UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE ESCOLA DE QUÍMICA E ALIMENTOS
ENGENHARIA AGROINDUSTRIAL – AGROQUÍMICA
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ÓLEO ESSENCIAL Humulus Lupulus L.
Danize de Souza Justen
2019
COMPOSIÇÃO QUÍMICA DO ÓLEO ESSENCIAL Humulus Lupulus L.
Danize de Souza Justen
Projeto de Conclusão de Curso apresentado à Universidade Federal do Rio Grande, como parte dos requisitos necessários à Graduação em Engenharia Agroindustrial – Agroquímica.
Orientadora: Prof. Dr. Neusa Fernandes de Moura.
Santo Antônio da Patrulha, RS 2019
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 – Número de microcervejarias por estado brasileiro ... 13
Figura 2 - Estruturas dos principais α-ácidos e β-ácidos encontrados em lúpulo ... 17
Figura 3 - Estrutura dos produtos de isomerização da Humulona: cis-isohumulona e trans-isohumulona ... 17
Figura 4 - Lúpulo cortado e glândulas lupulinas em amarelo ... 21
Figura 5 - Fórmulas estruturais dos principais componentes do extrato de lúpulo ... 22
Figura 6 - Forma comercial em pellets do Humulus Lupulus L ... 23
Figura 7 - Rota biossintética de formação de terpenos encontrados no lúpulo ... 24
Figura 8 - Esquema do processo de extração por hidrodestilação utilizando Clevenger ... 26
Figura 9 - Aparelho de destilação a vapor de uso industrial ... 28
Figura 10 - Hidrodestilação do lúpulo com aparato de Clevenger ... 29
Figura 11 - Eficiência nas extrações realizadas por hidrodestilação ... 34
Figura 12 - Cromatograma obtidos por GC-EM do óleo essencial do lúpulo Hallertau Mittelfrüh ... 36
Figura 13 - Cromatograma obtidos por GC-EM do óleo essencial do lúpulo Columbus ... 36
Figura 14 - Cromatograma obtidos por GC-EM do óleo essencial do lúpulo Saaz ... 36
Figura 15 – Estrutura química dos majoritários presentes em todas as amostras... 37
Figura 16 – Diagrama de similaridade das amostras de lúpulo ... 46
LISTA TABELAS
Tabela 1 - Composição química do Humulus Lupulus L... 21 Tabela 2 - Principais componentes do extrato de lúpulo e suas respectivas massas molares ... 22 Tabela 3 - Descrição da composição das três amostras de lúpulo ... 33 Tabela 4 - Majoritários encontrados no lúpulo ... 35 Tabela 5 - Composição química do óleo essencial da variedade Hallertau Mittelfrüh .. 37 Tabela 6 - Composição química do óleo essencial da variedade Columbus ... 39 Tabela 7 - Composição química do óleo essencial da variedade Saaz ... 41 Tabela 8 - Matriz de ausência e presença de um dado composto ... 44
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 9
2. OBJETIVOS ... 12
2.1 Objetivo geral ... 12
2.2 Objetivos específicos ... 12
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 13
3.1 Visão do mercado de cerveja artesanal ... 13
3.2 Descrição do processo de produção da cerveja ... 14
3.2.1 Moagem ... 14
3.2.2 Mosturação ... 14
3.2.3 Filtração ... 16
3.2.4 Fervura ... 16
3.2.5 Resfriamento ... 17
3.2.6 Fermentação... 18
3.2.7 Envase ... 19
3.4 Lúpulo ... 19
3.4.1 Características botânicas e composição química do Humulus Lupulus L. .. 20
3.4.2 Óleos essenciais ... 23
3.4.2.1 Métodos de extração dos óleos essenciais ... 25
4. METODOLOGIA ... 29
4.1 Amostra ... 29
4.2 Extração do óleo essencial ... 29
4.3 Rendimento do óleo essencial ... 30
4.3.1 Teor de umidade ... 30
4.4 Análise qualitativa e quantitativa dos compostos químicos do óleo essencial ... 31
4.4.1 Análise qualitativa ... 31
4.4.2 Análise quantitativa ... 31
4.5 Análise multivariada ... 32
5. RESULTADO E DISCUSSÃO ... 33
6. CONCLUSÃO ... 47
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 48
AGRADECIMENTOS
Primeiramente agradeço à Deus por permitir sempre alcançar meus sonhos. Por, ao longo deste processo complicado e desgastante, me ter feito ver o caminho nos momentos em que pensei em desistir.
É chegado ao fim um ciclo de felicidade e frustrações. Sendo assim, dedico este trabalho a minha família, em especial a minha querida mãe Juraci de Souza Justen, por sempre estar ao meu lado, me apoiando, incentivando e dando forças para enfrentar essa longa trajetória. Se não fosse você, jamais teria chegado até aqui! Obrigada por cada energia positiva e pelas vibrações ao fim de cada semestre.
A minha querida Orientadora Neusa Fernandes de Moura, pela dedicação ao trabalho desenvolvido e aos colegas do Grupo de Pesquisa de Produtos Naturais - GPPN.
Ao Grupo de Pesquisa de Moléculas Bioativas da Universidade Federal de Roraima, que prontamente atendeu ao pedido de realizar as análises.
Para alguns professores a palavra que expressa a minha admiração, respeito e carinho é GRATIDÃO. Agradecer pela paciência em explicar quantas vezes fosse preciso, pela partilha de conhecimento e pelos ensinamentos para a vida.
E a todos os amigos que a FURG me deu de presente, principalmente aqueles que estiveram sempre comigo em cada etapa, em cada conquista. Em especial a Raquel Barbosa por dividir comigo diversos momentos ao longo da graduação e a todas as pessoas que indiretamente contribuíram para minha formação.
RESUMO
O Humulus Lupulus L., também conhecido como lúpulo, é utilizado desde a antiguidade como um conservante natural da cerveja, no entanto devido ao sabor e aroma que o mesmo fornecia, passou a ser um ingrediente indispensável na produção de cerveja, cerca de 97% de todo cultivo mundial do lúpulo vai para as cervejarias. O lúpulo é adicionado ao processo na etapa de fervura do mosto (grãos triturados e água aquecida) durante determinado tempo com temperatura controlada. Após a adição do lúpulo, no início da fervura, são extraídos os principais compostos relacionados ao aroma e sabor da cerveja, assim elucidando seu valioso papel na indústria cervejeira. Este também pode ser adicionado ao fim da fervura com o objetivo de produzir cervejas especiais mais aromatizadas. Isto deve-se especialmente as resinas, responsáveis pelo amargor decorrente da isomerização dos α-ácidos durante a etapa de fervura e pelos óleos essenciais, que conferem o aroma típico de cada cerveja. Em virtude da volatilidade dos compostos aromáticos do lúpulo, um dos problemas encontrados na produção de cervejas artesanais é a manutenção do aroma inicial no produto final, pois estes perdem-se durante a etapa de fervura. Desta forma, a fim de estudar mais sobre estes metabólitos secundários utilizou-se três variedades de lúpulo, sendo estes o Hallertau Mittelfrüh, Columbus e Saaz de onde foram extraídos os principais terpenos voláteis presentes por hidrodestilação em aparelho Clevenger. Determinou-se o rendimento obtido destes óleos e a composição química, obtida pela análise em cromatógrafo a gás acoplado a espectrometria de massas (CG/EM). De modo geral, foram determinados 35 compostos, sendo, em sua maioria sesquiterpenos e os terpenos majoritários como o mirceno no Hallertau Mittelfrüh, Columbus e Saaz com teor de 19,39%; 26,31% e 6,25%; respectivamente, α-humuleno no Hallertau Mittelfrüh, Columbus e Saaz com teor de 23,17%; 16,61% e 11,63%;
respectivamente e β–cariofileno no Hallertau Mittelfrüh, Columbus e Saaz com teor de 8,99%; 11,08% e 2,29%; respectivamente, que compõem cerca de 80% dos óleos essenciais de lúpulo. Por fim, constatou-se por PCoA que as variedades estudadas não são homogêneas, indicando diferenças significativas nos compostos identificados em cada amostra resultado já esperado devido a possível diferença entre época de colheita, solo, espécie e até mesmo o estágio da planta na colheita.
Palavras–chave: Lúpulo, terpenos, humuleno.
ABSTRACT
Humulus Lupulus L., also known as hops, has been used since ancient times as a natural preservative of beer, but due to its taste and aroma, it has become an indispensable ingredient in beer production, around 97% from all the world hops growing goes to the breweries. Hops are added to the process in the boil of the must (crushed beans and heated water) for a certain time at a controlled temperature. After the addition of hops, at the beginning of boiling, the main compounds related to the aroma and flavor of beer are extracted, thus elucidating their valuable role in the brewing industry. It can also be added at the end of the boil to produce more flavored specialty beers. This is especially due to the resins, which are responsible for the bitterness resulting from the isomerization of α- acids during the boiling stage and for the essential oils, which give the typical aroma of each beer. Due to the volatility of hop aromatic compounds, one of the problems encountered in the production of craft beers is the maintenance of the initial aroma in the final product, as these are lost during the boiling stage. Thus, to study more about these secondary metabolites, three hop varieties were used, namely Hallertau Mittelfrüh, Columbus and Saaz, from which the main volatile terpenes present were extracted by hydrodistillation in Clevenger apparatus. The yield obtained from these oils and the chemical composition obtained by gas chromatography coupled with mass spectrometry (GC/MS) analysis were determined. In general, 35 compounds were determined, mostly sesquiterpenes and major terpenes such as myrcene in Hallertau Mittelfrüh, Columbus and Saaz with a content of 19.39%; 26.31% and 6.25%; α-humulene respectively in Hallertau Mittelfrüh, Columbus and Saaz with 23.17% content; 16.61% and 11.63%;
respectively and β-caryophyllene in Hallertau Mittelfrüh, Columbus and Saaz with 8.99%
content; 11.08% and 2.29%; respectively, which make up about 80% of hops essential oils. Finally, it was found by PCoA that the varieties studied are not homogeneous, indicating significant differences in the compounds identified in each sample already expected result due to possible difference between harvesting season, soil, species and even the plant stage at harvest.
Keywords: Hop, terpenes, humulene.
1. INTRODUÇÃO
De acordo com Palmer (2006), um dos diferenciais das cervejarias artesanais em relação às massificadas está na quantidade e no tipo de lúpulo utilizado em sua produção.
Existem centenas de variedades de lúpulos disponíveis no mercado, onde sua utilização torna-se uma ferramenta importante no desenvolvimento de um produto com características exclusivas e intensas. As diferentes características das variedades existentes são uma consequência das diferentes composições e concentrações de resinas e óleos essenciais da planta, os quais são dependentes do local e as condições de plantio.
Existem mais de 100 tipos de lúpulos no mercado, sendo os mais conhecidos:
Hallertau Mittelfrüh, Saaz, Cascade, Centennial, Columbus, Amarillo, TNT, Simcoe e Nelson Sauvin. Porém, os lúpulos mais utilizados na fabricação de cerveja no Brasil é o lúpulo Hallertau Mittelfrüh, Columbus e Saaz (BRASIL, 2017).
Neste sentido, o lúpulo da variedade Hallertau Mittelfrüh com origem alemã é utilizado principalmente para conferir aroma à cerveja. Apesar de não apresentar notas muito intensas, ele é conhecido por ser equilibrado, apresentando notas de frutado, terroso e herbal, podendo apresentar notas florais e picantes (MEUSSDOERFFER, 2009).
Em contrapartida, há o Columbus, o qual é um lúpulo americano conhecido pelo seu aroma terroso, herbal, picante e cítrico, o qual contém uma grande quantidade de óleos essenciais em sua composição é muito utilizado por mestres cervejeiros que procuram obter uma cerveja com intenso amargor e procuram cervejas inovadoras, uma vez que este é conhecido por compor em seu aroma diferentes notas de frutas cítricas (MEUSSDOERFFER, 2009).
Por fim, o Saaz é um lúpulo nobre, originário da Bohemia, caracterizado pelo seu alto teor de aroma, apesar de pouco óleo essencial contido em sua composição. Este remete a um sabor levemente terroso, floral, herbáceo usado em cervejas que possuem um sabor e amargor suave (MEUSSDOERFFER, 2009).
O lúpulo é uma commodities em várias partes do mundo, em sua maioria é utilizado no processo de produção de cerveja, cerca de 97% o restante é utilizado, por exemplo, na área da medicina, culinária e em cosméticos. Nos últimos anos, com o fomento que o mercado cervejeiro está tendo, aumenta-se proporcionalmente a demanda do lúpulo e com isto, o interesse de pesquisadores por esta planta. Segundo a Associação
Brasileira da Indústria da Cerveja-CEVBRASIL (2016), dos quatro maiores fabricantes de cerveja do mundo, o Brasil é o terceiro produtor mundial, atrás apenas da líder China com uma produção anual de 460 milhões de hectolitros e dos Estados Unidos da América com uma produção de 221 milhões de hectolitros anuais.
O lúpulo é inserido na etapa de fervura do mosto, que contém apenas água e malte.
Neste processo ocorre a extração e intensificação do amargor do lúpulo, devido a isomerização de α-ácidos em iso-α-ácidos e são responsáveis pelo amargor e os β–ácidos, ambos solúveis em água. De forma complementar estes componentes são responsáveis pela redução da formação de espuma e evitam o crescimento de microorganismos indesejáveis que possam vir a competir futuramente com o inóculo (KEUKELEIRE, 2000).
Para que a isomerização ocorra, deve-se ferver o mosto por aproximadamente uma hora, garantindo assim que boa parte dos compostos sejam liberados, nesta etapa também ocorre a transferência destes compostos para o mosto, assim como a liberação de substâncias aromáticas como o mirceno, α-humuleno, β–cariofileno. Porém, pelo fato deste compostos químicos serem altamente voláteis, parte do aroma é perdido no momento da fervura. A fim de preservar este aroma, o lúpulo é adicionado novamente ao final da fervura, permanecendo em ebulição de 10 à 15 minutos (KEUKELEIRE, 2000).
Mesmo com adição tardia do lúpulo ao final do processo, não se tem grande êxito, pois este pequeno tempo de aquecimento é o suficiente para que ainda ocorra a volatização de parte dos óleos essenciais, sendo que as perdas ainda podem ocorrer no resfriamento e até mesmo no momento da fermentação. Por este motivo que caracterizar os compostos presentes em cada variedade de lúpulo disponível no mercado é importante, pois o lúpulo com alto teor de mirceno refletirá em notas balsâmicas, quando o teor de α- humuleno é alto este refletirá em notas de amadeirado no aroma já o β-cariofileno contribuirá para uma cerveja com notas de especiarias, como alecrim.
Portanto, após a seleção da variedade de lúpulo que melhor atende a demanda, a fim de evitar estas perdas por volatização é possível aplicar o óleo essencial extraído do lúpulo diretamente no momento de envase, evitando que rampa de temperatura e espera no fermentador cause a dispersão dos compostos.
O presente trabalho propõe obter o óleo essencial do lúpulo por hidrodestilação, determinar sua composição química e realizar uma Análise de Coordenadas Principais (PCoA) para verificar homogeneidade entre as amostras utilizadas.
2. OBJETIVOS 2.1 Objetivo geral
Obter os óleos essenciais do lúpulo Hallertau Mittelfrüh, Columbus e Saaz em pellets, para posterior caracterização das amostras.
2.2 Objetivos específicos
Extrair os óleos essenciais do lúpulo peletizado por hidrodestilação;
Determinar a eficiência da extração a partir do rendimento de óleo extraído;
Analisar através de cromatografia gasoso acoplada a espectrometria de massas o óleo obtido para identificar o perfil químico;
Realizar Análise Multivariada de Coordenadas Principais (PCoA) para verificar a homogeneidade entre as amostras.
3. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
3.1 Visão do mercado de cerveja artesanal
O setor cervejeiro, um dos mais tradicionais da economia brasileira, representou cerca 1,6% do Produto Interno Brasileiro (PIB) do país em 2016 e fechou com um faturamento em torno de 77 bilhões (BRASIL, 2017). As cervejarias estão instaladas em várias cidades do país, em uma rede que vai desde o agronegócio ao pequeno varejo, do grande ao micro. No que tange o mercado regional, o Rio Grande do Sul ocupa o primeiro lugar tanto em número de cervejarias (179) quanto em densidade (cervejarias versus habitante), seguido por São Paulo com 124, Minas Gerais com 87 e Santa Catarina com 78 unidades. Na Figura 1 é possível observar o número de cervejarias instaladas e registradas por estado (BRASIL, 2018).
Figura 1 – Número de microcervejarias por estado brasileiro.
Fonte: BRASIL, 2018.
De acordo com a Associação Brasileira de Cerveja Artesanal–ABRACERVA (2018), a expansão significativa do mercado de cerveja artesanal deve-se ao aumento expressivo no consumo. O volume de público interessado e comprando a bebida artesanal está se ampliando gradativamente, especialmente devido a expansão nas ofertas de produtos diferenciados, qual faz com que mais pessoas sejam atendidas e percebam sensorialmente os diferenciais dos produtos artesanais.
Número de microcervejarias
Estado brasileiro
Por outro lado, de acordo com informações da Nielsen (2018), as vendas de cerveja caíram 1,7% em volume em 2017 ante o ano de 2016, em contrapartida o faturamento cresceu em torno de 1,6%, impulsionado pelo crescimento de 13% das vendas de cervejas da classe premium e artesanais. Segundo os especialistas da área, este crescimento apenas confirma a nova tendência mundial de beber menos, mas bem, ou seja, as empresas estão vendendo menos volume, mas por outro lado estão conseguindo elevar a introdução de rótulos mais caros.
3.2 Descrição do processo de produção da cerveja
O processamento industrial de cerveja pode ser dividido em operações unitárias de: Moagem do malte, mosturação, filtração, fervura, tratamento do mosto (remoção do precipitado, resfriamento e aeração), fermentação e envase. Para desenvolver e acompanhar esta sequência de etapas, o indivíduo deve ter um conhecimento aprofundado tanto no que tange o teórico quanto na prática, pois ocorrem variadas reações químicas e bioquímicas durante o processo (MORADO, 2009). Pode-se ainda dividir a etapa de produção em dois grupos, sendo eles chamados de parte quente e parte fria do processo de produção.
3.2.1 Moagem
O objetivo de realizar inicialmente a moagem é romper o grão do cereal maltado, conseguindo assim expor o amido presente no interior e aumentar a área de contato com as enzimas presentes no malte, sendo que essa etapa está diretamente relacionada com a rapidez e a eficiência do processo, transformações físico-químicas, rendimento, clarificação e qualidade final da cerveja. A quebra desses grãos pode ser realizada em moinhos de rolos ou martelo, onde ocorrerá a ruptura da casca e liberação do material amiláceo. Nesta etapa, a granulometria é um fator importante, pois se o grão do malte ficar em forma de farinha (muito fino) ocorrerá o entupimento na filtração e muito grosso irá dificultar a hidrólise do amido (DRAGONE et al., 2010).
3.2.2 Mosturação
A mosturação do mosto é uma mistura de água e malte moído em uma tina de mostura. O processo consiste na hidratação do malte e solubilização do mesmo, com faixas de temperaturas e tempos pré-estabelecidas na literatura, assim como controle de
pH. Estes parâmetros variam de acordo com as exigências de cada enzima. Por meio da ação enzimática, o amido presente nos grãos é hidrolisado pelas enzimas α e β-amilase, obtendo-se o extrato (fonte de energia) e outros nutrientes que serão utilizados posteriormente pelo inóculo, conforme Quadro 1 (BAMFORTH, 2003).
Quadro 1: Principais atividades enzimáticas durante a mosturação.
Enzima Atuação pH Ótimo TÓtima
(ºC)
Tinativação (ºC)
α-Amilase
Decomposição do amido para dextrina inferiores pela ação
nas ligações 1 e 4 (endo).
5,3 – 5,8 70 – 75 75 – 80
β-Amilase
Decomposição do amido para maltose pela ação nas ligações
1 e 4 (exo).
5,2 - 5,6 60 - 65 68 – 70
Dextrinase
Decomposição do amido para maltose, maltotriose, etc. Pela
ação nas ligações 1 e 6.
5,0 – 5,5 55 – 60 65
Endopeptidase
Decomposição das proteínas para produtos intermediários de
alto e médio pesos moleculares.
5 50 – 60 70
Fonte: BAMFORTH, 2003. pH Ótimo - potencial Hidrogeniônico ótimo │ Tótima – temperatura ótima de atuação enzimas │ Tinativação– Temperatura que inativa as enzimas.
Neste processo, utiliza-se inicialmente temperaturas entre 40 e 45°C para possibilitar a ativação enzimática. Entre 50 e 55°C acontece o repouso proteolítico, etapa em que se dá a quebra de algumas proteínas do malte, nesta etapa, é possível controlar a espuma e o brilho da cerveja. Como os grãos de amido inicialmente estão envoltos em uma malha que contém proteínas, a ação das enzimas proteolíticas pode favorecer um pouco mais a exposição do amido ao ataque das enzimas da sacarificação (MORADO, 2009).
Entre 60 e 72°C, dois tipos de enzimas atuam, as α-amilases e β-amilases, cada uma atuando de modo diferente na estrutura do amido e com temperaturas ótimas situadas em pontos diferentes. No final do processo o mosto cervejeiro será composto por 75% de açúcares fermentescíveis, sendo 10% de glicose, 45% maltose, 15%
maltotriose e 5% sacarose e dos 25% de açúcares não fermentescíveis são divididos em:
10% maltotetraose e 15% dextrinas (BARNES, 2004).
Regulando a ação destas enzimas é possível determinar o corpo da cerveja. Entre as temperaturas de 76 e 78°C, as enzimas perdem sua atividade, sendo necessário cessar sua atividade para estabilizar o resultado desejado, impedindo que continuem a atuar durante a filtração do mosto (BARNES, 2004).
3.2.3 Filtração
A filtração do mosto possui como objetivo a separação da parte sólida, em que ocorre a sedimentação de forma gravimétrica das partículas que estão presentes no mosto, as quais são resultantes da aglutinação da casca com resíduos do processo. A turbidez do mosto após o processo de filtragem deve ser a mínima possível, devido a sedimentação dos sólidos (BLEIER et al., 2013).
3.2.4 Fervura
Na fervura o objetivo é extrair o máximo possível dos componentes presentes no lúpulo, inativar microorganismos e enzimas que ainda apresentam alguma atividade, eliminar compostos voláteis que conferem odor e sabor da cevada ou do malte, deixar o mosto mais concentrado, eliminar compostos sulfurosos, esterilizar e a partir da reação de Maillard, promover o escurecimento do mosto (MORADO, 2009).
Ainda nesta etapa ocorre a lupulagem, onde o lúpulo é adicionado, em dois momentos: o primeiro, logo no início da fervura, para conferir o amargor por intermédio da isomerização de α-ácidos contidos no lúpulo. Estes α-ácidos são adhumulona em maior quantidade seguido de cohumulona, humulona, prehumulona e posthumulona, os compostos apresentam a mesma estrutura química, diferenciando-se apenas nos seus substituintes, conforme a Figura 2 (KEUKELEIRE, 2000).
Figura 2 - Estruturas dos principais α-ácidos e β-ácidos encontrados em lúpulo.
Fonte: KEUKELEIRE, 2000.
No entanto, somente a dissolução dos α-ácidos na solução, não contribuem para o amargor do produto, sendo necessário a isomerização destes compostos. Este processo ocorre entre 90-100ºC e cada α-ácido origina dois isômeros iso-α-ácidos, sendo um isômero trans e outro cis, os quais se distinguem em função do arranjo espacial de sua função álcool terciário e em função do formato da cadeia lateral prenil (CABALLERO et al., 2012). Conforme pode ser observado na Figura 3.
Figura 3 - Estrutura dos produtos de isomerização da Humulona: cis-isohumulona e trans-isohumulona.
Fonte: KEUKELEIRE, 2000.
O segundo momento de lupulagem ocorre quase na etapa final de fervura, chamado de tempo zero e é responsável por conferir o aroma floral e herbal característico de cada cerveja. Esta adição em duas etapas ocorre devido a alta volatilidade dos óleos essenciais presentes no lúpulo, buscando-se assim obter um mosto mais aromático. O processo leva em torno de trinta minutos para o aquecimento do líquido e mais 80 minutos de fervura (PAPAZIAN, 2015).
3.2.5 Resfriamento
Após a fervura o mosto é encaminhado para um trocador de calor a placas para ocorrer o resfriamento até a temperatura de fermentação. Segundo Reinold (1997), o mosto deve ser resfriado para a temperatura de 10 a 15ºC, a fim de realizar a inoculação
da levedura cervejeira. Mostos de cerveja do tipo Lager são usualmente resfriados para 7 a 10°C e os do tipo Ale são resfriados, em média, para 18 a 22°C.
3.2.6 Fermentação
O processo de fermentação é iniciado após a inoculação da levedura, com o mosto já devidamente resfriado e aerado. Na fermentação, sob condições anaeróbias, ocorre a transformação dos açúcares fermentescíveis em etanol e gás carbônico (CO2), assim como orgânicos ésteres (acetato de etila, acetato de isoamila, acetato de n-propila), ácidos (acético, propiônico) e álcoois superiores (1-propanol, 2-metil-1-propanol, 2-metil-1- butanol e 3-metil-1-butanol), como produtos secundários. Estes transmitem propriedades organolépticas à cerveja, além da síntese de compostos de aroma e sabor característicos do produto. A fermentação pode ser conduzida por processo contínuo ou descontínuo, sendo este último mais utilizado (SANTOS, 2008).
A classe de cerveja mais consumida no Brasil é a Lager, que são cervejas de baixa fermentação, conduzidas a frio (5 a 10ºC), com teor alcoólico geralmente entre 4 e 5%.
Tendem a ser cervejas delicadas, limpas e livre de ésteres, mas podem ter leves notas de enxofre derivado de levedura. O tempo de fermentação e da maturação pode variar de 4 a 12 semanas (ARAÚJO et al., 2003). São elaboradas com cepas de Saccharomyces uvarum, destacando-se os estilos como Pilsen e American Lager (AQUARONE et al., 2013).
A classe Ale difere-se da Lager pelo tipo de fermentação, que é conduzida em temperatura mais alta (12 e 15ºC). Também é conhecida como fermentação de topo e realça os sabores mais complexos, frutados e lupulados da cerveja, obtendo-se cervejas mais encorpadas e vigorosas. As cervejas do tipo Ale, são elaboradas com cepas de Saccharomyces cerevisiae e dentre esta classe destacam-se estilos como Pale Ale, India Pale Ale, Stout e Saison entre outras (VARNAM; SUTHERLAND, 1997).
De acordo com Dragone et al. (2010), a maturação normalmente é feita a 0ºC e tem a duração de duas a quatro semanas. O objetivo deste processo é refinar o sabor e o aroma da cerveja pela redução do teor de diacetil, acetaldeído e ácido sulfídrico, além do aumento do teor de éster, assim como carbonatar parcialmente o produto (por meio da fermentação secundária), evitar a ocorrência de oxidações que comprometam sensorialmente a bebida, clarificar o líquido pela deposição do fermento e outros materiais suspensos. Após a decantação do mosto fermentado é realizado a recuperação
do produto, onde a cerveja é encaminhada para o envase e o inóculo segue para uma etapa de recuperação para que possa ser reutilizado.
3.2.7 Envase
O fator mais crítico no processo de envase é a incorporação de oxigênio. Para minimizar este fato, os equipamentos e linhas dos processos que precedem o envase são purgados com CO2. Após o envase, a cerveja pode ou não ser pasteurizada, caso não seja, cuidados adicionais no processo de envase devem ser tomados para evitar a contaminação do produto (FERGUS; GRAHAM, 2006).
3.4 Lúpulo
O lúpulo na antiguidade era um conservante natural usado por cervejeiros britânicos em uma quantidade significativa nos barris, a fim de preservar a bebida durante a viagem de vários meses que percorriam até chegar à Índia, evitando assim o deterioramento do produto (devido a ação de microorganismos). Entretanto, ao final da viagem, a cerveja continha uma grande intensidade de aroma e sabor de lúpulo (KLING, 2006).
Já que naquela época ainda não havia o uso do lúpulo como ingrediente, apenas como conservante para longas viagens, em seu lugar eram utilizadas especiarias diversas e a difusão desta técnica se deu principalmente na região Sul da Germânia, porém algumas dessas ervas eram tóxicas ao ser humano e outras causavam alucinações. A partir deste fato, em 1516, foi implementada a Lei da Pureza da Cerveja, onde o príncipe Guilherme IV regulamentou a produção e venda da bebida (KLING, 2006).
Esta Lei, refere-se aos insumos permitidos para ser caracterizado como uma cerveja pura. O fragmento a seguir apresenta os únicos ingredientes que eram permitidos no processo de fabrico da cerveja:
Em especial, desejamos que daqui em diante, em todas as nossas cidades, nas feiras, no campo, nenhuma cerveja contenha outra coisa além de cevada, lúpulo e água. (SEIDL, 2003, p. 24).
O decreto estipulava que a cerveja deve ser produzida somente a partir de cevada, lúpulo e água. A levedura nesta época ainda não havia sido descrita como um ingrediente, o que ocorreu posteriormente com Louis Pasteur (STINCHFIELD, 2011).
3.4.1 Características botânicas e composição química do Humulus Lupulus L.
De acordo com a literatura, a denominação Humulus deriva da palavra húmus, a mescla deste solo rica em matéria orgânica, onde a planta se desenvolve. Quanto ao nome específico, pensa-se que terá origem na palavra latina Lupus (lobo) porque no seu acelerado crescimento à luz, envolve e estrangula outras plantas ao redor, de um modo análogo aos ataques dos lobos aos rebanhos de ovelhas. Apesar da família Cannabaceae que a mesma pertence, ela não possui substâncias alucinógenas (SOUZA, 2005).
É uma erva aromática usada na fabricação de cervejas de difícil cultivo, originário de zonas temperadas de alta latitude do hemisfério Norte, apresentando melhores respostas de crescimento e produção em regiões entre latitudes de 35º a 50º do hemisfério norte e sul (KNEEN, 2003). Durante o período de floração a planta requer dias longos e durante o inverno, temperaturas amenas. No Brasil, o clima não é favorável ao cultivo dessa espécie e, portanto, os lúpulos utilizados nas cervejarias brasileiras são importados de países como Europa e Estados Unidos (MEGA et al., 2011). O Humulus Lupulus L. é um ingrediente que possui alto custo na produção, cerca de 164$/kg muito maior que custo do malte por exemplo, que é 7,69$/Kg.
A produção em larga escala do lúpulo, leva em torno de 2 a 3 anos, período relativamente longo para sua produção em larga escala. A colheita das flores (parte da planta empregada na cerveja), ocorre entre os meses de agosto e setembro. Após realizar a colheita dos cones, as mesmas devem passar por um processo de secamento, sendo embalados em ambientes de temperatura, umidade e oxigenação sob controle. As flores contêm resinas e óleos essenciais que podem sofrer deterioração se não forem cuidadosamente manuseados (KAISER; ERNEST, 2012).
O objeto de maior interesse é a sua flor, com folhas e um cone com tamanho entre 3 e 5cm. Na base das pétalas destes cones se encontra uma espécie de glândula de coloração amarela contendo a lupulina, a qual armazena as resinas (α e β-ácidos) e os óleos essenciais da planta, responsáveis por conferir à cerveja as características desejadas quanto a amargor e aroma, frescor e uma boa formação de espuma (PRIEST;
STEWART, 2006). Conforme pode ser observado na Tabela 1, onde apresenta em detalhes a composição química.
Figura 4 - Lúpulo cortado e glândulas lupulinas em amarelo.
Fonte: LAURENCE, 2017.
Tabela 1 - Composição química do Humulus Lupulus L.
Composição %
Resinas totais 12–21
α-ácidos 4 –10
β–ácidos 36
Óleos essenciais 0,5–2
Celulose 10–17
Taninos 2–6
Água 8–14
Proteínas 12–24
Cinzas 7-10
Fonte: REINOLD, 1997.
A Tabela 2, apresenta as principais substâncias encontradas no extrato de lúpulo e na Figura 5, pode ser observado as estruturas químicas desses componentes.
Lupulina Bráctea
Tabela 2 - Principais componentes do extrato de lúpulo e suas respectivas massas molares.
Componente Fórmula Massa Molecular (g/mol)
Fração
Humulona C21H30O5 362,46 Resina
Lupulona C26H38O4 414,58 Resina
Mirceno C10H16 136,23 Óleo essencial
α-Humuleno C15H24 204,35 Óleo essencial
β- Cariofileno C15H24 204,35 Óleo essencial
Fonte: U.S. Department of Health & Human Services, 2014.
Figura 5 – Fórmulas estruturais dos principais componentes do extrato de lúpulo.
Fonte: U.S. Department of Health & Human Services, 2014.
De acordo com Venturini Filho (2005), o lúpulo, além de conferir aroma e amargor, apresenta ação antisséptica, pois os ácidos iso-α formados na etapa de fervura do mosto impede a multiplicação de microorganismos. Com novas tecnologias sendo desenvolvidas para o processo de lupulagem, novos produtos têm se destacado, como por exemplo, extratos isomerizados para ajustar o amargor pós-fermentação. A utilização de um ou mais destes extratos, resultantes do desenvolvimento tecnológico, ocorre em
Humulona Lupulona
α-Humuleno β-Cariofileno Mirceno
função das necessidades particulares de cada processo e das características que compõe cada tipo específico de cerveja (SILVA, 2005).
Comercialmente o lúpulo pode ser encontrado de três formas sendo estas, in natura, pellets ou extratos (SILVA, 2005). O uso de cones (flores) secos de lúpulo é raro, sendo que costuma-se utilizar o pré-processado peletizado (Figura 6), em que é moído e prensado em pellets, adicionado hidróxido de magnésio, formando sais de magnésio de α-ácidos para garantir maior estabilidade e embalados em ausência de oxigênio com mesma finalidade. É possível também realizar um aquecimento dos pellets para pré- isomerizar os α-ácidos (BOULTON; QUAIN, 2001).
Figura 6 - Forma comercial em pellets do Humulus Lupulus L.
Fonte: WE consultoria, 2019.
3.4.2 Óleos essenciais
Os óleos essenciais fazem parte do grupo de compostos químicos responsáveis pela componente aromática das várias cultivares e, consequentemente, aqueles que vão atribuir à cerveja o seu perfil aromático. Majoritariamente, os óleos essenciais do lúpulo são constituídos de terpenos, que são formados principalmente por meio da via biossintética do ácido mevalônico (AMV), formado a partir da condensação de três unidades de acetil CoA que se combinam para formar o ácido mevalônico (LORENA;
JULIANO, 2017).
Por esta via, o ácido mevalônico sofre biotransformações relativas à eliminação do seu grupamento álcool seguido de descarboxilação, o que produz o isopentenil pirofosfato e o prenil pirofosfato (dimetilalil pirofosfato). O acoplamento (ligação cabeça-cauda) dessas duas unidades de 5 carbonos dá origem ao geranil pirofosfato, precursor dos monoterpenos, que apresentam 10 carbonos. Em seguida, um novo acoplamento do isopentenil pirofosfato com geranil pirofosfato dá origem ao farnesil
pirofosfato, que pode gerar os sesquiterpenos que apresentam 15 carbonos.Assim, em função do acoplamento cabeça-cauda de blocos construtores de cinco carbonos, os terpenos sempre apresentarão número de carbonos múltiplos de 5, conforme Figura 7 (DEWICK, 1997).
Figura 7 - Rota biossintética de formação de terpenos encontrados no lúpulo.
Fonte: HOWARD, 1957. DMAPPI: dimetilalil-difosfato isomerase│ IPPI: isopentenil- difosfato isomerase│ GPPS: geranil difosfato sintase │FPPS: farnesil pirofosfato sintase
│MoST: monoterpeno sintase│ SeST: sesquiterpeno sintase.
Entre os grupos a que pertencem estes compostos destacam-se os monoterpenos e sesquiterpenos, sendo altamente voláteis, susceptíveis à oxidação e polimerização. Do grupo dos monoterpenos aparecem como compostos majoritários no lúpulo o mirceno, limoneno e o α-pineno (LORENA; JULIANO, 2017).
Do grupo dos sesquiterpenos são compostos majoritários no lúpulo o farneseno, o humuleno e o β-cariofileno, possuindo um ponto de ebulição maior que os monoterpenos. O α-humuleno é o sesquiterpeno mais abundante no lúpulo e foi um dos
primeiros compostos a ser identificado no óleo essencial. O β-cariofileno é o segundo sesquiterpeno mais importante do lúpulo, o qual junto com o α-humuleno contribui positivamente para o aroma, sendo desejado em uma proporção de 3:1 (α-humuleno: β- cariofileno) para oferecer um aroma de caráter mais nobre com notas herbais, florais e de especiarias (ALMAGUER et al., 2014).
Um dos compostos oxigenados de maior interesse no lúpulo é o linalol, o álcool terpênico,é considerado uma substância importante como indicador da qualidade do aroma da cerveja. O linalol constitui-se a partir da hidratação do β-mirceno e também um composto quiral (HARDWICK, 1994).
O lúpulo possui aproximadamente 0,5–1mL/ 100g de óleos totais, isto varia de acordo com o tipo escolhido. Os componentes majoritários mais importantes para o aroma são o mirceno, α-humuleno e β-cariofileno, os quais representam juntos cerca de 80% do total dos óleos essenciais (VERZELE, 1986).
3.4.2.1 Métodos de extração dos óleos essenciais
Os óleos essenciais compreendem uma mescla muito complexa de substâncias voláteis resultantes do metabolismo secundário das plantas e grande parte dos óleos essenciais é obtida por hidrodestilação, por meio da qual as extrações são feitas por técnicas que envolve a destilação com água (SHARP; LAWS, 1981).
A hidrodestilação é um método antigo e versátil no qual o material vegetal permanece em contato com a água em ebulição que serve como um solvente, não deixando resíduos tóxicos após a extração. O vapor força a abertura das paredes celulares e ocorre a evaporação do óleo que está entre as células da planta. Uma das principais propriedades físicas utilizadas nos projetos de extratores é a densidade do óleo essencial a ser extraído em temperaturas que variam de 5°C a 50°C (SILVA, 2011).
Com base nessa propriedade, existem vários tipos de sistemas extratores de óleos essenciais que podem ser acoplados na hidrodestilação, sendo o mais conhecido e utilizado em escala laboratorial é o sistema Clevenger, projetado para operar em circuito fechado através do método de coobação, que consiste na recirculação da água condensada (Figura 8). Por funcionar em circuito fechado apresenta perda mínima de substâncias
voláteis. De acordo com Biasi e Deschamps (2009), os aparelhos do tipo Clevenger consistem então em:
Um balão de vidro com volume variável que é conectado ao condensador por um aparato também de vidro. A manta aquecedora, que é conectada a energia elétrica, fica em contato com o balão de vidro, sendo a temperatura regulada por um termostato. As dimensões do balão e do aparato de vidro do aparelho tipo Clevenger dependem da densidade do óleo essencial e devem ser observadas para aumentar a eficiência de extração (BIASI; DESCHAMPS, p.
565, 2009).
Figura 8 - Esquema do processo de extração por hidrodestilação utilizando Clevenger.
Fonte: BIASI; DESCHAMPS, 2009.
No aparelho clevenger, quando a mistura água/biomassa entra em ebulição, os vapores de água e as substâncias voláteis carregadas são conduzidos até o condensador, onde há uma troca de calor, condensando os vapores com a água de refrigeração e por conta da imiscibilidade dos componentes voláteis e da água, ocorre a formação de duas fases líquidas. Nessa etapa, pode ser visualizado o óleo essencial e a água, sendo esta água retornada ao balão através do tubo de retorno (SARTOR, 2009).
De acordo com Shellie et al. (2009), o ciclo deve se repetir continuamente até que atinja o tempo de 4 horas para cada 50g de material. Posteriormente o aparelho é desligado e necessita somente da remoção de água excedente, sem purificação, apresentando um bom rendimento e uma alta eficiência. Uma limitação desta técnica é que o extrator é projetado para destilação de óleos essenciais mais leves que a água, o que limita o uso para extrair óleos mais densos que a água e dependendo do tipo de planta a
ser extraída, a hidrodestilação pode proporcionar um rendimento de 1 a 2% de óleo essencial.
Outra técnica empregada é a destilação por água e vapor, também conhecida como arraste a vapor, que é uma destilação de misturas imiscíveis de compostos orgânicos e vapor d’ água. Misturas imiscíveis não se comportam como soluções. Os componentes entram em ebulição a temperaturas menores do que os pontos de ebulição dos compostos individuais, ou seja, o princípio da destilação por arraste a vapor baseia-se no fato de que a pressão total de vapor de uma mistura de líquidos imiscíveis é igual a soma da pressão de vapor dos componentes puros individuais. A pressão total de vapor da mistura torna- se igual à pressão atmosférica e a mistura ferve numa temperatura menor que o ponto de ebulição de qualquer um dos componentes (GODEFROOT et al., 1981).
Na extração por arraste a vapor o material vegetal, de onde será extraído o óleo é geralmente moído ou triturado, assim como, utiliza-se uma caldeira para geração de vapor. O material vegetal é inserido em vasos extratores, como um balão em escala laboratorial ou em escala piloto em vasos cilíndricos de aço inoxidável. Uma fonte de calor vaporiza a água e o vapor d´água gerado arrasta os óleos naturais, que se vaporizam com o choque térmico. O vapor contendo os óleos essenciais passa por um condensador ocorrendo a condensação (STEFFANI, 2003).
Como produto, tem-se o óleo essencial e uma fase aquosa chamado hidrolato, ambos facilmente separados por decantação. Em seguida, o óleo essencial é envasado em vidro âmbar e mantido em local abrigado de temperaturas elevadas e luminosidade (SARTOR, 2009). Um esquema desse processo para extração de óleos essenciais pode ser visto na Figura 9, em escala industrial.
A indústria prefere a destilação com arraste a vapor devido à sua maior simplicidade e economia, pois permite tratar de uma única vez quantidades significativas de material vegetal e não agride o meio ambiente e apresente de 0,5 a 4%, com produtos de elevada pureza. A desvantagem da técnica é que, durante a destilação, a água, a acidez e a temperatura podem provocar a hidrólise de ésteres, rearranjos, isomerização, racemização e oxidações (GUENTHER, 1976).
Figura 9 - Aparelho de destilação a vapor de uso industrial.
Fonte: SARTOR, 2009.
4. METODOLOGIA 4.1 Amostra
Para a realização deste trabalho foram utilizadas amostras em forma de pellets de Humulus lupulus L. variedade Hallertau Mittelfrüh, Humulus lupulus L. variedade Columbus e Humulus lupulus L. variedade Saaz, adquiridas na Empresa WE consultoria, localizada na cidade de Porto Alegre, RS. Após o recebimento, as amostras foram armazenados sob refrigeração até sua utilização para as análises.
4.2 Extração do óleo essencial
O teor de óleos essenciais foi determinado seguindo o protocolo de análise recomendado pela American Society of Brewing Chemists - ASBC. Inicialmente, fez-se uma extração dos óleos essenciais do lúpulo para cada amostra por meio de hidrodestilação, utilizando-se o aparelho de Clevenger onde os compostos provenientes do óleo são arrastados por vapor de água. Para cada extração foram utilizadas 100g de amostra, que foram inseridas em um balão de fundo redondo de 5000mL. No mesmo foi adicionado pérolas de vidro e 1200mL de água destilada. Na escala volumétrica do aparelho de Clevenger, foram adicionados 2,5mL de éter de petróleo, a fim de separar as fases (água e fase etérea contendo o óleo essencial), conforme Figura 10.
Figura 10 - Hidrodestilação do lúpulo com aparato de Clevenger.
Fonte: Autora, 2019.
O aquecimento do sistema foi promovido por uma manta de aquecimento, onde foi mantido constante na temperatura mínima necessária para ebulição. O tempo de destilação foi mantido em quatro horas, contados a partir do momento da condensação da primeira gota. Subsequentemente a hidrodestilação, o óleo foi recolhido em um frasco de amostragem e seguiu para o rotaevaporador, a fim de volatizar os resíduos de solvente presente na amostra, o mesmo foi então transferido para um vial de cromatografia gasosa e lacrado com tampa de teflon, que foi mantido sob refrigeração até o momento da análise.
4.3 Rendimento do óleo essencial
Para o cálculo do rendimento de extração de óleo essencial, utilizou-se a massa em base seca, conforme Santos et al. (1998), sendo utilizada a Equação 1.
𝑇 (%) =
𝑉𝑜 𝑥 100𝐵𝑚− 𝐵𝑚 𝑥 𝑈100
Eq. (1)
Onde:
T = teor de óleo (mL de óleo essencial em 100g de biomassa seca) ou rendimento de extração (%).
Vo = volume de óleo extraído (mL), lido diretamente na escala do tubo separador.
Bm = biomassa vegetal, medida em gramas.
Bm – (𝐵𝑚𝑥𝑈)
100 = quantidade de biomassa seca, isenta de água ou livre de umidade.
Essa equação é largamente aplicada na determinação do teor de óleo essencial em base livre de umidade (BLU), sendo que o valor expresso em porcentagem, que corresponde ao volume/peso (mL de óleo essencial por 100g de biomassa seca) e indica o valor correto do teor de óleo contido na biomassa seca.
4.3.1 Teor de umidade
Para obter o teor de umidade, determinou-se previamente a massa de uma cápsula de porcelana, na qual foi inserido 0,5g de amostra. Esta foi encaminhada até a estufa, onde permaneceu à 105ºC por 06 horas. Antes de proceder a pesagem a cápsula foi mantida em dessecador para resfriamento até a temperatura ambiente (aproximadamente
10 minutos). As análises foram realizadas em triplicata. Para quantificar a umidade presente na amostra foiutilizado a Equação 2.
U % = (𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙−𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙)
𝑃𝑒𝑠𝑜 𝑎𝑚𝑜𝑠𝑡𝑟𝑎 ×100 Eq. (2) 4.4 Análise qualitativa e quantitativa dos compostos químicos do óleo essencial 4.4.1 Análise qualitativa
O óleo obtido foi encaminhado para análise em cromatógrafo a gás acoplado à espectrometria de massa, sendo injetado 1µL de amostra no modo split (1:10). As análises foram realizadas em um cromatógrafo Shimadzu (modelo CG-2010) equipado com uma coluna capilar de sílica fundida do tipo RTX-5MS (Restek, 30,0m x 0,25mm x 0,25µm).
Com condições de operação de: temperatura injetor de 240ºC, fluxo de ás de 1,0mL/min, gás de arraste foi o hélio (He). A pressão da coluna era de 53kPa, temperatura do forno com rampa de temperatura de 50ºC a 290ºC, com velocidade de aquecimento de 4ºC/min.
O espectro de massas foi obtido no modo de ionização eletrônica a 70eV, com varredura de m/z de 40 a 600Da, em uma frequência de 2,94 scan/sec. A fonte de íons foi mantida a 260ºC e interface a 280ºC.
Os dados obtidos foram interpretados com o auxílio do software CG/EM Postrun Analysis. A identificação dos compostos foi baseada na comparação dos índices de retenção (I.R) da mesma coluna e espectro de massa descrito por Mc Lafferty and Stauffer (Wiley) e por Adams (2007). O índice de retenção foi obtido com o método de Van den Dool e Kratz por padrões de n-alcanos C7-C30 (supelco Analytical).
4.4.2 Análise quantitativa
A análise quantitativa do óleo essencial foi obtida em um cromatógrafo a gàs (CG) com detector de ionização de chama (FID). O cromatógrafo (Shimadzu, modelo CG- 2010) continha uma coluna capilar de sílica fundida do tipo RTX-5MS (Restek, 30,0m x 0,25mm x 0,25µm). Com as mesmas condições de operação citadas no item 4.4.1 e os dados quantitativos foram calculados pela integração da área dos picos do CG sem o uso de fatores de correção. Todas as amostras foram injetadas em triplicata.
4.5 Análise multivariada
O Software PAST 1.90 foi utilizado para avaliar a similaridade entre as amostras de lúpulo da variedade Hallertauer Mittelfrüh, Columbus e Saaz. A análise multivariada foi realizada pelo método de análise de coordenadas principais (PCoA), onde componentes presentes na amostra foi atribuído o número 1 (um) e a ausência foi caracterizada pelo número 0 (zero), ordenando os dados multivariadosquantitativos pela medida de distância (HAMMER et al., 2001).
5. RESULTADO E DISCUSSÃO
O teor de umidade do lúpulo na escala volumétrica foi de 1,02mL para o Hallertauer Mittelfrüh, de 1,71mL para o Columbus e do Saaz de 0,48mL sendo estes valores utilizados para determinação da quantidade de óleo essencial/ 100g biomassa vegetal, bem como rendimento (Tabela 3).
Estes dados podem ser comparados aos apresentados pela empresa WE consultoria, que disponibiliza uma tabela contendo a descrição da concentração total de óleos essencias, onde considerou-se que a quantidade máxima de óleo essencial que pode ser extraída, seja equivalente a 100% de rendimento conforme Tabela 3.
Tabela 3 - Descrição da composição das três amostras de lúpulo.
Descrição
Hallertauer Mittelfrüh Columbus Saaz
WE
consultoria Experimental WE
consultoria Experimental WE
consultoria Experimental Óleo total
(mL/100g) 0,7–1,3 1,20 1–2 1,89 0,4–0,8 0,53
Teor
umidade 8% 10,03% ±
0,0433
8% 9,8% ± 0,021 8% 10,1%
± 0,033
Rendimento 100% 92,00% 100% 94,79% 100% 66,70%
Fonte: Autora, 2019.
De acordo com Hieronymus (2011), a colheita da planta é realizada quando a mesma apresenta flores com um teor de umidade entre 75 e 85%, o mesmo descreve que este é um dos fatores críticos para garantir a viabilidade no processamento do produto.
Após a extração das flores, as mesmas passam por um processo de secagem, resultando em um aumento da conservação do produto pois baixos níveis de umidade reduzem os riscos de deteriorização, além de preparar o produto para posteriores processos. Nesta etapa, em sua maioria realizada por meio de secadores de bandeja, a umidade da flor é reduzida até valores entre 9 e 11%.
Durante a secagem ocorrem transformações físico-químicas nas flores, entre as principais sua descoloração e perda de textura, como também a perda de parte de compostos voláteis, principalmente de óleos essenciais. A precisão no controle do
processo é de extrema importância para evitar grandes prejuízos referentes às características finais do produto. Para garantir a uniformidade da umidade, após a secagem as flores passam por um período de acondicionamento sendo a umidade reduzida até a faixa de 7 a 8% atingindo o equilíbrio ao longo do volume das flores (KUNZE, 1999). Em contrapartida, no estudo realizado por Almaguer et al. (2014), ao analisar diversos tipos de lúpulo em pallets, o mesmo encontrou um teor de umidade em torno de 10%, sendo este um valor muito próximo ao encontrado nas presentes análises.
Quando comparado a faixa de rendimento citado pela WE Consultoria, considerando que a eficiência máxima da extração seja a máxima quantidade que pode ser extraída, conforme disposto na Tabela 3, tem-se que para o Columbus obteve-se o maior rendimento, seguido do Hallertauer Mittelfrüh e, por fim, o Saaz na extração, os resultados obtidos podem ser observados na Figura 11. Tais resultados já eram esperados conforme observações realizadas durante as extrações. De acordo com citado na literatura, o resultado obtido para o lúpulo Saaz, já era esperado devido a baixa presença de óleos essenciais e a alta volatilidade dos compostos presentes no mesmo (WE consultoria, 2019).
Figura 11 - Eficiência nas extrações realizadas por hidrodestilação.
Fonte: Autora, 2019.
Na análise da composição química do óleo essencial das três variedades observa- se pelos cromatogramas (Figura 12, Figura 13 e Figura 14) a diferença entre as amostras analisadas.
O cromatograma da variedade Hallertauer Mittelfrüh permitiu verificar a presença de 40 compostos, enquanto que o da variedade Columbus, permitiu verificar a
presença de 24 compostos, enquanto que Saaz, permitiu verificar a presença de 26 compostos. Porém observa-se que nas três amostras os compostos majoritários eram o mirceno, α-humuleno, β-cariofileno. A Tabela 4 apresenta um comparativo do teor de cada composto majoritário.
Tabela 4 - Majoritários encontrados no lúpulo.
Descrição
Hallertauer Mittelfrüh Columbus Saaz
WE consultoria
Experiment al
WE
consultoria Experimental WE
consultoria Experimental
Mirceno 20–28% 19,39% 25 – 65% 26,31% 25-40% 6,25%
α–humuleno 45–55% 23,17% 10 – 25% 16,61% 15–25% 11,63%
β–cariofileno 10-15% 8,99% 05 – 15% 11,08% 10-12% 2,29%
Fonte: Autora, 2019.
Quando comparado os 03 majoritários encontrados em cada amostra com a literatura, percebe-se que apenas o teor de β–cariofileno do Hallertauer Mittelfrüh e Columbus são próximos, já a variedade Saaz difere-se das demais amostras (WE consultoria, 2019). A diferença presente no teor dos compostos majoritários possui relação direta com o tipo de lúpulo que será utilizado na produção de cerveja, uma que vez, estes variam em entre notas herbais mais delicadas (Saaz) a notas mais intensas (Columbus). Observa-se que os comercializadores não fornecem uma matéria prima tal qual especificam em suas embalagens.
A seguir na Figura 12 pode ser observado o cromatograma do óleo essencial do lúpulo Hallertau Mittelfrüh, Figura 13 que representa o cromatograma do óleo essencial do lúpulo Columbus e Figura 14 que representa o cromatograma do óleo essencial do Saaz.
Figura 12 - Cromatograma obtidos por GC-EM do óleo essencial do lúpulo Hallertau Mittelfrüh.
Figura 13 - Cromatograma obtidos por GC-EM do óleo essencial do lúpulo Columbus.
Figura 14 - Cromatograma obtidos por GC-EM do óleo essencial do lúpulo Saaz.
Em cada cromatograma foram identificados os picos com maior área e os compostos majoritários, mirceno, α-humuleno e β-cariofileno, a estrutura química destes compostos podem ser observados a seguir na Figura 15.
Mirceno
β - Cariofileno
α-Humuleno
Óxido Cariofileno
Epóxido Humuleno II
Fonte: Autora, 2019.
Mirceno β - Cariofileno α-Humuleno
Epóxido Humuleno II δ-Cadineno
Fonte: Autora, 2019.
Mirceno β - Cariofileno α-Humuleno
Epóxido Humuleno II
Fonte: Autora, 2019.
Figura 15 – Estrutura química dos majoritários presentes em todas as amostras.
Fonte: Autora, 2019.
O óleo da variedade Hallertau Mittelfrüh (Tabela 5) apresentou 25 terpenos sendo 1 monoterpeno, 12 sesquiterpenos, 2 ésteres, 4 cetonas, 2 óxidos e 4 álcoois. Os outros picos que não foram identificados, se referem a outras classes de compostos, como hidrocarbonetos não derivados do isopreno e a ésteres, por exemplo.
Tabela 5 – Composição química do óleo essencial da variedade Hallertau Mittelfrüh.
Nº Pico
Terpeno tr (min)a Área
(%) IRCalcb IRLiterc FMd Grupo
1 Mirceno 8,141 19,39 1007 988 C10H16 I
2 Butanoato de butila 8,945 0,77 1026 993 C10H18O2 III
3 Linalol 12.193 2,58 1102 1095 C10H18O IV
4 2-Decanona 16,033 0,3 1193 1190 C10H20O V
5 Geraniol 18,733 1,02 1256 1249 C10H18O IV
7 2-Undecanona 20,377 1,42 1294 1293 C11H22O V
10 Geranato de Metila 21,678 0,57 1324 1322 C11H18O III
11 α-Ilangeno 23,747 0,26 1374 1373 C15H24 II
α-Humuleno β-Cariofileno Mirceno
Continuação Tabela 5 – Composição química do óleo essencial da variedade Hallertau Mittelfrüh.
Nº Pico
Terpeno tr (min)a Área
(%) IRCalcb IRLiterc FMd Grupo
13 2-Dodecanone 24,655 0,19 1395 1388 C15H24 V
14 β - Cariofileno 25,851 8,99 1424 1417 C15H24 II
15 β - Copaeno 26,175 0,56 1432 1430 C15H24 II
16 α-Humuleno 27,364 23,17 1462 1452 C15H24 II
17 Aromadendreno 28,115 2,7 1480 1460 C15H24 II
18 α-Amorfeno 28,249 0,27 1483 1483 C15H24 II
19 β- Selineno 28,525 1,51 1490 1489 C15H24 II
20 2-Tridecanona 28,758 0,73 1496 1495 C13H26O V
21 α-Selineno 28,863 1,66 1499 1498 C15H24 II
22 α-Muuroleno 29,051 0,98 1503 1500 C15H24 II
23 (Z)-Nerolidol 29,455 1,21 1514 1531 C15H26O IV
26 Selina-3,7(11)-dieno 30,444 1,21 1539 1545 C15H24 II
27 α-Cadineno 30,525 0,43 1541 1537 C15H24 II
28 Hedicariol 30,697 1,03 1546 1546 C15H24 II
