ACV DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DA CERVEJA

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1 ACV DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DA CERVEJA Michael Walter Trommer (UNIMEP ) michaeltrommer@terra.com.br Aparecido dos Reis Coutinho (UNIMEP ) arcoutin@unimep.br Resumo A busca pelo desenvolvimento sustentável é um dos maiores desafios para a sobrevivência da humanidade, de modo que para alcançar a sustentabilidade várias ferramentas estão sendo criadas e aperfeiçoadas, destacando-se entre elas a Annálise do Ciclo de Vida (ACV) que consiste na quantificação e avaliação das entradas, saídas e dos potenciais impactos ambientais de um sistema produtivo durante todo o seu processo. No campo voltado a indústria de alimentos, o estudo da ACV do processo de produção deve incluir principalmente o balanço de massa das matérias primas, o balanço de energia e seus efeitos sobre o meio ambiente. No presente trabalho são apresentados os resultados da ACV do processo de produção de cerveja, em uma unidade piloto com capacidade de produzir 72 L por batelada. Palavras-chaves: ACV, Análise do Ciclo de Vida, Sustentabilidade, Cerveja.

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3 1 Introdução A busca constante pelo desenvolvimento sustentável é um dos maiores desafios para a sobrevivência da humanidade, de modo que a sustentabilidade vem se tornando com o passar dos anos, uma combinação de fatores com o intuito de desenvolver metodologias e processos para de manter o sistema produtivo atual, sintonizando-o de forma benéfica com o meio ambiente. Sustentabilidade pode, portanto, ser considerada como a integração de critérios ambientais, sociais e econômicos, mantendo um justo equilíbrio entre esses três aspectos com o objetivo de fornecer suporte a uma organização, em termos de competitividade em longo prazo, tal que as mudanças em prol do meio ambiente beneficiem também a corporação e não sejam vistas apenas como prejuízos (CARTER, 2008). Assim, em busca da sustentabilidade, várias ferramentas estão sendo criadas e aperfeiçoadas, destacando-se entre elas a Análise do Ciclo de Vida (ACV) que consiste na quantificação e avaliação das entradas, saídas e dos potenciais impactantes ambientais de um sistema produtivo durante todo o seu processo. O termo ciclo de vida refere-se à fabricação, a utilização, a manutenção e disposição final de um produto, incluindo a matéria-prima necessária para a sua fabricação, além dos contaminantes emitidos durante e após o processo de produção. Ou seja, a ACV de um produto, ou serviço, abrange desde a extração dos recursos naturais para sua produção até o descarte final, podendo-se dizer do berço ao túmulo na vida de um produto (CARTER, 2008; CURRAN, 1999). A análise do ciclo de vida, sob o ponto de vista ambiental, foi desenvolvida com base na idéia de avaliação ambiental abrangente de produtos, que foi inicialmente concebido na Europa e nos Estados Unidos na década de 1960 e início de 1970 (HUNT,1996; JAYARAMAN,2006). Segundo a norma ISO (ISO, 2006a), que define seus princípios e conceitos, a ACV é uma ferramenta com o intuito de avaliar os aspectos e impactos ambientais associados a um produto, além dos recursos utilizados ao longo de todo o seu ciclo de vida, ou seja, desde a aquisição de matéria prima, passando pelas fases da produção e o conseqüente consumo do produto, até a gestão dos resíduos gerados, englobando nesta fase as etapas de eliminação, reciclagem, tratamento e disposição final dos resíduos (ISO, 2006a). 1.1 ACV na produção de cerveja A cerveja tem como base de produção o uso de grãos, tornando-se produto alimentício de origem agrícola. Assim, a produção de alimentos e os sistemas de consumo necessitam de energia e de recursos naturais como fontes de matérias primas, de modo que o estudo da ACV

4 do processo de produção da cerveja deve incluir o balanço de massa das matérias primas envolvidas, o balanço de energia e seus efeitos sobre o meio ambiente (CORDELLA; 2008). A cerveja foi um dos primeiros produtos alimentícios produzidos em escala industrial. Consiste em uma solução diluída de etanol, desenvolvendo seu aroma característico a partir da adição do malte na água, que é a principal fonte de hidrocarbonetos fermentáveis e de outros nutrientes oriundos da cevada. Os mais importantes estágios da fabricação da cerveja são a produção do mosto e a fermentação. A partir do malte se produz o mosto, que é um extrato aquoso da cevada malteada. No processo de fermentação, são adicionadas leveduras ao mosto, onde as células de fermento convertem os nutrientes do mosto predominantemente em etanol e dióxido de carbono. Após a retirada do fermento obtém se a cerveja (KORONEOS; 2005). Estudos completos sobre a ACV das cervejas são feitos com base em levantamento de dados, partindo-se da produção da matéria prima, que envolve as etapas (CORDELLA, 2008; HORVATH ; 2001): - Cultivo da cevada: irrigação, fertilização, colheita, etc.; - O beneficiamento da matéria prima: malte, lúpulo, produtos químicos, produção de energia; - A produção da cerveja: preparo do mosto, fermentação, maturação, fitração, pasteurização, estocagem do gás carbonico; - O envase: seleção de garrafas e latas de alumínio, engarrafamento, empacotamento, colocação nos pallets, limpeza das caixas, distribuição; - O tratamento da água usada no processo produtivo, assim como o seu descarte e reuso; - A produção de energia envolvida nas diversas etapas do processo produtivo, assim como na destinação (transporte, etc); - A produção de materiais auxiliares, como detergentes, tampas, colas, etiquetas, material de impressão, fitas plásticas, filme plástico, tratamento de água, produção de energia; - A destinação dos resíduos de produção, vidro, alumínio, embalagens e outros. 4

5 O presente trabalho consiste no estudo inicial da ACV do processo de fabricação das cervejas, feito por meio de levantamento de dados do processo produtivo, de modo que não foram consideradas a produção da matéria prima, assim como seu envase e transporte, por se tratar de uma unidade piloto. 2 Objetivo O objetivo do presente trabalho é de estudar os aspectos ligados à ACV do processo de produção da cerveja em uma unidade piloto, usada para testar novas matérias primas e/ou novos processos de produção da cerveja. 3 Metodologia O estudo da ACV foi desenvolvido em uma planta piloto de produção de cerveja, onde foram realizados testes com base no processo de produção de uma cerveja convencional do tipo Pilsen. O estudo foi feito considerando o instante em que a matéria prima (a cevada malteada) entra na planta piloto, até a etapa em que se obtém a cerveja pronta, armazenada no tanque de pressão. A figura 1 mostra o diagrama simplificado do processo empregado na planta piloto. Neste estudo de caso não foram inclusas as etapas de obtenção das matérias primas, assim como o transporte e a comercialização da cerveja; tendo-se em vista que estas etapas não fazem parte das atividades de pesquisa da planta piloto. Portanto, o presente estudo da ACV do processo de produção da cerveja consiste na execução do balanço de massa e de energia, referente às etapas de moagem, brassagem, fermentação, maturação, filtração e envase. Como principais componentes usados no processo produtivo, destacam-se: cevada malteada, high maltose, água, lúpulo, oxigênio, levedura e terra diatomácea. No final do processo de produção, estão relacionados os resíduos: o bagaço proveniente das cascas da cevada malteada; o trub, que consiste em uma massa pastosa proteica que contém resíduos de mosto; a levedura e a terra diatomácea. Figura 1. Diagrama simplificado do processo de produção de cerveja na unidade piloto Malte 5

6 Moagem Bagaço de malte + Mosto Mostura Filtração Água Água de Percolação Trub quente + Mosto Fervura Lúpulo + high maltose Resfriamento do Mosto pronto O 2 Levedura + Cerveja Fermentação Levedura Levedura + Cerveja Maturação Terra diatomácea + cerveja e levedura Filtração da cerveja turva Terra diatomácea Cerveja pronta Envase e comercialização 3.1 Etapa 1 Preparo do mosto cervejeiro A etapa 1 corresponde a produção do mosto cervejeiro, com capacidade de 90 litros por batelada. O preparo do mosto é constituído de moagem, mosturação, filtração do mosto, fervura e resfriamento. A matéria prima de entrada, consiste no grão de cevada malteada que apresenta em torno de 78% de amido, sendo que 68% deste amido é convertido em açúcares no processo do preparo do mosto, e posteriormente enviado para o fermentador. A cevada malteada que chega à planta piloto é armazenada e submetida à moagem. O conteúdo moído é transportado até o tanque de mostura. A cevada malteada moída é previamente misturada com água, com à finalidade de promover o processo enzimático do próprio malte, que consiste na quebra dos carboidratos em açúcares que fornecem à levedura os elementos necessários para a produção de gás carbônico e álcool. A parte proteica do grão, é transformada nesta etapa em aminoácidos e peptídios. Os aminoacidos são importantes para 6

7 a propagação da levedura e os peptideos para a formação da espuma e corpo da cerveja (processo bioquímico). Este processo ocorre em um tanque de mostura, que é aquecido. Em seguida a mostura é transferida para o tanque de clarificação. Após a etapa de mosturação, a mistura é enviada ao tanque de clarificação do mosto, em que é separado o mosto cervejeiro da parte solúvel; onde também é separada a parte insolúvel, o bagaço da cevada malteada, que é composto das cascas provenientes da cevada malteada moída, com um teor de umidade residual. Assim que o mosto é extraído do bagaço, este é submetido ao processo de fervura. Nesta etapa ocorre a evaporação de água do mosto para a extração de elementos ricos em enxofre que são provenientes da cevada malteada. Ocorre também a coagulação proteica do excesso de proteina existente na cevada malteada, assim como a adição do lúpulo para promover o amargor e aroma da cerveja pronta. No final desta etapa é adicionado um xarope de milho com 82% de sólido de high maltose. Ao término do processo de fervura, ocorre a etapa de aumento dos grumos proteicos, que é feita por meio de agitação dentro do tanque de fervura. No final do processo de aumento dos grumos, ocorre a precipitação dos flóculos proteicos para o fundo do tanque, em forma de decantação. Estes grumos proteicos são denominados de trub quente no processo. Após a decantação, o mosto é resfriado e enviado para fermentação, onde recebe gás O 2 e levedura pastosa. 3.2 Etapa 2 Transformação do mosto cervejeiro em cerveja A etapa 2 consiste no processo de produção de cerveja a partir do mosto. O mosto com levedura é fermentado, até se transformar em cerveja verde (cerveja em processamento). Após o término da fermentação, a cerveja é resfriada para temperatura de maturação e o fermento é retirado e reaproveitado para outra batelada de mosto. A etapa da maturação ocorre no mesmo tanque da fermentação, onde acontece o amadurecimento da cerveja verde. Após a maturação, a cerveja verde é submetida ao processo de filtração, por meio da adição de terra diatomácea. Assim que finaliza o processo de filtração, a cerveja pronta é envasada em garrafas e em barris para testes e análises. 7

8 4 Resultados A seguir são apresentados os balanços de massa e de energia do processo de produção de cerveja. A Planta Piloto possui capacidade de produção de 90 litros de mosto cervejeiro por batelada. Devido as perdas que ocorrem no processo produtivo, a produção reduz para 72L de cerveja pronta. 4.1 Consumo de água na planta piloto Neste processo de produção por batelada a quantidade de água total consumida é de 97,24 L para obtenção de 72 L de cerveja pronta, como mostra a tabela 1. Além disso, é usado o volume de 400L de água para limpeza e desinfecção da planta piloto, como mostra a tabela 2. Tabela 1: Consumo de água na produção da cerveja. Aplicação Litros Água para mostura 38,60 Água para filtração do mosto 56,38 Água para acerto do Brix 2,26 Total 97,24 Tabela 2 : Consumo de água para limpeza, desinfecção e esterilização Aplicação Litros Limpeza da brassagem 90 Tanque de fermentação e maturação 80 Tanque de pressão 80 Filtro de terra diatomácea 120 Lavagem de vazilhames para envase 20 Limpeza do ambiente 10 Total 400 8

9 % XXXIII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO 4.2 Consumo de energia elétrica na planta piloto A energia empregada na unidade piloto é suprida em sua totalidade na forma de energia elétrica. O consumo total de energia utilizado para produção de 72 litros de cerveja por batelada corresponde ao total de 82 KWh, sendo 31,7% (26KWh) na forma de energia elétrica usada para acionamento dos equipamentos e acessórios, juntamente com 20,7% (17 KWh) usada para aquecimento, e 47,6% (39KWh) de energia usada para resfriamento, conforme mostra a figura 2. Figura 2. Consumo de energia elétrica Consumo de energia elétrica na planta piloto Energia para frio Energia para acionamento de equipamentos Energia para calor. 4.3 Balanço de materias primas empregadas na unidade piloto A figura 4 mostra o diagrama simplificado do processo de produção de cerveja na unidade piloto, com os descartes de resíduos sólidos (Rs) e líquidos (Rl) ocorridos em cada etapa. Figura 4. Balanço de materiais do processo de produção de cerveja, em uma unidade piloto Malte (6,72L) Moagem 9

10 Mosturação (45,3L) Água (38,6L) Perdas: Rs=2,2% Rl=8,8% Bagaço de malte + Água Filtração (104L) Água (56,38L) Água (2,26L) Perdas: Rl=8,9% Evaporação Fervura 92,5L Lúpulo 19g Maltose 5,94L Perdas: Rl=10,6% Rs=4,3% Trub quente + Mosto Resfriamento do mosto pronto (90,2L) Levedura 44g (Pó) Levedura + Cerveja Reaproveitamento em outra batelada 0,90L (Solido 0,50L + Líquido 0,4L) Fermentação (76,8L) Rl=0,68% Levedura + Cerveja Maturação 76,8L Perdas : Rl=0,48% Terra diatomácea + cerveja Filtração da cerveja turva (76,3L) Terra diatomácea 0,25Kg) Volume de entrada M.P. = 109,9L Volume final = 71,6L Perdas % = 34,8% Rendimento = 65,2% Cerveja pronta (71,6L) 5. Conclusão Os resultados obtidos no processo de produção da cerveja, nesta unidade piloto, indicam a possibilidade de aplicação do ACV nas cervejarias, por meio da quantificação dos produtos de entrada e de saída, juntamente com a quantificação dos resíduos sólidos e líquidos passíveis de reuso e de descarte. 10

11 O consumo de energia na unidade piloto foi de 82 KWh para 71,6L de cerveja pronta, que representa 1,1 KWh/L de cerveja. Este valor é superior ao consumo de uma unidade industrial, que é da ordem de 0,9 KWh/L de cerveja. Com relação ao balanço de massa, a unidade piloto apresentou rendimento em cerveja pronta de 65,2%, cujo valor é inferior ao de uma unidade comercial de grande porte, cujo rendimento é da ordem de 70% à 79%. Estas diferenças são justificadas em função da capacidade e da própria finalidade da unidade piloto, que é de servir como um laboratório dinâmico de desenvolvimento de novos produtos/processos para a produção de cerveja. Finalmente, destaca-se que a unidade piloto atua como um laboratório dinâmico e versátil. Permite efetuar modificações no processo produtivo como um todo, de modo que possibilita efetuar testes de novas matérias primas, novas formulações, assim como de promover alterações nas condições de processo; tudo isto, como inovações em busca de um novo produto com valor agregado e comecialmente atrativo. Os resultados apresentados, obtidos na unidade piloto, serão testados em unidade de maior porte. Assim, a ACV da cerveja poderá ser complementada por meio do mapeamento de todo o processo, que abrange a obteção das matérias primas, seu beneficiamento, o processo produtivo, seguido de transporte e uso pelo consumidor. 6. Referências 11

12 Carter, C.R.; Rogers, D.S.; A framework of sustainable supply chain management: Moving toward new theory. International Journal of Physical Distribution and Logistics Management, 38, , Cordella M; Tugnoli A; Spadoni G; Santarelli F; Zangrado T.; LCA of an Italian Lager Beer, LCA Case Studies. International Journal of LCA, 13, , Curran, M. The status of LCA in the USA. International Journal LCA, 4, , Ekavall, T.; Tillman, A.M.; Molander, S.; Normative ethics and methodology for life cycle assessment. Journal of Cleaner Production, 13, , Horvath, M.; Schivardi, F.; Woywode, M.; On industry life cycles: delay, entry, and shakeout in beer brewing. International Journal of Industrial Organization, 19, , Hunt, R.G.; Franklin, W.E.; LCA how it came about personal reflections on the origin and the development of LCA in USA. International Journal of LCA, 1, 4-7, ISO, 2006a. ISO International Standard. In: Environmental Management Life Cycle Assessment Principles and Framework. International Organization for Standardization, Geneva, Switzerland. Jayaraman, V. Production planning for closed-loop supply chains with product recovery and reuse: An analytical approach. International Journal of Production Research, 44, , Koroneos C; Roumbas G; Gabari Z; Moussiopoulos N.; Life cycle assessment of beer production in Greece. Journal of Cleaner Production, 13, , Kunze, W. Tecnologia para Cerveceros y Malteros, VBL, Berlin Germany,2006 Narziss, L. Abriss der Bierbrauerei, Wieley-VCH.,Germany,2004 Sirve T. Life Cycle Assessment of a Basic lager Beer (LCA). International Journal of LCA, 6, , 2001.

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