Estudo da modelagem cinética da fermentação alcoólica em batelada de polpa de tomate (Lycopersicon esculentum Mill)

Abstract

A utilização de polpa de frutas, verduras e hortaliças na formulação de vários produtos representa alternativa de aproveitamento dos mesmos, evitando desperdícios e agregando valor, principalmente a produção de fermentados alcoólicos das polpas e seus resíduos. A fermentação alcoólica compreende um conjunto de reações enzimáticas controladas, ocorre a oxidação anaeróbica parcial dos açúcares, produzindo etanol, como principal produto, gás carbônico (CO2) e liberando energia, através da ação do microrganismo comumente usado, a levedura Sacharomyces cerevisiae. O tomate é uma das hortaliças mais produzidas e consumidas no Brasil e no mundo, sendo consumido in natura ou processado, por conter substâncias antioxidantes como ácido ascórbico, licopeno e compostos fenólicos, que exercem papel preventivo, especialmente contra doenças crônicas não transmissíveis. O objetivo desse trabalho foi a produção de bebida alcoólica fermentada utilizando polpa do tomate e caracterizar a cinética de fermentação através da modelagem da fermentação, estudando-se as variáveis de processo como concentração de inóculo, de sacarose inicial e produção de etanol. Inicialmente foi feita a caracterização físico-química das polpas de tomate, assim como a quantificação dos antioxidantes presentes, valores semelhantes aos encontrados em literatura. Em seguida, foram realizados testes de fermentações em batelada, para avaliar a concentração de inóculo, variando em 1, 3 e 5 g/L, variando também as concentrações de açúcares em 55, 110, 230 g/L e fixando as condições de fermentação em pH de 5,5, 20 g/L de concentração de polpa à temperatura de 30°C. Foram assim identificadas as melhores condições do processo, em torno de 230 g/L de açúcar e 5 g/L de inóculo, produzindo-se um vinho dentro das normas brasileiras, com 101,5 g/L de concentração de etanol e 99,5% de eficiência de fermentação. Em relação a modelagem cinética, os resultados mostraram que as constantes cinéticas obtidas (µmáx)situam-se entre 0,2-0,5 dia-1 e valor da constante de semi-saturação (Ks) teve um valor médio 7,47 ± 0,18 g/L, mostrando que a fermentação ocorreu de forma lenta, com, em torna de 4 dias quando alcança a fase estacionária, possibilitando o fornecimento de parâmetros que auxiliam no estudo de um modelo representativo do uso dessa biomassa na obtenção de sua bebida fermentada o qual foi descrito com eficiência pelo modelo de Monod. As taxas de consumo de substrato e a produtividade de etanol obtiveram valores máximo com 5 g/L inicial de inóculo e com 230 g/L inicial de açúcarde 4,545 g/(L h) e produto 1,39 g/(L h), respectively. Em relação a inibição por substrato, testando-se o modelo de Andrews, foi obtido uma pequena interferência por substrato, resultando em um KI elevado (508,16 ± 5,16 g/L), sendo assim o modelo de Monod o mais indicado para esse tipo de fermentação.