Analise de Artigo - Producao de Etanol a Partir de Efluente da Fabricacao de Doces

Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Biológicas Tecnologia das Fermentações 20221 Nome Matrícula Matérias primas para bioprocessos Pesquise um artigo científico que faz uso de emprego de qualquer matéria prima biológica por exemplo resíduo de produção industrial agroflorestal alimentos extratos para obtenção de um bioproduto e responda 1 Qual a justificativa dada para o uso da matéria prima sugerida 2 Qual o objetivo dos autores 3 Qual o bioproduto almejado e como ele é utilizado 4 Descreva o modo como o bioproduto foi produzido 5 Quais as etapas upstrem e downstrem do bioprocesso que trata o artigo 6 Quais as conclusões do artigo OBS Anexe o artigo pesquisado Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Biológicas Tecnologia das Fermentações 20221 Nome Matrícula Análise do Artigo BROLAZO Eliane DE TOLEDO MARCHI Gustavo Produção de etanol a partir de efluente da fabricação de doces Revista Brasileira de Processos Químicos v 3 n 1 p 2431 2022 1 Qual a justificativa para o uso da matériaprima sugerida R A água de lavagem dos equipamentos de indústria alimentícias especializadas na produção de doces é rica em carboidratos sacarose glicose e frutose que quando despejadas no esgoto possuem potencial poluente em virtude de aumentar a carga orgânica e assim aumentam a demanda bioquímica de oxigênio DBO Assim o processo de fermentação desta matériaprima além de remover este poluente das águas pode gerar etanol um combustível de importante valor econômico 2 Qual o objetivo dos autores R Os autores têm como objetivos a reutilização de maneira sustentável de resíduos industriais ricos em açúcares e a obtenção etanol a partir de processos fermentativos sobre estes 3 Qual o bioproduto almejado e como ele é utilizado R Buscase produzir etanol a partir da fermentação dos açúcares obtidos dos efluentes industriais O etanol é utilizado como biocombustível aplicado principalmente em automóveis obtido de forma expressiva da fermentação da canadeaçúcar 4 Descreva o modo como o bioproduto foi produzido R Foi utilizado a água de lavagem dos utensílios proveniente de indústrias Doces Terra Esta água continha uma mistura de sacarose e açúcar invertido frutose e glicose Foi realizada uma filtragem a fim de retirar partículas sólidas e o teor de açúcares dissolvidos foi determinado pelo teor de sólidos solúveis Brix O filtrado foi aquecido a aproximadamente 100C para evaporar a água excedente até que se obteve o concentrado de solução de açúcares desejada maior que 14ºBx e então este foi submetido a fermentação por Saccharomyces cerevisiae linhagem CA11 marca LNF A solução concentrada de açúcares resfriada a temperatura ambiente foi transferida para um galão de fermentação com tampa e foi inoculada com a levedura O recipiente foi fechado e o processo de fermentação foi acompanhado observandose a produção de dióxido de carbono O processo de fermentação foi acompanhado por 2 dias sendo liberado o excesso de dióxido de carbono periodicamente A solução final foi então destilada em uma coluna de destilação por pratos teóricos 5 Quais as etapas upstream e downstream do bioprocesso que trata o artigo R A etapa Upstream consistiu no preparo do meio de cultura a solução concentrada de açúcares e sua fermentação pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae Já a etapa Downstream consistiu na etapa de destilação desta solução após a fermentação para obtenção do etanol puro 6 Quais as conclusões do artigo R Foi possível reaproveitar a água oriunda de efluentes de indústrias de fabricação de doces para produção de etanol via fermentação por Saccharomyces cerevisiae O rendimento do etanol produzido foi de aproximadamente 16 em volume total isto é para cada 20 litros de solução de açúcares conseguiuse produzir 32 litros de etanol de uma forma simples e viável economicamente para que estas indústrias possam dar um destino sustentável as águas de lavagem RevBrasProcQuím Campinas SP v3 n1 p150 janjun 2022 24 PRODUÇÃO DE ETANOL A PARTIR DE EFLUENTE DA FABRICAÇÃO DE DOCES Gustavo de Toledo Marchi Eliane Melo Brolazo RESUMO A água é um importante recurso na indústria de doces sendo utilizada na lavagem de equipamentos O efluente gerado é rico em carboidratos e tem potencial poluente pois eleva a carga orgânica do esgoto Uma opção sustentável ao descarte deste efluente é a fermentação para produção de etanol Neste trabalho a água de lavagem dos equipamentos rica em carboidratos sacarose glicose e frutose foi submetida a fermentação alcóolica por levedura Saccharomyces cerevisiae linhagem CA11 marca LNF e em seguida destilada em equipamento desenvolvido para este fim para obtenção de etanol O rendimento do etanol produzido em relação ao total de resíduo utilizado na fermentação foi de aproximadamente 16 em volume total ou seja produzirmase 32 litros de etanol a partir dos 20 litros de efluente da lavagem de bandejas Assim sendo essa pesquisa teve o intuito de contribuir com a sustentabilidade e a diminuição do impacto ambiental Palavraschave efluentes de indústria de alimentos fermentação alcoólica produção de etanol ETHANOL PRODUCTION FROM CANDY MANUFACTORING EFFLUENT Abstract The water is an important resource in the candy industry being used to wash equipment The effluent generated is rich in carbohydrates and has a polluting potential as it increases the organic load of the sewage A sustainable option for the disposal of this effluent is fermentation to produce ethanol The equipment washing water rich in carbohydrates sucrose glucose and fructose was subjected to alcoholic fermentation by Saccharomyces cerevisiae yeast strain CA11 brand LNF and then distilled in equipment developed for this purpose to obtain ethanol The yield of ethanol produced in comparison with the total residue used in the fermentation was approximately 16 in total volume that is 32 liters of ethanol were produced from the 20 liters of effluent from the washing of trays Therefore this research was intended to contribute to sustainability and reduction of environmental impact Keywords alcoholic fermentation ethanol production food industry effluents INTRODUÇÃO A água é um recurso de extrema importância na Indústria de Alimentos e Bebidas Além de ser utilizada como ingrediente na produção é essencial na limpeza e sanitização das superfícies e equipamentos que têm contato com as matérias primas Faculdade de Tecnologia de Campinas Email gustavomarchifatecspgovbr Faculdade de Tecnologia de Campinas Email elianebrolazofatecspgovbr RevBrasProcQuím Campinas SP v3 n1 p150 janjun 2022 25 e produtos Da fabricação de bebidas e alimentos são gerados efluentes líquidos formados por resíduos das matériasprimas utilizadas nos processos produtivos e que não são aproveitadas totalmente No caso da manufatura de doces o efluente líquido gerado é rico em açúcar pois é necessário realizar uma lavagem dos equipamentos entre uma produção e outra de acordo com código sanitário A norma especifica que os procedimentos de limpeza devem ser realizados utilizando jatos de água quente com alta pressão BRASIL 2005 Usualmente estes efluentes são encaminhados para a rede de coleta de esgoto convencional ou para sistemas de tratamento da própria empresa projetados para reduzir o potencial poluidor destes resíduos Os efluentes gerados pela indústria de doces tem potencial poluente devido à alta concentração de carboidratos que elevam a carga orgânica no esgoto provocando mudanças nas características do efluente e possível necessidade de ajustes nas estações de tratamento de esgoto FIGUEIRAS 2016 A necessidade de dar destino adequado aos resíduos e efluentes líquidos é crescente uma vez que no Brasil é responsabilidade do gerador providenciar tratamento adequado legal e ambientalmente correto inclusive para obtenção da licença de operação da empresa junto aos órgãos responsáveis FEITOSA et al 2004 Pensando além das questões legais e do tratamento dos efluentes é possível elaborar novas maneiras de aproveitar os resíduos visando a sustentabilidade e a redução o impacto ambiental No caso das águas ricas em açúcares podese reduzir custos de tratamento do efluente transformandoo em substrato para fermentação gerando um subproduto que pode ser utilizado na própria indústria ou mesmo comercializado como o etanol Este trabalho teve como objetivos a reutilização de maneira sustentável de resíduos industriais água de lavagem da empresa de doce rico em açúcar tornando possível a produção do etanol obtido por fermentação Para a destilação do produto fermentado foi desenvolvido um sistema de destilação Este equipamento foi construído em escala piloto observandose as características experimentais e industriais de certos componentes tendo como objetivo a demonstração de processos destilatórios RevBrasProcQuím Campinas SP v3 n1 p150 janjun 2022 26 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA O Tratamento de Resíduos Industriais no Brasil De acordo com a Norma Brasileira NBR 98001987 efluente líquido industrial é o despejo líquido proveniente do estabelecimento industrial compreendendo emanações de processo industrial águas de refrigeração poluídas águas pluviais poluídas e esgoto doméstico ABNT 1987 Resíduos lançados em corpos dágua são caracterizados como classe IIA são chamados não inertes ou seja tem baixa periculosidade mas ainda oferecem capacidade de reação química em certos meios O grupo inclui matérias orgânicas papéis vidros e metais que podem ser dispostos em aterros sanitários ou reciclados com a avaliação do potencial de reciclagem de cada item Como exemplo vale citar materiais orgânicos da indústria alimentícia lamas de sistemas de tratamento de águas limalha de ferro poliuretano fibras de vidro dentre outros CONAMA 2004 Muitos dos processos de tratamento de resíduos industriais são realizados em virtude da degradação dos rejeitos dentre elas a degradação por bactérias anaeróbias VON SPERLING 1996 Podemos ver a relação do despejo de açúcares no meio ambiente provocado por acidentes e podemos estimar o quanto o despejo legalizado pode influir também no impacto ambiental nos corpos dágua provocando eutrofização e diminuindo a concentração de oxigênio Sendo a eutrofização um processo através do qual um corpo de água adquire níveis altos de nutrientes especialmente fosfatos e nitratos provocando o posterior acúmulo de matéria orgânica em decomposição FIGUEIRÊDO 2007 Produção de Etanol A obtenção de etanol pode ser feita por três maneiras gerais por via de destilação por via sintética e por via fermentativa O processo de destilação de fermentados alcoólicos produzidos para consumo humano tem pequeno significado econômico no Brasil Por via sintética obtémse o etanol a partir de hidrocarbonetos não saturados como o eteno e o etino e de gases de petróleo e da hulha nos países em que há grandes reservas de petróleo e uma indústria petroquímica avançada é uma forma econômica produzir álcool Já a via fermentativa é a maneira mais RevBrasProcQuím Campinas SP v3 n1 p150 janjun 2022 27 importante para a obtenção do álcool etílico no Brasil O etanol é obtido através da fermentação alcoólica de açúcares principalmente do caldo de canadeaçúcar processo no qual ocorre a transformação destes em etanol e dióxido de carbono FILHO 1980 A fermentação alcoólica ocorre ação das leveduras sendo a espécie mais comum usada no processo de produção de álcool é a Saccharomyces cerevisae conhecida vulgarmente como levedura da cerveja Estas leveduras extraem a energia que é necessária para sobreviver por de dois processos a respiração celular que necessita do oxigênio do ar ou a fermentação que ocorre na ausência de oxigênio do ar LUDWIG et al 2001 Para a obtenção do etanol são necessárias três etapas distintas pré fermentação fermentação principal e pósfermentação A préfermentação se inicia quando o fermento leveduras é adicionado ao mosto Após 5 a 6 h iniciase a fase principal da fermentação que é reconhecida pela elevação rápida da temperatura produção intensa de gás evidenciada por intenso borbulhamento queda da densidade do mosto por causa do desaparecimento dos açúcares e da formação equivalente do álcool Nesta etapa no interior das leveduras cada molécula de monossacarídeo glicose ou frutose é transformada em duas moléculas de ácido pirúvico na via metabólica denominada glicólise O ácido pirúvico é então convertido em etanol e CO2 em duas etapas inicialmente é descarbonizado e formase acetaldeído e em seguida o acetaldeído é reduzido pelo NADH a etanol este sendo uma fase denominada tumultuosa devido à intensa produção de gás carbônico Essa fase termina quando desaparece a espuma formada pelo borbulhamento provocado pelo gás carbônico e dura de 9 a 10 h BASTOS 2007 A pósfermentação é caracterizada pela diminuição lenta e gradativa da temperatura do mosto diminuição do desprendimento de gás carbônico e redução de espuma BASTOS 2007 MATERIAIS E MÉTODOS A água de lavagem dos utensílios proveniente de indústrias Doces Terra foi fornecida em volumes de aproximadamente 20 litros Esta amostra não continha resíduos de sabão ou qualquer outra substância que impeça proliferação das leveduras uma vez que esta água de lavagem provém do jateamento a quente de RevBrasProcQuím Campinas SP v3 n1 p150 janjun 2022 28 bandejas e formas de seus produtos A amostra continha uma mistura de sacarose e açúcar invertido frutose e glicose todos passíveis de fermentação por leveduras do gênero Saccharomyces Inicialmente se executou uma filtragem a fim de retirar partículas sólidas e indesejáveis A concentração de açúcares dissolvidos foi determinada pelo teor de sólidos solúveis Brix uma medida indireta que relaciona o teor de sólidos solúveis dissolvidos em água a partir das mudanças de índice de refração da solução É o método amplamente utilizado para determinação do teor de sacarose da cana de açúcar CONSECANASP 2006 O filtrado foi vertido em béquer de 500ml e coberto com uma membrana semipermeável de 150Gpd com porosidade semelhante ao papel de filtro faixa azul que permite a passagem de vapor de água aquecido a aproximadamente 100C para evaporar a água excedente até que se obteve o concentrado de solução de açúcares desejada maior que 14ºBx RIPOLI RIPOLI 2004 O Brix foi novamente aferido após o líquido ser resfriado Fermentação A levedura selecionada Saccharomyces cerevisiae linhagem CA11 marca LNF foi preparada por hidratação em água destilada na proporção de 1 grama para 1 litro da solução de sacarose de acordo com a especificação do fabricante Essa linhagem foi escolhida por suas características fermentativas estarem mais relacionadas com a produção de Etanol A solução concentrada foi transferida para um galão de fermentação com tampa onde foi resfriada a uma temperatura entre 25 a 30C e foi inoculada com a levedura O recipiente foi fechado reduzindo o contato das leveduras com o ar O processo de fermentação foi acompanhado observandose a produção de dióxido de carbono evidenciado pelo estufamento do galão plástico e a fuga de gás ao abrir o recipiente O Galão plástico foi verificado periodicamente a fim de evitar que o gás acumulado pelo consumo dos açúcares pelas leveduras Gás Carbônico e aliviado sua pressão O processo de fermentação foi acompanhado por 2 dias e ao final encaminhado para destilação RevBrasProcQuím Campinas SP v3 n1 p150 janjun 2022 29 RESULTADOS Caracterização do Resíduo A caracterização do resíduo foi realizada através da concentração de açúcares dissolvido sendo determinada pela concentração em Grau Brix O Brix da amostra utilizada no ensaio obteve o valor de 19Bx antes do processo de fermentação e com pH de 84 a uma temperatura de 276C Processo de Fermentação alcoólica No período de 24 horas as leveduras consumiram os açúcares presentes na solução produzindo etanol e gás carbônico conforme evidenciado pelos gases presentes no galão os quais foram liberados ao abrir da tampa do galão A leitura final dos sólidos solúveis foi 9Bx e pH 68 a uma temperatura de 27ºC Quinze litros do caldo fermentado foram transferidos para o equipamento de destilação Destilação O procedimento experimental de destilação foi realizado em um equipamento projetado e construído pelo aluno Gustavo de Toledo Marchi O sistema é constituído de uma coluna de destilação por pratos teóricos dividido em módulo Os pratos teóricos consistem em seções semelhantes a pratos os quais tem a função de iniciar a condensação de correntes ascendentes de vapor Durante as primeiras alíquotas coletados o etanol esteve com concentração de aproximadamente 10 a 16GL contudo o último refluxo conferiu 462GL O rendimento do etanol produzido em comparação com o total de resíduo utilizado na fermentação foi de aproximadamente 16 em volume total ou seja se produziu 32 litros de etanol a partir dos 20 litros Para a determinação da cabeça foi realizado um teste simples de solubilidade onde se evidenciou o a afinidade do etanol com o éster solúvel e água com álcool solúvel observando que o éster não tem afinidade com a água não solúvel onde se identificou a diferença de fases Para confirmar que o produto obtido foi etanol foi realizado o teste de chama para verificar a presença de etanol por queima RevBrasProcQuím Campinas SP v3 n1 p150 janjun 2022 30 Foi observado que o reciclo teve um aumento exponencial do teor de etanol no último reciclo podendose supor que o processo de contracorrente foi mais efetivo a partir da segunda carga que esteva mais rica em etanol ou com ausência de éster CONCLUSÕES O aproveitamento do efluente da lavagem de bandejas da fabricação de doces rico em açúcares para produção de etanol via fermentação por Saccharomyces cerevisiae seguida de destilação em equipamento constituído de uma coluna de destilação por pratos teóricos é simples e viável sendo uma alternativa sustentável ao descarte deste efluente REFERÊNCIAS ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS NBR 9800 Critérios para lançamento de efluentes líquidos industriais no sistema coletor público de esgoto sanitárioProcedimento BASTOS V D Etanol alcoolquímica e biorrefinarias Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social 2007 BRASIL R D C 275 de 22 de setembro de 2005 Regulamento Técnico de Características Microbiológicas para água mineral natural e água natural 2005 Disponível em httpsbvsmssaudegovbrbvssaudelegisanvisa2005rdc 027522092005html Acesso 12052022 CONAMA R 43011 Política Nacional de Meio Ambiente 2004 Conselho dos produtores de canadeaçúcar açúcar e álcool do estado de São Paulo CONSECANASP Normas operacionais de avaliação da qualidade da cana deaçúcar 5ª ed Piracicaba 2006 Disponível em httpsdocplayercombr328090Consecanaspconselhodosprodutoresde canadeacucaracucarealcooldoestadodesaopaulomanualde instrucoes5aedicaopiracicabasp2006html Acesso em 12052022 FEITOSA I R LIMA L S FAGUNDES R L Manual de licenciamento ambiental SEBRAE 2004 FIGUEIRAS M L Efeito da adição de resíduos alimentares triturados no tratamento de esgoto doméstico em reator UASB 2016 70f Dissertação Mestrado em RevBrasProcQuím Campinas SP v3 n1 p150 janjun 2022 31 Tecnologia Ambiental Programa de Pósgraduação em Engenharia Civil e Ambiental Universidade Federal de Pernambuco Caruaru 2016 FIGUEIRÊDO Maria Cléa Brito de et al Avaliação da vulnerabilidade ambiental de reservatórios à eutrofização Eng sanit ambient v 12 n 4 p 399409 2007 FILHO P P O álcool combustível obtenção e aplicação nos motores Sl Livraria Nobel 1980 LUDWIG K M OLIVANETO P DE ANGELIS D F Quantificação da floculação de Saccharomyces cerevisiae por bactérias contaminantes da fermentação alcoólica Food Science and Technology Campinas p 6366 2001 RIPOLI T C C RIPOLI M L C Biomassa de canadeaçúcar colheita energia e ambiente Piracicaba Barros Marques Ed Eletrônica 2004 302 p VON SPERLING Marcos Introdução à qualidade das águas e ao tratamento de esgotos Editora UFMG 1996 Universidade Federal do Amazonas Instituto de Ciências Biológicas Tecnologia das Fermentações 20221 Nome Matrícula Análise do Artigo BROLAZO Eliane DE TOLEDO MARCHI Gustavo Produção de etanol a partir de efluente da fabricação de doces Revista Brasileira de Processos Químicos v 3 n 1 p 2431 2022 1 Qual a justificativa para o uso da matériaprima sugerida R A água de lavagem dos equipamentos de indústria alimentícias especializadas na produção de doces é rica em carboidratos sacarose glicose e frutose que quando despejadas no esgoto possuem potencial poluente em virtude de aumentar a carga orgânica e assim aumentam a demanda bioquímica de oxigênio DBO Assim o processo de fermentação desta matériaprima além de remover este poluente das águas pode gerar etanol um combustível de importante valor econômico 2 Qual o objetivo dos autores R Os autores têm como objetivos a reutilização de maneira sustentável de resíduos industriais ricos em açúcares e a obtenção etanol a partir de processos fermentativos sobre estes 3 Qual o bioproduto almejado e como ele é utilizado R Buscase produzir etanol a partir da fermentação dos açúcares obtidos dos efluentes industriais O etanol é utilizado como biocombustível aplicado principalmente em automóveis obtido de forma expressiva da fermentação da canadeaçúcar 4 Descreva o modo como o bioproduto foi produzido R Foi utilizado a água de lavagem dos utensílios proveniente de indústrias Doces Terra Esta água continha uma mistura de sacarose e açúcar invertido frutose e glicose Foi realizada uma filtragem a fim de retirar partículas sólidas e o teor de açúcares dissolvidos foi determinado pelo teor de sólidos solúveis Brix O filtrado foi aquecido a aproximadamente 100C para evaporar a água excedente até que se obteve o concentrado de solução de açúcares desejada maior que 14ºBx e então este foi submetido a fermentação por Saccharomyces cerevisiae linhagem CA11 marca LNF A solução concentrada de açúcares resfriada a temperatura ambiente foi transferida para um galão de fermentação com tampa e foi inoculada com a levedura O recipiente foi fechado e o processo de fermentação foi acompanhado observandose a produção de dióxido de carbono O processo de fermentação foi acompanhado por 2 dias sendo liberado o excesso de dióxido de carbono periodicamente A solução final foi então destilada em uma coluna de destilação por pratos teóricos 5 Quais as etapas upstream e downstream do bioprocesso que trata o artigo R A etapa Upstream consistiu no preparo do meio de cultura a solução concentrada de açúcares e sua fermentação pelas leveduras Saccharomyces cerevisiae Já a etapa Downstream consistiu na etapa de destilação desta solução após a fermentação para obtenção do etanol puro 6 Quais as conclusões do artigo R Foi possível reaproveitar a água oriunda de efluentes de indústrias de fabricação de doces para produção de etanol via fermentação por Saccharomyces cerevisiae O rendimento do etanol produzido foi de aproximadamente 16 em volume total isto é para cada 20 litros de solução de açúcares conseguiuse produzir 32 litros de etanol de uma forma simples e viável economicamente para que estas indústrias possam dar um destino sustentável as águas de lavagem