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Processos Industriais
1) Processo: Chamamos de processo a seqüência de estados de um sistema que se transforma, ou ao conjunto de manipulações realizadas em fluxos e correntes, com o intuito de proporcionar as transformações necessárias às substâncias envolvidas, obtendo-se um produto a partir das matérias-primas.
Esquematicamente, um processo pode ser representado por:
1.1) Substâncias envolvidas nos processos
Todo processo envolve a manipulação de substâncias (água, leite, frutas, etc.) sendo necessário para sua análise que estas substâncias sejam caracterizadas por suas propriedades (densidade, calor específico, volume específico) as quais depende do estado (sólido, líquido e gasoso) definido por sua temperatura, pressão, volume (variáveis de processos).
PROCESSO
Estado 1 (Matéria-prima)
Estado 2 (Produto)
Alimentação Descarte
Substâncias
Sólido, líquido e gasoso.
1.2) Processos industriais
Gerenciar as diversas etapas do processo de fabricação, controlando o funcionamento das máquinas, os turnos de trabalho e a qualidade e o fluxo das matérias-primas.
Processos industriais são procedimentos envolvendo passos químicos ou mecânicos que fazem parte da manufatura de um ou vários itens, usualmente em grande escala.
- Petroquímica, química fina, sucroquímica, alcoolquímica e óleos essenciais.
1.2.1) Noções de microbiologia
A microbiologia é o ramo da biologia dedicado ao estudo dos seres microscópicos, geralmente muito pequenos para serem observados a olho desarmado. A palavra microbiologia deriva de três palavras gregas - mikros “pequeno”; bios “vida”; logos “ciência”.
Processos Industriais
Sucroalcooleira Moagem, tamisação, solubilização, filtração, destilação cristalização, combustão e aplicações das operações unitárias nos processos industriais sucroalcooleiro.
Cadeia produtiva (fontes, matérias-primas e produtos);
Indústria química
c) Levedura: As leveduras, como os bolores e cogumelos, são fungos. Apresentam-se características, sob forma unicelular. A etimologia da palavra levedura tem origem no termo latino levare com o sentido de crescer ou fazer crescer, pois as primeiras leveduras descobertas estavam associadas a processos fermentativos como o de pães e de mostos que provocam um aumento da massa do pão ou volume do mosto pela liberação de gás e formação de espuma nos mostos. Como células simples, as leveduras crescem e se reproduzem mais rapidamente do que os bolores. São mais eficientes na realização de alterações químicas, por causa da sua maior relação área/volume. As leveduras também diferem das algas, pois não efectuam a fotossíntese, e igualmente não são protozoários porque possuem uma parede celular rígida. São facilmente diferenciadas das bactérias em virtude das suas dimensões maiores e de suas propriedade morfológicas. Estes microrganismos são cultivados em destilarias para produção de etanol (álcool combustível) a partir do açúcar da cana. São também cultivadas a partir do melaço da cana-de-açúcar para serem usadas na fabricação de pães. Assim, são de extrema importância para a produção de álcool (álcool combustível e bebidas alcoólicas), além de outros produtos de grande interesse industrial até para a saúde e alimentação animal.
As leveduras não constituem um grupo definidos de microrganismos, embora exibam uniformidade morfológica, ou melhor, são diferenciados menos de acordo com características morfológicas e mais de acordo com as características
IMPORTANTE
As leveduras se desenvolvem tanto na presença como na ausência de oxigênio, e adaptam-se muito bem a ambientes ácidos; Os bolores preferem temperaturas entre 20 e 30ºC; Muitas espécies desenvolvam-se em temperatura de refrigeração e são raras as que se desenvolvem em temperaturas acima de 45ºC; Necessitam de menos água disponível do que as bactérias e mais do que os bolores.
fisiológicas. Como se pode verificar na figura que se segue a morfologia das leveduras é muito variável (figura 1):
Figura 1 – Quatro tipos de leveduras
Levedura – Cerveja: A levedura de bebidas alcoólicas é um fermento natural utilizado na fermentação do mosto (uma mistura de cevada, água e lúpulo) para produzir cerveja. As leveduras de bebidas alcoólicas são do gênero Saccharomyces , sendo a principal a espécie Saccharomyces cerevisiae. As células de levedura são uma fonte de alto teor protéico, porém, ao contrário das fontes de proteína animal, tem a vantagem de possuir outros tipos de gorduras. Levedura – Pão: Permite, quando adicionada à massa, que esta cresça e depois seja levada ao forno e forme o pão. O pão cresce devido a todo um processo de transformação realizado pela levedura, que quando misturada com a massa, que contém açúcares, vai começar a se reproduzir e a realizar a glicólise. Em seguida dá-se a transformação do ácido pirúvico (produto resultante da glicólise) em etanol, tendo sido libertado, para que esta transformação ocorra, um gás, dióxido de carbono): é este gás que, ao criar bolhas na massa, vai provocar o aumento de volume da mesma. Levedura – Química: Uma levedura química ou fermento químico é um produto químico que permite dar esponjosidade a uma massa. É uma mistura de um ácido não tóxico (como o cítrico ou o tartárico) e um carbonato ou bicarbonato para levar uma massa, conferindo-lhe esponjosidade. O ácido reage com o bicarbonato produzindo borbulhas de CO2, e dando volume à massa. Distingue-se da levedura
De acordo com a operação de tratamento do caldo , o caldo bruto deve sofrer um tratamento térmico, ou seja, um aquecimento de até 105º C, visando a eliminação dos microrganismos contaminantes, de maneira a reduzir a formação de espumas durante o processo fermentativo. Após o aquecimento, o caldo bruto tem suas impurezas removidas por decantação e resfriamento até a temperatura de 30ºC antes da fermentação.
3) Fermentação
Para que a fermentação tenha sucesso, dentro de especificações técnicas, é muito importante que se misture no mosto uma quantidade de leveduras capazes de converter os açúcares em álcool e gás carbônico, dentro de determinadas condições. Este conjunto de microrganismos recebe o nome de pé-de-cuba ou simplesmente fermento. As leveduras utilizadas na indústria do álcool e das
Para o preparo dos mostos devem ser tomados alguns cuidados no tocante à concentração de açúcares totais e sua relação com sólidos solúveis, acidez total e pH. Em alguns casos pode ser necessária a suplementação de nutrientes, adição de anti-sépticos e aumento da temperatura para se obter rendimentos satisfatórios.
O preparo do mosto de melaço é simples, já que se constitui em uma correção dos açúcares totais por meio de diluição. O pH tem papel importante na fermentação, sendo que para favorecer o desenvolvimento das leveduras deve estar na faixa entre 4,5 e cinco.
O uso de anti-sépticos tem o objetivo de controlar os contaminantes, sendo que o ácido sulfúrico tem se mostrado o melhor controlador das contaminações. As leveduras desempenham melhor sua atividade à temperatura de 32 a 34ºC
aguardentes devem apresentar certas características, como: velocidade de fermentação; tolerância ao álcool; rendimento; resistência e estabilidade. A velocidade de fermentação é determinada pela quantidade de açúcar fermentado por uma quantidade de leveduras durante certo tempo. O ganho em produtividade por meio de fermentações rápidas aumenta a produção diária e reduzem consequentemente, o custo de produção e o risco de contaminação por microrganismos prejudiciais. O rendimento, ou seja, a relação entre açúcar consumido e álcool produzido, deve ser elevada, sendo essa condição essencial para uma levedura industrial.
3.1) Processos industriais de condução da fermentação
As fermentações industriais podem ser classificadas de acordo com os tipos de alimentação das dornas e desenvolvimento da fermentação, em processos contínuos e descontínuos (batelada). Processos descontínuos são os intermitentes, denominados batelada simples ou batelada alimentada. Na batelada simples , a fermentação só tem início após o preenchimento do fermentador, momento em que se mistura o mosto com o fermento. Isto só é possível em condições de pequenas quantidades de mosto, não sendo viável para a indústria alcooleira, tendo uso restrito para fermentações laboratoriais e farmacêuticas. Já na batelada alimentada, mistura-se o mosto ao fermento conforme a dorna vai sendo abastecida. Trata-se de um método mais produtivo e expõe as leveduras a menores riscos de se tornarem inativas que no processo de batelada simples. Em relação aos processos contínuos, os primeiros sistemas foram os de dornas ligadas em série, com quantidade e tamanhos variados, em cascata, em que as primeiras dornas continham cerca de 70% do volume total em fermentação. Com a evolução dos processos da fermentação, ocorre uma otimização dos mesmos com redução dos volumes e do tempo de fermentação com aumentos na produção. O processo ainda é em cascata, com melhoramento nos sistemas de agitação e com diferenciado traçado geométrico das dornas. Algumas vantagens observadas na condução dos processos contínuos são: Maior produtividade; Menor volume de equipamentos em geral;
4.1.1) Processamento da cana
A cana colhida é processada com a retirada do colmo (caule), que é esmagado, liberando o caldo que é concentrado por fervura, resultando no mel, a partir do qual o açúcar é cristalizado, tendo como subproduto o melaço ou mel final. O colmo é às vezes consumido in natura (mastigado), ou então usado para fazer caldo de cana e rapadura. O caldo também pode ser utilizado na produção de etanol, através de processo fermentativo, além de bebidas como cachaça ou rum e outras bebidas alcoólicas, enquanto as fibras, principais componentes do bagaço, podem ser usadas como matéria prima para produção de energia elétrica, através de queima e produção de vapor em caldeiras que tocam turbinas, e etanol, através de hidrólise enzimática ou por outros processos que transformam a celulose em açucares fermentáveis. Praticamente todos os resíduos da agroindústria canavieira são reaproveitados. A torta de filtro, formada pelo lodo advindo da clarificação do caldo e bagacilho, é muito rica em fósforo e é utilizada como adubo para a lavoura de cana- de-açúcar. A vinhaça, que é o subproduto da produção de álcool, contém elevados teores de potássio, água e outros nutrientes, sendo utilizada para irrigar e fertilizar o campo.
4.1.2) Açúcar
O açúcar é definido como a sacarose obtida principalmente da cana-de- açúcar ( Saccharum officinarum ) ou da beterraba ( Beta vulgaris ). A sacarose é o edulcorante mas universalmente utilizado em todas as classes de produtos alimentícios. A sacarose é um carboidrato com formula química representada por C 12 H 22 O 11 , peso molecular de 342, muito solúvel em água, facilmente hidrolisada em soluções ácidas levando a formação de glicose e frutose, conhecido como açúcar invertido, segundo a reação:
C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 Reação de inversão da sacarose
Figura 2 – Fórmula estrutural da sacarose
A sacarose apresenta propriedades físico-químicas que devem ser consideradas nos processos de fabricação, embalagem e armazenamento do açúcar. Pela prórpia definição de açúcar, observa-se que a composição centesimal deste produto é basicamente a sacarose. A classificação do mesmo, segundo a ANVISA, só considera o teor deste nutriente obtido pelo processo tecnológico de fabricação do produto, assim: o açúcar cristal é o que contém no mínimo 99,3% de sacarose; o açúcar refinado no mínimo 98,5%; o açúcar moído no mínimo 98,0%; o açúcar demerara no mínimo 96%; o açúcar mascavo no mínimo 90,0%; e o açúcar mascavinho no mínimo 93,0% de sacarose. Também é preconizado que o produto não pode apresentar processo fermentativo, detritos ou sujeidades. A fermentação ocorre pela ação de microrganismos que utilizam como substrato o carboidrato transformando-o em compostos como ácidos e álcool. No caso do açúcar, a fermentação é indesejável, pois caracteriza uma contaminação microbiana que utiliza indiretamente a sacarose como substrato levando a liberação de ácidos e dióxido de carbono. A sacarose por apresentar boa solubilidade em água também é considerada uma substância higroscópica, que absorve a umidade do ar. Isto é bem relevante no que diz respeito à conservação e possível deterioração do açúcar. A sacarose por ser um composto que apresenta carbono assimétrico, possui a capacidade de desviar o plano de luz polarizada. Um feixe luminoso apresenta raios de luz em todos os sentido, ao passar por um polarizador, a luz polarizada acontece em único sentido. Esta luz incidindo sobre um tubo polarimétrico que contém substância com C assimétrico é desviada. O ângulo da luz polarizada pode ser medido e é diretamente proporcional à
RECEPÇÃO
MATÉRIA-PRIMA
O processo de fabricação do açúcar é representado a seguir:
EXTRAÇÃO SUCO BRUTO
PURIFICAÇÃO
ÁGUA DE
EXTRAÇÃO
CRISTALIZAÇÃO EVAPORAÇÃO^ SÓLIDOS
MELADO
AÇÚCAR
BRUTO
