DESENVOLVIMENTO E AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS CINÉTICOS NA FERMENTAÇÃO DE CERVEJA AROMATIZADA

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1 DESENVOLVIMENTO E AVALIAÇÃO DOS PARÂMETROS CINÉTICOS NA FERMENTAÇÃO DE CERVEJA AROMATIZADA DEVELOPMENT AND EVALUATION OF KINETIC PARAMETERS THE FERMENTATION OF BEER FLAVOURED Charles Barbosa Reeck 1, Estevan Rafael Dutra Bruginski 1, Rômulo Dias Nascimento 1, Fátima de Carvalho Alunos do Curso de Farmácia Universidade Positivo (UP) / Curitiba-PR 2- Professora do Curso de Farmácia Universidade Positivo (UP) / Curitiba-PR RESUMO O objetivo deste trabalho foi realizar a adição do extrato de hortelãpimenta ao mosto preparado e verificar se este poderia afetar de alguma maneira os parâmetros cinéticos da fermentação em relação ao mosto tradicional. Observa-se um aumento considerável pela procura e desenvolvimento de novos produtos biotecnológicos na área de alimentos e no caso da cerveja, a presença de produtos diferentes daqueles que seguem a Lei da Pureza Cervejeira. Com o intuito de se desenvolver uma formulação inovadora de cerveja, procedeu-se a adição de extrato de hortelã-pimenta (Mentha piperita), uma matéria-prima amplamente utilizada e comercializada na indústria de alimentos, cosmética e farmacêutica, devido especialmente ao seu agradável sabor e marcante aroma dos óleos essenciais. Estudou-se o crescimento celular, o consumo de açúcares e produção de etanol de uma formulação artesanal da cerveja tipo Belgian Pale Ale, utilizando-se para isto a levedura Sacharomycces cerevisae nottingham. A produção do mosto foi feita a partir de malte de cevada, lúpulo e água e posterior adição de um ingrediente aromatizante, o extrato aquoso de hortelã-pimenta, em paralelo a formulação tradicional, sendo que, o extrato não inibiu o crescimento da Sacharomycces cerevisae nottingham. 1

2 Palavras-chave: cerveja, aromatizante, cinética, biomassa, fermentação alcoólica, Sacharomycces cerevesiae nottingham. INTRODUÇÃO Devido à crescente competitividade do mercado, tanto para a redução de custos como para a introdução de novos produtos, os cervejeiros estão constantemente buscando inovações tecnológicas para seus processos, além do surgimento de microcervejarias no mercado brasileiro, que visam especialmente atender um público-alvo num nicho de mercado diferente das grandes companhias (1). Segundo a SINDICERV (Sindicato Nacional da Indústria Cervejeira), em 2007 o Brasil estava entre os quatro maiores fabricantes de cerveja do mundo, com um volume anual de cerca de 10,34 bilhões de litros. As companhias produtoras foram responsáveis por um faturamento de aproximadamente R$ 25,8 bilhões. (2) A fermentação alcoólica deriva de um processo bioquímico, realizada pela ação de microrganismos, especialmente as leveduras que utilizam açúcares para o seu desenvolvimento, através de um mecanismo enzimático que catalisa as reações sobre os glicídios, por exemplo, a glicose (C 6 H 12 O 6 ), produzindo etanol (C 2 H 5 OH) e gás (CO 2 ) (3). Os monossacarídeos são obtidos a partir do amido da cevada pura ou associados a outros cereais como o arroz, trigo, centeio, milho, sorgo e aveia. Estas matérias são permitidas em porcentagem de 10%, para cervejas claras, e em 50% para cervejas escuras, segundo Decreto 6871/09 de junho de 2009 (4,5). A Saccharomyces e em especial a S. cerevisiae é responsável 2

3 pela produção das enzimas fundamentais para o processo de fermentação alcoólica, na produção de cerveja, mas é necessário transformar o amido dos grãos de cereais em açúcares fermentáveis. Esta transformação se dá através de enzimas que estão em maior quantidade nos grãos maltados, que são liberadas e ativadas no processo de brassagem, formando o mosto de cerveja. (4) A intensidade da reação de fermentação depende do tipo de glicídio utilizado, o que faz com que bebidas diferentes sejam produzidas pela fermentação de matériasprimas específicas, apresentando diferentes teores alcoólicos. A cerveja mantém em média de 3,0 a 5,0%. (3) A antiga Lei da Pureza (Reinheitsgebot, ano 1516), estabelece que esta bebida deva ser produzida exclusivamente com malte, lúpulo e água, sem qualquer aditivo, caracterizando a cerveja. Porém existem algumas bebidas análogas às cervejas, características de determinadas regiões do mundo (4). A Ginger-Beer da Inglaterra e Suiça, obtida pela fermentação açucarada (de 10 a 20%) na presença de gengibre (Zingiber officinale), neste caso utilizando a Saccharomyces puriformis existente no próprio gengibre e que dá uma baixa concentração alcoólica, e a produção de outros produtos devido à presença de bactérias lácticas. Na Rússia, a Kuvass, com baixo teor de álcool é aromatizado com casca de laranja. (4) Há no mercado mundial, outras cervejas que se diferenciam da Lei da Pureza Alemã (Reinheitsgebot) tais como as cervejas com sabores de frutas e que tem apresentado desenvolvimento nos últimos anos por atrair novos clientes e para pessoas que não são consumidoras habituais de cerveja. (6) 3

4 Pode-se citar a Super Bock Green de origem portuguesa, a qual tem 1% de suco de limão adicionado à cerveja, após a fermentação. (7) A mistura de cerveja com frutas, por exemplo, é uma atividade ancestral, como no caso da Lambics de origem belga, feita com leveduras selvagens e adicionada com frutas inteiras como a framboesa, amora, pêssego e damasco, numa fermentação secundária. (8) A Radler é uma cerveja do tipo pilsen (baixa fermentação) cuja formulação original foi desenvolvida em 1920 por Franz Kugler que buscava uma bebida revigorante e se tornou uma bebida refrescante, especialmente por conter a adição de suco de limão e está registrada em nome da empresa DB Breweries, a Monteith's Radler Bier da Nova Zelândia (9,10). A Russ é uma cerveja formulada na Alemanha por ocasião do período inflacionário vivido após a Primeira Guerra Mundial, na qual, a uma cerveja tradicional, adicionava-se suco de limão para barateamento do processo. (9) A produção de cervejas é um exemplo clássico de biotecnologia tradicional e o processo completo consiste basicamente em três etapas: a produção do mosto, o processo de fermentação e o acabamento da cerveja, e dentro destas etapas existem vários procedimentos a serem cumpridos. (11) Para se produzir o mosto deve-se começar pela moagem, que tem a função de liberar e dividir em partes menores a porção interna do grão, após, a mosturação ou brassagem, que é responsável pela transformação da matériaprima da cerveja em mosto, após esse processo, faz-se a filtração, cuja função é retirar a porção de sólidos insolúveis do mosto. Segue então a fervura, etapa onde é adicionado o lúpulo. O lúpulo somado a temperatura tem o poder de conferir 4

5 uma melhor estabilidade bioquímica, biológica e coloidal, bem como proporcionar ao mosto cor, aroma e sabor com a consequência de concentrar o extrato. O mosto deve então ser resfriado e aerado, para a inoculação da levedura e manutenção de seu melhor desempenho. (4,11) Com o início da fermentação, o metabolismo das leveduras começa a transformar açúcares em álcool e CO 2. Ao terminar o período de fermentação, tradicionalmente o produto passa pela maturação cujos objetivos são a clarificação e a carbonatação para assim como haver a melhora do sabor e odor, além de evitar a oxidação de cerveja. A partir deste ponto, industrialmente, a cerveja segue para engarrafamento e pasteurização. (4) O impacto da inserção do extrato de Mentha piperita no desenvolvimento fermentativo de um mosto tradicional, sabendo-se que a aplicação deste extrato confere normalmente sabor e aroma agradáveis, podendo causar uma inibição do crescimento da S. cerevisiae, sendo prejudicial à produção da cerveja Belgian Pale Ale. (12, 13,14) Esta cerveja normalmente apresenta uma coloração âmbar, de amargor e aroma acentuado. (4) O presente trabalho apresenta como objetivo, o desenvolvimento e a avaliação de parâmetros cinéticos de um processo de produção de cerveja artesanal, tal que possibilite um melhor entendimento do processo de fermentação quando aromatizada com um novo ingrediente: o extrato aquoso de hortelãpimenta (Mentha piperita). 5

6 METODOLOGIA Preparação do mosto Na preparação do mosto foi utilizado três tipos de cereais maltados, sendo 225g de malte Pilsen, 75g de malte Caraamber e 37,5g de malte Cara-Pils; Lúpulo de sabor/amargor o Mt. Hood em Pellet, com 4,6% de alfa-ácido; Água potável na quantidade de 2,1L; Com adição de 37,5ml de extrato aquoso de hortelã obtido por maceração, 50g de folhas de hortelã foram lavadas com álcool a 70%, logo em seguida foi enxaguada três vezes com água destilada, as folhas então foram colocadas em um Erlenmeyer de 250ml, adição de água destilada em quantidade suficiente para cobrir as folhas; Como agente fermentador, o microrganismo Saccharomyces cerevisae nottingha, foi ativada em 50ml de água com 50mg glicose, durante o período de 6 horas. Os cereais foram moídos em graal até o ponto em que não houvesse grãos íntegros, colocados num recipiente com 1,0L de água, que em seguida foi aquecido até 65 C durante 75 minutos para a extração e hidrólise dos açúcares; após 75 minutos. Foi adicionado mais 1L de água potável antes da fervura. O pré-mosto foi filtrado e levado até a fervura. Durante a fervura foi adicionado ao mosto o lúpulo de sabor/aromático em três momentos diferentes no tempo de 15, 30, 45 minutos e aquecido por mais 15 minutos. Após a fervura foi adicionada água fria até completar o volume de 1,5L. O mosto foi esfriado até 30 C para receber a levedura previamente ativada. O mosto foi dividido em duas partes iguais, sendo que em uma das partes foi adicionado o 6

7 extrato aquoso de hortelã. Os recipientes com o mosto foram lacrados e armazenados em ambiente isolado à temperatura ambiente, como preparado de forma artesanal. Uma microcervejaria forneceu a receita para o mosto puro, que foi retirado de um software denominado BeerSmith (15) Viabilidade celular A viabilidade das células foi determinada utilizando-se o método de semeadura por pour plate. O meio de cultura utilizado foi o Ágar YM-glicose (contendo 1,0% glicose; 0,5% peptona bacteriológica; 0,3% extrato de levedura; 0,3% extrato de malte e 2,0% de ágar puro), foi realizada a correção do ph do meio em 5, e a contagem das células (Unidades Formadoras de Colônias, UFC) após 2 a 3 dias de incubação à 25 C. Foram retiradas alíquotas de 1 ml e diluídas até 10-6, durante o tempo de fermentação do mosto, e plaqueadas em triplicata para contagem. (16) Determinação de açúcares redutores A determinação dos açúcares redutores foi realizada segundo Somogyi e Nelson, a partir da reação de óxido cuproso e arsênio de molibdênio de coloração azul cuja intensidade é proporcional a quantidade de açúcares redutores existentes na amostra. (17) O teor de açúcares redutores é calculado por 7

8 espectrofotometria a 540nm, e o espectrofotômetro utilizado foi o Shimadzu (18) Durante a fermentação foram retiradas seis alíquotas, uma a cada 24 horas, sendo congeladas e testadas todos em um dia no final da fermentação. Determinação da quantidade de etanol A quantidade de etanol foi determinada por densidade relativa da amostra destilada. Foi utilizado um picnômetro de 5 ml tarado com água destilada, em seguida este for secado para adição do destilado da amostra, verificando o peso de cada um é determinado uma diferença de densidade. Utilizando a tabela de porcentagem de álcool a 20ºC(%v/v) correspondente a densidade relativa, se obtém a quantidade de álcool presente na amostra, seguindo a metodologia utilizada pelo Instituto Adolfo Lutz. (19) RESULTADOS E DISCUSSÃO Inicialmente a concentração de açúcares redutores apresentou-se maior no mosto puro (fig. 1), do que no mosto com extrato de hortelã-pimenta (Mentha sp) (fig. 2), esse fato deve-se à adição de extrato ao mosto, e durante a fermentação o consumo dos açúcares redutores se manteve semelhante nos dois mostos. O crescimento de Sacharomicceas cerevisae no mosto puro e no mosto com extrato apresentou o mesmo comportamento demonstrando a fase lag, log e estacionária no processo de fermentação (fig. 1; fig. 2). Considerando as curvas de açúcares 8

9 redutores e a curva de crescimento de leveduras pode ser visualizada uma relação proporcional, onde o consumo de açúcares diminui enquanto a quantidade de leveduras aumenta, caracterizando a fase log (fig. 1; fig. 2). Foi observado que o extrato de hortelã-pimenta (Mentha sp) não afetou o crescimento da Sacharomycces cerevisae na produção da cerveja artesanal Belgian Pale Ale em comparação a receita original (15) (fig. 2). A determinação do ph tem o objetivo de verificar se o mosto tem condições de proporcionar um meio favorável para o desenvolvimento das leveduras para a fermentação, atuação enzimática e maturação do produto final (20). Em nossas análises foi possível verificar a diminuição do ph 5,2 inicial para aproximadamente 4, 1 nos mostos puro e com extrato. Segundo BORZANI, com o aumento da concentração de CO 2, assim como, a produção de ácidos orgânicos na fase anaeróbica do metabolismo das leveduras, justificando assim, a diminuição do ph no processo de obtenção de cerveja (4,20). Durante o processo de filtragem, houve uma perda grande do volume do material a ser destilado. Mesmo com esta perda, houve a tentativa de destilação mas não foi possível realizar a determinação do grau alcoólico. 9

10 Fonte: O autor (2010) FIGURA 1 Comparação do crescimento pelo consumo de açúcares em mosto sem adição de extrato de hortelã-pimenta (Mentha sp), [ ] concentração TABELA 1 Concentração de células e consumo de açúcares redutores no mosto sem adição de extrato de hortelã-pimenta (Mentha sp) Dia Mosto Puro log [ ] celular [ ] açúcares redutores (g/l) 1 1,89 18,81 2 2,18 7,41 3 3,05 2,89 10

11 5 4,11 2,34 6 4,08 2,04 7 4,06 1,92 FONTE: O autor (2010) FIGURA 2 Comparação do crescimento pelo consumo de açúcares em mosto com adição de extrato de hortelã-pimenta (Mentha sp). Fonte: O autor (2010) TABELA 2 - Concentração de células e consumo de açúcares redutores no mosto com adição de extrato de hortelã-pimenta (Mentha sp) Mosto com extrato 11

12 Dia log [ ] celular [ ] açúcares redutores (g/l) 1 1,81 16,92 2 2,04 8,93 3 3,04 2,74 5 4,22 1,42 6 4,14 0,64 7 4,07 0,62 Fonte: O autor (2010) CONCLUSÃO Necessita-se, hoje, de uma compreensão cada vez mais aprofundada do conhecimento biotecnológico para o desenvolvimento de novos produtos. Um destes conhecimentos é o do processo fermentativo para obtenção de cerveja. A partir dos resultados obtidos neste estudo, conclui-se que a adição de cinco por cento de extrato de Mentha piperita, como um possível ingrediente aromatizante na formulação da cerveja do tipo Belgian Pale Ale, durante a preparação do mosto, não foi capaz de comprometer o desenvolvimento da levedura Sacharomycces cerevisae nottingham e seu processo fermentativo. O fato de esta adição ser realizada junto da preparação do mosto, elimina um novo processo para aromatização apos a fermentação, barateando os custos de produção. É recomendado considerar as variações climáticas e das características solo no cultivo de ervas, pelo fato destes fatores contribuírem com a sua composição interna, alterando sua aplicabilidade, mas este aspecto não foi considerado neste 12

13 trabalho. ABSTRACT - The objective of this work was the addition of peppermint extract to the must prepared to see if it could somehow affect the kinetic parameters of fermentation in relation to traditional must. There is a considerable increase in the demand and development of new biotechnology products in food area and for beer in the case, the presence of products other than those that follow the Law of Purity Brewery. In order to develop an innovative formulation of beer, we proceeded to the addition of peppermint extract (Mentha piperita), a raw material widely used and traded in the food industry, cosmetics and pharmaceuticals, especially due to its pleasant flavor and aroma of essential oils remarkable. Studied the cell growth, the consumption of sugar and ethanol production of a formulation of artisanal Belgian Pale Ale beer, using yeast for this Sacharomycces nottingham cerevisiae. The production of wine was made from barley malt, hops and water and subsequent addition of a flavoring ingredient, the aqueous extract of peppermint, alongside the traditional formulation, and the extract did not inhibit the growth of Sacharomycces cerevisae nottingham. Keywords: beer, flavoring, kinetics, biomass, fermentation, Sacharomycces cerevesiae. REFERÊNCIAS 1 Erthal, A.D.; Microcervejaria; Jornal Valor Econômico, 01/2006. Disponível em: < Acesso em: 26 de agosto Sindicato Nacional da Indústria da Cerveja. (SINDICERV), pesquisa, Disponível em: < 13

14 Acesso em: 10 de agosto Ferreira, E.C; A química da produção de bebidas alcoólicas, 11/ Sociedade Brasileira de Química. Disponível em: Acesso em: 22 de abril de Aquarone, E; Borzani, W; Schidell, W; Lima, U de A. Biotecnologia Industrial. Volume 4 Biotecnologia na Produção de Alimentos. Capitulo 4. Editora Edgard Blucher, Brasil, Decreto nº 6871, de 4 de junho de Disponível em: < Acesso em: 30 de maio de Radler, Russ e Shandy: diferentes ou iguais? Cervejas do Mundo. Disponível em: Acesso em: 27 de julho de Super Bock. Disponível em: Acesso em: 30 de novembro de Lambics, as cervejas selvagens por Luis Celso Jr. Jornal, 10/2010: Gazeta do Povo. Disponível em: Lambics-as-cervejas-selvagens-belgas Acesso em: 01 de novembro de German Beer Institute. Disponível em: 14

15 Acesso em:: 01 de novembro de Monteith's Radler Bier. Disponível em: Acesso em: 15 de novembro de Dragone, G; Mussatto, SI; Silva, J, B de A. Utilização de mostos concentrados na produção de cervejas pelo processocontínuo: novas tendências para o aumento da produtividade. Disponível em: Acesso em: 05 de abril de Matos, B.; Komiyama, E. Y. Balducci, I; Koga-Ito, C.Y. Atividade antifúngica do extrato alcoólico de Mentha piperita sobre Candida albicans e C. tropicalis. Disponível em: Acesso em: 20 de novembro de Souza, W.P.; Queiroga, C.L.; Sartoratto, A.; Honorio, S.L.; Avaliação do teor e da composição química do óleo essencial de mentha piperita. Disponível em: 4_p pdf Acesso em: 20 de novembro de Chalier, P. Antimicrobial activity of carvacrol related to its chemical structure. Letters in Apllied Microbiolpogy, volume 43, ano Disponível 15

16 em: Acesso em: 20 de novembro de Software BeerSmith Receita de Cerveja Belgian Pale Ale. Disponível em: < Acesso em: 27 de Abril de Herberts, A.R. Transporte Ativo de α-glicosídeos: uma Metodologia para avaliar a Vitalidade de Leveduras Cervejeiras. UFSC, Florianópolis, Silva, R. N. et al. Comparação de métodos para a determinação de açúcares redutores e totais em mel. Ciênc. Tecnol. Aliment., Campinas, v.23, n.3, Martelli, H.L. & Panek, A.D. Bioquímica Experimental. Ao Livro Técnico, Rio de Janeiro, 1968, 112p Instituto Adolfo Lutz. Normas analíticas do Instituto Adolfo Lutz. v.1: Métodos químicos e físicos para análise de alimentos. 3. ed. Sao Paulo: IMESP, D'avila, R. F., Cruz, J. M., Leitão, A. M.,Rodrigues, R. S.. - ph e Acidez Total Durante a Produção De Chopp tipo Pilsen. Disponivel em: < Acesso em: 20 de novembro de