Universidade Federal de Santa Catarina Centro Tecnológico Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química



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Universidade Federal de Santa Catarina 

Centro Tecnológico 

Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química 

 

 



 

 

 



 

 

 



PRODUÇÃO DE VINAGRE DE MAÇàEM 

BIORREATOR AIRLIFT

 

 

Dissertação submetida à Universidade Federal de Santa Catarina para obtenção do grau 



de Mestre em Engenharia Química 

 

 



 

 

 



Paula Regina Ferraz Pedroso 

 

 



 

 

Florianópolis, 28 fevereiro de 2003. 



 

 

 



 


 

ii

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



Aos meus pais, Rubens e Derli pelo apoio e incentivo; aos 

meus irmãos, com muito carinho. 

 

 




 

iii


 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

Ao meu noivo Paulo

pelo carinho e companheirismo.

 



 

iv

 



 

 

 



Agradecimentos 

 

 



 

 

 



Ao CNPq pelo apoio financeiro; 

 

Ao professor Agenor Furigo Junior, pela dedicação e amizade durante a 



orientação; 

 

Ao professor Jorge Luiz Ninow pelas informações e pelo acompanhamento 



deste trabalho; 

 

À Indústria de Vinagre e Plásticos Heinig na pessoa de Hermes Humberto 



Heinig Filho (Chico) pela atenção e informações cedidas; 

 

Ao professor José Antônio Ribeiro de Souza juntamente com a Drª. Márcia 



Regina da Silva Pedrini, por comporem a banca examinadora

A todos os amigos do Engebio em especial à Mariana e à Carol, professores, 

funcionários, alunos de graduação e pós-graduação pelo agradável ambiente de 

trabalho; 

A todos que, de alguma forma, contribuíram para a realização deste 

trabalho.  

 

 

 



 

 

 



 

 

 

 




 

v

 



 

 

 



Sumário

 

 



 

 

 



Simbologia 

ix 


Lista de Figuras 



Lista de Tabelas 

xii 

Resumo 

xiii 


Abstract 

xiv 


 

 

Capítulo 1 

 

INTRODUÇÃO 



Capítulo 2 

 

REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 

 2.1 



Histórico 

 



2.2 Definição e tipos de vinagre 

 



2.3 Processos de fabricação 

 



 

2.3.1 Processo de Orleans 

 

 



2.3.2 Processo Alemão 

 



 

2.3.3 Processos Submersos 

 

 



2.3.4 Processamento final do vinagre 

11 


 

2.4 Bactérias acéticas 

13 

 

2.5 Composição do vinagre 



14 

 

 



2.5.1 Ácido acético 

14 


 

 

2.5.2 Álcool etílico (etanol) residual 



14 

 

 



2.5.3 Extrato seco 

15 


  

2.5.4 


Cinzas 

15 



 

vi

 2.6 



Biorreatores 

Airlift 15 

 

 



2.6.1 Vantagens dos biorreatores airlift 17 

 

 



2.6.2 Aplicações dos biorreatores airlift 18 

Capítulo 3 

 

MATERIAL E MÉTODOS 

20 

 

3.1 Produção de vinagre 



20 

  

3.1.1 



Matérias-primas 

20 


 

 

 



3.1.1.1 Fermentado de maçã 

20 


  

  3.1.1.2 

Microrganismos 

21 


 

 

3.1.2 Cultura acética 



21 

   


 

3.1.2.1 Descrição do biorreator airlift utilizado para a 

acetificação 

21 


   

 

3.1.2.2 Descrição do biorreator clássico utilizado para a 



acetificação 

22 


 

 

3.1.3 Meio de cultivo 



23 

 

3.2 Métodos analíticos 



24 

  

3.2.1 



Amostragem 

24 


 

 

3.2.2 Análises físico-químicas 



24 

 

3.3 Determinação de parâmetros cinéticos 



33 

 

 



3.3.1 Determinação da concentração de biomassa 

33 


 

 

3.3.2 Velocidade específica de crescimento 



33 

 

 



3.3.3 Conversão de substrato em biomassa 

33 


 

 

3.3.4 Conversão de substrato em produto 



34 

 

 



3.3.5 Produtividade em ácido acético 

35 


 

 

3.3.6 Concentração equivalente de álcool adicionado 



36 

 

 



3.3.7 Concentração de álcool inicial 

37 


Capítulo 4 

 

RESULTADOS E DISCUSSÕES 

38 

 

4.1 Estudos preliminares 



38 

 

 



4.1.1 Correlação entre acidez total e acidez volátil 

38 


 

 

4.1.2 Características físico-químicas do fermentado de maçã 



39 

 

4.2 Produção de vinagre de maçã 



40 

 

4.3 Análises físico-químicas dos vinagres comerciais de maçã 



43 


 

vii


 

4.4 Comparação entre os vinagres comerciais e os vinagres produzidos 

44 

 

4.5 Avaliação do comportamento cinético da produção de ácido acético 



45 

 

4.6 Determinação dos parâmetros cinéticos 



47 

 

 



4.6.1 Curva de crescimento celular 

48 


 

 

4.6.2 Velocidade específica de crescimento média 



49 

 

 



4.6.3 Fator de conversão Y

p/s


 49 

 

 



4.6.4 Fator de conversão Y

x/s


 51 

 

4.7 Principais resultados cinéticos e estequiométricos 



53 

Capítulo 5 

 

CONCLUSÕES E SUGESTÕES 

54 

Capítulo 6 

 

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 

56 

Anexo I 

 

Composição do vinagre - alguns itens propostos pelo Codex Alimentarius 60 



Anexo II 

 

Parte do Decreto N.º 99.066 de 08 de março de 1990 



62 

Complementação dos padrões de identidade e qualidade para fermentados 

acéticos (vinagres) 

65 


Anexo III 

 

Dados obtidos durante a quarta cultura 



69 

Anexo IV 

 

Algumas definições sobre as análises físico-químicas 



71 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 


 

viii


 

 

 



 

Simbologia

 

 

 



 

 

X



 

concentração de biomassa [g.L

-1

]  


X

0

 



concentração inicial de biomassa [g.L

-1



 

C

eq



 

concentração equivalente de álcool adicionado [g.L

-1

]  


t

 

tempo [dia] 



 

Y

x/s



 

fator de conversão de substrato em células [g.g

-1

]  


Y

x/s médio

 

fator de conversão médio de substrato em células [g.g



-1

]  


M

X

 



massa de células [g] 

 

M



XT

 

massa total de células gerada no biorreator [g] 



 

M

S



 

massa de álcool [g] 

 

M

ST



 

massa total de álcool [g] 

 

Y

p/s



 

fator de conversão de substrato em produto [g.g

-1

]  


Y

p/s médio

 

fator de conversão médio de substrato em produto [g.g



-1

]  


M

p

 



massa de ácido acético [g] 

 

M



PT

 

massa  total de ácido acético gerada no biorreator [g] 



 

P

R



 

produtividade em ácido acético [g.L

-1

.d

-1



]  

P

R máx.



 

produtividade máxima em ácido acético [g.L

-1

.d

-1



]  

P

R média máx.



  produtividade média máxima em ácido acético [g.L

-1

.d



-1

]  


µ

média


 

velocidade específica de crescimento média [d

-1

]  


µ

 

velocidade específica máxima de crescimento celular [d



-1

]  


ρ

etanol


 

massa específica do etanol [g.L

-1

]  


ρ

ác. acético

 

massa específica do ácido acético [g.L



-1

]  


 

 



 

ix

 



 

 

 



Lista de Figuras

 

 

 



 

 

Figura 2.1 



–  Recipiente usado no processo de Orleans para a produção de 

vinagre. 

Figura 2.2 



–  Gerador para a produção de vinagre com recheio. 

Figura 2.3 



–  Acetificador Frings em aço inoxidável. 

11 


Figura 2.4 

–  Esquema de biorreatores airlift com circulação interna (a) e externa 

(b). 

17 


Figura 3.1 

–  Fotografia do biorreator airlift utilizado para a produção de vinagre 

(a), e esquema do biorreator utilizado (b). 

22 


Figura 3.2 

–  Fotografia do biorreator clássico  utilizado para a produção de 

vinagre (a), e esquema do biorreator utilizado (b). 

23 


Figura 4.1 

–  Comportamento cinético da acidez para ambos biorreatores durante 

a quarta cultura. 

45 


Figura 4.2 

–  Produtividade média em ácido acético durante a quarta cultura para 

os dois biorreatores utilizados 

47 


Figura 4.3 

–  Curva de crescimento celular durante a quarta cultura para ambos 

biorreatores. 

48 


Figura 4.4  – Velocidade específica de crescimento média durante a quarta 

cultura para ambos biorreatores. 

49 

Figura 4.5 



–  Fator de conversão de álcool em ácido acético durante a quarta 

cultura (Airlift). 

50 

Figura 4.6 



–  Fator de conversão de álcool em ácido acético durante a quarta 

cultura (Clássico). 

51 



 

x

Figura 4.7 



–  Fator de conversão de álcool em células durante a quarta cultura 

(Airlift). 

52 

Figura 4.8 



–  Fator de conversão de álcool em células durante a quarta cultura 

(Clássico). 

52 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 

 

 



 


 

xi

 



 

 

 






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