O grão do milho contém grandes moléculas de polissacarídeos (amido), que são carboidratos constituídos de unidades de glicose, que interagem entre si e formam pacotes compactados de carboidrato com baixa solubilidade em água.

Por isso, é preciso degradar o amido e transformá-lo em açúcares solúveis (glicose e maltose) que serão usados na fermentação para gerar o álcool.

Na maioria dos países, inclusive no Brasil, a fermentação é o método mais utilizado para a obtenção de etanol. O processo é feito em três etapas: preparo do substrato, fermentação e destilação.

No preparo do substrato, o milho é tratado para que dele se obtenha os açúcares. Na fermentação, os carboidratos são transformados em álcool pela ação de micro-organismos. Finalmente, na destilação, o etanol é separado e purificado.

Preparo do substrato

No preparo do substrato, deve-se conhecer as propriedades fisiológicas do fermento, para que, se necessário, adicione-se elementos nutritivos exigidos, corrigindo o meio.

Para ocorrer a fermentação e a destilação, é preciso que o milho passe primeiramente pelos seguintes processos:

• Moagem - os materiais amiláceos (grãos), como é o caso do milho, têm boa quantidade de material com potencial fermentativo e precisam de uma moagem inicial para expor o amido. Os equipamentos utilizados para a moagem são: moinhos de discos, moinhos de martelos, moinhos de rolos e moinhos combinados.

• Gelatinização – é o aquecimento do amido em água para que os grânulos de amido estejam sujeitos à ação das enzimas na sacarificação. Nos processos industriais, o aquecimento é feito a vapor, onde a pressão diminui o tempo e aumenta a temperatura do processo.

• Sacarificação – é o processo de hidrólise no qual o amido é convertido em açúcares fermentáveis. Essa hidrólise pode ser feita por maltagem, por adição de enzimas ou pela ação de ácidos.
Na hidrólise ácida, um ácido concentrado é adicionado (sendo geralmente o ácido clorídrico), quebrando as moléculas do amido para transformá-lo em moléculas menores.

Com o aumento da temperatura, percebe-se um aumento também na velocidade da reação.

As desvantagens desse processo são: a corrosão de equipamentos, a necessidade de posterior neutralização da solução açucarada, a provocação de certa destruição dos açúcares e o fato de o processo gerar alguns açúcares não fermentáveis, diminuindo o rendimento da fermentação. 

A hidrólise enzimática ocorre pela catálise das enzimas. A α-amilase é a enzima que quebra o amido para produzir a dextrose, enquanto a maltose é produzida pela β-amilase. Junto com a glucoamilase a conversão do amido pode chegar a 100% de glicose.

Fermentação

Para iniciar a fermentação, é necessário misturar um inóculo de leveduras, que são micro-organismos capazes de produzir álcool. A levedura mais importante é a Saccharomyces cerevisiae.

Para uma boa produção de álcool, as leveduras devem ter: alta relação entre o álcool produzido e o açúcar disponível, alta velocidade de fermentação, alta tolerância ao álcool, alta tolerância a altas temperaturas e estabilidade.

Além disso, o tempo de fermentação é de, normalmente, dois a cinco dias, podendo variar de acordo com o micro-organismo, pH e temperatura, entre outros aspectos. O rendimento de fermentação depende de vários fatores químicos, físicos e microbiológicos.

Destilação

O mosto fermentado contém de 7% a 10% em volume de álcool. A purificação é obtida através da destilação, que é o processo de separação dos componentes de uma mistura pela evaporação em uma dada temperatura e pressão.

Na destilação, a mistura é aquecida até a ebulição e os vapores são resfriados até sua condensação.

A temperatura de ebulição do etanol é de 78,4 ºC e da água é de 100,0 ºC, ao nível do mar. Quanto mais próxima de 78,4ºC a temperatura do meio estiver, melhor será a purificação do álcool.

Quanto à secagem, existem duas classes diferentes de álcool: o álcool hidratado e o álcool anidro. O hidratado contém uma pequena parcela de água em sua composição e, para retirá-la, é necessário que ele passe por um processo de desidratação.

Os três métodos utilizados atualmente para desidratação ou secagem são: destilação azeotrópica, destilação extrativa e destilação com peneiras moleculares.

Rendimento

Para cada hectare de milho plantado é possível produzir cerca de 8 a 11 toneladas de grãos, sendo que de cana são produzidas 90 toneladas, pois esta ocupa menos espaço no terreno.

Para essa quantidade de milho, são produzidos de 3,2 a 4,5 mil litros de etanol, enquanto que a cana produz cerca de 7,5 mil litros.

Eficiência energética

O balanço energético da produção de etanol de milho é desfavorável. Este grão produz combustível que oferece apenas 20% a mais de energia do que ele consome para ser produzido, sendo que a cana oferece 700% a mais.

Além disso, a substituição de energia fóssil é somente de 35% da energia renovável; o restante é gás natural e carvão, enquanto que na cana a substituição é de 80%.