VINIFICAÇÕES PILOTO (volumes de 100L)
INSTALAÇÕES DE FERMENTAÇÕES DIFERENCIADAS - INRA, PEACH ROUGE
E. Aguera*, C. Picou**, M. Perez**, J.M. Sablayrolles** * :Unidade Experimental do INRA, Pech Rouge
** : UMR ‘Ciência para a Enologia’, INRA, Montpellier
Introdução
A experimentação enológica depara-se com numerosos obstáculos.
Na adega, a experimentação é bastante delicada dada a sazonalidade das vindimas (decorrem apenas durante um a dois meses por ano) e a grande dificuldade de realizar experimentações de forma perfeitamente rigorosa: (i) trabalho com grandes volumes e, consequentemente a complexidade das operações para obter condições testemunha perfeitamente representativas ou a duplicabilidade do processo de experimentação, (ii) falta de disponibilidade dos técnicos durante este período…
Pelo contrário, os ensaios de pequena escala permitem um muito melhor domínio das condições de desenvolvimento das fermentações e disponibilidade de matéria-prima durante um período mais longo; no entanto, poderá ser questionada a representatividade dos resultados no que se refere, nomeadamente, às características dos vinhos obtidos.
Os ensaios de fermentação à escala piloto surgem, assim, como uma boa solução de compromisso, mas, paradoxalmente, o seu interesse em enologia está, ainda, imperfeitamente descrito. Parece-nos por isso interessante aprofundar esta questão, tanto mais que dispomos, desde há quatro anos, de um espaço que permite, nomeadamente: (i) a conservação estéril de mostos (até 210 hL) durante um ano, (ii) a fermentação destes mostos numa bateria de cubas suficientemente equipadas para a monotorização e controlo de fermentações, de forma muito precisa, através da medição em linha da velocidade instantânea de fermentação e (iii) a realização dos tratamentos pós-fermentativos assim como as análises físico-químicas e organolépticas dos vinhos.
Neste primeiro artigo, propomo-nos descrever as instalações existentes, como forma de ilustrar as potencialidades de um dispositivo experimental à escala piloto.
Descrição das instalações de fermentação ¾ Cubas
Estão disponíveis 16 postos de fermentação (vista parcial na fotografia 1). Tratam-se de cubas de 100 litros, de aço inoxidável (316L), com um diâmetro de 400 mm e altura útil de 800 mm. O tampo amovível (fotografia 2) possui diversas perfurações: uma para a recolha de amostras de mosto/vinho (tubo de φ 51mm imerso no mosto e permitindo assim realizar as colheitas sem desgasificação do fermentador) e outra para a saída do CO2. Existe
também uma perfuração central, utilizada para a pisa no caso das vinificações em tinto, assim como duas válvulas para a regulação de temperatura e um sensor que permite a medição da temperatura no centro da cuba.
¾ Controlo da temperatura:
O controlo térmico das cubas é realizado por circulação de água através das válvulas de regulação (comprimento de cada ligação: 95 cm, diâmetro: 12mm). É realizada através da abertura ou encerramento das electroválvulas que accionam o circuito de água quente (temperatura próxima de 40ºC), alimentado por uma caldeira, ou o circuito de água fria, ligado a um grupo de frio (temperatura da água entre 10 e 15°C em função dos regimes de temperatura desejados) (fotografia 2).
Os dois circuitos foram concebidos em anel de Tickelman afim de obter o mesmo débito de circulação em todas as válvulas, independentemente do número de cubas em utilização.
O controlo é do tipo “tudo ou nada”, com um erro máximo 0.1ºC.
¾ Controlo da oxigenação
A adição de oxigénio é realizada através de um difusor colocado num anel de recirculação do mosto em fermentação. O difusor é previamente calibrado afim de determinar a quantidade de oxigénio efectivamente transferido ao meio (Gerland et al., 1998). Este difusor permite calcular o coeficiente (kla), e por conseguinte a velocidade, de transferência
do oxigénio. Este coeficiente mantém um valor quase constante durante a fermentação (Blateyron et al., 1998), sendo por isso possível, para determinadas condições operacionais (tipo de difusor, débito de oxigenação, débito de recirculação…), estimar a quantidade de oxigénio disponibilizado às leveduras, independentemente do estado de desenvolvimento da fermentação. Nas nossas condições standard, foi utilizado um difusor Air-Líquide (referência: N10A), com um débito de oxigénio de 5 l/h e um débito de recirculação de 20 hl/h, o que corresponde um valor de Kla de 2,27 h-1 e uma velocidade de transferência de
oxigénio de 1,2 mgl-1min-1. Assim, a adição de oxigénio durante 5 minutos transfere ao meio
¾ Medição em linha da velocidade de produção de CO2 - Princípio
A monitorização da fermentação é realizada através da medição automática da libertação de CO2. Efectivamente, existe uma relação directa entre a libertação de CO2, o consumo de
açúcares e a produção de álcool (El Haloui et al. 1988). A quantidade de CO2 libertado
permite, consequentemente, estimar o teor residual em açúcar e a concentração em álcool. - Tecnologia utilizada
O sensor escolhido para medir o débito de CO2 é um medidor de fluxo mássico (Brooks TR)
cujo princípio de medida é o seguinte: o gás que se liberta da fermentação passa por um capilar de amostra de diâmetro muito pequeno. As proporções de gás que passam nas duas partes são constantes. A parede do shunt da derivação é re-aquecida uniformemente por uma resistência eléctrica. Dois sensores efectuam a medição do gradiente de temperatura no fluxo de gás. O débito do gás é proporcional a este gradiente. De salientar que o gás deverá ser suficientemente seco, sendo necessário uma serpentina de água e um condensador.
O débito máximo dos medidores de fluxo utilizados à escala piloto é de 140l/h. Modos de condução das fermentações
¾ Sistema de monitorização-controlo
O sistema de controlo das fermentações foi desenvolvido especialmente pelo INRA. Trata-se de um sistema evolutivo (possibilidade de Trata-se adicionarem novos Trata-sensores, por exemplo) gerido por um software escrito em linguagem Labview. Este software permite:
- a monitorização das fermentações: o débito da libertação de CO2 é medido a cada 20
segundos (frequência regulável). A temperatura é medida por uma sonda pt100 com uma frequência de aquisição de 5 segundos (frequência com possibilidade de alteração).
- registar os parâmetros: tempo, velocidade instantânea de libertação do CO2 (g/l.h), valores
acumulados de CO2 libertado (g/l), temperatura programada (ºC), temperatura medida (ºC),
e duração de abertura das electroválvulas quente ou frio.
- a condução das fermentações: são possíveis diversas programações de temperatura (ver parágrafo seguinte).
¾ Exemplos de programações
Os exemplos seguidamente apresentados descrevem diferentes potencialidades dos equipamentos disponíveis em termos de controlo da temperatura. Ilustram também o interesse da monitorização em linha da velocidade de fermentação que é muito mais precisa, e por conseguinte mais informativa, que o acompanhamento manual (da densidade, por exemplo).
-Regulação a temperatura constante (figura 1) Consiste no modo de condução mais
simples. Neste caso, a velocidade de libertação do CO2 passa por um
máximo depois, logo que a multiplicação celular esteja terminada (o que ocorre pouco tempo depois de ter sido atingida a velocidade máxima de libertação do CO2), esta
velocidade decresce continuamente até ao fim da fermentação. No exemplo da figura 1, o decréscimo é extremamente acentuado no final da fermentação, a partir do momento em que o açúcar residual se torna factor limitante. No caso de fermentações lentas (exemplos das figuras 4 e 5), este decréscimo é muito mais lento.
-Programação da temperatura em função do tempo (figura 2)
A temperatura pode ser programada em função do tempo de fermentação. No exemplo da figura 2, a manutenção da temperatura a 16ºC no início de fermentação permite limitar a sua velocidade máxima (o que é geralmente considerado como objectivo); a fermentação realizar-se-á mais rapidamente à medida que a temperatura for aumentada gradualmente. Neste exemplo, deve ser salientada a adição de 300mg/L de fosfato de di-amónio (a t = 150h), cuja eficácia instantânea é muito importante e pode ser quantificada com grande precisão.
0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0 50 100 150 200 T e mp s ( h) 16 17 18 19 20 21 22 23 24 vit esse de dégagement de CO2 t empér at ur e mesur ée
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0 50 100 150 200 250 300 350 T e mp s ( h) 14 15 16 17 18 19 20 21 vit esse de dégagement de CO2 t empér at ur e mesur ée
-Programação da temperatura em função do CO2 (figura3)
A evolução da temperatura pode também ser programada em função da libertação de CO2, (proporcional à
evolução da reacção, bem como ao consumo dos açúcares e à produção de álcool). Em relação ao modo de condução precedente, este permite, em simultâneo, anular o efeito do factor tempo e ter em conta a evolução da composição do meio. É um modo de condução que permite integrar uma das características essenciais dos mostos: a variabilidade da sua fermentiscibilidade, em função da
sua composição em nutrientes. De realçar a perfeita sobreposição entre as temperaturas programadas e medidas.
-Controlo da velocidade de fermentação por controlo do aumento progressivo da temperatura (figura 4).
Durante a maior parte da fermentação, a velocidade de fermentação diminui porque a actividade das leveduras diminui (inibições e limitações nutritivas). Esta descida pode ser compensada por um aumento controlado da temperatura e é assim possível obter fermentações (ou partes da fermentação) durante as quais a actividade das leveduras se mantém constante. Este modo de condução é particularmente interessante em programas de investigação ou quando o objectivo é controlar a actividade fermentativa das leveduras. No exemplo da figura 4, a velocidade é mantida constante no seu valor máximo (a 20ºC) até à obtenção da temperatura máxima (aqui 30ºC). 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0 50 100 150 200 250 300 350 400 T emp s ( h) 19 21 23 25 27 29 31
vit esse de dégagement de CO2 t empérat ure mesurée 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 20 40 60 80 100 CO2 dégagé (gl -1) 15 17 19 21 23 25 27 29
vitesse de dégagement de CO2 température mesurée température consigne
-Simulação do regime térmico de cubas industriais (figura 5)
Na prática, nas cubas industriais, há longos períodos durante os quais o regime de temperatura é não isotérmico, verificando-se o livre aumento da temperatura (até ao ponto programado para o final da fermentação). Se pretendermos reproduzir estas evoluções de temperatura em cubas de 100 l, onde as perdas térmicas são bastante diferentes, é necessário que o software de controlo disponha de um modo de simulação. Este módulo permite calcular, por um lado, a velocidade de produção de calorias (proporcional à velocidade de fermentação) e, por outro, as perdas térmicas verificadas. É então possível reproduzir um regime térmico próximo do de uma cuba industrial. Figure 5 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1 0 50 100 150 200 250 300 T e mp s ( h) 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33
vit esse de dégagement de CO2 t empér at ur e mesur ée t empér at ur e consigne
Repetibilidade das fermentações ¾ Vinificação de brancos
A figura 6 representa as cinéticas de fermentações realizadas em duplicado, obtidas com duas estirpes diferentes. As curvas das fermentações dos duplicados são perfeitamente sobrepostas, tendo ambas sido sujeitas a adição de nutrientes e aumento de temperatura (estas intervenções foram realizadas na mesma fase de fermentação para as duas estirpes). Com este dispositivo, é assim possível destacar eventuais diferenças, mas significativas, entre as condições experimentais (neste caso o efeito estirpe de levedura).
- Repetibilidade
No caso das fermentações de tintos, a primeira etapa consiste em realizar lotes homogéneos entre as diferentes cubas, para o que deve ser adoptado um protocolo de colheita manual da uva.
Nestas condições, é possível obter uma boa repetibilidade mesmo que a pisa seja realizada diariamente (exemplo da figura 7).
Aumento da temperatura Adição de oxigénio e de azoto amoniacal Figura 6. Comparação das cinéticas observadas com 2 estirpes de leveduras (fermentações em duplicado) Figura 7. Repetibilidade das cinéticas fermentativas na vinificação de tinto (com pisa diária).
0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,5 0 100 200 300 400 500 T e mp s ( h) souche A répét it ion 1 souche B répét it ion 1 souche A répét it ion 2 souche B répét it ion 2 0 0,5 1 1,5 2 2,5
Conclusão
Instalações como as da Unidade Experimental de Peach Rouge permitem realizar fermentações à escala piloto de forma perfeitamente optimizada e reprodutível. Nomeadamente, neste tipo de instalações é possível realizar a monotorização precisa e modos de condução particulares, de grande interesse para o estudo de fermentações em condições não isotérmicas. Nos artigos seguintes (parte II) caracterizaremos os ensaios experimentais realizados a esta escala (interesse, representatividade…) relativos quer à vinificação de brancos quer de tintos; na última parte (parte III) descreveremos o impacto da conservação de mostos (durante vários meses) sobre o desenvolvimento das fermentações e as características dos vinhos obtidos.
Agradecimentos
Os autores agradecem a Jean-Louis Roustan a sua ajuda na realização das instalações.
Bibliografia
BLATEYRON L., AGUERA E., DUBOIS C, GERLAND C., SABLAYROLLES J.M., 1998. Control of oxygen adition during alcoholic fermentations. Vitic. Enol. Sci., 53, 131-135
EL HALOUI N., PICQUE D., CORRIEU G., 1988. Alcoholic fermentation in wine making : on line measurement of density and carbon dioxide evolution. J. Food Eng., 8, 17-30.
GERLAND C., BLATEYRON L., SABLAYROLLES J.M., 1998. Etude du transfert d’oxygène en conditions oenologiques pour lutter contre les arrêts de fermentation. 5ème Symposium International en
