CENTRO PAULA SOUZA ETEC DE RIBEIRÃO PIRES

Andrezza Garcia Nº:02 Gabriel Lopes Nº:10 Lucas Wallace Nº:18 Milena Machado Nº:23 Victor Pessutte Nº:29

Walter Nezi Nº:30

TPI II – TECNOLOGIA DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS II PRODUÇÃO DE ÁLCOOL DA MANDIOCA E DA CANA

Ribeirão Pires – São Paulo 03 de Setembro de 2015

Andrezza Garcia Nº:02 Gabriel Lopes Nº:10 Lucas Wallace Nº:18 Milena Machado Nº:23

Victor Pessutte Nº:29 Walter Nezi Nº:30

TPI II – TECNOLOGIA DOS PROCESSOS INDUSTRIAIS II PRODUÇÃO DE ÁLCOOL DA MANDIOCA E DA CANA

Para cada experimento realizado em laboratório, tanto no curso técnico como nas empresas, deve-se ser criado um relatório afim de que nossos superiores possam sempre estar atualizados sobre o processo de produção e seus resultados. Professor: Ricardo Ferreira da Silva

Ribeirão Pires – São Paulo 03 de Setembro de 2015

INTRODUÇÃO

A fermentação é um processo de geração de energia em que ocorre a oxidação incompleta de substancias orgânicas, como o açúcar. Existem tipos de fermentação, as principais são:

Fermentação alcóolica, nesta ocorre a formação de etanol e CO2. Na produção de bebidas alcoólicas o álcool é formado a partir da glicose presente em certos alimentos. Já no álcool combustível as leveduras atuarão sobre o melaço da cana de açúcar.

Fabricação de massas e pães, as leveduras realizam a fermentação e liberam CO2, e formam bolhas capazes de inflar a massa.

OBJETIVOS

Em laboratório, realizar a fermentação do açúcar para obtenção de álcool, com a finalidade de obter parâmetros de comparação com a produção do álcool da cana de açúcar e da mandioca.

MATERIAIS E REAGENTES

- Mandioca; -Açúcar; -Fermento; -Panelas; -Colher; -Faca; -Água; -Ácido sulfúrico; -Papel tornassol; -Estufa; -Mangueira de látex; -Erlenmeyer; -Manta de aquecimento; -Balão de destilação; -Condensador.

PROCEDIMENTOS

Para a produção de álcool a partir da mandioca, realizou-se um tratamento em 2,2 kg da mesma para então realizar a produção.

Preparação da Mandioca Foi descascada e cortada em pequenos pedaços e até ralada, para então ser

colocada em vasilhas com água para lavagem e remoção de impurezas. Feito isso, os pedaços de mandioca foram colocados em um liquidificador para moer cada vez mais, aumentando a área de contato do tubérculo com a enzima que será colocada posteriormente.

Diluição É necessário realizar a diluição do amido presente, fazendo com que haja

aproximadamente 4 litros de água, pois a concentração desejada é de 160g de amido por litro, mas há aproximadamente 300g em 1 kg de mandioca, então, realizando cálculos:

1Kg2,2Kg = 300g

x ⇒ x = 660g

C = mV ⇒ 160 = 660

V ⇒ V = 4,13 L

Preparação do Mosto Feito isso, a mandioca já cortada e a água foram adicionados a uma grande

panela e submetidos ao aquecimento para então realizar a adição de 10mL da enzima alfa amilase e esta começar a fermentar. Em paralelo a isso, foi pego de tempos em tempos amostras do mosto para verificar se havia amido presente com a adição de iodo para tal identificação.

Após o aquecimento, o mosto foi esfriado e teve o pH corrigido, de 6 foi para 4,5 utilizando 11mL de H2SO4, para então adicionar a amido glicosidase, pois ela trabalha nesse nível de pH e em uma temperatura de 30 a 50ºC.

Processo de Fermentação Feito isso, foi separada duas amostras do mosto, uma de 400mL para

fermentar em um sistema que armazene o gás formado e outro para realizar a destilação simples da amostra.

Preparação do Álcool de Cana (Açúcar) Para simular a fermentação de álcool a partir da cana, utilizou-se açúcar.

Utilizando 655g de açúcar para o procedimento (valor que será explicado devido posteriormente) de fermentação e repetindo o mesmo processo para a preparação do mosto, com exceção da sacarificação por causa que o açúcar já esta no estado desejado (forma de glicose).

Determinação de Massa Seca Foi pega uma amostra da mandioca já descascada, com a massa de 14,49g,

sendo esta denominada de massa úmida. A mesma foi colocada na estufa para retirar toda a água presente e pesar novamente, para verificar o quanto de umidade estava presente, determinando consequentemente a massa seca da amostra. O valor após a secagem na estufa foi de 5,75g, sendo o teor de umidade foi de aproximadamente 60%.

Destilação das Amostras O mosto destinado para a destilação foi deixado fermentando por alguns dias

e após isso, foi destilado. Adicionou-se carvão ativado no destilado obtido, para reter impurezas presentes na amostra e as mesmas foram filtradas. Em seguida, mediu-se o volume e a densidade das amostras, utilizando um picnômetro e um alcoômetro.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A fermentação alcoólica é um processo em que substanciais tais como açúcares são convertidos em energia celular e produção de etanol junto com gás carbônico. Para o processo se realizar, o amido presente na mandioca (C12H22O11) é

transformado em dois açucares, a glicose e a frutose, por meio da hidrólise e de catalisadores para essa transformação, como a enzima alfa amilase.

+ → +

Para a determinação de quanto de glicose que foi formada, realizou-se o cálculo com base na massa real de mandioca (obtida no processo de massa seca) que foi sacarificada e por meio de cálculos de proporção (estequiometria) com a reação de formação do etanol, determinou-se o rendimento.

Como em 1kg de mandioca há aproximadamente 300g de amido1, e o fator de conversão de amido para glicose é 0,9, sendo assim o teor de glicose em 1 Kg é de 330g, então:

4,13 0,4 = 2200 ⇒ = 193

2200 − 193 = 1987 1

1,987 = 330 ⇒ = 655

Os 4,13 L é o valor aproximado do volume de água da amostra, mas retirou-se 400mL da mesma separando-o da fermentação do resto do mosto, para montar um sistema que armazene o gás formado no processo de fermentação na amostra de 400mL. O sistema está representado a seguir.

1 Valor que pode ser verificado no artigo “Processamento Industrial de Fécula de Mandioca e Batata Doce – Um Estudo de Caso M. Leonel, S. Jackey, M.P. Cereda”

Figura 1 Fonte própria

O sistema funciona da seguinte maneira: o gás carbônico produzido na fermentação expulsa um determinado volume de água na proveta, armazenando o gás do processo. Porém, muito gás seria produzido e para armazenar todo o volume produzido, seria necessário esvaziar e encher a proveta mais de 100 vezes, pois seu volume era de 1 L, e pela reação e proporções estequiométricas, o gás carbônico produzido seria mais de 100 L.

Como foi realizada também a produção de álcool (simulado utilizando açúcar), nesse procedimento utilizou-se 655g de açúcar para a fermentação. O processo de produção foi bem mais rápido devido a ausência da etapa de sacarificação e pela fermentação da cana ser mais rápida.

A reação de fermentação está representada abaixo.

180655 → 2 92 + 2 ↗

88 ⇒ ≅ 334,8; ≅ 320,2

= ⇒ 0,8 = 334,8 ⇒ ≅ ,

1 = 44320,2 ⇒ ≅ 7,277

1 7,277 = 22,4 ⇒ ≅ 163

A massa teórica de etanol formado em cada processos de fermentação era de 320,2g e o volume de gás carbônico formado em cada um, teoricamente foi de 163L. O cálculo do rendimento de cada processo de fermentação segue-se abaixo.

Mandioca Volume formado: 184 mL Medição com alcoômetro: 54 ºGL Densidade: 0,88 g/mL

ô

ô á − ô = 53,41 − 28,49 = 24,92 ô á − ô = 53,49 − 28,49 = 25

= ⇒ = 2528,49 ⇒ ≅ ,

á çã

0,54% á × 0,79 ( ã ) × + 0,46 % á × 1( ã ) = ,

Volume real de álcool: 0,54 x 184 = 99,36 mL Rendimento em %:

267,84 99,36 = 100% ⇒ = , %

O rendimento da produção de álcool pela fermentação da mandioca foi de 37,09%. Seguem-se abaixo os dados obtidos da produção do álcool da cana.

Cana Volume formado: 1000 mL Medição com alcoômetro: 15 ºGL Densidade: 0,96 g/mL

á çã 0,15% á × 0,79 ( ã ) × + 0,85 % á × 1( ã ) = ,

Volume real de álcool: 0,15 x 1000 = 150 mL Rendimento em %:

= ⇒ 0,8 = 150 ⇒ =

334,8120 = 100% ⇒ ≅ , %

O rendimento da cana foi de 35,84%. A comparação dos dados foi feita, e de acordo com valores pesquisados em diversos sites2 especializados em relação a produção de álcool, como o www.novacana.com e a Agência Embrapa, o rendimento de produção de álcool proveniente da mandioca é maior do que a cana, porém esta possui maior produtividade em relação a plantação e a colheita.

Segue-se abaixo uma tabela com valores de importância para comparação de produtividade de ambas as matérias primas.

2 Sites: http://www.novacana.com/estudos/a-evolucao-da-produtividade-da-cana-de-acucar-160813/;http://www.agric.com.br/producoes/cultivo_da_cana.html; http://www.agencia.cnptia.embrapa.br/gestor/agroenergia/arvore/CONT000fj1ma9r802wyiv802hvm3j8ubzcro.html

Mandioca Cana Unidades Produtividade 20 90* ton/ha

Produção de álcool 2080 8100 L/ha 104 90 L/t

Tempo de fermentação 36 12 h * média de 5 cortes, 1 por ano. Com esses valores, observa-se que economicamente a cana seria mais

viável, apesar do rendimento maior da mandioca. A cana tem maior produtividade o que a faz ser a escolha certa para o processo de fermentação e produção do etanol.

CONCLUSÃO

A produção de álcool provindos de diferentes matérias primas proporcionou uma visão mais ampla sobre todo o processo de formação de álcool e suas reações.

Utilizando a cana-de-açúcar, e a mandioca foi possível realizar comparações sobre a viabilidade do uso dos dois tipos de álcool formados.

Além disso, o processo permitiu que fossem observadas todas as reações de fermentação ocorridas e que resultaram no produto final.