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

DIEGO BATISTA NOGUEIRA

Avaliação do desempenho de unidades de produção de

cachaça de alambique

LORENA

Novembro, 2013

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

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, 2013.

37 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

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.

“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

NOGUEIRA, Diego Batista. Avalição do desempenho de unidades de produção de cachaça de alambique / Diego Batista Nogueira; Orientador Ismael Maciel de Mancilha.- Lorena, 2013. 37p (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.

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................... 8

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................ 9

2.1 Aguardende e Cachaça .................................................................................. 9

2.2 Processo de produção de cachaça de alambique ........................................ 12

2.2.1 Matéria-prima ..................................................................................... 14

2.2.2 Moagem ............................................................................................. 15

2.2.3 Preparo do Mosto ............................................................................... 17

2.2.4 Preparo do Fermento ......................................................................... 18

2.2.5 Fermentação Alcoólica ....................................................................... 19

2.2.6 Destilação em alambique de cobre .................................................... 20

2.2.7 Armazenamento e Envelhecimento .................................................... 22

3. MATERIAIS E MÉTODOS .................................................................................. 23

3.1 Matéria-prima ............................................................................................... 23

3.2 Extração do caldo ........................................................................................ 23

3.3 Preparo do mosto ......................................................................................... 23

3.4 Fermento e pé-de-cuba ................................................................................ 24

3.5 Condução do processo fermentativo ............................................................ 24

3.6 Destilação do vinho ...................................................................................... 24

3.7 Análises fisico-químicas ............................................................................... 25

3.7.1 Determinação da umidade do bagaço (Ub) ........................................ 25

3.7.2 Eficiência do decantador (Ed) ............................................................ 25

3.7.3 Eficiência de extração de Açúcar (Ee)................................................ 26

3.7.4 Rendimento de fermentação - Y (p/s)................................................. 27

3.7.5 Eficiência de fermentação (Ef) ........................................................... 27

3.7.6 Acidez do vinho (Av)........................................................................... 28

3.7.7 Graduação alcoólica do vinho (Tav) ................................................... 28

3.7.8 Acidez Acética da bebida recém destilada (Aa) ................................. 28

3.7.9 Graduação alcoólica da bebida recém destilada (Tab) ...................... 28

4. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 29

5. CONCLUSÃO ..................................................................................................... 31

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................. 32

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.

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-de-

açúcar 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).

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).

Compostos Limites

Grau alcoólico 38 a 54% v v-1 a 20 ºC.

Acidez volátil (em ácido acético) Máximo 0,150 g 100 mL-1 (álcool anidro)

Ésteres (em acetato de etila) Máximo 0,200 g 100 mL-1 (álcool anidro)

Aldeídos (em aldeído acético) Máximo 0,030 g 100 mL-1 (álcool anidro)

Furfural Máximo 0,005 g 100 mL-1 (álcool anidro)

Alcoóis superiores (soma de propanol, iso-butanol e iso-amílico)

Máximo 0,360 g 100 mL-1 (álcool anidro)

Coeficiente de congêneres (Soma de acidez volátil, ésteres, aldeídos, furfural e alcoóis superiores)

0,200 a 0,650 g 100 mL-1 (álcool anidro)

Metanol Máximo 0,020 g 100 mL-1 (álcool anidro)

Cobre Máximo 5 mg L-1

Carbamato de etila Máximo 0,150 mg L-1

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).

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.

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).

13

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-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Cana-de-açúcar

Moagem

Caldo de cana

Decantador

Preparo do mosto

Fermentação

Decantação

do vinho

Destilação do vinho

Cachaça / Aguardente

Descanso Envelhecimento

Padronização / Envase Comercialização

Vinhoto

Recuperação do fermento

Bagaço de cana

Combustível para a fornalha

Ração animal

Adição de fermento

Preparo do pé de cuba

Figura 3 – Fluxograma do processo de produção de cachaça de alambique

14

2.2.1 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 CO2, acompanhada por emissões de N2O e de CH4

(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-de-

açúcar 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 1532. 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

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).

2.2.2 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 0.04%

Vitaminas

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)

17

2.2.3 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.

18

2.2.4 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-de-

fermentação” 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).

19

2.2.5 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

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).

2.2.6 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

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)

22

2.2.7 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).

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.

24

3.4 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.

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 físico-

químicas e os resultados comparados entre si e com os limites estabelecidas pela

legislação vigente no Brasil.

3.7.1 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-ID50.

3.7.2 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);

26

3.7.3 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;

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);

3.7.4 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.

YP/S = ∆P = ( Pf - Pi ) (5)

∆S ( Si - Sf ) .

onde:

YP/S = fator de rendimento de açúcar em etanol (g/g);

Pf = Massa de etanol no final (kg);

Pi = Massa de etanol no início (kg);

Sf = Massa de no final (kg);

Si = Massa de açúcares no início (kg);

3.7.5 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;

28

3.7.6 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.

3.7.7 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 - DMA35.

3.7.8 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.

3.7.9 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.

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

61,11%

40,00%

23,08%

3) Eficiência de extração de açúcar

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

58,35% 41,27% 29,55%

7) Eficiência de fermentação

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

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 cana-

de-açúcar mais rentável para a produção da cachaça, visto que possui a matéria-

prima 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

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 matéria-

prima, 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.

32

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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