UNIVERSIDADE TECNOLÓGICA FEDERAL DO PARANÁ DEPARTAMENTO ACADÊMICO DE ENGENHARIA QUÍMICA
ENGENHARIA QUÍMICA
GUSTAVO MACHADO DE LIZ
PRODUÇÃO DE BEBIDA ALCOÓLICA À BASE DE PINHÃO
TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO
PONTA GROSSA 2017
GUSTAVO MACHADO DE LIZ
PRODUÇÃO DE BEBIDA ALCOÓLICA À BASE DE PINHÃO
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como requisito parcial à obtenção do título de Bacharel em Engenharia Química, do Departamento Acadêmico de Engenharia Química, da Universidade Tecnológica Federal do Paraná.
Orientadora: Prof.ª Dr.ª Maria Helene Giovanetti Canteri.
PONTA GROSSA 2017
Ministério da Educação
Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus Ponta Grossa
Departamento Acadêmico de Engenharia Química
TERMO DE APROVAÇÃO
Produção de Bebida Alcoólica à Base de Pinhão
Por
Gustavo Machado de Liz
Monografia apresentada no dia 10 de novembro de 2017 ao Curso de Engenharia Química da Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Câmpus Ponta Grossa. O candidato foi arguido pela Banca Examinadora composta pelos professores abaixo assinados. Após deliberação, a Banca Examinadora considerou o trabalho aprovado.
____________________________________ Prof.a Dr.a Juliana de Paula Martins
(UTFPR)
____________________________________ Mestre Luciano Moro Tozetto
(UTFPR)
____________________________________ Prof.a Dr.a Maria Helene Giovanetti Canteri
(UTFPR) Orientadora
_________________________________ Prof.a Dr.a Juliana de Paula Martins Responsável pelo TCC do Curso de Engenharia Química
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a minha orientadora Prof.a Dr.a Maria Helene Giovanetti Canteri, pelos conhecimentos e orientação que me auxiliaram durante o trabalho e também pela grande disponibilidade para auxílio durante as pesquisas.
Ao Mestre Luciano Moro Tozetto, pelo auxílio e dicas no início do trabalho. Agradeço à minha família por todo o apoio e suporte dado durante esta etapa da minha vida.
Ao meu Supervisor de Estágio, o Sr. Aldo Henrique de Souza Costa, por entender a necessidade de me ausentar do estágio para realizar experimentos do trabalho.
Por fim agradeço à todos que de alguma forma puderam contribuir em alguma etapa de toda a pesquisa.
A forma mais segura de garantir a preservação da nossa tão amada Araucária, símbolo do Paraná, é a exploração econômica de seus produtos não madeiráveis, dentre eles o pinhão. Desta forma “o pinheiro irá valer muito mais em pé do que deitado” (ZANETTE, 2012).
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Araucaria angustifolia ... 06
Figura 2 - Exemplares de pinhão ... 09
Figura 3 - Esquema resumido da glicólise... 14
Figura 4 - Destino do piruvato na fermentação alcoólica na levedura ... 14
Figura 5 - Reação química da fermentação etanólica ... 15
Figura 6 - Gráfico de Pareto ... 24
Figura 7 - Efeito do tempo e temperatura no ºBrix, com razão fixa em 1:3 ... 25
Figura 8 - Efeito da temperatura e razão no ºBrix, fixando-se o tempo em 30 minutos ... 26
Figura 9 - Efeito do tempo e da razão no ºBrix, mantendo a temperatura fixa no ponto central. ... 27
Figura 10 - Processo de produção ... 28
Figura 11 - Produto final ... 30
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Composição média do pinhão cru em g/100g ... 8
Tabela 2 - Preço médio do pinhão e o volume vendido durante o ano de 2002 no estado do Paraná ... 10
Tabela 3 - Planejamento de experimento para otimização da hidrólise ... 20
Tabela 4 - Atividade enzimática frente à diluição ... 22
Tabela 5 - Resultados dos experimentos ... 23
Tabela 6 - Análise de Variância ... 23
Tabela 7 - Temperaturas na região de Ponta Grossa ... 28
Tabela 8 - Densidade e ºBrix inicial e final ... 29
RESUMO
DE LIZ, Gustavo Machado. Produção de bebida alcoólica à base de pinhão. 2017. 36 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado Engenharia Química) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná. Ponta Grossa, 2017.
O pinhão é a semente da Araucária, árvore de extrema importância socioeconômica do sul do Brasil, muito desmatada na década de 70. Hoje, o pinhão é o principal produto da árvore e pode garantir a conservação da mesma. Pouco se conhece sobre a industrialização da semente, fonte de alimento muito rica em carboidratos, principalmente amido. Neste trabalho, propôs-se a produção de uma bebida através da hidrólise com α-amilase e consequente fermentação da semente. Para a hidrólise, foi feito um planejamento de experimentos variando-se temperatura, razão pinhão/água e tempo. A variável com maior influência na hidrólise foi a temperatura, sendo 97 ºC o ponto ótimo. A hidrólise foi parcial e resultou em baixa quantidade de açúcares fermentescíveis. Já, a atividade enzimática foi testada frente a sua diluição e constatou-se que quanto maior a concentração de enzimas melhor é o seu efeito degradante. A produção da bebida foi realizada com as condições ótimas de hidrólise obtidas no planejamento de experimento e a fermentação ocorreu por sete dias à temperatura ambiente. O produto final apresentou 3,0 ºGL de álcool, sabor amargo, ácido e textura seca, não se mostrando um produto de aceitação no mercado. Sugere-se a destilação como forma de eliminar sabores desagradáveis, porém a baixa quantidade de álcool inviabiliza o processo.
ABSTRACT
DE LIZ, Gustavo Machado. Production of alcoholic beverage based on pinion. 2017. 36 p. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Química) - Federal Technology University - Parana. Ponta Grossa, 2017.
Pine nut is the seed of Araucaria, three extremely important for the society and economy of the Brazil´s South and severely deforested in the 1970s. Today, the pine nut is the principal product of this three and it ensures his conservation. The industrialization of the seed is few known, although it is a source of food and very rich in carbohydrates, mainly starch. In this work, it was proposed to produce a beverage through hydrolysis with α-amylase and consequent fermentation of the seed. To the hydrolysis, an experiment was planned varying temperature, proportion pine nut /water and time. The variable that most influenced hydrolysis was the temperature, with 97 ºC as the optimum point. The hydrolysis was partial resulting in a low amount of fermentable sugars. The enzymatic activity was tested against its dilution and it was found that the higher the enzyme concentration, the better its degrading effect. The beverage production was performed with the optimum hydrolysis conditions obtained in the experiment planning and the fermentation occurred for seven days at room temperature. The final product presented 3,01 ºGL of alcohol, bitter taste, acid and dry texture, not showing itself to be a product of acceptance in the market. Distillation is suggested as a way to eliminate unpleasant flavors, but the low amount of alcohol made the process unfeasible.
SUMÁRIO 1INTRODUÇÃO... 3 2OBJETIVOS ... 5 2.1 GERAL ... 5 2.2 ESPECÍFICOS ... 5 3REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 6 3.1 ARAUCÁRIA ... 6 3.1.1Conservação da Araucária... 6 3.2 PINHÃO ... 8
3.2.1Aspectos Sociais e Econômicos do Pinhão ... 9
3.3 AMIDO ... 10
3.3.1Hidrólise do Amido ... 11
3.3.2Bebidas Alcoólicas à Base de Amido ... 12
3.4 FERMENTAÇÃO... 13
3.4.1Leveduras ... 16
3.4.2Adjuntos ao Processo de Fermentação em Bebidas Alcoólicas ... 16
3.5 DESTILAÇÃO ... 17
4MATERIAL E MÉTODOS ... 19
4.1 AMOSTRAS ... 19
4.2 VERIFICAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA ... 19
4.3 OTIMIZAÇÃO DA HIDRÓLISE DO AMIDO ... 19
4.4 PRODUÇÃO DA BEBIDA ... 20
4.5 ANÁLISES DO PRODUTO FINAL ... 21
5RESULTADOS E DISCUSSÕES ... 22
5.1 VERIFICAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA ... 22
5.2 OTIMIZAÇÃO DA HIDRÓLISE ... 22
5.3 PROCESSO DE PRODUÇÃO DA BEBIDA ... 28
5.4 ANÁLISE DO PRODUTO FINAL... 29
6CONCLUSÃO ... 31
1 INTRODUÇÃO
O pinhão é a semente da Araucaria angustifolia, árvore popularmente conhecida como pinheiro-do-paraná, espécie de extrema importância socioeconômica do Sul do Brasil, também presente no sul dos estados da região Sudeste, como São Paulo e Minas Gerais. De ocorrência sazonal, desenvolve-se dentro de pinhas fechadas, que amadurecem e irrompem no final do outono e durante o inverno do hemisfério sul (SANTOS, 2002).
Essa semente é uma relevante fonte de alimento tanto para as espécies naturais das áreas em que estão presentes as araucárias, quanto para os humanos, que coletam e exercem o comércio da semente para fins alimentícios. A parte comestível é basicamente constituída de amido, sendo uma boa fonte de carboidratos complexos (CORDENUNSI et al., 2004).
Pouco se conhece sobre a industrialização do pinhão, porém se sabe que apresenta grande importância na economia e culinária típica, sobretudo no interior dos estados em que a araucária é nativa, por ser fonte de emprego e renda para os envolvidos na produção e comércio das sementes, mas sem atingir escala industrial. Uma das vertentes para a valorização do pinhão refere-se ao seu processamento que permite estender o período de oferta do produto, bastante limitado pelo baixo grau de industrialização (BALBINOT et al., 2008).
A carência de produtos elaborados com pinhão constitui em um dos principais entraves da cadeia produtiva da espécie, sendo de sumo interesse o desenvolvimento e a disponibilização de produtos de maior valor agregado (CORSO et al., 2002), com possível aumento de renda para as comunidades rurais que se beneficiam do comércio do pinhão. Todavia, deve-se frisar a relevância de se preservar a espécie, garantindo a conservação das áreas remanescentes. Devido a essa falta, há a necessidade da criação de novos processos ou produtos, que tragam essa agregação de valor a semente, uma vez que, após a proibição do corte da araucária pelo Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), a espécie desvalorizou economicamente e, por consequência, houve uma perda no interesse de conservação da mesma (DANNER; ZANETTE; RIBEIRO, 2012).
No ramo da culinária, o pinhão está presente em uma série de pratos típicos, como a paçoca, entrevero, a sopa de pinhão, doces, bolos em geral, com avanços na valorização do mesmo como alimento (GODOY et al., 2013). Também são
encontradas bebidas utilizando o pinhão, como no caso das cervejas, que utilizam a semente como adjunto do malte em sua fabricação. Dentre elas, destaca-se a Insana Pinhão, produzida pela cervejaria Insana da cidade de Palmas no Paraná, que carrega em sua essência a ideia de proteger as araucárias e o ecossistema em volta (GAZETA DO POVO, 2015).
Segundo Acselrad e colaboradores (2012), o Brasil é um dos principais produtores de bebidas alcoólicas no mundo, movimentando milhões em um mercado com destaque na economia do país. Neste âmbito, surge a possibilidade de se produzir uma bebida alcoólica a partir do pinhão. Por ser constituído basicamente de amido, esse pode ser processado, mediante sua sacarificação e posterior fermentação para se obter tal produto, fomentando a sua cadeia produtiva, pela agregação de valor por intermédio da industrialização da bebida.
Em função de que a madeira do pinheiro-do-paraná teve seu comércio proibido, deixando de ser o principal subproduto derivado da espécie, cabe ao pinhão assumir esse posto. Diante deste cenário, se observa a necessidade de desenvolver um produto de alto valor agregado a partir da semente, que, por consequência, poderá trazer de volta o interesse pela conservação da araucária e assim garantir a sua preservação.
2 OBJETIVOS
2.1 GERAL
Estabelecer o protocolo de produção de uma bebida alcoólica a partir da fermentação das sementes de Araucaria angustifolia (pinhão).
2.2 ESPECÍFICOS
- Otimizar as condições de hidrólise do amido presente no pinhão, com relação ao tempo e temperatura do processo.
- Realizar o acompanhamento da fermentação por meio da quantidade de sólidos solúveis (ºBRIX).
- Verificar se o pinhão, após ser fermentado isoladamente, alcança produção satisfatória de álcool.
- Elaborar e descrever um diagrama para o processo de produção da bebida alcoólica a partir do pinhão.
- Realizar a caracterização físico-química quanto ao teor alcoólico e acidez do produto final.
3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 ARAUCÁRIA
A araucária (Araucaria angustifolia), conhecida também como pinheiro-do-paraná (figura 1), é uma espécie encontrada em densos agrupamentos nos três estados do Sul do Brasil, sendo também encontrada em pequenas porções na região sul de São Paulo, Minas Gerais e Rio de Janeiro (SANTOS et al., 2002)
Diversos subprodutos podem ser obtidos da araucária, tanto madeiráveis como não madeiráveis. Entre os não madeiráveis, destaca-se o pinhão (semente de árvore), como forma de alimento apreciado tanto pelo homem, quanto pela fauna silvestre (SANTOS et al., 2002). Já com relação aos madeiráveis, destaca-se a madeira em si, por possuir alto teor de celulose para a fabricação de papel e também por ser de alta qualidade para construções, características que levaram a
Araucaria angustifolia a ser um dos produtos mais importantes na exportação
brasileira durante várias décadas (DANNER; ZANETTE; RIBEIRO, 2012).
Figura 1 - Araucaria angustifolia Fonte: G1 (2015)
3.1.1 Conservação da Araucária
Segundo Stefenon, Nodari e Reis (2003), durante a década de 70, a espécie foi desordenadamente explorada em função do comércio madeireiro. Dados apontam que 90% de cerca de um milhão de metros cúbicos de madeira exportada pelo país era de araucária. Tal exploração fez com que a espécie fosse classificada como vulnerável na Lista Oficial de Espécies da Flora Brasileira Ameaçada de
Extinção (Port. 37-N/92) (IBAMA, 2002). Em 2001, o Conselho Nacional do Meio Ambiente (CONAMA), publicou uma resolução que suspendeu o corte e exploração das espécies presentes na lista oficial do IBAMA em populações naturais (FIGUEIREDO et al., 2009). Porém, essa proibição do uso da madeira ocasionou a desvalorização econômica da espécie, bem como a perda de interesse em sua conservação, o que por sua vez estimula proprietários rurais a impedir a sua regeneração natural (DANNER; ZANETTE; RIBEIRO, 2012).
A Empresa Brasileira de Pesquisas Agropecuárias (EMBRAPA) possui diversas estratégias para garantir a conservação da araucária. Em um de seus projetos, chamado “Uso e conservação da araucária na agricultura familiar”, busca aproximar os proprietários rurais da ideia de preservação da espécie, contando com a colaboração dos mesmos para identificar árvores com diferentes características, destinadas a programas de melhoramento genético, a fim de se obter árvores que tragam maior retorno econômico pela produção de pinhões e madeira, tornando o produtor rural um grande aliado na preservação da espécie ameaçada (EMBRAPA, 2015).
O Ministério do Meio Ambiente (MMA), também possui ações visando à conservação da espécie. No ano de 2003, o MMA criou o Grupo de Trabalho Araucárias Sul, com o objetivo de realizar ações de conservação e recuperação dos remanescentes da Floresta de Araucária, por meio da criação de unidades de conservação. O MMA também apoia projetos que buscam o manejo sustentável da
Araucaria angustifolia, bem como a promoção da cadeia de valor do pinhão, como
evidenciou-se em sua Chamada 11 de Projetos, publicada em 2011. Os projetos escolhidos tinham a intenção de trazer significativos avanços na cadeia de comercialização e na consequente valorização do pinhão como alimento (DANNER; ZANETTE; RIBEIRO, 2012).
Enfim, a forma mais segura de garantir a preservação da araucária, árvore símbolo do Paraná, é a exploração econômica de seus produtos não madeiráveis, dentre eles o pinhão. Desta forma, o pinheiro irá valer muito mais “em pé do que deitado” (ZANETTE, 2012).
3.2 PINHÃO
O pinhão, a semente da Araucaria angustifólia, é um alimento muito rico em carboidratos, principalmente amido (Tabela 1), além de conter quantidades significativas de minerais essenciais à vida (SILVA et al., 2013). Por ser altamente nutritivo, garante a alimentação de diversas espécies animais, sendo as principais os pássaros e roedores, mas também é bastante consumido por humanos nos meses de outono e inverno nas regiões Sul e Sudeste do país (LEITE, 2007).
Tabela 1 - Composição média do pinhão cru em g/100g
Propriedades Pinhão cru
Umidade 49,5 ± 0,02 Cinzas 1,60 ± 0,01 Proteínas 3,57 ± 0,05 Lipídios 1,26 ± 0,07 Fibras solúveis 0,63 ± 0,13 Fibras insolúveis 4,26 ± 0,20 Amido 36,28 ± 0,11 Açúcares solúveis 2,43 ± 0,16
Fonte: Condenunsi et al. (2004)
Para se obter as sementes, é feita uma colheita artesanal e extrativista na época em que estão maduras, geralmente entre abril e junho. Essas são encontradas em forma de pinha nos galhos da araucária e quando a pinha “desfalha”, cai no chão e solta o pinhão. As pinhas também podem ser derrubadas de forma manual prematuramente (EMBRAPA, 2014; SANTOS et al., 2002). A figura 2 ilustra algumas sementes de araucária.
Figura 2 - Exemplares de pinhão Fonte: EMBRAPA (2014)
Segundo Leite (2007), já há 6000 anos atrás, os indígenas que viviam no sul do Brasil consumiam este alimento, sendo encontrados restos de cascas de pinhões junto aos carvões das fogueiras acesas por estes antigos grupos que habitavam a mata de araucária. Algumas tribos, como os Caigangues e os Guaranis, consomem o pinhão cozido desde a sua origem até os dias de hoje, sendo esse o seu principal alimento durante o inverno.
3.2.1 Aspectos Sociais e Econômicos do Pinhão
Culturalmente, o consumo de pinhão já está estabelecido na região Sul do país por fazer parte da história da população dessa região há milhares de anos; sendo assim, é imprescindível sua presença nas festas que ocorrem durante o inverno. Esses eventos favorecem a geração de renda de um município ou região, pois neles se comercializam toneladas de pinhão. Pode-se citar como exemplo a Festa Nacional do Pinhão em Lages/SC, a Festa do Pinhão em São José dos Pinhais/PR e a Feira do pinhão em Curitiba/PR (DANNER; ZANETTE; RIBEIRO, 2012; SANTOS et al., 2002)
Sendo um alimento notável e nutritivo há milhares de anos para os povos do Sul do Brasil, a importância econômica do pinhão para os estados em que a araucária se desenvolve naturalmente é significativa, pois movimenta o mercado da região. No ano de 2011, foram comercializados 3.399 toneladas de pinhão nos mercados atacadistas (CEAGESP, de São Paulo, e CEASA’s do Rio Grande do Sul,
Santa Catarina e Paraná) (DANNER; ZANETTE; RIBEIRO, 2012). Já Santos et al. (2002), indicaram que, em 2001, a quantidade comercializada somente no estado do Paraná foi 952.320 kg. A tabela 2 apresenta a origem do pinhão comercializado no Paraná, bem como o volume e o preço médio.
Tabela 2 - Preço médio do pinhão e o volume vendido durante o ano de 2002 no estado do Paraná
Procedência Preço médio (R$/kg) Volume (kg)
Espírito Santo 1,65 500
Minas Gerais 0,98 150.790
Paraná 1,03 344.239
Rio Grande do Sul 1,40 116.851
Santa Catarina 1,30 31.340
São Paulo 0,86 308.600
Total 1,03 952.320
Fonte: Santos et al. (2002)
Com relação ao fluxo de comercialização do pinhão, nota-se um baixo grau de industrialização, como consequência dos aspectos culturais e das restrições advindas da sazonalidade e quantidade produzida do produto. A cadeia produtiva do pinhão caracteriza-se mais como canal de comercialização, uma vez que é coletado pelos agricultores e vendido diretamente aos consumidores. Isso evidencia alguns contrapontos à comercialização de grandes volumes, principalmente por não existirem técnicas aprimoradas para sua conservação e também impõe obstáculos com relação à agregação de valor, por ter um baixíssimo ou quase nulo grau de industrialização, o que demonstra a necessidade de se desenvolver pesquisas a respeito de novos produtos industrializados do pinhão, bem como de técnicas de conservação, para assim ofertá-lo o ano todo (SANTOS et al., 2002).
3.3 AMIDO
O amido é um polissacarídeo com características físicas e aspectos nutricionais que o destaca dos demais carboidratos, sendo a reserva alimentar
predominante em vegetais, fornecendo 70-80% das calorias de consumo humano no mundo. Para se obter os amidos comerciais, as principais fontes são sementes de cereais, como milho, trigo, arroz e também de tubérculos e raízes como a batata e a mandioca. No quadro 1, são apresentados alguns exemplos da aplicação do amido (DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010).
Indústria Utilização de amido/ amido modificado
Alimentícia Modificador de viscosidade, filmes comestíveis, agente de brilho
Adesiva Adesivo
Papeleira Adesivo, dimensionamento, revestimento Têxtil Dimensionamento, finalização e estampagem Farmacêutica Diluente, aglutinante, encapsulamento Perfuração de petróleo Modificador de viscosidade
Detergente Tensoativos, agente de suspensão e agente clareador Agrícola Pesticidas e cobertura de sementes
Plásticos Embalagens de alimentos
Cosmética Cremes e talcos
Purificação Floculador
Quadro 1 - Aplicação industrial do amido Fonte: Liu (2005)
O amido distingue-se dos demais carboidratos pelo fato de que ocorre na natureza, em grandes partículas características chamadas de grânulos, insolúveis e que se hidratam pouco em água fria. A maioria destes grânulos é composta de uma mistura de dois polímeros, um polissacarídeo linear e outro ramificado, chamados respectivamente de amilose e amilopectina. A amilose é uma macromolécula com ramificações curtas e compõe cera de 25% dos amidos, já a amilopectina é extensa e altamente ramificada, constituindo mais ou menos 75% da maioria dos amidos comuns (DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010).
3.3.1 Hidrólise do Amido
Por ser constituído de cadeias muito grandes, o amido não é diretamente fermentescível, necessitando de hidrólise prévia, para quebrar suas cadeias e assim
liberar a glicose. Para a realização do processo de hidrólise são necessários água e agentes químicos ou enzimáticos (TORRES; LEONEL; MISCHAN, 2012).
Comercialmente, o processo com agentes químicos, dá-se pela adição de ácido clorídrico aos amidos bem misturados, seguido de aquecimento até que o grau de despolimerização seja alcançado. Então, o ácido é neutralizado e o produto é recuperado, lavado e seco. O produto final permanece granular, porém desagrega-se com maior facilidade que o amido não tratado (DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010).
Segundo Maarel e colaboradores (2002), a hidrólise enzimática por sua vez ocorre em duas etapas: a liquefação e a sacarificação. Na liquefação, o amido é colocado em solução aquosa, aquecido até sua gelatinização e hidrolisado parcialmente utilizando a α-amilase. A temperatura de gelatinização varia de acordo com a fonte do amido, porém está na faixa de 65 a 105 ºC (TORRES; LEONEL; MISCHAN, 2012). Nesse processo, a ação da α-amilase produz uma solução de oligossacarídeos que, na fase de sacarificação, são hidrolisados em glicose por outras enzimas, como as glicoamilases, β-amilases e isoamilases. Como produto final desse processo, tem-se uma solução de sacarídeos de baixa massa molar como glicose e maltose (TORRES; LEONEL; MISCHAN, 2012; DAMODARAN; PARKIN; FENNEMA, 2010; MAAREL et al., 2002).
3.3.2 Bebidas Alcoólicas à Base de Amido
De acordo com Damodaran e colaboradores (2010), o amido é um carboidrato e, portanto, passível de fermentação desde seja submetido previamente a um processo de hidrólise para transformá-lo em açúcares fermentescíveis. Neste sentido, toda e qualquer matéria prima com quantidades consideráveis de amido pode ser utilizada para a produção de bebidas alcoólicas, mediante sua sacarificação e posterior fermentação.
Andrade, Pantoja e Maeda (2003) descrevem uma bebida produzida a partir da pupunha (Bactris gasipaes), fruto da pupunheira, a qual continha a concentração de amido de 44,32 g/100g em sua polpa, resultando em um fermentado com graduação alcoólica de 12,1% (v/v).
Santos e colaboradores (2005) citam um destilado obtido a partir da sacarificação e fermentação do mosto da mandioca (Manihot esculenta). De origem indígena, a bebida, chamada de Tiquira, ainda produzida, movimentava um mercado de aproximadamente R$ 500.000,00, no final dos anos 90 (IBGE, 1998).
Menezes, Menezes e Alves (2014) produziram uma vodca a partir de batata (Solanum tuberosum), fermentando um hidrolisado do tubérculo, obtendo um produto com teor alcoólico de 6,05% v/v, posteriormente destilado duas vezes consecutivas, gerando um produto final com teor de álcool de 39,7% v/v.
Neste contexto, a produção de uma bebida alcoólica à base de pinhão é viável, visto que, segundo Cordenunsi e colaboradores (2004), a semente é composta principalmente de amido, sendo passível de sacarificação e posterior fermentação a fim de elaborar um produto industrializado com alto valor agregado.
3.4 FERMENTAÇÃO
Fermentação é o fenômeno causado por microrganismos vivos, como bactérias, fungos ou leveduras, que decompõem e transformam o substrato. Em geral, ocorre a degradação anaeróbia da glucose, ou outros carboidratos, resultando em produtos variados, pare se obter energia na forma de ATP. O tipo de produto depende da composição do substrato e dos microrganismos presentes (VENTURINI FILHO, 2010; VENTURA, 2007).
A quebra da glucose em duas moléculas de piruvato é um mecanismo biológico extremamente antigo para a obtenção de energia a partir de moléculas orgânicas, uma vez que os microrganismos viviam em uma atmosfera ausente de oxigênio (VENTURA, 2007). A figura 3 demonstra a rota de degradação da glucose, até a formação do piruvato. Na fase preparatória, há o consumo de duas moléculas de ATP e na fase de pagamento, são produzidas quatro moléculas de ATP, com saldo final de duas moléculas de ATP na glicólise.
Figura 3 - Esquema resumido da glicólise Fonte: Ventura (2007)
Segundo Ventura (2007), o piruvato produzido na glicólise, pode ter três destinos, a depender do tipo de microrganismo e das rotas metabólicas. No caso da levedura, essa substância é convertida em etanol e CO2, como se indica na figura 4.
Figura 4 - Destino do piruvato na fermentação alcoólica na levedura Fonte: Ventura (2007)
No caso específico da fermentação alcoólica, o processo é realizado em substrato açucarado, convertido em gás carbônico e etanol, através da ação predominante das leveduras (VENTURINI FILHO, 2010). A reação química da fermentação alcoólica é evidenciada na figura 5.
Figura 5 - Reação química da fermentação etanólica Fonte: Ventura (2007)
Tal qual as bactérias, as leveduras estão espalhadas por toda a natureza e podem inocular espontaneamente os substratos açucarados, mesmo sem estarem adequadamente preparados para receber o fermento; por isso, deve-se tomar o cuidado para que a fermentação se inicie somente após a inoculação do mosto dentro da dorna. Após o preparo do fermento, deve-se proceder à sua alimentação com um mosto convenientemente preparado para que a fermentação se inicie o mais rápido possível (VENTURINI FILHO, 2010).
A fermentação é constituída de três etapas: fermentação preliminar (pré-fermentação); fermentação principal (tumultuosa) e fermentação complementar (pós-fermentação). Na fase preliminar, ocorre o consumo de açúcar que resulta na multiplicação das leveduras, sem a formação de álcool e CO2. Já, durante a fermentação principal, observa-se um significativo desprendimento de CO2, com intensa produção de álcool e elevação da temperatura. Nesta fase ocorre também uma redução significativa na densidade do mosto em fermentação, pois os açúcares são transformados em álcool e outros compostos líquidos (VENTURINI FILHO, 2010; LEHNINGER; NELSON; COX, 2002). Por fim, a fermentação complementar realiza o consumo dos açúcares ainda disponíveis no meio. Há um aumento da acidez, redução da temperatura e do desprendimento de CO2, pois se tem menor formação de etanol, em virtude do esgotamento do meio (VENTURINI FILHO, 2010).
Com relação ao controle da fermentação, há vários parâmetros a serem considerados. Um dos mais utilizados é a concentração de açúcares (sólidos solúveis), avaliada por meio do refratômetro com resultado expresso através de graus Brix do mosto, durante toda a fermentação, em intervalos regulares, do início ao fim do processo. Os valores obtidos devem indicar queda contínua, uma vez que as leveduras estão convertendo os açúcares em álcool. A paralisação precoce ou
queda lenta do Brix pode indicar algum desequilíbrio no processo, como a matéria-prima deteriorada, fermento ou concentração de açúcar inadequada ou refrigeração excessiva, entre outros (VENTURINI FILHO, 2010).
3.4.1 Leveduras
Segundo Venturini Filho (2010), as leveduras são fungos de grande interesse industrial que pertencem à classe dos Ascomicetos, sendo a espécie mais importante a Saccharomyces cerevisiae.
Lodder (1970) descreveu as células de Saccharomyces cerevisiae como do tipo esféricas, subglobosas, ovoide, elipsoide ou cilíndrica e alongada, encontradas sozinha ou em pares, eventualmente em cadeias curtas ou clusters.
Nas regiões onde há o desenvolvimento de processos fermentativos, a presença de “leveduras nativas ou selvagens” é frequente e pode provocar fermentações naturalmente, sem a necessidade de inoculação. Porém, essa fermentação é inadequada, lenta, irregular e de baixo rendimento (VENTURINI FILHO, 2010).
A levedura utilizada deve apresentar determinadas características para garantir o bom rendimento fermentativo e estar ativa e em quantidade adequada ao se iniciar o processo. Dentre as características pretendidas, busca-se alta velocidade de fermentação, tolerância ao álcool, resistência à acidez e temperatura elevada, estabilidade genética e também maior rendimento do processo (VENTURINI FILHO, 2010).
3.4.2 Adjuntos ao Processo de Fermentação em Bebidas Alcoólicas
Os adjuntos são quaisquer fontes de açúcares fermentescíveis utilizados no processo de fermentação, mas que não derivam diretamente do produto a ser fermentado (BATISTA, 2014).
Industrialmente, os adjuntos mais usados são cereais como o milho, o arroz e o trigo, mas também podem ser utilizados o sorgo a aveia e o triticale. São utilizados também açúcares na forma cristalizada ou de xarope, com vantagens sobre os cereais, por possuírem baixos teores de proteínas, não precisarem de
pré-tratamento (sacarificação) e utilizarem menor volume de armazenamento, pois vêm concentrados em embalagens pequenas (VENTURINI FILHO, 2010).
Em seu trabalho, Venturini Filho e Cereda (1998), utilizaram a fécula de mandioca e o amido de milho como adjunto de malte na fabricação de cerveja, com uma proporção malte/adjunto de 2:1. Os autores justificam a substituição de parte do malte por adjuntos, como fundamentalmente econômica, visto que são mais baratos que o próprio malte.
Já Silva, Chalerge e Carvalho (2014), descrevem o uso do tamarindo (Tamarindus indica) como adjunto de cerveja, também com a finalidade de redução de custo e visando agregar valor ao fruto, matéria prima amplamente encontrada no nordeste.
Por outro lado, Matos e colaboradores (2009) utilizaram a banana como adjunto pelo fato de ser uma fruta abundante no Brasil e ser pouco qualificada para exportação. Neste processo, produzem um mosto com elevada concentração de açúcares, posteriormente utilizado para produzir uma cerveja com elevada quantidade de álcool, depois diluída.
3.5 DESTILAÇÃO
Venturini Filho (2010) descreve a destilação como o processo de volatilizar os líquidos pelo aquecimento seguido de condensação, buscando a purificação ou formação de produtos novos por decomposição das frações.
Conhecendo-se a volatilidade das substâncias, podem-se separar as substâncias voláteis (água, álcool etílico, aldeídos, álcoois, superiores, ácido acético, entre outras), das não voláteis (células de leveduras, bactérias, sólidos em suspensão, sais minerais, açúcares não fermentescíveis, proteínas, entre outros resíduos), obtendo assim duas fases (VENTURINI FILHO, 2010).
Lima (1964), afirma em seu trabalho que a qualidade do destilado obtido depende da composição qualitativa dos constituintes presentes em mínimas quantidades, mas principalmente, da proporção adequada dos componentes da mistura, que condicionará o aroma e sabor típico da bebida. Essa composição depende da natureza e composição do produto a ser destilado e também do modo
como a destilação é conduzida. Todos estes fatores controlam e determinam o buquê do destilado, resultado da combinação de aromas dos componentes não alcoólicos.
4 MATERIAL E MÉTODOS
4.1 AMOSTRAS
As amostras de pinhão utilizadas foram adquiridas no mês de julho de 2016, no comércio local da cidade de Lages, Santa Catarina.
4.2 VERIFICAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
A enzima utilizada foi do tipo Termamyl 2X (α-amilase), adquirida junto a empresa Novozymes.
Para verificar a atividade da Termamyl na suspensão de pinhão, foi realizada uma otimização da ação da enzima frente a sua diluição. Essa otimização foi feita preparando-se misturas de 3,5 g de pinhão cozido e triturado e 10 mL de água em cinco frascos diferentes e então adicionou-se, respectivamente, 20 µL, 10 µL, 5 µL, 2 µL e 1 µL de α-amilase. Cada frasco continha a mesma proporção água/pinhão, porém com uma concentração diferente de enzima. Os frascos foram aquecidos a 100 ºC durante 30 minutos, em um extrator de óleos e graxas MARCONI, modelo MA 044/8/50. Por fim, aguardou-se o resfriamento até 25 ºC e então se analisou a quantidade de sólidos solúveis (e indiretamente de açúcares) no meio, através da medida do ºBrix, por meio de um refratômetro analógico de bancada da marca MAJ LAB, para assim determinar o quanto a diluição influencia na atividade enzimática.
4.3 OTIMIZAÇÃO DA HIDRÓLISE DO AMIDO
Para a otimização da hidrólise do amido, as sementes foram cozidas por uma hora e meia, descascadas e trituradas em um liquidificador. Em uma balança de precisão (OHAUS), foram pesadas massas de sementes já preparadas, para serem diluídas em água. Os frascos foram aquecidos no extrator de óleos e graxas e a enzima foi adicionada no momento em que se alcançaram as temperaturas desejadas. A quantidade de Termamyl em cada frasco foi de 2 mL por litro de solução de água e pinhão.
Os parâmetros selecionados para os experimentos foram temperatura, tempo de aquecimento e a razão pinhão/água conforme a tabela 3. A resposta avaliada foi a quantidade de açúcares de cada amostra fornecida pela medida do ºBrix.
Tabela 3 - Planejamento de experimento para otimização da hidrólise Razão pinhão/água (m/m) Tempo (min) Temperatura (ºC)
1:3 30 85 1:3 30 85 1:2 45 97 1:2 15 97 1:4 15 97 1:4 45 97 1:2 45 73 1:2 15 73 1:4 15 73 1:4 45 73
Após o aquecimento, se aguardou o resfriamento das amostras até 25 ºC, para então realizar a medida dos ºBrix com o refratômetro analógico.
Os resultados dos experimentos foram analisados utilizando o software Statistica 5.0 (Statistica for Windows, Statsoft, Inc, 1999. Tulsa, OK, EUA)
4.4 PRODUÇÃO DA BEBIDA
Foi preparado um mosto para ser fermentado, contendo quatro litros de água e dois quilos de pinhão previamente cozidos, descascados, triturados e hidrolisados nas condições ótimas resultantes da otimização da hidrólise.
A fermentação se deu utilizando a levedura (Saccharomyces cerevisiae) Safbrew T-58, da empresa Fermentis. Em uma balança de precisão da empresa OHAUS, foi pesado 1,84 g de levedura, a qual foi hidratada em 100 mL de água esterilizada, por duas horas antes de ser inoculada no fermentador.
Após preparada, a levedura foi adicionada ao mosto e então a mistura foi colocada em um fermentador. Durante os primeiros minutos do processo, foi promovida intensa agitação no fermentador a fim de aerar o mosto e gerar bastante oxigênio, para garantir a multiplicação do fermento.
O mosto permaneceu em fermentação a temperatura ambiente, por sete dias. A temperatura de fermentação foi obtida pela média das temperaturas durante os sete dias registradas pelo IAPAR (Instituto Agronômico do Paraná) na região de Ponta Grossa.
O acompanhamento da fermentação foi feito mediante a avaliação indireta da concentração de açúcares presentes, retirando-se uma amostra regularmente e a analisando em um refratômetro analógico de bancada MAJ LAB, para se obter o teor de sólidos solúveis (ºBrix).
Após a fermentação, a bebida foi filtrada em um coador de tecido sintético e transferida para um vasilhame, para enfim ser armazenada na geladeira.
4.5 ANÁLISES DO PRODUTO FINAL
Com relação às análises da bebida, foi feita a análise para se estimar a concentração de álcool após a fermentação, através da medida da densidade inicial do mosto em comparação com a final (após a fermentação), utilizando densímetro Incoterm. Também foi utilizada a diferença de ºBrix entre o início e o final da fermentação, para estimar o grau alcoólico
Por fim realizou-se a análise pH da bebida através de medida direta com um phmêtro de bancada da marca KASVI.
5 RESULTADOS E DISCUSSÕES
5.1 VERIFICAÇÃO DA ATIVIDADE ENZIMÁTICA
Os resultados da verificação da atividade enzimática são apresentados na tabela 4.
Tabela 4 - Atividade enzimática frente à diluição Quantidade de enzima (µL) ºBrix
20 10
10 7,9
5 7
2 6
1 6
Os valores da tabela indicaram maior efetividade da enzima quando estava em maior concentração no meio, sendo quantidade de 20 µL de enzima a opção que degradou maior quantidade de amido em açúcares, observado pelo maior valor de ºBrix, que indica maior quantidade de sólidos dissolvidos no meio. Os resultados obtidos são semelhantes aos relatados por TORRES, LEONEL e MISCHAN (2012), que analisaram a influência da concentração de enzimas amilolíticas na hidrólise do amido de gengibre e observaram que as maiores concentrações de Termamyl 2x, permitiram a obtenção de maiores teores de glicose no produto hidrolisado.
5.2 OTIMIZAÇÃO DA HIDRÓLISE
A tabela 5 exibe os resultados dos experimentos realizados para se obter as condições ótimas de hidrólise do pinhão.
Tabela 5 - Resultados dos experimentos Razão pinhão/água
(m/m) Tempo (min) Temperatura (ºC) ºBrix
0,33 30 85 7,1 0,33 30 85 6,8 0,5 45 97 8 0,5 15 97 9,1 0,25 15 97 8,8 0,25 45 97 7,8 0,5 45 73 6,4 0,5 15 73 4,9 0,25 15 73 4,7 0,25 45 73 5,0
A significância dos efeitos das variáveis e das possíveis interações entre elas foi checada pela aplicação da análise de variância (ANOVA), apresentada na tabela 6, e do gráfico de Pareto (figura 6). Também foram utilizadas as informações geradas pelos gráficos de superfície de resposta, apresentados nas figuras 7,8 e 9.
Tabela 6 - Análise de Variância Efeitos estimados; R² = 0,98834; Ajuste = 0,96112
Soma Quadrática Média Quadrática Teste F Valor p
Razão Linear 0,55125 0,55125 18,3750 0,050347 Razão Quadrática 0,13919 0,13919 4,6396 0,164072 Tempo Linear 0,01125 0,01125 0,3750 0,602640 Temperatura Linear 20,16125 20,16125 672,0417 0,001485 Razão x Tempo 0,15125 0,15125 5,0417 0,153846 Razão x Temperatura 0,15125 0,15125 5,0417 0,153846 Tempo x Temperatura 1,90125 1,90125 63,3750 0,015415 Resíduo 0,21125 0,21125 7,0417 0,117502 Erro puro 0,06000 0,03000 - - Total 23,25636 - - -
A análise se mostra confiável, uma vez que o valor do R² foi de 0,9883. Com relação ao valor p, a variável que se mostrou mais significativa foi a temperatura. Nota-se também uma relação confiável de influência na variável dependente entre tempo e temperatura.
Pareto Chart of Standardized Effects; Variable: BRIX 3 factors, 1 Blocks, 11 Runs; MS Pure Error=,03
DV: BRIX -,612372 -2,15397 -2,24537 2,245366 4,286607 -7,96084 25,92377 p=,05
Standardized Effect Estimate (Absolute Value) (2)Tempo(L) Razão(Q) 1Lby3L 1Lby2L (1)Razão(L) 2Lby3L (3)Temperatura(L)
Figura 6 - Gráfico de Pareto
A linha vermelha vertical indica a fronteira do intervalo de confiança de 95%. De fato, a temperatura influencia muito positivamente na quantidade de açúcares obtidos, evidenciado pelo maior valor de ºBrix, mas também se observa uma relação negativa entre tempo e temperatura, ou seja, uma diminuição no tempo e na temperatura resultará em um ºBrix menor. A razão de pinhão e água também se mostra de certa forma confiante, estando no limite do intervalo de confiança, e influencia de forma positiva a hidrólise.
Com os resultados dos experimentos, foram construídas as superfícies de resposta. A figura 7 apresenta os efeitos do tempo e temperatura no ºBrix, estando a razão fixada em 1:3.
Figura 7 - Efeito do tempo e temperatura no ºBrix, com razão fixa em 1:3
Como pode ser observado, à temperatura de 72 ºC e tempo de 10 minutos é o ponto com o menor valor de ºBrix; já, o maior valor de hidrólise, pode ser observado na temperatura de 97 ºC.
A relação de efeito na hidrólise entre temperatura e razão de pinhão/água é mostrada na superfície de resposta da figura 8, onde se manteve o tempo fixo em 30 minutos. Novamente, observam-se valores mais altos compatíveis com maior teor de açúcares dissolvidos, para altas temperaturas.
Figura 8 - Efeito da temperatura e razão no ºBrix, fixando-se o tempo em 30 minutos
Por fim, a figura 9 evidencia a superfície de resposta do tempo e da razão na hidrólise, mantendo-se a temperatura fixa no ponto central. Como se pode ver, a variação do tempo não influencia muito no resultado da hidrólise; já, com relação à razão, é interessante se manter um valor mais elevado, sendo por volta de 0,5 o ponto ótimo.
Figura 9 - Efeito do tempo e da razão no ºBrix, mantendo a temperatura fixa no ponto central.
Por meio da avaliação das superfícies de resposta pode-se determinar as condições ótimas de hidrólise, sendo: temperatura de 97ºC, tempo de 15 minutos e razão de 2 Kg de água para cada Kg de pinhão.
LEONEL e CEREDA (1999) obtiveram 12,5 ºBrix, como resultado da hidrólise da suspensão de farelo de mandioca e água que continha 12% de amido, valor ligeiramente maior que os 9,1 ºBrix obtidos da hidrólise da suspensão de pinhão/água em seu ponto ótimo, o qual contém 18% de amido.
Esse resultado mostra que a hidrólise do pinhão pode não ter sido completa, umas vez que, alguns fatores como a forma física do grânulo e a relação amilose/amilopectina, podem influenciar e inibir a taxa em que o amido é hidrolisado, resultando em um baixo rendimento de açúcares fermentescíveis (WOLF et al., 1999).
5.3 PROCESSO DE PRODUÇÃO DA BEBIDA
O processo de produção da bebida alcoólica a partir do pinhão deu-se conforme o fluxograma apresentado na figura 10.
Figura 10 - Processo de produção Fonte: Autoria própria
A fermentação ocorreu do dia 26 de Agosto até o dia 01 de Setembro de 2017 e as temperaturas da região de Ponta Grossa neste período são mostradas na tabela 7.
Tabela 7 - Temperaturas na região de Ponta Grossa Data Temperatura Mínima
(ºC) Temperatura Máxima (ºC) Temperatura Média (ºC) 26 de Agosto 13,6 26,0 19,8 27 de Agosto 11,6 27,1 19,3 28 de Agosto 13,4 24,4 18,9 29 de Agosto 12,5 27,8 20,1 30 de Agosto 12,4 29,7 21,0 31 de Agosto 14,0 16,0 15 01 de Setembro 12,8 18,1 15,4
Fonte: Adaptado de IAPAR (Instituto Agronômico do Paraná)
De acordo com os dados do IAPAR, a temperatura média de fermentação durante os sete dias foi de 18,5 ºC.
Para acompanhamento da fermentação, a medida do ºBrix inicial apontou um valor de 7,2º Brix, em contrapartida, após os sete dias de fermentação, encontrou-se um valor de 1,8 º Brix, indicando que houve fermentação alcoólica, uma vez que os açúcares contidos no mosto foram degradados.
5.4 ANÁLISE DO PRODUTO FINAL
Os resultados das análises de densidade e ºBrix iniciais e finais são apresentadas na tabela 8.
Tabela 8 - Densidade e ºBrix inicial e final Etapa da fermentação Densidade (g/ml) ºBrix
Início 1,03 7,2
Fim 1,007 1,8
De fato houve uma redução na densidade do mosto após a fermentação, possivelmente explicada pela conversão dos açúcares em álcool e outros compostos líquidos, com menor densidade (VENTURINI FILHO, 2010).
Para o cálculo do teor alcoólico, foram utilizadas as equações 1 (diferença do ºBrix) e 2 (diferença de densidade) que resultam no grau alcoólico em ºGL (SMILEY, 1999).
(ºBrixinicial - ºBrixfinal)*4/7,4 (1)
(ρinicial – ρfinal)*1000/7,4 (2)
A tabela 9 apresenta os resultados finais de grau alcoólico pelos dois métodos e também a acidez do produto final.
Tabela 9 - Propriedades do produto final Propriedade Resultado
Álcool pelo ºBrix 2,92 ºGL Álcool pela Densidade
pH
3,11 ºGL 4,34
Figura 11 – Produto final Fonte: Autoria própria
Tomando-se a média entre o grau alcoólico obtido de cada equação, tem-se um valor final de 3,01 ºGL, o que significa que nos quatro litros de mosto submetidos à fermentação, apenas 120,4 mL são álcool.
Com relação ao sabor, a bebida apresentou textura seca e um gosto amargo observado por este autor, além de não carregar nenhuma característica organoléptica que lembre o pinhão. Assim, nessas condições não se mostra como um produto que poderia ter aceitação no mercado.
Uma alternativa para esse problema seria a destilação, porém, o baixo teor alcoólico do produto final inviabiliza na prática essa operação, pois seriam necessárias grandes quantidades de mosto para se ter uma produção razoável de destilado.
6 CONCLUSÃO
A produção de uma bebida alcoólica à base de pinhão se mostrou possível, porém, o fermentado final apresentou pequena quantidade de álcool e sabor não agradável. Sugere-se, então, a destilação do fermentado para buscar uma mudança no sabor, processo impossibilitado neste trabalho em função do baixo rendimento da hidrólise, que não forneceu açúcares suficientes para a etapa de fermentação. Fatores como a forma física do grânulo e a relação amilose/amilopectina podem influenciar e inibir a taxa em que o amido é hidrolisado, o que de certa explica este baixo rendimento.
A adição de adjuntos ao mosto pode ser uma alternativa para corrigir este problema e resultar em um fermentado com maiores quantidades de álcool, garantindo assim uma quantidade satisfatória dele para realizar a etapa de destilação e assim produzir uma bebida com melhor aparência e sabor.
Há também a possibilidade de se utilizar outras cepas de leveduras, as quais podem fornecer propriedades diferentes à bebida em relação à cor, sabor e textura.
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