O dióxido de carbono é utilizado em diversos tipos de indústrias, principalmente na indústria de alimentos e bebidas para a produção de refrigerantes. Geralmente, o dióxido de carbono é obtido como subproduto da síntese de amônia. Outra importante fonte de dióxido de carbono é o processo de fermentação em cervejarias. Nessas indústrias, os clientes enfrentam o desafio da possível contaminação devido às diferentes fontes de matéria-prima utilizadas para a produção de dióxido de carbono puro.
No processo de fabricação de bebidas, a adição de componentes odoríferos externos e/ou alterações no equilíbrio dos sabores podem gerar odores denominados "sabores indesejáveis", que degradam a qualidade do produto, prejudicando seu sabor.
No caso da cerveja, a fabricação é um processo de fermentação complexo. Difere de outros processos de fermentação industrial, pois o sabor, a cor, o aroma, a limpidez e a espuma estão associados ao produto final. Sabores indesejáveis podem surgir durante o processo normal de fermentação, mas também podem ter origem em impurezas no dióxido de carbono injetado. O representante dos sabores indesejáveis problemáticos é o sulfeto de hidrogênio (H2S) gerado durante o processo de fermentação. Para minimizar sua geração no processo de fabricação, a seleção das condições de fermentação e das cepas de levedura é controlada. A Tabela 1 abaixo mostra o padrão para dióxido de carbono de grau alimentício (preparado com base nos documentos da Associação Europeia de Gases Industriais (EIGA)). A pureza do dióxido de carbono exigida é de 99,9%, e as impurezas totais de enxofre são de no máximo 0,1 ppm.
O método geralmente utilizado para análise de compostos que conferem sabor indesejável é a amostragem manual para análise de gases por cromatografia em laboratório. Há necessidade de monitoramento online de sabores indesejáveis sulfurados para detecção mais rápida de contaminação e melhor controle de qualidade dos produtos finais.
Tabela 1: Padrões de limites de pureza de CO₂ para bebidas (Preparado com base em documentos da EIGA)
O dióxido de carbono (doravante, CO2) para a indústria de alimentos e bebidas é produzido de duas maneiras diferentes. Para refrigerantes carbonatados, como a Coca-Cola, ele é produzido como subproduto do processo de síntese de amônia em uma planta petroquímica. Em seguida, CO2 é purificado em uma planta de purificação de gases de fabricação própria e, finalmente, vendido aos fabricantes de bebidas.
Figura 1: Processo de produção de dióxido de carbono como subproduto de plantas petroquímicas
Nas cervejarias, o dióxido de carbono é produzido como subproduto durante o processo de fermentação da levedura. As cervejarias evitam que o CO2 seja liberado na atmosfera utilizando o gás em seus produtos.
Figura 2: Processo de produção de dióxido de carbono como subproduto da fermentação em cervejarias.
O enxofre, ou sulfeto de hidrogênio, é um gás com um odor característico e desagradável de ovos podres, que pode causar mau cheiro e gosto ruim em bebidas. O CO₂ produzido no processo de fermentação em cervejarias ou no processo de síntese de amônia em plantas petroquímicas contém pequenas quantidades de sulfeto de hidrogênio.
Por exemplo, uma cervejaria (fabricante de cerveja) possui um processo de fermentação em sua linha de produção, onde a cerveja é fabricada a partir de malte, lúpulo, água e levedura. A levedura promove a fermentação, onde o açúcar (dextrose) se decompõe em etanol e CO2 na ausência de oxigênio.
C6H12O6 (dextrose) → 2C2H5OH (etanol) + 2CO2 (dióxido de carbono)
No processo de fermentação, o fermento consome açúcar e libera uma grande quantidade de CO2 que pode ser "recuperado" e utilizado na produção de cerveja. Infelizmente, durante a fermentação, também são produzidos sulfetos tóxicos e odoríferos que podem se acumular nas tubulações e contaminar CO2 recuperado. Para continuar utilizando CO2 recuperado, evitando a contaminação da cerveja engarrafada com toxinas de odor desagradável, o gás recuperado passa por um processo de desodorização, conforme ilustrado na Figura 3 abaixo. No entanto, a presença de sulfetos pode ocorrer se o CO2 não permanecer tempo suficiente no depurador. Às vezes, os funcionários são encarregados de testar o odor do CO2 recuperado, mas essa é uma prática insalubre e requer muita discrição para evitar a contaminação do produto.
Outra prática é a medição em lote com cromatografia gasosa realizada em laboratório, mas ela nunca fornece dados em tempo real, o que pode dificultar a detecção rápida de problemas de contaminação. Por fim, a medição em lote é muito cara e o CO2 contaminado, que excede os padrões de pureza, é simplesmente vendido a baixo custo ou descartado.
O monitoramento contínuo é uma solução muito eficiente em termos de custos, pois pode prevenir imediatamente o uso de CO2 contaminado no envase de cerveja, além de fornecer informações aos engenheiros de controle de processo sobre o tempo necessário para a remoção de enxofre. HORIBA oferece analisadores de sulfeto em gás base de CO2 como solução de monitoramento contínuo para prevenir a contaminação por sulfeto em produtos cervejeiros.
Figura 3: O processo de recuperação de CO₂ em uma cervejaria
Os gases associados a sabores indesejáveis de sulfeto podem ser medidos como sulfeto de hidrogênio com alta sensibilidade.
Medição altamente sensível de sabores indesejáveis de sulfeto após oxidação no analisador (0-10 ppb).
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É possível configurar com antecedência os cronogramas de manutenção no local, de acordo com qualquer data e horário desejados, permitindo uma calibração eficiente.
É possível alternar entre vários pontos de amostragem para a medição.
Monitor de sabor indesejável de sulfeto de alta sensibilidade APSA-370 com conversor especial CU-1
Tabela 2: Especificações do APSA-370+Special CU-1
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