fermentaÇÃo alcoÓlica produÇÃo de cerveja. definiÇÃo bebida não destilada, obtida por...

FERMENTAÇÃO ALCOÓLICAPRODUÇÃO DE CERVEJA

DEFINIÇÃO

Bebida não

destilada, obtida

por fermentação

alcoólica de um

mosto de cereal

maltado, por

leveduras

cervejeiras

História- Sumérios, egípcios e mesopotâmios já possuíam fermentados de cereais. O próprio código de Hamurabi já legislava sobre a bebida.- Nome provém da deusa Ceres (da agricultura) Ceresvisiae.- No império romano perde lugar para o vinho.- No Egito passa a ser a bebida do povão.- Em 1067 há a primeira alusão ao uso de lúpulo pela Abadessa Hildegarda de Bingen.

No Brasil- Chegada da Família Real com abertura dos portos.- Durante o Império apenas cervejas importadas.- Surgem as primeiras cervejas nacionais “marca barbante”.- Primeira cervejaria de porte é a Brahma Villiger e Cia (Joseph Villiger – engenheiro suíço).- Em 1891 surge a Antártica.

- Caracu surge em 1899.- No carnaval de 1934 a Brahma engarrafa o chopp.- Em 1969 o grupo português Sagres adquire a Caracu, criando a Skol/Caracu.- O controle acionário da Skol é adquirido pela Brahma em 1980.- Em 1984 é criada a Kaiser, reação da Coca-Cola contra a “venda casada”.- Em 1999 Brahma e Antártica se fundem na AMBEV

MATÉRIAS PRIMAS

• Malte• Água

• Lúpulo• Complementos do malte (adjunto)

ÁguaHCO3

-/CO3-- Ca, Mg dureza temporária

SO4--/ Cl- dureza permanente

Para cada litro de cerveja usa-se aproximadamente 10 L de água

Diminuem a acidez do mosto

Diminuem a atividade enzimática

Limitam o crescimento das leveduras

Parâmetros ideais

pH 6,5-7,0Menos de 100 mg.L-1 de carbonatos de Ca e Mg250-500 mg.L-1 de CaSO4

200-300 mg.L-1 de NaClMenos de 1 mg.L-1 de Fe

Parâmetros ideais

pH 6,5-7,0Menos de 100 mg.L-1 de carbonatos de Ca e Mg250-500 mg.L-1 de CaSO4

200-300 mg.L-1 de NaClMenos de 1 mg.L-1 de Fe

Favorece a sacarificação e a proteólise

Parâmetros ideais

pH 6,5-7,0Menos de 100 mg.L-1 de carbonatos de Ca e Mg250-500 mg.L-1 de CaSO4

200-300 mg.L-1 de NaClMenos de 1 mg.L-1 de Fe

Favorece a sacarificação e a proteóliseAltera a cor dos equipamentos

e provoca turvação coloidal por desnaturação proteica

MALTE Cereal germinado sob condições controladas

MaltagemGerminação controlada de grão de cereais, para produção de enzimas necessárias para conversão do amido em açúcares fermentáveisTipo de cereal usado depende- Custo- Poder diastásico (capacidade de converter polissacarídeos em açúcares fermentescíveis)

cevada centeio trigo aveia milho arroz

Cevada Hordeum vulgare (gramínea) Produtores – Rússia, Canadá, EUA, Argentina...

Amido e proteínas - Fermentação AMIDO 60 – 70% PROTEÍNAS 7 – 14 % AÇÚCARES 3% COMPOSTOS FOSFORADOS 2 – 3% CINZAS 3% UMIDADE 14%

CONSTITUINTES DA CEVADAPolissacarídeos amiláseos – amilose e amilopectina. Polissacarídeos não amiláseos:

Açúcares Sacarose e rafinose Gomas:-glucanas solúveis em águaHemiceluloses : -glucanas

insolúveis em água.Proteínas :albumina; globulina; hordeína e gluteína. Lipidios 3-4%Vitaminas do grupo B biotina e inositol (B8)

ESTRUTURA DO GRÃO DE CEVADA

GERMINAÇÃO DA CEVADA

PROCESSO DE MALTAGEM•Limpeza da cevada

•Secagem

•Maceração•Germinação

MALTE

Limpeza da cevada• Ventiladores e eletroimãs

• Peneiras – grãos de tamanho uniforme

PROCESSO DE MALTAGEM

PROCESSO DE MALTAGEM

Maceração

Finalidade – umidade 45 – 55%

Para 60kg de cevada /100 L

Duração – 12 a 18h

PROCESSO DE MALTAGEM

Maceração

Fatores que afetam a velocidade de maceração:- Tamanho do grão- Variedade da cevada- Temperatura da água (10 -12oC)

PROCESSO DE MALTAGEM

MaceraçãoTécnicas de melhoramento do processo de Maceração:Períodos alternados de maceração e exposição ao arInjeção forçada de ar – elimina ácidos voláteisUso de água aquecida (16 – 25oC)Tratamento com ácido giberélico

PROCESSO DE MALTAGEM

MaceraçãoTanques de maceração - aço inoxidável, cilíndricos, fundo cônico, com 2 m de altura- CaO, KMnO4 –adição à primeira água – auxilia limpeza

PROCESSO DE MALTAGEMGerminação

Finalidade – produção de enzimas (poder diastásico)Enzimas produzidas pelo do grão de

cevada: Amilase – endoenzima produtora de

dextrina (dextrinizante) Amilase – exoenzima, produtora de

maltose (sacarificante) Glucanase e proteinases - parede

celular e proteinas

PROCESSO DE MALTAGEMGerminação

Enzimas produzidas pelo do grão de cevada-amilase: - Ação (1-4) aleatoriamente

- pH ótimo 5,6-60- T ótima 60 – 70oC- produto: eventualmente

dextrina.-amilase: - (1-4) dois em dois resíduos à partir da extremidade não redutora.

- pH ótimo 4,65- T ótima 45 – 60oC- produto: maltose

PROCESSO DE MALTAGEMGerminação

Germinação Tradicional

Germinação

Mecânica Tambor

de Galland

Caixa de Saladin

PROCESSO DE MALTAGEMGerminaçãoGerminação Tradicional

- Instalações de alvenaria de 3 a 4m, isoladas da luz solar direta e corrente de ar- 60 Kg de cevada distribuida a cada 1,7m2, em uma altura de 30cm.- A cevada é revolvida a cada 6h para evitar entrelaçamento de grãos e promover a eliminação de CO2 - Tempo de 4 a 6 dias

PROCESSO DE MALTAGEMGerminaçãoGerminação Mecânica

Tambor de Galland (10.000kg)

PROCESSO DE MALTAGEMGerminaçãoGerminação Mecânica

Caixas de Saladim - Construção em alvenaria dotado de fundo falso, onde a cevada é depositada. Possuem agitadores que, em tempos regulares, percorrem toda a extensão da caixa

Produto após germinação malte verdeDesbrotamento e retirada da radícula ( proteína)

Germina

çãoCaulículo = 1,25 vezes o tamanho o grão

Malte verde (40%) malte

tostado

• Cor e aroma ao malte• Resistência ao armazenamento

SECAGE

M

Dessecador

es:• Verticais e horizontais• Com ou sem circulação de

ar

•Formação de substâncias aromáticas - melanoidinas

Aminoácidos

+

Proteínas Amido

Açúcares

Melanoidinas

SECAGEM

• Malte claro

• Malte escuro

• Malte caramelado

• Malte verde

TIPOS DE MALTE

Fase Temperatura Tempo Circulação

ar Umidade

final Efeito

1 40 oC 12 horas Com 10 %

Água evapora rapidamente, a atividade enzimática é quase nula e se reduz ao mínimo a produção de melanoidinas.

2 80 oC t.s. Com 3 % Aí se obtém todo o aroma.

Malte claro

Malte escuro

Fase Temperatura Tempo Circulação

ar Umidade

final Efeito

1 40 oC 12 horas Sem 25 %

As enzimas agem intensamente, pois não se produz dessecação.

2 55 - 60 oC 12 horas

Com 10 %

3 95 – 105 oC t.s. Com 2 – 4 % Produção intensa de melanoidinas.

Malte carameladoFase Temperatura Tempo

Circulação ar

Umidade final

Efeito

1 40 oC 12 horas Sem 25 %

As enzimas agem intensamente, pois não se produz dessecação.

2 55 - 60 oC 12 horas

Com 10 %

3 150 oC t.s. Com 2 – 4 % Produção intensa de melanoidinas. Malte com endosperma pardo amarelento.

AMBEV: CARACU (15% malte escuro); BOCK (malte caramelado); MALZBIER (xarope de açúcar).

Atividade enzimática

Malte verde >Malte claro> malte escuro> malte caramelado

LúpuloHumulus lupulus - flores femininas

Produtores – Alemanha, USA, Polônia, Canadá, Noruega...

Composição é dependente de:• Clima

• Condições de estocagem

• Variedade da planta

Lúpulo

Comercialização • Pelletizada • Extrato

Importância:• Caráter amargo/ aromático• Efeito estabilizante

Composição

-ácidos humulona, cohumulona e adhumulona - ácidos lupulona, colupulona, adlupulona

- ácidos 2 – 12 % Resinas

- ácidos 2 – 10 % Efeito significante no amargor e no sabor lupulado

Óleos essenciais 0,5 – 1,0 % Taninos 4 % Pectinas 2 % Proteínas 15 % Celulose 40 – 50 % Água 8 – 12 % Cinzas 10%

Complementos do malte (adjunto)

• Arroz partido• Xarope de maltose

• Gritz de milho

13,53kg malte + 0,16g lúpulo + 4,74kg complemento (30%) = 100L cerveja

Inóculo Preparo do mosto Fermentação

•Fluxograma

• Microrganismo• Processo Fermentativo

MICRORGANISMOSaccharomyces sp

LEVEDURAS

Melobiose = galactose (16) - glucose

Rafinose = galactose - glucose - frutose

-galactosidase

FERMENTAÇÃO BAIXASaccharomyces uvarum

(carlsbergensis)*

Separação das células é rápida, com tendência a decantar no fundo das dornas de fermentação.Fermentam vagarosamente.Produzem pequena quantidade de CO2

e etanol.Fermentam totalmente a rafinose (genes MEL -galactosidase)

FERMENTAÇÃO ALTASaccharomyces

cerevisiae

Tendencia a permanecer no topo do mosto (protuberâncias microfibrilares)Fermentação rápida.Abundante desprendimento CO2

.

Alta produção de etanol.Fermentam 1/3 rafinose.

LEVEDURAS

Levedura AleLevedura lager

MORFOLOGIA DA COLONIA DE LEVEDURAS CERVEJEIRAS

PROCESSO FERMENTATIVOPreparo do mosto (Braceado/ mosturação)

Complemento: amiláceos não malteados (arroz, milho)Complemento: Xarope de maltose

Complementos: amiláceos não malteados (arroz, milho)

2. Cozimento dos grãos sem maltear – goma de amido –facilita a ação das enzimas

1. Moagem do malte – Grosseira (dificulta a ação das enzimas) fina (dificulta filtração)

3. Mosturação (sacarificação) - mistura do malte com os grãos cozidos em água morna (44-70oC) Extração de 65% de sólidos totais do malte

Temperatura Enzima Tempo 44oC -glucanases 20 minutos 52oC Proteases 10 minutos 70oC e amilases 20 minutos

4. Repouso (clarificação)- Sedimento sólido do malte - cevadilha

5. *Filtração

6. *Aquecimento com lúpulo (1 – 3g/L) por 2:30h/ 100oC

7. Filtração/ centrifugação do material proteico (trub)

8. Resfriamento

FILTRAÇÃO

A cevadilha é lavada, retirando açúcares, até o

filtrado apresentar concentração de açúcares

de 1%

Complementos: amiláceos não malteados (arroz, milho)

aquecimento com lúpulo

•Desnaturação enzimática do malte

• Esterilização do mosto

• Concentração do mosto

• Precipitação das proteínas e taninos

•Eliminação de compostos voláteis

•Sabor mais amargo por isomerização das resinas

( e ácidos) do lúpulo

•Intensificação da coloração do mosto

•Extração de polifenóis e óleos essenciais do lúpulo

Trub – material sólido suspenso no mosto (pp proteínas coaguladas, resinas do lúpulo) rico em lipídios (nocivo ao processo fermentativo)

* Início – adição de levedura – 106 a 108 céls viáveis/ mL

Fases

• Pré-fermentação (adaptação) – 3 dias (até despreendimento de CO2)

• Fermentação tumultuosa – CO2 / etanol – 3 dias

• Fermentação complementar – CO2 – 3 dias

CO2 – Correção do teor no produto final; ambientes livres de O2

INÓCULO

As primeiras fases do desenvolvimento do inóculo são realizadas em laboratório central, não nas filiais, para evitar diferenças na qualidade da cerveja.

Fermentação

Fermentação

Tanques - Cilíndrico-cônico de aço inoxidável

• Abertos

• Fechados

*Alta Fermentação : T = 13 – 16 oC - 5 a 7 dias.

Baixa Fermentação : T = 4 – 10 oC- 7 a 12 dias.

Levedura cervejeira são adaptadas a baixa temperatura

Controle rigoroso da temperatura – subprodutos indesejáveis

•Bactérias do ácido acético (Acetobacter, Acetomonas)

•Bactérias do ácido lático (L. pastorianus, Pediococos)

•*Leveduras selvagens (L-lisina +)

LEVEDURAS SELVAGENSCausam ou não defeito na cerveja

Ex:Hansenula, Picchia, Candida

Saccharomyces – turbidez em chopp

CONTAMINANTES

Compostos aromáticos – subprodutos da fermentação

Acetato de etila Acetato de isoamila Acetato de isobutila Caproato de etila Caprilato de etila

ÉSTERES = 60 – 80 mg/L (Desejáveis)

(60 TIPOS)

Acetato de fenila

Descarboxilação do acetolactato (metabolismo de açúcares)

COMPOSTOS AROMÁTICOS

DIACETIL (Indesejáveis) Redução enzimática (redutase levedura)

butanodiol

FORMAÇÃO DO DIACETILAlteração de pH, temperatura, tipo de

levedura, presença O2

Ésteres resultam da reação entre álcoois e ácidos presentes na cerveja

PRODUÇÃO DE ÁLCOOIS SUPERIORES

AMINOÁCIDOS CETOÁCIDOS ALDEIDO + CO2

ÁLCOOIS SUPERIORES

GLUCOSE PIRUVATO ACETALDEÍDO + CO2

ETANOL

ALDEÍDOS – FORMADO A PARTIR DA DESCARBOXILAÇÃO OXIDATICA DO RESPECTIVO CETOÁCIDO

NADHNAD+

NADHNAD+

Fonte: HORNEY I.S. Elaboración de cerveza, 2003

PRODUÇÃO DE DIACETIL

Descarboxila

ção oxidativa

Diacetil redutase

Fonte: HORNEY I.S. Elaboración de cerveza, 2003

PRODUÇÃO DE -ACETOLACTATO E DIACETIL DURANTE FERMENTAÇÃO LAGER

acetolactato

Fonte: HORNEY I.S. Elaboración de cerveza, 2003

MaturaçãoTemperatura – 0oC (Tanque de fermentação)

Duração – 12 a 20 dias

Objetivo:•Apurar caracteristicas de aroma e paladar•Clarificação – creme de levedura (utilizada 14 x)•Estabilização coloidal – precipitação proteica

FERMENTAÇÃO

Dosagem de células

(20 x 106 cel/mL)

MOSTO FRIO AERADO LUPULADO

I = 10oC Atenuação do extrato

Formação álcoois superiores Início da formação compostos aromáticos

(ésteres, cetonas e fenóis) F = 0oC

Coleta do fermento **

Antioxidantes Sulfitos

Ácido ascórbico

MATURAÇÃO Clarificação (decantação de leveduras e

precipitação de proteínas) Formação compostos aromáticos

Redução de compostos aromáticos indesejáveis (diacetil e outras cetonas)

0oC

12 – 20 dias

Filtração ou centrífugação Blendador Água desaerada

e carbonatada Filtro de terra infusória OoC

Papaína PVPP

Filtro PVPP

Carbonatador Adega de pressão

Engarrafamento Embarrilhamento Pasteurização

*

CentrifugaçãoClarificação da cerveja

Recomendado para cervejas que passaram por curto período de maturação (evitar lise

celular)

*

Pasteurização61 oC – 18 minutos35 oC – 15 minutos

ESTABILIZAÇÃO DA CERVEJA

Reduzir combinação proteina-tanino turvação da cerveja

OBJETIVO

Métodos:

• Papaina – reduz teor de proteina mas prejudica estabilidade da espuma

• PVPP – Polivinilpirrolidona - Reduz tanino atraindo-o eletrostaticamente. Somente a proteina livre não forma complexo coloidal

Referências bibliográficas

HOUGH, J. Biotecnologia de la cerveja y de la malta. Zaragoza: Acribia, 1990.

LIMA, U. A.; AQUARONE, E.; SCHIMIDELL, W.; BORZANI, W. Biotecnologia Industrial. São Paulo: Edgard Blücher, 2001.

PANDEY, A; JOSHI, V.K. Biotechnology: Food Fermentation. New Delhi: Educational Pub. & destributors, vol.II, 1999.

HORNSEY, I.S. Elaboración de cerveza. Zaragoza:Acribia, 2003.