PRODUÇÃO E DESTILAÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE SORGO SACARINO (SORGHUM BICOLOR L. MOENCH)

ISBN 978-85-85905-19-4

Área

Química Tecnológica

Autores

Bolner de Lima, C.J. (IFMT/CAMPUS CÁCERES) ; Reis, J.F. (IFMT/CAMPUS CÁCERES) ; Virães Barbosa dos Santos, M. (IFMT/CAMPUS CÁCERES) ; da Silva Maciel, R. (IFMT/CAMPUS CÁCERES)

Resumo

O objetivo deste trabalho foi obter etanol, a partir do sorgo sacarino, utilizando um reator fermentador com controle de pH, temperatura e agitação. Os experimentos foram realizados em fermentador de 6 L de capacidade, contendo 5 L do meio de produção, a 50 rpm, pH 5,0, temperatura de 32 ºC durante 24 horas de fermentação, com uma concentração de açúcar inicial de 16º Brix. A concentração máxima de etanol produzido foi de 41 g/L, consumindo 80% do substrato e uma máxima produtividade volumétrica 2,91 g/L.h durante 14 horas de processo, cujo rendimento final (YP/S) atingiu 0,32 getanol/gglicose com uma eficiência de fermentação de 63%. Do destilador artesanal, utilizado para este experimento, obteve-se um produto com teor alcoólico de 73 ºGL.

Palavras chaves

Fermentação; Biomassa; Destilação

Introdução

A demanda por biocombustíveis está aumentando mundialmente por razões ambientais e econômicas. Estes são produzidos a partir de biomassa vegetal, caracterizados como combustível renovável, além de emitirem menor quantidade de dióxido de carbono e partículas poluentes ao meio ambiente. Neste contexto, observa-se utilização de diversas matérias-primas como, milho, beterraba açucareira, mandioca, com destaque para o grande potencial da cultura do sorgo sacarino (Sorghum bicolor (L.) Moench). Este possui em sua constituição três opções de materiais para fermentação, os açúcares dos colmos, o amido presente nos grãos e o material ligno-celulósico, como o bagaço (DAVILA-GOMEZ et al. 2011). Desse modo, o cultivo do sorgo sacarino pode ser alternativa técnica e economicamente viável para fornecimento de matéria-prima à destilaria, antecipando o início da safra e diminuindo a ociosidade da indústria. Podendo também adequar-se em um sistema integrado de exploração, objetivando a autossuficiência de energia, aliada a outras atividades voltadas para a produção agropecuária (TEIXEIRA et al., 1997). A presente pesquisa foi desenvolvida objetivando o estudo da produção de etanol, a partir da biomassa do sorgo em biofermentador, analisando o consumo de substrato, crescimento celular e produção de etanol, bem como a destilação do vinho em um protótipo construído a partir de materiais recicláveis.

Material e métodos

O microrganismo utilizado foi a levedura desidratada Saccharomyces cerevisiae (Fleischmann Royal). Como fonte de matéria prima, utilizou-se o sorgo sacarino (Sorghum bicolor (L.) Moench) obtido na Embrapa Agrossilvipastoril, no Município de Sinop em Mato Grosso. O caldo do sorgo sacarino apresentou, inicialmente, uma concentração de 20 ºBrix, sendo, diluído a 16 ºBrix. As fermentações foram realizadas em um fermentador SL 137 (SOLAB, BR), de 6 litros de capacidade contendo 5 litros de caldo de sorgo, em um período de 24 horas, a 50 rpm, 32 ºC e controle de pH com adição automática de NaOH (1 N). As alíquotas foram retiradas, a cada 4 horas, e centrifugadas a 3.000 rpm para separação das células, e o sobrenadante obtido foi analisado quanto à concentração do produto formado e consumo de substrato. A destilação do vinho obtido do processo fermentativo foi realizada em um destilador artesanal confeccionado no laboratório de Química Industrial do IFMT/Campus. Quanto a quantificação de microrganismos, o meio contendo a massa celular, após centrifugação em microcentrífuga a 3.000 rpm, foi separado do sobrenadante. O sedimentado foi posteriormente ressuspendido em água destilada e as células quantificadas pela medida da absorbância em espectrofotômetro a 600 nm. A análise do etanol formado foi realizada, utilizando-se o método espectrofotométrico baseado na oxidação do etanol a ácido acético através da reação com dicromato de potássio em meio ácido [STECKELBERG, 2001]. A determinação de glicose, a partir do meio hidrolisado, foi através do método do ácido dinitrosalicílico [MILLER 1959]. A acidez total dos mostos foi determinada pelo método da titulação volumétrica com solução de NaOH 0,1 N.

Resultado e discussão

Os resultados obtidos do perfil cinético da concentração de açúcar redutor (AR), concentração celular e produção de etanol, estão apresentados na Figura 1. A Figura 1 mostra que a produção de etanol aumentou com o aumento da biomassa, porém, ocorreu uma lenta produção do produto nas primeiras 6 horas de processo, provavelmente devido à adaptação do microrganismo ao meio de cultivo. Após 8 horas, a concentração de etanol aumentou rapidamente, produzindo 41 g/L em 24 horas de fermentação e produtividade de 1,71 g/Lh. A máxima produtividade volumétrica de 2,91 g/Lh, foi atingida nas 14 horas iniciais de processo, consumindo 117 g/L de substrato, ou seja, 73,1 % do açúcar redutor constituído no meio. Vale ressaltar que o rendimento teórico de etanol por grama de glicose consumida é 0,511 gramas, sendo este valor considerado 100% quando o substrato for glicose. Com relação à eficiência do processo, obteve-se o valor de 63%, ou seja, um razoável resultado, visto que no processo industrial, verifica-se que a eficiência fermentativa atinge de 90 a 92% do rendimento estequiométrico, havendo o consumo de açúcar para formação de biomassa celular e subprodutos [LIMA et al., 2001]. A destilação do vinho de sorgo foi realizada em um destilador (protótipo) construído artesanalmente utilizando materiais recicláveis, com capacidade de 25 litros. Inicialmente, foram adicionados 4 litros do vinho ao protótipo, sendo, este, aquecido e mantido em temperatura variável no topo da torre de aproximadamente 79 ºC. O destilado findou em 2 hora e 30 minutos e após esse período, feita as análises, obteve-se um de teor alcoólico de 73 ºGL, sem a separação da cabeça, coração e cauda.

Concentrações de substrato, produto e biomassa, em função do tempo, realizado em fermentado. g/L: (■) açúcar redutor; (▲) Etanol; (O) Biomassa.

Conclusões

O destilador artesanal construído e utilizado para este experimento obteve um produto com teor alcoólico de 73 ºGL. O sorgo sacarino, da espécie Sorghum bicolor (L.) Moench, demonstrou ter um grande potencial para a produção de etanol, pois apresentou um excelente teor inicial de sacarose de 20 ºBrix. A concentração de etanol máxima produzido foi de 41 g/L em 24 horas de fermentação, consumindo 80% do substrato. Já a máxima produtividade volumétrica alcançada foi de 2,91 g/Lh durante 14 horas de processo, com um rendimento final de (YP/S) de 0,32 getanol/gglicose.

Agradecimentos

Referências

DAVILA-GOMEZ, F. J.; CHUCK-HERNANDEZ, C.; PEREZ-CARRILLO, E.; ROONEY, W. L.; SERNA-SALDIVAR, S. O. Evaluation of bioethanol production from five different varieties of sweet and forage sorghums (Sorghum bicolor (L) Moench). Industrial Crops and Products, Amsterdam, v. 33, n. 3, p. 611-616, 2011.

LIMA, U. A.; BASSO, L. C.; AMORIM, H. V. Produção de etanol. In: LIMA, U. A.; AQUARONE, E.; BORZANI, W.; SCHMIDELL, W. Biotecnologia Industrial. (Ed.) São Paulo. v. 3, p. 1-43, 2001.

MILLER, G. L. Use of Dinitrosalicylic Acid Reagent for Determination of Reducing Sugar. Analytical Chemistry, v. 31, n. 3, 1959.

STECKELBERG, C. Caracterização de Leveduras de processos de fermentação alcoólica utilizando atributos de composição celular e características cinéticas. 2001, 215p. Tese de Doutorado Universidades Estadual de Campinas. Programa de Pós Graduação em Engenharia Química. Campinas – SP.

TEIXEIRA, C. G. T.; JARDINE, J. G.; E BEISMAN, D. A. Utilização do sorgo sacarino como matéria-prima complementar à cana-de-açúcar para a obtenção de etanol em microdestilaria. Ciência e Tecnologia de Alimentos, Campinas, v. 17, n. 3, p. 221-229, 1997.