polímero afeta a levedura durante o processo fermentativo polymer

I CONGRESSO BRASILEIRO DE MICROBIOLOGIA AGROPECUÁRIA,
AGRÍCOLA E AMBIENTAL (CBMAAA)
09 a 12 de maio de 2016 - Centro de Convenções da UNESP,
Câmpus de Jaboticabal, SP
POLÍMERO AFETA A LEVEDURA DURANTE O PROCESSO
FERMENTATIVO
POLYMER
AFFECTS
THE
YEAST
DURING
THE
FERMENTATIVE PROCESS
Lucas Conegundes Nogueira(1)
Richelly Caroline (2)
Gustavo Henrique Gravatim Costa(3)
Resumo
O objetivo deste trabalho foi estudar os reflexos de diferentes doses de polímero no
mosto, sobre a fisiologia da levedura em fermentação. O experimento foi realizado no
Laboratório de Biomassa e Bioenergia da Universidade do Sagrado Coração, Bauru-SP, na safra
2015/2016. O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado, com 5 tratamentos e 3
repetições. Os tratamentos foram constituídos por diferentes doses de polímero (Kemira AX3L) no
mosto: 0, 1, 5, 10 e 15mg/L. O mosto foi preparado a 16˚Brix, utilizando açúcar cristal orgânico
diluído em água destilada. Inoculou-se em 175mL mosto, fermento biológico prensado na proporção
de 108 UFC/mL. Após 1 hora, adicionou-se em cada recipiente de fermentação, 175mL de mosto,
totalizando 350mL. Após 40 minutos da segunda alimentação (início da fermentação) e no final do
processo fermentativo, foram retiradas alíquotas para determinação da viabilidade celular, índice de
brotamentos e viabilidade de brotos. Os resultados foram submetidos a análise de variância pelo teste
F, e as médias comparadas segundo teste de Tukey (5%). Observou-se que a dose de 15mg/L de
polímero reduziu o índice de brotamentos no início e a viabilidade de brotos ao final do processo
fermentativo, além de aumentar a viscosidade e promover a floculação da levedura. Conclui-se que
durante o processo fermentativo, a levedura é afetada quando o mosto apresenta resíduos de
polímero superiores a 15mg/L.
Palavras-chave: Bioenergia. Polieletrólito sintético. Saccharomyces cerevisiae. Fisiologia da
levedura. Fermentação alcoólica
1
Graduando em Engenharia Química pela Universidade do Sagrado Coração. Endereço eletrônico: [email protected].
Graduanda em Engenharia Agronômica pela Universidade do Sagrado Coração. Endereço eletrônico: [email protected]
3
Doutor em Microbiologia Agropecuária pela FCAV/UNESP. Docente da Universidade do Sagrado Coração. Endereço eletrônico:
[email protected]
2
Ciência & Tecnologia: FATEC-JB, Jaboticabal (SP), v. 8, Número Especial, 2016. (ISSN 2178-9436).
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09 a 12 de maio de 2016 - Centro de Convenções da UNESP,
Câmpus de Jaboticabal, SP
Abstract
The aim of this study was evaluate the consequences of different polymer doses in the must,
on yeast physiology in fermentation. The experiment was conducted in the Laboratory of
Biomass and Bioenergy in the Universidade do Sagrado Coração, Bauru-SP, in the season
2015/2016. The experimental design was completely randomized with 5 treatments and 3
repetitions. The treatments consisted of different polymer doses (Kemira AX3L) in the must:
0, 1, 5, 10 and 15mg/L. The must was prepared at 16˚Brix using organic crystal sugar diluted
in distilled water. It was inoculated in 175ml must, yeast compressed at a ratio of
108CFU/mL. After 1 hour, were added to each vessel fermentation, more 175ml must, totaling
350mL. After 40 minutes the second feed (start of fermentation) and the end of the
fermentation, aliquots were removed to determine the cell viability, index buds and buds
viability. The results were submitted to analysis of variance by F test, and the averages
compared by Tukey test (5%). It was observed that the dose of 15mg/L polymer reduced the
budding index at the beginning and the bud viability at the end of the fermentation process,
and increase the viscosity and promote the yeast flocculation. It is concluded that during the
fermentation process, the yeast is affected when the must has polymer residues in excess of
15mg/L.
Keywords: Bioenergy. Synthetic polyelectrolyte. Saccharomyces cerevisiae. Yeast physiology.
Alcoholic fermentation
1 Introdução
Atualmente o setor sucroenergético apresenta significativa importância na economia
do Brasil, sendo responsável pela produção de açúcar, etanol e energia elétrica, originados do
processamento agroindustrial da cana-de-açúcar. Considerando-se o bioetanol, observa-se que
na safra 2014/15 foram produzidos 28,66 bilhões e, estima-se que, para a safra 2015/2016,
sejam produzidos aproximadamente 29,21 bilhões de litros, um aumento de 554,75 milhões
de litros, ou 1,9% (CONAB, 2015).
Nesta cadeia de produção, a cana-de-açúcar após descarregada na fábrica, é preparada
e submetida a processo de extração do caldo por moendas ou difusores. O bagaço residual é
destinado a caldeiras, onde é queimado para a geração de vapor e energia elétrica. O caldo
extraído, por apresentar em sua constituição sólidos solúveis (açúcares e não açúcares) e
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insolúveis (terra, bagacilhos, entre outros), deve ser submetido a prévia clarificação, antes de
ser inoculado pela levedura.
O tratamento do caldo, consiste primeiramente na separação de bagacilhos através de
peneiras rotativas, seguido de adição de leite de cal até elevação do pH para 6,0, aquecimento
a 100-105˚C e posterior decantação, para remoção de ácidos, fenóis, proteínas, entre outros
(STEINDL, 2010). Deve-se considerar ainda que no decantador é adicionado um polímero
aniônico ou catiônico, que reagem com os coágulos formados pela reação entre o cálcio
adicionado e os fosfatos presentes no caldo (fosfatos de cálcio), formando flocos de peso e
tamanho maiores, que precipitam rapidamente, diminuindo o tempo de retenção no
decantador (ALBUQUERQUE, 2011).
Após tempo de retenção, o caldo clarificado é padronizado quanto ao Brix, pH,
temperatura e nutrientes, originando o mosto. A seguir, este é inoculado por leveduras do
gênero Saccharomyces cerevisiae, que metabolizam os açúcares, produzindo energia para a
célula, dióxido de carbono e etanol (BASSO et al., 2011).
Entretanto, no processo fermentativo alguns compostos podem afetar negativamente a
levedura, como por exemplo o cálcio que promove a floculação e o alumínio que resulta em
morte celular, diminuindo a eficiência fermentativa (STEINDL, 2010). Neste sentido, deve-se
considerar que os mostos podem apresentar resíduos de polímero utilizado no processo de
clarificação. Embora sabe-se que estes resíduos ocorrem, não há informações se o polímero
afeta a levedura e quantos miligramas são suficientes para que este efeito ocorra.
Desta maneira, o objetivo deste trabalho foi estudar os reflexos de diferentes doses de
polímero no mosto, sobre a fisiologia da levedura em fermentação.
2 Material e Métodos
O experimento foi realizado no Laboratório de Biomassa e Bioenergia da Universidade do
Sagrado Coração, Bauru-SP, na safra 2015/2016.
Utilizou-se polímero comercial Kemira AX3L, preparado adicionando-se 1g deste insumo em
1000mL de água destilada. Os mostos foram preparados diluindo-se 56g de açúcar cristal orgânico em
350mL de água destilada, obtendo-se concentração final de 16˚Brix. Adicionou-se aos mostos as doses
de 0, 1, 5, 10 e 15mg/L de polímero.
A seguir inoculou-se em 175mL mosto, fermento biológico prensado (levedura S. cerevisiae)
na proporção de 108 Unidades Formadoras de Colônia (UFC) por mililitro, que apresentava viabilidade
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celular superior a 85%. Após 1 hora, adicionou-se em cada recipiente de fermentação, 175mL de
mosto. A fermentação foi considerada encerrada, quando o Brix foi inferior a 1%.
Após 40 minutos da segunda alimentação (início da fermentação) e no final do processo
fermentativo, foram retiradas alíquotas para determinação da viabilidade celular, índice de
brotamentos e viabilidade de brotos (LEE et al., 1981).
O delineamento experimental utilizado foi inteiramente casualizado, com 5 tratamentos e 3
repetições. Os tratamentos foram constituídos por diferentes doses de polímero no mosto.
Os resultados foram submetidos a análise de variância pelo teste F, e as médias comparadas
segundo teste de Tukey (5%) (BARBOSA; MALDONADO, 2015).
3 Resultados e Discussão
Na tabela 1 estão apresentados os valores médios obtidos para viabilidade celular,
índice de brotamento e viabilidade de brotos no início do processo fermentativo.
Tabela 1 – Valores médios obtidos para viabilidade celular, índice de brotamentos e
viabilidade de brotos no início do processo fermentativo de mostos com diferentes doses de
polímero.
Viabilidade de
Doses
Viabilidade Celular
Brotamento
Brotos
mg/L
%
0
87,47A
19,41AB
84,99A
1
82,16A
14,15B
82,96A
5
86,90A
26,67A
85,41A
10
89,00A
29,12A
86,43A
15
83,80A
16,17B
74,24A
Teste F
0,26ns
9,09**
1,99ns
DMS
25,22
10,09
16,35
CV
10,92
17,77
7,34
Letras diferentes diferem entre si segundo teste de Tukey (5%). **significativo ao nível de 1% de probabilidade.
ns – não significativo. DMS – Desvio Mínimo Significativo. CV – Coeficiente de Variação.
Avaliando-se a quantidade de células vivas, observou-se que os diferentes tratamentos
apresentaram valores similares e superiores a 82%. Deve-se destacar que o processo
fermentativo industrial deve apresentar viabilidade celular superior a 80% para que se possa
obter elevados rendimentos industriais, caracterizados pelo alto teor alcoólico do vinho e
tempo de fermentação entre 8 e 10 horas (AMORIM, 2005).
Considerando-se o índice de brotamentos, verificou-se que o tratamento que
apresentava 15mg/L de polímero no mosto, resultou nos menores valores. Neste sentido,
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determinou-se ainda que a viabilidade de brotos também foi afetada por esta dose de
polímero.
Nestas condições, pode-se observar elevada viscosidade do mosto durante o processo
fermentativo, assim como significativa floculação da levedura (Figura 1). Este
comportamento é indesejado no processo, uma vez que materiais viscosos afetam o
desempenho de bombas e centrífugas, assim como a floculação da levedura resulta em
elevados tempos de processo e fermentações incompletas (BASSO et al., 2011).
Figura 1 – Processo fermentativo de mostos contendo 0 e 15mg/L de polímero.
Deve-se destacar que a formação de novas células é essencial para processo
fermentativo industrial, uma vez que estas serão reutilizadas em novos ciclos fermentativos
durante toda a safra (BASSO et al., 2011).
Tabela 2 – Valores médios obtidos para viabilidade celular, índice de brotamentos e
viabilidade de brotos no final do processo fermentativo de mostos com diferentes doses de
polímero.
Viabilidade de
Doses
Viabilidade Celular
Brotamento
Brotos
mg/L
%
0
76,02A
14,20A
67,63C
1
84,61A
16,09A
89,55AB
5
78,21A
12,25A
95,00A
10
82,63A
10,84A
78,00BC
15
76,00A
11,19A
72,00C
Teste F
2,15ns
2,03ns
13,76**
DMS
12,43
7,20
14,54
CV
5,81
20,75
6,72
Letras diferentes diferem entre si segundo teste de Tukey (5%). **significativo ao nível de 1% de probabilidade.
ns – não significativo. DMS – Desvio Mínimo Significativo. CV – Coeficiente de Variação.
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4 Conclusões
Durante o processo fermentativo, a levedura é afetada quando o mosto apresenta
resíduos de polímero superiores a 15mg/L.
Referências
ALBUQUERQUE, L. M. Processo de Fabricação de Açúcar. 2. Ed. UFPE: Recife, 2011.
BARBOSA, J.C.; MALDONADO JUNIOR, W. Experimentação Agronômica &
AgroEstat – Sistema para Análises Estatísticas de Ensaios Agronômicos. FUNEP:
Jaboticabal, 2015.
BASSO, L. C.; BASSO, T. O.; ROCHA, S. N. Ethanol Production in Brazil: The
Industrial Process and Its Impact on Yeast Fermentation. In: BERNARDES, M. A. S.
Biofuel Production: Recent Development and Prospects. São Paulo: INTECH e-book, 2011.
p. 85-100.
CONAB – Companhia Nacional de Abastecimento. Acompanhamento da safra brasileira 3 Levantamento da safra de cana-de-açúcar 2015. Disponível em:
<http://conab.gov.br/OlalaCMS/uploads/arquivos/15_12_17_09_03_29_boletim_cana_portug
ues_-_3o_lev_-_15-16.pdf>. Acesso em: 29/03/2016.
LEE, S.S.; ROBINSON, F.M.; WONG, H.Y. Rapid determination of yeast viability.
Biotechnology Bioengineering Symposium, n.11, 1981.
STEINDL, R. J. Clarification of cane juice for fermentation. Proceedings of the South
African Sugar Technologists' Association. Australia, v. 27, p. 1-10, 2010.
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