Química Aplicada

QAP0001

Licenciatura em Química

Profa. Dra. 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

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

C6H12O6 2 CH3CH2OH + 2 CO2 + ENERGIA

Glicose Etanol (álcool) H < 0

Bebidas Fermentadas

Fonte de Carboidrato Bebida

Cevada Cerveja

Uísque* (whiskey)

Uva Vinho

Brandy*

Batata Vodca* (Rússia)

Arroz Saquê (Japão)

Milho Bourbon (EUA e Canadá)

Uísque*

Manguey (algave) Pulque (México)

Tequila*

Cana-de-açúcar Cachaça *(Brasil)

Grãos de cereais

ou frutosCarboidratos

(açúcar)EtanolFermentação

alcoólica

* Destilados após a fermentação

Produção de Cerveja no Brasil

Pequenas cervejarias

Cervejarias artesanais: microcervejarias

1888 Manufatura de Cerveja Brahma Villigier e Cia.

1888 Companhia Antártica Paulista

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

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

Açúcar (Sacarose)

O açúcar será

o alimento da

levedura

Malteação

Malte claro: a digestão do amido é reduzida

Malte escuro: processo prolongado, com temperatura entre 60 – 80 oC

O grão é mergulhado em

água fria até germinar

Embrião Enzimas capazes de decompor o amido

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

Acabamento

Moagem do malte

Mosturação

Filtração

Fervura e Clarificação do mosto

Fermentação e Maturação do mosto

Filtração

Carbonatação

Ajuste de aroma e cor

Pasteurização

Produção do Mosto

Moagem

Mistura (mosturação)

Filtração

Fervura

Resfriamento

Moagem do malte para expor o interior do grão

O malte é misturado com água quente

Ativação das enzimas no interior do grão

Redução do amido por processos bioquímicos

Produção de açúcar

Confere estabilidade biológica

Extração das substâncias aromáticos do lúpulo, adicionado

nessa fase

Coagulação de proteínas ainda presentes do malte

Processo rápido para evitar contaminação por microorganismos

Resfriado imediatamente de 100 oC para 10 oC 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 oC

(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

Maceração; aquecimento a 54 –

70 oC, 2 horas águaAdjuntos (cereais)

Filtragem

Resíduos de cereais

Mosto doce

Mosto doce

Fluxograma de Produção da Cerveja

Fervura

Resfriamento, centrifugação

lúpulo

Mosto amargo

Fermentação a 21 oC, 2

– 7 dias

levedura

Saccharomyces cerevisiae

Maturação (dias)

Ale

Fermentação a 8 oC, 6 –

10 dias

levedura

Saccharomyces uvarum

Maturação (semanas)

Larger

Clarificação,

filtragem

Pasteurização BarrilEngarrafamentoCerveja 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

Uvas Viníferas

Componentes

Taninos:

Estrutura geral de polifenóis

Flavonóides

Classificação dos Vinhos

Fabricação do Vinho

Fermentação do

suco de uva

Maceração

Fermentação Alcoólica

Envelhecimento

A coloração depende da

presença das cascas

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

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

Casca:

Compostos fenólicos

Taninos

Ácidos

Polpa: água e açúcares

Sementes: taninos, óleo e resinas

(não são rompidas durante a prensagem)

Encubagem

O mosto é enviado para uma “cuba” onde irá ocorrer a fermentação

Primeiramente há a adição de SO2(g): sulfitagem

Adicionado simultaneamente ao mosto na cuba

Remoção de “leveduras selvagens” presentes nas uvas

Legislação brasileira: dose máxima de 350 mg/L em SO2 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:

K2S2O5

Fermentação

Adição de leveduras selecionadas

Teor ~5oGL: Kloeckera apiculata e Hansenniasopora uvarum

Teor até 16 oGL: Saccharomyces ellipsoideus e Saccharomyces bayanus

C6H12O6 2 C2H5OH + CO2 H = - 28 kcal

glicose etanol

Temperatura de fermentação: entre 20 – 30 oC

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 CO2 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 oGL

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 SO2(g)

Adição de CaCO3 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