Quais os principais problemas da fermentação alcoólica de cana?

20-05-2026

Confira artigo de Jaime Finguerut, diretor do ITC- Instituto de Tecnologia Canavieira  jaime.fing@gmail.com

Em diversos eventos recentes que tenho participado, sobre o tópico acima se aponta principalmente dois grandes problemas:

• Contaminação bacteriana
• Floculação do fermento

Há é claro vários outros problemas como por exemplo o rendimento relativamente baixo (<90%) o que aumenta o custo, o teor alcoólico final relativamente baixo (<9 ^oGL) o que exige maior volume de dornas e uma vazão grande nas centrifugas para a mesma produção, exige mais vapor na destilação e principalmente leva à geração de mais vinhaça e tudo isso aumenta o custo, o gasto com insumos como ácido sulfúrico, antiespumantes, biocidas e antibióticos, o gasto em utilidades, principalmente eletricidade para a centrifugação e para o bombeamento de água de resfriamento e condensação, tratamento de água e vapor para destilação, além dos gastos com a operação manual e a manutenção. De todos estes custos com certeza o maior deles é não conseguir o maior rendimento em álcool possível... mas o rendimento é difícil de medir e há quem pense que não se consegue controlar... Veremos isso mais tarde...

Todos os problemas citados estão interligados e se reforçam, ou seja, quando um deles piora, todos pioram... Mas vamos analisar os dois primeiros citados acima e objeto de muitas apresentações e ofertas de produtos (e consultorias) para resolvê-los.

Primeiro a infecção bacteriana... O que é a infecção ou contaminação bacteriana? Pois a fermentação real sempre é feita na presença de uma população microbiana mista composta de diversos “tipos” de leveduras e de bactérias, e nem sempre caracterizamos a operação normal como uma infecção ou contaminação bacteriana... Nós mesmos, mamíferos, temos uma enorme quantidade de bactérias vivendo dentro e em volta de nós (nosso microbioma) e nem sempre temos uma infecção, não é?

Portanto o fenômeno de contaminação / infecção é um pouco subjetivo, depende de quanto nós podemos considerar a presença de alguns tipos danosos de bactérias (e outras leveduras) como normais. Por exemplo, na indústria de alimentos há normas e verificação de procedimentos operacionais muito estritos, tentando se garantir um produto seguro e com um bom tempo de prateleira. Nada disso existe na nossa agroindústria onde se usa uma matéria-prima natural, viva, degradável, não armazenável, não estéril, não limpável e intrinsecamente variável e heterogênea... da qual temos de tirar o máximo de produtos, estes sim padronizados, com especificações estritas... e temos conseguido isso, apesar dos pesares...

Voltando, portanto, na definição de infecção / contaminação bacteriana... Será que poderíamos determinar por exemplo que não queremos nenhuma bactéria, ou seja, uma fermentação estéril, como na fabricação de vacinas ou fármacos? Uma única bactéria seria combatida? Embora possível, esta estratégia seria desastrosa do ponto de vista dos custos, se gastaria muito mais para manter a fermentação estéril do que as perdas que poderiam vir da presença de uma única bactéria.

Assim temos de admitir muito mais do que uma única bactéria. Outro problema... De que tipo de bactéria estamos falando? São só daquelas que causam problemas... Tem muitas bactérias que só passeiam, passam pelo nosso processo...Mas sabemos quais tipos são ruins? Temos como medir os efeitos da presença delas, fazer um diagnostico muito rápido e atacar a causa dos problemas? E se tentarmos matar as bactérias que já estão lá, será que não vamos prejudicar a ação dos microrganismos que estão fermentando? Em geral não sabemos responder a maioria destas perguntas cruciais...

Então, não podemos fazer nada, não podemos controlar os efeitos das bactérias danosas? Sim, podemos, mas principalmente de forma preventiva e mais raramente de forma corretiva. A correção do problema em geral é menos eficiente e custa mais caro...

Para prevenirmos a infecção primeiro temos de entender o fenômeno... Se trata de uma característica da dinâmica da fermentação, por dinâmica entendemos como algo que evolui, acelera, desacelera e eventualmente atinge um equilíbrio, ainda que instável.

Por que o sistema é dinâmico? Porque a cada instante em que observamos o processo, estão entrando bactérias (danosas), estão saindo bactérias, estão sendo produzidas bactérias e o processo está acumulando bactérias, ou seja, sua quantidade está aumentando.

Quem rege a relação entre todos estes fatores dinâmicos é o balanço de massa (neste caso, de um componente, as bactérias), ou seja, a equação da conservação de massas.

Em termos de equação (simplificada), temos para o processo como um todo:

Entra – Sai + Produz (- Desaparece) = Acúmulo                 (Equação 1)

Entrada de bactérias: pelo mosto, pela água, pelo crescimento e descolamento de biofilmes nos equipamentos e tubulações

Saida de bactérias: principalmente pelo vinho centrifugado, pois a centrifugação é seletiva, as partículas sólidas em suspensão irão para a fase pesada (leite) tanto mais quanto maior for o seu diâmetro, a força centrifuga é proporcional ao quadrado do diâmetro portanto uma bactéria que tenha um diâmetro (hidráulico) digamos um décimo da levedura ela terá uma probabilidade 100 vezes maior de ir para o vinho centrifugado, se ela não estiver grudada na levedura ou em outras partículas maiores...

Pode haver saída de bactérias também pelo descarte de fundo de dornas e de lavagem dos equipamentos, bem como pela sangria e principalmente pela recentrifugação do fermento (quando possível). A centrifugação promove a saída mecânica das bactérias quando a densidade das partículas é maior do que a do meio e quando a viscosidade do meio é suficiente baixa. A viscosidade aumenta dramaticamente quando as partículas estão aglomeradas...

Produção de bactérias: fenômeno dinâmico que implica na reprodução da parcela da população de bactérias que está adaptada ao ambiente da fermentação, ou seja, capaz de encontrar os nutrientes e capaz de resistir aos inibidores como pH baixo, acidez alta, teor alcoólico alto, teor de açúcar baixo, alta concentração de CO2, inibidores sintetizados pelas leveduras e outras bactérias.

Como veremos mais adiante, o processo, ou seja, o meio ambiente da fermentação vai sempre selecionar da população total aquela mais hábil para reprodução e, através da dinâmica da fermentação, que conseguirem permanecer em quantidade (concentração) suficiente para que a velocidade da produção (que é proporcional à quantidade / concentração) faça com que esta parcela mais hábil permaneça no processo e “expulse” as menos hábeis...

Desaparecimento: neste contexto seria a lise (a dissolução) de bactérias durante um tempo (ciclo)de fermentação fenômeno que não temos evidência de estar ocorrendo industrialmente e também a morte de bactérias, embora mesmo mortas as bactérias podem ser em parte recicladas. Por este motivo, nesta análise simplificada não vamos considerar o desaparecimento de bactérias como fenômeno relevante.

Acúmulo: quando tiramos uma amostra de vinho durante vários ciclos consecutivos e medimos a concentração de bactérias, os aumentos e diminuições são o resultado do acúmulo de bactérias, portanto nosso objetivo de controle, finalmente é impedir o acúmulo ou até melhor, fazer com que o processo expulse as bactérias (danosas) mais rápido do que elas estão entrando e se reproduzindo... e no limite, cada vez menos bactérias, produzem menos bactérias e o processo as expulsa com maior facilidade... Isso é agir preventivamente.

Para ilustrar esta dinâmica do acúmulo de bactérias vamos fazer um exemplo simplificado de fermentação. Digamos que uma fermentação batelada alimentada que produza 700 m3 etanol por dia com um teor alcoólico de 9 oGL tenha ~ 5.000 m3 de capacidade de dornas e uma capacidade de cubas de tratamento de um terço das dornas e contendo uma concentração de fermento do dobro daquele das dornas. Portanto o volume efetivo do ponto de vista da presença de leveduras é 2.500 m3 (dornas que estão cheias) + 1.700 m3 de cubas equivalentes (metade cheia e contendo duas vezes mais fermento do que na dorna) ou 4.200 m3.

Correspondendo à produção de 700 m3 com teor de 9oGL temos uma vazão que passa pela fermentação (vinho em fermentação) de ~370 m3/h, assim o processo está lavando a população de fermento com uma taxa de quase 0,1 (10 %) por hora. Isso significa que só as bactérias que conseguem se reproduzir nesta velocidade ou acima é que poderão se acumular no processo. Esta taxa de diluição (ou de velocidade específica de reprodução) corresponde a um tempo de geração de aproximadamente 7 horas, ou seja, elas teriam de ser capazes de dobrar a sua quantidade em um ciclo de fermentação de 7 horas... Todas as bactérias que têm uma velocidade de reprodução menor serão literalmente lavadas do processo e desaparecerão, mesmo eventualmente entrando e se reproduzindo...

Se as condições de fermentação forem mais difíceis para as bactérias, por exemplo por ter sido usado um pH menor no tratamento ácido ou ter sido usado um biocida ou antibiótico, ou ainda se a velocidade de fermentação aumentar as bactérias serão retiradas com maior facilidade.

Portanto agora respondemos a maior parte das perguntas que tínhamos ao início da nossa conversa, se trata de interferir na dinâmica do acúmulo de bactérias adaptadas ao nosso processo, principalmente maximizando a retirada de bactérias pela centrifugação, o que se consegue com a alimentação e regulagem das centrifugas, para obter o teor de fermento no leite om mais alto possível (acima de 60%) e admitindo uma perda pequena de fermento + bactérias pelo vinho centrifugado. Obviamente temos de prevenir a aglomeração das partículas, evitar sólidos no mosto, trabalhar com teor de fermento e pH suficientemente baixos para minimizar a viscosidade do leite, evitando também o acúmulo de poder tampão. Subsidiariamente devemos minimizar as entradas (de forma econômica) e manter uma alta força fermentativa, de forma que a própria levedura iniba as bactérias.

E o segundo problema mais apontado da fermentação, a floculação?

É em boa parte, um fenômeno dinâmico parecido com o acúmulo da infecção / contaminação bacteriana, mas mais difícil de evitar e de controlar, primeiro porque a centrifuga tende a concentrar seletivamente as partículas maiores (flocos) e rejeitar as menores (não aglomeradas).

Mesmo assim, há esperança... Há dois “tipos” de floculação, a reversível, ou seja, aquela aglomeração que a redução de pH consegue separar (também de forma reversível) em geral causada pela presença de bactéria floculantes, aquelas que se aderem às paredes das leveduras formando pontes e aglomerados mistos. Este tipo de floculação pode ser controlado pelo uso de mais ácido, de antibióticos eficientes e recentrifugação e causa menores prejuízos do que a floculação irreversível (aquela que o baixo pH não desaglomera).

A floculação dita irreversível é causada pela substituição do fermento normal (selecionado ou customizado) por fermentos naturalmente floculantes nas condições da fermentação. O fermento floculado é geneticamente determinado a fazer flocos, ou ter capacidade de adesão, seja por não se separar na reprodução seja por sintetizar proteínas e carboidratos específicos na parede celular. A substituição é um fenômeno dinâmico de acúmulo de um tipo de fermento e de retirada de um outro tipo normal de fermento, portanto este fenômeno é também regido pela Equação 1 acima e repetida aqui:

Entra – Sai + Produz (- Desaparece) = Acúmulo                 (Equação 1)

No caso, temos entrada de fermento floculante, em geral pela “memória” do processo do final floculante da safra passada (mas não só por aí), a retirada do fermento floculante pela centrifugação minimizada e a produção do fermento floculado sendo gradualmente aumentada pelo maior reciclo dos aglomerados e maior rejeição do fermento (pequeno em relação aos flocos) levando a um gradual aumento da sua quantidade, o que leva à um gradual aumento na sua produção, fechando um ciclo vicioso de substituição, que pode ser muito rápida, dependendo da quantidade inicial do floculante (por exemplo pela memória do processo que floculou na safra anterior) ou mais lenta, ocorrendo mais ao final da safra.

De forma semelhante a o que desenvolvemos para a contaminação bacteriana, um fermento muito ativo, ou seja, bem adaptado desde o início às condições da fermentação (ou seja sendo inoculado em grande quantidade e propagado de forma rápida e intensa e mantendo boa taxa de reprodução) pode ocupar rapidamente o “espaço” na fermentação ou seja seguir dominante e persistente desde o início até boa parte da safra. No entanto a estratégia de tomada da fermentação pelos floculantes é sempre muito eficiente, o que explica a alta frequência do problema e a intensidade dos seus efeitos danosos.

Portanto pelo que aprendemos, nosso fermento normal tem de se reproduzir desde o início, no mínimo ou acima da taxa de diluição, sendo um mal menor ter de sangrar o fermento em excesso do que dar a chance de acúmulo de floculantes, o que será líquido e certo pelas características seletivas da centrifugação. A vazão pelas boquilhas das centrifugas são limitadas pela viscosidade e esta é determinada pelo alto teor de fermento portanto se desde o início ocupamos o “espaço” total das boquilhas pelo fermento normal, reduzimos a chance de selecionar os flocos... Uma centrifugação medíocre leva obrigatoriamente à substituição por um fermento com partículas maiores...

Também a sangria, feita por exemplo pelo descarte do fundo de dornas é algo positivo pois o fermento com mais flocos, junto com os sólidos não levedura decantam rapidamente no fim da fermentação e a retirada seletiva deste material tende a retirar o pior fermento...

Qual a solução para os dois mais famosos problemas da fermentação? O esclarecimento e o controle antecipatório da dinâmica do seu acúmulo no processo...

E os outros problemas, por exemplo o rendimento? A solução é o Monitoramento e Controle Avançados, usando NIR ON-LINE e Inteligência Artificial que será o objeto do nosso próximo artigo...