Aplicação de preparado enzimático como coadjuvante no controle de formação de espuma em um processo de fermentação alcoólica em escala industrial

Abstract

A produção industrial de etanol combustível no Brasil é realizada por processo fermentativo com reciclo de células de leveduras. O processo industrial de produção de bioetanol resulta na formação de excesso de espuma. Assim, maiores níveis de contaminação e impurezas no processo fermentativo dificultam o controle da formação de espuma acarretando sérios problemas na operação do processo, como por exemplo, perdas financeiras devido a gastos excessivos com agentes antiespumantes e de fluidos por derramamento nas dornas de fermentação. Dentro do contexto apresentado, o objetivo do presente trabalho foi avaliar o desempenho de um preparado enzimático comercial como agente antiespumante em processo industrial de produção de bioetanol. O preparado enzimático foi aplicado ao processo industrial concomitantemente aos insumos químicos tradicionais (antiespumante e dispersante). A aplicação foi conduzida pelo bombeamento do preparo enzimático para as dornas de fermentação denominando-se esta operação de “período enzima”. Prévio à aplicação do preparado enzimático um período controle foi avaliado “sem a adição do produto”, (foram realizados 2 ensaios a nível industrial nos anos de 2018 e 2019, respectivamente). O monitoramento do processo foi realizado pela quantificação dos insumos químicos, preparado enzimático e etanol. Além disso, também foram monitorados os indicadores de desempenho de um processo fermentativo. Os ensaios 1 e 2 apresentaram reduções médias no consumo de antiespumante e dispersante de 26% e 37%, respectivamente. No período enzima (ensaio 1) foi adotada a estratégia de reduzir o mix de produção de etanol culminando em reduções de vazão de mosto, produção de etanol e taxa de ocupação de dornas. O ensaio 1 resultou em valores similares de indicadores do processo fermentativo nos períodos enzima e controle, com exceção dos níveis de impurezas e floculação. No entanto, no ensaio 2 não foi adotada a estratégia de redução do mix de produção de etanol. Nesta condição, não houve diferenças significativas nos indicadores do processo fermentativo entre os períodos controle e enzima. O ensaio 1 apresentou redução líquida de 15%, enquanto o ensaio 2 aumento líquido de 9%, com recursos para aquisição de insumos químicos, o que totalizou uma economia de R$ 0,40 no ensaio 1 e um prejuízo de R$ 0,18 no ensaio 2 por metro cúbico de etanol produzido. Assim, somente o ensaio 1 apresentou redução de custos com aquisição de produtos químicos. Por fim, a diminuição do mix de produção de etanol foi o momento mais adequado para a aplicação do preparado enzimático no processo fermentativo.

The indust r ial product ion of fuel ethanol in Brazi l i s car r ied out by a fermentat i ve proces s wi th rec yc l ing of yeast cel ls. The indust r ial proces s of bioethanol product ion resul ts in the format ion of excess foam. Thus, higher level s of contaminat ion and impur i t ies in the fermentat ion make i t di f f icul t to cont rol the format ion of foam, caus ing ser ious problems in the operat ion of the proces s, such as f inanc ial los ses due to exces s i ve expenses wi th ant i foaming agent s and los ses of f luids due to spi l lage in the fermentat ion vats . Wi thin the context presented, the objec t ive of the present work was to evaluate the per formance of a commerc ial enzymat ic preparat ion as a defoaming agent in an indus t r ial bioethanol product ion proces s. The enzymat i c preparat ion was appl ied to the indus t r ial process concur rent l y wi th t radi t ional chemical input s (defoamer and disper sant ) . The appl icat ion was car r ied out by pumping the enzymat i c preparat ion into the fermentat ion vat s denominated enzyme per iod” . Pr ior to the appl i cat ion of the enzyme preparat ion, a cont rol per iod was evaluated “wi thout the addi t ion of the product ” ( two tes ts were car r ied out in the year s 2018 and 2019, respect i vel y) . The moni tor ing of the proces s was car r ied out by quant i f ying the chemical input s, enzymat i c preparat ion and ethanol . In addi t ion, the per formance indicator s of a fermentat ion process were al so moni tored. Tr ials 1 and 2 showed average reduct ions in the consumpt ion of defoamer and di spersant of 26% and 37%, respect i vel y. In the enzyme per iod ( test 1) , the s t rategy of reduc ing the mi x of ethanol produc t ion was adopted, culminat ing in reduct ions in must f low, ethanol product ion and rate of occupat ion of vats . Tes t 1 resul ted in simi lar values of the fermentat ion proces s indicators in the enzyme and cont rol per iods, except for the levels of impur i t ies and f loc culat ion. However , in test 2, the st rategy to reduce the ethanol product ion mi x was not adopted. In this condi t ion, there were no s igni f icant di f ferences in the indi cators of the fermentat ion proces s between the cont rol and enzyme per iods. Tes t 1 presented a net reduc t ion of 15%, whi le tes t 2 a net inc rease of 9%, wi th resour ces for the acquis i t ion of chemical input s, whi ch totaled savings of R $ 0.40 in Tes t 1 and a loss of R $ 0.18 in tes t 2 per cubic meter of ethanol . Thus, onl y t r ial 1 showed cos t savings wi th the acqui si t ion of chemical s. Final l y, the dec rease in the ethanol product ion mi x was the most appropr iate moment for the appl icat ion of the enzyme preparat ion in the fermentat ion process .