vinagre

UNIVERSIDADE FEDERAL DO PARÁ - UFPAINSTITUTO DE TECNOLOGIA - ITEC

FACULDADE DE ENGENHARIA DE ALIMENTOS - FEADISCIPLINA: ENGENHARIA BIOQUIMICA

DOCENTE: ELISA NEVES

VINAGRE

BELÉM

2013

CRISLIANE CAMARGO DENYSE GOMEJOSEANE POMBO KELEM POMPEU

INTRODUÇÃODesde os tempos mais remotos, o ser humano

descobriu que poderia aproveitar reações que sucediam espontaneamente na natureza para tornar sua vida melhor e mais agradável. Dessa forma, passou a utilizar em seu benefício, os efeitos surpreendentes e, durante muito tempo, inexplicáveis, dos processos fermentativos para conservar alimentos e preparar bebidas.

O objetivo principal deste trabalho é estudar a obtenção de vinagre, a partir da fermentação acética dando ênfase ao processo submerso.

HISTÓRICOO vinagre é um alimento fermentado conhecido há

milhares de anos, as primeiras referências datam de 8000 anos a.C;

Utilizado como condimento, conservante, aromatizante, refresco e medicamento;

No século XVII a produção de vinagre, primeiramente se estabeleceu na França, seu nome provém do francês vinaigre ou vinho azedo;

Originalmente, era obtido do vinho de uvas e da cerveja, por fermentação espontânea.

DEFINIÇÃO SEGUNDO A LEGISLAÇÃOOs fermentados acéticos são definidos como os

produtos obtidos da fermentação acética do fermentado alcoólico de mosto de frutas, cereais ou de vegetais, de mel, ou da mistura de vegetais, ou ainda da mistura hidro-alcoólica, devendo apresentar acidez volátil mínima de 4,0 gramas por 100 mililitros, expressa em ácido acético;

A graduação alcoólica não pode exceder 1° GL e deve ser obrigatoriamente pasteurizado;

Classificado de acordo com a origem da matéria-prima, sendo designados de fermentados acéticos ou vinagres, seguidos do nome da matéria-prima de origem.

IMPORTÂNCIA E APLICAÇÕES INDUSTRIAIS

Condimento: o vinagre é usado com a finalidade de conferir odor e sabor ácido ao produto.

Agente de limpeza: o vinagre é utilizado para clarear materiais metálicos como prata, alumínio e latão.

Possui propriedades preservativas: são utilizados principalmente contra fungos (bolores) em pães, panetones e biscoitos

ELEMENTOS DE MICROBIOLOGIA APLICADA AOS AG. FERMENTATIVOS

Bactérias acéticas pertencem à família Acetobacteraceae Dois gêneros (Acetobacter e Gluconobacter)Principais espécies: A. aceti, A. pasteurianus, A.

peroxidans, A. xylinum e Gluconobacter oxydans;Polimorfismo: bastonetes e cocos; Gram negativas;Temperatura: 25°C a 30°C;pH: 3 a 4;Estritamente Aeróbias.


Fatores que afetam o crescimento das espécies do gênero Acetobacter:• Falta de fontes de carbono e nitrogênio como manitol

e sulfato de amônio;Falta de vitaminas do complexo B, tais como tiamina,

piridoxina, cianocobalamina, ácido pantotênico e nicotínico;

Algumas espécies demonstram a necessidade de ácido p-aminobenzóico.

Falta de sais minerais (macronutrientes), de boro, ferro, zinco, manganês.


Interesse industrial : A capacidade de suportar altas concentrações de álcool

no mosto e ácido acético no vinagre; Boa capacidade de produção de ácido acético;Bom rendimento industrial na conversão de álcool à

ácido acético;Rapidez na transformação;Baixa exigência em nutrientes, minerais e vitaminas;Tolerar uma faixa ampla de temperatura.


As características desejáveis de meios de cultivo:

Atender as necessidades nutricionais do microrganismo escolhido (vitaminas e minerais);

Cepas do gênero Acetobacter (meio de Frateur); Meio de Frateur: 10g de extrato de levedura, 20g de

etanol, 20g de CaCO3 e 20g de agar em 1 litro de água destilada, com pH ajustado entre 6,0-7,0;

Melhores fontes de carbono para o crescimento de Acetobacter são, etanol, glicerol e lactato.


Preparo do Inoculo:• Quantidade de 1,0 x 109 células mL-1 é o ideal para um inóculo

de bactérias acéticas;• As bactérias acéticas se desenvolvem em tubos com água

estéril contendo ácido nicotínico, autolisado de leveduras e álcool como substrato;

• Mantida em incubadora rotativa a 120rpm por 48 horas;• Todas as transferências devem ser feitas em condições

assépticas;• Frascos devidamente fechados, porém permitindo a entrada de

ar, devido à natureza aeróbia dos microrganismos.

ELEMENTOS DE MICROBIOLOGIA APLICADA AOS AG. FERMENTATIVOSEnzimasAs enzimas envolvidas na fermentação alcoólica são

denominadas enzimas glicolíticas.A fermentação acética consiste na reação de

transformação do vinho em vinagre, que é catalisada através da enzima alcooxidase, formada pelo fungo Micoderma aceti.

MATÉRIAS PRIMASClassificação da matéria prima:Vinagres de sucos de frutas: uva, uva-passa,

maçã, abacaxi, etc.Vinagres de tubérculos amiláceos: batata,

batata-doce, mandioca, etc.Vinagres de cereais: cevada, centeio, trigo,

arroz, milho, etc.Vinagres de matérias-primas açucaradas:

xarope de açúcar, mel, melaço, etc.Vinagres de álcool: álcool propriamente dito diluído,

aguardentes, outros destilados.

PREPARO DO MOSTO

Vinho não pasteurizado + Vinagre não pausterizado

•Concentração Alcoólica: o vinho (5 a 12oGL); • Acidez Inicial: Adição de 25 a 30% de vinagre forte não

pasteurizado (acidez inicial entre 2 a 3% de ácido acético);• Controle da Oxigenação: suprimento adequado de O2,

(microrganismo aeróbio estrito); • Controle da Temperatura: temperatura entre 25-32oC.• Correção de Nutrientes: adição de minerais, aminoácidos

e vitaminas do complexo B.

Fermentação acética

CINÉTICA DOS PROCESSOS FERMENTATIVOS

Sob condições definidas pode-se definir uma taxa (velocidade) de crescimento pela equação abaixo:

Onde:

rX : taxa de crescimento celular (g cel/L)

t : tempo

: taxa (ou velocidade) específica de crescimento microbiano.

O tempo de geração ou duplicação é relacionado a pela equação:


O modelo mais utilizado é o modelo de Monod, que expressa a velocidade específica de crescimento () como uma função da concentração de substrato limitante (S):

Onde:

max: velocidade específica máxima do microrganismo

Ks: constante de Monod


Rendimentos num Processo Fermentativo

Onde:

X : aumento de concentração,

P: aumento da concentração do produto

S: variação da concentração de substrato limitante no intervalo de tempo considerado.

P /S

PY

S

X /S

XY

S

ESTUDOS DOS PROCESSOS DESCONTÍNUOS E CONTÍNUOS

Fermentação Descontínua (ou Batelada)Com um inóculo por tanqueCom recirculação de células

Fermentação Descontínua Alimentada (Batelada alimentada)

Sem recirculação de célulasCom recirculação de células

Fermentação ContínuaUm biorreator (com ou sem recirculação de células)Reatores em série (com ou sem recirculação de células)


Vantagens Desvantagens

Maior produtividade devido à redução de tempos não produtivos;

Maior investimento inicial na planta;

Menor capacidade de: dornas, trocadores, e outros;

Possibilidade de mutações genéticas espontâneas;

Obtenção de um caldo fermentado uniforme

Maior possibilidade de contaminações, por se tratar de um sistema aberto, necessitando mais cuidados de assepsia;

Devido ao regime estacionário que se pode trabalhar, é possível trabalhar em condições ótimas para o microrganismo;

Dificuldade de manutenção de homogeneidade no reator, principalmente quando se trabalha com grandes volumes e baixas vazões;

Possibilidade de associação com outras operações contínuas (destilação).

Menor flexibilidade e menor robustez em relação ao processo batelada

Dificuldade de operação em estado estacionário;

Tabela 1: Vantagens e Desvantagens do Processo Contínuo em relação ao Batelada


Três processos básicos de produção de vinagre:Processo lento – O produto se forma naturalmente, sem

aeração forçada ou adição de substâncias estranhas, como antiespumantes, nutrientes, etc. O produto dispensa clarificações, filtrações e seus coadjuvantes, pois se clarifica à medida que se forma.

Processo rápido – O produto se forma mais rapidamente, com menor probabilidade de contaminações e infestações.

Processo submerso – O tempo de fermentação é curto e as condições totalmente controladas, evitando-se a formação de produtos secundários e a perda de substâncias aromáticas da matéria-prima.

PROCESSO SUBMERSOBaseia-se na presença da bactéria acética submersa no

vinho (fermentação acética) saturado constantemente por ar.

Tempo de processo = 25 a 40 hConcentração de álcool residual = 0,2% v/v

Vantagens:Sistema muito eficiente e extremamente rápido;As perdas são mínimas por evaporação.

Desvantagens:Vinagre turvo;Qualidade inferior àquela obtido pelo método lento.

CALCULO DOS BIORREATORES Em todo processo em batelada, o número total de biorreatores que são

colocados em operação deve ser tal que a operação pós fermentação mantenha-se,

de preferência, em fluxo contínuo.

Dados do biorreator (Produção= 3000 Kg/h; V0= 15 m3; Vf=(1/3)V0;Tf = 28h; F=

1060 L/h).

.Tc=Td= V/F

Tc=Td = (5.103dm3/1060 L/h ).

Tc=Td = 4.8 h de carga ou descarga do

biorreator.

D= 2+ (Tf/Td)

D= 2+( 28 / 4.8)

D= 7,85 biorreatores

Ou seja, para que se possa produzir essa quantidade de vinagre, na vazão e tempo

de fermentação especificada são necessários oito biorreatores.

EQUIPAMENTOS

Acetificador de Frings: Funciona de maneira contínua

a- turbina de ar; b- compensador de ar; c- dispositivo para coletar líquido de condensação; d-e- dispositivo para controlar a formação de espuma;f- dispositivo para medir o álcool; g- serpentina para refrigeração;h- dispositivo para refrigeração;i- termômetro; j- bomba para entrada do vinho; k- bomba para retirada do vinagre.

Fluxograma dos equipamentos envolvidos no processo.

EQUIPAMENTOS

CentrífugaIdentificação: Centrífuga Data: 09/03/2013Item nº C-F Nº necessário: 1

Função: Centrifugar os microorganismos provenientes da fermentação acética com o intuito de fazer o reciclo dos mesmos.

Operação: Batelada

Tipo: Vertical Fixo Cilíndrico Capacidade: 1000 Kg/hÁrea: 0,35 m2

Características de operação: Material alimentado: vinagre Pressão: 1 atm Temperatura: ambiente Material: Aço inoxidável

Dimensões da centrífuga: Cilíndrico com diâmetro de 0,5 m, altura de 0,4 m e um volume de 0,0076 m3.

Comentários: a localização e o tamanho do equipamento são estabelecidos segundo o desenho da planta.

EQUIPAMENTOS

EQUIPAMENTOSReator de Acetificação

Identificação: Acetificador Data: 09/03/2013Item nº R-A

Nº necessário: 8

Função: Transformar o álcool do mosto alcoólico em ácido acético através de uma fermentação acética.

Operação: Semi-contínuoTipo: Horizontal Fixo CilíndricoCapacidade: 1000 Kg/hÁrea: 10 m2

Características de operação: Material alimentado: mosto alcoólico proveniente da fermentação alcoólica Pressão: 1 atm Temperatura: 25ºC Material: Aço inoxidável

Dimensões do reator:Cilíndrico com diâmetro de 1 m, altura de 2 m e um volume de 15 m3.

Utilitários: Sistema de resfriamentoControle: Trocador de calor à vapor Comentários: a localização e o tamanho do equipamento são estabelecidos segundo o desenho da planta.

EQUIPAMENTOSFiltro Prensa

Identificação: Filtro Prensa Data: 09/03/2013Item nº F-P Nº necessário: 1

Função: Filtrar o vinagre após a clarificação para retirar as partículas sólidas em suspensão no líquido.

Operação: Batelada

Tipo: Horizontal Fixo Composto por placas quadráticas Capacidade: 1000Kg/hÁrea: 3,2 m2

Características de operação: Material alimentado: vinagre com partículas sólidas em suspensão Pressão: 3 atm Temperatura: ambiente Material: Aço inoxidável

Dimensões do filtro: Retangular com comprimento de 6,09 m, largura de 0,6m, altura de 0,7 m e um volume de 0,5 m3.

Comentários: a localização e o tamanho do equipamento são estabelecidos segundo o desenho da planta.

EDIFICAÇÕES INDUSTRIAIS

A ventilação adequada para manter a salubridade do ar, a temperatura e a umidade;

Iluminação, suficientemente intensa, podendo se utilizar de luz natural;

Pisos e paredes resistentes e de fácil higienização;Portas e janelas com telas, para evitar pragas;Fluxo contínuo da produção;O s equipamentos posicionados de forma a facilitar o

processamento e reduzir os riscos de contaminação do produto final;

Área reservada para possíveis ampliações.


Área total de aproximadamente 4000 m²

Vista frontal da indústria de vinagre.


Vista superior (Layout) da indústria de vinagre.

EDIFICAÇÕES INDUSTRIAISVista interior (Layout) da indústria de vinagre.

b. Tanque de preparo do mosto; c. Acetificadores; d. Tanque de clarificação; e. Filtro prensa; f. Toneis de envelhecimento; g. Pasteurizador; h. Tanque de diluição; i. Envasador;

ESTERILIZAÇÃO • A esterilização implica a destruição, inativação ou

remoção de toda forma de vida microbiana.

Tabela 01: Métodos de esterilização.

A escolha do método depende das características dos produtos a serem esterilizado e do custo do processo.

ESTERILIZAÇÃOProdução de vinagre: Esterilizações do meio e do ar.

ESTERILIZAÇÃO DO MOSTO

O mosto deve ser esterilizado para que todos os

contaminantes (microrganismos estranhos) que estão

presentes no ar, água, equipamento, vidraria, e no

próprio mosto sólido sejam retirados para não

consumirem o meio de cultivo, competindo assim com

os microrganismos responsáveis pela fermentação.

ESTERILIZAÇÃO DO MOSTO

Os dois processos industriais mais importantes são o modo de operação contínuo e descontínuo.Descontínuo (batelada)

O meio de cultura é colocado dentro do fermentador, assim, esterilizam-se simultaneamente o meio e o fermentador. O aquecimento do sistema pode ser realizado de duas maneiras:

a)Aquecimento com vapor direto;

b)Aquecimento com vapor indireto.

Em qualquer dos casos, o meio é agitado mecanicamente, a fim de homogeneizar a temperatura em todos os pontos do sistema.

ESTERILIZAÇÃO DO MOSTO Contínuo

O meio de cultura é esterilizado antes de entrar no fermentador através do sistema mostrado abaixo:

Preaquecimento: utilizado como fluido de resfriamento

Trocador de calor de placas ou de tubos

Tubo de espera: termicamente isolado dimensionado de modo que o tempo de espera seja igual ao tempo de esterilização

Trocador de calor onde a T é reduzida até a T de fermentação

Mistura do meio com o vapor: atinge a T de esterilização

ESTERILIZAÇÃO DO AR

Os métodos para esterilização do ar são:

Calor seco (antieconômica ou de difícil realização);

Radiações (pouco usada devido ao grande tempo de exposição a radiação UV);

Filtração (maior aplicação na indústria). • Filtros que apresentam poros: Retenção mecânica dos microrganismos.• Filtros de camadas de material fibroso (lã-de-vidro): Combinação de vários efeitos físicos.

PROCESSOS FERMENTATIVOS

Fermentação Alcoólica:

A primeira fase da fermentação é um processo anaeróbio cuja equação simplificada é:

Açúcar Leveduras Álcool

C6H12O6 2CH3CH2O + 2CO2

Fermentação acética:

Álcool Bactérias Acéticas Ácido Acético

CH3CH2OH + O2 CH3COOH + H2O

PROCESSOS FERMENTATIVOS Balanço Material: Base calculo (C1= 1000kg/h)

Balanço para o tanque de preparo do meio de cultura:

Balanço de massa para a água:

Qas=Qae=900 kg/h

Balanço de massa para o etanol:

Qete=Qets=100kg/h

Qae=Quantidade de água que entra; Qas=Quantidade de água que sai;Qete=Quantidade etanol que entra; Qets=Quantidade etanol que sai;

PROCESSOS FERMENTATIVOS

Balanço Material:

Balanço de massa para o acetificador:

C3=Quantidade que sai do acetificador; Qac=Quantidade de Acido acético;In=Inoculo; Qets=Quantidade etanol que sai;

Quantidade de vinagre produzido

CONCLUSÕES

Uma característica bastante particular da produção dos vinagres é que as bactérias (acetobacteres), que fazem a oxidação dos alcoóis estão no ar.

O processo é bastante delicado.Os processos fermentativos, assim como os processos

químicos, são limitados pela cinética. Por ela é possível relacionar o tempo necessário para atingir concentrações desejadas e com essas informações é possível buscar melhorias para a otimização do processo produtivo.

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