSON (1945) e
a quantificação do etanol através de Cromatografia Líquida de Alta Eficiência (CLAE).
d
d
E-1
H
h
D
b
T
H = 31,0 cm
h = 27,0 cm
b = 1,8 cm
D = 5,0 cm
d = 5,5 cm
T = 15,0 cm
Figura 8: Esquema do Biorreator operado em batelada simples para produção de etanol
a partir de hidrolisado de batata-doce
Fonte: PEREIRA JR, 2004.
56
4.9. Determinações de Glicídeos e Produtos do Bioprocesso
A medida de concentração de glícideos, e do subproduto da fermentação
(bioetanol) para o experimento, foi realizado por cromatografia líquida de alta eficiência
(CLAE), em cromatógrafo Waters, nas condições padronizadas no setor de
Biotecnologia e Bioengenharia do Departamento de Engenharia Bioquímica da Escola
de Química da UFRJ.
4.10. Sistema Waters para CLAE
O sistema modular Waters para CLAE consiste em um módulo de
bombeamento modelo 510 integrado a um injetor Rheodyne, um detector de índice de
refração modelo 410 e um integrador 747. Utilizou-se uma coluna de troca catiônica a
base de íons cálcio (Shodex Sugar SC número 1011) fabricada pela Shoku Co. As
condições operacionais estão descritas na Tabela 2. As amostras e padrões foram
filtrados em membrana de acetato de celulose antes de serem injetados no aparelho.
As concentrações das substâncias relevantes analisadas na amostra foram calculadas
mediante sua comparação com padrões, de concentração previamente estabelecida, e
suas áreas geradas no cromatograma (Figura 9). Para tanto, a seguinte fórmula para
cálculo das concentrações desconhecidas foram usadas.
C
amostra
= (A
amostra
* C
padrão
/ A
padrão
)*D (Equação 1)
Sendo:
C = concentração;
A = área do pico cromatógrafo;
D = valor de diluição.
57
Tabela 02 - Condições operacionais do sistema de cromatografia líquida de alta eficiência
Fase móvel Água MiliQ
Vazão de fase móvel 0,8 mL / minuto
Pressão 1500 psi
Padrões Soluções de glicose (10,0g / L) e etanol (95 %) (10,0 g / L)
Volume de injeção (looping)
20,0
µL (amostra)
T externa 75,0 ºC (forno)
T interna 40,0 ºC (coluna)
Velocidade do papel 0,2 cm / min
Atenuação 4
Figura 9 - Cromatrograma típico de um hidrolisado submetido a bioprocesso de
produção de etanol; Tempos de retenção: 02; 6,42; 8,21; 10,04; 24,86; e 28,75
compostos desconhecidos; 11,76 glicose da batata-doce; 17,36 etanol.
58
4.11. Variáveis de resposta
Os valores do fator de conversão de substrato consumido em etanol Y
P/S
, e a
produtividade em etanol Q
P
foram calculados de acordo com as seguintes expressões:
Y
P/S
= (∆P)/(- ∆S) = (P
f
– P
o
)/(S
o
– S
f
) [=] gP/gS (Equação 2)
Q
P
= (P
f
– P
o
)/ t
F
[=] gP/L.h (Equação 3)
Onde:
P: concentração de etanol;
S: concentração de substrato;
t
F
: tempo de fermentação.
Os índices o e f representam as condições inicial e final, respectivamente.
Para se realizar os cálculos das concentrações dos Açúcares Redutores Totais
(ART), a conversão do substrato consumido em etanol (Y
P/S
), a produtividade
volumétrica em etanol (Q
P
) e a eficiência (E
F
) durante todos os ensaios fermentativos
utilizando como matéria-prima a batata-doce foram utilizadas as seguintes equações
descritas abaixo:
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
−
−
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∆−
∆
=
fo
of
SP
SS
PP
S
P
Y
/
(Equação 4)
()
T
PoPf
Q
P
−
=
(Equação 5)
59
()
100*
511,0
exp
/ SP
Y
Ef
= (Equação 6)
Onde: Y
P/S
= Fator de rendimento em etanol por substrato consumido (gP/gS);
Q
P
= Produtividade volumétrica em etanol (gP/L.h);
E
F
= Eficiência do processo fermentativo;
P
o
= concentração inicial de etanol;
P
f
=concentração final de etanol;
S = concentração de substrato;
t
F
= tempo de fermentação.
60
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1. Hidrólise do amido
As melhores quantidades de enzimas para o processo hidrolítico foram
correspondentes ao volume de 50
µL para ambas as enzimas, sendo no entanto,
utilizada a proporção de 70
µL considerando a redução de eficiência que poderia
ocorrer com a produção em maior escala. OLIVEIRA et al. (2001) utilizaram
α-amilase e
amiloglucosidase para a hidrólise do amido da pupunha (Bactris gasipaes, Kunth),
apontando as melhores quantidades de enzimas para o processo hidrolítico
correspondentes aos volumes de 10 µL de α-amilase e 50 µL de amiloglucosidase para
o preparo de 4,5 Litros de meio de fermentação. Estes resultados evidenciam uma
especificidade e eficiência das enzimas em relação ao substrato, e se fazem
necessárias em apenas pequenas quantidades, o que pode minimizar gastos durante o
processo de hidrólise em escalas industriais.
Comparados aos resultados de OLIVEIRA et al. (2001) e ao de SOUZA (2005)
o experimento demonstrou que não há necessidade de grandes quantidades de
enzimas para conversão de amido em glicose. Adicionalmente, o uso em conjunto da
α-
amilase e amiloglucosidase permitiu a obtenção de altas taxas de hidrólise do material
amiláceo de batata-doce. Isto se deve à ação dextrinizante apresentada pela
α-amilase,
que desdobra o amido em moléculas de dextrina, enquanto a amiloglucosidase hidrolisa
as moléculas de dextrina e amido pelas extremidades liberando glicose como explicado
anteriormente. Os dados obtidos neste ensaio preconizam a utilização em conjunto das
duas enzimas ao processo fermentativo, e demonstrando ainda a possibilidade desta
cultura atuar em Bioprocessos etanólicos.
Analisando o gráfico da Figura 10 sobre a melhor concentração e associação
das enzimas
α-amilase e amiloglucosidase, verifica-se que a melhor concentração de
glicose obtida após a hidrólise enzimática, ocorreu com 122,768 g/L (Tabela 3 e Figura
10) numa concentração inicial de farinha de batata-doce a 10%. Essa concentração de
açúcar livre resultou segundo dados estequiométricos, numa produção de etanol teórico
de aproximadamente 51,83 g/L, valor próximo ao encontrado em escala de produção
61
industrial utilizando a cana-de-açúcar que é de aproximadamente 67,0 g/L de etanol
(SCARPARI, 2002).
0
20
40
60
80
100
120
140
160
GLICOSE (g/L)
A 0 A 50 A 100 A 200 A 300
G 0
G 50
G 100
G 200
G 300
Figura 10 – Efeito das combinações de
α-amilase (A) e amiloglucosidase (G) na
hidrólise do amido de batata-doce, utilizando a cultivar Palmas.
A Figura 10 mostra ainda os resultados da otimização do processo de hidrólise
para a escolha da melhor associação e concentração enzimática (
α-amilase e
amiloglucosidase) utilizando a cultivar Palmas. Utilizando a mesma metodologia para os
clones de batata-doce (BD # 008, 084, 106, 112, 113, 115) verificou-se que a
associação e concentração enzimática 50/50·
µL mostraram também uma boa eficiência
de hidrólise do amido em glicose, nos quais os valores obtidos de concentração de
glicose dos clones de batata-doce foram muito próximos ao valor da hidrólise obtida
com a cultivar Palmas, evidenciando a possibilidade da mistura de diferentes substratos
(clones) de batata-doce para o processo fermentativo. Por esta razão foram misturadas
as diferentes farinhas de batata-doce de forma a se obter volumes maiores para os
experimentos no processo de sacarificação em maior escala, para preparar meio
hidrolisado suficiente para a fermentação conforme demonstra a Tabela 3.
62
Tabela 3 - Valores de absorvância e concentração de glicose utilizando 50 µL de α-
amilase e amiloglucosidase.
Genótipos ABS
1
ABS
2
ABS
MED
Glicose (g/L)
Palmas
0,302 0,303 0,302 122,76
BD#008
0,278 0,272 0,275 111,51
BD#084
0,373 0,376 0,374 152,24
BD#106
0,349 0,367 0,358 145,69
BD#112
0,290 0,310 0,300 121,74
BD#113
0,380 0,385 0,382 155,51
BD#115
0,314 0,332 0,323 131,16
5.2. Quantificação da glicose
Buscou-se uma correlação entre a medida da concentração de glicose por
espectrofotometria e por CLAE. A Figura 11 mostra que o coeficiente de correlação (R
2
)
foi 0,9231 o que consideramos como muito bom e indica que a percentagem da
variação explicada pelo modelo foi de 92,31% para os valores da Glicose (S
0
) obtidos
pelo método de SOMOGYI-NELSON (1945) e por Cromatografia Líquida de Alta
Eficiência.
y = 0,9127x + 8,3797
R
2
= 0,9231
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300
GLICOSE (CLAE)
ART (SOMOGYI)
Figura 11 - Quantificação de glicose pelo método de SOMOGYI-NELSON (1945) e por
CLAE.
63
5.3. Processo fermentativo descontínuo em Biorreator
Da mesma forma como nas fermentações anteriores, este ensaio foi
quantificado a fim de se determinar às concentrações inicial e final de glicose (método
de SOMOGYI-NELSON, 1945) a concentração de etanol produzido (Cromatografia
Líquida de Alta Eficiência); o fator de rendimento; a eficiência do processo fermentativo
e a produtividade por tonelada de raiz; valores estes listados na Tabela 04.
Tabela 04: Variáveis medidas para o ensaio de fermentação em Biorreator
Tempo
(h)
Glicose
(g/L)
EtOH
(g/L)
0 197,17 -
1 186,04 -
2 177,67 -
3 164,77
-
4 154,42 -
5 139,17 23,02
6 126,14 24,99
7 110,67 38,98
8 98,42 -
9
83,64 53,17
O sistema de biorreator foi carregado com 600 mL de meio hidrolisado e uma
concentração de células inoculadas no biorreator de 30g de peso úmido de
Saccharomyces cerevisiae. O processo de fermentação foi monitorado por 9 horas
através da quantificação espectrofotométrica de Açúcares Redutores Totais (ART) em
intervalo determinado de uma hora e algumas medidas de etanol por CLAE. A análise
da Tabela 4 permite visualizar que a maior concentração de etanol foi obtida ao final de
64
9 horas, resultado em uma produtividade volumétrica de 5,91 g/L.h, dentro da faixa
industrial (5-8 g/L.h).
Da mesma Tabela é possível calcular o fator de rendimento de produto em
relação ao substrato consumido (Y
P/S
= 0,470 g/g), que corresponde a uma eficiência de
fermentação de aproximadamente 92% do máximo obtenível pela estequiometria,
sendo considerado um valor muito satisfatório, tendo em vista ser este um experimento
preliminar e também porque neste cálculo não foi considerado os ART não fermentáveis
existentes na matéria-prima usada.
Este ensaio apresentou uma média de produtividade volumétrica de 5,55
g/EtOH/L.h com possível produção de 134,2 L/EtOH/ton/raiz. Neste contexto, estes
resultados obtidos no ensaio em biorreator, evidenciam a viabilidade fermentativa da
batata-doce neste método de processo de produção de etanol. Por exemplo, MENEZES
et al. (1999) que trabalhando com células livres de mandioca em biorreator
conseguiram uma eficiência teórica de fermentação em 76,96%, com tempo total de 76
horas de fermentação. Tais resultados evidenciam ainda valores citados na literatura
para as eficiências de fermentações em condições industriais de culturas amiláceas que
variam de 88 a 92% (STUPIELLO, 1984; VASCONCELOS, 1998; SOUZA 2005). E
ainda, a utilização da biomassa de batata-doce via como sendo produtivamente
competitiva, além de favorecer o uso energético desta raiz, o que poderia promover a
geração local e descentralizada de empregos, reduzindo o problema do êxodo rural e a
dependência externa de energia, em função da sua disponibilidade local.
MAGALI et al. (2004) conseguiram com 48 horas de fermentação, um
rendimento teórico de álcool de mandioca de 76,89%. E ainda MACEDO (2004)
trabalhando com batata inglesa, conseguiu um rendimento teórico de 43%. A eficiência
de fermentação obtida por VASCONCELOS (1998) foi em média 80,56%, quando este
trabalhou com cana-de-açúcar para produção de etanol. Através destas comparações e
dos resultados obtidos neste ensaio, nossos valores demonstram-se eficientes na
fermentação e na produtividade do sistema, como sendo promissores para a produção
de bioetanol utilizando a batata-doce como fonte de matéria-prima.
65
5.4. Influência da concentração inicial de células da levedura Saccharomyces
cerevisiae.
Neste contexto, foram realizados experimentos conduzidos em frascos cônicos
agitados e em fermentador de bancada para investigar os efeitos da concentração de
inóculo na bioconversão de glicose em etanol por levedura Saccharomyces cerevisiae.
Foram inoculadas concentrações de 10g, 40g e 75g de peso úmido de
Saccharomyces cerevisiae em 200 mL de meio hidrolisado, sendo o pH também
ajustado entre 4,5 e 5,0 e retiradas alíquotas de 1,0 mL de cada um dos sistemas para
as medidas iniciais de concentração do substrato a partir do método de SOMOGYI-
NELSON (1945). O processo fermentativo e o seu controle procederam-se de igual
forma ao primeiro ensaio; no entanto as concentrações de glicose e etanol foram
determinadas pelo método de SOMOGYI-NELSON (1945).
A partir das diferenças de massas obtidas durante o processo fermentativo foi
medido o desprendimento de CO
2
(Figura 12).
0
10
20
30
40
50
60
70
0 100 200 300 400
Tempo de Fermentação (min)
Desprendimento de CO
2
Peso (g/mL)
10 40 75g
Figura 12: Desprendimento de CO
2
- Fermentação 10g, 40g e 75g.
De acordo com PEREIRA (1982) o monitoramento de CO
2,
é um instrumento
bastante útil para avaliar atividade fermentativa da célula microbiana, bem como de seu
66
crescimento. O dióxido de carbono é um produto terminal do catabolismo e como tal,
reflete a geração de ATP. Se a razão da massa de células geradas por mol de ATP for
constante, então a correlação da produção de CO
2
com o crescimento deverá ser boa.
Segundo BON e PEREIRA JR. (1999) a relação do CO
2
, produzido por unidade de
massa celular sintetizada depende de fatores tais como: o caminho metabólico e a
eficiência da ligação de energia gerada no catabolismo com a energia consumida no
anabolismo.
A medida da perda de CO
2
é uma das vantagens consideráveis do uso do
fermentômetro, pois permite eliminar a retirada de amostra numa cultura em
crescimento evitando, conseqüentemente, o risco de contaminação e os resultados são
obtidos imediatamente, seja a fermentação conduzida em biorreatores ou em frascos
agitados. Neste caso, pode-se analisar a eficiência do processo fermentativo através do
desprendimento de CO
2
e relacioná-lo estequiometricamente à produção de etanol,
conforme pode-se observar nos gráficos de desprendimento de CO
2
, e produção de
EtOH (Figura 13), nas diferentes concentrações de massas celulares.
0,00
10,00
20,00
30,00
40,00
50,00
60,00
70,00
0 100 200 300 400
Tempo de Fermentação (min)
Etanol Equivalente (g/L)
10 40 75
Figura 13: Produção de EtOH teórico para os valores de 10g, 40g, e 75 g/L de levedura
67
A partir da estimativa dos parâmetros medidos, relacionou-se a melhor
produtividade para o processo inoculado com 75g (massa úmida) de levedura,
resultando em 97% de conversão de substrato em etanol. Este resultado mostrou-se, o
mais promissor em relação aos demais, tanto em termos de conversão, quanto no
tempo total de fermentação, que foi de aproximadamente 3 horas. RIVERA (1997) cita
uma eficiência de 97% de bioconversão de matérias-primas como: mandioca, palha de
arroz, bagaço de cana e cavaco de eucalipto com concentrações de 120 g/L de
levedura em testes de bancada. Evidenciando, uma diminuição de gastos com
quantidades de inoculação de levedura ao processo fermentativo de batata-doce.
Quando comparadas entre si, as taxas de conversões, o ensaio com 40g de levedura
(tempo total de 6 horas de fermentação), mostrou-se apropriado para o processo de
produção em larga escala industrial. DATAR et al. (2004) relatam em seus
experimentos utilizando concentrações de leveduras da ordem de 60g, com rendimento
de apenas 63% no processo fermentativo de cana-de-açúcar com 5 horas de
fermentação. Quando esses valores são comparados aos nossos, os ensaios utilizando
batata-doce como fonte de matéria-prima se mostram promissores. Estes valores
preconizam um resultado positivo na fabricação de etanol de matérias-primas com
baixo custo de produção, provenientes de matérias-primas e resíduos da agroindústria
de produtos amiláceos, uma vez que algumas culturas como a cana-de-açúcar agrega
altos valores de custeio para produção de etanol, e os valores aqui determinados
poderiam ajudar em uma possível inserção deste tipo de energia renovável ao país,
numa parcela significativa do mundo dos agronegócios e biocombustíveis.
5.5. Habilidade fermentativa com células livres utilizando meio hidrolisado
fortificado e não fortificado
Em uma primeira etapa, o estudo da imprescindibilidade de fortificação dos
meios fermentáveis utilizando extrato de levedura e uréia forneceu os seguintes
resultados, expressos em gráficos (Figura 14). O gráfico representa a relação do
desprendimento de CO
2
entre o meio não fortificado e meio fortificado, no qual pode-se
68
visualizar a diferença mínima da eficiência dos dois meios de fermentação, fato este
que irá otimizar economicamente o processo fermentativo.
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Tempo (min)
Desprendimento de CO
2
(g)
MF MNF
Figura 14: Desprendimento de CO
2
em meio fortificado e meio não fortificado
Para se obter um melhor rendimento na fermentação é preciso que se dê ao
mosto condições que minimizem o desenvolvimento de microrganismos contaminantes,
sem interferir no metabolismo da levedura (CARVALHO, 2001). Além de tratamentos
higiênicos preventivos, estas condições podem ser conseguidas com o uso de agentes
antimicrobianos. BON e PEREIRA-JR (1999) citam que os meios de propagação do
microrganismo devem conter os nutrientes (substrato, fonte de nitrogênio, co-fatores,
precursores, elementos traços) em concentrações otimizadas, que não são,
necessariamente, as melhores condições para o processo produtivo. É evidente que
quanto melhor forem atendidas as exigências nutricionais, mais apto estará o
microrganismo a responder aos estímulos externos. Conseqüentemente, mais eficiente
será a conversão no produto de interesse e maior a produtividade (FRANCO et
al.2001).
Segundo OLIVEIRA et al. (2001) vários nutrientes além de fonte de Carbono e
Nitrogênio devem estar presentes a fim de suprir as necessidades fisiológicas das
leveduras durante o processo de fermentação alcoólica. Substâncias como fósforo,
69
enxofre, potássio, magnésio, zinco, entre outras, podem, ou devem estar presentes,
pois participam das rotas metabólicas dos microrganismos, tendo fisiologia bem definida
dentro da célula. Sendo assim foram testados sais comumente usados em
fermentações alcoólicas como: extrato de levedura e uréia como alternativa de
enriquecimento do meio de cultivo para avaliar a imprescimbilidade de adição ou não de
extrato de levedura como alternativa de enriquecimento do meio de cultivo da batata-
doce.
O meio hidrolisado utilizado para esta fermentação foi obtido a partir dos clones
de batata-doce, BD # 84, 106 113 e 115 e da cultivar Palmas. Os valores de
concentração de glicose obtidos após hidrólise, por serem próximos, permitiram a
hidrólise do amido da batata-doce com a utilização da mistura da farinha dos clones a
fim de se obter volume suficiente para a realização da fermentação em meio de batata-
doce. Após a realização das sacarificações necessárias, prosseguiram-se as
fermentações dos meios hidrolisados.
Com 6 horas de fermentação no qual a concentração inicial de glicose foi de
168,18 g/L para o meio fortificado com extrato de levedura e uréia para 200 mL de meio
hidrolisado. O meio não fortificado não recebeu os reagentes (nutriente). A
concentração final de glicose no meio utilizado foi de 2,84 g/L para o meio não
fortificado e de 2,79 g/L para o meio fortificado. SOUZA (2005) trabalhou com células
imobilizada a concentração inicial de glicose foi de 109,99 g/L e a concentração final de
glicose no meio utilizado pelas células imobilizadas foi de 0,941 g/L, e para o meio com
células livres a concentração final foi de 4,451 g/L. No caso do presente estudo ficou
clara a não necessidade de se fortificar o meio com nutrientes indicando que a batata-
doce possui outros compostos que irão atender às necessidades das células para
outros fins, que não a produção de etanol (plasticidade por exemplo). No entanto, faz-
se necessário o estudo da influência destes nutrientes quando se pensa em reutilização
da biomassa para operar o sistema com bateladas repetidas. A partir do
desprendimento do CO
2,
pode-se estabelecer o tempo até o término da produção
levando-se em consideração a estabilização do peso do sistema (frasco mais meio em
fermentação). Com o decorrer da evolução do CO
2
o processo tende a atingir a fase
70
estacionária decorrente do esgotamento do substrato, da falta de nutrientes ou
produção de substâncias tóxicas que tornam o meio inóspito às células (BON &
PEREIRA, JR 1999).
Constata-se ainda neste ensaio, que o meio fortificado sofreu uma variação de
massa de CO
2
praticamente igual ao meio não fortificado. Isto possibilita verificar que a
fortificação de um meio fermentável torna-se desprezível, neste caso, contribuindo para
a questão econômica de processos de fermentação alcoólica, tornando-o menos
oneroso. O meio fortificado apresentou uma quantidade estimada de etanol de 69,83
g/L, valor este muito próximo ao da produção do meio não fortificado (69,81 g/L de
etanol). SOUZA (2005) trabalhando com fermentação de batata-doce, conseguiu meio
com células imobilizadas uma quantidade estimada de etanol de 59,09 g/L, enquanto a
produção do meio contendo células livres foi de 33,07 g/L de etanol, sem a fortificação
do meio hidrolisado. Tais resultados mostram que, os ensaios produzidos neste
trabalho, mostraram-se eficazes quando comparados ao de SOUZA (2005).
No gráfico da Figura 15, pode-se notar a evolução da produção de etanol e o
desprendimento de CO
2
em relação ao tempo para cada meio hidrolisado.
Produção de CO
2
e Etanol MNF
0
10
20
30
40
50
60
70
80
0 100 200 300 400 500
Tempo de Fermentação (min)
Desprendimento de CO
2
e Etanol
(g/L)
CO2/MNF Etanol/MNF
Figura 15: Produção de CO
2
e etanol em Meio não fortificado
71
Foi possível verificar o desprendimento de CO
2
e a produtividade paralela de
álcool equivalente em ambos os meios (fortificados e não fortificados). Para o meio
fortificado obteve-se um desprendimento de CO
2
de 70,7 g/L e um valor de Etanol
equivalente 69,83 g/L. Já no meio não fortificado, os valores foram de 71,7 g/L para
CO
2
e de 69,81 g/L de Etanol. As curvas são muito semelhantes, demonstrando a
proximidade dos resultados e evidenciando o fato de ser a fortificação prescindível.
A questão de os resultados obtidos terem sido bastante similares favorece o
fato da não necessidade de fortificação do meio hidrolisado de batata-doce no processo
fermentativo de produção etanólica. A indústria para a utilização do amido e seus
derivados, vem crescendo e se aperfeiçoando nos últimos anos, levando à necessidade
de produtos com características específicas e de baixos custos, que atendam as
exigências do mercado. Estes resultados reforçam a utilização deste tipo de biomassa,
onde a mesma poderia vir a atender a necessidade de utilização de gastos energéticos
de forma sustentável à sua geração.
72
6. CONCLUSÕES
Entre os processos fermentativos estudados nestes ensaios
experimentais, destinados à utilização da batata-doce como fonte de matéria
prima para produção de etanol, o método de fermentação descontínua se
mostrou promissor oferecendo condições para a (re) produção e o uso
energético da biomassa de batata-doce em processos fermentativos.
As conversões do amido em glicose apresentaram altas eficiências de
hidrólise. A menor relação de enzimas para se atingir o ótimo de hidrólise foi de
50:50
µL de α –amilase e amiloglucosidase;
O emprego de farinha da batata-doce como matéria-prima para produção
de etanol independe, nestas condições, da farinha utilizada, seja ela da cultivar
Palmas ou de outros clones de batata-doce. No entanto, destaca-se o maior
potencial dos clones BD#113; BD#084 e BD#106 que, em condições otimizadas
de hidrólise enzimática, resultaram em concentrações de glicose de 155,5; 152,2
e 145,7 g/L, respectivamente;
O ensaio preliminar em biorreator agitado mecanicamente, resultou em
uma produtividade de, aproximadamente, 6 g/L.h, o que pode-se considerar
como satisfatório, tendo em vista que o processo não foi completamente
otimizado. O fator de rendimento de produto em relação ao substrato consumido
foi de 0,470 g/g, o que corresponde a uma eficiência de fermentação de cerca de
92%. Os resultados são promissores e sinalizam para desdobramentos, pois se
encontram dentro da faixa do obtido industrialmente (5 a 8g EtOH/L.h).
O ensaio da influência da concentração do inóculo revelou que quanto
maior for a concentração de células, maior é a taxa de produção de etanol, tendo
sido obtido um valor para a produtividade volumétrica de 14,8 g/L.h e uma
73
eficiência de fermentação de 97%, confirmando o potencial da batata-doce para
a produção de etanol combustível;
A investigação da imprescindibilidade de fortificação do meio hidrolisado
para posterior fermentação, através do monitoramento do CO
2
desprendido
mostrou que não havia diferenças significativas na produção de etanol. Tal
achado evidenciou a não necessidade de fortificação, o que contribui para a
questão econômica do bioprocesso em tela, tornando-o menos oneroso, já que
não há necessidade de gastos com adição de nutrientes. Contudo, este estudo
deve ser retomado caso se adote a estratégia de reutilização de células;
Nossos estudos mostraram-se satisfatórios, tendo sido possível
desenvolver uma metodologia para a produção de etanol a partir de batata-doce,
podendo subsidiar estudos para a implantação de mini-usinas para a produção
deste importante biocombustível.
74
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ANEXOS
1- Ficha Técnica das enzimas utilizadas no experimento
1.1 TERMAMYL 120L
Thermamyl é um preparado enzimático liquido e concentrado a base de α- amilase
termo estável, produzido a partir de uma cepa selecionada de Bacillus licheniformes.
A enzima hidrolisa as ligações α -1,4, do amilose e da amilopectina, convertendo
rapidamente o amido em dextrinas e oligossacarídeos solúveis. Thermamyl foi
especialmente desenvolvido para promover a liquefação (dextrinização) do amido e
produção de maltodextrinas. A ficha técnica desta enzima é:
• Aplicações:
Indústria alimentícia: açúcares, álcool, bebidas e cervejas;
Indústria de fermentação: vitaminas, aminoácidos, antibióticos, etc.;
Indústria têxtil e adesivos.
• Características:
Aparência: Líquido não viscoso de grau alimentício;
Cor: marrom escuro
Densidade: 1,2 g/mL
• Propriedades segundo o fornecedor:
Atividade: 120 KNU/ g ( 1 KNU: quantidade de enzimas que hidrolisa 5,26 g de amido
por hora, avaliado pelo método standard da Novozymes A/S).
• Parâmetros ótimos
pH: 6 – 8;
Temperatura: 90 – 105ºC.
Cálcio: 30 – 60 mg/kg.
1.2 AMG 300 L
A AMG é uma amiloglucosidase de grau alimentício, produzido a partir de uma
cepa selecionada de Aspergillus niger. A enzima hidrolisa as ligações α - 1,4 e α -1,6 do
amido liquefeito. Durante a hidrolise, eliminam-se gradualmente as unidades de glicose
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da extremidade não redutora do sacarídeo. A velocidade de hidrólise depende do tipo
de ligação e do comprimento da cadeia. A AMG é recomendada para sacarificação do
amido na produção de glicose. A ficha técnica desta enzima é:
• Aplicações:
Indústria alimentícia: açúcares, álcool, bebidas e cervejas;
Indústria de fermentação: vitaminas, aminoácidos, antibióticos, etc.;
Indústria de fermentação.
• Características:
Aparência: Líquido não viscoso de grau alimentício;
Cor: marrom claro;
Densidade: 1,2 g/mL
• Propriedades segundo o fornecedor:
Atividade: 120 AGU / g. A AMG é disponível com atividades de 300 e 100 AGU/ g. (1
AGU: concentração de enzima que hidrolisa um micromol de maltose por minuto,
segundo o padrão da Novozymes A/S).
• Parâmetros ótimos:
pH: 4 – 4,5;
Temperatura: 58 – 70ºC.
Livre de atividade transglicosidase.
Fonte: SURMELY, 2003.
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