Destilação lenta de cachaça artesanal

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1 Universidade de São Paulo USP Escola de Engenharia de Lorena-EEL Destilação lenta de cachaça artesanal Elaborado por: Raphael Alves Furtado Lorena 2014

2 Universidade de São Paulo USP Escola de Engenharia de Lorena-EEL Destilação lenta de cachaça artesanal sem separação da cabeça e da calda Elaborado por: Raphael Alves Furtado Orientado por: João Batista de Almeida Monografia apresentada na Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo como requisito parcial para obtenção do certificado de Engenheiro Bioquímico Lorena 2014

3 Dedicatória Dedico este trabalho aos meus pais, por todo o sacrifício feito durante todos estes anos para que eu pudesse cursar uma grande universidade como a USP.

4 Agradecimentos Agradeço ao Matheus Casagrande por ter colaborado na produção da cachaça.

5 Resumo Este trabalho apresenta uma opção de destilação de mosto fermentado de cana-de- açúcar para produção de cachaça, com o objetivo de se obter um maior volume do produto final sem que a qualidade do destilado seja perdida de maneira relevante. Este processo consiste em destilar o vinho em uma velocidade menor do que no processo convencional, e não separar 1% do volume total do mosto correspondente à cabeça, que no processo de destilação, é a primeira fração. Isto se baseia no fato de que a cabeça possui uma concentração maior de álcool que as outras frações, ou seja, se ela não for separada, será obtido um volume maior de cachaça, resultado que foi obtido no experimento deste TCC. Palavras chave: Cachaça, destilação, cabeça.

6 Abstract This work presents an option of distilling a fermented mash of sugar cane for the production of cachaça, with the objective of obtaining a greater volume of the final product without the quality of the distillate is lost in a significant way. This process is to distill this wine at a slower speed than the conventional process, without the separation of the 1% of the total volume of wine, corresponding to the head, which in the distillation process, is the first fraction. This is based in the fact that the head has a higher concentration of alcohol than other fractions, if it is not separated, will get a larger volume of cachaça, that result was obtained in this experiment TCC. Keywords: Cachaça, distillation, head.

7 Lista de Figuras Fig.1. Cana-de-Açúcar 7 Fig. 2 Colmos-caule 8 Fig. 3. Esquema de um alambique de três fases. 19 Fig. 4. Coluna de destilação 20 Fig.5 Cuba de fermentação 28 Fig.6 Destilador 30

8 Lista tabelas 1-Composição da cana-de-açúcar 9 2-Componentes do Coeficiente de Congêneres 23 Lista de Gráficos Graf.1. Exportações totais 3 Graf. 2. Volume das exportações por estado 4 Graf.3. Valor percentual 4 Graf.4. Valor médio do litro 5 Graf.5. Maiores importadores 6 Graf. 6 Variação do Brix da Cuba A 29 Graf. 7 Variação do Brix da Cuba B 29 Graf. 8 Variação da Temperatura destilação rápida 31 Graf. 9 Variação do volume durante a destilação rápida 32 Graf. 10 Variação do volume durante a destilação 33 Graf. 11 Variação do volume durante a destilação rápida 33

9 Lista de siglas PABC Programa Brasileiro de Avaliação da Conformidade. MDIC Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior. INMETRO Instituto Nacional de Metrologia, Normalização e Qualidade Industrial. MAPA Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento.

10 Sumário 1. Introdução Histórico Mercado Mundial 2 2. A Cana-de-açúcar Exigências Climáticas e solo Composição Química e Bioquímica Maturação 9 3.Preparo de mosto Fermento Tipos de fermento Fermentação Métodos de condução da fermentação Processo de Cortes Processo de Decantação Processo Melle-Boinot Processo Melle-Boinot-Almeida Possíveis Contaminações Durante o Processo fermentativo Parâmetros para controle da fermentação Destilação Processos de Destilação Desilação intermitente 17

11 6.1.2 Destilação Contínua Colunas de destilação Envelhecimento Caracterização da Aguardente de Cana-de- Açúcar Padrões de Qualidade Objetivos Materiais e Métodos Materiais Métodos Mosto Resultados e Discusão Fermentação Destilação Destilação Rápida Destilação Lenta Conclusão Referências Bibliográficas 35

12 1 1. Introdução 1.1 Histórico Desde os primórdios a cana-de-açúcar é empregada para fabricação de açúcar. A possibilidade de expandir sua fabricação surgiu com a descoberta das Américas. O clima quente e úmido permitiu que essa cultura se desenvolvesse rapidamente gerando grande riqueza para Portugal. A produção de aguardente teve início em meados de , quando se observou que a borra separada do processo de concentração da garapa (cachaza) fermentava espontaneamente produzindo um líquido com aroma diferenciado. Este vinho quando destilado, produzia um líquido transparente, brilhante e ardente quando ingerido. Por se parecer com água, decidiu-se chama-lo de água ardente, originando aguardente. Outro nome que foi atribuído a este líquido foi cachaza, por se originar da borra, ou ainda por que servia de alimentação aos porcos (cachaços). E, considerando que o liquido pingava durante a destilação surgiu também o nome pinga. Ela também é conhecida por nomes menos usuais como abrideira, água-benta, água que passarinho não bebe, arrebenta-peito, malvada, mé, saideira, dentre muitos outros. Durante a 2ª Guerra a comercialização da aguardente, era feita em pequenos engenhos e em empresas familiares. A quantidade consumida nesta época era menor do que a produzida isso fazia com que a aguardente remanescente fosse armazenada em grandes tonéis. O envelhecimento não era programado, era na verdade resultante da defasagem entre produção e consumo. A aguardente que era envelhecida apresentava melhores características sensoriais que a recém-destilada. Com o fim da Guerra o consumo aumentou com o crescimento da população, esse fator estimulou uma maior produção, e fez com que a produção passasse a ser controla, em sua maioria, por empresas e não mais por pequenas produções. A necessidade de melhorar a produção demandou o melhoramento dos conhecimentos científicos e técnicos sobre a produção. Para manter este crescimento, muitas pesquisas foram desenvolvidas, e os resultados modernizaram a produção de aguardente no Brasil.

13 2 Um fato importante é que a modernização da produção de aguardente ofereceu, anos depois, as bases para a futura produção de álcool combustível. A cachaça foi um dos produtos priorizados para ter sua conformidade analisada no Plano de ação 2004/2007, do PABC, visando proteger o consumidor de possíveis contaminantes e estabelecer limites mínimos para estes contaminantes para que o produto tivesse uma aceitação maior no mercado internacional. Neste ponto o MDIC e o INMETRO regulamentam o desenvolvimento da cadeia produtiva da cachaça, a sustentabilidade do produto, a melhoria da qualidade através de análises químicas sistemáticas, estabelecendo procedimentos e metodologias necessários à certificação. 1.2 Mercado mundial A aguardente feita à base de cana-de-açúcar difundiu-se rapidamente desde sua criação, fazendo com que esta se torne a bebida preferida dentre os brasileiros, e parte da cultura de um povo. Esta popularidade fez com que uma série de pesquisas fossem desenvolvidas em todos os setores de sua produção, desde o plantio da cana-de-açúcar até o envelhecimento da aguardente, isto melhorou sua qualidade, e atraiu o interesse internacional. Segundo dados da CACEX, o Brasil produzia 1,5 Bilhão de litros/ano e exportava 0,2% desta produção no ano de Isso mostra que a pouco mais de 20 anos a produção era feita visando o mercado nacional. A partir deste ano pesquisas começaram a ser desenvolvidas com mais frequência com o intuído de melhorar a qualidade do produto final, e também aumentar a produção visando às exportações. Os gráficos abaixo mostram os dados sobre as exportações de aguardente de cana-de-açúcar:

14 Milhões de Litros 3 Exportações (milhões de litros) ,5 14,8 11, ,8 10,4 9,8 8,6 8,6 8,8 9 8, Anos Graf.1. Exportações totais Quando se lava em conta o valor obtido pelas exportações temos um cenário diferente. No ano 2000 exportou-se o valor de US$ 8,16 milhões, no ano de 2008, foi atingido o valor de US$ 16,48milhões, e este valor tem aumentado ano após ano. Isso se deve ao fato de que o preço médio aumentou muito neste intervalo por conta da melhora de sua qualidade. Em 2000 o preço médio obtido por litro era de US$ 0,61, em 2008 atingiu o valor de US$ 1,48. O volume médio percentual exportado por cada estado neste período é:

15 4 Volume das Exportações (%) 4,39 2,38 2 São Paulo 9,44 10,3 7,91 44,14 Pernambuco Paraná Rio Grande do Sul Rio de Janeiro Ceará 19,45 Minas Gerais outros Graf. 2. Volume das exportações por estado O valor médio percentual recebido por cada estado neste período é: Valor das Exportações (%) 7,4 6,1 3 São Paulo Pernambuco 9,7 6,1 51,9 Paraná Rio Grande do Sul Rio de Janeiro Ceará 5,6 Minas Gerais 10,2 outros Graf.3. Valor percentual A diferença entre o volume exportado e o valor recebido se deve ao fato de que o valor por cada litro produzido é bem diferente em cada estado, a tabela abaixo expõem esta situação:

16 Valor Médio do Litro (US$) 5 4 3,5 Valor Médio do Litro (US$) 3,66 3 2,5 2,42 2 1,67 1,76 1,5 1 0,78 0,79 0,81 0,5 0 São Paulo Pernambuco Paraná Rio Grande do Sul Rio de Janeiro Ceará Minas Gerais Graf.4. Valor médio do litro Com base nos gráficos acima chegamos à conclusão de que o estado de São Paulo é o maior exportador e quem mais fatura. O estado de Minas Gerais por outro lado é o estado que produz a cachaça de maior valor agregado. Atualmente a cachaça é o destilado mais consumido pelos brasileiros, e é o terceiro em consumo mundial. O volume produzido esta por volta de 1,6 bilhão de litros por ano, as exportações equivalem a cerca de 1% deste valor. Os maiores importadores de aguardente/cachaça estão listados no gráfico abaixo:

17 6 Volume Importado(%) 15,31 25,9 Alemanha Estados Unidos Itália 7,91 Canadá Rússia 10,68 8,6 Chile Reino Unido 5,2 5,4 5,6 7,6 7,8 Paraguai Uruguai outros Graf.5. Maiores importadores 2. A Cana-de-açúcar 2.1 Exigências Climáticas e Solo A cana-de-açúcar é um vegetal que se desenvolve muito bem em regiões de clima quente, com temperaturas mínimas de 20 C de média. Cerca de 65% a 75% do seu peso é água, ou seja, é fundamental que o clima no local de cultivo seja húmido. No entanto, a fase de maturação deve ocorrer em períodos de seca, para que haja uma diminuição ou paralização do seu crescimento, e a sacarose se acumule nos colmos. Outro fator importante é a necessidade de insolação, pois essa é uma planta que apresenta alta eficiência fotossintética, isso faz com que ela responda em produtividade à luminosidade. Em condições de baixa luminosidade os colmos brotam menos, e são mais finos.

18 7 Fig.1. Cana-de-Açúcar Quanto ao solo, este vegetal se desenvolve melhor em solo de boa fertilidade, profundo e textura argilosa, que possua uma boa retenção de água e um nível elevado de matéria orgânica. Solos salinos tendem a ser extremamente prejudiciais ao desenvolvimento das raízes. Quanto à acidez do solo a cana-de-açúcar apresenta certa tolerância, o ph deve estar entre 5,5 e 6,5. A cana-de-açúcar possui altas necessidades nutricionais, as quantidades de N, P, K, Ca, Mg e S extraídas do solo pela planta são de 1,5; 0,2; 1,5; 1,0; 0,5 e 0,5 kg/t dos colmos para canaplanta e de 1,3; 0,2; 1,7; 0,7; 0,5 e 0,4kg/t dos colmos para as soqueiras respectivamente. Estes nutrientes precisam ser restituídos ao solo pois 50-60% deles estão contidos nos colmos e são extraídos do solo por meio da colheita, esta restituição é feita por meio da adubação.

19 8 Fig. 2 Colmos-caule 2.2 Composições Química e Bioquímica A cana-de-açúcar é uma planta composta em média de 65% a 75% de água, mas seu principal componente é a sacarose, que corresponde de 70% a 90% de substâncias sólidas solúveis. O caldo conserva todos os nutrientes da cana-de-açúcar, entre eles minerais como, ferro, cálcio, potássio, sódio, fósforo, magnésio e cloro além de vitaminas do complexo B e C. A planta contém ainda glicose, frutose, proteínas, amido, ceras, ácidos graxos e corantes. Além destes, o caldo de cana é composto também por antioxidantes como ácidos fenólicos. A tabela abaixo mostra as frações de cada componente:

20 9 Composição do Caldo de Cana-de-Açúcar - % Sólidos solúveis 1. Açúcares totais 75-93% 5. Ácidos orgânicos 1-3% 1.2 Sacarose 70-91% 5.1 Ácidos Carboxílicos 1,1-3% 1.3 Glicose 2-4% 5.2 Aminoácidos 0,5-2,5% 1.4 Frutose 2-4% 6. Gomas 0,3-0,6% 2. Sais 3-5% 7. Ceras e Graxas 0,05-0,15% 3. Ácidos Inorgânicos 1,5-4,5% 8. Proteínas 0,5-0,6% 4. Amido 0,001-0,05% 9. Corantes e outros 3-5% Tab.1. Composição da cana-de-açúcar 2.3 Maturação Para se obter um maior rendimento e uma maior qualidade na produção de cachaça é essencial que a colheita da cana seja feita quando ela estiver com a maior concentração de açúcares nos colmos possível (sacarose, glicose frutose). Como foi dito acima, em períodos de alta temperatura e grande disponibilidade de água, há o predomínio da atividade vegetativa, ou seja, o crescimento do vegetal. Em períodos de restrição de hídrica e baixa temperatura, há o acumulo de sacarose, ou seja, o amadurecimento. No entanto, deve-se levar em conta que existem diferentes variedades de cana-de-açúcar, e que elas possuem épocas de maturação diferentes. Por isso é necessário que se conheça o comportamento de cada variedade para que o plantio possa ser planejado de modo a se obter uma colheita com a cana em seu teor máximo de sacarose durante todo período da safra. Dentro deste assunto podemos classificar quatro categorias quanto ao início de sua maturação: 1. Superprecoces: Possuí início de maturação a partir de abril. 2. Precoces: São indicadas para processamento em maio/junho. 3. Médias: estão prontas para processamento em julho/agosto. 4. Tardias: Estão adequadas no final da safra, ou seja, setembro/outubro/novembro.

21 10 Quando a colheita é realizada nas melhores condições de maturação, obtemos uma maior eficiência industrial, pois esta condição favorece o processo fermentativo, assim obtemos um maior rendimento do destilado e uma maior qualidade, diminuindo os custos de produção. 3. Preparo do Mosto Mosto significa qualquer líquido açucarado que esta pronto para sofrer fermentação. O caldo de cana puro possui um teor de açucares muito alto, ou seja, ele não está pronto para sofrer fermentação, pois isso causaria a inibição da levedura. Por isso o caldo deve ser diluído para se ajustar a exigência do microrganismo. A água de diluição deve ser de qualidade, ou seja, potável. Para destilarias de grande porte, o processo de diluição se inicia através de uma operação chamada embebição. Este processo consiste na lavagem do bagaço de cana com água. Este bagaço que passou várias vezes pela moeda com o intuito de aumentar a extração de caldo, precisa ser lavado, pois após certo ponto é impossível à extração do caldo a seco. Este processo inicia a diluição do mosto. O mosto deve estar com a concentração de açucares por volta de 13 a 15 Brix para a inoculação. Caso a destilaria não utilize o processo de embebição, deve ser feita a diluição, após a extração e peneiramento do caldo. O calculo da quantidade de água a ser adicionada no caldo se da pelo diagrama de Cobenze ou Regra das Misturas: A m-b=a m B a-m=b Onde: A= Peso do caldo, Kg B= Peso do diluente, Kg a= Brix do caldo

22 11 b= Brix do diluente m= Brix do mosto desejado A diluição tem que ser feita em recipientes desinfetados, normalmente tanques metálicos com agitador. Além da concentração, e provável que seja necessário ajustar outros fatores também como, por exemplo, ph que deve estar na faixa de 4 a 5 para favorecer o metabolismo relacionado a fermentação de açucares. Quando o ph do caldo estiver maior que esta faixa pode adicionar ácido sulfúrico a 10% até 250mL/100 litros de caldo. Alguns caldos podem conter concentrações de K, P, e N, abaixo do necessário, neste caso deve-se ajustar o teor destes nutrientes adicionando-se 0,1 g/l de mosto de superfosfato e sulfato de amônio. Outro fator importante é a temperatura de fermentação. As leveduras mais empregadas neste processo costumam trabalhar na faixa de 20 a 35 C, sendo que seu pico de atividade esta na faixa de 26 a 32 C. Se a temperatura do caldo estiver abaixo desta faixa ótima, ele deve ser aquecido, se a temperatura estiver acima da temperatura ótima, o caldo deve ser resfriado. 4. Fermento As leveduras são fungos pertencentes à classe dos Ascomicetos sendo a espécie mais importante a Saccharomyces cerevisiae. Elas sobrevivem naturalmente na superfície dos colmos, nas folhas, solo, e até no ar, portanto a fermentação pode acontecer naturalmente, porém esta fermentação é lenta e possui um baixo rendimento. A levedura deve apresentar características que garantam um bom rendimento no processo fermentativo. O pé-de-cuba, massa de células que iniciam o processo fermentativo, deve apresentar células ativas, número de células, e células adaptadas à concentração do substrato. Dentre as características que garantem um bom rendimento no processo fermentativo estão, alta velocidade de fermentação, toler ncia ao lcool, resist ncia a baixos p s, resistência a altas temperaturas, estabilidade genética.

23 Tipos de Fermento Fermento natural ou selvagem: É constituído por células que vivem naturalmente na superfície dos colmos da cana-de-açúcar, por isso são chamados de selvagens. Apresenta baixo rendimento do processo, baixa tolerância ao álcool e baixa velocidade. Porém este fermento contém uma flora mista, isso faz com que diversos compostos sejam produzidos favorecendo o aroma da aguardente. Fermento prensado: É constituído por uma massa seca de células da espécie Saccharomyces cerevisae. O inóculo deverá ser preparado a partir de um processo chamado repique. Este processo consiste em diluir cerca de 20 a 50 g de fermento/litro de mosto pouco concentrado e aumentar gradativamente a concentração de açúcares e volume de meio com objetivo de ativar as células, adaptar células a concentração desejada (neste caso 16 Brix) e atingir número de células suficientes. Quando se obtém 20-30% do volume útil da dorna em inóculo adaptado, o mosto pode ser inoculado. Fermento misto: É a mistura entre o fermento selvagem e o prensado. Neste caso, deve-se empregar de 10 a 20 g de fermento prensado/litro de mosto. Fermento seco: Apresenta concentração de células três vezes maior que o prensado, dispensa refrigeração. Por estes fatores, possibilita um início mais rápido. Independente do tipo de fermento utilizado no processo, este deve ser recuperado e tratado depois do término da fermentação. Este tratamento busca eliminar os contaminantes e revigorar o as leveduras, pois o etanol é toxico para elas. Este tratamento pode ser feito com a lavagem das células com água potável, ácido e aeração. 5. Fermentação Fermentação é todo processo onde um substrato é transformado em um produto específico pela ação de uma bactéria, fungo ou levedura.

24 13 No caso da fermentação alcoólica, o processo é realizado em meio açucarado, que é transformado em CO2 e etanol pela ação de leveduras. Estas leveduras estão espalhadas por toda parte e podem inocular espontaneamente o mosto, por isso é importante tomar todos os cuidados para que a fermentação inicie somente quando o mosto for inoculado dentro da dorna. Após o preparo do fermento deve-se alimentar a dorna com o mosto conveniente preparado, para que a fermentação se inicie o mais rápido possível. Esta alimentação pode ocorrer adicionando o inóculo de uma só vez; adição de determinados volumes em determinados intervalos de tempo; ou adição de uma vazão contínua. Os dois primeiros devem ser evitados, pois podem inibir as células pelo alto teor de açúcares no meio, diminuindo ou até interrompendo sua fermentação. Deve-se lembrar que a levedura é um organismo facultativo que pode executar fermentação ou respiração com grande facilidade. Quando respira, transforma açúcar em H2O e CO2. Neste caso promove a multiplicação celular. Quando fermenta ela produz etanol e CO2, além de subprodutos como ácidos orgânicos e glicerol. 5.1 Métodos de condução da fermentação A fermentação pode ser conduzida por sistemas intermitentes, semicontínuos ou contínuos. A maioria das unidades de produção emprega sistemas intermitentes, sendo que os mais empregados são os seguintes: processo de cortes, processo de decantação, Melle-Boinot, e Melle-Boinot-Almeida Processo de cortes Necessita de dois reatores (A e B); Após a primeira fermentação, quando o Brix cai pela metade, metade do volume do tanque A é transferido para o tanque B e o volume é completado com substrato. Enquanto isso o tanque A é limpo e após a fermentação do tanque B, recebe metade de seu conteúdo, e assim sucessivamente.

25 14 Os problemas deste método são o stress das células (pela alteração das situações de falta/abastecimento de substrato) e o grande volume de inóculo (50% do tanque anterior), que carrega produto e outros componentes para o início da próxima fermentação, o que não é bom para o microrganismo. Por isso rendimento cai com o numero de cortes Processo de decantação Baseia-se na reutilização das células, separadas do mosto por decantação, após o fim da fermentação. O reator é abastecido com um filete contínuo de mosto até seu enchimento ser terminado. Aguarda-se o fim da fermentação, quando isto ocorrer às leveduras irão se depositar no fundo do reator e pode ser recuperado com o auxílio de uma torneira no fundo do reator. Após o fermento ser recuperado pode-se iniciar uma nova fermentação. Após este processo ser feito algumas vezes deve-se revigorar o fermento, por exemplo, reduzindo o ph para a diminuição do número de bactérias contaminantes, e também a adição de farelos ou fubá que irão fornecer alguns nutrientes importantes para as células. Tanto o processo de cortes como o de decantação são extremamente utilizados por pequenos produtores pois estes processos requerem instalações bem simples e não precisam de grandes investimentos Processo Melle-Boinot Este método reaproveita as células provenientes da fermentação através da centrifugação. Porém este creme de leveduras contém células novas e velhas (não funcionais ou em fase estacionária); então se realiza o tratamento deste creme utilizando ácido sulfúrico (ph 2 a 3) por 3-4hrs, enquanto se limpa o reator. Esta maneira de purificar o inóculo elimina as células inviáveis (que já estão mais fracas), ficando apenas com as novas.

26 15 Após o tratamento, avaliam-se as células em laboratório: é necessário que no mínimo 80% das células estejam ativas e o restante em brotamento. Caso não seja atendida esta condição, as células são conduzidas para um meio com substrato, O2 e ph ideal até a atividade desejada Processo Melle-Boinot-Almeida É uma combinação entre o processo de decantação e o Melle-Boinot. Consiste em decantar a maior parte das células do vinho, e o restante será separado por centrifugação. As células resultantes desta operação serão tratadas da mesma maneira como são tratadas no Melle- Boinot. Estes dois últimos processos possuem rendimento, eficiência e produtividade maiores que os dois últimos, porém exigem instalações mais complexas e mais caras, portanto, são processos mais comumente empregados por grandes e médios produtores. 5.2 Possíveis Contaminações Durante o Processo Fermentativo Várias características devem ser consideradas para identificação e solução de problemas relacionados à contaminação, as mais importantes são: Fermentação lática: executada por bactérias do gênero Lactobacillus, em condições de anaerobiose, p próximo ao neutro e temperatura de 30 a 45 C. É caracterizada pela formação de espumas e diminuição do ph do meio. Fermentação acética: executada por bactérias do gênero Acetobacter, em aerobiose, e temperatura de 15 a 35 C. É caracterizada pelo forte odor de vinagre. Fermentação dextrânica: executada pela Leuconostoc mesenteroides, ocorre em ph neutro, temperatura de 30 a 35 C, quando a cana é queimada e armazenada por um longo período. É caracterizada pela formação de aglomerados gelatinosos e aumento da viscosidade.

27 16 Fermentação butírica: ocorre pela ação de bactérias do gênero Clostridium, em anaerobiose, p próximo ao neutro e temperatura de 30 a 35 C. É diagnosticada pela odor de ranço e aumento da acidez do mosto. 5.3 Parâmetros para o controle da fermentação Concentração de açúcares: avaliada pelo Brix do mosto, durante a fermentação. Espera-se que os valores do Brix caiam com a variação do tempo, isso indica que a levedura está consumindo os açúcares e os transformando em álcool. Temperatura do mosto: o ideal é que permaneça na faixa de C, porém na prática pode chegar a faixa de C em regiões ou épocas quentes do ano. Caso as temperaturas saiam muito da faixa ideal deve-se resfriar ou aquecer a dorna de fermentação. Cheiro: deve ser agradável e frutado, varia suas características de acordo com o tipo de mosto. Se for desagradável, indica uma possível contaminação. Aspecto da espuma: normalmente leve e rompe-se com facilidade. Quando há contaminações, a espuma apresenta-se pesada, dificultando o desprendimento de CO2. Tempo de fermentação: deve ocorrer em um período de 12 a 24 horas, se demorar muito pode haver alguma irregularidade em algum aspecto. ph: o ph do caldo de cana é da ordem de 5,0-5,5. As leveduras são microrganismos acidófilos, portanto o ph ótimo para a fermentação é por volta de 4,5. Os teores de ácidos no meio devem estar por volta de 2,5 a 3,0g H2SO4/L de mosto. 6. Destilação Consiste em volatilizar líquidos, e condensa-los em seguida, com o objetivo de purifica-los ou formar novos produtos por decomposição. A destilação é baseada no conhecimento do ponto de ebulição de cada componente da mistura, assim os componentes com menores pontos de ebulição irão evaporar primeiro, e

28 17 serão as frações que irão se condensar primeiro. Além da separação líquido-líquido a destilação permite a separação de componentes não voláteis como, por exemplo, células de leveduras, bactérias, sais minerais, sólidos em suspensão e açúcares não fermentescíveis. Outro fator importante da destilação, é que uma série de reações químicas acontecem dentro do destilador resultando na formação de componentes, como por exemplo, compostos aromáticos. Por isso a destilação deve ser lenta, para possibilitas a formação e a separação destes compostos. Como componentes líquidos do vinho temos o álcool, que possui teores na faixa de 5-10%, a água, que possui um teor de 89-94%, e 2-4% de outros componentes como ácidos succínico e acético, glicerina, furfural, álcoois superiores (amílico, isoamílico, propílico, isopropílico, butílico, isobutilico), aldeído acético etc. Após a destilação obtemos duas frações, conhecidas como flegma e vinhaça. A flegma é o produto principal da destilação do vinho, é constituído por uma mistura hidro alcoólica e impurezas. A vinhaça é o resíduo resultante da destilação, é constituído por sais, água, bactérias, células de leveduras, além de sólidos em suspenção. 6.1 Processos de destilação Destilação intermitente Alambique simples É utilizado em pequenas e médias destilarias. O destilado obtido possui de 45 a 55 GL. Inicialmente deve-se carregar a caldeira de destilação com o vinho, tomando cuidado para fechar a descarga de vinhaça e abrir a válvula igualadora de pressões. Então se deve aquecer gradualmente a caldeira, primeiro para evitar que o vinho saia pelo capitel, e também, como já foi citado, para dar tempo de algumas reações químicas acontecerem.

29 18 No início o destilado apresenta uma graduação alcoólica de 65-70% V/V, no entanto com o transcorrer da destilação o álcool vai se esgotando. Recomenda-se separar os 5-10% que saem inicialmente do destilador, pois este destilado é rico em ésteres, acetaldeídos, aldeídos, metanol, acetato de etila. Esta fração inicial é conhecida como cabeça. A fração seguinte que sair do alambique, cerca de 80%, chama-se coração. Esta fração contém uma menor proporção de componentes indesejados, ou seja, esta é a melhor fração do destilado, que é a aguardente em sí. Por ultimo retira-se a cauda, que corresponde a cerca de 10% do volume total. A cauda é constituída por produtos mais pesados, com maior afinidade com a água, como por exemplo, furfural, ácido acético, álcoois superiores, entre outros. Deve-se lembrar que as frações da cabeça e da cauda são separadas pois contém substância que podem provocar sintomas desagradáveis como ressaca e dor de cabeça por exemplo. Outro fato importante é que se recomenda misturar a cabeça e a cauda com um novo vinho como o objetivo de aumentar a recuperação do álcool, além do fato de possibilitar as reações dos componentes da cabeça e da cauda, com o álcool do vinho com o objetivo de produzir compostos aromáticos importantes para a qualidade do destilado. O resíduo que sobra dentro da caldeira é a vinhaça. Rica em água, sais e nutrientes ela deve ser recolhida e aplicada na lavoura com o objetivo de repor nutrientes do solo. Alambique com três fases É uma evolução do alambique simples, possui três estágios. A grande vantagem deste aparelho é que elimina a necessidade de se destilar a cauda, pois ela é incorporada ao processo, diminuindo assim o gasto de vapor, de água e mão de obra. Também há um grande aumento na eficiência, por conta do maior esgotamento do vinho, e os ciclos de destilação são mais curtos. As três caldeiras possuem a mesma capacidade, e o processo se inicia com a alimentação de ambas. Em seguida abre-se a alimentação de vapor (9) para o aquecimento das caldeiras, sempre lembrando que as válvulas igualadoras de pressão (13) e de esgotamento (12) devem estar fechadas. Conforme o aquecimento do vinho, os vapores dos componentes mais voláteis alcançam o capitel e a alonga (2 e 3 respectivamente), chegando ao vinho da caldeira (4), isso provoca seu aquecimento.

30 19 No decorrer do processo o teor alcoólico se eleva e o ponto de ebulição do vinho diminui, possibilitando sua evaporação em 4. Este vapor chega à tubulação do aquecedor de vinho (5) através do capitel e da alonga, possibilitando sua condensação (15), originado o flegma(16). Fig. 3. Esquema de um alambique de três fases Destilação Contínua Colunas de destilação Equipamento mais utilizado em destilarias de grande e médio porte. As colunas são como várias caldeiras superpostas, estas caldeiras recebem o nome de pratos. As colunas utilizadas para produzirem cachaça, produzem flegmas com teor alcoólico de 35 a 65 GL. Existem outras colunas que possuem outras finalidades como, por exemplo, produção de álcool etílico, que podem produzir flegmas com teor alcoólico de 90 a 96 GL. Dependendo do tipo do projeto, os destilados obtidos nas colunas de destilação podem ser considerados de melhor qualidade quando comparados com os destilados obtidos em

31 20 processos descontínuos, no entanto qualquer irregularidade durante o processo, mesmo que em um curto espaço de tempo, pode resultar em grandes perdas de qualidade do produto final. Fig. 4. Coluna de destilação O funcionamento deste sistema inicia-se alimentando as caixas de vinho e de água. A seguir a coluna é alimentada com o vinho proveniente da caixa, este vinho passa inicialmente pelo aquecedor, no aquecedor este vinho trocará calor com os vapores provenientes do topo da coluna. Este vinho desce de bandeja em bandeja até a base da coluna onde se localiza a caldeira. Na caldeira, este vinho será aquecido, e começa a evaporar. Por conta da pressão, este vapor sobe e começa a borbulhar no vinho da bandeja superior.

32 21 Como consequência haverá um aquecimento do vinho, além de um enriquecimento alcoólico deste vinho, que irá emitir vapores com um teor alcoólico maior para a bandeja acima, e assim sucessivamente. A temperatura na base da coluna deve ser C e no topo deve ser 94 C. Quando o termômetro no topo da coluna assinalar 94 C, reabre-se a alimentação de vinho, desta vez em fluxo contínuo. O vinho que desce pela coluna, terá seu teor alcoólico diminuído conforme desce pela coluna, quando chega à base ele está completamente desalcoolizado, sendo recolhido como vinhaça. Os vapores extraídos no topo da coluna são encaminhados ao aquecedor onde trocam calor com o vinho, e em seguida ao condensador. 7. Envelhecimento Envelhecimento de um destilado nada mais é do que um conjunto de reações, que ocorrem em um certo período de tempo, e alteram a cor e o aroma deste destilado. O armazenamento da bebida deve ser feito em tonéis de madeira, para que ocorram uma série de reações químicas entre o destilado e os compostos da madeira. Estas reações envolvem reações de oxidação e esterificação, originando compostos aromáticos que irão conferir boa qualidade sensorial a este destilado. Esta reação de esterificação é proveniente das reações entre álcoois e ácidos que irão formar ésteres, que são mais aromáticos que os anteriores. Estas reações deverão ocorrer de forma lenta e contínua. Na Europa, a madeira mais utilizada para o envelhecimento é o carvalho, já no Brasil são utilizados também, amburana, ararubá, bálsamo, cabreúva, cedro, cerejeira, freijó, ipê, jequitibá, peroba, entre outras. A madeira é um material semipermeável, ou seja, ela permite trocas com o meio ambiente, como, por exemplo, a saída de água, etanol e outros compostos, e a entrada de oxigênio, estas trocas também irão contribuir para uma melhor qualidade sensorial da bebida. Nunca se deve encher o barril completamente justamente para permitir essa variação de volume da bebida, e também para permitir o acesso do destilado ao oxigênio.

33 22 8. Caracterização da aguardente de cana-de-açúcar Os padrões de qualidade da aguardente de cana e cachaça, deverão atender as seguintes definições: Aguardente de Cana: possui graduação alcoólica de 38% a 54% (V/V) a 20 C, obtida do destilado alcoólico simples de cana-de-açúcar ou pela destilação do mosto fermentado do caldo de cana-de-açúcar, podendo ser adicionada até 6g/l de açúcares expressos em sacarose. Cachaça: Produzida no Brasil, com graduação alcoólica de 38% a 48% (V/V) a 20 C, obtida pela destilação do mosto fermentado de cana-de-açúcar podendo ser adicionado até 6g/l de açúcares, expressos em sacaroses. Destilado alcoólico simples de cana-de-açúcar: É o produto obtido pelo processo de destilação simples ou por retificação parcial seletiva do mosto fermentado de cana-deaçúcar, com graduação alcoólica superior a 54% em volume e inferior a 70% a 20 C. As denominações utilizadas são: Aguardente de cana: adição de açucares até 6g/l em sacaroses. Aguardente de cana adoçada: quantidade de açúcares entre 6g/l e 30g/l. Aguardente de cana envelhecida: contém no mínimo 50% de aguardente de cana envelhecida em recipiente de madeira apropriado, com capacidade máxima de 700L por um período não inferior a um ano. Aguardente de Cana Premium: contém 100% de aguardente de cana ou destilado alcoólico simples de cana envelhecidos em recipientes de madeira apropriados, com capacidade máxima de 700L por um período não inferior a um ano. Aguardente de Cana Extra Premium: contém 100% de aguardente de cana ou destilado alcoólico simples de cana envelhecidos em recipientes de madeira apropriados, com capacidade máxima de 700L por um período não inferior a três anos. Destilado alcoólico simples de cana-de-açúcar envelhecido: destilado alcoólico simples de cana-de-açúcar armazenado em recipiente de madeira apropriado, com capacidade máxima de 700L por um período não inferir á um ano. Cachaça: adição de até 6g/l de açúcares expressos em sacarose.

34 23 Cachaça envelhecida: contém no mínimo 50% de cachaça ou aguardente de cana, envelhecida em recipiente de madeira apropriado, com capacidade máxima de 700L por um período não inferior a um ano. Cachaça Premium: contém 100% de aguardente de cana ou cachaça envelhecida em recipientes de madeira apropriados, com capacidade máxima de 700L por um período não inferior a um ano. Cachaça extra Premium: contém 100% de aguardente de cana cachaça envelhecidos em recipientes de madeira apropriados, com capacidade máxima de 700L por um período não inferior a três ano. 8.1 Padrões de qualidade O Coeficiente de Congêneres (componentes voláteis ou substâncias voláteis, componentes secund rios, impurezas vol teis, sem ser lcool ) não dever ser inferior a 200 mg e nem superior a 650 mg por 100 ml de álcool anidro. Os componentes deste coeficiente devem estar dentro da seguinte faixa: Componentes Acidez volátil aldeídos totais ésteres totais alcoóis superiores furfural + hidróximetil furfural Álcool metílico Carbamato de etila Acroleína Álcool sec-butílico Álcool n-butírico Limites máximos 150mg de ácido acético/100ml de álcool anidro 30mg de acetaldeído/100ml de álcool anidro 200mg de acetato de etila/100ml de álcool anidro 360mg/100ml de álcool anidro 5mg/100ml de álcool anidro Contaminantes orgânicos 20mg/100ml de álcool anidro 150µg/L 5mg/100ml de álcool anidro 10mg/100ml de álcool anidro 3mg/100ml de álcool anidro Tab. 2. Componentes do Coeficiente de Congêneres Contaminantes inorgânicos como, chumbo, cobre e arsênio deverão ser inferiores a 200µg/L, 5mg/L e 100µg/L respectivamente.

35 24 Vale salientar também que de acordo com a Instrução Normativa n. 58 de 19/12/2007 é proibido o uso de lascas de madeira, corantes, extratos ou qualquer outra substancia para a correção da coloração original do produto envelhecido. É proibida também a utilização de quaisquer substâncias que alterem as características sensoriais naturais do produto. A água utilizada deve ser potável, atendendo ás normas e padrões aprovados pela legislação. O açúcar empregado, neste caso a sacarose poderá ser substituída totalmente ou parcialmente por glicose, sacarose ou seus derivados.

36 25 9. Objetivos Este trabalho tem como objetivo comparar dois processos de destilação diferentes do mosto fermentado de caldo de cana, em um deles o mosto foi destilado em uma velocidade convencional, separando 1% do volume total do mosto correspondente à cabeça, no outro o mosto foi destilado de maneira mais lenta sem a separação da cabeça.

37 Materiais e métodos Materiais Caldo de cana; Levedura saccharomyces cerevisae ( Cepa: CAT-1 ); Erlenmeyer de 4 litros; Shaker; Proveta volumétrica de 1 e 2 Litros; Refratômetro digital; 2 cubas de vidro ( capacidade de 20 Litros ); Destilador de cobre ( capacidade 20 Litros ); Ácido peracético 0,1 % v/v; Água destilada; Garrafas de vidro 600 ml. Bécker de vidro 500ml Métodos Inóculo O primeiro passo foi diluir 4,57g a levedura com água em um bécker de vidro com o objetivo de hidrata-la, esta hidratação ocorreu por 1 hora. Após este tempo foi feito o processo de propagação da levedura, que consiste em aumentar gradativamente a concentração e o volume do meio com o objetivo de se obter células ativas, adaptadas, e número de células. A ideia para a propagação era diluir a levedura que estava no bécker em 4,5 litros de caldo de cana a 12 brix, para isso, foi medido o Brix do caldo de cana antes da diluição com o auxílio de um refratômetro, o resultado foi de 21,4 Brix. Com o auxílio de uma tabela de soluções açucaradas, constatamos que a densidade do caldo de cana era de 1,08924 g/ml.

38 27 Para calcular a quantidade de água e de caldo que deveria haver na mistura foi feita a seguinte equação: V1= volume do caldo em ml V2=volume de água destilada em ml D1=densidade do caldo em g/ml D2=densidade da água em g/ml B1=Brix do caldo de cana Sendo que: Então chegamos na seguinte equação: V1=2428,05 ml V2=2071,95 ml Com estes cálculos, a diluição foi feita e a levedura foi adicionada em um erlenmeyer de 4,5 litros juntamente com o caldo diluído. O Brix foi medido após a diluição e foi de 11,6 Brix. Este o erlenmeyer contendo o inóculo ficou no Shaker durante 24 horas, quando atingiu a concentração de 6,6 Brix Mosto O mosto foi composto de uma solução de caldo de cana e água destilada. Para prepara-lo, foi medido o brix do caldo de cana com um refratômetro para saber quanto de água deveria ser adicionado para se obter 40 litros de caldo diluído a 16 Brix. O caldo de cana

39 28 apresentou 20,3 Brix. Para efetuar a diluição foi feito mesmo calculo exposto acima, porem agora queremos 16 Brix, então: V1=30724,74 ml de caldo de cana. V2=7037,25mL de água. A diluição então foi feita, e o caldo resultante foi diluído em 2 cubas de vidro de 20 Litros cada. Fig.5 Cuba de fermentação O caldo diluído pôde então ser inoculado com a levedura, e então a fermentação começou. O brix foi medido logo após a fermentação e foi de 16,2 Brix na cuba A e 16,4 Brix na cuba B.

40 Brix Brix Resultados e Discussão Fermentação A fermentação durou 5 dias e durante este processo o Brix do caldo da cuba A e da cuba B foram monitorados chegando aos seguintes gráficos: 20 Brix (Cuba A) Tempo (h) Graf. 6 Variação do Brix da Cuba A Brix (Cuba B) Tempo (h) Graf. 7 Variação do Brix da Cuba B

41 30 O fato da fermentação demorar tanto para acontecer não é normal, é possível que isso tenha acontecido devido as baixas temperaturas apresentadas durante os dias da fermentação, ou o processo de propagação foi mal sucedido e não gerou um número de células suficiente. Normalmente a fermentação do caldo de cana demora cerca de 24 horas. Após a fermentação a cuba A apresentou 8,7 Brix e a cuba B apresentou 8,6 Brix. Com o mosto das duas cubas fermentados, então pôde ser feita a destilação Destilação A destilação foi processada em destilador de cobre com capacidade de 20 Litros. Fig.6 Destilador Em ambos os processos, o vinho fermentado foi coado com uma peneira e adicionado ao destilador de 2 em 2 Litros.

42 Temperatura Destilação Rápida Neste processo o vinho foi aquecido rapidamente até a temperatura de 50 C, então o fogo foi diminuído para uma altura intermediária durante todo o processo de destilação que começou na temperatura de 87 C. Guando a destilação começou, a primeira fração, correspondente a cabeça (1% do volume do vinho ), foi descartada, ou seja, 200 ml de cachaça. Os gráficos da variação de temperatura e volume de cachaça produzida durante o processo, são fornecidas nos gráficos abaixo: T( C) Tempo (min) T( C) Graf. 8 Variação da Temperatura destilação rápida

43 Volume (ml) Volume (ml) Volume (ml) Tempo (min) Graf. 9 Variação do volume durante a destilação rápida Com o gráfico da variação da temperatura, podemos observar a variação da temperatura durante a operação unitária, isso ocorre pois com a evolução a destilação, a composição do meio varia, variando assim o seu ponto de ebulição. Com o gráfico da variação do volume, observamos que o volume destilado obtido na graduação alcoólica de 40 GL foi de 2,2 Litros, porém, como dito acima, foram descartados 200 ml correspondentes a cabeça, então o volume final de destilado obtido foi de 2 Litros. Outro fato importante, que pode ser observado em ambos os gráficos, foi o tempo total de destilação que foi de 122 minutos Destilação Lenta Neste processo o vinho foi aquecido até 50 C rapidamente e depois o fogo foi diminuído para uma altura mínima, que foi mantida durante todo o processo de destilação, que começou também na temperatura de 87 C. Abaixo se encontram os gráficos da variação de temperatura e volume durante o processo:

44 Volume Temperatura T( C) Tempo T( C) Graf. 10 Variação do volume durante a destilação Volume(mL) Tempo (min) Volume(mL) Graf. 11 Variação do volume durante a destilação rápida Neste processo a cabeça não foi separa, portanto o volume obtido de destilado foi de 2,95 Litros. Observa-se também que o tempo de destilação foi de 160 minutos.

45 34 Conclusão O tempo de adaptação do inóculo deveria ter sido maior para dar mais tempo das células se adaptarem ao meio, isso poderia ser feito fazendo um repique a mais, com uma concentração menor que a do primeiro, ou com um Brix intermediário entre o Brix do primeiro repique e o Brix do mosto. Outro fato importante, e que a destilação lenta sem a separação da cabeça forneceu um volume maior de destilado, isso se deve ao fato da cabeça conter uma maior quantidade de álcool, obviamente, para que o consumo seja possível, seria necessária uma análise química para saber se a concentração de todos os componentes estão dentro da faixa estabelecida pela legislação.

46 35 Referências Bibliográficas FEIJÓ, Atnéia; MACIEL, Engels. Cachaça Artesanal do Alambique à Mesa. Rio de Janeiro: SENAC Nacional, ISKANDAR, Jamil Ibrahim. Normas da ABNT. 2ed. Curitiba: Editora Juruá, CRUZ, Carla; RIBEIRO, Uirá. Metodologia Científica- Teoria e Prática.2. Ed. Rio de Janeiro : Editora Axcel Boo do Brasil, FERNANDES, A.J. Manual da Cana-de-Açúcar. Piracicaba: Livroceres, p. LENHINGER, A.L Princípios da Bioquímica. São Paulo: Sarvier, p. VENTURI, Waldemar Gastoni. Bebidas Alcoólicas. São Paulo: Blucher, Vol 1. < < < pt.slideshare.net/ > < bis.sebrae.com.br > < > < >