Química Aplicada QAP0001 Licenciatura em Química Prof a. Dr a. Carla Dalmolin carla.dalmolin@udesc.br carla.dalmolin@gmail.com Bebidas Fermentadas
Histórico A utilização de processos fermentativos para obtenção de bebidas alcoólicas é conhecida desde a antiguidade. Séc. IV, Monges beneditinos: adição do lúpulo na cerveja Séc. XIV, Baviera: Lei da Pureza Uso apenas de água, cevada e lúpulo para a produção da cerveja Séc. XVIII e XIX Refrigeração artificial Descoberta dos microorganismos - biotecnologia
Fermentação Conjunto de reações enzimáticas, controlada por microorganismos, através das quais uma molécula orgânica é degradada em compostos mais simples, liberando energia. Processos fermentativos eficientes: A ação de um microorganismo leva ao produto final Matérias-primas baratas para o substrato (ex.: amido) Rendimentos aceitáveis Fermentação rápida Facilidade de purificação e recuperação do produto
Leveduras e Fermentação Fungos microscópicos unicelulares Cerca de 160 espécies Processos industriais: gênero Saccharomyces Utilizam a fermentação da glicose para produzir energia C 6 H 12 O 6 2 CH 3 CH 2 OH + 2 CO 2 + ENERGIA Glicose Etanol (álcool) H < 0 Excretam o álcool como subproduto como ação defensiva Demais microorganismos reduzem o álcool para mais uma etapa de obtenção de energia A excreção do álcool pelas leveduras é tóxica para demais microorganismos
Bebidas Fermentadas Grãos de cereais ou frutos Carboidratos (açúcar) Fermentação alcoólica Etanol Fonte de Carboidrato Cevada Uva Batata Arroz Milho Manguey (algave) Cana-de-açúcar Bebida Cerveja Uísque* (whiskey) Vinho Brandy* Vodca* (Rússia) Saquê (Japão) Bourbon (EUA e Canadá) Uísque* Pulque (México) Tequila* Cachaça *(Brasil) * Destilados após a fermentação
Produção de Cerveja no Brasil 1888 Manufatura de Cerveja Brahma Villigier e Cia. 1888 Companhia Antártica Paulista Pequenas cervejarias Cervejarias artesanais: microcervejarias Maior cervejaria em volume de produção mundial
Classificação das Cervejas
Matérias-Primas Alemanha: Lei da Pureza Água Malte Lúpulo Demais países Adjunto
Água Componente em maior quantidade na cerveja O sabor da cerveja pode ser influenciado por algumas características da água utilizada na sua fabricação Pilsen, antiga Tchecoslováquia: água de baixa salinidade originou a cerveja tipo Pilsen Em tese, a água pode ser tratada para se adequar a qualquer característica desejada. Alto custo A qualidade da água disponível ainda é um fator determinante na escolha da localização de uma cervejaria Brasil: águas suaves e adequadas à produção das cervejas Larger
Lúpulo Confere o sabor amargo à cerveja Retardar o surgimento de sabores desagradáveis decorrentes da oxidação e multiplicação de microorganismos Quantidade e variedade de lúpulo utilizado varia de acordo com a cervejaria Acrescentado ao líquido em fermentação na razão 0,5 5,0 g/l
Malte Termo utilizado para indicar cereais que passaram pelo processo de malteação Transformação dos grãos para deixá-los com uma carga grande de enzimas, responsáveis pela redução do amido em açúcar O açúcar será o alimento da levedura Açúcar (Sacarose) Para a fabricação da cerveja, utiliza-se o malte da cevada O malte é produzido pela interrupção da germinação dos grãos (fase em que as cadeias de amido são pequenas e fáceis de quebrar) A germinação é interrompida por secagem, reduzindo a umidade
Malteação O grão é mergulhado em água fria até germinar Embrião Enzimas capazes de decompor o amido Malte claro: a digestão do amido é reduzida Malte escuro: processo prolongado, com temperatura entre 60 80 o C Dissolução das paredes celulares Digestão do amido Sacarose Secagem Estocagem Moagem Extrato de Malte
Fermento / Levedura Microorganismos capazes de transformar o açúcar em álcool Gênero Saccharomyces, espécies: S. cerevisiae ou S. uvarum Cada cervejaria possui sua própria cepa Levedura de alta fermentação (Ales) A levedura sobe para a superfície durante a fermentação Geralmente é a S. cerevisiae Levedura de baixa fermentação (Larger) A levedura decanta no final do processo de fermentação Geralmente é a S. uvarum
Adjuntos Maltes de outros cereais que subtituem parte do malte de cevada Redução de custo Produção de cervejas mais leves Qualquer fonte de amido pode ser utilizada como adjunto Arroz e milho são os mais utilizados
Fabricação da Cerveja Produção do Mosto Fermentação Moagem do malte Mosturação Filtração Fervura e Clarificação do mosto Fermentação e Maturação do mosto Acabamento Filtração Carbonatação Ajuste de aroma e cor Pasteurização
Produção do Mosto Moagem Moagem do malte para expor o interior do grão Mistura (mosturação) Filtração O malte é misturado com água quente Ativação das enzimas no interior do grão Redução do amido por processos bioquímicos Produção de açúcar Fervura Confere estabilidade biológica Extração das substâncias aromáticos do lúpulo, adicionado nessa fase Coagulação de proteínas ainda presentes do malte Resfriamento Processo rápido para evitar contaminação por microorganismos Resfriado imediatamente de 100 o C para 10 o C por um trocador de calor O mosto é aerado para promover o crescimento da levedura
Fermentação e Maturação A levedura é inoculada no mosto após seu resfriamento e oxigenação (10 a 30 milhões de células de levedura / ml) Dois caminhos metabólicos Via respiratória: início do processo, para promover o crescimento das leveduras Fermentação primária (4 a 14 dias) Maturação: resfriamento a 0 o C (média de 15 dias) Via fermentativa (anaerobiose): promove a transformação do mosto em cerveja
Acabamento
Fluxograma de Produção da Cerveja Cevada Brotação, 5 9 dias água Secagem Malte Adjuntos (cereais) Maceração; aquecimento a 54 70 o C, 2 horas água Filtragem Mosto doce Resíduos de cereais
Fluxograma de Produção da Cerveja Mosto doce lúpulo Fervura levedura Saccharomyces cerevisiae Fermentação a 21 o C, 2 7 dias Resfriamento, centrifugação Mosto amargo levedura Saccharomyces uvarum Fermentação a 8 o C, 6 10 dias Maturação (dias) Ale Clarificação, filtragem Maturação (semanas) Larger Cerveja Engarrafamento Pasteurização Barril Chope
Vinhos Definido como uma bebida alcoólica produzida a partir da fermentação do sumo de uva A qualidade da uva é avaliada em função do grau de amadurecimento e do estado sanitário (inexistência de grãos podres) Lei Brasileira: Vinhos de mesa: uvas de variedades americanas Vinhos finos: variedades vitis vinífera
Uvas Viníferas Determinam a qualidade do vinho Açúcares: alimento das leveduras que serão convertidos em álcool 20-30% (glicose e frutose) Ácido tartárico e málico: impedem a multiplicação de microorganismos durante a fermentação e principais componentes do sabor do vinho Taninos e outros componentes fenólicos: sensação de adstringência Pigmentos Uvas vermelhas: antocianinas Uvas brancas: flavonóis Compostos aromáticos: quimicamente ligados aos açúcares e são liberados pelas enzimas das leveduras, apenas após o processo de fermentação
Uvas Viníferas
Componentes Uvas Viníferas Taninos: Estrutura geral de polifenóis Flavonóides
Classificação dos Vinhos
Fabricação do Vinho Maceração Fermentação do suco de uva A coloração depende da presença das cascas Fermentação Alcoólica Envelhecimento
Esmagamento Processo realizado para provocar o rompimento dos grãos, liberando o suco rapidamente, sem esmagar as sementes e engaços Compressão (esmagadeira de cilindros) Choque (esmagadeira centrífuga) Ocorre a aeração do mosto para tornar o suco mais favorável ao desenvolvimento das leveduras
Esmagamento Casca: Compostos fenólicos Taninos Ácidos Polpa: água e açúcares Sementes: taninos, óleo e resinas (não são rompidas durante a prensagem) Mosto: 70 85% água 12 27% de açúcar 1% ácidos Vinhos brancos: as cascas são removidas antes da fermentação Pouca pigmentação e taninos Vinhos tintos e rosé: as cascas estão presentes durante a fermentação Cor mais profunda e sabor adstringente
Encubagem O mosto é enviado para uma cuba onde irá ocorrer a fermentação Primeiramente há a adição de SO 2 (g): sulfitagem Adicionado simultaneamente ao mosto na cuba Remoção de leveduras selvagens presentes nas uvas Legislação brasileira: dose máxima de 350 mg/l em SO 2 total no vinho
Sulfitagem Antisséptico : inibe a ação de leveduras acéticas e láticas (transformam alcoóis em ácidos) Em baixa concentração estimula ativa leveduras que transformam o açúcar em álcool Antioxidante (reage facilmente com o oxigênio) Facilita a dissolução de taninos (substâncias que dão cor ao vinho) Tóxico Alteração do sabor e aroma Pode ser substituído por metabissulfito de potássio: K 2 S 2 O 5
Fermentação Adição de leveduras selecionadas Teor ~5 o GL: Kloeckera apiculata e Hansenniasopora uvarum Teor até 16 o GL: Saccharomyces ellipsoideus e Saccharomyces bayanus C 6 H 12 O 6 2 C 2 H 5 OH + CO 2 glicose etanol H = - 28 kcal Temperatura de fermentação: entre 20 30 o C É mantida o mais baixo possível dentro da faixa, através do resfriamento do mosto Aumento do rendimento do etanol (reação exotérmica) Redução de perdas do produto por evaporação Fermentação tumultuosa: a liberação de CO 2 causa a formação do chapéu : aglomerado de cascas que boiam na superfície Processo de maceração: extração dos taninos pela ação do etanol (dois a cinco dias)
Descubagem Separação dos resíduos sólidos e fermentação complementar Correção do mosto: adição de substâncias que visam otimizar a fermentação Permitido pela legislação brasileira Chaptalização Adição de sacarose (açúcar) para corrigir a insuficiência da maturação da uva por motivos climáticos Teoricamente, 17g de sacarose por litro de mosto aumenta o teor alcoólico em 1 o GL Diminui a acidez do vinho Acidificação Adição de ácido tartárico (tartaragem) Teoricamente, 1,53g de ácido aumenta a acidez total em 20 meq/l Utiliza-se ácido em excesso (até 2,00 g /L) formando bitartarato de potássio, que precipita
Prensagem de Bagaços Vinho tinto: após a fermentação Vinho branco: antes da fermentação
Fermentação Malolática Ocorre após a fermentação alcoólica, no período de decantação do vinho Transformação do ácido málico em ácido lático por bactérias dos gêneros Lactobacillus, Leuconostoc e Pediococcus Decantação da borra Trasfega Adição de SO 2 (g) Adição de CaCO 3 ou da própria borra (aumentar ph) Inoculação de bactérias Redução da acidez Estabilização biológica Aumento do aroma
Envelhecimento Após a fermentação, o vinho deve ser mantido em ambiente hermeticamente fechado Tonel de carvalho Tonel de concreto revestido por epóxi e posterior pipa de madeira De 6 meses a 5 anos Clarificação e Filtração Remoção de impurezas suspensas Envase: o vinho é engarrafado e deixado em repouso para envelhecer na garrafa
Fluxograma