Contaminação bacteriana, definição pelo melhor antibacteriano

A necessidade do controle efetivo das principais bactérias que contaminam as fermentações etanólicas é vital para a manutenção de uma fermentação mais saudável, e eficiente e rentável, pois não há dúvida que existe uma competição muito forte entre as células de leveduras e as bactérias contaminantes nas dornas de fermentação.

Podemos afirmar que existem basicamente, duas formas nas quais as bactérias trazem grandes prejuízos às fermentações:

  1. Consumo de açúcares fermentescíveis
    o Redução na produção de ETANOL: impacto direto na rentabilidade da unidade industrial e,
    o Produção de ÁCIDO LÁTICO: impacto direto na inibição do crescimento das células de leveduras.

É importante conhecer não só o tipo de bactéria contaminante na planta industrial, mas também o número total destas bactérias. Bactérias em níveis maiores que 1,0 x 106 bastonetes/mL é suficiente para registrar um aumento na produção de ÁCIDO LÁTICO.

  1. Absorção dos nutrientes do meio fermentativo

Os nutrientes disponíveis no vinho em fermentação são utilizados pelas bactérias para o crescimento, desenvolvimento e competição com as células de leveduras.

Ao encontrarmos uma fermentação alcoólica com alta população bacteriana, a recomendação é a utilização dos antibacterianos Química Real e, após efetivo controle desta contaminação bacteriana, utilização de NUTRIENTES para a recuperação rápida da vitalidade das células de leveduras. A bactéria presente neste processo fermentativo não está somente produzindo ÁCIDO LÁTICO, mas também está se multiplicando e sequestrando os NUTRIENTES.

Estar ciente das necessidades das células de leveduras para a produção de ETANOL é o ponto chave do processo fermentativo, sendo assim, é necessário ter conhecimento de quais são as principais bactérias que contaminam o processo fermentativo, e o uso correto dos antibacterianos Química Real, seguindo um protocolo de avaliação e aplicação na planta industrial.

Teste de sensibilidade

Uma das formas, se não a mais eficiente e barata, de definir qual o melhor antibacteriano para o controle da população bacteriana é através do teste de sensibilidade.

A Química Real tem optado pelo teste de sensibilidade por micro fermentação, pois consiste basicamente em reproduzir em escala reduzida uma fermentação in vitro, utilizando substrato e inóculo obtidos do processo. Desse modo, os antibacterianos são submetidos às condições semelhantes de pH, temperatura e microbiota encontradas no processo no momento em que a contaminação se pronuncia.

Os fermentados obtidos no ensaio podem ser submetidos a várias análises rotineiras como pH, acidez, microscopia e lactato, não se restringindo a um único parâmetro não usual dos laboratórios industriais.

Como no exemplo, abaixo, podemos observar o resultado de um teste de sensibilidade por micro fermentação, usando como parâmetro a contagem de bastonetes via microscopia.

Gráfico 1: Resultado na redução da população bacteriana (Bastonetes/mL) da micro fermentação, em tratamento ácido do fermento, com pH 1,9.

Porém a microbiota bacteriana pode mudar de unidade para unidade, dependendo das condições operacionais como: pH do tratamento ácido nas cubas, qualidade microbiológica das águas de diluição do mosto e fermento, entre outras situações.

Gráfico 2: Resultado na redução da população bacteriana (Bastonetes/mL) da micro fermentação, com o pH do tratamento ácido de acordo com o recomendado para cada antibacteriano.

HJ QR 100 – Controla os principais Lactobacillus e bactérias produtoras de gomas, reduzindo significativamente a população bacteriana. Controlando a produção de ácidos orgânicos, o que contribui na manutenção da vitalidade do fermento.

OX-Gram QR 80 – Antibacteriano de amplo espectro, com ação eficaz contra bactérias Gram negativas e positivas, principalmente Bacillus cereus e Acetobacter spp., produtoras de ácido acético, que prejudicam o controle no pH do etanol produzido.

A empresa Química Real é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário

Zero residual de alfa-amilase na produção de açúcar branco

O amido é um polissacarídeo de reserva que está presente naturalmente na maioria dos vegetais e, na cana-de-açúcar, se apresenta em maiores níveis nas folhas e pontas. Com o fim das queimadas, essas partes da cana que antes que eram queimadas e removidas no sistema de colheita manual passaram a ser processadas juntamente aos colmos na moagem, aumentando o teor de amido no caldo extraído.

O amido é amplamente utilizado na indústria alimentícia, farmacêutica e de papel e celulose, porém, ele pode causar diversos problemas na fábrica de açúcar. Devido ao seu elevado peso molecular, ele aumenta a viscosidade do caldo e das massas, o que resulta no empobrecimento da cristalização da sacarose, aumento do tempo de cozimento e gastos energéticos, menor aproveitamento nas centrífugas em função do aumento do tempo necessário para a lavagem dos cristais e redução da taxa de filtração. Tais fatores prejudicam o rendimento da fábrica e a qualidade do açúcar final.

Atualmente, a redução do teor de amido no caldo e no açúcar se dá pelo tratamento do caldo com a aplicação de enzimas alfa-amilases termoestáveis que, quando utilizadas corretamente, hidrolisam o amido, aumentando a eficiência das etapas de clarificação, evaporação, cristalização e centrifugação. Essas enzimas são capazes de romper sua longa cadeia em dextrinas e oligossacarídeos, o que diminui os prejuízos causados no processo de fabricação de açúcar.

No entanto, a aplicação de amilases termotolerantes passou a gerar preocupação quando se trata da produção de açúcar branco, uma vez que resistem até o final do processo, podendo permanecer ativas no produto final e representar um problema para a indústria alimentícia que aplica o amido como ingrediente. Esse residual de enzima presente no açúcar utilizado pela indústria hidrolisa o amido constituinte de produtos alimentícios, tais como bebidas lácteas, molhos, pães e bolos, causando efeitos deletérios em suas características de viscosidade e textura. Uma quantidade mínima de residual ativo de enzima já é suficiente para provocar esses efeitos negativos.

O StarMax® Zero é uma solução enzimática com termoestabilidade ajustada e dosagem antes do aquecedor, desenvolvida especialmente para solucionar o problema do amido na produção de açúcar branco. Seu modo de ação exclusivo permite a atuação da enzima nos primeiros minutos da decantação, com a hidrólise das ligações α-1,4-glicosídicas das cadeias do amido, reduzindo-as em dextrinas de menor peso molecular para diminuir o teor presente no açúcar. Em seguida, a enzima é rapidamente inativada pela alta temperatura, e dessa forma, não deixa residual de amilase ativo no açúcar produzido.

Todos os lotes de açúcar produzidos com StarMax® Zero durante seu desenvolvimento foram largamente testados para residual de alfa-amilase por uma universidade estadual de renome e por laboratórios externos, a fim de se garantir que não houvesse nenhuma atividade enzimática presente no açúcar e possibilitasse a sua comercialização para as indústrias que utilizam amido como ingrediente.

A Figura 1 apresenta os resultados das análises de residual de alfa-amilase no açúcar produzido por uma usina que processa 2,3 milhões de toneladas de cana e produz 3,5 milhões de saca de açúcar por safra. Foram comparadas as aplicações de StarMax® Zero e amilases convencionais, observando-se a produção de açúcar branco com zero residual de alfa-amilase nos períodos em que a solução foi usada.

Figura 1. Residual de amilase em açúcar com a aplicação de StarMax® Zero vs. amilases convencionais

A utilização de StarMax® Zero no processo de fabricação de açúcar branco se mostra uma eficiente solução para os problemas causados pela presença do amido pois, além das melhorias de processo e enquadramento do açúcar em parâmetros de qualidade, não prejudica as indústrias que aplicam esse açúcar como insumo.

Diego Oliveira – Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação – Prozyn Biosolutions.

A empresa Prozyn é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário

A nova era da descontaminação bacteriana com radicais livres

Os radicais livres são oxidantes versáteis, sendo superiores a outros oxidantes, como o cloro, dióxido de cloro e permanganato de potássio. Através da catálise, o composto H2O2 pode ser convertido em radical hidroxila (•OH) com reatividade inferior apenas ao flúor.

Os oxidantes mais poderosos e relacionando-os aos seus respectivos potenciais padrão (em V), temos: flúor (3,0), radical hidroxila (2,8), ozônio (2,1), peróxido de hidrogênio (1,77), permanganato de potássio (1,7), dióxido de cloro (1,5) e cloro (1,4). O peróxido de hidrogênio além de ser um agente oxidante (H2O2 + 2H+ + 2e- = 2H2O, 1,77 V) pode também ser usado como agente redutor (H2O2 + 2OH- = O2 + H2O + 2e-, -0,15 V).

O oxigênio reativo, sendo o principal oxidante no metabolismo aeróbico, devido à sua configuração eletrônica, tende a receber um elétron de cada vez, o que causa a formação de compostos intermediários altamente reativos. Esses radicais formados não são tóxicos às células e se degradam facilmente depois de sua ação imediata.

Agentes sanificantes ou sanitizantes são produtos capazes de reduzir a contaminação bacteriana à níveis seguros de acordo com a legislação em vigor. Podem ser classificados como agentes físicos (calor e radiação ultravioleta) ou químicos (compostos clorados, iodóforos, compostos quaternário de amônia, peróxido de hidrogênio, ozônio e hipoclorito de sódio) (WIRTANEN et al., 2001; CARDOSO et al., 2003).

Buscando um aumento de produtividade, usando a mesma quantidade de insumo e sendo ecologicamente correto, a fermentação etanólica adquire depois de quase 50 anos um aliado especial – OniOrgan

O OniOrgan (Gerador de Radicais Livres) é fabricado pela Onibras produtos químicos a mais de 2 anos, é considerado um antisséptico potente e apresenta uma boa eficiência como bactericida, fungicida, esporicida e virucida (CAVALLINI et al., 2012). Muitas aplicações dos geradores de radicais livres vêm sendo reportada na literatura por vários autores, desde a década de quarenta do século XX. Entretanto, a aplicação de Geradores de Radicais Livres em bioprocessos de produção de etanol não foi ainda reportada na literatura. O mecanismo de ação dos Geradores de Radicais Livres – OniOrgan – pode ser explicado a partir do rompimento das ligações sulfídricas e sulfúricas de enzimas presentes na membrana celular, interferindo de maneira prejudicial o transporte ativo da membrana e os níveis de soluto nas células (MACHADO et al., 2010).

Case de sucesso

No cliente A, foi avaliada a eficiência do biocida OniOrgan através de testes em planta, com dosagens de choque recomendadas e dosagem de manutenção nas cubas de fermentação do levedo tratado.

Os dados iniciais por análises de microscopia mostraram que a infecção da fermentação estava em alto níveis, antes do início da aplicação do OniOrgan:

  • Infecção: 4,09 x 108 bastonetes/ml
  • Viabilidade: 83,49%
  • Brotamento: 11,47%

Após a dosagem de choque e manutenção do OniOrgan, resultando em 350 ppm de biocida na dorna, obtivemos uma melhora na contagem:

  • Infecção: 1,68 x 106 bastonetes/ml
  • Viabilidade: 85,21%
  • Brotamento: 13,68%

Pelo gráfico abaixo, podemos ver mais claramente a eficiência do OniOrgan, no controle da população bacteriana:

Gráfico 1: Eficiência do OniOrgan no controle da população bacteriana.

Concluímos que com a dosagem do OniOrgan na cuba de fermentação, houve uma diminuição significativa na contagem de bactérias e não prejudicou a viabilidade e o brotamento das leveduras, mesmo usando uma pequena quantidade do produto, evidenciando a ótima relação custo benefício do OniOrgan.

A empresa Onibras é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário

Eficiência e Vantagens do Controle Bacteriano Contínuo da Fermentação Etanólica

O setor sucroenergético brasileiro vem sendo profundamente afetado pela crise de saúde mundial, que está gerando, há praticamente duas safras, a redução no quadro de profissionais das usinas devido aos afastamentos.

A Nalco Water, sempre atenta às necessidades de seus clientes, conhece a dificuldade de manter uma fermentação de alto desempenho com equipe reduzida e com operadores e analistas de laboratório sobrecarregados.

Para auxiliar neste momento de grandes desafios dentro da planta industrial, o Controle Bacteriano Contínuo da Nalco Water se mostrou uma alternativa prática e muito eficiente.

Considerando que a contaminação bacteriana é o maior problema das fermentações devido às perdas de açúcar, diminuição da viabilidade celular da levedura e consequente queda no rendimento fermentativo, a Nalco Water identifica o ponto de entrada das bactérias contaminantes e apresenta a solução com o controle contínuo através de nossos antibióticos líquidos de aplicação fácil e segura.

Em clientes da região Centro Oeste, o controle bacteriano contínuo com a monensina líquida Nalco Water (Nalco 60998), aplicado na linha de mosto, vem mantendo a contaminação em níveis baixos durante toda a safra, impedindo que seus efeitos nocivos prejudiquem a fermentação, conforme gráficos abaixo:

Gráfico 1. Controle bacteriano após Controle Contínuo em usina da região Centro Oeste safra 20/21.


O controle contínuo e efetivo do mosto reduziu em mais de 90% a população bacteriana das dornas, mantendo-a abaixo de 2x10e6 durante toda a safra avaliada. Consequentemente houve redução da produção de ácido lático e desvios de açúcar gerando aumento no GL das dornas e no rendimento fermentativo.

Gráfico 2. Relação entre leveduras e bastonetes após Controle Contínuo em usina da região Centro Oeste safra 20/21.

A relação de leveduras/bactérias aumentou de 87 para 3.100 após o início do Controle Contínuo do mosto e se manteve acima de 550 durante toda a safra avaliada, permitindo que a levedura realizasse a fermentação com baixa competição dentro das dornas.

A Tabela 1 mostra os parâmetros que apresentaram melhoras durante a safra com o Controle Contínuo do mosto:

Tabela 1. Parâmetros da Fermentação após Controle Contínuo em Usina da Região Centro Oeste- Safra 20/21.

Além de toda melhoria na fermentação já apresentada, a principal vantagem do Controle Bacteriano Contínuo é facilitar o manejo operacional, neste momento de quadros reduzidos, permitindo que os operadores mantenham o foco no que realmente importa, deixando o controle bacteriano da fermentação por nossa conta.

A empresa Nalco é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário

Utilização da enzima alfa-amilase Premira no controle de amido e aumento do SJM na produção de açúcar VHP

DAL MAGRO, Renan; PEGORARO, Douglas; ANDREIS, Diogo B.; FICAGNA, Frederico L. F.; BERGAMINI, Marco, ALBARELLO, Jean B.

Introdução

A mecanização da colheita de cana-de-açúcar no setor sucroenergético trouxe várias melhorias ao setor, tanto do ponto de vista ergonômico quanto econômico e, principalmente, do ponto de vista legal e ambiental (SILVA & GARCIA, 2009). Porém, a mecanização trouxe consigo alguns problemas, como o aumento no teor de impurezas vegetais do caldo. Gomas, compostos fenólicos, polissacarídeos, moléculas de degradação da cana e outras substâncias presentes na palha e ponteiras diminuem a pureza do caldo, impactando diretamente na recuperação do açúcar (REIN, 2006).

O amido é um polissacarídeo composto por cadeias de amilose e amilopectina (ALCAZÁR-ALAY & MEIRELES, 2015). Quando os grânulos de amido são extraídos da cana-de-açúcar e entram no processo, altas temperaturas fazem com que seus grânulos absorvam água, perdendo lentamente sua estrutura cristalina e liberando moléculas de amido para a fase líquida em um processo conhecido como gelatinização (COLE et al., 2013). A gelatinização do amido no processo de produção de açúcar provoca alguns problemas, como: aumento de viscosidade, maior tempo de lavagem nas centrífugas, perda de produtividade, perda de rendimento da fábrica (SJM), diminuição da filtrabilidade, aumento no floco alcoólico, entre outros.

A alfa-amilase Premira™ é uma enzima altamente concentrada e muito eficiente para o controle de polissacarídeos no processo, possibilitando melhora nos parâmetros de produção, qualidade e aumento do SJM. A enzima Premira™ é uma solução biológica robusta que apresenta um ótimo custo-benefício em sua aplicação.

O objetivo deste trabalho é avaliar a influência da enzima alfa-amilase Premira™ diante do aumento do rendimento da fábrica de açúcar (SJM) na produção de VHP.

Palavras-chave: Amido, Alfa-amilase, Cana-de-açúcar, SJM e VHP.

Materiais e Métodos

Os trabalhos foram realizados em uma usina no interior de São Paulo que produz açúcar VHP. A aplicação da Premira™ ocorreu de forma contínua junto ao caldo dosado com uso de bomba dosadora. A dosagem de enzima aplicada foi de 2 ppm sobre a vazão do caldo dosado. Para tanto, calculou-se o volume a ser dosado seguindo a equação abaixo:

• Volume de caldo: 530 m3/hora
• Dosagem desejada: 2 ppm
• Volume a ser dosado: 2 ppm x 530 m3/h = 1,060 L/h = 17,5 ml/min

O delineamento experimental do trabalho apresentado ocorreu em duplicata, em dois períodos distintos, na seguinte forma:

• 7 dias sem aplicação de enzima (17/07/2020 a 23/07/2020);
• 7 dias com a aplicação da enzima Premira™ (24/07/2020 a 30/07/2020);
• 7 dias sem aplicação de enzima (31/07/2020 a 06/08/2020);
• 7 dias com a aplicação da enzima Premira™ (07/08/2020 a 13/08/2020).

Foram analisados os dados de ATR, pureza, AR da cana, moagem diária, pureza do mel, pureza do xarope, pureza do açúcar, açúcar produzido e SJM. Os dados foram analisados estatisticamente com auxílio do programa R e SciDAVis submetidos a análise de variância e teste de Tukey 5%. A análise estatística permitiu observar a interdependência dos parâmetros citados anteriormente durante o período analisado.

Resultados e Discussão

A partir da análise estatística dos dados foi possível observar apenas variação significativa no índice SJM, em vista do uso de enzima alfa-amilase quando comparados as demais variáveis de processo.

O gráfico 1 apresenta a variação observada no índice SJM nos períodos estudados. Em ambos os períodos se observou uma melhora deste índice na fábrica, com o respectivo aumento do mesmo nos períodos de uso da alfa amilase. O índice para o período do mês de agosto, sofreu maior influência dos demais parâmetros de processo se destacando estatisticamente.

GRÁFICO 1: Variação do índice SJM (%)

Além da melhora do índice SJM, observado a partir dos dados analisados estatisticamente, foi observada a melhora do processo na fábrica. Essa percepção fica registrada apenas de forma empírica, informada pelos operadores de área. Tal evolução apontada está diretamente ligada a diminuição das viscosidades das massas que, consequentemente, melhoraram toda a fluidez do processo de fabricação do açúcar. Essa constatação vai de encontro com os números expressos nas médias de amido, em ppm, observadas que foram:

• De 75 ppm sem o uso de enzima para 41 ppm com o uso de enzima no período de tratamentos de julho, ou seja, uma redução de 45,33% dos níveis de amido;
• De 277 ppm para 9 ppm com o uso de enzima no período de agosto, ou seja, uma redução de 96,75% nos níveis de amido a partir do uso de enzima.
Desta forma, se confirmam, através da diminuição efetiva do amido, as características de melhoras observadas no processo.

Conclusões

• Em todos os tratamentos envolvendo o uso de enzima os resultados foram positivos para o aumento do índice SJM;
• O período do mês de agosto apresentou melhora significativamente superior do índice SJM com o uso de enzima em comparação ao mês de julho;
• A diminuição dos índices de amido demonstra a eficiência da enzima e consequente melhora significativa da fluidez do processo.
• O período do mês de agosto apresentou diminuições significativamente superior dos índices de amido em comparação ao período do mês de julho;
• A diminuição do amido através do uso de enzima está ligada diretamente com a melhora das condições operacionais da fábrica.

Referências

SILVA, F. I. C.; GARCIA, A.; Colheita Mecânica e Manual da Cana-de-Açúcar: Histórico e Análise. Nucleus, v.6, n.1, abr. 2009. Disponível em: < Microsoft Word – 149.doc (mp.ba.gov.br) >. Acesso em: 04 dez. 2020.

REIN P.; Cane Sugar Engineering. Bartens, Berlin. Renewable Fuels Association. World Fuel Ethanol Production. Disponível em: <https://ethanolrfa.org/resources/industry/statistics/ #1537559649968-e206480c-7160>. Ano de 2006.

ALCAZÁR-ALAY, S.C.; MEIRELES, M.A.M. 2015. Physicochemical properties, modifications and applications of starches from different botanical sources. Food Science Technology 35: 215–236.

COLE, M. R.; EGGLESTON, G.; GILBERT, A.; ROSE I.; ANDRZEJEWSKI, B.; CYR, E.S.; STEWART, D. 2013. The presence and implication of soluble, swollen, and insoluble starch at the sugarcane factory. International Sugar Journal 115: 844–851.

A empresa LNF é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário

Desafios com cristalização? – monitorar e controlar: o que realmente importa

Introdução

A cristalização é a etapa final em uma usina de cana-de-açúcar e se refere à formação dos cristais de açúcar a partir do xarope concentrado.

A cristalização ocorre em cozedores a vácuo. Os cozedores a vácuo são o coração das fábricas de açúcar. A eficiência da fábrica, a qualidade do produto de açúcar, a capacidade da planta e o equilíbrio térmico, tudo depende do funcionamento e controle dos cozedores a vácuo para produzir uma massa cozida de alta qualidade.

Aplicação

O xarope é alimentado nos cozedores a vácuo e evaporado até ficar saturado. A cristalização é iniciada adicionando (ou semeando) cristais de açúcar finos no cozedor. Os cristais começam a crescer e o processo continua até que os cristais atinjam o tamanho especificado.

A mistura resultante é conhecida como massa cozida (cristais de açúcar bruto e melaço). Os cristais de açúcar são separados do melaço por centrifugação e são então lavados com água quente para remover qualquer xarope aderido.

Controle de cristalização

A cristalização só pode ocorrer se a solução estiver supersaturada. A supersaturação é uma função multivariável de vários parâmetros apenas da fase líquida (xarope ou licor-mãe). Os cristais podem crescer apenas se a supersaturação for superior a 1,0.

Nenhum instrumento pode fornecer dados on-line sobre a supersaturação. Sensores convencionais usados para monitorar a cristalização fornecem dados de apenas um único parâmetro de massa cozida. No entanto, dois sensores podem fornecer informações sobre os parâmetros importantes da massa cozida. Esses sensores não são influenciados por outros parâmetros do processo:

  1. O Refratômetro de Processo da Vaisala K-Patents®

A tecnologia de índice de refração é usada com sucesso para a medição seletiva da concentração (Brix) da fase líquida durante o ciclo do cozimento.

  1. Sensor para medição do teor total de sólidos (brix da massa cozida).

O controle da supersaturação é fundamental para o resultado final do ciclo de cozimento. O número de cristais deve permanecer constante desde a semeadura até o final do ciclo. Se a supersaturação sair de seu limite, os cristais vão parar de crescer e podem até mesmo derreter. Se o nível de supersaturação aumentar muito, novos cristais se formarão espontaneamente. A nucleação espontânea resulta em cristais de baixa qualidade de forma e tamanho irregulares (finos e conglomerados) que requerem reprocessamento.

Instrumentação e instalação:

O SeedMaster SM-3 é um transmissor de cristalização e dispositivo de semeadura de terceira geração, exclusivo para ser usado com o Refratômetro de Processo da Vaisala K-Patents®. O SM-3 permite o monitoramento preciso em linha e em tempo real da supersaturação e do conteúdo do cristal ao longo de todo o processo de cristalização e implementação e controle de semeadura automática ou manual. O SeedMaster SM-3 pode ser conectado a um ou dois refratômetros de processo da Vaisala K-Patents® e a um ou dois cozedores.

O SeedMaster SM-3 fornece os seguintes dados:

  1. Coleta de dados eletrônicos dos parâmetros da massa cozida.
  2. Cálculo e transmissão on-line de parâmetros da massa cozida para o controle avançado da cristalização de açúcar.
  3. Organização e armazenamento de dados do histórico dos ciclos.
  4. Comunicação avançada com o sistema de controle.
  5. Semeadura automática dos cozedores a vácuo.
  6. Serve como interface de usuário para a o controle do sistema de cozimento pelos operadores.

O sensor PR-23-GP da Vaisala K-Patents® é instalado diretamente no cozedor. As medições são precisas e confiáveis, pois o prisma permanece limpo devido ao atrito do cristal. A faixa de medição típica nesta aplicação é de 65-90 Brix.

O controle da cristalização com o refratômetro Vaisala K-Patents® aumenta a produtividade, reduz a necessidade de reprocessamento do cristal e garante a alta qualidade do produto.

SeedMaster SM-3 para monitoramento de cristalização de açúcar multiparâmetros e semeadura automática.

O Transmissor de cristalização e dispositivo de semeadura é utilizado com o refratômetro de processo Vaisala K-Patents® PR-23-GP. Ele permite o monitoramento preciso em linha e em tempo real da supersaturação e do conteúdo do cristal durante o ciclo completo, e a implementação e controle automático ou manual da semeadura.

O Refratômetro de Processo da Vaisala K-Patents® PR-23-GP é um refratômetro industrial para cristalizadores. Instalação através de uma conexão de flange e adaptador de contraflange para instalações nos cozedores a vácuo.

Faixa de medição: Índice de refração (nD) 1,3200 – 1,5300, correspondendo a 0-100 Brix.
Sistema de lavagem de prisma com água morna: O sistema de lavagem do prisma integrado no refratômetro Vaisala K-Patents PR-23-GP® ajuda a evitar o depósito de cristais ou incrustações na superfície do prisma. Os componentes do sistema de lavagem do prisma são: um refratômetro com um bico de limpeza montado na sonda do refratômetro, uma fonte de água de alimentação quente (condensado quente) e um transmissor de indicação com relés embutidos para acionar a válvula de água e controlar a lavagem.

No Brasil, a Vaisala K-Patents® é representada pela Elof Hansson Ltda., que fornece os equipamentos, peças e assistência técnica local.

Elof Hansson Ltda.
Fone: +55 11 3101-5257
comercial@elofhansson.com
www.elofhansson.com.br
www.vaisala.com

A Elof Hansson é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário

Redes neurais artificiais e NIRS: inteligência artificial no laboratório 4.0 das usinas

Redes Neurais Artificiais são métodos de calibração bem estabelecidos com vantagens explícitas na modelagem de bancos de dados grandes e complexos. O princípio básico da ANN será apresentado e o ‘poder’ das ANN exemplificado por um estudo de caso sobre a previsão de Cor em amostras de Açúcar utilizando o NIRS DS2500 da FOSS.

Douglas Beletti e Vinícius Passos, CETEC Equipamentos, 2021.

Do cérebro para o computador

A inspiração original para o desenvolvimento de redes neurais artificiais veio da neurociência. Os neurônios do cérebro estão conectados por meio de redes complexas e esse conceito foi a inspiração para a Rede Neural Artificial como uma analogia à rede neural biológica humana. O cérebro humano possui habilidades extraordinárias de reconhecimento de padrões com respeito ao mundo ao nosso redor; com base na entrada para os sentidos transmitidos ao cérebro, as decisões são tomadas e os padrões são discernidos e reconhecidos com grande confiança. Por outro lado, é muito difícil para o cérebro humano extrair informações qualitativas e, especialmente, quantitativas sobre parâmetros em amostras utilizando os espectros NIR – nesses casos, as Redes Neurais Artificiais farão um excelente trabalho.

Figura 1. Espectros NIR de amostras de Açúcar Bruto coletados no NIRS FOSS DS2500.

Network design

Uma rede neural pode ter vários designs; como exemplo, vamos nos concentrar nas chamadas redes de duas camadas pro-alimentadas que incluem a) entradas, b) uma camada oculta e c) uma camada de saída – consulte a Figura 2 (as entradas não contam como camadas na terminologia ANN). Os neurônios de entrada – primeira camada de neurônios ou unidades – representam simplesmente os valores espectrais registrados; no caso de espectros de transmissão NIR de açúcar, temos registros para cada 0,5 nm de 400 nm a 2500 nm correspondendo a 4200 dados de entrada. Diferentes métodos de pré-processamento podem ser aplicados antes de alimentar os espectros na rede; não os descreveremos aqui, mas enfatizaremos que o pré-processamento inteligente é essencial para obter modelos robustos e de bom desempenho; na FOSS, usamos um estágio de pré-processamento matemático proprietário antes que as calibrações de rede neural artificial sejam desenvolvidas.

Figura 2. ANN simplista onde cada círculo representa um neurônio; neste exemplo, três neurônios ocultos são usados e apenas quatro entradas (representando variáveis espectrais) com uma saída (cor). Todas as conexões são direcionadas da entrada para a saída.

Determinação de cor no açúcar utilizando redes neurais artificiais

Ao utilizar modelos de previsão baseados em redes neurais artificiais abrimos a possibilidade de lidar com problemas não lineares e também utilizar o sistema de agrupamentos de padrões para prever com maior acurácia em uma calibração local, global ou também com diferentes produtos – o que chamamos aqui de multi-product calibration. Aqui avaliaremos a previsão do parâmetro COR em amostras de diferentes tipos de açúcar, contemplando VHP, Cristal, Amorfo e Granulado e comparamos a capacidade dos modelos ANN modelar não linearidades em relação ao mPLS e suas performances a partir dos valores RMSEP (Erro Padrão de Previsão) em comparação com os modelos locais, também nos dois algoritmos.

Banco de dados

É extremamente importante ter o máximo de variação relevante representada em seu banco de dados de calibração para obter previsões robustas e precisas, bem como para garantir a estabilidade ao longo do tempo.

O banco de dados FOSS/CETEC utilizado para confecção do modelo apresenta as seguintes características:

  • Mais de 25.000 amostras de açúcar;
  • Amostras coletadas em diferentes regiões ao longo de 5 safras com diferentes processos, geografias e sazonalidades;
  • Diferentes tipos de açúcar entre eles VHP, VVHP, Cristal, Refinado Amorfo e Refinado Granulado;
  • Faixa de 10 a 2000 UI;
  • Diferentes instrumentos NIRS DS2500.

Desenvolvimento do modelo & previsão

O modelo ANN foi treinado com as 25.000 amostras do banco de dados para obter a configuração ideal de todos os pesos na rede – como descrito, esta é uma tarefa complexa, mas pode ser facilmente realizada pelo computador. Quando ANN é treinada, os pesos são fixos e temos um modelo onde conhecemos todas as configurações e agora é fácil realizar a previsão da cor para uma nova amostra. O espectro é registrado (50 segundos) e inserido na arquitetura da ANN com os pesos treinados. Por pré-processamento, multiplicação, adição e transferência de função não linear desses dados de entrada, obtemos uma estimativa do conteúdo de cor da amostra analisada. Na Figura 3, o modelo é avaliado no conjunto de teste independente cobrindo todas as variações possíveis e também comparado com os diferentes tipos açúcares e seus modelos locais. O valor RMSEP (Erro Padrão de Previsão) varia de acordo com o tipo de açúcar e faixa de cor conforme método ICUMSA e tanto localmente quanto globalmente os modelos ANN apresentam melhor performance.

Figura 3. Valores de RMSEP para os modelos mPLS e ANN locais e globais para os diferentes tipos de açúcar.

Os modelos lineares não são capazes de lidar com esses dados não lineares e terão um desempenho muito inferior que o modelo ANN como podemos visualizar nas regressões da figura 4.

Figura 4. Regressão para dados não lineares nos modelos mPLS (esquerda) e ANN (direita).

Conclusão

As redes neurais artificiais são muito eficientes para a extração de informações quantitativas de grandes bancos de dados espectroscópicos onde a não linearidade é inerente devido a complexas variações biológicas, ambientais e instrumentais. A base para um modelo de ANN de bom desempenho é um banco de dados abrangente que contemple todas as variações relevantes e ferramentas de modelagem eficientes e otimizadas. A combinação de ANN e um banco de dados bem estruturado oferece maior robustez, estabilidade e por último, mas não menos importante, precisão. Os modelos globais ANN possuem várias vantagens sobre os modelos locais mPLS em relação ao monitoramento do processo: [1] a implementação dos modelos globais ANN permitem uma simples manutenção de calibrações porque apenas um modelo por parâmetro de qualidade teria que ser mantido. [2] a implementação permite uma estimativa mais precisa dos parâmetros de qualidade e, portanto, um melhor monitoramento do processo.

A empresa Cetec é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário

O uso de oxamine® para controle microbiológico em torres de resfriamento com alta demanda orgânica

À medida que mais sistemas de água de resfriamento utilizam fontes de água de reposição com altos níveis de contaminação orgânica e de processo, biocidas mais robustos são necessários.

Os programas padrão de tratamento de água para sistemas de resfriamento utilizam biocidas oxidantes tradicionais, como hipoclorito de sódio, hipoclorito de cálcio ou tricloro, ou ainda cloro gasoso e dióxido de cloro.

A quantidade de biocida oxidante consumido nas reações com esses materiais oxidáveis é denominada coletivamente como demanda. Essa demanda deve ser atendida antes que o agente oxidante tradicional possa reagir com matéria biológica e apresentar resíduo livre. Em sistemas com alta demanda pontual ou contínua, associado às condições de pH elevado ou escassez de água, os programas de biocidas oxidantes tradicionais podem se tornar caros ou mesmo ineficazes. Oxamine® – tecnologia Buckman, é um oxidante capaz de reduzir os impactos negativos causados pelo crescimento microbiológico em águas de alta demanda e não é suscetível a níveis de pH elevados ou contaminações orgânicas, como os oxidantes tradicionais. Este artigo explora a aplicação de Oxamine® em situações de alto estresse para controle microbiológico como uma alternativa econômica aos biocidas oxidantes convencionais.

Química do cloro

O cloro tem afinidade com todos os materiais oxidáveis, como microrganismos, íons ferrosos, manganês, carbono orgânico, sulfitos, sulfetos, detritos e compostos de nitrogênio, o que define a demanda de oxidante e é denominada coletivamente como demanda de cloro.

O ácido hipocloroso, formado quando o cloro é adicionado à água, é o principal contribuinte para o controle microbiológico, mas se dissocia. A dissociação é determinada pelo pH e, às vezes, compostos adicionais, como o bromo, são adicionados para mudar o equilíbrio ou alterar a química de modo que não seja impactado pelo pH.

O gráfico abaixo mostra esta curva de dissociação.

O Oxamine® é um oxidante que não se dissocia conforme estas curvas, pois não precisará se dissociar e formar ácido hipocloroso para atuar como microbicida, possuindo alta especificidade para microrganismos e biofilme.

Case

Em um sistema de resfriamento que atende a área de fermentação e destilaria de uma usina de açúcar e álcool no Brasil, a água proveniente da torre de resfriamento vai diretamente para os trocadores de calor de placas das dornas e depois para os condensadores da destilaria por gravidade, passando pelo tanque de distribuição.

Utilizava-se um tratamento microbiológico convencional baseado em dois biocidas não oxidantes e um biocida oxidante à base de bromo. Após dificuldades com este programa, a fábrica decidiu mudar para o dióxido de cloro. Este programa também foi problemático devido ao aumento da frequência de limpeza nos trocadores de placas e aumento dos níveis de cloreto na água de recirculação, aumentando a corrosão e o alto custo devido ao alto consumo de dióxido necessário para manter o cloro residual na água.

Na safra seguinte, o tratamento com Oxamine® foi usado e aplicado sob um regime de dosagem intermitente e implementado como uma solução definitiva.

Benefícios do Oxamine

1- Oxamine® é produzido com equipamento de dosagem que permite a geração precisa de oxidante in loco.
2- Oxamine® não é sensível à alta demanda orgânica do sistema, não é necessário overdose do produto e gerar custos elevados, como é o caso do dióxido de cloro.
3- Oxamine® não aumenta os níveis de cloreto nem apresenta riscos de corrosão para equipamentos de aço inoxidável.

As fotografias abaixo comparam a torre de resfriamento com o uso de dióxido de cloro e com o uso de Oxamine®.

Fig. 1 – Comparação de tratamento: esquerda Dióxido de cloro – direita Oxamine®

Além da comparação direta referente a formação de biofilme no recheio da torre, também foram feitos estudos comparativos de eficiência em antibiograma.

Os resultados do antibiograma para comparar a eficiência do Oxamine® com os biocidas não oxidantes comumente utilizados, são mostrados na Tabela 1. Este antibiograma foi realizado utilizando como inóculo amostras de água da própria torre de resfriamento, sem tratamento microbiológico.

Tabela 1 – Comparação de eficiência do antibiograma

Conclusão

Com o uso de OXAMINE® os seguintes benefícios foram observados:

  1. Redução no consumo de água de reposição de até 87 000 m3 na safra
  2. A eliminação da necessidade de limpeza dos trocadores de calor
  3. A eliminação do processo de limpeza dos condensadores da destilaria
  4. Redução no consumo de energia de até 15.000 kWh na safra
  5. Redução do custo do programa de tratamento de corrosão

Créditos do trabalho
C. Krenz
S. Duarte Aranha

A empresa Buckman é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | 1 Comentário

Válvulas de controle segmentadas melhoram significativamente a produção no processo de clarificação de açúcar

Principais resultados

  • Paradas de manutenção reduzidas de uma vez a cada 2 semanas, a uma vez a cada 3 meses – uma melhoria de 6X.
  • Aumento significativo da produtividade.
  • Processo de limpeza simplificado.
  • Manutenção e reparos de válvula minimizados.

Aplicação:

Bloqueio e controle do processo de clarificação em usina de açúcar nas Américas.
A clarificação é uma etapa crítica para a produção de xarope de açúcar de alta qualidade. O processo reduz e remove sólidos não-açucarados indesejáveis do caldo de açúcar, melhorando a pureza antes do processamento posterior.

Para este projeto, a usina de açúcar requer quatro pacotes de válvulas de controle automatizado para substituir as válvulas borboleta existentes.

Condições de funcionamento
Processo: Clarificação
Aplicação: Bloqueio e controle do processo de clarificação
Fluído: Xarope de açúcar
Temperatura: 80 ° C (176 ° F)
Pressão: 40 psi (2,8 bar)
Requisitos de desempenho: fluído turbulento; alta abrasão; fluido incrustante; alta ciclagem; bloqueio e controle.

Desafio

Durante a produção de açúcar, o processo de clarificação faz com que cristais de açúcar formem depósitos na tubulação e no equipamento. Nesta usina de açúcar, as válvulas borboleta com sede de metal existentes estavam frequentemente ficando incrustadas com depósitos de cristal de açúcar – causando uma parada para manutenção a cada duas semanas durante a safra de produção. O tempo de inatividade resultante, a perda de produção e os custos relacionados tornaram-se inviáveis.

Esq. As válvulas borboletas existentes mostraram sinais frequentes de danos causados por fluídos agressivos, exigindo desligamentos a cada 2 semanas para limpeza e reparos. Dir. Essa válvula borboleta, usada para isolamento, é um exemplo de fluído abrasivo incrustado.

Solução

Os engenheiros da Bray avaliaram as condições do processo nesta usina de açúcar e determinaram que uma válvula de controle segmentada Série 19 era a melhor solução para esta aplicação exigente. A válvula S19 é projetada para lidar com meios viscosos e sólidos abrasivos.

A válvula de controle rotativo de um quarto de volta apresenta um segmento com ação de “cisalhamento” para cortar o fluído acumulado, semelhante a uma válvula guilhotina. Esta ação atua como característica de autolimpeza quando utilizada em aplicações com xarope de açúcar e incrustações.

Detalhes dos Produtos Bray

O pacote de válvulas de controle da Bray inclui válvulas de controle segmentadas série S19 com sede metal, atuadores pneumáticos série S92 e posicionadores série S6A

Tamanho: NPS 6 (DN 150)
Válvula: Série 19, Corpo CF8M, Sede Metal
Atuador: Série 92; Pneumático
Controle: Posicionador Série 6A
Quantidade: 4 unidades

Resultados

Desde a instalação, as válvulas de controle segmentadas da Série 19 reduziram as paralisações para manutenção de uma vez a cada 2 semanas para uma vez a cada 3 meses – uma melhoria de 6 vezes. A limpeza agora pode ser realizada apenas com água quente. Além disso, não houve necessidade de kits de reparo durante mais de 3 anos de operação.

Como resultado do tempo de inatividade reduzido, manutenção e reparos, a produtividade da usina de açúcar aumentou significativamente.

A Bray é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário

A forma mais inteligente de medir a concentração de Hidróxido de Sódio (NaOH)

  1. Hidróxido de Sódio – a mais comum das bases

A Soda Cáustica (NaOH) é um álcali forte (base). É usada em flocos, grânulos ou como uma solução aquosa. O NaOH é usado em muitas indústrias como papel e celulose, processamento químico, têxtil, sabão e detergentes, processo de exploração de petróleo e bebidas e alimentos.

A forma convencional de determinar a concentração de soda cáustica é a titulação, uma técnica demorada e que demanda uma grande quantidade de trabalho, além de requerer o consumo de reagentes químicos para o processo de titulação.

Quanto mais longo for o processo de titulação, maiores serão as potenciais mudanças na concentração do hidróxido de sódio. O resultado desse processo é a redução da exatidão na medição da concentração.

Ao invés da titulação, os refratômetros Anton Paar, que são muito fáceis de usar, podem ser utilizados para determinação de concentração (g/100 mL ou %p/p) de hidróxido de sódio em água em poucos segundos. Os refratômetros Abbemat Anton Paar mostram a concentração do NaOH no visor do instrumento após poucos segundos da aplicação da amostra sobre o prisma.

  1. Medições

2.1 Princípio de medição

O índice de refração tem uma perfeita correlação com a concentração da solução binária de NaOH em água, o quê faz dos refratômetros Abbemat perfeitos medidores de concentração de NaOH em água. Na Anton Paar, nós apelidamos os refratômetros Abbemat utilizados para esse fim de “sodímetros”.

2.2 Precauções de segurança

Esta metodologia não contém instruções objetivas de segurança. É responsabilidade dos usuários desta metodologia a determinação das medidas de saúde e segurança apropriadas. Sempre siga as intruções das FISPQs do produtos utilizados durante a execução da metodologia.

2.3 Aparato e materiais

Todos os refratômetros Abbemat Anton Paar podem ser utilizados para essa aplicação. Mas em concentrações de NaOH mais elevadas, os instrumentos mais resistentes da série serão mais indicados para se evitar dano químico ao instrumento. (Consulte a Anton Paar para detalhes).

2.4 Metodologia de medição

Para uma análise rápida e simples, NaOH pode também ser diretamente depositado sobre o prisma do instrumento e dentro de poucos segundos a concentração de NaOH aparecerá no vior do instrumento. A amostra pode ser aplicada à célula com uma pipeta de Pasteur ou com o uso da célula de microfluxo, que permite o uso de seringas ou de amostradores automáticos. (Sempre verifique a resistência das partes úmidas de todos os materiais!).

  1. Desenvolvimento da Aplicação

Durante a preparação para as medições de índice de refração, flocos de hidróxido de sódio e água destilada foram pesados utilizando-se uma balança calibrada com incerteza de 0,0002 g. A correlação entre o índice de refração e a concentração de NaOH em água é mostrada na Figura 1.
A partir da análise de correlação, uma função polinomial foi derivada e foi usada para a criação do método de determinação de hidróxido de sódio. Utilizando um Abbemat 550, a reprodutibilidade do método de NaOH foi obtida e apresentada na tabela 1.

  1. Conclusão

Os refratômetros Anton Paar oferecem fácil medição de concentração de hidróxido de sódio em soluções aquosas e garantem medições rápidas e exatas em poucos instantes. Todos os refratômetros Abbemat possuem esses métodos.

A Anton Paar é patrocinadora do Webmeeting Fermentec Reunião Anual 2021

Publicado em Reunião Anual | Com a tag | Deixe um comentário