COMPARAÇÃO DA CINÉTICA DE EXTRAÇÃO EM LICORES DE CAFÉ UTILIZANDO DIFERENTES FONTES ALCOÓLICAS: ÁLCOOL DE CEREAIS E CACHAÇA

COMPARAÇÃO DA CINÉTICA DE EXTRAÇÃO EM LICORES DE CAFÉ UTILIZANDO DIFERENTES FONTES ALCOÓLICAS: ÁLCOOL DE CEREAIS E CACHAÇA Luciano José Quintão Teixeira 1, Carolina Tatagiba da Rocha 2, Sérgio Henriques Saraiva 3, Wilmer Edgard Luera Peña, 4 Marco Antonio Sartori 5 1. Professor adjunto da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA/UFES) (luqteixeira@yahoo.com.br) 2. Estudante do curso de Engenharia de Alimentos da Universidade Federal do Espírito Santo (caroltatagiba@hotmail.com) 3. Professor adjunto da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA/UFES) (shsaraiva@yahoo.com.br) 4. Professor adjunto da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA/UFES) (edgardwil@hotmail.com) 5. Professor adjunto da Universidade Federal do Espírito Santo (CCA/UFES) (sartori.ufes@gmail.com) Data de recebimento: 02/05/2011 - Data de aprovação: 31/05/2011 RESUMO Licor é um produto elaborado pela mistura, em proporções adequadas, de xarope de açúcar, água potável e extrato alcoólico contendo os princípios aromáticos. No caso do licor de café o extrato alcoólico é obtido através do processo de maceração que consiste em deixar a matéria prima por um tempo em contato com uma solução hidroalcoólica. As fontes alcoólicas podem ser álcool de cereais, vodca, cachaça, conhaque e o uísque. Não há trabalhos na literatura que relate como a solução extratora empregada influencia no processo de maceração. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo comparar a cinética de extração dos componentes do café torrado quando se utiliza duas soluções extratoras distintas (álcool de cereais e cachaça), permitindo assim, estabelecer os tempos de maceração necessários para que ocorra a completa extração dos componentes do pó de café. Para obtenção do extrato alcoólico foram testadas 3 formulações (15, 20 e 25 g de pó de café torrado e moído para 100 ml de cachaça ou álcool de cereais). O estudo de extração foi conduzido durante 19 dias com realização de análises a cada 3 dias. Os parâmetros analisados foram: absorbância, sólidos solúveis, densidade e ph. Para o extrato à base de álcool de cereais, a estabilização da extração ocorreu a partir do oitavo dia, conforme o modelo de cinética ajustado e para o extrato à base de cachaça, a extração completou-se já a partir do primeiro dia de maceração, uma vez que o fator tempo foi não significativo pela análise de variância. PAVAVRAS-CHAVE: processamento de licor, solução extratora, tempo de extração COMPARISON OF THE EXTRACTION KINETICS OF COFFEE LIQUEURS USING DIFFERENT ALCOHOLIC SOURCES: GRAIN ALCOHOL AND SUGAR CANE BRANDY ABSTRACT ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 1

Liqueur is a product prepared by mixing in appropriate proportions of sugar syrup, potable water and alcoholic extracts containing the aromatic principles. In the case of coffee liqueur, the alcoholic extract is obtained by the maceration process, which consists in to keep the raw material in contact with a water-alcohol solution for a time. The alcoholic sources may be grain alcohol, vodka, sugar cane brandy, brandy and whiskey. It was not found studies reporting the influence of the extraction solution on the maceration process. Thus, the present study aimed to compare the extraction kinetics of the roasted coffee components using two different extraction solutions (grain alcohol and sugar cane brandy), allowing to establish the maceration time required for complete extraction of the ground coffee components. To obtain the alcoholic extract were tested three formulations (15, 20 and 25 g of roasted and ground coffee for 100 ml of sugar cane brandy or grain alcohol). The extraction study was conducted for 19 days with analyzes every 3 days. The analyzed parameters were: absorbance, soluble solids, ph and density. The stabilization of the extraction occurred from the eighth day of maceration for the grain alcohol extract, according to the adjusted kinetic model, and from the first day of maceration for the sugar cane alcohol, since the time factor was not significant by analysis of variance. KEYWORDS: extraction time, extractor solution, liqueur processing INTRODUÇÃO As agroindústrias vêm ganhando espaço entre os produtores devido a fatores econômicos, políticos e sociais. A agroindustrialização da produção agrícola torna-se importante à medida que agrega valor à produção agropecuária, valoriza a mão-deobra familiar, cria alternativas para a manutenção das famílias no campo e diminui os desperdícios na comercialização de produtos in natura (NETO et al., 2007). Neste contexto, a produção artesanal de licores merece destaque, pois tem aumentado nos últimos anos e é mais uma alternativa de agroindustrialização de fácil acesso ao pequeno agricultor. Em geral, os licores são bebidas alcoólicas constituídas de água, açúcar, álcool e princípios aromáticos extraídos de frutas, raízes, sementes, sucos, ervas aromáticas, cascas de frutas ou de plantas. Produzilo consiste em misturar, em proporções bem definidas, xarope de açúcar, água potável e extrato alcoólico contendo os componentes de interesse da matéria-prima empregada (TEIXEIRA, 2004). Existem basicamente três processos para obtenção do extrato alcoólico: por destilação, por adição de essência e por maceração. Para fabricação do licor de café é mais comum utilizar o processo de maceração que consiste em deixar a matéria prima por um tempo em contato com uma solução hidroalcoólica. Transcorrido o tempo necessário faz-se uma filtração obtendo assim o extrato alcoólico que contém os elementos essenciais que conferirão cor, sabor e aroma ao produto (REVENTOS, 1971; TEIXEIRA et al., 2005). Dentre as matérias-primas utilizadas para obtenção do extrato alcoólico, o café é indicado para produção de licor de qualidade, embora haja poucos relatos técnicos na literatura sobre seu processamento. As fontes de álcool potável podem ser o álcool de cereais, vodca, cachaça, conhaque e o uísque (TEIXEIRA, 2004), sendo o álcool de cereais o mais indicado ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 2

por ser um produto neutro. Entretanto, a cachaça, mesmo com seu forte odor, é a mais utilizada por causa da facilidade com que é encontrada. Por isso, optou-se nesse trabalho em estudar estas duas fontes alcoólicas. O tempo de extração é um fator importante no processamento de licores para garantir a completa extração dos componentes desejáveis. Sabe-se que este varia de acordo com a matéria prima empregada (TEIXEIRA et. al, 2010). Porém, não foi encontrado nenhum trabalho científico relatando como a fonte alcoólica empregada influencia na cinética de extração, uma vez que estas possuem diferentes teores alcoólicos alterando suas propriedades físico-químicas e por consequencia a cinética de lixiviação das substancias contidas na matriz sólida da matéria-prima. Diante disso, o presente trabalho teve como objetivo comparar a cinética de extração dos componentes do café quando se utiliza duas soluções extratoras distintas (álcool de cereais a 96,5 GL e cachaça a 43 GL), permitindo assim, estabelecer os tempos de maceração necessários. Desta forma, foi possível estabelecer qual e como a solução extratora empregada influência no processo de maceração. MATERIAL E MÉTODOS Foi conduzido um estudo para determinar e comparar os tempos de maceração necessários para concluir a etapa de extração utilizando duas soluções extratoras distintas, cachaça a 43 GL e álcool de cereais a 96,5 GL e três proporções de café torrado e moído (15, 20 e 25 g de pó de café para 100 ml de cachaça ou álcool de cereais). A formulação e o tempo de maceração adotado foram baseados em indicações de literatura e em ensaios prévios. Foi utilizado o café arábica bebida mole. O estudo foi conduzido conforme procedimentos adotados por Teixeira (2004) em ensaios de extração alcoólica para licores de banana. As variáveis respostas analisadas foram: absorbância, sólidos solúveis, densidade e ph. As análises foram realizadas de acordo com as normas analíticas do IAL (2005). O experimento teve duração de 19 dias e as análises foram realizadas a cada 3 dias, perfazendo um total de 7 pontos (1, 4, 7, 10, 13, 16, 19 dias de extração) e foi conduzido no delineamento inteiramente casualizado com três repetições. Os dados foram analisados estatisticamente por meio de análise de variância ANOVA. Foram ajustados modelos de regressão linear ou não linear para representar a cinética de extração. RESULTADOS E DISCUSSÃO Utilizando álcool de cereais como solução extratora A interação entre os fatores tempo e concentração foi não significativa (p > 0,05) em relação às variáveis absorbância, sólidos solúveis (Brix), ph e densidade. Assim, tais fatores atuam de forma independente em relação a todas as variáveis em estudo. Na Tabela 1 está apresentado o resultado dos valores de F para a interação dos fatores para cada variável. Possivelmente, essa interação foi não significativa devido ao fato de que o mecanismo de transferência de massa dos solutos da fase sólida para a solução ser ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 3

o mesmo, independentemente da concentração, gerando perfis cinéticos semelhantes. TABELA 1 Valores de F para a interação dos fatores tempo e concentração no extrato de álcool de cereais Variável F Absorbância 0.114 ns ph 0.053 ns Sólidos solúveis 0.046 ns Densidade 0.021 ns ns não significativo Efeito do fator concentração sobre as variáveis De acordo com a ANOVA o fator concentração não influenciou o ph e densidade do extrato (p>0,05). Porém, este fator foi significativo (p<0,05) para as variáveis absorbância e sólidos solúveis. Este resultado está de acordo com o esperado, pois quanto maior a concentração de pó maior deverá ser a extração de pigmentos causando, portanto, maior incremento no valor da absorbância. O mesmo ocorre com o teor de sólidos solúveis. Assim, a quantidade máxima de pó foi definida com base em análise sensorial. A absorbância e o teor de sólidos solúveis do extrato alcoólico aumentaram linearmente com o aumento da concentração de café (Figuras 1 e 2). O modelo ajustado para ambos, Equações 1 e 2, foi o linear e seus parâmetros foram significativos pelo teste t a 5% de probabilidade. Os valores do R 2 para os modelos ajustados são apresentados na Tabela 2. FIGURA 1 - Absorbância (ABS) em função da concentração, em gramas/100 ml. ABS = 0.0445185 + 0.0177016*CONCENTRAÇÃO (1) ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 4

FIGURA 2 - Sólidos solúveis (BRIX) em função da concentração, em gramas/100 ml. BRIX = 20,1468 + 0.0888095*CONCENTRAÇÃO (2) TABELA 2 Valores de R 2 para os modelos que descrevem a relação entre a Absorbância versus a concentração e a relação entre o Brix versus a concentração Modelo R 2 Equação 1 0,998 Equação 2 0,999 Efeito do fator tempo sobre as variáveis De acordo com a ANOVA o fator tempo não influenciou na densidade do extrato (p>0,05). Porém, este fator foi significativo (p<0,05) para as variáveis absorbância, sólidos solúveis e ph. Na Figura 3 está apresentado o gráfico da absorbância em função do tempo. O modelo ajustado, por meio de regressão não linear, foi o de uma hipérbole (Equação 3), similar ao modelo bioquímico de Michaelis-Menten e ao de equilíbrio químico de Langmuir. Seus parâmetros foram significativos ao nível de 5% de probabilidade pelo teste t e o modelo possui R² igual a 0,965. Modelo ajustado: (3) ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 5

0,5 0,4 Absorbância 0,3 0,2 experimental modelo 0,1 0,0 0 5 10 15 20 Tempo de extração, dias FIGURA 3 - Gráfico ABS versus tempo. A conveniência de se utilizar esse modelo é pela interpretação física dos seus parâmetros. O parâmetro 0,44936 representa a assíntota horizontal, ou o limite da absorbância quando faz-se o tempo de extração tender a infinito, ou seja, no equilíbrio, a absorbância tende a 0,44936. Em uma reação química, o parâmetro do denominador, 0,6957, estaria relacionado com as constantes da reação. No caso de transferência de massa entre fases, como é o processamento do licor, ele está relacionado ao coeficiente de difusão, o qual é o fator limitante do processo de transferência de massa. Além disso, uma análise da cinética de extração pode ser feita a partir do conhecimento da derivada da absorbância em função do tempo de extração, Equação 4. Ao se analisar a derivada do modelo obtido, nota-se que a redução da inclinação da reta tangente ao gráfico da absorbância ocorre de forma bastante acelerada no início e a partir do terceiro dia, conforme se observa na Figura 4, ou seja, um incremento no tempo de extração a partir do terceiro dia praticamente não altera a absorbância. (4) ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 6

0,6 0,5 d(abs)/d(tempo) 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Tempo de extração FIGURA 4 Inclinação da reta tangente à curva da absorbância, conforme Equação 4. Na Figura 5 está apresentado o gráfico do BRIX em função do tempo. O modelo ajustado, por meio de regressão não linear, foi o de Langmuir modificado pela soma de um parâmetro constante que representa o valor do BRIX no tempo zero (Equação 5) e possui R² igual a 0,944. Seus parâmetros foram significativos ao nível de 5% de probabilidade pelo teste t. A adição desse parâmetro torna-se necessária uma vez que no tempo zero a solução hidro-alcoólica possui um brix diferente de zero. Modelo ajustado: (5) ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 7

22,4 22,2 22,0 Brix 21,8 21,6 experimental modelo 21,4 21,2 0 5 10 15 20 Tempo de extração, dias FIGURA 5 - Gráfico BRIX versus tempo. Uma análise da cinética de extração pode ser feita a partir do conhecimento da derivada do Brix em função do tempo de extração, Equação 6. Ao se analisar a derivada do modelo obtido, nota-se que a inclinação da reta tangente ao gráfico do Brix é praticamente nula a partir do oitavo dia (derivada igual a 0,03), conforme se observa na Figura 6. (6) ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 8

0,6 0,5 d(brix)/d(tempo) 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Tempo de extração FIGURA 6 - Inclinação da reta tangente à curva do brix, conforme Equação 6. O fato da absorbância estabilizar-se a partir do terceiro dia e do brix se estabilizar a partir do oitavo dia sugere que os pigmentos do café são primeiramente extraídos que outros compostos que continuam sendo efetivamente extraídos até o oitavo dia e que, portanto, se esses últimos forem importantes para o desenvolvimento do licor, a absorbância não poderia ser utilizada como um parâmetro para o controle do processo. Na Figura 7 está apresentado o gráfico do ph em função do tempo. O modelo ajustado foi o de decaimento hiperbólico (Equação 7). Seus parâmetros foram significativos ao nível de 5% de probabilidade pelo teste t e possui R² igual a 0,956. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 9

6,40 6,35 6,30 ph 6,25 6,20 experimental modelo 6,15 6,10 6,05 0 5 10 15 20 Tempo de extração, dias FIGURA 7 - Gráfico ph versus tempo Modelo ajustado: (7) O parâmetro 6,51407 representa o valor do ph no tempo zero e a diferença 6,51407-0,47338 representa o valor para o qual o ph irá tender quando se faz o tempo de extração tender a infinito (assíntota horizontal). Uma análise da cinética de extração pode ser feita a partir do conhecimento do valor absoluto da derivada do ph em função do tempo de extração, Equação 8. Ao se analisar o valor absoluto da derivada do modelo obtido, nota-se que o valor absoluto da inclinação da reta tangente ao gráfico do ph é praticamente nulo a partir do quarto dia (derivada menor que 0,03), conforme se observa na Figura 8. (8) ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 10

0,6 0,5 Abs(d(BRIX)/d(TEMPO)) 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 Tempo de extração FIGURA 8 Valor absoluto da inclinação da reta tangente à curva do ph, conforme Equação 8. O fato do ph estabilizar-se a partir do quarto dia e do brix se estabilizar a partir do oitavo dia sugere que os ácidos orgânicos do café são primeiramente extraídos que outros compostos que continuam sendo efetivamente extraídos até o oitavo dia e que, portanto, se esses últimos forem importantes para o desenvolvimento do licor, o ph não poderia ser utilizado como um parâmetro para o controle do processo. Utilizando cachaça como solução extratora A interação entre os fatores tempo e concentração foi não significativa (p > 0,05) em relação às variáveis absorbância, brix, ph e densidade. Assim, tais fatores atuam de forma independente em relação a todas as variáveis em estudo. Na Tabela 3 está apresentado o resultado dos valores de F para a interação dos fatores para cada variável. TABELA 3 Valores de F para a interação dos fatores tempo e concentração para a cachaça Variável F Absorbância 0.978 ns ph 0.061 ns Sólidos solúveis 0.046 ns Densidade 0.916 ns ns não significativo ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 11

Efeito do fator concentração sobre as variáveis A concentração exerceu influência sobre as variáveis em estudo (p 0,05), exceto em relação ao ph. O modelo linear foi o mais adequado para relacionar a absorbância versus a concentração. Os parâmetros deste modelo, ajustado conforme a Equação 9, foram significativos a 5% de probabilidade pelo teste t. Na Figura 9 está apresentado o gráfico da variável absorbância em função da concentração. Observa-se que a absorbância aumentou linearmente com o aumento da concentração de café. FIGURA 9 Absorbância (ABS) em função da concentração, em gramas/100 ml. ABSORBANCIA = 0,0577302 + 0,0501381*CONCENTRAÇÃO (9) O modelo linear foi o mais adequado para relacionar o brix versus a concentração. Os parâmetros deste modelo, ajustado conforme a Equação 10, foram significativos a 5% de probabilidade pelo teste t. Na Figura 10 está apresentado o gráfico da variável brix em função da concentração. Observa-se que o brix aumentou linearmente com o aumento da concentração de café. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 12

FIGURA 10 Sólidos solúveis (BRIX) em função da concentração, em gramas/100 ml. BRIX = 13,6714 + 0.156190*CONCENTRAÇÃO (10) O modelo linear foi o mais adequado para relacionar a densidade versus a concentração. Os parâmetros deste modelo, ajustado conforme a Equação 11, foram significativos a 5% de probabilidade pelo teste t. Na Figura 11 está apresentado o gráfico da variável densidade em função da concentração. Observase que densidade aumentou linearmente com o aumento da concentração de café. ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 13

FIGURA 11 Densidade (DENSI) em função da concentração, em gramas/100 ml. DENSI = 0.948311+ 0.00116131*CONCENTRAÇÃO (11) Efeito do fator tempo sobre as variáveis Pelos resultados da ANOVA conclui-se que a absorbância, os sólidos solúveis, densidade e ph do extrato não variaram ao longo do tempo de extração. Os valores médios, por tempo, para as variáveis: absorbância, BRIX, densidade e ph são 1,06, 16,8 e 0,97, 5.38148 respectivamente. Logo, conclui-se que, para as concentrações utilizadas, a completa extração ocorreu no primeiro dia. No mais, os dados indicam que a maior proporção de água na solução extratora foi mais eficiente o que fez com que atingisse o equilíbrio mais rapidamente. Novos estudos devem ser conduzidos para confirmar esta tendência. CONCLUSÃO Os dados experimentais indicam que a cinética de extração é influenciada pelo teor de álcool da solução extratora, sendo que aquela de menor concentração alcoólica levou à produção de um extrato mais escuro e com maior rapidez. Para o extrato elaborado a partir de álcool de cereais (96,5 GL) a estabilização da extração ocorre a partir do oitavo dia e para o extrato de cachaça (43 GL) a partir do primeiro dia. AGRADECIMENTOS Ao CNPq pela bolsa de iniciação científica REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ENCICLOPÉDIA BIOSFERA, Centro Científico Conhecer - Goiânia, vol.7, N.12; 2011 Pág. 14

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