Volume de vinhaça: menos é mais

Nos últimos 40 anos a produção de etanol aumentou cerca de 60 vezes, assim como o volume de vinhaça. Atualmente, para cada litro de álcool produzido no país são gerados 12,4 litros de vinhaça em média, o que significa uma produção de 372 bilhões de litros por ano.

Redução do volume da vinhaça

Alternativas para utilização da vinhaça vêm sendo sistematicamente pesquisadas desde 1950. Na época, o professor Jaime Rocha de Almeida apresentou os resultados dos primeiros estudos de aplicação da vinhaça no solo. Estavam lançadas as bases para a fertirrigação, desmistificando a acidez do solo causada pela vinhaça. Mesmo assim, as aplicações passaram a ser realizadas em áreas de sacrifício às quais eram destinados grandes volumes, chegando em alguns casos a 10.000 m3/ha. Mais tarde, em 1975, o professor Nadir Almeida da Glória estabeleceu as bases para a aplicação racional da vinhaça levando em consideração a sua composição mineral, as características do solo e as exigências da cana-de-açúcar. A partir da década de 1980 houve uma redução significativa nos volumes de vinhaça aplicados no solo, em geral variando de 500 a 2.000 m3/ha.

Com base na capacidade de troca de cátions (CTC) do solo e na concentração de potássio (K2O) da vinhaça, em 2005 a CETESB-SP regulamentou o uso e os limites de aplicação nas áreas cultivadas com cana-de-açúcar reduzindo ainda mais os volumes de vinhaça por ha. E quando o limite de CTC do solo é atingido, a aplicação de vinhaça fica restrita à reposição de 185Kg K2O/ha, extração média da cana a cada corte. Para atender as novas diretivas os custos com armazenamento, transporte e aplicação da vinhaça aumentaram consideravelmente.

A vinhaça tem potencial para repor a maior parte dos minerais retirados do solo pela cana-de-açúcar, mas por não ser distribuída em todo o canavial gera um desequilíbrio entre áreas com e sem fertirrigação. Atualmente, 60 a 70% das áreas de canavial não são fertirrigadas e, por isso, dependentes de fertilizantes químicos para reposição dos minerais extraídos pela cana.

Por sua vez, com a colheita e processamento da cana, estes minerais são exportados para as áreas que recebem vinhaça. Desta forma, as áreas fertirrigadas acabam concentrando os minerais extraídos pela cana de “todo” o canavial. Ou seja, são exportados sais minerais de todo o canavial para as áreas que recebem vinhaça. Aplicações sucessivas de vinhaça podem levar à saturação dos solos como ilustrado na Figura 1. Mais cedo ou mais tarde, este limite de saturação acaba sendo atingido em função das características do solo, da composição da vinhaça e dos volumes aplicados por ha.

Os principais problemas decorrentes da saturação dos solos são: a) salinização e alteração do potencial osmótico do meio; b) toxicidade às plantas causadas por íons específicos; c) prejuízo da absorção de água e nutrientes pelas plantas; e d) desestabilização da estrutura do solo. Por consequência, a taxa de crescimento das plantas acaba sendo prejudicada devido a menor captação de água, gasto de energia para balancear as concentrações de sais nos tecidos vegetais, redução da disponibilidade de energia para promover o crescimento da planta.

Uma destilaria autônoma, com moagem de 2.000.000 ton/ano, produtividade de 80 ton/ha, 133 Kg ATR/ton, área de colheita de 25.000 ha e teor alcoólico de 8,5% (v/v) no vinho, gera um volume de vinhaça de aproximadamente 1.850.000 m3/safra. Considerando um teor médio de 2,5 Kg K2O/m3 de vinhaça, retornam ao campo 4.625.000 Kg de K2O. Se esta vinhaça fosse aplicada com base na dose média exigida pela cultura da cana-de-açúcar (185 kg K2O por ha), a área correspondente de aplicação da vinhaça seria de exatos 25.000 ha. Ou seja, teríamos um equilíbrio entre remoção e retorno de potássio ao canavial, com redução de custos em fertilizantes químicos e mitigação da saturação dos solos fertirrigados.

volume de vinhaça figura 1

Figura 1. Processo de saturação do solo nas áreas de canavial que recebem vinhaça. Fertilizantes químicos são utilizados para repor o potássio que é extraído pela cana. A vinhaça resultante do processamento da cana acaba sendo aplicada numa área bem menor, concentrando os minerais no solo.

Para alcançar este balanço entre a extração e reposição de minerais é preciso levar a vinhaça para áreas mais distantes do canavial. Isso aumenta os custos operacionais, investimentos em canais, caminhões, tanques de armazenamento e logística para coordenar o transporte e aplicação da vinhaça. Por outro lado, também há uma oportunidade que é a redução dos gastos com fertilizantes químicos como o KCl.

Isso pode ser resolvido? Sim, concentrando a vinhaça em 20, 30 ou até 50%. Volumes menores permitem ampliar o raio econômico de aplicação no canavial (Figura 2). A vinhaça, distribuída numa área maior, diminui os problemas de saturação do solo além de trazer uma economia em fertilizantes a base de potássio. Para reduzir os volumes de vinhaça algumas usinas têm trabalhado com teores alcoólicos mais elevados na fermentação. Esta redução de volume em função do teor alcoólico está demonstrada na tabela 1. Para isso foram desenvolvidas tecnologias como o ALTFERM® com objetivo de aumentar o teor alcoólico das fermentações, reduzir o volume de vinhaça, diminuir o gasto de vapor na destilaria e o consumo de água.

volume de vinhaça figura 2

Figura 2. Raio econômico de distribuição da vinhaça com base no aumento do Brix. As setas azul e vermelha indicam a faixa de concentração do Brix da vinhaça com maior ganho no raio econômico.

volume de vinhaça tabela 1

Tabela 1. Teor alcoólico do vinho versus redução do volume de vinhaça e número de carregamentos para uma destilaria que produz 5.200 m3 de etanol por semana.

* Considerando apenas 23% do volume de vinhaça transportada por caminhão e 15 m3  para cada tanque
Fonte: Fermentec

A elevação do teor alcoólico na fermentação aumenta o Brix da vinhaça reduzindo o volume por m3 de álcool produzido. Mais concentrada, a vinhaça pode ser aplicada em áreas distantes do canavial, diminuindo custos com transporte, aplicação e com fertilizantes. Por causa das particularidades de cada usina o aumento no raio econômico de aplicação da vinhaça deve ser determinado para cada unidade industrial.

Em resumo, com menos vinhaça reduzimos o número de carregamentos, tanques de armazenamento, transporte e aplicação em áreas mais distantes do canavial gerando mais economia para a indústria. Por isso, quando falamos do volume de vinhaça, menos é mais.

Autores: Mário Lúcio Lopes, Henrique B. Amorim Neto e Henrique V. Amorim

Fonte: Portal FT agosto/2016

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Desempenho da levedura Fermel® na fermentação com alto teor alcoólico

A levedura Fermel® foi, junto com a PE2, CAT-1 E FT 858L, uma das leveduras mais utilizadas pelos clientes Fermentec para iniciar a safra 2018/19. Esse sucesso da levedura Fermel® era esperado, visto a sua performance em ensaios de laboratório e testes em escala piloto realizados por mais de 15 anos. Na safra 2015/16 foi feito um teste em escala piloto do desempenho desta levedura em fermentações com alto teor alcoólico. Este tipo de fermentação é baseada na otimização do processo de produção de etanol, em leveduras específicas tolerantes e menores temperaturas de fermentação, tendo como benefícios menor gasto de energia a destilar, menor volume de vinhaça e economia de insumos.

A pesquisa conduzida pela Fermentec em escala piloto demonstrou viabilidade econômica, técnica e ambiental deste processo. Nessa condição de processo, o papel da levedura é determinante, já que necessita ser mais resistente aos teores mais elevados. As linhagens que vem sendo selecionadas pela Fermentec são mais viáveis que as leveduras tradicionais. Dentre elas, temos a levedura Fermel®, a qual apresenta viabilidade técnica ao fermentar açúcares em alto teor alcoólico e com produção menor de espuma no processo.

Teste piloto com levedura Fermel® na safra 2015/16 em fermentação com alto teor alcoólico

O desempenho da levedura Fermel® foi avaliado em uma fermentação com teor alcoólico superior a 12% v/v com mosto de melaço e água. Também foi avaliada a redução do volume de água utilizada no preparo do pé de cuba para comprovar a viabilidade de se trabalhar com redução do uso de água potável no processo sem comprometer o processo de fermentação em teores alcoólicos mais elevados.

Foram feitas 179 fermentações ao longo da safra passada. A levedura Fermel® obteve uma faixa ótima de trabalho de 13-14% (v/v), com valor médio de 13% v/v de teor alcoólico. O tempo de fermentação ficou com valor médio de 14 horas (gráfico 1). A viabilidade média da levedura foi de 78,8% (gráfico 2).

Gráfico 1. Desempenho da levedura Fermel® ao longo de 179 fermentações com destaque para o teor alcoólico e tempo de fermentação.

Gráfico 2. Viabilidade celular ao longo de 179 fermentações.

Em relação à redução do uso de água do pé de cuba, foi mantida durante a safra a proporção de 20% de fermento tratado em relação ao volume final de vinho, não sendo observada nenhuma alteração nos parâmetros avaliados, demonstrando que a levedura tem capacidade de fermentar satisfatoriamente com menos água, com índices similares a uma fermentação de alto teor alcoólico. Vale ressaltar que a relação de 20% adotada é uma condição empregada pelas destilarias que utilizam elevadas proporções de caldo na composição de mosto. Já na avaliação feita em escala piloto, as fermentações contemplaram apenas mosto composto por melaço e água.

Alguns contratempos explicam resultados não satisfatórios com relação a teor alcoólico, tempo de fermentação e viabilidade celular das leveduras (Gráficos 1 e 2). Um dos fatores que justificam muitos desses contratempos é a acidez elevada do melaço utilizado para a composição do mosto. O valor de acidez/brix do melaço desta safra apresentou valores elevados, com valor médio de 10,3 chegando até a 12 (Gráfico 3).

Durante as rodadas 38 a 54, por exemplo, a acidez/brix do melaço ficou elevada, com média de 11,6 (Gráfico 3). Isso ocasionou aumento do tempo de fermentação e queda da viabilidade das leveduras. Já durante as rodadas 47 a 52 houve um aumento no tempo de fermentação, provavelmente devido ao aumento excessivo de teor alcoólico (acima de 14% v/v) somado a acidez do melaço/brix que ficou em torno de 10,8 como pode ser observado no Gráfico 3. Novamente verificamos aumento do tempo de fermentação e queda da viabilidade celular. Já durante as rodadas 99 a 113 foi um período de recuperação da levedura após uma parada de sete dias na usina. E, por fim, também temos alguns pontos isolados com tempos de fermentação acima de 17 horas sempre devido ao aumento de teor alcoólico quando se atingia valores acima de 15% v/v. Aqui cabe ressaltar a elevada capacidade de rápida recuperação de viabilidade da Fermel®, sendo um dos diferenciais da levedura.

Também é importante ressaltar que a partir da fermentação número 133 a média de acidez/brix do melaço caiu para 7,5, permitindo um período de maior estabilidade com relação a teor alcoólico, tempo de fermentação e viabilidade. Todavia, esse valor ainda é consideravelmente alto para uma fermentação de mosto com água e melaço, o que reforça a robustez da Fermel® ao longo das fermentações.

Todas essas ocorrências, principalmente a alta acidez encontrada no melaço, interferem no rendimento fermentativo. O rendimento médio da safra nas fermentações da piloto foi de 87,73%. Tudo isso só reforça a importância da qualidade da matéria-prima, do controle industrial e da boa condução do processo. Os testes em escala piloto priorizam a avaliação dos limites da levedura para aprimorar as fermentações industriais, nas quais deslizes e contratempos acarretam prejuízos econômicos.

Gráfico 3. Acidez/Brix ao longo de 179 ciclos fermentativos.

A Figura 1 demonstra que houve permanência e dominância da levedura Fermel® durante as fermentações feitas em escala piloto na safra 2015/2016, a qual mesmo com o surgimento de outras leveduras conseguiu se manter até o final da pesquisa.

Figura 1. Análise de cariotipagem durante as fermentações feitas em escala piloto.

Os resultados obtidos com as fermentações realizadas em escala piloto na safra 2015/2016 demonstraram que a levedura Fermel® proporciona bom desempenho fermentativo em condições de alto teor alcoólico com mosto de mel e água, com tempo de fermentação viável, e com redução do consumo de água na composição do pé de cuba. Adicionalmente, a resistência a acidez elevada do mel durante as fermentações é outro ponto que chama a atenção e agrega valor às habilidades, viabilidade e robustez da Fermel®.

Autores: Marcel Salmeron Lorenzi e Juliana Hellmeister de Campos Nogueira
Fonte: Portal FT julho/2016

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O que é o óleo fusel e impacto na usina

O que é o óleo fusel? Uma das possíveis definições diz ser uma mistura composta por álcoois superiores, como o Isoamílico, o Amílico, o n-Propílico, o Isobutílico, entre outros de concentrações insignificantes. O etanol não faz parte da composição.

Tabela 1. Principais constituintes do Óleo fusel

Tabela 1. Principais constituintes do Óleo fusel

Fonte da tabela: Perez et. Al 2001

O primeiro relato sobre óleo fúsel foi em 1785 (Scheele), porém a sua identificação e descrição foi em 1800, na Alemanha, sendo chamado de fousel (“bad spirit”). Somente a partir de 1830 o óleo fúsel foi isolado e caracterizado por alguns pesquisadores. O óleo Fúsel possui duas vias de formação: aminoácido ou glicose, conhecidas por Via de Ehrlich e Biossintética, respectivamente.

Figura 1. Via de Ehrlich e Biossintética

Figura 1. Via de Ehrlich e Biossintética

Atualmente, o óleo Fúsel é classificado em Baixo (Amílico e Isoamílico) e Alto (n-Propanol, Isobutanol e n-Butanol). Na prática, durante a extração na coluna de retificação, não existe esta separação. A produção percentual de óleo fúsel em relação ao etanol produzido, em condições nacionais, varia de 0,1 a 0,3%.

Tabela 2. Produção média de alguns clientes Fermentec

Tabela 2. Produção média de alguns clientes Fermentec

Segundo Patil et. Al 2002, níveis de 0,4% retardam a fermentação e 0,7 a 0,8% inibem a fermentação.

Existem cinco fatores diretamente relacionados à produção de óleo fúsel: linhagem da levedura, tipo da fonte nitrogenada (sais de amônia e aminoácidos), característica da fermentação (tempo de fermentação, tempo de espera para centrifugação, temperatura da fermentação e pH), tipo de mosto (melaço, caldo cru, caldo clarificado) e arejamento.

O óleo fúsel possui diversas utilizações industriais, dentre elas: reagentes em sínteses orgânicas, indústria de plástico e perfumaria (ésteres), carburante junto ao etanol e diesel. Apesar destas utilidades, o setor sucroenergético busca minimizar sua produção, pois nem sempre possui preço favorável. Agrega-se a este fator a redução da eficiência do processo fermentativo, seja em função do possível estresse as células de levedura e/ou pelo desvio de açúcar para formação destes subprodutos.

Nesta concepção, é possível minimizar a produção do óleo fúsel adotando as seguintes medidas:

- Escolher a levedura mais adequada, seja selecionada ou personalizada;
- Verificar a fonte nitrogenada utilizada no processo, quando necessário;
- Adequar os parâmetros da fermentação;
- Evitar aeração de cubas e dornas.

Autor: Osmar Parazzi Jr.

Fonte: Portal FT abril/2016

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Rendimento da fermentação por subproduto: interferência de contaminantes

O uso do cálculo do rendimento de fermentação por subprodutos tem sido, desde o final dos anos 80, uma tentativa de representar o balanço de massa através dos principais componentes produzidos durante a fermentação alcoólica, principalmente nos processos contínuos. O objetivo foi buscar uma forma simples para representar o rendimento e que não utilizasse volumes e para isso foram inseridos os principais produtos gerados.

A equação é descrita da seguinte forma:

Rendimento = 100 / (1 + 1,19 KL + 0,5 KG + 0,511 (KAC + KART))

Onde: KL: massa de levedura produzida / álcool produzido (g massa seca / g etanol)
KG: massa de glicerol produzido / álcool produzido (g glicerol / g etanol)
KAC: massa de ácido produzido / álcool produzido (g ácido / g etanol)
KART: massa de açúcar residual / álcool produzido (g ART residual / g etanol)

Entretanto, as reações não são simples como descritas na equação e são sujeitas a interferências causadas pela própria levedura, pela presença de outros microrganismos e pelas condições de processo.

O subproduto que mais afeta o cálculo é a biomassa. Deduzindo a fórmula, se observa que a biomassa tem um peso maior que os demais, pois está sendo multiplicada por 1,19 e os demais por 0,511. Uma vez que esse fato se tornou conhecido, algumas unidades passaram a não remover o excesso de biomassa do processo para manter elevado (erroneamente) o rendimento por subprodutos. Esse é o exemplo clássico de mau uso de uma equação, pois o excesso de fermento no processo prejudica o rendimento real e aumenta o uso de insumos. Além disso, quando ocorre floculação, a amostragem de fermento pode não ser representativa e esse fato que gera um erro grave no resultado.

No cálculo não estão inseridos outros subprodutos como o acetaldeído e o ácido acético, os quais são volatilizados durante a fermentação, dificultando a quantificação, mas a sua produção afeta o balanço de massa interferindo no rendimento. Além destes exemplos, há muitos outros produtos que não são considerados na equação.

Todos estes fatos citados são conhecidos e levam a um rendimento de fermentação (por subprodutos) superestimado quando comparado ao rendimento calculado por volumes. Em comparativos realizados ao longo de muitas safras com os dados industriais a tendência dessa superestimação foi confirmada. Conhecendo as limitações do rendimento por subprodutos é correto afirmar que este cálculo pode ser usado como referência e não para definir perdas no setor.

Devido a presença de outros microrganismos além da levedura, o processo fermentativo fica sujeito a outros interferentes. A seguir, serão apresentados fatos reais nos quais a presença de contaminantes microbianos exerceu influência direta sobre no cálculo de rendimento por subprodutos.

Este levantamento não tem a intenção de comparar as formas de avaliar o rendimento de fermentação, mas abordar casos onde ocorre a degradação (metabolismo) e a formação de novos subprodutos não considerados na fórmula.

O glicerol pode ser metabolizado?

No primeiro exemplo, na safra 2014/2015 foi identificada uma relação positiva entre o rendimento por subprodutos e a contaminação bacteriana no vinho em uma destilaria. Os aumentos do rendimento e da contaminação ocorriam de forma paralela.

Aprofundando a análise dos dados se observou que o aumento do rendimento também estava relacionado com a redução da concentração de glicerol. Em determinadas ocasiões o balanço de glicerol chegava a valores extremamente baixos reforçando as suspeitas relacionando o glicerol à contaminação.

Para avaliar o caso, amostras do vinho foram coletadas e as bactérias presentes foram isoladas e identificadas. Por meio do sequenciamento do 16S rDNA foi identificada uma espécie de bactéria, a Acetobacter indonesiensis, que tem como habitat a cana e é capaz de consumir ou transformar o glicerol em outros produtos como:

- 3-hidroxipropionaldeido e acroleína;
- 1,3 propanodiol;
- Dihidroxiacetona.

Portanto, houve a produção de glicerol, que foi transformado em outro produto, gerando um erro no rendimento. A avaliação dos dados revelou que a presença dessa bactéria causou uma interferência de 3 p.p. no rendimento de fermentação por subprodutos em determinados períodos. Nos dois gráficos a seguir se observa a relação entre a contaminação bacteriana, o consumo de ART para a produção de glicerol e o rendimento de fermentação por subprodutos.

Foi realizado um ensaio e a bactéria em questão apresentou crescimento em meio de cultivo sintético no qual a única fonte de carbono era o glicerol, confirmando a hipótese.

Fermentação Malo-láctica reduz a acidez do vinho

Em outro caso, na safra 2007/2008, foi observado em uma usina que o aumento da contaminação reduzia a acidez do vinho. Esse fato se repetiu na safra seguinte. De amostras do vinho foram isolados e identificados, novamente pelo sequenciamento do gene 16S, quatro isolados da espécie Lactobacillus fermentum capazes de reduzir a acidez do vinho. Destes, três isolados foram capazes de metabolizar o ácido málico e outros três isolados de metabolizar o ácido cítrico.

Estas bactérias obtêm energia convertendo o ácido málico em ácido lático reduzindo a acidez do vinho, em um processo conhecido como fermentação malolácticas. Essa redução da acidez do vinho eleva erroneamente o rendimento de fermentação por subprodutos.

A fermentação malo-láctica é desejável e comum na produção de vinhos de mesa. Isso ocorre porque o ácido málico apresenta dois grupos carboxílicos e o ácido lático apenas um. No gráfico a seguir ocorre entre as semanas 22 e 27 uma relação negativa entre as duas variáveis.

Manitol: um álcool produzido por bactérias

O advento da cromatografia líquida tornou mais simples a determinação de um novo subproduto produzido por bactérias hetero-fermentativas e não pela levedura, o manitol (que é um poliol, ou seja, um álcool). Este é um produto originado durante o crescimento bacteriano através do consumo de açúcares redutores (frutose) afetando o rendimento de fermentação por subprodutos.

Em pesquisa sobre a produção de manitol foram obtidos os resultados de ensaio realizado com distintas espécies em crescimento por 48 horas a 32ºC e em meio de caldo e melaço acrescido de minerais e extrato de levedura. As condições utilizadas foram similares as condições de produção industrial de etanol.

No gráfico a seguir, há uma correlação evidenciando que a concentração de manitol está associada ao crescimento bacteriano.

A análise dos dados do quadro a seguir evidencia que a produção de manitol é variável e significativa em algumas espécies, principalmente dos gêneros avaliados Leuconostoc e Lactobacillus. Em fermentações que estes contaminantes estiverem presentes, o rendimento de fermentação por subprodutos será superestimado.

Em resumo, foram discorridas algumas variáveis que poderiam ser inseridas na equação de rendimento de fermentação por subprodutos para uma melhor representatividade. Há variáveis que afetam o rendimento geral por subprodutos e, algumas delas, poderiam ser adicionadas à fórmula. Contudo, inserir variáveis implicaria em aumento de dificuldade e o que se busca nas análises é justamente a simplicidade. Por fim, o rendimento por subprodutos pode ser usado como referência, mas não para definir perdas no setor.

Autor: Rudimar A. Cherubin
Fonte: Portal FT Março/2016

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Banco de microrganismos da Fermentec preserva a genética há mais de 30 anos

Um banco de microrganismos é uma coleção de culturas que tem como principal objetivo conhecer, preservar e proteger o patrimônio genético de leveduras e bactérias, além de fornecer material biológico de qualidade para atender as pesquisas e a demanda das indústrias nos mais diversos setores. Sem uma preservação adequada, muitos microrganismos poderiam simplesmente se perder com o tempo, além de haver o risco da contaminação cruzada por outros microrganismos ou de ter suas principais características modificadas tornando-os inadequados para algumas aplicações.

Os microrganismos estão sujeitos a cruzamentos espontâneos e troca de material genético, esporulações, recombinações mitóticas e mutações, que levam à perda das habilidades fermentativas e atributos importantes para a indústria se não forem preservados corretamente. Devido a importância de preservar os microrganismos para pesquisas e aplicações industriais, nos últimos anos, o número de coleções de culturas tem aumentado significativamente no Brasil e em outros países. De acordo com a Federação Mundial de Coleções de Culturas (WFCC) existem atualmente, 704 coleções de culturas registradas em 72 países que preservam 2.538.710 microrganismos, sendo 1.044.379 bactérias, 771.099 fungos e leveduras, 37.912 vírus e 31.829 linhagens celulares como demonstrado na Figura 1.

Distribuição dos microrganismos preservados em 704 coleções de culturas em todo mundoFigura 1. Distribuição dos microrganismos preservados em 704 coleções de culturas em todo mundo.

Ainda, segundo a WFCC, o Brasil é o país com o maior número de coleções registradas (65) e o terceiro colocado em número de culturas, como demonstrado na Tabela 1. Japão e Estados Unidos são os países com o maior número de culturas apesar de um menor número de coleções quando comparados a outros países como Brasil, Tailândia, Senegal, França, Austrália, China e Índia.

Tabela 1. Relação dos principais países e número de coleções e culturas (fungos e leveduras, bactérias, vírus, cultivo de células)

Relação dos principais países e número de coleções e culturas (fungos e leveduras, bactérias, vírus, cultivo de células)Na sua grande maioria, estas coleções de microrganismos são mantidas pelos governos e universidades. Somente uma pequena fração (9,90%) tem sido preservada exclusivamente pela iniciativa privada e indústrias, como demonstrado na Figura 2.

A manutenção destas coleções exige conhecimento especializado, rotinas bem estabelecidas de reativação e cultivo dos microrganismos, métodos de verificação e confirmação de identidade dos microrganismos, equipamentos especiais para liofilização e preservação em freezer a ultrabaixa temperatura (-80oC), domínio de aspectos regulatórios, práticas de biossegurança e manutenção de um banco de dados com informações atualizadas sobre cada microrganismo. Estas atividades requerem profissionais especializados e capacitados para trabalhar com microrganismos de diferentes gêneros e espécies. De acordo com a WFCC, um total de 5.430 pessoas trabalham diretamente nestas 704 coleções o que representa em média 1 profissional para cada 468 microrganismos.

Manutenção das coleções de culturas por diferentes instituições em 72 paísesFigura 2. Manutenção das coleções de culturas por diferentes instituições em 72 países.

Desde 1985, a Fermentec vem preservando leveduras e bactérias de fermentações industriais. Este trabalho se intensificou com o monitoramento das leveduras pela cariotipagem de amostras coletadas de diversos processos de fermentação no Brasil e exterior.  Em 2019, o Banco de Microrganismos da Fermentec conta com 2.737 leveduras e 3.468 amostras de levedo (totalizando 6.205 entradas), além de 730 bactérias. Cada microrganismo registrado no banco recebe um código FT seguido de um número e a letra “L” se for levedura ou a letra “B” se for bactéria. Este código permite rastrear a origem e demais informações associadas a cada microrganismo. Nos últimos cinco anos o número de leveduras depositadas no banco da Fermentec tem crescido fortemente (Figura 3).

Evolução do número de leveduras preservadas no Banco de Microrganismos da Fermentec desde o início da década de 1990Figura 3. Evolução do número de leveduras preservadas no Banco de Microrganismos da Fermentec desde o início da década de 1990.

Muitas destilarias passaram a fazer um monitoramento mais frequente da população de leveduras e conseguiram selecionar suas próprias Leveduras Personalizadas® que passaram a ser preservadas na Fermentec. Além disso, diversas linhagens contaminantes, mas com características de dominância e persistência, também têm sido preservadas visto o potencial de serem utilizadas para outras aplicações.

As leveduras e bactérias têm sido utilizadas para avaliação de novos produtos (antiespumantes, dispersantes, antibióticos, biocidas, nutrientes), assim como para pesquisa e desenvolvimento de novos processos industriais (fermentações com teores alcoólicos elevados, uso de leveduras imobilizadas, leveduras floculantes). A preservação das leveduras no Banco de Microrganismos também possibilitou a identificação das habilidades fermentativas de diferentes linhagens para maltose e maltotriose que ocorrem nos mostos de milho e outros substratos amiláceos (Figura 4), rafinose e melibiose (presentes na beterraba açucareira), estaquiose (melaço de soja), xilose e arabinose (açúcares originados da hidrólise da hemicelulose), celobiose (originada da hidrólise incompleta da celulose), leveduras frutofílicas (que fermentam mais rápido a frutose, principal açúcar dos mostos de agave para produção de tequila) e as leveduras capazes de transformar bagaço em proteína de alto valor nutricional (fábrica de leveduras).

Crescimento relativo de leveduras industriais (Saccharomyces) utilizando a maltose. O crescimento foi avaliado por leituras da densidade óptica a 600nm em relação a população inicial de célulasFigura 4. Crescimento relativo de leveduras industriais (Saccharomyces) utilizando a maltose. O crescimento foi avaliado por leituras da densidade óptica a 600nm em relação a população inicial de células.

Além das leveduras, o Banco de Microrganismos da Fermentec tem um papel fundamental na identificação e caracterização das bactérias Gram+ (homo e heterofermentativas) que afetam as fermentações industriais como é o caso das bactérias lácticas que transformam glicose e frutose em ácido láctico (isômero D, Isômero L, ou uma combinação racêmica dos dois isômeros), frutose em manitol (fermentação manítica), que são capazes de converter o ácido málico em láctico (bactérias malolácticas) e aquelas Gram- que metabolizam o glicerol em di-hidroxiacetona.

Para preservar estas leveduras e bactérias, a Fermentec tem adotado duas estratégias: a liofilização das células e a estocagem em freezer ultrafrio (-80oC). A liofilização em ampolas de vidro tem permitido preservar, transportar e utilizar microrganismos conservados a mais de 20 anos (Figura 5). A liofilização reduz a frequência de repicagens, a manipulação excessiva pelo microbiologista e os riscos de contaminação. Por outro lado, manutenção no freezer ultrafrio facilita o trabalho do analista, simplifica o procedimento de reativação e armazenamento e reduz as chances de perda da viabilidade do microrganismo caso venha ocorrer o rompimento da ampola de vidro.

Leveduras e bactérias são preservadas em ampolas de vidro liofilizadas. Viabilidade pode ser mantida por 20 anos. (A) ampola de vidro contendo células de levedura liofilizadas; (B) liofilizador carregado com ampolas de vidroFigura 5. Leveduras e bactérias são preservadas em ampolas de vidro liofilizadas. Viabilidade pode ser mantida por 20 anos. (A) ampola de vidro contendo células de levedura liofilizadas; (B) liofilizador carregado com ampolas de vidro.

Autores: Mario Lucio Lopes, Vanessa M Costa Diana e Henrique V. Amorim

Fonte: Portal FT fevereiro/2016

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Cariotipagem ainda é o método mais eficaz para selecionar e monitorar leveduras

Monitorar a entrada de leveduras selvagens e a permanência de variedades selecionadas na fermentação é fundamental para maximizar os ganhos financeiros das unidades. Formação excessiva de espuma e seus consequentes gastos com dispersantes e antiespumantes, floculação, aumento do tempo de fermentação e sobra de açúcar no vinho. Todos esses problemas provocam quedas no processo fermentativo que podem chegar a 10%, o que representa uma perda 64.000 a 80.000 L de etanol por dia, para uma destilaria que produz 800.000 L de álcool/dia. A estimativa é de um prejuízo diário de R$ 134.643,20 a R$ 168.304,00 considerando o preço do etanol anidro de R$ 2,1038 conforme indicador ESALQ/CEPEA (15-18/04/2019).

Portanto, metodologias capazes de identificar as leveduras selecionadas e distingui-las das selvagens contaminantes são as bases de um monitoramento eficaz. Atualmente, existem duas estratégias adotadas para monitorar a população de leveduras: a cariotipagem e a genotipagem. E agora, qual a estratégia será escolhida?

Cariotipagem de leveduras

Na cariotipagem é feita a análise das variações no número e tamanho de 16 cromossomos da levedura Saccharomyces cerevisiae. Por sua vez, a genotipagem adotada atualmente para o setor (existem outras variações do método) está baseada na amplificação de apenas quatro loci ou pequenas regiões do genoma da levedura. Ou seja, enquanto a cariotipagem analisa as mudanças e variações em todos os cromossomos da levedura, a genotipagem fica restrita a apenas quatro regiões (pequenos segmentos) do genoma da levedura. Isso torna a cariotipagem uma ferramenta de maior poder de resolução para distinguir diferentes cepas e avaliar suas modificações que ocorrem ao longo da safra.

Por exemplo, se uma levedura perder um pedaço do cromossomo a cariotipagem consegue identificar esta cepa como uma variante da original e diferenciá-la das selvagens, já que esta perda corresponde a 3% do material genético para as variedades diploides.

No caso da genotipagem, a mesma perda irá representar 25% do total dos loci analisados e comprometer o resultado da identificação da levedura. A dúvida poderá levar o analista a classificar a levedura como contaminante, quando na verdade ela pertence à mesma linhagem introduzida no processo, só que com uma alteração cromossômica.

Uma outra situação muito clara que demonstra as vantagens da cariotipagem sobre a genotipagem, da forma como tem sido feita atualmente, diz respeito a distinção entre leveduras Saccharomyces e não-Saccharomyces. Pela cariotipagem basta apenas um único gel e uma única analise para distinguir entre leveduras Sacharomyces e Não-Saccharomyces como mostra a Figura 1. Isso porque as leveduras do gênero Saccharomyces apresentam um número muito particular de cromossomos que as distingue das demais leveduras capazes de fermentar e tolerar teores alcoólicos acima de 8% no vinho.

Leveduras contaminantes como Dekkera bruxelensis, Schizosaccharomyces pombe, Candida krusei, Zygosaccharomyces, e outras apresentam um perfil de cromossomos extremamente diferente das Saccharomyces. Por outro lado, estas leveduras não podem ser identificadas na genotipagem porque pode ocorrer amplificação de genes semelhantes ou regiões conservadas no genoma das leveduras de gêneros tão diferentes quanto a Sacchromyces e a Candida. O analista ao observar os resultados pode interpretar a amplificação como uma linhagem de Saccharomyces, quando na verdade se trata de outro gênero completamente diferente. Da mesa forma, pode não haver amplificação do gene e levar a dúvidas sobre a identificação da levedura. Para distingui-las é necessário usar outro conjunto de primers ou recorrer a análises complementares, gerando mais custos e demandando mais tempo.

Também pesa a favor da cariotipagem o poder de resolução no que diz respeito ao número possível de combinações de cromossomos (16) contra os loci (4) usados na genotipagem. Se for considerado que cada cromossomo na levedura pode apresentar-se polimórfico, então as chances de se encontrar uma linhagem de levedura que “coincidentemente” tenha o mesmo número e tamanho de cromossomos, mas não se trata da linhagem selecionada, é da ordem de 1 em 1616  (ou 1 chance em 18.446.744.073.709.600.000). Por outro lado, se aplicarmos a mesma regra para os loci analisados pela genotipagem teríamos 1 chance em 256 de identificar uma levedura desconhecida e errar a sua identificação. Além disso, se diminuir um único locus (por não ser amplificado ou então por perda de qualidade na sua separação eletroforética) as chances caem ainda mais (1 chance em 9 apenas) o que é um risco muito grande principalmente quando há leveduras aparentadas na fermentação ou muito semelhantes entre si. Para solucionar este problema é simples. Basta aumentar o número de loci analisados na genotipagem até 16 (para se equivaler à cariotipagem). Porém, isso aumentaria o custo da genotipagem proporcionalmente ao número de loci analisados.

Finalmente, o que poderia pesar contra a cariotipagem é o fato de ser uma técnica antiga, ao contrário da genotipagem que é mais recente. Na verdade as duas técnicas nasceram na mesma época, mas a cariotipagem já tem uma longa história no monitoramento e seleção de leveduras no Brasil enquanto que a genotipagem passou a ser utilizada nos últimos quatro anos. A cariotipagem é uma técnica antiga (seus princípios foram estabelecidos em meados da década de 80), mas está em uso desde a década de 90 pela Fermentec e por outros laboratórios que trabalham com leveduras em todo mundo. Portanto, é uma técnica confiável e excelente para identificação, monitoramento e seleção de leveduras. Do contrário, teria sido abandonada ou substituída totalmente ao longo de todos estes anos.

Vantagens da cariotipagem de leveduras em relação à genotipagem:

- Maior confiabilidade nos resultados, menos chances de erros;
- Maior número de bandas polimórficas que facilitam a identificação das leveduras e o grau de parentesco com outras linhagens;
- Distinção de leveduras Saccharomyces e Não-Saccahromyces em uma única análise;
- Identificação de variantes das cepas selecionadas;
- Histórico de dados mais completo e preciso.

Fonte: www.portalft.com.br fevereiro/2015

Autores: Mario Lucio Lopes, Silene C. L. Paulillo e Henrique V. Amorim

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Recorde de público e lançamentos marcam Reunião Início de Safra da Fermentec

A Reunião Início de Safra de 2019 foi o evento dos recordes. 200 profissionais de 32 usinas de todo o Brasil, estiveram no Espaço Beira Rio, em Piracicaba, para conferir as novidades em pesquisas aplicadas pela Fermentec. Outro diferencial, segundo o presidente da Fermentec, Henrique Amorim Neto, foi a quantidade de inovações anunciadas durante o encontro “nunca tivemos uma reunião com tantas novidades. Lançamos duas ferramentas essenciais para a gestão da usina, o GAOA e o Benchmarking web, e apresentamos resultados de pesquisas muito interessantes, como a metagenômica de bactérias, um rastreio dos contaminantes que envolveu 22 usinas, análise de 28 bilhões de sequências de DNA e foi certamente um dos maiores estudos sobre contaminação do mundo”, explica Amorim.

Vídeo Henrique Amorim Neto

Henrique Amorim Neto na abertura da Reunião Início de Safra que registrou público recorde

No encerramento da reunião, o vice-presidente de transferência de tecnologia, Claudemir Bernardino, destacou o horizonte de oportunidades no setor com a previsão de produção de 49 bilhões de litros de etanol em 2030 e o apelo cada vez maior pela energia renovável “o Brasil está na vanguarda em biocombustíveis e as usinas devem estar preparadas para a diversificação da matéria-prima, como milho e soja e a Fermentec estará ao lado de seus clientes, fortalecendo cada vez mais as parcerias para antecipar as tomadas de decisão, diminuir os erros e perdas e potencializar serviços de pesquisas”, afirma Claudemir.

Vídeo Claudemir Bernardino

Claudemir Bernardino e Guilherme Nastari: cenário promissor exige adaptação das usinas

Lançamentos: inteligência artificial da Fermentec e Benchmarking web

Gestão Avançada e Operação Assistida. É o significado da sigla GAOA, uma nova dinâmica de trabalho da Fermentec com seus clientes baseada em inteligência artificial. As usinas geralmente trabalham com gestão reativa, ou seja, agem quando há um problema instalado. No entanto, oscilações de eficiência nem sempre se relacionam com as causas. Por não saberem a origem do problema, gestores acabam tomando decisões aleatórias em busca de solução. Fernando Henrique C. Giometti apresentou algumas funcionalidades deste método e mostrou um exemplo prático: uma análise que foi feita por um profissional experiente em seis horas foi executada pela plataforma em apenas 0,14 segundos.

Exemplo da visualização de dados no GAOA

O GAOA acompanha os processos em tempo real, tem precisão na análise de dados e informa ao gestor se os indicadores de momento se mantiverem, quais serão os resultados atingidos no final do dia. A imagem abaixo permite visualizar como funciona a plataforma e suas vantagens em diagnosticar o processo e tomar decisões rapidamente. O GAOA já está disponível no mercado.

Vídeo Fernando Henrique C. Giometti

Ainda falando sobre dados, João Gaya apresentou o Benchmarking web. A plataforma foi totalmente reformulada para oferecer aos clientes total liberdade para personalizar os filtros e obter os dados de acordo com o objetivo da unidade com gráficos apresentados em tempo real. O Benchmarking compara a média da usina com as da sua região e de todos os clientes, utiliza dados validados, padroniza a base de cálculo e possui o histórico das safras. Enfim, são diversas funcionalidades com impacto no trabalho nas usinas.

Funcionalidades do Benchmarking web foram apresentadas por João Gaya

Vídeo João Gaya

Guilherme Nastari e o horizonte do RenovaBio

O Brasil é o terceiro maior consumidor de combustíveis do mundo, mas é o país que mais utiliza energia renovável. Da matriz energética brasileira, 43% é renovável e o que estimula ainda mais esse setor internamente foi o desenvolvimento de um mercado consumidor, puxado sobretudo pelos veículos flex. Segundo Guilherme Nastari, da Datagro, o RenovaBio, um programa do Governo Federal de incentivo à indução de eficiência no setor, o país deve alcançar um novo patamar na produção de energia limpa “teremos um estímulo para a cogeração. As usinas vão oferecer uma diversificação de produtos além do etanol, como energia de biomassa e biogás. Portanto, a energia verde cada vez mais barata. O RenovaBio será um marco na eficiência energética em nível mundial”, conclui Nastari.

Vídeo Guilherme Nastari

Evolução computacional descomplica uso do NIR

O NIR já foi usado no passado, mas agora está voltando com uma nova filosofia de trabalho entre as fabricantes, de acordo com Eduardo Borges. A Fermentec foi pioneira no mundo na utilização do NIR nas usinas. Antigamente, o espectro do NIR era algo difícil de ser interpretado, por isso o equipamento deixou de ser usado. Agora, com os avanços na informática é possível aproveitar todo o potencial desta tecnologia muito versátil, capaz de analisar vários parâmetros em diversos tipos de amostras, de forma rápida e simples. Os dados são gerados por quimiometria, junção da matemática, estatística e química “o NIR está mais acessível, já é realidade em muitas usinas do Brasil e pode gerar análises em tempo real”, afirma Eduardo Borges.

NIR está voltando aos laboratórios graças às evoluções na informática

Vídeo Eduardo Borges

Metagenômica: o C.S.I. da contaminação bacteriana

Quem assiste às séries de investigação na televisão ou Netflix acompanha a saga da polícia para encontrar o suspeito de um crime. No caso das usinas, as bactérias são as criminosas a serem combatidas e seu processo de investigação é a metagenômica. Mário Lúcio Lopes conduziu uma pesquisa com amostras enviadas por mais de 22 usinas e a tornou um dos maiores estudos sobre bactérias do mundo. Para se ter uma ideia desta magnitude, foram analisadas mais de um bilhão de bases de DNA.

Metagenômica é uma metodologia que faz a identificação de bactérias sem a necessidade de cultivo e permite monitorar a ação da bactéria no processo, mapear os pontos de contaminação, avaliar prejuízos associados a elas, como doenças da cana, perdas de açúcar, corrosão, floculação, etc.

Na Reunião Início de Safra, Mário Lúcio apresentou dois cases que ilustram como a metagenômica é uma grande aliada para combater a contaminação, uma vilã inimiga do rendimento fermentativo. As duas bactérias a seguir foram identificar no estudo feito com a colaboração das usinas.

Leuconostoc mesenteroides

Bactéria que, quando consegue alcançar o mosto, produz dextrana ácido acético e láctico (inibidores da fermentação) e manitol. Essa bactéria pode causar sérios prejuízos ao rendimento da fermentação se não for controlada da forma adequada.

Pyrobaculum sp

Capaz de viver em uma temperatura entre 75 e 105 graus, a Pyrobaculum sp impacta diretamente a vida útil dos equipamentos da usina. Essa bactéria oxida o ferro e está relacionada à biocorrosão. Para se ter uma ideia do tamanho do prejuízo, 3% do valor dos equipamentos das empresas são perdidos por ano por causa da corrosão.

“A metagenômica abre uma nova fronteira de descobertas para controlar a contaminação bacteriana nas usinas”, afirmou Mário Lúcio Lopes.

Para Mário Lúcio, rastrear as bactérias é fundamental para tomar decisões

Vídeo Mário Lúcio Lopes

Elevação do teor alcoólico resolveu gargalo na produção

Os profissionais do setor já sabem que a fermentação com alto teor alcoólico reduz a produção de vinhaça e diminui a utilização de vapor e água. Mas o caso apresentado por Dinailson de Campos é incomum e revela o poder da tecnologia e de uma boa gestão dos processos na resolução dos gargalos da indústria. Uma usina estava recebendo uma cana com alta concentração de açúcar e para aproveitar a matéria-prima precisaria aumentar suas instalações com mais uma dorna. Esta unidade trabalhava com média de 8% de teor alcoólico e precisava reduzir o uso de água e de vapor. Para completar o cenário, sua produção de vinhaça era 100% escoada por caminhões.

Diante desta situação, a Fermentec fez ajustes no processo de fermentação e também propôs alterações na estrutura física das próprias dornas. Assim, a usina foi elevando seu teor alcoólico, que chegou a oscilar. Ao entrar na indústria uma cana com mais ATR o teor alcoólico se elevava “a estabilidade do processo e a sintonia com a agrícola foram fundamentais para o sucesso desta usina. A questão principal era saber quanto a agrícola conseguia entregar para fazer o ajuste na indústria”, afirmou Dinailson. O teor alcoólico desta unidade passou de 7,8% em 2017 para 8,5% em 2018.

Dinailson de Campos: gargalos fizeram a usina buscar uma nova forma de trabalhar

Além de resolver o gargalo, aumentar a produção de etanol sem precisar ampliar o número de dornas, o teor alcoólico mais alto promoveu maior concentração da vinhaça. Foi um caminhão a menos de vinhaça saindo da usina por hora, o que representou uma economia de mais de R$ 3 milhões.

Vídeo Dinailson de Campos

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Inteligência artificial no agronegócio

Inteligência artificial, ciência de dados e machine learning começam a revolucionar o tratamento dos dados no setor sucroenergético

Por João Vicente S. Gaya, Bruno Sattolo e Fernando Henrique C. Giometti

Em 1977, com a fundação da Fermentec, o engenheiro agrônomo Dr. Henrique Vianna de Amorim e sua equipe iniciaram, com muita determinação, uma transformação tecnológica no setor sucroalcooleiro. Foram capazes de otimizar os processos industriais e controlar as etapas de produção de açúcar e etanol por meio de soluções tecnológicas, dentre elas, uma nova maneira de gerenciamento de eficiências e perdas através da ciência dos dados.

Os primeiros serviços prestados pela Fermentec, tiveram origem na necessidade de aumento do rendimento fermentativo. A chave para todo esse sucesso se inicia com análises estatísticas (estudo dos boletins) dos primeiros clientes. A Fermentec, desde seu princípio, teve uma cultura proveniente da coleta de dados, interpretação e geração de respostas através dos números, como mostram as figuras 1 e 2, que fazem parte do acervo histórico das primeiras análises estatísticas realizadas pela empresa.

Figura 1 – Estudo estatístico de regressão linear

Figura 2 – Efeito sobre o rendimento da fermentação alcoólica, correlação realizada para um cliente na Safra 77/78.

Graças ao avanço tecnológico, computacional e matemático, a Fermentec aumentou seu acervo numérico, acumulando dados ano após ano e melhorando seu repertório estatístico. Com isso pudemos, por exemplo, identificar parâmetros associados ao campo que influenciam nas eficiências e perdas no processo, como é apresentado na Figura 3, em que, com o aumento do tempo de queima/corte, os açúcares da cana tendem a diminuir. Isto ocorreu na safra de 2001, antes da mecanização total das colheitas.

Figura 3 – Análises de Regressão Linear por computador, realizados na Safra 2001/02

Com as constantes mudanças climáticas e os avanços tecnológicos da produção de Açúcar e Etanol, essa essência no uso de dados continuou presente, porém com o passar do tempo, houve um aumento dos dados coletados, exigindo uma adaptação na rotina de análises matemáticas.

Hoje, o boletim semanal da Fermentec acumula, em média, 180 indicadores industriais e agrícolas, que são provenientes da qualidade da cana, processo de fabricação de açúcar, fermentação alcoólica, entre outros. Além disso, a Avaliação Mensal de Safra conta com um elevado número de clientes e mais de 60 indicadores. Somam-se a esses números, as análises químicas e microbiológicas, além dos resultados de cariotipagem e DNA mitocondrial.

Outra novidade apresentada nas últimas reuniões de início de safra e anual, é o uso da metagenômica para auxiliar na identificação de bactérias do processo industrial, o que dever gerar mais umas dezenas de milhões de dados.

A 4ª revolução industrial está cada vez mais próxima, por meio da utilização de um mega banco de dados (Big Data) para automação e ”robotização” dos processos.

Por ser uma empresa que gera e transfere tecnologia, a Fermentec já vem aplicando em seu banco de dados técnicas como o Machine Learning para adaptação nestas novas tecnologias que estão por surgir.


Aprendizado da máquina (Machine Learning) é um método para análise de dados que automatiza a construção de modelos analíticos. Esse ramo da inteligência artificial tem como base a ideia de que os sistemas podem aprender com os dados, identificar comportamentos e tomar decisões com o mínimo de intervenção humana. Modelos de Machine Learning são aplicados na indústria 4.0, como em carros autônomos e estudos de mercado.

A Fermentec já obteve resultados muito satisfatórios com esse método. Um exemplo foi a conclusão em apenas 0,14 segundos dos parâmetros que mais interferiram para a queda de extração em um dos clientes ao longo da safra 2018/19. Mostrado na Figura 4, esse resultado foi obtido através de uma modelagem matemática baseada em uma árvore de decisão.

Figura 4 – Gráfico de influência dos parâmetros

Como resposta, também foi possível obter um gráfico dos parâmetros que mais influenciaram na variável alvo e uma equação linear para possíveis simulações nos dados (Figura 5). Exemplo: variando a Impureza Vegetal em 20(kg/t), qual o impacto numérico na extração do cliente estudado.

Figura 5 – Mudança na extração, variando a impureza vegetal

Com este tipo de análise, a Fermentec está preparada e se aproxima cada vez mais da nova revolução industrial. Os dados acumulados desde 1977, atrelados à tecnologia, permitem ganhar tempo e assertividade no trabalho junto aos clientes. A tecnologia torna possível descobrir a “causa raiz” de um problema e empreender esforços para a sua resolução. Isso só é possível por causa da confiança dos clientes no trabalho da Fermentec. Sua usina vai entrar dessa Revolução 4.0?

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Pela quarta vez, Fermentec recebe prêmio Great Place to Work

Pela quarta vez seguida, a Fermentec fica nos primeiros lugares do ranking das melhores empresas para trabalhar no prêmio Great Place to Work de Piracicaba e região. A Great Place to Work faz uma pesquisa em 53 países da América Latina, Europa, África Oceania e Ásia, o que representa um universo de sete mil empresas e 12 milhões de funcionários. O presidente da Fermentec, Henrique Amorim Neto, representou a empresa recebendo o prêmio na solenidade, realizada no dia 21 de fevereiro, em Piracicaba, organizada pela revista Trifatto.

Para Henrique Amorim, o reconhecimento é um estímulo para o desenvolvimento de melhorias nos processos internos, o que tem impacto direto no atendimento aos clientes e na transferência de tecnologia, objetivo primordial das pesquisas e do trabalho da Fermentec “é importante destacar o trabalho de todos os colaboradores da Fermentec, que estão engajados na melhoria contínua e reconhecem o esforço e atitude da nossa empresa e a torna um dos melhores lugares para trabalhar na região. Essa premiação, por quatro anos seguidos, significa que a Fermentec está no caminho certo”, declarou

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Carboidratos de reserva e o aumento do teor proteico na levedura

Por Silene Cristina de Lima Paulillo

Portal FT julho/2018

O glicogênio e a trealose são considerados carboidratos de reserva para as leveduras e têm um papel muito importante na manutenção da viabilidade, no desenvolvimento de novas células e na proteção celular.

O glicogênio é a reserva de energia da levedura em condições de limitação de açúcar. Trata-se de um polissacarídeo constituído por glicoses em ligações α-1,4 e α-1,6 (figura 1). É uma cadeia altamente ramificada, contendo de oito a 12 moléculas de glicose a cada ramificação. Já a trealose é a responsável por manter a integridade das membranas e das proteínas da levedura, conferindo tolerância às condições adversas de temperatura, pH e teor alcoólico. A trealose é um dissacarídeo formado por duas moléculas de glicoses em ligação α-1,1, formando um açúcar não redutor, como a sacarose (Figura 2).

Figura 1. Molécula de glicogênio: polissacarídeo formado por glicoses em ligações α-1,4 e α-1,6, em cada ramificação há de oito a 12 moléculas de glicose.

Figura 2. Molécula de trealose: duas moléculas de glicose em ligação α -1, 1.

Funções do glicogênio e da trealose

O glicogênio e a trealose podem ser acumulados pelas células de leveduras em quantidades inferiores a 1% e superiores a 23% do peso da matéria seca, dependendo das condições de crescimento e da fase do ciclo de vida. As vias de acúmulo e mobilização desses dois carboidratos são diferentes. Segundo Panek & Bernardes (1983) o glicogênio e a trealose possuem papéis fisiológicos diferentes em Saccharomyces cerevisiae, sendo o glicogênio um pré-requisito para a esporulação, enquanto que a trealose seria requerida para a germinação e brotamento. A trealose também serve como fonte de carbono e energia em condições de prolongada inanição, como por exemplo, em paradas do processo fermentativo industrial. A trealose é considerada um protetor da membrana celular durante a dessecação da levedura e pode ser um termoprotetor durante fermentações com a elevação da temperatura, por exemplo de 30 para 35oC. Também é dada à trealose a função de crioproteção para as leveduras submetidas ao congelamento. Todas estas funções da trealose estão correlacionadas com a manutenção da viabilidade da levedura. A função de termoproteção atribuída à trealose é obtida pela ação de estabilizadora de proteínas (De Virgilio et al., 1994; Ling et al., 1995). Na figura 3 o esquema mostra a estabilidade da membrana plasmática com a presença de moléculas de trealose, que evitam a formação de poros na membrana, aumentando a tolerância da levedura à desidratação.

Figura 3. Esquema representando a membrana plasmática da levedura – camada de fosfolipídios -, quando hidratada e desidratada.

Quando as leveduras são cultivadas em meios desprovidos de nutrientes como o nitrogênio, enxofre ou fósforo, há diminuição da velocidade de crescimento e acúmulo tanto de glicogênio como de trealose. O glicogênio e trealose acumulam-se principalmente na fase final de crescimento da levedura, quando não há mais nitrogênio disponível e ainda há disponibilidade de glicose. E quando a levedura é submetida às fermentações com elevação das temperaturas, como por exemplo de 30, 33 e 35oC o teor de trealose também aumenta.

Basso & Amorim (1988) realizaram um estudo da mobilização e armazenamento dos carboidratos de reserva durante uma fermentação alcoólica com S. cerevisiae e observaram que estes carboidratos foram intensamente degradados durante os primeiros 30 minutos de fermentação, coincidindo com a produção de glicerol e ácidos orgânicos, sendo repostos durante a incubação posterior. No tempo inicial, a quantidade de glicogênio era de 11,8 g/100g de matéria seca e no final, após 8 horas, era de 15,9 g/100g de m.s. e a trealose também aumentou de 6,22 g/100g de m.s. para 9,08 g/100g de matéria seca. No tratamento ácido do fermento utilizando-se um pH de 2,5 e outro de 3,0, Gomes (1988) encontrou maior teor de glicogênio na levedura tratada em pH 2,5, observando que a elevação do pH da suspensão é acompanhada pela redução de glicogênio das células.

Em fermentações endógenas, quando se fermenta os carboidratos de reserva da levedura (glicogênio e trealose), há uma diminuição do teor de carboidratos da célula com produção adicional de etanol. Essa diminuição no teor de carboidratos permite aumento relativo no teor de proteína da levedura. Esse processo de fermentação endógena foi estudado por Amorim & Basso (1991) e o mesmo resultou em uma patente (P.I. 9.102.738) e essa fermentação é uma alternativa para se aumentar o teor proteico da levedura, sendo que este processo ocorre em condições de estresse da levedura, como a elevação da temperatura do meio. Quando o objetivo é a venda de leveduras como fonte de proteína, ingredientes na ração animal, por exemplo, é importante que a mesma possua maior porcentagens de compostos nitrogenados, proteínas e ácidos nucleicos, após a secagem, o que resulta em uma levedura de melhor qualidade. Esse processo ocorre em condições de estresse da levedura, como a elevação da temperatura do meio.

Terminado o processo de fermentação tradicional, o fermento pode produzir mais etanol às custas das reservas de trealose e glicogênio e de outros constituintes celulares. Tal produção pode atingir 128 litros de etanol por tonelada de fermento (massa seca). Simultaneamente com o consumo das reservas do fermento ocorre um incremento no teor de nitrogênio do mesmo de até 32%. Os picos de máxima produção de etanol e de maior teor de nitrogênio no fermento ocorrem concomitantemente, o que se reveste de grande importância prática quando da remoção de fermento do processo para a produção de ração (Basso et al., 1993).

A cinética de degradação do glicogênio e trealose endógenos, da levedura industrial PE-2, segue uma equação de primeira ordem, indicando que, à temperatura de 40oC, a sua velocidade é uma função exclusiva da concentração de carboidratos presentes. Nesta pesquisa também foi possível obter aumentos no teor de proteína com a degradação anaeróbica do glicogênio e trealose endógenos, sob temperaturas de incubação de 38 a 40oC (Paulillo et al, 2003). Quando pretende-se realizar o tratamento térmico da levedura, para que ocorra a fermentação endógena, com a meta de aumentar o teor proteico da levedura e produção de etanol, é necessário fazer o monitoramento da viabilidade celular, pois com células com baixa viabilidade ocorre diminuição da massa de fermento e pouco ou nenhum aumento de proteínas.

Referências

- AMORIM, H.V.; BASSO, L.C.. Processo para aumentar os teores alcoólicos do vinho e proteico da levedura após o término da fermentação. Pedido de patente P.I. 9.102.738, 28 jun. 1991. Instituto Nacional da Propriedade Industrial.
- BASSO, L.C.; AMORIM, H.V. Mobilização e armazenamento dos carboidratos de reserva durante a fermentação alcoólica. Relatório Anual de Pesquisas em Fermentação Alcoólica, Piracicaba, n.8, p.1-59, 1988.
- BASSO, L.C.; AMORIM, H.V.; BERNARDINO, C.D.. Fermentação da trealose e glicogênio endógenos. Relatório Anual de Pesquisas em Fermentação Alcoólica, Piracicaba, n.13, p. 1-16, 1993.
- De VIRGILIO , C.; HOTTIGER, T.; DOMINGUEZ, J.; BOLLER, T.; WIEMKEN, A.. The role of trahalose synthesis for the acquisition of thermotolerance in yeast I. Genetic evidence that trehalose is a thermoprotectant. European Journal pf Biochemistry, Berlin, v.219, p. 179-86, 1994.
- GOMES, E. Efeito do tratamento ácido da levedura Saccharomyces cerevisiae na fermentação alcoólica. Piracicaba, 1988. 206p. Dissertação (Mestrado) – Escola Superior de Agricultura “Luiz de Queiroz”, Universidade de São Paulo.
- LING, Z.Y.; MORIMURA, S.; KIDA, K.. Effect of fermentation temperature on relationship between cell viability and trehalose content of Saccharomyces cerevisiae KF-7 in repeated-batch fermentation. Journal of Fermentation and Bioengineering, Amsterdam, v.80, n.2, p. 204-207, 1995.
- PAULILLO, S.C.L.; YOKOYA, F.; BASSO, L.C.. Mobilization of endogenous glycogen and trehalose of industrial yeasts. Brazilian Journal of Microbiology, v.34, n.3, p. 249-254, 2003.
-PANEK, A.D.; BERNARDES, E.J.. Trehalose: Its role germination of Saccharomyces cerevisiae. Current Genetics, Berlin, v.7, p. 393-397, 1983.

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