Análise do processo de produção de hidromel

Niterói 1/2019

UNIVERSIDADE FEDERAL FLUMINENSE

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUÍMICA E DE PETRÓLEO

ANDRÉ FELIPE ALVES MENEGUITE

CAIO SPARENBERG BRANDÃO

Niterói

ANDRÉ FELIPE MENEGUITE CAIO SPARENBERG BRANDÃO

“

ANÁLISE DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DO HIDROMEL

Projeto Final apresentado ao Curso de Graduação em Engenharia Química, oferecido pelo departamento de Engenharia Química e de Petróleo da Escola de Engenharia da Universidade Federal Fluminense, como requisito parcial para obtenção do Grau de Engenheiro Químico.

ORIENTADOR

Agradecimentos de André Felipe

Aos meus pais, Eliane e Arlindo, por sempre terem olhado por mim, me orientado e amado. Por terem prezado pela minha educação e me ensinado a ser quem sou hoje.

À minha irmã Andreza, por todo amor e suporte e por nunca deixar eu desistir e ao meu cunhado Maurício por toda ajuda e conselhos na elaboração deste projeto.

À minha namorada Maria Clara, por me apoiar nos momentos de dificuldade e estar sempre comigo.

E ao meu parceiro de TCC Caio, por me introduzir ao mundo do hidromel e solucionarmos juntos todos os problema que surgiram ao longo deste trabalho.

Agradecimentos de Caio

Primeiramente, e apesar de todos os obstáculos e dificuldades que apareceram pelo caminho, gostaria de agradecer a Universidade Federal Fluminense, todos os seus docentes e funcionários, terceirizados ou não, pela força e dedicação à instituição e seus alunos; mesmo que tenha me tomado tanto tempo, suor e angústia, mas amadureci e cresci, não só como aluno, mas como indivíduo em sociedade. Aos professores, que me serviram de inspiração e me auxiliaram a levantar e ver uma luz no fim do túnel; ao Glaucio Braga, pela energia, Ana Carla, pelo altruísmo e Fernando Peixoto pelas incríveis aulas, discurso inspirador e liberdade de crescimento pessoal para que eu pudesse trilhar o meu próprio caminho para o sucesso.

À minha família, pelo apoio, carinho, atenção e insistência desde o início e principalmente pela compaixão da minha querida mãe e meu pai, e também da minha sogra, por não me deixarem desistir nos momentos mais pesados, por isso vocês têm minha eterna gratidão!

Aos meus amados amigos; aos Andrés, Bel, Cris, Bione, amigos do Kindred Asas de Pedra e todos que me deram aquele suporte emocional nos momentos de solidão, de alegria depois daquela noite virada e da solidariedade nas empreitadas mais cansativas do Kalèvala.

Ao André Meneguite, meu parceiro de conclusão de curso, que topou me acompanhar nessa loucura de fazer um tema inovador e empreendedor de engenharia química, mesmo sem ter as ferramentas corretas para o trabalho, veio com coragem e força de vontade, seja para sair logo da faculdade ou para se desafiar e provar o valor de nosso conhecimento e capacidade de raciocínio adquiridos, não obstante, me auxiliou muito e se mostrou um verdadeiro amigo!

Por último e mais importante, para meu amor, minha cúmplice, minha sócia e parceira, mãe de meu filho e dona do meu lar, com a qual tive a sorte e a oportunidade de conviver nesses últimos 5 anos de faculdade, durante muito trabalho e criação de nosso filho; para você que me apoiou, amou e se sacrificou a fim de que eu pudesse terminar essa minha etapa na vida: um longo abraço e um caloroso beijo de agradecimento, pois sem você, sem sua garra e vontade de crescer, broncas, brigas e cafunés, nunca teria construído tanta responsabilidade e foco para atingir um objetivo tão incrível, que vai muitíssimo além de um mero diploma, e sim da construção de caráter e autoconfiança!

Um dia é preciso parar de sonhar, tirar os planos da gaveta e, de algum modo, começar.

RESUMO

O presente trabalho, que tem por objetivo analisar o projeto conceitual, bem como o dimensionamento uma unidade de produção de hidromel industrial, obtendo-se valores de análise econômica favoráveis. O volume inicial médio para produção foi estimado através de um estudo de mercado, resultando em 1000 litros produzidos por batelada de duração mínima de 90 dias, considerando todo processo produtivo. Foram dimensionados um fermentador principal, totalmente assessorado para acompanhar as etapas iniciais de fermentação do hidromel e adequado para as necessidades das leveduras selecionadas para o clima morno de Niterói, RJ. Além desse fermentador, estipulou-se o volume e características dos equipamentos auxiliares, como válvulas, bombas, maturadores, vasos misturadores, filtros e envasadoras. Através de análise de viabilidade econômica fina para a implantação da micro-hidromelaria, confirmou-se a possibilidade de obter o retorno do investimento inicial em aproximadamente dois anos e meio de operação com escala de produção variável.

Palavras-chave: Hidromel, Vinho de Mel, Scale Up, Fermentação, Industrialização, Engenharia Química.

ABSTRACT

The current work has as objective to analyze the conceptual project, as well as design a industrial mead production plant, obtaining a favorable economic analysis. The starting mean production volume was estimated through a market study, resulting in 1000 produced liters per batch, with a minimum duration of 90 days, considering the whole productive process. During the study was designed an optimized main fermenter, completely equipped for the initial mead fermentation processes and for the yeasts necessities for the warm weather in Niterói, RJ. There were also designed volume and characteristics for the auxiliary equipment, such as pumps, maturation tanks, mixing tanks, filters and bottlers. Through a economic viability analysis for the implantation of the small scale mead production plant, it has been confirmed the possibility of obtaining the starting investment return in approximately two and a half years of operation with variable production scale.

Keywords: Mead, honey wine, scale up, fermentation, industry, chemical engineering

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Barris e vidrarias com hidroméis da Superstition Meadery, USA. ... 22

Figura 2: Apresentação de diferentes tipos de méis brasileiros, Brasil. ... 27

Figura 3: Desidratação da molécula de glicose (à esquerda) em HMF (à direita). ... 28

Figura 4: Leveduras Saccharomyces e sua replicação celular. ... 30

Figura 5: Diagrama de Blocos Simplificado do Processo. ... 33

Figura 6: Diagrama de Macroprocessos. ... 34

Figura 7: Esquema ilustrado do processo de diluição para inoculação industrial. ... 40

Figura 8: Estudo gráfico da fermentação alcoólica por meio de microcalorimetria. ... 41

Figura 9: Esquema da cadeia metabólica de quebra da glicose. ... 43

Figura 10: Efeito da aeração no crescimento das leveduras: ... 45

Figura 11: Tamanhos de partícula e métodos de filtração. ... 51

Figura 12: Reator Agitado e Aerado, tipo STR ... 53

Figura 13: Comparação entre turbinas Rushton e Axial. ... 55

Figura 14: Esquemas de diferentes sistemas de troca térmica. Tanque encamisado (esquerda), serpentinas (meio) e feixe de tubos (direita). ... 58

Figura 15: Diferentes posicionamentos de filtros para esterilização das correntes no sistema. ... 60

Figura 16: Cartuchos de filtração (esquerda) e o corpo do filtro (direita). ... 61

Figura 17: Filtros usuais para vinho, filtro com terras diatomáceas (esquerda) e filtro prensa com membrana de celulose (direita). ... 62

Figura 18: Diagrama de blocos de controle em malha fechada da temperatura. ... 67

Figura 19: Fluxograma simplificado. ... 69

Figura 20: Ilustração de sistema de dupla filtragem como mencionado no texto acima (membranas de polipropileno + carvão ativado encapsulado). ... 71

Figura 21: Esquema do reator. Cotas em milímetros. ... 78

Figura 22: Gráfico correlacionando o número de potência Np e o número de reynolds Nre. 84 Figura 23: Dosagem de bentonita para diferentes níveis de impurezas e estágios de fermentação. ... 88

LISTA DE QUADROS E TABELAS

Quadro 1: Duas diferentes e usuais fórmulas para suplementação do mosto. ... 38

Quadro 2: Dados cruzados com base em diferentes fontes, desde a literatura mencionada até o regulamento da BJCP da ASH - Associação do Sul de Hidromeleiros. ... 72

Quadro 3: Dimensões usuais para bioreatores. ... 75

Quadro 4: Dimensões do fermentador idealizado para o projeto. ... 77

Tabela 1: Grau de Agitação, velocidades e potências para determinados processo químicos. ... 81

Tabela 2: Propriedades dos flúidos de estudo a 25°C. ... 83

Quadro 5: Variáveis para o cálculo do reynolds da mistura. ... 83

Quadro 6: Propriedades e dimensões do misturador. ... 84

Quadro 7: Dados para cálculo de troca de calor. ... 86

Quadro 8: Dados para cálculo do coeficiente global de troca térmica. ... 87

Quadro 9: Dados para cálculo do fluido de refrigeração. ... 87

Quadro 10: Parâmetros ideais desejados para o produto final. ... 91

Quadro 11: Custos Fixos (mensais) estimados. ... 95

Quadro 12: Custos variáveis (por batelada/mensal) estimados. ... 97

Quadro 13: Fluxos de Caixa esperados por ano de funcionamento. ... 98

LISTA DE ABREVIATURAS

ABV

Alcohol By Volume - Em português significa álcool por volume. É uma escala muito comum para

se estudar a relação da volume alcoólico presente na bebida e deve estar presente no rótulo para identificação legal da mesma.

ABW Alcohol By Weight - Em português significa álcool por massa. É uma escala muito comum para se

estudar a relação da massa de álcool presente na bebida e realizar correlações empíricas.

AEC

Antes da Era Comum - Notação atualmente utilizada para se referir aos anos antecedentes ao nascimento de cristo, sem que seja necessário mencioná-lo, evitando-se qualquer direcionamento religioso.

AMMA

American Mead Association - Possui como objetivo reunir dados sobre a produção, consumo, importação e exportação de hidromel com base nos Estados Unidos, focando no auxílio e documentação das pequenas e micro empresas.

CERV BRASIL

Associação Brasileira da Indústria de Cerveja - Possui como objetivo reunir as grandes marcas brasileiras afim de realizar censos, pesquisas e gerar resultados que fortaleçam a indústria cervejeira nacional como um todo.

DBO Demanda Bioquímica de Oxigênio - Quantidade de oxigênio necessária para determinado processo bioquímico.

FG

Final Gravity - Em português significa massa específica final. É um método muito comum de se

averiguar o residual de açucares em relação ao álcool presentes na bebida final. Quanto menor a FG, maior a quantidade de álcool em relação ao açúcar residual e portanto menor o dulçor da bebida.

FISPQ Ficha de Informações de Segurança de Produtos Químicos - Documento obrigatório na comercialização e utilização de produtos químicos.

GL

Gay-Lussac - Famoso químico/físico responsável por estudar as leis dos gases ideias (em 1850) e propor uma escala de fração volumétrica do substrato em função da solução como um todo (%v/v).

HMF Hidroximetilfurfural - Composto orgânico derivado da decomposição de açúcares. Sua quantidade indica denota um índice qualidade e idade do mel.

HPLC High Performance Liquid Chromatography - Método analítico para identificar e quantificar compostos em uma mistura.

IBRAVIN

Instituto Brasileiro do Vinho - Possui como objetivo reunir dados sobre o consumo, venda, importação e exportação de vinhos no Brasil; com finalidade de aumentar o crescimento dessa indústria brasileira.

MAPA

Ministério da Agricultura Pecuária e Abastecimento - Órgão responsável pela gestão das políticas públicas de estímulo à agropecuária, fomento do agronegócio e regulação e normatização de serviços vinculados ao setor.

OG

Original Gravity - Em português significa massa específica original. É um método muito comum

de se planejar a quantidade de açucares restantes e porcentagem alcoólica desejada na bebida final.

PIB Produto Interno Bruto - Contabilização total de bens e serviços finais em um país. Indica o total de bens e produtos produzidos durante um período em um país.

RTD Resistance Temperature Detector - Sensor de temperatura que utiliza resistência elétrica para

medição.

SEBRAE Serviço Brasileiro de Apoio às Micro e Pequenas Empresas - Entidade social brasileira que auxilia o empreendorismo no país

STR Stirred Tank Reactor - Tipo de tanque dimensionado e assessorado para otimizar processos e

reações químicas descontínuas como no caso da fermentação alcoólica alimentícia.

LISTA

DE

SÍMBOLOS

Variáveis:

A Área (m²)

ABV Álcool em volume (%)

ABW Álcool em peso (%)

AE Extrato aparente (°P)

Cp Calor específico à pressão constante (J/kg.K)

D Diâmetro (m)

E Extrato (°P)

FG Densidade Final

FM Fluxo monetário ou de caixa (R$)

H Altura do reator (m) h Coeficiente de película (W/m².k) hc Altura cônica (m) I Investimento (R$) k Condutividade térmica (W/m.k) M Massa (kg) N Frequência de rotação (rps) Np Número de potência Npr Número de Prandtl

OE Extrato Original (°P)

P Potência (W)

Q Vazão (m³/h)

Qc Calor (J)

q Coeficiente da equação de extrato

R Raio superior (m)

r Raio inferior (m)

RE Extrato real (°P)

SG Densidade

t Tempo (s)

TIR Taxa interna de retorno (R$)

Tr Tempo de retorno (anos)

u Velocidade do fluido (m/s)

U Coeficiente global de troca térmica (W/m².k)

V Volume (m³)

VPL Valor presente líquido (R$)

x Fração Mássica

μ Viscosidade dinâmica (kg/m.s) ν Viscosidade cinemática (cSt) ρ Massa específica (kg/m³)

Subscritos:

1/4 Volume de ¼ superior do cone (L)

3/4 Volume de ¾ inferiores do cone (L)

e Externo

i Impelidor

io Externo corrigido

cil Cilindro

SUMÁRIO

2.1.4. Sais, Nutrientes e Suplementos: 31

2.2. PROJETO CONCEITUAL 33 2.2.1. Esterilização 34 2.2.2. Preparação do Mosto 35 2.2.3. Inoculação 38 2.2.4. Fermentação 42 2.2.5. Trasfega 46 2.2.6. Maturação 47 2.2.7. Finalização 49 2.3. EQUIPAMENTOS 51 2.3.1. Estocagem 51 2.3.2. Bioreatores 52 2.3.3. Maturadores 58 2.3.4. Filtros 59 2.3.5. Acessórios 62

3. DESENVOLVIMENTO 67 3.1. PROJETO 68 3.2. DIMENSIONAMENTO 69 3.2.1. Pré-tratamentos 70 3.2.2. Preparação do Mosto 71 3.2.3. Inoculação 78 3.2.4. Fermentação 80 3.2.5. Clarificação 85 3.2.6. Trasfega 89 3.2.7. Maturação 89 3.2.8. Padronização e Estabilização 90 3.2.9. Filtração 91 3.2.10. Envase 91 3.2.11. Guarda 92

4. ANÁLISE DE VIABILIDADE ECONÔMICA 93

4.1. Estimativa de Custos 93

4.1.1. Custos Fixos 93

4.1.2. Custos Variáveis 95

4.2. Fluxo de Caixa 97

4.3. Payback 99

4.4. Análise da Taxa Interna de Retorno 99

5. MEMÓRIA DE CÁLCULO 101

5.1. Volumes 101

5.2. Propriedades do Mosto 101

5.2.1. Viscosidade do Mosto 101

5.2.2. Calor Específico do Mosto 102

5.2.3. Condutividade Térmica do Mosto 102

5.3. Dimensionamento do Reator 103

5.4. Dimensionamento do Sistema de Agitação 105

5.5. Dimensionamento de Camisa Térmica 106

6. CONCLUSÃO 107 6.1. Viabilidade Logística 107 6.2. Viabilidade Econômica 108 6.3. Súmula Final 109 7. REFERÊNCIAS 112 8. APÊNDICES 119

8.1. APÊNDICE A – Análise de Investimento Inicial 119

8.2. APÊNDICE B – Análise de Custos Fixos 120

8.3. APÊNDICE C – Análise de Custos Variáveis 121

8.4. APÊNDICE D – Análise do Fluxo de Caixa 122

8.5. APÊNDICE E – Sistema de Rotação de Maturadores 125

9. ANEXOS 126

9.1. ANEXO A - Diferentes Variedades de Hidromel 126

9.2. ANEXO B – Relatório da Indústria Hidromeleira Americana (2017) 127

1. INTRODUÇÃO

Hidromel é o nome dado em português para a bebida fermentada a partir de água, mel e outros ingredientes em menor proporção. Também chamado de vinho de mel, ela geralmente possui uma coloração dourada translúcida, com aroma e sabor característicos do mel utilizado e de porcentagem alcoólica variável, dependendo de diversos fatores que serão abordados posteriormente.

Neste trabalho serão exploradas as características mais importantes da produção do hidromel visando executar um projeto conceitual de uma unidade de produção de hidromel bem como seu detalhamento.

1.1. TEMÁTICAGERAL

Da legislação, ”Hidromel é a bebida com graduação alcoólica de quatro a quatorze por cento em volume, a vinte graus Celsius, obtida pela fermentação alcoólica de solução de mel de abelha, sais nutrientes e água potável” (Brasil, 2009). A Figura 1 apresenta diversos tipos de hidromel, com diferentes aspectos visuais.

Figura 1: Barris e vidrarias com hidroméis da Superstition Meadery, USA.

O hidromel é provavelmente a bebida fermentada mais antiga conhecida pelo homem, com indícios de descoberta acidental antes mesmo dos 10.000 A.E.C. e ingerida com fins ritualísticos e de alteração do estado de consciência, juntamente com bebidas alcoólicas naturalmente fermentadas de frutas e sementes caídas, ainda durante o período nômade da humanidade. Através dos tempos, o manejo de abelhas e plantas foi desenvolvido e a produção de hidromel estabelecida e adaptada, o consumo de bebidas alcoólicas se tornou um hábito social e até nutricionalmente importante, como por exemplo misturando-o com frutas, plantas e grãos; fato que gerou o desenvolvimento em paralelo de outros tipos de fermentados de origem puramente vegetal, como a cerveja e o vinho de uva (HORNEY, 2003). A facilidade de cultivo dessas novas fontes deixou a produção do vinho de mel em segundo plano, ficando remanescente nos países do norte europeu, onde não haviam condições climáticas favoráveis para cultivos extensivos.

A receita mais antiga, descrita em manuscritos Indianos tão antigos quanto 1700 A.E.C., se referem a simples mistura de água e mel, que poderia ou não estar fermentado, sob o nome de “mādhu” (RASMUSSEN, 20[??] apud FJÁRFELLI, 2018); enquanto a adição de outros ingredientes também é um processo comumente aplicado e tão frequente, que cada tipo de mistura tem seu próprio nome, como por exemplo: Melomel (adição de frutas) que vem do grego “melomeli”, Metheglin (ervas e especiarias), Payment (uvas), dentre outros. Diferentes adições geram novas percepções dos hidroméis, os quais podem ser observados em literatura especializada como Piatz (2014); ou na imagem da hidromelaria (estabelecimento focado na fermentação de hidromel) americana Groenfell, mostrada no Anexo A.

Não foi até a descoberta de Louis Pasteur, na segunda metade do século XIX, sobre a origem da fermentação e a identificação dos microorganismos responsáveis - as leveduras - que o processo produtivo de fermentados evoluiu drasticamente e a produção de hidromel tornou-se novamente viável. Antes dos estudos sobre contaminações microbiológicas e o processo de pasteurização, o vinho de mel era um produto altamente instável, com uma vida útil pequena e alto risco de contaminação durante a sua fermentação e maturação, devido ao alto conteúdo de açúcares no mel, por vezes residual.

Nos últimos anos tem-se observado um crescimento substancial na indústria cervejeira e no setor de bebidas artesanais em geral; os quais geram renda, empregos e movimentam a economia brasileira. Cerca de 1,6% do PIB nacional é referente à indústria cervejeira (CERVBRASIL, 2018) e a exportação de vinhos, apenas de 2017 para 2018,

aumentou mais de 48% em volume, somando 553 mil litros, que refletem em quase 1.5 milhões de dólares. (IBRAVIN, 2018)

O cenário hidromeleiro é atualmente composto majoritariamente por micro e pequenas empresas, como forma de agregar valor ao mel em propriedades apícolas. Pode-se observar essa afirmação a partir de dados coletados no Anexo B pela AMMA (American Mead Association) nos Estados Unidos em 2016, sendo 67% das empresas produtoras de hidromel no país ativas a menos de 5 anos e dentre elas apenas 17% fermentam vinhos de uva e 9,4% cervejas; além disso no mesmo período que a indústria de cerveja cresceu 17%, a do hidromel cresceu 42%, ficando conhecida como o menor e mais crescente ramo da indústria do álcool norte americana.

Tais fatos implicam em uma série de consequências para a qualidade, padrão, volume e visibilidade do produto final, o qual depende de muita prática, estudo e aplicação de conceitos de bioquímica e engenharia. Pensando nisso, pesquisadores brasileiros têm começado a estudar artigos estrangeiros e realizar testes com méis locais e diferentes técnicas processuais de modo a obter resultados mais consistentes, o que é de extrema importância para que se comece a produzir um produto original e de qualidade.

1.2. OBJETIVO

Levantar, resumir, comentar e sugerir a aplicação de técnicas, assim como projetar/sugerir equipamentos que otimizem a eficiência da produção de hidromel em escala industrial, utilizando-se de literaturas tanto voltadas para o produto em questão, quanto comparando com processos similares e mais bem estabelecidos, como a fermentação do vinho e da cerveja.

Há também de se observar alguns tipos de sistemas acessórios necessários e detalhamentos técnicos/operacionais para o bom funcionamento de uma planta fermentadora, assim como os custos envolvidos e sua viabilidade econômica.

Tal trabalho pode auxiliar novos produtores, não só a evitar erros comumente praticados durante a produção do hidromel, mas também facilitar a mudança de escalas artesanais (informais) para escalas industriais (legalizadas), aprimorando em paralelo o sabor, a apresentação, o padrão e consequentemente a venalidade dos seus hidroméis, de forma a tornar a bebida comumente mais reconhecida e agradável ao paladar dos consumidores.

1.3. JUSTIFICATIVA

A tecnologia atual permite que os fatores responsáveis pela substituição do hidromel por outras bebidas fermentadas, que apresentavam maior durabilidade para o consumo e menor custo de produção, sejam contornadas. Os estudos biotecnológicos e a utilização de equipamentos modernos de processamento alimentício facilitam a produção da bebida.

Tal fato relaciona-se ao peso das exportações agrícolas e do setor primário no PIB brasileiro, com 12% da soja, 9% do minério de ferro, 8% do óleo cru, segmentos os quais comumente aplicam menos tecnologia e agregam pouquíssimo valor às matérias primas, que por vezes, possuem reconhecido valor internacionalmente e imenso potencial de beneficiamento (THE OBSERVATORY OF ECONOMIC COMPLEXITY, 2018).

No que se refere, especificamente ao mel brasileiro, o qual em 2015 rendeu uma produção nacional de cerca de 38 mil toneladas, das quais 59% foram exportadas como mel in-natura (REHDER, 2015), possui imenso potencial exploratório por meio das indústrias farmacêuticas, cosmética e de derivados como própolis e alimentícia. Estima-se que a cadeia de produção do mel, que envolve a produção de méis puros para exportação e produtos derivados de baixo valor agregado como própolis movimentam mais de 120 milhões de dólares com exportações por ano (CUBA, 2017); sem contar com o consumo interno, que apesar de pequeno comparado a outros países como China ou Estados Unidos, também necessita de mão de obra e movimenta empregos e negócios internamente.

Desse modo, acredita-se que o Brasil pode encontrar no vinho de mel um meio de valorizar essa matéria prima tão estimada, suprindo mercados exigentes como o americano e o europeu, também diversificando o mercado interno e gerando maior movimentação microeconômica, visto que uma indústria hidromeleira de pequeno porte pode acionar diversos setores dentro de sua esfera local de influência, como a indústria de vidros, embalagens, os setores de plásticos, construção, tecnologia e até de transportes.

2. REVISÃOBIBLIOGRÁFICA

2.1. MATÉRIAS-PRIMASEINSUMOS 2.1.1. Água

Componente de maior porcentagem em volume no hidromel (cerca de 66% v/v), que tem como principal preocupação a sua potabilidade em relação a contaminantes biológicos (coliformes, bactérias, e vírus), elementos químicos (biocidas, metais pesados, cloro e sais) e características organolépticas (turbidez, ph e temperatura para correções de medidas) (BRASIL, 2017).

Sua qualidade pode afetar significamente o produto final; para Schramm (2003) e Piatz (2014), o detalhe de maior atenção deve ser a remoção do cloro presente na água a ser utilizada, pois este pode reagir durante o processo de fermentação formando compostos clorofenóis que atribuem características desagradáveis a bebida. De acordo com a legislação, é necessário que toda água fornecida pelos sistemas distribuidores mantenham uma concentração mínima residual de Cloro de 0,5 mg/L de modo a garantir sua desinfecção.

Os valores limítrofes das características físico-químicas e biológicas da água utilizada na planta destinada ao início da fermentação e ajuste do açúcar e álcool do produto final devem ser analisadas pelo próprio fabricante ou laboratório com periodicidades e concentrações especificadas em lei municipal do MAPA. (MINISTÉRIO DA SAÚDE, 2017)

Observa-se ainda que existe uma certa conduta perante cada fonte de água utilizada, com a origem da água por meio de: coleta in-natura, com necessidades especiais de tratamento e filtração devido a contaminantes particulados e biológicos; alimentação por meio da rede de distribuição municipal, geralmente com boa assepsia, porém alto teor de cloro; e ainda por meio de água mineral potável, a qual representa um baixo risco de contaminação, baixo teor de cloro, porém alto valor agregado.

2.1.2. Mel

Segundo componente em maior volume no hidromel (aprox. 33% v/v), porém o de maior importância, levando suas características físicas, químicas e organolépticas de aroma,

dulçor, sabor e coloração diretamente ao produto final, além de fornecer a base de substrato açucarado para a fermentação do mosto1 pelas leveduras.

“Entende-se por mel, o produto alimentício produzido pelas abelhas melíferas, a partir do néctar das flores ou das secreções procedentes de partes vivas das plantas ou de excreções de insetos sugadores de plantas que ficam sobre partes vivas de plantas, que as abelhas recolhem, transformam, combinam com substâncias específicas próprias, armazenam e deixam madurar nos favos da colméia.” (MINISTÉRIO DA AGRICULTURA E ABASTECIMENTO, 2000, p.1)

Figura 2: Apresentação de diferentes tipos de méis brasileiros, Brasil.

Fonte: https://baldoni.com.br. Acesso via web: 03/01/2019

As características sensoriais e físico-químicas do mel, apresentado na Figura 2, dependem da espécie e da origem do néctar das abelhas; sendo elas em sua maioria do gênero

Apis - a Apis mellifera, comumente encontradas na América, Europa, África e Oriente Médio,

note também que existem abelhas sem ferrão nativas brasileiras capazes de produzir méis extremamente refinados, mas que pelo alto teor de umidade não apresentam as características ideais para a confecção clássica do hidromel (o que não os exclua de utilizações mais específicas, como em blends). Quanto a origem do néctar, pode ser floral (obtido pelo néctar de flores) ou melato (obtido pela excreção de insetos sugadores de plantas); podendo ser

1

Terminologia adotada para denominar a solução de partida do processo fermentativo, geralmente levemente concentrada em açúcares, nutrientes e demais substâncias suplementares ou advindas da matéria-prima utilizada.

processados a partir dos métodos de: escorrimento, prensa ou centrifugação; os quais se apresentam, após o processamento e armazenamento, no estado líquido, com ou sem favos, parcialmente granulado ou cristalizado (o qual precisa ser aquecido para solubilização).

A composição química da matéria-prima, que é resumidamente uma solução concentrada de açúcares com predominância de glucose e frutose é, na verdade, uma grande mistura formada por centenas de compostos, dentre eles os hidratos de carbono [principais], enzimas, aminoácidos, substâncias aromáticas, pigmentos, grãos de pólen e cinzas. Suas propriedades são avaliadas através de parâmetros estabelecidos na Norma do Codex Alimentarius (FOOD AND AGRICULTURE ORGANIZATION OF THE U.N., 1981) e incluem pH, teor de água, teor de açúcares redutores, teor de sacarose, teor de matérias insolúveis na água, teor de minerais, condutividade elétrica, teor de cinzas, acidez, teor de hidroximetilfurfural (HMF) e índice diastásico.

Algumas dessas características físicas podem denotar a deterioração do mel, dentre elas: umidade acima de 20%, indícios de fermentação (efervescência), acidez acima de 50 mil equivalentes por quilograma, atividade diastásica mínima de 8 na escala Gothe2 por grama de mel, hidroximetilfurfural (HMF) acima de 60 mg/kg. (REHDER, 2015)

“O HMF é um dos produtos de degradação mais comuns do mel, indicando o seu envelhecimento. Geralmente está ausente em méis recém colhidos, porém sua concentração tende a crescer com o tempo e aumentos de temperatura.” (FRÜHAUF, [201?]).

Figura 3: Desidratação da molécula de glicose (à esquerda) em HMF (à direita).

Fonte: Martin-Gil (2010).

Trata-se de um composto orgânico derivado da desidratação de determinados açúcares, como monossacarídeos, glicose e frutose; mas também pode ser formado a partir de

2

1 grau na escala Gothe por grama de mel é a quantidade de enzimas capazes de converter 0,01 g de amido em uma hora a 40ºC.

reações não enzimáticas chamadas Reações de Maillard (decorrentes de aquecimento e caramelização de substâncias ricas em açúcar). A sua estrutura é apresentda na Figura 3. Pode-se portanto, utilizar a concentração desse composto como indicador de armazenamento, aquecimento e processamento inadequados ou prolongados, além de sugerir possíveis adulterações do mel com açúcar; o que torna essa molécula um dos principais indicadores de qualidade do mel (KAHOUN et al., 2016).

O acondicionamento do mel deve ser realizado em embalagens próprias para armazenamento de alimentos, sendo necessária a proteção contra contaminantes externos e variações de temperatura. É proibido o uso de qualquer tipo de aditivo, seja ele colorífico ou preservativo e a presença de contaminantes dentro dos limites estabelecidos pelo Regulamento Técnico MERCOSUL correspondente. Observa-se ainda que não deve haver objetos macroscópicos como insetos, larvas, grãos e outros.

Por fim, não se pode avaliar a qualidade do mel somente por suas características físico-químicas, mas também deve-se observar sua fauna microbiológica. A sobrevivência de microorganismos no mel é limitada pelo tipo, origem do mel e teor de água, dado que sua baixa concentração de umidade (< 20%) inibe o crescimento bacteriano, todavia fungos possuem maior resistência ao efeito osmótico (OLAITAN; ADELEKE; OLA, 2007). Alguns compostos no mel possuem ainda, atividade bactericida, que juntamente com o baixo pH e alto teor de açúcares previnem o crescimentos de diversos microrganismos (IURLINA e FRITZ, 2005). Com tantas adversidades, restam somente três tipos de microrganismos no mel: leveduras e bactérias do mel natural esporuladas, indicadores sanitários (coliformes etc.) e leveduras e bactérias inoculadas pós-tratamentos, já germinadas e causadoras de doenças.

2.1.3. Leveduras

As leveduras podem corresponder a até 2% da massa total, sendo os verdadeiros protagonistas da transformação do mel em finos vinhos. Esses organismos unicelulares eucarióticos são fungos comumente encontrados na natureza e estão intrinsecamente envolvidos na vida humana e em processos na indústria de alimentos, como na produção de pães até os mais variados tipos de bebidas alcoólicas; agindo não somente na fermentação de açúcares em etanol e gás carbônico, como também na produção de diversos compostos secundários que influenciam diretamente na qualidade e sabor do produto final. (AQUARONE et al., 2008b)

Figura 4: Leveduras Saccharomyces e sua replicação celular.

Fonte: DUTTA (2008)

Existem centenas de espécies de leveduras conhecidas e dentre elas a espécie mais associada à produção de vinhos e hidroméis é a Saccharomyces cerevisiae, apresentada na Figura 4, devido a sua maior eficiência na fermentação alcoólica, tolerância a etanol e dióxido de enxofre, tolerância a variações de temperatura e sua fácil floculação após o término da fermentação (PEREIRA, 2015) . Hoje, alguns híbridos vêm sendo desenvolvidos para melhorar suas características, tais como a capacidade de adaptação à condições de estresse presentes durante a fermentação (altas concentrações de açúcares, de etanol e baixo pH) (ARROYO-LÓPEZ, 2009).

Estas leveduras usualmente reproduzem-se de forma assexuada, através do brotamento, onde uma pequena protuberância surge na célula e é progressivamente preenchida com o conteúdo celular, até que rompe-se formando uma nova célula.

Os artigos mais atuais sobre a fermentação de vinhos e cervejas de teor alcoólico mais fortes, as quais necessitam de cepas mais resistentes, com tolerâncias entre 8 a 18% em volume de álcool na escala GL3, mais especificamente a fermentação do mel diluído, tem

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Escala GL ou Gay-Lussac é a escala de fração volumétrica desenvolvida para medir o volume de substrato em função da solução como um todo (%v/v).

comparado a eficiência de leveduras naturais, as quais já se encontram em pequena quantidade no mel ou mesmo dormentes, vindas do ambiente em que foram trazidas, com leveduras comercialmente utilizadas e distribuídas na forma de pó esporuladas ou em uma solução nutritiva (sem a necessidade de pré-tratamentos e hidratação). Sabe-se contudo, que nem tudo se resume a um alto teor alcoólico e na verdade a produção de compostos como ácidos orgânicos, glicerol e moléculas aromáticas como ésteres e fenóis vem sendo apontadas como responsáveis por moldar grande parte das experiências sensoriais mais importantes do vinho, como corpo, aromaticidade, acidez, cor, dentre outros.

Os resultados verificados por estudos que comparavam leveduras selvagens a cepas comercialmente isoladas dentro do escopo hidromeleiro foram (PEREIRA, 2015):

a. As leveduras naturalmente encontradas no mel precisam ser cuidadosamente separadas e nutridas a fim de se tornarem cepas selecionadas e prontas para serem inoculadas de forma a potencializar a fermentação;

b. Tais leveduras “selvagens” apresentam característica organolépticas inesperadas ao final do processo de fermentação, com a produção de mais elementos fenólicos ou ácidos, os quais em excesso nem sempre são agradáveis ao paladar;

c. Apesar das dificuldades de se selecionar, cultivar, inocular e finalizar a um determinado teor alcoólico previsto, não se descarta que ela possam ser utilizadas de forma a agregar um valor muito peculiar e original a bebida, dado um número suficiente de experimentações e testes práticos;

d. As leveduras comerciais não apresentam um custo exacerbado que inviabilize a sua compra em larga escala para utilização e mistura com re-injeções (chamadas pé-de-cuba) e apresentam uma certa segurança com relação a eliminação de subprodutos e porcentagem alcoólica final, se tornando portanto, uma escolha mais prudente para produção de hidroméis em escala industrial.

2.1.4. Sais, Nutrientes e Suplementos:

Sais minerais, nutrientes e suplementos correspondem a menos de 1% do peso total, porém são fundamentais para o bom desenvolvimento das leveduras selecionadas, pois sem eles os microorganismos não se desenvolveriam plenamente, o que acarretaria em inúmeros problemas na fermentação, como por exemplo a geração excessiva de compostos fenólicos

indesejados e até a parada prematura da fermentação devido a carência de nutrientes e vitaminas como nitrogênio e fósforo. (SCHRAMM, 2003)

Estudos microbiológicos indicam que nutrientes comerciais são bastante eficazes com os tipos mais comuns de leveduras comercialmente utilizadas para fermentação de vinhos, tendo estes geralmente em sua composição, compostos nutritivos como fosfato diamônico, vitaminas como tiamina, e até restos de leveduras autolisadas/inativas para fornecer matéria prima na formação de novas paredes celulares. Outra opção seria a confecção do próprio suplemento nutritivo que pode ser feito com a geração de uma solução contendo água deionizada, adição de sais como o fosfato diamônico, fosfato dipotássico, sulfato de magnésio, cloreto de cálcio, inositol, piroxydina, ácido nicotínico e outros compostos nitrogenados, fosforados, vitamínicos, acidificantes naturais e estabilizantes de ph. (PEREIRA, 2015)

É aconselhável ainda, o tratamento do mosto anterior à inoculação, com adição de SO2 ou SO3 (na forma gasosa ou por meio da diluição de sais de sulfitos) e reduzindo o pH à

3,4 com ácido tartárico ou cítrico e assim diminuir a atividade metabólica de outros microorganismos presentes, principalmente no starter4, potencializando uma cepa inoculada em alta quantidade, que posteriormente passará por diluições sucessivas até chegar a uma concentração de células por ml suficiente para dar partida ao mosto (de 1x10^6 a 1x10^7 por ml de mosto). (PEREIRA, 2012)

Quando se fala de suplementos adicionais, deve-se obrigatoriamente mencionar o oxigênio (O2 (g) dissolvido), o qual é uma parte do ciclo de multiplicação celular, que por

outro lado acaba oxidando os ácidos, fenóis e outros compostos orgânicos, gerando sabores ou aromas desagradáveis. Deve-se portanto, mensurar uma forma de adicioná-lo com o tempo, não deixando a solução demasiada concentrada em CO2 e ainda por não muito tempo

para que as leveduras possam dar prioridade a fermentação anaeróbica, consumindo a maior parte do O2 dissolvido. São utilizados por Aquarone et al.(2008a) valores empíricos obtidos

por produções de vinho de uva fino ou de mesa para otimizar a taxa de crescimento celular sem afetar a qualidade final do produto utilizando cerca de ⅓ a ½ do volume inicial como veículo de recirculação gasosa.

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Denominação do mosto inicialmente preparado com o objetivo específico de maximizar a reprodução celular a partir da otimização dos parâmetros de esterilidade inicial, temperatura e pressão do processo, concentração de substrato, O , CO, nutrientes, vitaminas, sais minerais e agitação.

Como outros suplementos pode-se mencionar agentes químicos comumente utilizados na indústria alimentícia, porém sem que mudem a aparência física ou organoléptica original do produto, advindo da matéria prima utilizada. Pode-se então utilizar por exemplo antiespumantes, que possibilitam um maior preenchimento do reator devido a redução da produção de espuma com a liberação do CO2 da solução, (que pode vir a comprometer as

saídas de gás e de medidores no topo do reator) uso de corantes, aromatizantes, conservantes e antioxidantes.

2.2. PROJETOCONCEITUAL

O processo de produção de hidromel ainda é um campo de debates e estudos por parte dos fabricantes e acadêmicos, sendo assim, não existe um único caminho para se chegar ao produto final, mesmo que existam pontos de interseção entre o que se pesquisa e o que é praticado hoje. Assim, tendo como base a produção descrita nos livros de Piatz (2014) e Schramm (2003) e adaptando-as às necessidades de uma escala industrial e da legislação vigente, serão descritas as etapas do processo, suas alternativas, equipamentos e acessórios.

Analisando o fluxograma de Garlet (2015) na Figura 5 é possível visualizar o processo como um todo de forma simplificada, as etapas serão em seguida descritas.

Figura 5: Diagrama de Blocos Simplificado do Processo.

Fonte: GARLET et al. (2015).

A seguir, o processo será dividido nas seguintes macro-etapas: esterilização, para tratamentos necessários, anteriores ao diagrama; preparação do mosto, para as etapas de tratamento e das matérias-primas; preparação da leveduras e sua inoculação; Fermentação,

para descrição e acompanhamento do processo principal; trasfega, para as etapas entre a decantação e o bombeamento para o segundo container; maturação; finalização, da padronização e envase para distribuição ou guarda. A Figura 6 apresenta o fluxograma desenvolvido.

Figura 6: Diagrama de Macroprocessos.

Fonte: Autoria própria.

2.2.1. Esterilização

A primeira e talvez mais importante etapa na produção de hidromel (e qualquer processo bioquímico) deve ser a higienização de todo material que irá ser utilizado, reservatórios e tubulações que entrarão em contato com o produto.

No caso da fermentação alcoólica (alimentícia), não é necessária a completa esterilização dos equipamentos, pois há a produção de inibidores de crescimento no processo advindo da atividade das leveduras, que impede o desenvolvimento pleno de diversos microrganismos, sendo possível utilizar técnicas de esterilização mais brandas (PIATZ, 2014).

Os métodos de esterilização podem ser físicos, usualmente utilizando calor ou radiação; ou químicos, na forma de lavagem com produtos esterilizantes como dióxido de enxofre ou cloro-derivados. A forma mais simples e usual para a esterilização é a utilização de calor úmido (vapor), capaz de degradar irreversivelmente diversas estruturas de microrganismos, como enzimas e membranas celulares. (AQUARONE et al., 2008a). Para pequenos equipamentos ou itens sensíveis a temperatura como, densímetros, refratômetros ou phmetros pode-se utilizar álcool 70%, visto que a alta concentração alcoólica desnatura proteínas microbianas e a diluição com água aumenta o tempo de contato e a entrada do

álcool em suas membranas celulares. Os outros métodos, são hora mais custosos, outrora demasiado fortes, podendo até deixar traços que iriam contaminar o mosto.

Não deve-se esquecer da esterilização do ar para injeção em mostos fermentativos, a fim de fomentar trocas gasosas de oxigênio para o líquido, que compreende somente 21% dos gases atmosféricos, auxiliando o bom funcionamento metabólico da reprodução das leveduras. Sabendo-se que existem tanto contaminações particuladas (poeiras de até 4μm), quanto microbiológicos (leveduras e bolores grandes ou até bactérios de esporos de até 1-2μm), existem opções como a esterilização por calor, por radiação ou por filtração; sendo a filtração por membranas a mais viável para tais processos. De posse de toda essa informação, percebe-se que a alternativa mais econômica e eficiente é, sem dúvida, a utilização de cilindro de oxigênio puro, sendo largamente utilizado em escala industrial alimentícia, com necessidade mínima de manutenção e poucos ou nenhum equipamento acessório (sem necessidade de bombas, compressores ou filtros). Sua utilização não demanda um grande gasto com equipamentos, manutenção e poupa muito tempo de operação, não causa a produção de radiações ou problemas com contaminação e eficiência de filtração.

2.2.2. Preparação do Mosto

Antes da preparação do mosto, é necessária a realização de um pré-tratamento das matérias-primas a serem utilizadas, pois da mesma forma que os equipamentos, deve-se garantir que os ingredientes utilizados estejam isentos de microrganismos que possam afetar a fermentação de forma a apresentar algum defeito no produto final.

Para o tratamento da água, dado que o fornecimento seja proveniente de uma fonte já inicialmente processada por um centro de distribuição, deve-se atentar para a redução da concentração de cloro, visto que este pode retardar ou até mesmo inibir o crescimento das leveduras; assim como retirar partículas sólidas, contaminações microscópicas e em alguns casos, microorganismos contaminantes (SCHRAMM, 2003; PIATZ, 2014). Para tanto, existem duas opções viáveis, a fervura com posterior filtração de particulados grossos e finos, retirando o cloro e outras moléculas de odores desagradáveis, além de esterilizar fisicamente, ou a purificação por meio de um sistema de filtragem em multicamadas, membranas de Polipropileno que retém particulados de até 15μm e passam para camadas de carvão ativado e prata coloidal para retirada de cloro, odores, turbidez e microorganismos; o que já é amplamente utilizado industrialmente e até de forma domiciliar em casos de captação de água

natural, visto que não necessita de um gasto energético tão grande quanto a fervura e possui um custo viável economicamente, com substituição que gira em torno de 1 a 3 anos de uso.

A real necessidade de esterilização do mel é um tema de controvérsia, no qual algumas fontes especificam o tratamento térmico (pasteurização ou fervura branda) como solução para evitar-se a contaminação inicial no mosto (KAHOUN et al., 2016; IGLESIAS et al., 2014; SCHRAMM, 2003; PEREIRA, 2015), outras fontes especificam, como no processo do vinho de uva, a sulfitação da mistura inicial (no caso do hidromel, mel e água) (SCHRAMM, 2003) e menos popular, é a diluição direta do mel em correta proporção de água, seguida de rápida inoculação das leveduras (CZABAJ et al., 2017).

O tratamento térmico torna a fermentação mais eficientes devido à esterilização do mosto, demonstrando tempos mais curtos e níveis de rendimento alcoólico maiores. Porém ele afeta a maioria dos compostos biologicamente ativos do mel, como enzimas e vitaminas que são degradadas com o aquecimento, removendo também traços de pólen e proteínas que podem gerar uma turvação inicial do mosto e posteriormente facilitar sua clarificação. O tratamento também tem influência direta na capacidade antioxidante do produto final, influenciando nas propriedades organolépticas do hidromel (CZABAJ et al., 2017). Outra desvantagem do aquecimento é afetar os aromas e sabores delicados provenientes da florada e complexidade multifloral de alguns méis (PIATZ, 2014). Não obstante, é preciso ressaltar que a principal desvantagem do tratamento térmico que é a produção do Hidroximetilfurfural (HMF), substância já descrita, responsável por características desagradáveis no produto e associada a compostos cancerígenos (FRÜHAUF, [201?]).

Alternativamente, o tratamento do mel pode ser feito através da utilização de compostos químicos inibidores da atividade microbial, sendo o mais usual o metabissulfito de potássio (K2S2O5), popularmente utilizado na produção de vinhos. Uma proporção sugerida

por Schramm (2003) é de cerca de 50 ppm de enxofre, o equivalente a um tablete comercial do agente químico por galão de mosto. Este tratamento tem por vantagem uma maior resistência ao ataque biológico do produto, sendo este então mais resistente à degradação. A grande desvantagem da utilização de sulfitos é a formação indesejada de compostos organo-sulfurados como acetaldeídos, liberando aromas e sabores desagradáveis e/ou o seu excesso em diluição que segundo a legislação brasileira limita-se à 100ppm residual (BRASIL, 1988) para não causar problemas ao consumo humano, especialmente em pessoas alérgicas.

Ao mosto tratado, também devem ser adicionados uma série de suplementos e vitaminas de modo a fornecer os elementos necessários à reprodução celular das leveduras resultando em uma eficiente fermentação, sabendo-se que o mel é uma matéria-prima com baixa quantidade de nutrientes como nitrogênio e fósforo, essenciais ao metabolismo desses microrganismos. A ausência destes elementos acarreta em tempos de fermentação longos e baixa qualidade de padronização do produto final, além de possíveis off-flavors derivados do contato demasiado entre o produto final e células autolisadas. (PEREIRA, 2015)

É de extrema importância o método utilizado para tal suplementação: Piatz (2014), atenta para o fato de que os nutrientes devem ser adicionados periodicamente, “staggered

nutrition” e não tudo de uma única vez. Isto faz com que as células cresçam em menor

quantidade, porém com mais qualidade (maior quantidade de proteínas) o que proporciona-as uma maior vida-útil e resistência ao álcool formado. A adição de uma só vez pode causar ainda, a multiplicação de células indesejadas e acelerada demasiadamente o metabolismo das leveduras, levando à germinação de células com menor quantidade de proteínas e mais frágeis, que por sua vez produzem mais subprodutos indesejados. Estes subprodutos também podem ser produzidos por outros microrganismos presentes no mosto, consumindo o substrato caso a suplementação seja feita de forma inadequada e gerando aromas e sabores desagradáveis. A sugestão do autor para adição de nutrientes de forma gradual é de ¼ do total durante a mistura inicial do mosto, ¼ após 48 horas de preparação, ¼ após 96 horas de preparação e o restante quando a massa específica atingir 30% do valor final desejado. Diferentes tipos de suplementação podem ser observados no Quadro 1.

Quadro 1: Duas diferentes e usuais fórmulas para suplementação do mosto.

Fonte: Schramm (2003).

2.2.3. Inoculação

Antes que a fermentação ocorra, é necessário o preparo prévio das leveduras a serem utilizadas no processo e como já discutimos anteriormente, há de se utilizar as leveduras comerciais por sua maior confiabilidade. Estas, estão disponíveis principalmente em duas formas, as liofilizadas e aquelas em solução líquida, ambas necessitando de um pré-tratamento antes de serem inoculadas diretamente no mosto - a forma liofilizada, apesar de possuir uma vida útil mais longa deve ser reidratada em certas condições ótimas de temperatura (dependendo da levedura usada), concentração de substrato, oxigênio, inocuidade da água e do recipiente utilizado antes de seguir para a fase de diluição até chegar a concentração ideal de células por ml para o volume do mosto; enquanto a forma líquida já é inserida diretamente no processo de diluição. Estes preparos anteriores a inoculação produzem resultados mais satisfatórios durante a fermentação, reduzindo a fase lag5 e riscos de contaminação inicial do mosto. (SCHRAMM, 2003; PIATZ, 2014)

A reidratação das leveduras desidratadas, como o próprio nome diz, consiste na mistura do conteúdo dos pacotes, em pó, com água. Este processo demora cerca de 15 a 20 minutos. Alguns detalhes devem ser levados em conta na reidratação segundo Piatz (2014): a água utilizada não deve ser destilada ou deionizada, pois os microorganismos desidratados

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Fase lag é a etapa de multiplicação celular em que o metabolismo das leveduras está focado na replicação celular, crescendo sua população de forma exponencial até chegarem a um limite físico, onde a concorrência por substrato, nutrientes ou oxigênio torna a taxa de crescimento idêntica a taxa de mortes ou inativação das mesmas.

utilizam os minerais presentes na água durante este processo, portanto uma leve dureza na água é benéfica (cerca de 250 ppm de dureza). A temperatura ideal para que não haja perda de células é de cerca (ou pouco abaixo) de 40°C, sendo indicado a manutenção dessa temperatura pelo tempo determinado anteriormente. Após sua reidratação, deve-se misturar a solução de leveduras concentradas com uma fração menos concentrada do mosto, a fim de aclimatar as leveduras e dar início a multiplicação celular, focando-se em prover oxigênio com misturação, nutrientes e substrato para a solução, que dali em diante deve seguir para o processo de diluições maiores até ser inoculada diretamente no reator.

Quanto às leveduras em solução líquida, usualmente podem ser utilizadas direto da embalagem em que foram comercializadas, mas para que a fermentação seja eficiente, é necessário multiplicar o número de células ativas antes de sua inoculação no mosto de acordo com o método demonstrado a seguir.

Um starter de leveduras consiste em uma pequena pré-fermentação, com o intuito de garantir um número saudável de células de leveduras no mosto, que, segundo Schramm, (2003), devem ser de até 10 milhões de células por mililitro de mosto, sendo então necessário ao starter possuir cerca de 1 milhão de células por mililitro. Para que esse valor seja atingido, deve-se utilizar um recipiente previamente esterilizado com cerca de 10% do volume da batelada para a produção do starter, com uma solução que seja semelhante em nutrientes ao mosto. Esta solução deve ser vigorosamente agitada após a adição das leveduras, para que seja oxigenada e então selada. Em 12-24 horas surgem os primeiros sinais de fermentação e em 1-3 dias o starter está pronto para inoculação.

No aspecto industrial, devido aos grandes volumes de batelada, é necessário ainda passar o starter por diversas diluições a fim de se obter o número de células ativas desejadas, evitando problemas de atrasos ou contaminações. Para que isso seja possível, a propagação do inóculo deve seguir uma metodologia específica, a partir da incubação inicial, na qual os microorganismos devem ser transferidos para meios de cultura com volumes crescentes, sempre em sua fase logarítmica de crescimento para garantir o rápido desenvolvimento das células. Apenas a última transferência, direto ao fermentador de produção, pode ser feita na fase de declínio de crescimento. É sugerida a transferência para um recipiente de volume 10 vezes maior que o anterior, até que seja atingido o volume de produção, o qual alimentará uma dorna que por sua vez alimentará o fermentador, como demonstrado na Figura 7. (AQUARONE et al., 2008a)

Figura 7: Esquema ilustrado do processo de diluição para inoculação industrial.

Fonte: AQUARONE et al, 2008a.

Durante a inoculação, deve-se atentar para que não haja um choque térmico durante a adição das leveduras ao fermentador, pois uma variação de temperatura maior que 10°C pode ser nocivo ao metabolismo e gerar um stress nas leveduras diminuindo sua eficiência inicial (PIATZ, 2014).

A importância desta etapa é crucial para manutenção e otimização do tempo de fermentação mais curto possível, pois não é necessário esperar de 1 a 3 dias para que a fermentação no reator se intensifique, visto que pode-se iniciar o inóculo em laboratório e coordenar a data de esvaziamento, limpeza e preenchimento do reator principal com o ápice da concentração celular do starter em escala menor; como demonstrado na Figura 8.

Figura 8: Estudo gráfico da fermentação alcoólica por meio de microcalorimetria.

Fonte: VOLPE (1996).

Além da inoculação de células “puras” pode-se também considerar a reutilização de inóculos que deram fermentações bem sucedidas anteriormente, o que economiza muito em potencial do próximo starter, porém exige alguns cuidados a mais. Tais cuidados devem ser meticulosamente verificados a fim de se gerar um inóculo com menos chances de contaminação e matéria orgânica morta em excesso, apesar de que uma pequena parte da matéria organiza ainda pode ser consumida pelas leveduras reduzindo a necessidade de vitaminas e nutrientes, os quais podem ser retirados das células mortas; note ainda que este “benefício” trazido pelo aproveitamento de células mortas pode ocasionar o aparecimento de aromas ou odores (off-flavours) desagradáveis e portanto devem ser feitos em baixa concentração.

Para a finalização do starter adiciona-se junto ao substrato uma carga fracionada de suplementos, os quais podem vir de uma única fonte (suplementos comerciais) ou de um preparo personalizado para as necessidades das leveduras. Seguindo a instrução do fabricante do suplemento comercial Fermaid® K, divide-se a carga de nutrientes em cinco frações, seguindo o programa adaptado abaixo:

a. Adicionar 2 frações do nutriente logo após inoculação; b. Adicionar 1 fração após 24h do inóculo;

c. Adicionar 1 fração quando 50% da densidade desejada for atingida; d. Adicionar 1 última fração quando 75% da densidade desejada for atingida.

2.2.4. Fermentação

Fermentação é o processo microbiológico de transformação de uma matéria-prima (geralmente glicose) por meio de um metabolismo enzimático (havendo células vivas ou não) em que se obtém um produto desejado. Existem dois tipos de fermentação, as descontínuas ou bateladas, que são conhecidas pelo homem desde a antiguidade e ainda hoje utilizadas; e a fermentação contínua, caracterizada pela não necessidade de sucessivas paradas para lavagem, inoculação e preenchimento de mosto, sendo feitos com uma vazão calculada para o tempo de fermentação desejado (AQUARONE, et al., 2008a).

O processo descontínuo é o mais utilizado nos processos da fermentação alcoólica alimentícia, dadas pesquisas em grandes cervejarias e vinharias pelo mundo, sendo o processo contínuo apenas identificado em 2 grandes cervejarias, as quais estão voltando para o processo em batelada devido ao maior controle de possíveis contaminantes, das características finais do produto, da concentração alcoólica mais precisa e qualidades organolépticas mais apuradas (AQUARONE et al., 2008b).

A reação global e a simplificação das reações biocatalíticas da quebra da glicose e são dadas por:

C6H12O6 (aq) → 2C2H5OH(aq) + 2CO2 (g)__

Para realizar a glicólise (quebra da molécula de glicose para gerar energia) , pode-se utilizar diversos tipos de recipientes, os chamados “Biorreatores”; onde a otimização da transformação da matéria-prima é realizada por uma série de reações químicas “catalisadas” pelo que se chama de biocatalisadores, que podem ser enzimas ou células vivas. Esses reatores bioquímicos ou biológicos são responsáveis, desde 1940, pela produção de importantes compostos como antibióticos, vitaminas, ácidos orgânicos, solventes, ou ainda no tratamento de resíduos orgânicos industriais e domésticos. Um esquema geral do processo é apresentado na Figura 9.

Figura 9: Esquema da cadeia metabólica de quebra da glicose.

Fonte: Slides de aula de bioquímica avançada do Prof. Júlio César Borges, USP, São Paulo, Brasil - Acessado via web: http://tiny.cc/chqe7y no dia 23/05/2019.

Existem ainda especificidades que influenciam nos resultados relacionadas ao tipo de biocatalisador utilizado, podendo estes estarem livres ou imobilizados. Verificou-se porém, que a partir de estudos com células de leveduras imobilizadas, a utilização de tal vantagem estratégica, que torna a reutilização de culturas de leveduras muito prática e até aumenta a eficiência de conversão alcoólica nas primeiras bateladas, acaba por gerar sabores e odores desagradáveis após algum tempo de uso, o que está ligado à não renovação da população e o contato do mosto com células autolisadas ou de metabolismo deficiente, aumentando a geração de subprodutos que agregam características organolépticas não ideais ao hidromel (FONSECA, 2013).

Além disso, vê-se necessário analisar a diluição da mistura e como seria possível homogeneizar as concentrações de células vivas, substrato, temperatura e suplementos de

forma a otimizar a oferta de nutrientes, açúcares, oxigênio, ácidos (acético e carboxílico) e reduzir a concentração de CO2, mantendo uma faixa de pH adequada. O controle desses

fatores é essencial, uma vez que uma fermentação efetuada fora dos parâmetros ótimos afeta as leveduras, que acabam por produzir álcoois e subprodutos não desejados, como heptanol, octanol e acetaldeído, impactando na qualidade do produto final. (SCHRAMM, 2003).

Ainda é indicado por Piatz (2014), para o controle e aumento da eficiência, a agitação do meio, que deve ocorrer diversas vezes durante os oito primeiros dias da fermentação, fazendo com que o gás carbônico se desprenda enquanto o substrato e oxigênio circulem e entrem em contato com mais leveduras. Uma concentração alta de CO2 além de

acidificar o mosto pode ser tóxica até para as leveduras, diminuindo desse modo a eficiência da fermentação.

A oxigenação do mosto também é um dos fatores a serem considerados, pois a presença do oxigênio é necessária durante a fase de crescimento exponencial para a multiplicação celular das levedura, uma vez que é utilizado pelos microrganismos na formação da membrana celular e em diversos processos metabólicos, permitindo que extraia os nutrientes do meio. A taxa de fermentação está relacionada diretamente à quantidade de células de leveduras metabolicamente ativas, portanto uma baixa oxigenação leva a uma baixa taxa de fermentação. Ao mesmo tempo, uma oxigenação exagerada ocasiona o excesso de biomassa. A aeração adequada também está relacionada à produção de ésteres durante a fermentação, impactando nas características sensoriais do produto, como pode ser observado na Figura 10. (KUCHARCZYK, 2017)

Figura 10: Efeito da aeração no crescimento das leveduras:

(●) 7 mg O2/L; (■) 10 mg O2/L; (▲) 12 mg O2/L (n = 3; média ± desvio padrão).

Fonte: KUCHARCZYK (2017).

Diferentes formas de aeração são possíveis. A própria agitação citada anteriormente, auxilia na aeração do mosto. É comum na produção de vinhos deixar o mosto recentemente inoculado aberto ao tempo durante quatro dias, para que o oxigênio possa ser solubilizado. Outras soluções, mais eficientes, são o borbulhamento de ar comprimido através do mosto ou até mesmo a injeção de oxigênio puro no sistema, capaz de saturar a solução em oxigênio em apenas alguns minutos (SCHRAMM, 2003).

Após inoculação, a fermentação principal tem seu início e deve ser acompanhada de perto para a manutenção dos parâmetros ótimos previamente citados, na forma de medidas periódicas da massa específica da solução e seu grau BRIX6 de refração. Do início ao fim da fermentação, deve-se observar a diminuição gradativa destes indicadores, denotando o andamento do processo de forma não invasiva e sem custos econômicos além da pequenas alíquotas retiradas (deve-se levar em conta que existem diferenças de concentração dentro do fermentador e que podem variar em até 10% de um ponto ao outro, dependendo da eficiência de misturação).

De acordo com o progresso da fermentação, a massa específica do mosto vai sendo reduzida, pois os açúcares são consumidos formando etanol, menos denso que a água. Há usualmente uma variação na faixa de 0.100 da massa específica original até a do final da fermentação, sendo essa uma das principais formas de se avaliar o fim da mesma. Hidroméis secos, com maior teor de etanol, possuem massa específica entre 0,990 - 1.006, os demi-secos

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Grau Brix é a escala de 0 a 100% utilizada para se medir a quantidade de açúcar restante em uma solução através da refração causada pela concentração deste.

entre 1.006 - 1.012, enquanto os suaves podem possuir 1.012 ou mais (SCHRAMM, 2003), sendo algumas antigas receitas típicas polonesas “Dwojniak” e “Poltorak” representadas por uma doçura marcante e bebida com corpo quase licoroso (densidade próx. de 1.060).

Outras formas de se avaliar o fim da fermentação, como observado por Piatz (2014), são a diminuição ou término da forte efervescências e a floculação das leveduras que se esporulam ou morrem devido ao grande stress causado pelo baixo teor de substrato, oxigênio e acidez, além do alto teor alcoólico de CO2 . Ao fim da fermentação, as células em suspensão

acabam por decantar ao fundo do fermentador, devido a mudanças na estrutura da membrana celular, elas se aglutinam o que em contato com o mosto por um período muito prolongado pode gerar sabores e aromas desagradáveis.

Vale ressaltar ainda que a fermentação nunca cessa de forma definitiva, a menos que não haja mais substrato algum para ser consumido, tendo sempre uma pequena concentração de leveduras ativas consumindo o residual de substrato, oxigênio e nutrientes na solução, até mesmo proveniente de outras leveduras mortas. Alguns autores denominam de fermentação primária esta parte em que as leveduras começam a se multiplicar até entrarem em declínio, restando não mais do que 10% do substrato inicial do mosto.

2.2.5. Trasfega

Após detecção do término da fermentação primária, o produto ainda não está pronto, necessitando ainda passar por outros processos para que se obtenha um hidromel de boa qualidade. O residual de células de leveduras que ainda encontram-se em suspensão, o que pode ser observado pelo aspecto turvo da bebida, com o cessar da movimentação, devido a redução significativa da atividade das leveduras, começa a decantação natural dessas partículas, que se depositam no fundo do reator formando uma borra. O ato de se separar essa borra do restante da solução para outro recipiente chama-se trasfega e existem algumas maneiras de se aumentar a eficiência dessa operação de separação, que pode-se considerar como sendo a clarificação do mosto, conferindo maior translucidez ao produto final e maior vida-útil devido ao menor número de células em suspensão.

A forma mais fácil de se clarificar o mosto é simplesmente aguardando a ação da gravidade, porém, desta forma há de se levar em conta o custo indireto do tempo gasto. Para vencer esta barreira, pode-se optar pela clarificação por processos físicos (ex.: centrifugação ou resfriamento) ou química, onde são adicionados compostos munidos de cargas elétricas,