IMPROVEMENT OF THE PRODUCTION PROCESS OF ARTISANAL BROWN SUGAR CACHAÇA

_________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 496 (Ciências Exatas) APRIMORAMENTO DO PROCESSO PRODUTIVO DA CACHAÇA ARTESANAL DE AÇÚCAR MASCAVO IMPROVEMENT OF THE PRODUCTION PROCESS OF ARTISANAL BROWN SUGAR CACHAÇA Larissa Medeiros Kleis Guimarães, Giovanna dos Santos Meles, Maria Eduarda Santos Pouza, Letícia da Silva Santos, Nelize Maria de Almeida Coelho, Vitor da Silva Rosa Universidade Santa Cecília, Faculdade de Engenharia, Curso de Engenharia Química E-mail para contato: [email protected] RESUMO – A cachaça é uma aguardente de cana-de-açúcar exclusiva do Brasil. Sua produção envolve várias etapas que precisam ser monitoradas para garantir a qualidade e a conformidade com a legislação, muitos produtores ainda adotam práticas empíricas, especialmente na produção artesanal. Este estudo teve como objetivo avaliar a cadeia produtiva da cachaça artesanal feita com açúcar mascavo em escala laboratorial. Analisou-se a influência de fatores como a concentração de Brix, a quantidade de levedura e o tempo de fermentação na produção de etanol. O processo de preparação envolveu a mistura de água desmineralizada, açúcar mascavo, leveduras, tomates e limões, seguida de fermentação e destilação em alambique de cobre. A análise revelou uma correlação entre as três variáveis investigadas: Brix, quantidade de levedura e dias de fermentação. Observou-se que em alguns ensaios foram necessários menos tempo para que o Brix do vinho alcançasse 0, sugerindo a completa conversão do açúcar em etanol, com certas quantidades de levedura. À medida que o Brix aumentou, foi necessário um tempo de fermentação mais prolongado e uma quantidade maior de leveduras para garantir o consumo completo da sacarose. Esse processo resultou em um aumento do volume de coração, especialmente em níveis elevados de Brix. Essas descobertas trouxeram descobertas importantes para a prática de produção da cachaça artesanal, contribuindo para a padronização dos processos. Palavras-chaves: cachaça, destilação, caldo-de-cana, fermentação, artesanal ABSTRACT - Cachaça is a sugar cane spirit unique to Brazil. Its production involves several stages that need to be monitored to ensure quality and compliance with legislation, many producers still adopt empirical practices, especially in artisanal production. This study aimed to evaluate the production chain of artisanal cachaça made with brown sugar on a laboratory scale. The influence of factors such as Brix concentration, the amount of yeast and fermentation time on ethanol production was analyzed. The preparation process involved mixing demineralized water, brown sugar, yeast, tomatoes and lemons, followed by fermentation and distillation in a copper still. The analysis revealed a correlation between the three variables investigated: Brix, amount of yeast and fermentation days. It was observed that in some trials it took less time for the Brix of the wine to reach 0, suggesting the complete conversion of sugar into ethanol with certain amounts of yeast. As the Brix increased, a longer fermentation time and a greater amount of yeast were required to ensure complete consumption of the sucrose. This process resulted in an increase in heart volume, especially at high Brix levels. These _________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 497 (Ciências Exatas) findings brought important discoveries to the practice of producing artisanal cachaça, contributing to the standardization of processes. Keywords: cachaça, distillation, sugarcane juice, fermentation, artisanal 1. INTRODUÇÃO A cachaça, por definição, é a denominação típica e exclusiva da aguardente de cana-deaçúcar produzida no Brasil, com graduação alcoólica de 38% a 48% em volume, medida a 20 °C. Este destilado é obtido pela destilação do mosto fermentado do caldo de cana, podendo ser adicionado de açúcares até 6 g L⁻¹ (Brasil, 2009). O processo de produção da cachaça envolve várias etapas que necessitam ser monitoradas continuamente para garantir a qualidade e a padronização das especificações, atendendo tanto à legislação quanto à satisfação dos consumidores (Silva et al., 2020; Samed & Banks, 2017). O processo de destilação pode ser realizado em colunas contínuas ou alambiques intermitentes, sendo a monodestilação, o método tradicional mais utilizado (Silva et al., 2020). A qualidade sensorial da aguardente é determinada principalmente pela composição de sua fração volátil, que inclui álcoois, ésteres, aldeídos e ácidos, além de outros compostos secundários formados durante a fermentação (Moreira et al., 2012). No setor de produção de cachaça, observa-se que muitos produtores ainda adotam práticas empíricas, evidenciadas pela falta de mecanismos técnicos ou de padronização desde a captação da matéria-prima até a comercialização do produto (Attia & Essam Eldin, 2018; Coutinho et al., 2012; Barbosa et al., 2016). A indústria passou a buscar uma maior qualidade e melhorar o seu processo, para assim atender a demandas de alta exigência das exportações com relação a componentes voláteis, formados durante a fermentação do mosto ou por contaminação externa. Entre os componentes que podem prejudicar a saúde em níveis altos estão o metanol, álcoois butílicos, acroleína, carbamato de etila e metais como cobre. A acroleina, um do componente prejudicial pode ser formado pela contaminação de uma bactéria, já que ela consegue converter o glicerol, nas condições em quem que o mosto é fermentado (Gabriela Fontes Alvarenga et al., 2023). Outro componente é o carbamato de etila que possui propriedades cancerígenas, na legislação o máximo permitido passou a ser 210 µg/L, ele pode ser formado em diferentes etapas da produção da cachaça, na destilação ela é formada pela alta temperatura, por mais que _________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 498 (Ciências Exatas) em pequena quantidade o consumo contínuo aumentar o risco de contaminação, formas de minimizar é a destilação continua e o engarrafamento (Bortoletto and Alcarde 2016; Silva et al.,2020). A utilização de destiladores de cobre ou aço inoxidável influenciam na composição química da cachaça, os compostos pelo material de aço apresentam uma maior uniformidade química e possibilidade de reprodução, possibilitando uma padronização, seu destilado apresenta odores e gosto não agradáveis, assim causando preferência pelo destilador de cobre que apresenta uma maior variação de composição química, já que o cobre reage com os componentes presente no que será destilado, atuando como catalizador formando diversos compostos, que forma os aromas e sabor mais característicos e agradáveis, quanto componentes que são indesejados em alta quantidade, sendo necessário uma padronização que mantenha os aspectos aromáticos da cachaça(F. A. T. Serafim et al 2015; de Oliveira Moraes, 2021). O objetivo geral avaliar a cadeia produtiva da cachaça artesanal de açúcar mascavo em escala laboratorial. De maneira específica, busca-se analisar a influência de diversos fatores, tais como a concentração de Brix no mosto, a quantidade de levedura e o tempo de fermentação, na produção de etanol. 2. MATERIAIS E MÉTODOS A pesquisa experimental teve como variáveis a concentração de Brix do mosto (10°, 15°, 20°), a quantidade de leveduras (1 g/L, 2 g/L, 3 g/L) e o tempo de fermentação (9, 12, 15, 21 dias). As variáveis de resposta foram o Brix do vinho, o volume de coração obtido e o rendimento. A preparação e destilação da cachaça envolveram diversos materiais. Para a preparação do mosto (produto a ser destilado), foram utilizados açúcar mascavo, água desmineralizada e leveduras, além de tomates e limões, que ajudaram a nutrir as leveduras e manter a acidez. A fase inicial foi realizada em uma panela de aço inoxidável. Posteriormente a mistura foi transferida para um fermentador equipado com um air lock e, por fim, foi destilada em um alambique de cobre. Além desses equipamentos, foram utilizados auxiliares, como sacarímetro, refratômetro, alcoômetro de Gay-Lussac e termômetro digital. O preparo começou com um recipiente, onde foram colocados 9 litros de água desmineralizada. O açúcar foi adicionado até atingir o Brix desejado, verificado com o refratômetro. A mistura foi levada ao fogo e, com o auxílio do termômetro, foi mexida até _________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 499 (Ciências Exatas) alcançar a temperatura de 40°C. Após desligar o fogo, aguardou-se que a temperatura ficasse entre 37°C e 38°C. Enquanto isso, a pele do tomate foi retirada, cortada e suas sementes removidas. O tomate picado foi colocado em um Becker e amassado até formar uma massa. Após o mosto atingir a temperatura desejada, foram adicionados 3 litros a cada fermentador. O tomate foi pesado, separando 50 g para cada fermentador. O limão foi cortado e uma metade espremida em cada fermentador. Por fim, as leveduras foram pesadas e adicionadas, e os fermentadores foram lacrados. Após a fermentação, ao abrir o fermentador foi obtido o vinho (produto da fermentação). Com o auxílio de uma peneira, foram retirados os resíduos de tomate e o vinho foi filtrado para separá-lo do pé de cuba (mistura residual sólida de leveduras e nutrientes). O vinho foi adicionado ao alambique de cobre (previamente limpo) e a destilação foi iniciada. A destilação foi monitorada em função dos cortes da cabeça, coração e cauda. Para as cachaças produzidas com açúcar mascavo, o corte de cabeça (fração leve do destilado que contém metanol e cetonas) foi realizado com 2% do volume do vinho alimentado no alambique. A coleta do coração foi realizada com o auxílio do alcoômetro até que este atingisse 38°GL. Por fim, o GL médio do coração foi medido e o produto foi engarrafado. Não foi necessário realizar o corte da cauda, uma vez que o produto de interesse (etanol) estava contido no coração. A vinhaça (produto residual do alambique) foi descartada. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Pôde-se perceber pela Tabela 1 e 2 que as 3 variáveis estavam correlacionadas, uma vez que, dependendo do Brix, da quantidade de fermento e dos dias de fermentação, obteve-se uma maior quantidade de coração e um maior rendimento (calculado a partir da relação entre volume do coração em mL por volume de vinho em mL). Além disso, quando os fermentadores foram abertos, notou-se uma diferença significativa em relação à cor e viscosidade, conforme mostrado nas figuras 1 e 2. Nos resultados obtidos na Tabela 1, percebeu-se que os ensaios com Brix de 10° precisaram de menos tempo para que o Brix do vinho chegasse a 0, indicando que o açúcar foi totalmente consumido e convertido em etanol, com a quantidade de levedura variando de 2 g/L a 3 g/L. Por outro lado, nos ensaios com Brix de 20°, notou-se que foi necessário um tempo maior e uma maior quantidade de levedura para que o açúcar fosse totalmente consumido e transformado em etanol. Assim como na Tabela 2 percebemos essas mesmas características, entretanto com variações de rendimento já que há fatores humanos envolvidos. _________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 500 (Ciências Exatas) Nas figuras 3, 4 e 5 percebemos com mais facilidade a relação entre as nossas variáveis, nas figuras 3 percebe-se um comportamento proporcional, quanto aumentado o brix e quantidade de leveduras maior era o rendimento do obtidos, assim como na figura 5. Na figura 4 a relação entre as variáveis não se comporta de forma proporcional, mas percebe-se uma nos pontos de levedura 1g/L a uma proporcionalidade com os dias, que causa um aumento do rendimento , já nos pontos de leveduras 2 e 3g/L percebe-se uma aproximação entre os dias 18e 21 e 12 e 15 no rendimento e no final mostra uma aproximação do rendimento em relação as variáveis. Figura 1: Diferença de coloração Ensaios 31(A) e 41(B) ‘ Figura 2: Diferença de coloração Ensaios 17(C); 22(B) e 27(A) Tabela 1: Resultados obtidos da primeira bateria Ensaio Brix do mosto (°) Leveduras(g/L) Tempo de fermentação (Dias) Brix vinho (°) Volume de Coração (ml) Rendimento 1 10 1 9 2 13 0,005 2 10 1 12 2 150 0,055 3 10 1 15 0 39 0,014 4 10 1 18 0 82 0,030 5 10 1 21 0 116 0,042 6 10 2 9 0 132 0,048 A B A B C _________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 501 (Ciências Exatas) 7 10 2 12 0 164 0,059 8 10 2 15 0 90 0,033 9 10 2 18 0 98 0,036 10 10 2 21 0 126 0,044 11 10 3 9 0 122 0,044 12 10 3 12 0 144 0,057 13 10 3 15 0 114 0,041 14 10 3 18 0 118 0,043 15 10 3 21 0 152 0,054 16 15 1 9 - 172 0,057 17 15 1 12 - 200 0,076 18 15 1 15 4,2 112 0,041 19 15 1 18 0 286 0,101 20 15 1 21 0 416 0,150 21 15 2 9 - 135 0,046 22 15 2 12 - 320 0,115 23 15 2 15 0 306 0,112 24 15 2 18 0 304 0,109 25 15 2 21 0 362 0,129 26 15 3 9 - 360 0,133 27 15 3 12 - 285 0,106 28 15 3 15 0 312 0,114 29 15 3 18 0 288 0,106 30 15 3 21 0 370 0,130 31 20 1 9 14 9 0,003 32 20 1 12 11 122 0,046 33 20 1 15 11 84 0,030 34 20 1 18 4,2 318 0,114 35 20 1 21 3,4 362 0,124 36 20 2 9 9,4 150 0,056 37 20 2 12 6,8 298 0,109 38 20 2 15 5,6 310 0,107 39 20 2 18 0 450 0,160 _________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 502 (Ciências Exatas) 40 20 2 21 0 466 0,165 41 20 3 9 1,8 400 0,147 42 20 3 12 - 445 0,159 43 20 3 15 1 440 0,154 44 20 3 18 0 500 0,174 45 20 3 21 0 538 0,189 Tabela 2: Resultados obtidos da segunda bateria Ensaio Brix do mosto (°) Leveduras(g/L) Tempo de fermentação (Dias) Brix vinho (°) Volume de Coração (ml) Rendimento 1 10 1 9 2 88 0,032 2 10 1 12 3,9 0 0,000 3 10 1 15 0 87 0,033 4 10 1 18 0 128 0,045 5 10 1 21 0 84 0,030 6 10 2 9 0 136 0,050 7 10 2 12 0 84 0,029 8 10 2 15 0 120 0,044 9 10 2 18 0 138 0,050 10 10 2 21 0 118 0,042 11 10 3 9 0 150 0,054 12 10 3 12 0 140 0,049 13 10 3 15 0 118 0,044 14 10 3 18 0 122 0,045 15 10 3 21 0 115 0,042 16 15 1 9 1 265 0,092 17 15 1 12 0 251 0,090 18 15 1 15 0 314 0,119 19 15 1 18 0 328 0,118 20 15 1 21 0 314 0,112 21 15 2 9 0 308 0,114 22 15 2 12 0 300 0,113 23 15 2 15 0 362 0,131 24 15 2 18 0 438 0,156 25 15 2 21 0 352 0,125 _________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 503 (Ciências Exatas) 26 15 3 9 0 398 0,150 27 15 3 12 0 376 0,138 28 15 3 15 0 364 0,136 29 15 3 18 0 380 0,135 30 15 3 21 0 328 0,121 31 20 1 9 8,1 220 0,081 32 20 1 12 5,7 302 0,113 33 20 1 15 5,7 250 0,087 34 20 1 18 3,3 314 0,113 35 20 1 21 1,8 330 0,116 36 20 2 9 4,2 380 0,133 37 20 2 12 0,2 398 0,141 38 20 2 15 1 418 0,146 39 20 2 18 0 462 0,163 40 20 2 21 0 476 0,168 41 20 3 9 0 432 0,159 42 20 3 12 0 412 0,144 43 20 3 15 0 440 0,160 44 20 3 18 0 460 0,165 45 20 3 21 0 464 0,168 Figura 3: Gráfico do rendimento pelo Brix X Levedura Figura 4: Gráfico do rendimento pela Levedura X Dias _________________________________________________________________________________________ Anais do Congresso Brasileiro de Iniciação Científica Vol2 nº2 (2025) 504 (Ciências Exatas) Figura 5: Gráfico do rendimento pelo Brix X Dias CONCLUSÃO Visualizou-se que a quantidade de leveduras e o tempo tinham relação com o Brix, pois quanto maior o Brix, maior deveria ser o tempo de fermentação e a quantidade de leveduras, para que o consumo da sacarose fosse total. Assim, obteve-se um maior volume de coração, especialmente com o alto Brix. O rendimento também foi dependente desses fatores, já que do vinho obtido foi retirada somente uma parte. Nas figuras contendo os gráficos fica evidente a relação das nossas variáveis no rendimento mostrado na figura 4 percebe-se que em determinados pontos independe delas o rendimento é igual ou parecido e no máximo de leveduras que utilizados a aproximação do rendimento é evidente mostrando que dependente da quantidade de dias avaliados haverá um bom rendimento. Para que se tenha uma produção de cachaça artesanal com um bom rendimento em um