Fermentação Alcoólica é o processo bioquímico onde microorganismos denominados Leveduras absorvem os Açúcares contidos em determinado meio aquoso, produzindo o Álcool Etílico e subprodutos.

Na fabricação da Cachaça, a principal fonte de açúcar para as Leveduras é o caldo de cana natural, oriundo de matérias-primas cortadas e despalhadas manualmente ou mecanicamente.

Na destilaria, a cana-de-açúcar é direcionada para um ou mais ternos de moenda, onde sofre um processo de esmagamento, produzindo o caldo de cana e o bagaço. Durante este processo, o caldo de cana, contendo a Sacarose, é então obtido. O teor de Sacarose do caldo é dependente do estágio de maturação da cana no ato do corte, da variedade que foi plantada (precoce, média ou tardia), do tipo de solo utilizado, do sistema de adubação empregado e do clima da região, entre outros fatores.

De forma geral, a composição do caldo de cana madura é a seguinte :

Açúcares (Sacarose, Glicose e Frutose, principalmente), Sais Minerais (Cálcio, Fósforo , Nitrogênio, Potássio, Magnésio, ...), Corpúsculos Celulares oriundos do rompimento das células vegetais, Proteínas, Aminoácidos, Vitaminas (principalmente aquelas do complexo B), e Água.

Usualmente, considera-se que os açúcares presentes no caldo, bem como os sais minerais, encontram-se totalmente solúveis, enquanto que a matéria coloidal encontra-se em suspensão. A quantificação do conteúdo solúvel total no caldo é feita através de um densímetro especial denominado de Areômetro, e o resultado desta medida dos "Sólidos Solúveis Totais", a 20 graus Celsius, é denominado "Grau Brix" .

Por exemplo, se a medida de um caldo através do areômetro forneceu o resultado de 18,0 graus Brix a 20 graus Celsius, isto significa que a amostra de caldo em estudo possui 18 gramas de Sólidos Totais Solúveis em cada 100 gramas de caldo, ou 18% em peso, na temperatura de 20 graus Celsius.

Adicionalmente, a partir do resultado anterior, podemos inferir que a Concentração de Açúcares Totais na amostra, expressa em "Glicose Total", é de, aproximadamente, 99% do Brix obtido anteriormente, isto é, 18 x 0,99 = 17,82 g/100g. A correção da temperatura original da amostra para a temperatura "Padrão" de 20 graus Celsius é feita através de uma tabela facilmente encontrada na literatura.

Por outro lado, não podemos esquecer que a cana-de-açúcar contém microorganismos naturais, entre eles destacamos as Leveduras Selvagens e as Bactérias, sendo as do gênero "lactobacilos" as mais prejudiciais ao processo fermentativo. Na cana madura e recém cortada, estes microorganismos são encontrados em quantidades relativamente baixas, porém reproduzem-se com extrema facilidade à medida que a matéria-prima vai se deteriorando com o tempo, tornando-se então, os principais contaminantes do processo fermentativo.

Os "lactobacilos" são bactérias em forma de bastonetes de cerca de 1 micra, e provocam infecções no meio fermentativo através da sua alta velocidade de reprodução, em condições favoráveis a isso, e da produção de substâncias inibidoras da atividade das leveduras, mesmo quando estas estejam presentes em pequenas quantidades, isto resultando em baixas eficiências de fermentação. O inibidor mais comum encontrado é o Ácido Acético, derivado da fermentação acética, facilmente diagnosticada através do odor de vinagre no vinho e da presença de "drosófilas" (pequenas moscas normalmente encontradas ao redor das bananas) pousadas nas beiradas das dornas.

Outros tipos de infecção também podem ocorrer, inclusive aquelas causadas por determinadas espécies de "Leveduras Selvagens Más Fermentadoras", presentes no caldo alimentado às dornas, as quais inibem as Leveduras originalmente utilizadas. Entretanto, estas leveduras, por serem oxidativas (alta capacidade de crescimento e reprodução), apresentam um baixo poder de produção de álcool etílico.

O caldo de cana obtido na moagem, de forma a tornar-se ideal para ser fermentado, ainda deve passar por um processo de floto-decantação e/ou peneiramento, para que as impurezas grosseiras, tais como terra, argilas e bagacilhos (pequenas partículas fibrosas da cana) sejam retidas, desta forma aumentando o seu grau de pureza. Tais partículas, além de provocarem entupimentos em válvulas, tubos e bombas, ainda podem trazer outros prejuízos à fermentação, por exemplo, provocar fermentações secundárias por bactérias e leveduras contaminantes, gerando produtos inibidores, e, consequentemente, piorando a qualidade do vinho fermentado a ser destilado.

Em adição, a presença em excesso dessas partículas na destilação do vinho pode vir a gerar um maior número de subprodutos derivados de queima destes materiais através do contato constante com a parede interna do alambique, no caso de destiladores a fogo direto, ou a serpentina interna por onde passa o vapor, no caso de utilização de caldeira.

Nas regiões mais frias, aconselha-se também o aquecimento prévio do caldo a ser fermentado até a faixa de 40 graus Celsius, de forma que a temperatura da fermentação seja mantida, desde o início, ao redor de 28-32 graus Celsius, favorecendo, assim, perfeitas condições de trabalho para o fermento. A temperatura de fermentação é um fator importante no processo, pois irá garantir que a velocidade de consumo dos açúcares pelas leveduras, bem como que a velocidade de formação de álcool etílico por estas células, sejam mantidas dentro dos valores ideais, consequentemente favorecendo a obtenção de menores tempos de fermentação, maior produtividade, menor formação de subprodutos indesejáveis, e, principalmente, menor grau de contaminação bacteriana do sistema.

No início da fermentação, caldo de cana a uma concentração na faixa de 18 Brix a 20 graus Celsius é adicionado, de forma lenta e gradual, sobre o pé-de-cuba já formado e presente na dorna de fermentação. O volume de pé-de-cuba corresponde normalmente a 20-25 % do Volume Total de Fermentação. Por exemplo, se o volume total de fermentação for de 1.000 litros, o volume de pé-de-cuba situar-se-á entre 200 e 250 litros, e o volume de mosto a ser adicionado à dorna de fermentação será de 700-750 litros.

No pé-de-cuba, podemos considerar que a concentração de açúcares é próxima de Zero. À medida que o caldo é adicionado, esta concentração vai aumentando, até atingir um certo patamar, onde uma parcela do açúcar vai sendo consumida pelas Leveduras, enquanto outra parcela acumula-se no meio. Nas primeiras horas da fermentação, a velocidade de consumo dos açúcares pelas Leveduras é muito baixa, devido à necessária adaptação celular ao meio. Esta fase é denominada de "lag". Na fase "lag" as Leveduras iniciam a fabricação daquelas enzimas (invertases) responsáveis pela quebra das moléculas de Sacarose em moléculas de Glicose e Frutose, as quais, devido ao menor tamanho, poderão ser transportadas com mais facilidade para o interior das céluals, e, posteriormente, transformadas em Álcool Etílico, CO2, Congêneres e, principalmente, Energia.

Estudos recentes demonstram que a maior parte das moléculas de Sacarose é transformada em Glicose e Frutose durante a fase "lag". Desta forma, torna-se extremamente importante o controle da concentração de açúcares no meio durante esta fase, de forma tal que esta não ultrapasse valores maiores que 5 Brix. Altas concentrações de açúcar no início da fermentação provocam inibição da atividade enzimática das Leveduras pela redução da  Energia de Ativação celular, consequentemente, aumentando drasticamente o tempo de fermentação, diminuindo a Produtividade e facilitando a reprodução de microoganismos contaminantes.

 Assim, recomenda-se que a adição de mosto à dorna de fermentação seja interrompida quando o valor de 5 Brix no meio em fermentação seja atingido. Esta adição deve ser recomeçada à medida à medida que este valor vá diminuindo e se verifique a formação de bolhas de CO2. Neste ponto, caracterizado pela queda gradual do Brix e pelo desprendimento de gás na superfície do líquido, pode-se concluir que a fase "lag" chegou ao seu término, e que as Leveduras encontram-se suficientemente ativadas e prontas para iniciarem a fase "log".

Convém salientar que a fase "lag" é muito dependente da temperatura do meio, que deve ser mantida na faixa de 28-32 graus Celsius, bem como pelo valor de pH, o qual deve situar-se ao redor de 4,2. Valores mais baixos tanto da temperatura (< 28 graus Celsius) quanto do pH do meio de fermentação (< 3,9) provocam a inibição da atividade celular, sendo as Leveduras extremamente sensíveis a variações destes parâmetros.

A fase "log" é caracterizada pelo rápido consumo dos açúcares pelas Leveduras, bem como pelo alto desprendimento de CO2 do meio fermentativo. A liberação deste gás indica que o Álcool Etílico está sendo produzido, pois, segundo a equação geral de Gay-Lussac, para cada molécula de gás carbônico formada, uma outra molécula de Etanol é também produzida. Ao contrário da fase "lag", a fase "log" é caracterizada pela queda rápida do Brix e pela diminuição gradual do pH devido à formação de ácidos orgânicos e ATP (substância que é a fonte energética de todos os seres vivos), bem como pelo aumento gradual da temperatura de fermentação, a qual, a partir deste ponto, deve ser mantida ao redor de 32 graus Celsius, através de serpentina interna de refrigeração ou controle da vazão de alimentação de mosto.

Nesta etapa, a concentração de açúcares do meio fermentativo deve ser mantida em valor próximo de 7 Brix. Ao se atingir o volume de fermentação desejado, interrompe-se a alimentação de mosto e espera-se pelo término da fase "log", o qual é caracterizado principalmente pelo total esgotamento dos açúcares presentes no meio (Brix do meio = Zero, a 20 graus Celsius).

Neste ponto, o meio deve ser deixado em repouso total, para que ocorra a decantação das células de Levedura para o fundo da dorna de fermentação. Estas células serão reutilizadas nas fermentações seguintes. Após 4 horas de decantação, no mínimo, o vinho fermentado é então drenado lentamente através de tubulação lateral para o Alambique, onde será destilado. A parcela referente ao pé-de-cuba, que contém a maior parte do fermento é mantida na dorna. em seguida, um novo ciclo fermentativo pode ser iniciado.