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UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE
CIRO DUTRA FERREIRA
PRODUÇÃO DE FERMENTADO DE CAJU COM ADIÇÃO DE CALDO DE CANA-
DE-AÇÚCAR E ESTUDO CINÉTICO DA SUA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
NATAL
2019
2
CIRO DUTRA FERREIRA
PRODUÇÃO DE FERMENTADO DE CAJU COM ADIÇÃO DE CALDO DE CANA-
DE-AÇÚCAR E ESTUDO CINÉTICO DA SUA FERMENTAÇÃO ALCOÓLICA
Trabalho de conclusão de curso de graduação
apresentado à Universidade Federal do Rio
Grande do Norte como parte das exigências para
a obtenção do título de bacharel em Engenharia
Química.
Natal, 14 de junho de 2019.
Orientadora: Dra. Katherine Carrilho de Oliveira
Co-orientadora: Dra. Kátia Cristina Borges
NATAL
2019
3
AGRADECIMENTOS
Agradeço aos meus pais Renato e Betinha por terem sido a base de tudo que construí
na vida e pelos seus sacrifícios para que eu tivesse tudo que fosse necessário para meu
desenvolvimento. Todos os homens queridos e mulheres amadas de minha vida são como
uma espécie de prolongamento do meu pai e minha mãe, respectivamente.
A minha orientadora Katherine Carrilho por ter sido aquela a quem eu pude recorrer
quando tive as dúvidas mais pertinentes enquanto escrevia este trabalho, e também por ser a
pessoa extremamente profissional, inteligente, solícita e agradável que é.
A minha coorientadora Katia Borges, que foi quem sugeriu o tema deste trabalho e
sem a qual eu não perderia o tanto quanto eu perdi do medo de entrar de cabeça numa coisa
que nunca havia entrado antes, pesquisa científica. Sua graciosidade, gentileza e vontade de
ajudar no modo de tratar com o próximo me impulsionaram muito durante este tempo e
acredito ter me tornado, inclusive, uma pessoa melhor por isso.
A professora Magna Angelica, por ter aceitado de bom grado participar da banca
examinadora deste trabalho. Sempre sendo a “madrinha” de todos nós, alunos de engenharia
química da UFRN.
A todo o pessoal do Laboratório de Engenharia de Alimentos, pela ajuda e companhia,
especialmente Fábio e Luiz por terem me ajudado com as análises e o processamento,
respectivamente.
A NuTEQ, por ter me ensinado sobre o que são desafios e como superá-los em equipe.
Agradecimento especial aos colegas de diretoria Matheus Cruz, João Paulo Moura e Erimar
Fernandes, por terem sido o porto seguro em momentos de angústia e incertezas perante o
futuro próximo.
Ao Grupo de Jovens: Matheus Índio, Marcos Almeida, Pedro Rolim, Joemil Dantas,
Rayan Fernandes, Jordan Santos, Gustavo Costa, Gustavo Lopes, Pedro Augusto e Giovanny
Silva pelo suporte diário e momentos de descontração não só durante o tempo que passei
fazendo este trabalho, mas durante toda a graduação.
A turma de Engenharia Química 2015.1 por terem sido mais que colegas de classe,
mas sim, professores, inspiração e amigos. Facilmente a melhor turma da EQ que alguém
poderia querer.
4
A UFRN e o DEQ por ter me proporcionado a estrutura que necessitei para
desenvolver minhas atividades acadêmicas da melhor forma possível. Tanto pelos
professores, com seus amplos conhecimentos, quanto por tudo aquilo que se faz necessário
pra formar um bom engenheiro químico.
5
Dedico este trabalho a todos os brasileiros e
brasileiras que fazem pesquisa científica no
Brasil, pois apesar de todas as dificuldades
impostas, continuam batalhando para levar
nossa ciência para frente.
6
RESUMO
Produzir bebidas fermentadas à base de frutas é uma excelente opção que consegue agregar
valor a estas, diversificarem o leque de produtos no ramo, serem uma nova fonte de renda
para as famílias produtoras, e no caso do caju (Anacardium occidentale L), que 90% dos
pedúnculos produzidos são desperdiçados, consegue destinar uma parte deste montante para
gerar renda. Já o caldo de cana-de-açúcar é uma bebida bastante popular no Brasil e de sabor
adocicado que pode ser utilizado para incrementar os fermentados. Desta forma, este trabalho
abordou a produção de uma bebida fermentada feita a partir do suco integral do caju e caldo
de cana-de-açúcar em quatro proporções diferentes inoculadas com a levedura Saccharomyces
cerevisiae. Foram avaliados o grau Brix, o teor alcoólico e a umidade dos fermentados em
função do tempo de fermentação (0, 2, 4, 6, 15, 21, 45 h). Os parâmetros analisados na
cinética da fermentação foram grau Brix, teor alcoólico e umidade, utilizando para isso
refratômetro de bancada RMT (Bel Engineering, Monza, Itália), balança determinadora de
umidade M5 Thermo (Bel Engeneering, Monza, Itália) e ebuliômetro, respectivamente. Os
fermentados apresentaram, em média, acidez total de 65 ± 5mEq/L; pH de 3,46 ± 0,12; grau
Brix de 6,50 ± 0,65°; teor alcoólico de 4,0 ± 0,4 e umidade de 93,79 ± 1,05%. Para o consumo
da sacarose, o modelo de segunda ordem do método integral apresentou concordância com os
dados experimentais.
Palavras-chave: bebidas fermentadas; caju; caldo de cana-de-açúcar.
7
ABSTRACT
Producing fermented fruit drinks is an excellent option that can add value to it, diversify the
range of products in the branch, being a new source of income for producing families, and in
the case of cashew (Anacardium occidentale L.), which 90 % of peduncles are dispatched, we
can destinate a part of this amount to generate income. The sugar cane juice is a very popular
drink in Brazil with a sweet flavor that can be used to increase the fermented drinks. In this
way, this work approached a production of a fermented beverage made from an integral juice
of cashew and sugarcane juice in four different proportions inoculated with a Saccharomyces
cerevisiae yeast. The Brix degree, the alcohol content and the fermented moisture were
evaluated as a function of the fermentation time (0, 2, 4, 6, 15, 21, 45 h). The parameters
analyzed in the fermentation kinetics were Brix degree, alcohol content and humidity, using
RMT bench refractometer (Bel Engineering, Monza, Italy), M5 thermometer, Thermo (Bel
Engeneering, Monza, Italy) and ebuliometer, respectively. Fermentation showed, on average,
total acidity of 65 ± 5mEq / L; pH of 3.46 ± 0.12; Brix grade of 6.50 ± 0.65 °; alcohol content
of 4.0 ± 0.4 and humidity of 93.79 ± 1.05%. For the sucrose consumption, the second order
model of the integral method showed agreement with the experimental data.
Keywords: fermentedbeverages; cashew; canejuice.
8
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Possíveis aproveitamentos agroindustriais do caju .................................................. 14
Figura 2 - Feirante extraindo o caldo de cana-de-açúcar em sua prensa. ................................. 15
Figura 3 - Exemplo de fermentado alcoólico de caju, Siará, da empresa de bebidas Asa
Branca. ...................................................................................................................................... 18
Figura 4 - Refratômetro de bancada RMT utilizado para analisar o grau Brix. ....................... 18
Figura 5 - Condutivímetro (PHS-3E marca Even). .................................................................. 19
Figura 6 - Balança determinadora de umidade M5 Thermo. .................................................... 19
Figura 7 - Ebuliômetro. ............................................................................................................ 20
Figura 8 - Cajus adquiridos para os experimentos. .................................................................. 20
Figura 9 - Suco integral de caju obtido..................................................................................... 21
Figura 10 - Amostra do caldo de cana-de-açúcar utilizado. ..................................................... 21
Figura 11 - Fluxograma do processo de produção do fermentado. .......................................... 23
Figura 12 - Gráfico das concentrações de sacarose (mol/dm3) pelo tempo (h) dos fermentados.
.................................................................................................................................................. 26
Figura 13 - Gráfico das linearizações do modelo cinético de primeira ordem [ln (Csac0/Csac)
= k.t] para a concentração de sacarose. .................................................................................... 27
Figura 14 - Gráfico das linearizações do modelo cinético de segunda ordem [1/Csac = 1/Csac0
+ k.t] para a concentração de sacarose. .................................................................................... 28
Figura 15 - Gráfico das concentrações de etanol (v/v) pelo tempo (h) dos fermentados. ........ 29
Figura 16 - Gráfico das linearizações do modelo cinético de primeira ordem [ln (Cet0/Cet) =
k.t].para a concentração de etanol. ........................................................................................... 30
Figura 17 - Gráfico das linearizações do modelo cinético de segunda ordem [1/Cet = 1/Cet0 +
k.t] para a concentração de etanol. ........................................................................................... 31
9
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Composição do caldo de cana-de-açúcar. ................................................................ 16
Tabela 2 - Volume de suco de caju e caldo de cana em cada amostra. .................................... 22
Tabela 3 - Brix das amostras antes de após a etapa de chaptalização e as respectivas massas de
sacaroses adicionadas. .............................................................................................................. 22
Tabela 4 - Concentrações de sacarose (mol.dm-3) pelo tempo (h) dos fermentados. ............... 26
Tabela 5 - Tabela com os valores de k da equação do modelo de primeira ordem e os R2 das
linhas de tendência com intersecção na origem para as concentrações de sacarose. ............... 28
Tabela 6 - Tabela com os valores de k e R2 das linhas de tendência para as concentrações de
sacarose ..................................................................................................................................... 28
Tabela 7 - Concentrações de etanol (v/v) pelo tempo (h) dos fermentados. ............................ 29
Tabela 8 - Tabela com os valores de k da equação do modelo de primeira ordem e os R2 das
linhas de tendência com intersecção na origem para as concentrações de etanol. ................... 31
Tabela 9 - Tabela com os valores de k, 1/Cet0 da equação do modelo de segunda ordem e os
R2 das linhas de tendência para as concentrações de sacarose. ................................................ 31
Tabela 10 - Caracterização físico-química dos fermentados. ................................................... 32
Tabela 11 - Médias dos parâmetros acidez total, pH e teor de sólidos solúveis (grau Brix) para
todos os fermentados. ............................................................................................................... 33
Tabela 12 - Valores físico-químicos dos fermentados de caju produzidos por outros
pesquisadores. ........................................................................................................................... 33
10
SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO .................................................................................................... 11
2. OBJETIVOS ......................................................................................................... 12
2.1. Objetivo geral.................................................................................................. 12
2.2. Objetivos específicos ...................................................................................... 12
3. REVISÃO BIBLIOGRAFICA ............................................................................ 13
3.1. Caju (Anacardiumoccidentale L.) ................................................................... 13
3.2. Caldo de cana-de-açúcar ................................................................................. 15
3.3. Fermentação alcoólica .................................................................................... 16
3.4. Bebida fermentada de caju e caldo de cana-de-açúcar ................................... 17
4. MATERIAIS E MÉTODOS ................................................................................ 18
4.1. Materiais ......................................................................................................... 18
4.2. Preparação do suco integral de caju ................................................................ 20
4.3. Preparação do caldo de cana-de-açúcar .......................................................... 21
4.4. Preparação dos mostos .................................................................................... 22
4.5. Estudo cinético e análises físico-químicas ...................................................... 24
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO ......................................................................... 26
5.1. Estudo Cinético ............................................................................................... 26
5.1.1. Sacarose ..................................................................................................... 26
5.1.2. Etanol ......................................................................................................... 29
5.2. Características físico-químicas ....................................................................... 32
6. CONCLUSÃO ...................................................................................................... 35
7. REFERÊNCIAS ................................................................................................... 36
11
1. INTRODUÇÃO
A produção de caju no Brasil é praticamente toda destinada ao beneficiamento da
castanha, visto que seus subprodutos são muito importantes na produção de tintas, vernizes,
isolantes, esmaltes, entre outros, diferentemente dos produtos obtidos da parte “carnosa” da
fruta, conhecida como pedúnculo, utilizados apenas com intuito alimentício. Apesar disso,
muitos pesquisadores concordam que o aproveitamento e a comercialização do pedúnculo
podem ser mais rentáveis para o produtor rural do que a castanha, e ainda assim estima-se que
o desperdício de pedúnculo de caju chega a 90% (VIDAL, 2017).Dentre todas as
possibilidades de aproveitamento agroindustrial do pedúnculo, a produção de bebidas
alcoólicas fermentadas é uma das que mais se destaca devido a vulgarmente chamada de
“gourmetização”.
Já o caldo de cana-de-açúcar, é uma bebida muito popular em feiras, praças e
ambientes de muita circulação de pessoas. Possui muito potencial de utilização na indústria de
bebidas fermentadas devido ao seu elevado grau de sacarose, uma das matérias-primas da
fermentação alcoólica, ao sabor adocicado único, além de ter forte apelo comercial devido a
sua popularidade.
A fermentação alcoólica é um processo biológico no qual um microrganismo presente
no fermento (inóculo) consome os açúcares do meio, como sacarose, glicose e frutose, para
transformá-los em etanol e gás carbônico como resíduos metabólicos. Dessa forma, é possível
produzir bebidas fermentadas alcoólicas a base de frutas, visto que estas possuem, em alguns
casos, altas concentrações de açúcares. Sendo ainda, uma excelente forma de explorar
industrialmente as frutas pelos produtores.
Sabendo disto, neste trabalho foi escolhido o caju, fruta de sabor diferenciado e muito
popular na região Nordeste, e o caldo de cana-de-açúcar para elaboração de uma bebida
alcoólica fermentada. Consegue-se atender ao desejo do consumidor de exclusividade criando
uma bebida diferente no mercado e ainda consegue destinar uma parte daquele montante de
pedúnculo que seria desperdiçado para um fim comercial.
12
2. OBJETIVOS
2.1. Objetivo geral
O objetivo deste trabalho é produzir um fermentado de caju e caldo de cana-de-açúcar.
2.2. Objetivos específicos
Os objetivos específicos do trabalho foram:
a) produzir fermentados à base de caju com adição em quatro proporções
diferentes (i- 0%; ii- 30%; iii- 50%, iv- 70%) de caldo de cana-de-açúcar
(OLIVEIRA, 2015);
b) analisar a cinética da fermentação (concentração de sacarose e de etanol);
c) analisar umidade, acidez total e pH dos fermentados;
13
3. REVISÃO BIBLIOGRAFICA
3.1. Caju (Anacardium occidentale L.)
O caju é uma das frutas símbolos do Nordeste brasileiro, visto que a região concentra
praticamente toda a cajucultura brasileira, com cerca de 99,6% dos 586,5 mil ha plantados
(14% no RN) em 2016, e possui alta importância socioeconômica para a região pois é uma
fonte de renda e gera empregos na época mais seca do ano (VIDAL, 2017).
O caju possui uma acidez de 0,20 ± 0,00; pH de 4,56 ± 0,01; umidade de 85,51 ± 0,28;
grau Brix de 14,00 ± 0,00; sólidos totais de 14,49 ± 0,28; (SANTOS FILHO, 2016). Em 100 g
de caju cru, encontramos em torno de 10,3g de carboidratos, 1,7 g de fibra alimentar, 0,3 g de
cinzas e ainda possui 219mg em vitamina C (ácido ascórbico), chegando a ser 5 vezes maior
que a laranja (UNICAMP/NEPA, 2011).
A fruta é formada pelo fruto propriamente dito, que é a castanha, e o pseudofruto, que
é o pedúnculo floral, representando, respectivamente,10% e 90% em peso da fruta. O
pedúnculo é obtido após as etapas de colheita do fruto e posterior descastanhamento. Depois
disso ocorre todo o processo de transporte, recepção, lavagem e seleção para que se inicie a
produção de seus derivados. É possível obter produtos advindos de sua fração líquida ou
fibrosa:
Da fração líquida, é possível obter suco integral, néctar, cajuína, bebidas fermentadas e
destiladas. Da fração fibrosa, obtém-se a polpa e os doces. Diversos produtos podem ser
obtidos do pedúnculo do caju, sendo alguns exemplos apresentados na Figura 1.
14
Figura 1 - Possíveis aproveitamentos agroindustriais do caju
Fonte -PAIVA, 2000
Apesar de todas as possibilidades apresentadas na Figura 1, estima-se que o
aproveitamento do pedúnculo na indústria está em torno de 12%, sendo o segmento de
processamento de sucos o mais representativo, isso devido a dificuldades tecnológicas ligadas
a preservação e processamento do pedúnculo (LEITE, 1994).
Tamanho desperdício também deriva de uma série de fatores: reduzido período de pós-
colheita, pequena capacidade de absorção de tanta matéria-prima pela indústria, curto período
de safra e inexistência de métodos econômicos de preservação da matéria-prima, fragilidade
física do pedúnculo, assim como seu rápido processo de oxidação (PAIVA, 2000).
Por ser rico em açúcares e em sais minerais, o pedúnculo do caju é uma matéria-prima
bastante favorável à fermentação alcoólica (GARRUTI, 2003).
15
3.2. Caldo de cana-de-açúcar
O Brasil é o maior produtor mundial de cana-de-açúcar, com um total de 633,26
milhões de toneladas produzidas na safra 2017/18 (CONAB, 2019) e o caldo de cana ou
garapa nada mais é que o suco da cana-de-açúcar extraído a partir de sua prensagem/moagem
(SOARES, VERRUMA-BERNADI, BORGES, 2017). É um líquido opaco, viscoso, de sabor
bastante adocicado e coloração que vai do pardo ao verde escuro, consumido in natura
(PRATTI, 2008), normalmente comercializada em vias públicas, praças, parques e feiras por
vendedores ambulantes (SOCCOL ET AL, 1990), como mostra a Figura 2.
Figura 2 - Feirante extraindo o caldo de cana-de-açúcar em sua prensa.
Fonte: Site A Notícia.
É constituído basicamente de água (75-82%) e sólidos totais dissolvidos (18-25%),
dentre os quais têm sacarose (14,5-23,5%), glucose (0,2-1,0%), frutose (0,0-0,5%) e o não-
açúcares orgânicos e inorgânicos (DELGADO, 1975). A Tabela 1 contém dados da
composição do caldo segundo Prati (2008):
16
Tabela 1- Composição do caldo de cana-de-açúcar.
Composição
Umidade 72,0 ± 1,53%
Sacarose 23,0 ± 0,21%
pH 5,46 ± 0,02
Sólidos solúveis 24,50 ± 0,1%
Acidez total titulável 0,047 ±0,001%
Fonte: PRATI, 2008
O pH ácido junto com a alta concentração de açúcares, torna o caldo um produto
altamente perecível do ponto de vista microbiológico (MARTUCCI, 1983). É um sistema
coloidal bastante complexo, com partículas grosseiras (bagaço, terra), coloidais (proteína,
corantes, amido, dextrana), moleculares ou iônicas (açúcares, sais minerais, ácidos orgânicos).
3.3. Fermentação alcoólica
A fermentação alcoólica é um processo biológico de produção de energia celular
através da conversão de açúcares em etanol e dióxido de carbono.
C6H12O6 + 2ADP + 2Pi → 2CH3CH2OH + 2CO2 + 2ATP
Nessa reação as duas moléculas de piruvato são convertidas em duas de dióxido de
carbono e duas moléculas de acetaldeído, as quais são reduzidas a etanol. Além de etanol,
glicerol e ácido acético, outros compostos orgânicos são sintetizados pela levedura alcoólica
em menores concentrações durante o processo fermentativo, e são responsáveis pelo aroma e
sabor das bebidas, como os ésteres, aldeídos, álcoois superiores e ácidos orgânicos.
As leveduras preferem as unidades monoméricas de carboidratos (glicose, frutose). O
etanol, a medida que vai sendo produzindo pelo inóculo, tem sua concentração aumentada e
ao atingir altos níveis, tende a inibir o processo fermentativo. A resistência ao etanol varia de
acordo com a levedura utilizada. A Saccharomyces cerevisiae, utilizada na produção de
bebidas e de produtos da panificação, tem uma boa tolerância.
17
De modo geral, o crescimento celular da levedura diminui significativamente quando a
concentração de etanol no mosto atinge 5% de etanol (v/v) e ao chegar a 10% de etanol (v/v),
a taxa de crescimento pode ser cessada (VENTURINI FILHO, 2016).
3.4. Bebida fermentada de caju e caldo de cana-de-açúcar
De acordo com o Art. 44 do Decreto nº 6.871, de 4 de junho de 2009, do Ministério da
Agricultura, Pecuária e do Abastecimento, que regulamenta a Lei nº 8.918, de 14 de julho de
1994, sobre registro, a padronização, a classificação, a inspeção e a fiscalização da produção
de bebidas diz que fermentado de fruta é a bebida com graduação alcoólica de quatro a
quatorze por cento em volume, a vinte graus Celsius, obtida da fermentação alcoólica do
mosto de fruta sã, fresca e madura. Pode ser adicionado de açucares, água e outras substâncias
previstas para cada tipo de fruta (BRASIL, 2009).
As bebidas fermentadas são produzidas pela atividade de microrganismos (leveduras)
que transformam os açucares do mosto da fruta em álcool etílico, gás carbônico e uma série
de outros compostos. O uso de caju para produção de bebidas fermentadas é favorecido
devido à quantidade elevada de carboidratos presentes (VERAS,2009). Já é conhecida pelas
tribos indígenas do Brasil desde os tempos pré-colombianos, principalmente os índios
Guarani e os Tupinambá, os quais produziam o cauim, bebida fermentada à base de mandioca
e/ou milho com a adição de frutas, como o caju. (NOELLI E BROCHADO, 1998).
Entretanto, mesmo as bebidas fermentadas de caju sendo uma oportunidade de
utilização do pedúnculo, ainda é possível diversificar mais os produtos através da adição de
outros componentes à bebida como por exemplo, o caldo de cana. A Figura 3 mostra um
exemplar de bebida fermentada de fruta que existe no mercado.
18
Figura 3 - Exemplo de fermentado alcoólico de caju, Siará, da empresa de bebidas Asa Branca.
Fonte: Site Bebidas Asa Branca.
4. MATERIAIS E MÉTODOS
4.1. Materiais
Os ingredientes utilizados na fabricação das bebidas fermentadas foram cajus
(Anacardium occidentale L.)in natura para produção do suco integral da fruta, caldo de cana-
de-açúcar, sacarose (açúcar refinado especial premium da marca Olho D’agua), inóculo
Saccharomyces cerevisiae (fermento seco comercial de panificação 125 g da marca Dr.
Oetker), antioxidante metabissulfito de sódio PA ACS (Dinâmica, Indaiatuba/SP, Brasil),
suplemento sulfato de amônio P.A. (Labsynth, Diadema/SP, Brasil).
Foram analisados grau Brix, pH, umidade e teor alcoólico utilizando um refratômetro
de bancada RMT (Bel Engineering, Monza, Itália), condutivímetro (PHS-3E marca Even),
balança determinadora de umidade M5 Thermo (Bel Engeneering, Monza, Itália) e
ebuliômetro, respectivamente. Os aparelhos estão representados respectivamente nas Figuras
4, 5, 6 e 7.
Figura 4 - Refratômetro de bancada RMT utilizado para analisar o grau Brix.
19
Fonte - Bel Engeneering.
Figura 5 - Condutivímetro (PHS-3E marca Even).
Fonte – Autor.
Figura 6 - Balança determinadora de umidade M5 Thermo.
Fonte - Bel Engeneering.
20
Figura 7 - Ebuliômetro.
Fonte – Site TSC Corp
4.2. Preparação do suco integral de caju
Os cajus, mostrados na Figura 8, foram adquiridos na Central de Comercialização da
Agricultura Familiar e Economia Solidária - CECAFES/RN sendo selecionados aqueles que
se apresentavam íntegros e em perfeito estado. Em seguida, realizou-se o descastanhamento
manual dos cajus, obtendo cerca de 2,3 kg de pedúnculos florais aptos para o
processamento.Os cajus foram lavados para retirar as sujeiras mais grosseiras sobre sua
película. Fez-se, aos poucos, a trituração dos pedúnculos utilizando um liquidificador caseiro
adicionando água. Depois, filtrou-se a solução com uma peneira, obtendo 3,4 L de suco
integral de caju com pH de 4,15 e 5,5° de Brix, mostrado na Figura 9.
Figura 8 - Cajus adquiridos para os experimentos.
Fonte – Autor.
21
Figura 9 - Suco integral de caju obtido.
Fonte – Autor.
4.3. Preparação do caldo de cana-de-açúcar
O caldo foi obtido pela prensagem da cana-de-açúcar em uma moenda em frente a
Centrais de Abastecimento do RN S/A - CEASA/RN e possui 17,7° de Brix e pH de 4,77, está
mostrado na Figura 10.
Figura 10 - Amostra do caldo de cana-de-açúcar utilizado.
Fonte – Autor.
22
4.4. Preparação dos mostos
Adicionou-se o caldo da cana-de-açúcar ao suco em quatro proporções diferentes,
preparando, dessa forma, quatro mostos diferentes. A Tabela 2 traz os volumes de caju e
caldo de cana utilizados para produzir as bebidas.
Tabela 2 - Volume de suco de caju e caldo de cana em cada amostra.
Amostra Volume de suco (L) Volume caldo (L)
i (0%) 1 -
ii (30%) 0,7 0,3
iii (50%) 0,5 0,5
iv (70%) 0,3 0,7
Fonte –Autor.
Após a análise do Brix, realizou a correção da concentração de sacarose nos mostos
até atingirem a concentração de 180 g/L. A Equação 1 foi utilizada para correlacionar o grau
Brix analisado com a concentração de sacarose presente(TORRES NETO ET AL., 2006):
Concentração de sacarose (g/L) = (grau Brix x 10,13) + 1,445 (1)
Na Tabela 3 estão os valores adicionados de sacarose e os Brix resultantes. Adicionou-
se aos mostos sulfato de amônio na concentração de 5 g/L para suplementar a necessidade de
nitrogênio da fermentação, facilitando sua iniciação, e metabissulfito de sódio na
concentração de 0,1 g/L para evitar o desenvolvimento de bactérias e leveduras indesejáveis
(GARRUTI, 2003).
Tabela 3 - Brix das amostras antes de após a etapa de chaptalização e as respectivas massas de sacaroses
adicionadas.
Amostra
Grau Brix Massa de sacarose
adicionada (g) Antes da
chaptalização
Após a
chaptalização
i 5 16,25 128
ii 9,5 16,75 82,3
iii 11,5 16,25 62
iv 14,5 16,25 31,7
23
Fonte - Autor.
Procedeu-se com a inoculação do fermento nos mostos na concentração de 20 g/L.
Depois colocou-se cada mosto em uma garrafa PET de 2 L com tampa furada, sem luz, à
temperatura ambiente para realizar a fermentação. Após a fermentação, realizou-se uma
espécie de clarificação retirando o sobrenadante dos recipientes por meio de uma bomba a
vácuo. Todo o processo de produção das bebidas fermentadas está representado em um
fluxograma na Figura 11.
Figura 11 - Fluxograma do processo de produção do fermentado.
Fonte – Autor.
24
4.5. Estudo cinético e análises físico-químicas
Durante as seis primeiras horas realizou-se à cada 2h análises de grau Brix, teor
alcoólico e umidade.Fez-se as mesmas análises com 15, 21 e 45 h.
Para analisar o teor alcoólico, colocou-se as amostras na estufa até atingirem 20°C,
depois adicionou-se 15mL do fermentado no recipiente do ebuliômetro destinado ao
aquecimento, e vedou-se tal recipiente com o termômetro. Quando a temperatura se torna
constante, utiliza-se uma régua de calibração para verificar qual teor alcoólico em °GL tal
temperatura corresponde. A calibração foi feita realizando o mesmo processo, porém
utilizando água destilada à 20 °C, a temperatura de ebulição marcada no termômetro é o
padrão da régua.
Finalizada a fermentação, 7 dias depois, realizou-se as análises de pH e acidez total
titulável dos fermentados obtidos. O pH foi analisado utilizando o condutivímetroPHS-3E
marca Even. A acidez total foi feita por titulometria, adicionando 10 mL da amostra em 100
mL de água em um Erlemeyer de 250 mL. Além de 0,5 mL de fenolftaleína 1N e a solução de
NaOH 1 N.
Para calcular a concentração de sacarose dos fermentados, utilizou-se a Equação 1e
transformou-se a unidade de g/L para mol/dm3 posteriormente. Em seguida, fez-se uso do
método integral de análise de dados de velocidade de reação, que procura uma função
apropriada da concentração que corresponda a uma determinada lei de velocidade, que seja
linear com o tempo (FOGLER, 2002).
Realizou-se a linearização pelo método integral para o modelo cinético de primeira
ordem para a concentração de sacarose:
ln (Ca0/Ca) = k.t (2)
Plotou-se o gráfico, as quatro linhas de tendências lineares com intersecção na origem
e analisou-se suas equações, os “k” e os R2.
Depois fez-se a linearização para o modelo de segunda ordem:
1/Ca = 1/Ca0 + k.t (3)
25
Também plotou-se o gráfico, as linhas de tendência (dessa vez sem intersecção na
origem) e comparou-se os R2 obtidos.
Considerando Ca como a concentração de qualquer variável envolvida na cinética da
fermentação alcoólica, fez-se as mesmas linearizações para os dados da concentração de
etanol dos fermentados e comparou-se os R2 obtidos em ambos modelos.
26
5. RESULTADOS E DISCUSSÃO
5.1.Estudo Cinético
5.1.1. Sacarose
Após transformar os dados do grau Brix para concentração de sacarose em g/L por
meio da Equação 1, elaborou-se a Tabela 4 e elaborou-se, com tais dados, o gráfico da Figura
12 abaixo.
Figura 12 - Gráfico das concentrações de sacarose (mol/dm3) pelo tempo (h) dos fermentados.
Fonte – Autor.
Tabela 4 - Concentrações de sacarose (mol.dm-3) pelo tempo (h) dos fermentados.
Concentração de sacarose (mol/dm3)
Tempo (h) 0 2 4 6 15
i 0,49252 0,39634 0,34455 0,30016 0,16699
ii 0,49252 0,39634 0,35195 0,30016 0,17439
iii 0,47772 0,36675 0,32975 0,28536 0,17439
iv 0,47772 0,39634 0,38154 0,34455 0,21138
Fonte – Autor
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 5 10 15 20Con
cen
tração s
acaro
se
(mol.
dm
-3)
Tempo (h)
Concentração de sacarose
i ii iii iv
27
Por meio dos dados desta tabela podemos que o aumento da proporção de caldo de
cana-de-açúcar influenciou no consumo de sacarose na fermentação alcoólica. Quanto mais se
aumentou a proporção, tanto menos sacarose foi consumida ao final das 15 horas. O mesmo
aconteceu com os resultados de Brix de Oliveira (2015), os quais variavam de 4,0° a 5,7° para
os fermentados de jambolão com caldo de cana a 0% e 70%, respectivamente. Isso pode ser
reflexo do fenômeno de inibição pelo substrato (sacarose), no qual, valores elevados de
sacarose inibem o trabalho das leveduras, reduzindo sua eficiência (TORRES NETO ET AL.,
2006).
Após as 15 h de fermentação, a concentração de sacarose estabilizou-se nas quatro
amostras devido ao aumento da concentração de etanol no meio.
Em seguida, plotou-se o gráfico da Figura 13, que contém a linearização do modelo
cinético de primeira ordem. Depois plotou-se as linhas de tendência lineares com intersecção
na origem para cada fermentado analisou-se suas equações e seus valores de k e R2. A Tabela
5 contém tais valores. Depois, plotou-se o gráfico da Figura 14, contendo a linearização do
modelo cinético de segunda ordem e as linhas de tendência. O coeficiente k e os valores de R2
estão na Tabela 6.
Figura 13 - Gráfico das linearizações do modelo cinético de primeira ordem [ln (Csac0/Csac) = k.t] para
a concentração de sacarose.
Fonte – Autor.
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
0 5 10 15 20
ln (
Csa
c0/C
sac)
Tempo (h)
i
ii
iii
iv
28
Tabela 5 - Tabela com os valores de k da equação do modelo de primeira ordem e os R2 das linhas de
tendência com intersecção na origem para as concentrações de sacarose.
Fonte – Autor
Figura 14 - Gráfico das linearizações do modelo cinético de segunda ordem [1/Csac = 1/Csac0 + k.t]
para a concentração de sacarose.
Fonte - Autor
.
Tabela 6 - Tabela com os valores de k e R2 das linhas de tendência para as concentrações de sacarose
Fonte – Autor
0
1
2
3
4
5
6
7
0 5 10 15 20
1/
Csa
c
Tempo (h)
i
ii
iii
iv
Amostra k (mol/dm3.h) R2
i 0,074 0,982
ii 0,072 0,978
iii 0,072 0,939
iv 0,055 0,983
Amostra k (mol/dm3.h) R2
i 0,265 0,993
ii 0,248 0,995
iii 0,239 0,997
iv 0,174 0,982
29
Em ambos modelos, percebe-se que o k (velocidade da reação) reduz a medida que
aumenta-se a proporção de caldo de cana. Comparando os valores de R2 dos modelos de
primeira e segunda ordem obtidos, concluímos que o modelo cinético de segunda ordem é
aquele que melhor representa o processo de consumo de sacarose na fermentação alcoólica
dos fermentados deste trabalho, visto que estão mais próximos de 1.
5.1.2. Etanol
Com os dados registrados na Tabela 7, plotou-se o gráfico da Figura 15 demonstrando
o comportamento da produção de etanol durante a fermentação.
Figura 15 - Gráfico das concentrações de etanol (v/v) pelo tempo (h) dos fermentados.
Fonte – Autor
Tabela 7 - Concentrações de etanol (v/v) pelo tempo (h) dos fermentados.
Concentração de Etanol % (v/v)
Tempo (h) 0 2 4 6 21
i 0 0,3 0,8 1,5 4,1
ii 0 0,3 0,7 1,9 4,4
iii 0 0,3 0,9 1,9 4,5
iv 0 0,2 0,7 1,6 5,05 Fonte - Autor
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20 25
Con
cen
tração d
e E
tan
ol
% (
v/v
)
Tempo (h)
Concentração de etanol
i ii iii iv
30
Os dados da concentração de etanol possuem correspondência com os dados obtidos
por Torres Neto et al. (2006) pois em ambos a velocidade da produção de etanol eleva-se
bruscamente aproximadamente após 5 h de processo fermentativo, porém, após as 21 h nossa
concentração se estabiliza, enquanto a deles cresce linearmente até 50 h.
Após as 21 horas de fermentação a concentração de etanol estabilizou-se devido a
inibição celular do processo.
Em seguida, plotou-se o gráfico da Figura 16, que contém a linearização do modelo
cinético de primeira ordem. Depois plotou-se as linhas de tendência lineares com intersecção
na origem para cada fermentado, analisou-se suas equações e seus valores de K e R2. A
Tabela 8 contém tais valores. Depois, plotou-se o gráfico da Figura 17, contendo a
linearização do modelo cinético de segunda ordem e as linhas de tendência. O coeficiente k e
os valores de R2 estão na Tabela 9.
Figura 16 - Gráfico das linearizações do modelo cinético de primeira ordem [ln (Cet0/Cet) = k.t].para a
concentração de etanol.
Fonte – Autor
-4
-3,5
-3
-2,5
-2
-1,5
-1
-0,5
0
0 5 10 15 20
ln (
Cet 0
/Cet)
Tempo (h)
i
ii
iii
iv
31
Tabela 8 - Tabela com os valores de k da equação do modelo de primeira ordem e os R2 das linhas de
tendência com intersecção na origem para as concentrações de etanol.
Amostra k R2
i -0,1879 0,8707
ii -1,1948 0,8366
iii -1,1996 0,8102
iv -0,2346 0,8462
Fonte - Autor
Figura 17 - Gráfico das linearizações do modelo cinético de segunda ordem [1/Cet = 1/Cet0 + k.t] para a
concentração de etanol.
Fonte – Autor
Tabela 9 - Tabela com os valores de k, 1/Cet0 da equação do modelo de segunda ordem e os R2 das
linhas de tendência para as concentrações de sacarose.
Amostra k R2
i -0,1798 0,5671
ii -0,1851 0,576
iii -0,1767 0,52
iv -0,2685 0,497
Fonte - Autor
-1
0
1
2
3
4
5
6
0 5 10 15 20
1/C
et
Tempo (h)
i
ii
iii
iv
32
Percebe-se que apesar de que o modelo de primeira ordem apresentar R2 maiores que
os do de segunda ordem, não se pode concluir que ambos representam bem a produção de
etanol no processo de fermentação da bebida deste trabalho.
5.2. Características físico-químicas
Ao final da fermentação, os dados finais de acidez total, pH, grau Brix, teor alcoólico
e umidade foram analisados e estão reunidos na Tabela 10 abaixo:
Tabela 10 - Caracterização físico-química dos fermentados.
Amostra Acidez total
(mEq/L) pH
Grau
Brix
Teor alcoólico
% (v/v)
Umidade
(%)
i 60 3.38 5,75 4,1 95,02
ii 60 3.36 6,25 4,5 94,49
iii 70 3.55 6,75 4 93,1
iv 70 3.65 7,5 3,5 92,41
Fonte – Autor.
Os valores encontrados para a acidez total de 60 e 70 mEq/L se encontram dentro dos
valores padronizados pela legislação (50 a 130 mEq/L) (BRASIL, 2008). A variação no teor
de acidez total nos fermentado se relaciona diretamente com o controle efetuado durante o
processo de fermentação, pois segundo Silva et al. (1999), o devido controle da fermentação
produz vinho dentro dos padrões legais vigentes.
A Tabela 11 mostra os resultados obtidos por Oliveira (2015) na análise de um
fermentado de jambolão e caldo de cana-de-açúcarproduzido com as mesmas proporções de
caldo deste trabalho: 0% (i), 30% (ii), 50% (iii) e 70% (iv).
33
Tabela 11 - Médias dos parâmetros acidez total, pH e teor de sólidos solúveis (grau Brix) para todos os
fermentados.
Amostra Acidez total
(mEq/L) pH Grau Brix
i 87,88 ± 0,95 3,7 ± 0,02 4,0 ± 0,0
ii 83,18 ± 0,50 3,82 ± 0,03 5,0 ± 0,0
iii 75,84 ± 0,33 3,77 ± 0,02 5,0 ± 0,0
iv 70,04 ± 0,83 3,84 ± 0,03 5,7 ± 0,0
Fonte – Oliveira (2015).
Os quatro fermentados atingiram um teor alcoólico de 8% (v/v).
O experimento de Oliveira (2015) iniciou a fermentação do mosto com 20° Brix e uma
concentração de inóculo de 10 g/L, enquanto que o fermentado deste trabalho iniciou com
16,5° Brix em média e 20 g/L de inóculo, ou seja, apesar de ter menos açúcares e mais
fermento, na fermentação alcoólica deste trabalho houve menos consumo da sacarose.
Provavelmente, isso se deveu à inibição pelo substrato.
Abaixo segue a Tabela 12 com as análises físico-químicas de outros fermentados de
caju (sem caldo de cana-de-açúcar) produzidos por outros pesquisadores:
Tabela 12 - Valores físico-químicos dos fermentados de caju produzidos por outros pesquisadores.
pH Grau Brix Teor alcoólico
%(v/v) Referência
3,5 3,6 11,5 Torres Neto et
al.(2006)
3,6 5,5 8,5 Garruti (2001)
11,5 3,6 11,5 Mouchrek Filho et
al.(2002)
Fonte –Autor.
O teor alcoólico dos fermentados variaram entre 3,5 e 4,5, os quais estão bem abaixo
dos valores encontrados por Oliveira (2015), Torres Neto et al. (2006), Garruti (2001) e
Mouchrek Filho et al. (2002). A isso pode-se atribuir também o fato da inibição pelo
substrato, que fez com que a produção de etanol fosse prejudicada.
34
O pH dos fermentados deste trabalho variaram entre 3,36 e 3,65, demonstrando
proximidade com os valores encontrados por Oliveira (2015), Torres Neto et al. (2006) e
Garruti (2001). Segundo Silva et al. (1999), vinhos com elevado pH, por caracterizar vinhos
de baixa acidez, possuem maior suscetibilidade ao ataque de microrganismos indesejáveis.
35
6. CONCLUSÃO
O pH final dos fermentados de 3,46 ± 0,12 em média ficou muito próximo dos valores
encontrados nos trabalhos de Torres Neto et al.(2006),Garruti(2001) e Oliveira(2015).
Portanto, o pH está de acordo com o demonstrado na literatura. A acidez total final de 65 ±
5mEq/L em média ficou dentro dos padrões de identificação estipuladas pela legislação, que é
entre 50 e 130 mEq/L.
O grau Brix final de 6,50 ± 0,65° em média ficou acima dos fermentados de caju
referenciados neste trabalho, logo, o processo fermentativo não foi eficaz para consumir o
substrato. Comparando os dados de consumo de sacarose com os da literatura, concluiu-se
que o método de adição de sacarose em uma única etapa na concentração de 180 g/L propicia
a ocorrência da inibição do processo fermentativo pelo substrato, dessa forma, explica
também o fato de o teor alcoólico médio dos fermentados (4,0 ± 0,4 %(v/v)) ter sido abaixo
dos teores encontrados na literatura, apesar de se encaixar no parâmetro de teor alcoólico que
caracteriza uma bebida alcoólica fermentada de frutas na legislação (BRASIL, 2008).
Com o estudo cinético, conclui-se que o modelo cinético de segunda ordem é o mais
apropriado para representar o consumo de sacarose no processo fermentativo, enquanto que
nenhum dos dois modelos representaram bem a produção de etanol nos fermentados.
A bebida fermentada de caju e caldo de cana-de-açúcar tem é um produto válido pois
atende a proposta de redução do desperdício de caju no mercado.
36
7. REFERÊNCIAS
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classificação, o registro, a inspeção, a produção e a fiscalização de bebidas. Disponível em:
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deabril de 2008. Regulamentos técnicos para a fixação dos padrões de identidade equalidade
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cana, fermentado de fruta licoroso, fermentado de fruta composto esaquê. Diário Oficial da
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