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DEEQ0119 - INTEGRADORA ENGENHARIA QUÍMICA I Projeto: Cervejaria de Porte Médio DOCENTE: Prof. M.e Felipe Gabriel Santos Furtado Cutrim DISCENTES: Gustavo Nonato Alves; Mateus Melo Dutra Cabral; Paulo Sergio Araujo Oliveira. Cerveja Pilsen Cerveja Pilsen, também chamada de Pilsner, é um estilo que surgiu na cidade de Plzeñ, região da Bohemia na República Tcheca. Nesse sentido, a Pilsen apresenta uma coloração dourada brilhante e o sabor e aroma tanto de malte quanto de lúpulo varia conforme a escola e/ou região onde é produzida. Informações QUADRO 1 – Classificação e características da cerveja quanto ao extrato primitivo. Quanto Tipos Características Extrato primitivo Cerveja leve Cerveja comum Cerveja extra Cerveja forte Igual ou superior a 5% e inferior a 10,5%, em peso. Igual ou superior a 10,5%, e inferior a 12,5%, em peso. Igual ou superior a 12,5% e inferior a 14%, em peso. Igual ou superior a 14%, em peso. Fonte: Decreto nº 6.871, da Casa Civil, Brasil de 4 de julho de 2009. Informações QUADRO 2 - Classificação e características da cerveja quanto a cor. Quanto Tipos Características Cor Cerveja clara Cerveja escura Cor correspondente a menos de vinte unidades de European Brewery Convention (EBC). Cor correspondente a vinte ou mais unidades EBC. Fonte: Decreto nº 6.871, da Casa Civil, Brasil de 4 de julho de 2009. Informações QUADRO 3 - Classificação e características da cerveja quanto ao teor alcoólico. Quanto Tipos Características Teor alcoólico Cerveja escura Cerveja sem álcool Cerveja com álcool Cor correspondente a vinte ou mais unidades EBC. Menor que 0,5% em volume, não sendo obrigatória a declaração no rótulo do conteúdo alcoólico. Igual ou superior a 0,5% em volume, devendo obrigatoriamente constar no rótulo o percentual de álcool. em volume. Fonte: Decreto nº 6.871, da Casa Civil, Brasil de 4 de julho de 2009. Informações QUADRO 4 - Classificação e características da cerveja quanto a proporção de malte de cevada. Quanto Tipos Características Proporção de malte de cevada Cerveja puro malte Cerveja Cerveja com o nome do vegetal predominante 100% de malte de cevada, em peso, sobre o extrato primitivo, como fonte de açúcares. Maior ou igual a 50%, em peso, sobre o extrato primitivo, como fonte de açúcares. Maior do que 20 e menor do que 50%, em peso, sobre o extrato primitivo, como fonte de açúcares. Fonte: Decreto nº 6.871, da Casa Civil, Brasil de 4 de julho de 2009. Informações Componentes Gramas (g) Glicídios QUADRO 6– Componentes da cerveja e sua quantidades para cada 100 g de produção. Proteínas Cálcio Fósforo Ferro Água Álcool Gás carbônico Riboflavina (Vitamina B 2) Niacina Tiamina (Vitamina B 1) Ácido Fosfórico Glicerol 3,8 0,3 5 30 0,1 88 a 92 3 a 8 0,3 a 0,6 0,03 0,2 0,002 a 0,006 0,05 a 0,07 0,1 a 0,3 Cevada O grão da cevada deve estar perfeitamente seco, “com umidade entre 12 a 14%; cor amarelo claro, uniforme e sadio; peso hectolítrico de 68 a 72; alto teor de amido (de 61 a 6 70%); teor de proteína de 10 a 12%”, para garantir a estabilidade da cerveja; além de ter alto índice de germinação Lúpulo O lúpulo é uma planta que tem o hábito de crescimento em locais de clima frio, é considerado o “tempero” da cerveja. Os compostos amargos do lúpulo são os α-ácidos e os β-ácidos, são componentes importantes, por proporcionarem o sabor amargo da cerveja, além de beneficiam a estabilidade da espuma e aumentam a estabilidade biológica da cerveja, pois evitam o desenvolvimento de alguns microrganismos. Outra substância contida no lúpulo são os óleos essenciais que contribuem positivamente no aroma da cerveja. Fermento ou levedura as características de sabor e aroma da cerveja são determinadas pelo tipo de levedura utilizada. As leveduras possuem a habilidade de metabolizar eficientemente os constituintes do mosto que é um caldo resultante da mistura fervida de malte e água, rico em açúcares fermentáveis. Esse caldo é filtrado, para receber o lúpulo e o fermento ser transformado em álcool e gás carbônico a fim de produzir uma cerveja com qualidade e estabilidade sensorial satisfatória. Água A água é a matéria-prima mais importante para a fabricação de cerveja, pois a cerveja é constituída basicamente de água. Toda água requer alguma forma de tratamento antes de ser utilizada, independente se provém de poços artesianos, rios, lagos ou mananciais. Sendo necessárias, antes de sua utilização, algumas análises químicas, como: cor, turbidez, dureza, pH, entre outras, para definir o tipo de tratamento a ser empregado Outras matérias-primas Geralmente outras matérias-primas são utilizadas em função do alto custo do malte, sendo por isso adicionados cereais não maltados (milho, trigo, centeio, aveia, sorgo, arroz, amido de tubérculos e raízes), condimentos (zimbro, alcaçuz, gengibre, cereja, framboesa, guaraná, aloes, losna, panamá) ou açúcares, todos em proporção inferior a 30 % em relação ao malte. Outras matérias-primas utilizadas são antioxidantes, estabilizantes que mantém as características físicas das emulsões e suspensões, isto é, misturas como a bebida alcoólica, são adicionadas às cervejas com a finalidade de aumentar sua viscosidade e acidulantes que atuam no aroma e sabor. Processo de maltação da cerveja As etapas no processo de obtenção do malte são a limpeza e classificação dos grãos, a maceração, germinação e a secagem e torrefação do malte. Limpeza e classificação dos grãos Os grãos recebidos da lavoura possuem impurezas como, pedras, palhada, insetos, entre outros, a limpeza e seleção dos grãos é feita com o objetivo de torná-los mais puros, estes são também separados de acordo com seu tamanho de três ou quatro graduações para se obter um malte homogêneo. Maceração com água Após a limpeza, os grãos selecionados são acomodados em tanques com água até que atinja o teor de umidade de 45% em relação a seu peso, isto ocorre em condições de temperatura e oxigênio controladas, nesta fase os grãos saem do seu estado de latência e incham, devido a absorção de água, este é o princípio do processo de germinação. Germinação Após a maceração o processo de germinação se inicia, os grãos são enviados para as caixas de germinação, onde permanece cerca de cinco dias, eles são mantidos em estufas a fim de manter as condições ideais de temperatura e umidade para a brotação das radículas. Secagem e torrefação do malte o excesso de água remanescente da germinação dos grãos é retirado por meio de peneiras e logo em seguida, a cevada é encaminhada a fornos de secagem, em que o processo de germinação é interrompido por meio de jatos de vapor a temperatura de 45° a 50°C. Ainda nos fornos de secagem acontece a caramelização dos grãos, transformando-os no malte, esta fase é chamada de cura, ocorre à temperatura de 80 a 120°C, o malte resultante possui umidade em torno de 4 a 5% Processo de preparo do mosto Trituração do malte O malte é armazenado por cerca de 20 a 30 dias em silos este período é conhecido como pousio, moagem é o processo que submete o malte à ação de moinhos de martelo ou de rolo, visando romper a casca dos grãos expondo seu conteúdo. Mosturação O objetivo da mosturação é promover a gomificação e posterior hidrólise do amido a açúcares. Os mesmos autores afirmam que o pH e a temperatura interagem para controlar a degradação do amido e das proteínas. 8 Pelo processo de mosturação, consegue-se obter a extração de 65% dos sólidos totais do malte que em dissolução ou suspensão em água constituirão o mosto para a fermentação da cerveja Filtragem O mosto é resfriado a 75 a 78ºC em um trocador de calor, em seguida é filtrado para remoção do resíduo dos grãos. A filtração é feita por peneiras que utilizam como elementos filtrantes as próprias cascas do malte presentes no mosto, a parte sólida (bagaço) é retida. Fervura do mosto O mosto é então aquecido na caldeira de fervura até a ebulição (100ºC) para que se obtenhasua estabilização. Esse processo inativa as enzimas, coagula e precipita as proteínas, concentra e esteriliza o mosto. É nesta fase que se adicionam os aditivos que proporciona característica organolépticas típicas de cada tipo de cerveja, como o lúpulo, caramelo, açúcar, mel, extratos vegetais, entre outros. Resfriamento do mosto O mosto é então aquecido na caldeira de fervura até a ebulição (100ºC) para que se obtenha sua estabilização. Esse processo inativa as enzimas, coagula e precipita as proteínas, concentra e esteriliza o mosto. É nesta fase que se adicionam os aditivos que proporciona característica organolépticas típicas de cada tipo de cerveja, como o lúpulo, caramelo, açúcar, mel, extratos vegetais, entre outros. Adição de fermento A fermentação alcoólica é a transformação dos açúcares fermentáveis do mosto em álcool, gás carbônico e calor. Primeira fermentação Esta etapa é chamada de fermentação aeróbia, as leveduras se reproduzem, aumentando de quantidade de 2 a 6 vezes. Segunda fermentação Esta fase é chamada de anaeróbia, as leveduras realizam a fermentação propriamente dita, convertendo os açúcares presentes no mosto em CO2 e álcool é necessário que a temperaturas mantenha constante, em valores entre 8 e 15ºC dependendo de vários fatores. Este processo dura de 6 a 9 dias, ao final dos quais se obtém, além do mosto fermentado, uma grande quantidade de CO2, que após ser purificado é enviado para a etapa de carbonatação da cerveja Maturação Durante esse período ocorre uma fermentação complementar na cerveja “verde”, ocasionando modificações de aroma e sabor, além de alterações em seu sistema coloidal, proporcionando a clarificação por precipitação de proteínas, leveduras e sólidos solúveis Decantação e filtragem A decantação é feita para separar os sedimentos restantes do processo, em seguida é efetuada a filtragem que visa remover as impurezas que não decantaram. A filtração da cerveja tem como objetivo eliminar o a turvação que persistiu após o processo de maturação, a cerveja apresenta essa turvação devido a presença de materiais sólidos como células de levedura e complexos tanino-proteína. Envase Esta é a fase em que ocorrem maiores perdas acidentais, também é o processo que exige maior contingente. Nesta fase é necessário extremo cuidado para que não ocorra perda de gás e contato da cerveja com oxigênio, tais ocorrências podem comprometer a qualidade do produto. Pasteurização A cerveja passa por um tratamento térmico de pasteurização, através de trocadores de calor. A pasteurização através de trocadores de calor se realiza elevando-se a temperatura da cerveja à 60°C, seguido de um rápido resfriamento até 4ºC. O produto pasteurizado apresenta maior estabilidade e durabilidade sua vida útil chega a seis meses em função da eliminação de microrganismos. Rotulagem De acordo com Decreto nº 6.871, da Casa Civil, Brasil de 4 de julho de 2009, a rotulagem de bebidas no Brasil segue a seguinte Legislação: No rótulo deve conter toda “inscrição, legenda, imagem ou matéria descritiva, gráfica, escrita, impressa, estampada, afixada, afixada por encaixe, gravada ou colada, vinculada à embalagem, de forma unitária ou desmembrada” sobre a embalagem da bebida, a parte plana da cápsula, outro material empregado na vedação do recipiente, ou em todas essas formas dispostas. propriedades físico-químicas Parâmetro Gramas (g) Sabor QUADRO 7– Parâmetros de água ideal para produção de uma boa cerveja Odor Ph Turbidez Matéria Orgânica Sólidos totais dissolvidos Dureza total Sulfatos Cloretos Nitratos Cálcio Magnésio CO2 livre Insípida Insípida 6,5 a 8,0 Menor que 0,4 0 a 8,0 50 a 150 18 a 79 1 a 30 1 a 20 Ausente 5 a 22 1 a 6 0,5 a 5,0 Unidade - - Ph NTU mg O2/L mg/L mg CaCO3/L mg SO4/L mg Cl/L mg NO3/L mg Ca+2/L mg Mg+2/L mg CO2/L propriedades físico-químicas Características Cevada Massa do grão (mg) QUADRO 8 - Composição média do grão de cevada e do malte. Umidade (%) Amido (%) Açucares (%) Nitrogênio Total (%) Fonte: AQUARONE et al. (1983). . Nitrogênio Solúvel (% de N total) Poder diastásico, ºLintner α – amilase, unidades de dextrina Atividade proteolítica Malte 32 – 36 10 – 14 55 – 60 0,5 – 1,0 1,8 – 2,3 10 – 12 50 – 60 Traços Traços 29 - 33 4 - 6 50 - 55 8,0 – 10,0 1,8 – 2,3 35 – 50 100 – 120 30 – 60 15 - 30 propriedades físico-químicas Parâmetros Mínimo Graduação alcoólica, %v/v à 20°C, para cervejas (art. 2º ) QUADRO 9 - Parâmetros Físico-químicos da Cerveja. Extrato primitivo Ep, % m/m (art. 7º, §1º) Quantidades de adjuntos na cerveja em porcentagem de massa do Ep , em (% m/m) Quantidades de adjuntos na cerveja puro malte Fonte: BRASIL (2019) . Corantes artificiais Edulcorantes Máximo 0,5 5 - Ausente Ausente Ausente 54 – 45 pH A determinação de pH foi feita em equipamento de pHmetro de bancada micro processado DM-22 da marca DigiMed. Teor Alcoólico O teor alcoólico foi determinado pelo método de destilação conforme os “Métodos físico- químicos para análise de alimentos” do Instituto Adolf Lutz, este é o método oficial para definição do teor alcóolico, que envolve uma destilação prévia da bebida fermentada, com finalidade de separar os compostos voláteis e em seguida determinar a densidade desse destilado. Foi transferido 250 mL de amostra de cerveja para um conjunto de destilação e recolhido aproximadamente 70% do volume inicial para a determinação da densidade relativa a 20 °C por picnômetro (IAL, 2004). Densidade Para definição da densidade das amostras foi utilizado um picnômetro. A metodologia da análise seguiu-se enxaguado com álcool e, posteriormente, com éter o picnômetro, seco naturalmente e pesado vazio. Em seguida, o picnômetro foi preenchido com água purificada, evitando-se a formação de bolhas sob temperatura de 20°C e a massa do conjunto registrada. O picnômetro foi seco e o procedimento anterior repetido com a amostra, novamente evitando a formação de bolhas (IAL, 2004). A densidade foi calculada por meio da Equação 1: M2 − M0 M1 − M0 = densidade M0 = massa do picnômetro vazio; M1 = massa do picnômetro com água purificada; M2 = massa do picnômetro com a amostra. Cor (EBC) Este parâmetro foi determinado pelo método espectrofotométrico usado como o método oficial de referência pela European Brewery Convention (EBC), ele é projetado para eliminar efeitos subjetivos atribuíveis ao olho humano. A amostra foi filtrada com filtros de membrana 0,48 μm, a absorbância do filtrado resultante foi medida por espectrofotometria em uma célula retangular de vidro para amostras líquidas de 10 mm. 26 A cor, expressa em unidades EBC, foi calculada por conversão com um fator predefinido e já dado em leitura direta pelo espectrofotômetro utilizado, Spectroquant® Prove 100 da marca MERCK. Extrato Real O extrato real foi resultado da pesagem de resíduo seco de um volume de 25 mL da amostra, pipetado e transferido para uma cápsula de porcelana e submetida a secagem em estufa (100 ± 5) °C até completa evaporação. Após a cápsula de porcelana foi resfriada em dessecador e pesada (IAL, 2004). A Equação 2 demonstra como o parâmetro foi calculado: V = 𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑅𝑒𝑎𝑙 % 𝑚/v P = massa do resíduo, em g V = volume da amostra, em mL 100 x 𝑃 Extrato primitivo ou original O extrato primitivo das amostras foi obtido por meio de cálculo envolvendo os valores de teor alcoólico e extrato real segundo a fórmula de Balling (IAL, 2004), representada na equação 3. = 𝐸𝑥𝑡𝑟𝑎𝑡𝑜 𝑃𝑟𝑖𝑚𝑖𝑡𝑖𝑣𝑜 𝑒𝑚 % 𝑚⁄m P = % de álcool em peso; Er = % de extrato real. [(𝑃 × 2,066) + 𝐸𝑟] × 100 [100 + (𝑃 × 1,066)] Amargor (IBU) O volume de 5 mL da amostra descarbonatada foi pipeta, adicionado 0,5 mL de solução de ácido clorídrico 6 mol L-1 e 10 mL de isoctano P.A. adicionados à amostra. A mistura foi mantida sob agitação por 15 min a 30 rpm. Em seguida a solução resultante centrifugada a 3000 rpm durante 3 min. O sobrenadante foi coletadoe transferido para uma célula retangular de quartzo para amostras líquidas de 10 mm, 27 para análise espectrofotométrica com leitura da absorbância em 275 nm utilizando-se como o branco o isoctano P.A (Analytica EBC). O cálculo foi feito com a equação 5: 𝐴275𝑛𝑚 × 50 = 𝐴𝑚𝑎𝑟𝑔𝑜𝑟 (𝐼𝐵𝑈) A275nm = Absorbância obtida em 275nm para amostra. Polifenóis Totais Em solução alcalina, os polifenóis reagem com íons de ferro(III) para formar complexos de ferro coloridos; a cor acastanhada resultante é medida pela técnica de espectrofotometria. Um volume de 10 mL de cada amostra foi adicionado em um balão volumétrico de 25 mL, em seguida adicionados 8 mL de uma solução de ácido etilenodiaminotetracético de arboximetilcelulose (CMC-EDTA), posteriormente os volumes de 0,5 mL de solução de citrato de ferro (III) amoniacal e 0,5 mL de solução de amônia foram adicionados, completado com água e lida a absorbância após 10 minutos de repouso da solução (Analytica EBC). O resultado de polifenóis totais, expressa em mg L-1 polifenóis totais, é calculada por conversão com um fator predefinido e já dado em leitura direta pelo espectrofotômetro utilizado, Spectroquant® Prove 100 da marca MERCK. Proteínas O método utilizado para definição de proteínas totais foi o método do Biureto, o qual é baseado na reação dos íons de Cu2+ com a proteína, formando complexos com bandas de absorção na região de 540 nm (ZAIA et al, 1998). Em tubos de ensaio foram adicionados a amostra diluída e 5,0 mL da solução do Reativo de Biureto, a solução foi deixada em repouso por 30 minutos e lida em espectrofotômetro utilizado, Spectroquant® Prove 100 da marca MERCK. Limpeza/ Seleção Embebição Germinação Secagem Cevada Moagem/ maceração Caldeira Mostura Resfriamento Peneiras Caldeira de fervura Clarificação (whirlpool) Resfriamento Gritz Fluxograma m al te Balanço malte Trub grosso Caldeira Caldas Dornas fermentação Filtro Tanque maturação Filtro Tanque pressurização CO2 Trub Fino Embarrilamento Engarrafamento Pasteurização Cerveja Chopp Rótulos Perdas vasilhame Perdas produto Leveadura