Avaliação do desempenho de unidades de produção de cachaça de alambique

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1 UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO ESCOLA DE ENGENHARIA DE LORENA DIEGO BATISTA NOGUEIRA Avaliação do desempenho de unidades de produção de cachaça de alambique LORENA, 2013

2 DIEGO BATISTA NOGUEIRA Avaliação do desempenho de unidades de produção de cachaça de alambique Monografia apresentada à Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo, na área de Biotecnologia, para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Bioquímica. Orientador: Prof. Dr. Ismael Maciel de Mancilha LORENA Novembro, 2013

3 AUTORIZO A REPRODUÇÃO E DIVULGAÇÃO TOTAL OU PARCIAL DESTE TRABALHO, POR QUALQUER MEIO CONVENCIONAL OU ELETRÔNICO, PARA FINS DE ESTUDO DE ESTUDO E PESQUISA, DESDE QUE CITADA A FONTE. CATALOGAÇÃO NA PUBLICAÇÃO Serviço de Biblioteca Escola de Engenharia de Lorena Nogueira, Diego Batista Avalição do desempenho de unidades de produção de cachaça de alambique / Diego Batista Nogueira; Orientador Ismael Maciel de Mancilha. Lorena, p. Monografia apresentada à Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo, na área de Biotecnologia, para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Bioquímica. 1. Cachaça. 2. Alambique. 3. Cana-de-açúcar. I. Mancilha, Ismael Maciel, Orientador

4 Dedico este trabalho aos meus pais e meus avós, pelo amor e confiança depositadas em mim, e aos meus amigos por tornar essa jornada muito divertida.

5 Por vezes sentimos que aquilo que fazemos não é senão uma gota de água no mar. Mas o mar seria menor se lhe faltasse uma gota. Madre Teresa de Calcuta

6 NOGUEIRA, Diego Batista. Avalição do desempenho de unidades de produção de cachaça de alambique / Diego Batista Nogueira; Orientador Ismael Maciel de Mancilha.- Lorena, p (Monografia apresentada à Escola de Engenharia de Lorena da Universidade de São Paulo, na área de Biotecnologia, para obtenção do título de Bacharel em Engenharia Bioquímica). RESUMO A produção atual de cachaça no Brasil supera 1,2 bilhão de litros por ano, é a bebida destilada mais consumida pelos brasileiros e a 3ª no mundo. Por ser uma bebida de baixo custo de produção, o nome cachaça esteve sempre associada, pejorativamente, às classes sociais de menor poder aquisitivo. Porém, hoje em dia, esta bebida se encontra disseminada em classes sociais de renda mais elevada e o preconceito vem se perdendo, colocando-a como um produto tipicamente brasileiro à semelhança do samba e o futebol. Tendo em vista o apreço à versatilidade das aplicações da cachaça, este trabalho teve por objetivo avaliar o desempenho de três unidades produtoras de cachaça de alambique, com vistas aos diversos parâmetros da produção, desde a matéria-prima até avaliação do produto acabado. Os resultados demonstram que em relação às características do produto final, os Alambiques A e B apresentaram valores de acidez superiores aos estabelecidos pela legislação, 183,70 e 171,78mg de ácido acético em 100mL de Álcool Anidro (AA) respectivamente, quando a acidez máxima permitida é 150mg de ácido acético em 100mL de Álcool Anidro. Enquanto que o Alambique C apresentou uma graduação alcoólica superior à máxima permitida pela legislação, 51,50 % (v/v), quando a legislação determina que a cachaça esteja de 38 a 48% (v/v). Em relação aos atuais padrões de qualidade da cachaça estabelecidos na legislação brasileira, os Alambiques avaliados no presente trabalho se revelaram em não conformidade com a legislação em pelo menos um dos parâmetros analisados, refletindo as dificuldades enfrentadas pelos produtores em garantir a qualidade físico-química e a padronização da bebida em todas as etapas da produção. Palavras-chave: Cachaça, Alambique, Cana-de-açúcar.

7 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Aguardende e Cachaça Processo de produção de cachaça de alambique Matéria-prima Moagem Preparo do Mosto Preparo do Fermento Fermentação Alcoólica Destilação em alambique de cobre Armazenamento e Envelhecimento MATERIAIS E MÉTODOS Matéria-prima Extração do caldo Preparo do mosto Fermento e pé-de-cuba Condução do processo fermentativo Destilação do vinho Análises fisico-químicas Determinação da umidade do bagaço (Ub) Eficiência do decantador (Ed) Eficiência de extração de Açúcar (Ee) Rendimento de fermentação - Y (p/s) Eficiência de fermentação (Ef) Acidez do vinho (Av) Graduação alcoólica do vinho (Tav) Acidez Acética da bebida recém destilada (Aa) Graduação alcoólica da bebida recém destilada (Tab)... 28

8 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO CONCLUSÃO REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 32

9 8 1. INTRODUÇÃO A aguardente de cana-de-açúcar, segundo registros do Ministério da Agricultura, vem sendo produzido no Brasil desde o século XVI, época em que a atividade açucareira foi largamente desenvolvida no país que, ainda hoje, é o maior exportador mundial de açúcar. A aguardente de cana-de-açúcar surgiu como fruto da fermentação espontânea dos resíduos da produção de açúcar que ficavam em equipamentos mal higienizados. O líquido resultante, uma vez destilado em pequenos alambiques de barro, gerava uma bebida transparente e ardida, a água ardente, hoje chamada aguardente. Historicamente, a aguardente servia de moeda de troca na compra e venda de escravos, bem como, era consumida principalmente por eles. Por ser uma bebida de pequeno custo de produção, o nome cachaça esteve sempre associada, pejorativamente, às classes sociais de menor poder aquisitivo. Porém, hoje em dia, a bebida está se disseminando em classes de renda mais elevada e o preconceito vem se perdendo, colocando-a como um elemento tão tipicamente brasileiro quanto o samba e o futebol. A produção atual de cachaça no Brasil supera 1,2 bilhão de litros por ano, segundo dados da IBRAC (Instituto Brasileiro de Cachaça). Com relação ao consumo, é a bebida destilada mais consumida pelos brasileiros e a 3ª no mundo. A qualidade das aguardentes depende de padronização no processo e do uso de tecnologias de produção adequadas. Sendo assim, a completa disseminação da bebida entre classes de maior poder aquisitivo e também no mercado externo requer processos produtivos aprimorados e padronizados. Recentemente, a cachaça deixou de ser vista apenas como aperitivo, está muito presente na gastronomia e vem se difundindo através de drinks e coquetéis sofisticados. Tendo em vista o apreço à versatilidade das aplicações da cachaça, este trabalho teve por objetivo avaliar unidades produtoras de cachaça de alambique, com vistas aos diversos parâmetros da produção, desde a eficiência de extração do caldo, avaliação do mosto, avaliação do vinho, até avaliação do produto acabado, indicando as possíveis limitações de cada processo.

10 9 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 2.1 Aguardende e Cachaça Definida na legislação brasileira (Instrução Normativa nº 13 de 29/06/2005), a denominação aguardente de cana-de-açúcar se refere à bebida com graduação alcoólica de 38 a 54% em volume, a 20 C, obtida pela destilação do mosto fermentado do caldo de cana-de-açúcar (Saccharum officinarum), podendo ser adicionada de até 6 g/l de açúcares (ALCARDE; MONTEIRO; BELLUCO, 2012). O termo cachaça se refere à denominação típica e exclusiva da aguardente de cana-de-açúcar produzida no Brasil, com graduação alcoólica de 38 a 48% em volume, a 20 C. Os padrões de identidade e qualidade da aguardente de cana-deaçúcar brasileira seguem as normas descritas na Tabela 1 (ALCARDE; MONTEIRO; BELLUCO, 2012). Tabela 1 - Padrões de identidade e qualidade de aguardente de cana-de-açúcar, segundo a legislação nacional em vigor (ALCARDE; MONTEIRO; BELLUCO, 2012). Compostos Limites Grau alcoólico Acidez volátil (em ácido acético) Ésteres (em acetato de etila) Aldeídos (em aldeído acético) Furfural Alcoóis superiores (soma de propanol, isobutanol e iso-amílico) Coeficiente de congêneres (Soma de acidez volátil, ésteres, aldeídos, furfural e alcoóis superiores) Metanol 38 a 54% v v-1 a 20 ºC. Cobre Máximo 5 mg L-1 Máximo 0,150 g 100 ml-1 (álcool anidro) Máximo 0,200 g 100 ml-1 (álcool anidro) Máximo 0,030 g 100 ml-1 (álcool anidro) Máximo 0,005 g 100 ml-1 (álcool anidro) Máximo 0,360 g 100 ml-1 (álcool anidro) 0,200 a 0,650 g 100 ml-1 (álcool anidro) Máximo 0,020 g 100 ml-1 (álcool anidro) Carbamato de etila Máximo 0,150 mg L-1 A destilação do vinho (mosto fermentado) para produção de cachaça é normalmente feita por dois processos: destilação em alambique de cobre (destilação em batelada) ou destilação em coluna de aço inoxidável (destilação contínua).

11 10 Outras formas de destilação já foram testadas, porém, não resultaram em melhoras significativas na qualidade da cachaça quando comparadas aos dois processos usuais(reche, R.V.; DOUGLAS, W.F, 2009). Na destilação em alambique, o destilado é dividido ( corte do destilado, pela medida da graduação alcoólica) em três frações: cabeça (78% v/v), coração (57% v/v) e cauda (27% v/v). A vinhaça, nome dado ao resíduo da destilação, que é pobre em etanol e rico em água, pode ser usada como fonte repositora de minerais e de água na lavoura (RECHE, R.V.; DOUGLAS, W.F, 2009). Quando a destilação é feita em coluna de aço inoxidável, o destilado não é separado em frações, pois existe uma contínua alimentação de vinho e saída de destilado na coluna. O número de pratos teóricos presente na coluna é um fator importante de ser considerado. Um alambique simples possui apenas um prato; enquanto, nas colunas de baixo grau, usadas na produção de aguardente, o número de pratos varia entre 15 e 20 pratos. Portanto, são fatores que explicam as diferenças existentes na composição química das aguardentes de coluna e de alambique: número de pratos, composição do material da coluna e do alambique e ocorrência de separação das frações no alambique (RECHE, R.V.; DOUGLAS, W.F, 2009). Estima-se que, anualmente, sejam produzidos 1,3 bilhões de litros de aguardente no Brasil, existindo mais de 5 mil marcas registradas e, aproximadamente, 30 mil produtores em todo o país. Do total produzido, cerca de 1% é exportado, principalmente para Alemanha, Portugal e Estados Unidos (LÓPEZ, 2003). Em países como Alemanha, Itália, França, Estados Unidos e Japão, a aguardente e a cachaça são usadas principalmente no preparo de coquetéis, dentre eles, a caipirinha. Já, no Brasil, estima-se que 70% da aguardente são consumidos puros (MORAES, 2001). Atualmente, a cachaça é exportada para mais de 60 países, havendo, em 2012, pouco mais de 90 empresas exportadoras, responsáveis pela exportação de 8,06 milhões de litros e por uma receita de US$ 14,99 milhões, ilustradas nas Figuras 1 e 2 (MERCADO EXTERNO, 2012).

12 11 Figura 1 Principais países de destino em valor 2012 (MERCADO EXTERNO, 2012). Figura 2 Principais países de destino em volume 2012 (MERCADO EXTERNO, 2012). Apesar da tradição e da importância econômica desta bebida, a cadeia produtiva da aguardente no país não é tecnologicamente homogênea, havendo uma busca no desenvolvimento de tecnologias para aperfeiçoar e controlar a qualidade.

13 12 O aprimoramento do processo produtivo, garantindo qualidade e padronização da aguardente e da cachaça de alambique, é essencial para que padrões internacionais sejam atendidos e, assim, haja boa aceitação do produto pelo mercado externo. Além disso, acarretaria também uma maior disseminação da bebida entre as classes de maior poder aquisitivo do mercado interno, que exigem um produto de boa qualidade (BOSQUEIRO, 2010). 2.2 Processo de produção de cachaça de alambique Para produção de cachaça, inicialmente, é preciso ser feita a extração do caldo da cana-de-açúcar, composto, principalmente, por água e açúcares (sacarose é o principal açúcar). Esta primeira etapa é feita em moendas de compressão e o caldo obtido é filtrado e decantado para que as impurezas sejam retiradas(mutton E MUTTON, 2005). Segundo o autor, em seguida, é feita a homogeneização do caldo e suas características são adequadas ao tipo de fermento utilizado, normalmente Saccharomyces cerevisiae. O caldo resultante é chamado de mosto, ao qual é adicionado fermento para que se inicie a fermentação. Os açúcares presentes no mosto serão metabolizados pela levedura, gerando etanol, gás carbônico e pequenas quantidades de glicerol, ácido succínico, entre outros compostos. Caso haja alguma contaminação bacteriana, os açúcares podem levar à formação de ácidos carboxílicos, aldeídos e ésteres (MUTTON E MUTTON, 2005). O mosto fermentado é chamado de vinho e este, por sua vez, passa por sedimentação para que o fermento seja separado. O vinho delevurado é encaminhado ao alambique de cobre, onde ocorrerá a destilação, separando os produtos de acordo com as temperaturas de ebulição de cada um, reforça o autor. As frações resultantes do processo de destilação são: cabeça, coração, cauda e vinhoto. A cachaça comercializada deve conter apenas a fração coração, que concentra melhores características organolépticas do destilado. O vinhoto é um subproduto da destilação, utilizado normalmente como fertilizante ou como ração animal. O bagaço residual também é usado como ração animal ou como combustível para fornalhas. Após destilação, a cachaça é envelhecida em barris de madeira ou colocada em recipientes de inox, para então ser padronizada, engarrafada e vendida (MUTTON E MUTTON, 2005).

14 13 Cana-de-açúcar Moagem Caldo de cana Bagaço de cana Decantador Combustível para a fornalha Ração animal Preparo do mosto Preparo do pé de cuba Adição de fermento Fermentação Decantação do vinho Destilação do vinho Recuperação do fermento Cachaça / Aguardente Vinhoto Descanso Envelhecimento Padronização / Envase Comercialização Figura 3 Fluxograma do processo de produção de cachaça de alambique

15 Matéria-prima Os primeiros passos na produção de cachaça e que têm grande interferência na qualidade futura do produto são: escolha da variedade de cana a ser utilizada, seleção de mudas sadias, definição do tipo de solo e uso de técnicas corretas de adubação. Ainda é importante atentar para o tempo entre colheita e moagem, que deve ser de 48 horas, e a quantidade colhida deve ser somente a necessária para ser processada no dia (BOSQUEIRO, 2010). A queima da palha durante a colheita é uma técnica que deve ser evitada ao máximo, pois afeta as características naturais da cana-de-açúcar e altera a fermentação do caldo. O processo de queima, antes da colheita, desencadeia a combustão incompleta das folhas e, consequentemente, leva à transformação do carbono da planta a CO 2, acompanhada por emissões de N 2 O e de CH 4 (ABBRUZZINI, 2011). Aguardentes artesanais obtidas de cana-de-açúcar com e sem queima prévia, oriundas de um mesmo processo de produção (fermentação, destilação e equipamentos), quando comparadas, indicam que a queima do palhiço da cana-deaçúcar leva a um aumento significativo na concentração de furfural (MASSON, J. et al, 2007). A obtenção de compostos desagradáveis durante a produção de aguardente não está diretamente ligada à queima prévia da cana-de-açúcar. Boa parte das aguardentes provém de cana não queimada, dentre elas as de alambiques, portanto quase livres de furfural. O uso de temperatura de destilação inadequada e a presença de compostos não voláteis no vinho podem influir negativamente na qualidade do produto, pois estes influenciam na síntese de furfural (YOKOYA, 1995). A cana-de-açúcar é uma gramínea, do gênero Saccharum, proveniente de regiões temperadas quentes e tropicais da Ásia, que foi introduzida no Brasil por volta de Atualmente, o Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, produzindo, aproximadamente, 600 milhões de toneladas colhidas em uma área plantada com cerca de 8 milhões de hectares (ABBRUZZINI, 2011). Um maior ou menor rendimento do processo dependerá do grau de maturação dos colmos da cana-de-açúcar, que é a parte rentável da gramínea. Os colmos estarão suficientemente maduros quando apresentarem: teor de sólidos solúveis (ºBrix) em torno de 18% (m/m); teor de sacarose aparente em torno de

16 15 14,4% (m/m); no máximo, 1,4% (m/m) de açúcares redutores e pureza do caldo, que é a razão entre teor de sacarose e teor de sólidos solúveis, superior a 80% (ABBRUZZINI, 2011) Moagem Atualmente, a precariedade das condições higiênico-sanitárias nas etapas de despalhamento, descascamento e corte da cana tem comprometido a comercialização de seu caldo. É muito comum o uso de instrumentos mal higienizados e inapropriados, como foices e facas, para manipular a cana. Este tipo de prática coloca em risco a saúde humana, principalmente por se tratar da cana-de- açúcar, que é um meio propício ao desenvolvimento microbiano, por possuir alta atividade de água, ph e temperatura favoráveis (DE ANDRADE, S. R. R; PORTO, E.; SPOTO, M. H. F, 2008). O caldo é um sistema coloidal complexo, descritos na Tabela 2, sendo a água o meio de dispersão. Constituintes, como sacarose, glicose, levulose e sais minerais estão em dispersão molecular ou em solução, onde as partículas são menores que 1μm de diâmetro. Os outros, como proteínas, gomas, pectinas, ceras, bagaço e outras impurezas estão em estado de dispersão coloidal ou em suspensão, onde o diâmetro das partículas varia de 1μm a 10μm (UMEBARA, 2010). Tabela 2 - Composição do caldo de cana-de-cana (UMEBARA, 2010) Elemento Porcentagem (%) Açúcares ±19.0% do caldo Sacarose ±18.0% Glicose ±0.5% Levulose ±0.5% Sais minerais 0.4% Matéria orgânica 1.2% Proteínas 0.2% Ácidos combinados 0.5% Ácidos livres 0.03% Pectinas 0.04% Gomas 0.05% Gorduras 0.01% Ceras 0.03% Materiais corantes Vitaminas 0.04%

17 16 Há duas maneiras de medir a eficiência da moenda: pela sua capacidade, uma é a quantidade de cana moída por unidade de tempo, outra é pela eficiência de extração, que está relacionada à porcentagem de açúcar extraído da cana. A baixa eficiência na extração do caldo resulta em déficit significativo na receita da usina ou da unidade produtora de cachaça. Alguns fatores que explicam ineficiência de extração são erros de regulagem, preparo e alimentação da cana-de-açúcar na moenda (PEREIRA et al., 2011). O bagaço da cana-de-açúcar, um resíduo da etapa de extração, possui cerca de 40% de celulose, 35% de hemicelulose e 15% de lignina. Lignina é responsável pelo seu poder calorífico e celulose e hemicelulose são os carboidratos mais abundantes na natureza, sendo importantes substâncias de reserva para obtenção de produtos de interesse comercial(nogueira; FILHO, 2005). Uma moenda é constituída por três cilindros (Figura 4). Esses três cilindros encontram-se na posição de um triângulo escaleno e os seus centros encontram-se interligados. Cada um dos cilindros apresenta ranhura. Os acessórios principais são raspadores e a bagaceira, cujo objetivo é manter as ranhuras do cilindro limpas e conduzir a cana parcialmente esmagada para um segundo terno de moenda (OLIVEIRA, 1978). A extração consiste em passar a cana de uma primeira unidade de moenda para outra através de esteiras intermediárias que irão encaminhar o bagaço resultante para outra unidade de moenda a fim de ser submetida a novas compressões (NOGUEIRA; FILHO, 2005). Em pequenas fábricas de aguardente é comum que haja uma só moenda que recebe a cana diretamente; já, em indústrias de maior porte, é usual encontrar várias moendas usar a cana desfibrada. Figura 4 Esquema de uma moenda (OLIVEIRA, 1978)

18 Preparo do Mosto Após a colheita da cana-de-açúcar, faz-se a extração do seu caldo através de moendas, que dará origem ao que se chama de mosto, que é o termo empregado em tecnologia de bebidas alcoólicas para definir qualquer líquido açucarado apto a fermentar (NOGUEIRA E VENTURINI FILHO, 2005). O caldo é constituído de 65-75% de água, 11-18% de açúcares (sacarose, glicose e frutose), pequenas quantidades de substâncias nitrogenadas, ceras, lipídeos, pectinas, materiais corantes (clorofila, antocianinas e compostos polifenólicos) e sais minerais. O ph das canas sadias é ácido, o que favorece o desenvolvimento de microrganismos (SCHWAN E CASTRO, 2001). O preparo do mosto de cana tem por objetivo garantir uma quantidade ótima de açúcares fermentescíveis, menor contaminação inicial possível, ph adequado, nutrientes e boas condições para o metabolismo da levedura (VALSECHI, 1960). Assim, no preparo do mosto alguns cuidados devem ser tomados em relação à concentração de sólidos solúveis, açúcares totais, acidez total e ph, de forma a garantir uma fermentação pura, regular e com rendimentos satisfatórios (NOGUEIRA EVENTURINI FILHO, 2005). Outro fator que deve ser levado em consideração no preparo de um mosto padronizado é a temperatura do caldo, sendo um dos fatores responsável pelas condições que regulam a vida dos microrganismos (VALSECHI, 1960). Segundo Amorim e Oliveira (1982), ao promover um tratamento térmico de 100 C por cinco minutos e defecção simples em caldos de cana-de-açúcar, conseguiram redução de 99,9% da população microbiana sem influenciar, todavia, na eficiência fermentativa, demonstrando a não ocorrência de prejuízo à qualidade do mosto. É um recurso que pode ser viável para a padronização do mosto a ser fermentado, porém pouco empregado por pequenos produtores de cachaça de alambique.

19 Preparo do Fermento De acordo com Lima (2001), a fermentação do mosto de caldo de cana para a produção de aguardente é uma fermentação primordialmente alcoólica, que se inicia no momento em que o inóculo entra em contato com o mosto convenientemente preparado. Na produção de aguardente artesanal, é comum a fermentação ser conduzida com fermentos naturais, preparados com caldo de cana, adição de caldo de laranja azeda ou de limão, farelo de arroz, fubá ou ambos e um pouco de água. O controle do processo é feito apenas pela verificação da fermentação, pelo término do desprendimento de bolhas de gás carbônico e pelo fim da agitação do mosto fermentado (LIMA, 2001). Para que se tenha garantia de uma fermentação sadia, regular e de alto rendimento, é indicado que se introduza o mosto a uma quantidade adequada de fermento de qualidade reconhecidamente boa. Esta quantidade inicial de levedura, segundo Schwan e Castro (2001), chama-se de inóculo, pé-de-cuba, pé-defermentação ou lêvedo. Além do fermento denominado caipira, leveduras fermentativas que estão naturalmente presentes no ambiente, é comum usar fermento de panificação, seco ou prensado e leveduras puras selecionadas em laboratório (MUTTON E MUTTON, 2005). Quando se pretende obter cachaças de qualidade, são normalmente utilizadas leveduras secas selecionadas, ativando as leveduras secas em água aquecida adicionada de açúcar para que as leveduras tenham nutrientes para poderem se multiplicar. Em seguida o pé-de-cuba é adicionado às dornas para fermentar o caldo de cana (OUGH et al. 1975). Os produtos finais do metabolismo do açúcar irão depender das condições ambientais em que a levedura se encontra. Assim, em aerobiose, o açúcar é transformado em biomassa, CO2 e água, e, em anaerobiose, a maior parte é convertida em etanol e CO2, processo denominado de fermentação alcoólica. O etanol e o CO2 resultantes são produtos de excreção, sem utilidade metabólica para a célula em anaerobiose (Lima et al., 2001).

20 Fermentação Alcoólica A fermentação é, de forma simplificada, o processo de transformação do açúcar em álcool. Na fermentação as leveduras descarboxilam o ácido pirúvico a CO2 + acetaldeído pela ação da enzima piruvato descarboxilase. Em seguida uma reação, que é catalisada pela enzima álcool-desidrogenase, reduz o acetaldeído a etanol, enquanto o NADH é oxidado a NAD+, como ilustrado na Figura 5 (CAMPOS, 2002). Figura 5 Esquema simplificado da via de fermentação alcoólica (CAMPOS, 2002) Na fermentação de mosto de caldo de cana é adicionado o inóculo de leveduras ao caldo presente na dorna, e posteriormente é completada a dorna com caldo de cana que é corrigido para cerca de 15º Brix (CANTÃO, 2006). Normalmente essa fermentação conclui-se, em média, em 24 horas. No fim deste processo as leveduras depositam-se no fundo da dorna e é então retirado o sobrenadante. O processo repete-se adicionando-se novo mosto de caldo de cana sobre o pé-de-cuba e, em alguns casos, a temperatura é controlada por volta dos 30ºC (SOUZA, 2009). A prática de fermentações espontâneas é comum pois acredita-se que esta metodologia forneça características peculiares à bebida fermentada. Esta prática faz

21 20 com que seja muito complicado prever o resultado de uma fermentação, pois o controle ou a reprodução do processo é muito difícil. Já fermentações inoculadas com leveduras selecionadas e ativas, permitem um melhor controle do processo fermentativo (FUGELSANG, 1997) Destilação em alambique de cobre A etapa seguinte na produção de aguardente é a destilação do vinho que consiste em separar e selecionar os produtos de acordo com as temperaturas de ebulição ou de mudança de fase do componente (SALES, 2001). Fundamentando-se no conhecimento da volatilidade das substâncias, podem se separar as substâncias voláteis (água, álcool etílico, aldeídos, álcoois superiores, ácido acético, entre outros) das não voláteis ou fixas (células de leveduras, bactérias, sólidos em suspensão, sais minerais, açúcares não fermentescíveis, proteínas, entre outros resíduos), obtendo-se duas frações, conhecidas como flegma ou aguardente, e a outra vinhaça (YOKOYA, 1995). Yokoya (1995), denomina em sua obra que o flegma, produto principal da destilação do vinho é constituída por uma mistura hidro alcoólica impura, cuja graduação depende do tipo de aparelho utilizado na destilação do vinho. A vinhaça é o resíduo da destilação do vinho, constituída de água, sais, células de levedura e bactérias, além de resíduos diversos. Cassini (2004), afirma que os componentes voláteis do vinho possuem diferentes graus de volatilidade, o que possibilita a separação dos mesmos através da destilação. O destilado pode ser então dividido em três frações: Destilado de cabeça, que corresponde à fração formada pelos compostos mais voláteis (metanol, acetaldeído e acetato de etila), que corresponde às primeiras frações recolhidas na saída do alambique, com teor alcoólico superior a 60 GL. Esta fração normalmente é descartada, por conter vários componentes de aroma que possuem um impacto sensorial negativo, tais como acetaldeído e compostos sulfurados (CASSINI, 2004). Destilado de coração, que é a porção destilada intermediária. Por apresentar a menor quantidade de substâncias indesejáveis, constitui-se na melhor fração do

22 21 destilado, correspondendo à verdadeira aguardente. Os álcoois superiores, compostos presentes em maior quantidade nas bebidas destiladas e importantes para o flavor, tendem a destilar a partir da metade da destilação, mas permanecem em parte nesta fração do coração (SOUZA, 2009). E por fim, o destilado de cauda, que também é conhecido como água fraca, que corresponde a última porção destilada, formada por compostos com pontos de ebulição maiores que 100 C (quando puros). É obtida quando a destilação não é interrompida após a obtenção da aguardente. Ácidos como o capróico, caprílico e cáprico possuem aromas parecidos com o de sabão e estão concentrados nesta fração, que geralmente é descartada (CASSINI, 2004). A otimização das condições de operação de destilação é fundamental na obtenção de uma bebida de boa qualidade, pois, a destilação além de separar, selecionar e concentrar os componentes do vinho de cana, ainda promove algumas reações químicas induzidas pelo calor e catalisadas pelo cobre da parede dos alambiques(souza, 2009). As partes que compõe um alambique estão ilustradas na Figura 6. Figura 6 Esquema simplificado das partes que compõe um alambique de cobre (SOUZA, 2009)

23 Armazenamento e Envelhecimento A composição química das bebidas alcoólicas é modificada através de sua estocagem em recipientes de madeira. Geralmente, todas as etapas do preparo de bebidas destiladas são determinantes, e podem influenciar o desenvolvimento dos aromas, mas as bebidas recém destiladas possuem gosto picante e odor pungente, sendo necessário o processo de envelhecimento, ou maturação em tonéis de madeira, para tornar desejável o seu aroma e paladar, e ainda, para desenvolver sua coloração típica (CARDELLO; FARIA, 2000). No caso das aguardentes, amostras envelhecidas foram melhores aceitas quando comparadas às amostras não-envelhecidas (CARDELLO; FARIA, 2000). Além disso, com o decorrer do tempo de envelhecimento, novas características sensoriais foram desenvolvidas, como aroma e sabor de madeira, doçura, aroma de baunilha, coloração amarela e a diminuição significativa da agressividade e do aroma e sabor alcoólico (LEÃO, 2006). Os principais compostos extraídos da madeira do tonel pelos destilados são: óleos voláteis, substâncias tânicas, açúcares e glicerol, ácidos orgânicos não voláteis, esteróides que modificam o aroma, o sabor e a coloração da bebida (CARDELLO; FARIA, 2000). Esse efeito está diretamente relacionado à composição química da madeira que será colocada em contato com a bebida alcoólica. As reações que ocorrem durante o tempo de envelhecimento: são reações principalmente de oxi-redução, possibilitadas devido à porosidade da madeira. Essas reações geram uma interação entre as moléculas liberadas pela madeira e as presentes nas bebidas alcoólicas. Daí, a principal necessidade do tempo de envelhecimento, controle da adega (luminosidade, temperatura, umidade, etc.), número de reutilizações do tonel para a estabilização e controle da qualidade da bebida (LEÃO, 2006).

24 23 3. MATERIAL E MÉTODOS Os estudos de caracterização dos diversos setores das unidades de produção de cachaça de alambique foram conduzidas em três diferente unidades produtoras da região do Vale do Paraíba - São Paulo, denominadas neste trabalho como alambiques A, B e C. As atividades analíticas da avaliação dos parâmetros do processo de produção da bebida, foram conduzidos parte na Escola de Engenharia de Lorena, parte nas respectivas unidades produtoras. 3.1 Matéria-prima As canas-de-açúcar utilizadas nos Alambiques A, B e C eram cultivada nas respectivas unidades produtoras de cachaça, com ciclos de corte de aproximadamente um ano. Não foram informadas as variedades das canas utilizadas. 3.2 Extração do caldo O caldo da cana foi extraído em moendas de um terno e imediatamente filtrados em peneira plástica de cozinha, para remoção de resíduos da moagem, bagacilho e torrões de terra. Posteriormente os caldos filtrados foram conduzidos à decandadores de aço inox, com volume aproximado de 250L, para os Alambiques A e C, e um decantador de PVC com volume estimado de 80L, no caso do Alambique B. Os decantadores de inox eram dotados de pranchetas alternadas para auxiliar a separação dos resíduos do caldo. 3.3 Preparo do mosto Após a purificação, o caldo de cana foi disposto em dornas de fermentação de aço inox de 1750L e 500L, para os Alambiques A e B respectivamente, e uma dorna de polietileno de 500L, para o Alambique C.O mosto foi preparado corrigindo-se o caldo com água para a concentração de 15º Brix, determinado em refratômetro digital ANTON PAAR DMA35.

25 Fermento e pé-de-cuba O Alambique A fez uso do fermento caipira preparado com adição de fubá de milho e caldo de cana diluído, sem avaliação de eficiência do fermento ou qualquer outra análise de caracterização do pé-de-cuba. No caso dos Alambiques B e C, fez-se uso fermento comercial desidratado, Saccharomyces cerevisiae, comprado em estabelecimentos locais. Não foram determinados previamente avaliações de eficiência do fermento ou qualquer outra análise de caracterização do pé-de-cuba. Para os três alambiques, foram utilizados volumes de pé-de-cuba em cerca de 20% do volume total de mosto. 3.5 Condução do processo fermentativo As fermentações foram realizadas em sistema de batelada em dornas de aço inoxidável, para os Alambiques A e B, e dorna de polietileno, no caso do Alambique C. O controle de temperatura da fermentação foi controlada apenas no Alambique B, em cerca de 30ºC. As fermentações duraram em média 14h para o Alambique A, 20h para o alambique B e aproximadamente 24h para o Alambique C. O final do processo de fermentação foi determinado quando a marcação em densimétrico de ºBrix apresentou o valor aproximadamente zero, para o Alambique B, enquanto que para os Alambiques A e C, o término foi determinado pela ausência de formação de bolhas e floculação do fermento. 3.6 Destilação do vinho A destilação do vinho para a unidade A foi realizada em alambique de cobre, sem capelo e sem deflegmador, panela de aproximadamente 1000 L de volume útil, aquecido com fogo indireto, com unidade de condensação em cobre.

26 25 No caso das unidades B e C, os Alambiques de cobre, sem capelo e sem deflegmador, panelas de aproximadamente 400 L de volume útil, aquecido com fogo direto, com unidade de condensação em cobre, equipados com termômetro manométrico. As destilações para os três alambiques, foram conduzidas de modo fracionado, obtendo-se cerca de 10% (v/v) de cabeça, 80% (v/v) de coração e os 10% (v/v) restantes, de cauda. 3.7 Análises fisico-químicas As amostras de mosto, vinho e cachaça foram submetidos às análises físicoquímicas e os resultados comparados entre si e com os limites estabelecidas pela legislação vigente no Brasil Determinação da umidade do bagaço (Ub) Cerca de 500g das amostras do bagaço de cana foram submetidos à análise de peso seco, em balança analisadora de umidade MARTE-ID Eficiência do decantador (Ed) 1000 ml das amostras de caldo de cana, da entrada e da saída do decantador, foram dispostas em Cones de Inhoff e deixadas em repouso durante 1 hora, sendo que a eficiência de extração é calculada a partir da capacidade de remoção de sólidos em suspensão e sólidos sedimentados. Ed = [1 (Ss Se)] x 100% (1) Onde: Ed = Eficiência do decantador; Ss = Volume ocupado por sólidos, no Cone de Inhoff, na saída do decantador (ml); Se = Volume ocupado por sólidos, no Cone de Inhoff, na entrada do decantador (ml);

27 Eficiência de extração de Açúcar (Ee) Para o cálculo da eficiência de extração de açúcar, é necessário saber a quantidade de açúcar extraído no caldo, em função do valor de ºBrix do caldo, e a quantidade de açúcar retido no bagaço. Para tanto calcula-se massa se açúcar extraído no caldo (Ac) em 100kg de cana-de-açúcar moída. Ac = (Mc x Pbrix) (2) onde: Ac = Massa de açúcar extraído no caldo, em 100kg de cana-de-açúcar moída (kg); Mc = Massa de caldo, em 100kg de cana-de-açúcar moída (kg); Pbrix= Proporção obtida do resultado de ºBrix; De maneira semelhante, calcula-se massa se açúcar retido no bagaço (Ab) em 100kg de cana-de-açúcar moída. Ab = (Ub x Mb x Pbrix) (3) onde: Ab = Massa de açúcar retida no bagaço, em 100kg de cana-de-açúcar moída (kg); Ub = Umidade do bagaço (%) ; Mb = Massa de bagaço, em 100kg de cana-de-açúcar moída (kg); Pbrix= Proporção obtida do resultado de ºBrix; Por fim, calcula-se a eficiência de extração de açúcar pela razão da massa de açúcar extraído no caldo (Ac) pela soma açúcar retida no bagaço (Ab) e da massa de açúcar extraído no caldo (Ac) em 100kg de cana-de-açúcar moída. Ee = [Ac (Ab + Ac)] x 100% (4) onde: Ee = Eficiência de extração de açúcar;

28 27 Ac = Massa de açúcar extraída no caldo, em 100kg de cana-de-açúcar moída (kg); Ab = Massa de açúcar retida no bagaço, em 100kg de cana-de-açúcar moída (kg); Rendimento de fermentação - Y (p/s) Os fatores de rendimento de açúcar em etanol foram determinados pela relação entre a quantidade de produto gerado e a correspondente variação de açúcar consumido durante a fermentação. Y P/S = P = ( P f - P i ) (5) S ( S i - S f ). onde: Y P/S = fator de rendimento de açúcar em etanol (g/g); P f = Massa de etanol no final (kg); P i = Massa de etanol no início (kg); S f = Massa de no final (kg); S i = Massa de açúcares no início (kg); Eficiência de fermentação (Ef) As eficiências de fermentação foram determinados pela relação entre a rendimento de açúcar em etanol encontrado e o correspondente rendimento de açúcar em etanol teórico da fermentação alcoólica. Ef = (Y (P/S) encontrado) (Y (P/S) real) x 100% (6) onde: Ef = Eficiência de fermentação; Y (P/S) encontrado = fatores de rendimento de açúcar em etanol encontrado; Y (P/S) real = fatores de rendimento de açúcar em etanol real;

29 Acidez do vinho (Av) A acidez do vinho é determinada pela titulação de 10 ml do vinho, adicionado de 40mL de água destilada e 4 gotas de Fenolftaleína 1%(v/v), com NaOH 0,5 N. O resultado é expresso em g/l de ácido sulfúrico, após correção estequiométrica Graduação alcoólica do vinho (Tav) É realizado a destilação de aproximadamente 100mL de vinho adicionado de 100mL de água destilado em destilador de bancada. O teor alcoólico do vinho é então verificado com Densímetro digital ANTON PAAR - DMA Acidez Acética da bebida recém destilada (Aa) A acidez acética da bebida é determinada pela titulação de 50 ml do líquido recém destilado, adicionado de 50mL de água destilada e 4 gotas de Fenolftaleína 1%(v/v), com NaOH 0,05 N. O resultado é expresso em mg/100 ml de Álcool Anidro Graduação alcoólica da bebida recém destilada (Tab) É realizado a destilação de aproximadamente 100mL da bebida recém destilada em alambique, adicionado de 100mL de água destilado em destilador de bancada. O teor alcoólico do vinho é então verificado com Densímetro digital ANTON PAAR - DMA35.

30 29 4. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela 3 apresenta os resultados físico-químicos das amostras recolhidas nos Alambiques A,B e C. Tabela 3 Apresentação dos resultados obtidos nas análises dos alambiques A, B e C Parâmetros avaliados Unidades produtoras de cachaça - Alambiques A B C 1) Características da matéria-prima 19,0 ºBRIX 62,67% de umidade 20,0 ºBRIX 58,54% de umidade 21,1 ºBRIX 50,81% de umidade 2) Eficiência do decantador 3) Eficiência de extração de açúcar 61,11% 40,00% 23,08% 65,83% 58,22% 79,89% 4) Características do mosto 15,0 ºBRIX (inicial) 3,1 ºBRIX (residual) 15,0 ºBRIX (inicial) 2,0 ºBRIX (residual) 15,0 ºBRIX (inicial) 2,1 ºBRIX (residual) 5) Características do vinho Acidez 8,30 g/l de Ácido Sulfúrico Teor 8,8 ºGL Acidez 2,67 g/l de Ácido Sulfúrico Teor 10,2 ºGL Acidez 3,30 g/l de Ácido Sulfúrico Teor 8,5 ºGL 6) Rendimento da fermentação 7) Eficiência de fermentação 58,35% 41,27% 29,55% 114,17% 80,75% 57,81% 8) Característica da bebida recém destilada Acidez Acética 183,70 mg em 100mL AA Teor 37,4 ºGL Acidez Acética 171,78 mg em 100mL AA Teor 36,5ºGL Acidez Acética 31,32 mg em 100mL AA Teor 51,50 ºGL

31 30 Pode ser observado que a matéria-prima utilizada nos três Alambiques, A,B e C, apresentou teor de sólidos solúveis (ºBrix) muito próximos, ao passo que a umidade dos bagaços apresentou valores relativamente díspares uns dos outros. Com base nos dados apresentados, o Alambique C possui, aparentemente, a canade-açúcar mais rentável para a produção da cachaça, visto que possui a matériaprima com maior concentração de sólidos solúveis, cujos sólidos são basicamente açúcares, e a menor fração de umidade no bagaço residual. Durante o processo de decantação foi observado que a eficiência do decantador foi melhor alcançada no Alambique A, em que 61,11% dos sólidos em suspensão/ sólidos sedimentados foram removidos durante o percurso de decantação. O pior resultado foi encontrado no Alambique C, no qual a remoção dos sólidos suspensos/ decantados foi de apenas 23,08%. Para o processo de remoção de açúcares da cana-de-açúcar, o Alambique C conseguiu atingir o índice de aproximadamente 80%, ou seja, para cada 100g de açúcar contidos na cana-de-açúcar, 80g foram extraídos e poderão ser fermentados posteriormente. A eficiência de extração está relacionada basicamente aos parâmetros das moendas, tais como ajustes na pressão em que os rolos compressores da moenda atuam e o modelo das ranhuras dos rolos. A baixa eficiência na extração dos açúcares presentes na cana, resulta em déficit significativo na receita da unidade produtora de cachaça. O Alambique B foi o que apresentou o pior resultado de extração sendo que pouco mais de 52% dos açúcares presentes na matéria-prima foram aproveitados no processo fermentativo. Para as três unidades produtoras de cachaça, o mosto havia sido ajustado para 15 ºBrix inicialmente. Ao término da fermentação foram quantificados os sólidos solúveis residuais com índices relativamente baixos. Satisfatoriamente o Alambique B obteve apenas 2,0 ºBrix residual, ou seja, se considerarmos que todo sólido solúvel é açúcar, 87% dos açúcares dispostos a fermentar foram convertidos em produto. O Alambique A foi o que apresentou maior ºBrix residual, cerca de 3,1. A característica de conversão dos açúcares, presentes no mosto, em produto é refletido nos parâmetros analisados no vinho. O Alambique B foi o que alcançou a maior concentração de Álcool no vinho, 10,2 ºGL e apresentou a menor acidez, 2,67 g/l, expressos em concentração de Ácido Sulfúrico. O Alambique A apresentou um

32 31 teor alcoólico no vinho relativamente alto, 8,8 ºGL, porém uma concentração de acidez no vinho muito alta, em relação aos demais, cerca de 8,30 g/l, expressos em concentração de Ácido Sulfúrico. Este último fato possivelmente foi consequência de contaminação bacteriana. Parte do açúcar passível de ser fermentado alcoolicamente, foi metabolizado por bactérias e convertidos à ácidos. Ainda assumindo o raciocínio de que quanto mais açúcar extraído da matériaprima, maior a conversão final em produto, o Alambique B foi o que alcançou o melhor rendimento de fermentação, 41,27%, justificado pelos dados já discutidos acima, e consequentemente a melhor eficiência de extração, 80,75%. Pode-se observar que o Alambique A possui uma eficiência superior à 100%, possivelmente, durante a coleta de dados e informações junto ao produtor, alguma(s) da(s) informações possam ter sido erroneamente reportadas, desta forma o parâmetro eficiência de fermentação não foi levado em comparação junto aos demais. Os parâmetros fermentativos, bem como as concentrações ácidas no produto estão, possivelmente, relacionadas ao tipo do fermento empregado, visto que os Alambiques B e C, que utilizaram o fermento selecionado, apresentam resultados, principalmente de acidez, bastante satisfaórios durante o processo fermentativo. Em relação às características do produto final, os Alambiques A e B apresentaram valores de acidez superiores aos estabelecidos pela legislação, que estipula acidez máxima de 150mg em 100mL de Álcool Anidro (AA). Enquanto que o Alambique C apresentou uma graduação alcoólica superior à máxima permitida pela legislação, 48% (v/v), para que a bebida possa ser denominada cachaça. Desta forma, a padronização da bebida ao final do processo é requerida, para que haja a homogeneização e adequação dos parâmetros à legislação vigente. 5. CONCLUSÕES Em relação aos atuais padrões de qualidade para a cachaça e a aguardente de cana estabelecidos na legislação brasileira, os Alambiques avaliados no presente trabalho se revelaram em não conformidade com a legislação em pelo menos um dos parâmetros analisados. Isso reflete as dificuldades enfrentadas pelos produtores em garantir a qualidade físico-química e a padronização da bebida em todas as etapas da produção.

33 32 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ABBRUZZINI, T. F. Qualidade e quantidade da matéria orgânica do solo em cultivo convencional e orgânico de cana-de-açúcar. 2011, 92f. Dissertação (Mestrado em Ciências. Área de concentração: Solos e Nutrição de Plantas) Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba ALCARDE, A. R.; MONTEIRO, B. M. S.; BELLUCO, A. E. S. Composição química de aguardentes de cana-de-açúcar fermentadas por diferentes cepas de levedura Saccharomyces cerevisiae. Química Nova, São Paulo, v. 35, n. 8, Disponível em: < lng=en&nrm=iso>. Acesso em: 18 out AMORIM, H.V.; OLIVEIRA, A.J. Infecção na fermentação: Como evitá-la. Álcool e Açúcar, São Paulo, v.2, n.5, p.12-18, BOSQUEIRO, A. C. Composição química da aguardente de cana-de-açúcar ao longo do processo de dupla destilação em alambique simples Dissertação (Mestrado em Ciência e Tecnologia de Alimentos) Escola Superior de Agricultura Luiz de Queiroz, Universidade de São Paulo, Piracicaba, Disponível em: < Acesso em: 19 out CAMPOS, L.S. Entender a bioquímica. 3 ed. Lisboa: Escolar Editora, CANTÃO, F.O. Análises físico-químicas e avaliação da presença do cobre em aguardentes de cana por aluminossilicatos v. Dissertação (Mestrado na área de Agronomia ) - Universidade Federal Lavras, Lavras, 2006.

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