Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
Estudo do processo de fermentação alcoólica na obtenção de bebida
fermentada da polpa do baru
Alline Emannuele Chaves Ribeiro1; Diego Palmiro
Ramirez Ascheri2; Jose Luis Ramirez Ascheri3
1. INTRODUÇÃO
A diversidade de plantas nativas do cerrado tem-se sobressaído por oferecer grande
potencial nutritivo e fortes características sensoriais e econômicas, sendo, portanto, matériaprima disponível para elaboração de novos produtos alimentícios (HIANE, 1992). É o
interesse por novas fontes de nutrientes, a necessidade em preservar e valorizar as espécies
nativas do cerrado, e a busca para a implantação de produtos que tem incentivado o estudo do
potencial dessas plantas. O baru (Dipteryx alata Vogel) é uma planta de ocorrência em toda a
área contínua do cerrado brasileiro e, por ser um ótimo fixador de nitrogênio no solo, é
encontrada em solos mais férteis, como Cerradões e Matas Secas. Sua distribuição se dá pelos
estados de Goiás, Minas Gerais, Tocantins, Mato Grosso e Mato Grosso do Sul (RATTER,
2000). A multiplicidade de usos da planta faz com que a mesma seja cada vez mais
valorizada. A espécie também é conhecida por outros nomes, como pau-cumbaru, fruta-demacaco, cumbaru, cumarurana, barujo, coco-feijão.
A polpa do fruto - constituída por endocarpo lenhoso amarelo-esverdeado ou
marrom com uma camada esponjosa na parte interna - possui alto teor de fibra (TOGASHI e
SGARBIERI, 1995), é rica em açúcar, potássio, cobre e ferro (VALLILO, 1990). De acordo
com Bozza (2004), a polpa do baru pode ser consumida “in natura” ou em forma de doces,
geléias e licores. O baru possui uma polpa aromática, de sabor agradável e é consumida por
mamíferos e aves (ALMEIDA, 1998; LORENZI, 1998).
Ao longo dos anos, as sociedades vêm descobrindo formas de obtenção de bebidas
fermentadas a partir de fontes de açúcares disponíveis em seus habitats locais. Não se têm
relatos de aproveitamento da polpa do baru, ocorrendo, assim, grande desperdício dessa parte
do fruto. Por esse motivo, a aplicação de processos biotecnológicos na produção de
fermentado da polpa do baru pode ser uma forma alternativa de minimizar perdas
proporcionando, portanto, uma considerável redução do desperdício do produto através de um
aproveitamento racional, visto que, a literatura não apresenta estudos com este propósito
(ALMEIDA et al., 2006).
Entende-se por fermentação alcoólica como sendo um conjunto de reações
bioquímicas realizadas por microorganismos denominados leveduras. Essas leveduras agem
sobre os açúcares transformando glicose em energia, etanol e gás carbônico. A
Saccharomyces cerevisiae é a levedura majoritariamente utilizada no Brasil para a
fermentação alcoólica. O início da fermentação é indicado pelo desprendimento de gás
carbônico, portanto, a redução do borbulhamento referencia o final da fase tumultuosa da
fermentação (VICENZI, 2008; FERREIRA e MONTES, 1999).
A obtenção de bebidas alcoólicas a partir da fermentação da polpa do baru, muitas
vezes considerada um resíduo, visa incentivar o aproveitamento da mesma no consumo
1
Bacharel em Química Industrial, Universidade Estadual de Goiás, Unidade Universitária de Ciências Exatas e
Tecnológicas, Anápolis-GO, Brasil. E-mail: [email protected]
2
Engenheiro de Alimentos, Doutor em Engenharia de Alimentos, Professor concursado da Universidade
Estadual de Goiás (UEG). Br 153, km 03, Caixa Postal 459, Bloco Arco Verde, 75110-390 Anápolis, GO. Email: [email protected]
3
Engenheiro de Alimentos, Doutor em Tecnologia de Alimentos, Embrapa Agroindústria de Alimentos;
Avenida das Américas, 29501, Guaratiba, 23020-470 Rio de Janeiro, RJ. E-mail: [email protected],
[email protected]
1
Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
humano e fornecer informações confiáveis a fim de aumentar o valor agregado desse fruto do
cerrado.
2. OBJETIVO
Estudar o processo de fermentação da polpa de baru, utilizando a levedura
Saccharomyces cerevisiae, para a obtenção de uma bebida fermentada semi-seca.
3. MATERIAIS E MÉTODOS
Os frutos de baru foram colhidos do Cerrado goiano e conduzidos ao Laboratório de
Química da Unidade Universitária de Ciências Exatas e Tecnológicas (UnUCET) da
Universidade Estadual de Goiás (UEG), onde foram processados para a obtenção da farinha
da polpa. Os frutos foram selecionados de acordo com sua integridade e seu estado de
maturação, lavados em água corrente e sanitizados com solução de hipoclorito de sódio 200
mg.L-1 durante 2 min. Em seguida, a polpa do fruto foi removida com facas de aço inox,
desidratada em estufa com recirculação de ar forçado (Marconi, MA-035, Piracicaba, Brasil) à
temperatura de 40 C até peso constante e moída em moinho de facas tipo cróton (Tecnal, TE625, Piracicaba, Brasil). A farinha da polpa do baru (FPB) foi armazenada em frascos de
vidro com tampa hermética para análise de suas propriedades e posteriormente submetida à
fermentação.
A determinação analítica da composição centesimal da farinha da polpa do
baru foi realizada a partir dos métodos descritos por IAL (2011). Para isso fez-se análise de
umidade, fração de cinzas, lipídios, açúcares redutores totais (ART), fibras e proteínas.
Considerando que a polpa do baru possui altos teores de açúcares (VALLILO,
1990), inicialmente aplicou-se um planejamento experimental central composto (PECC),
segundo Box (1978), para escolher o tratamento mais adequado à fermentação em relação às
quantidades em massa de farinha da polpa do baru e de fermento. Estabeleceu-se um
delineamento experimental central composto em que as variáveis foram massa de farinha da
polpa do baru (MF), que variou de 30 a 50 g/100 mL de água destilada, e de fermento
biológico seco da marca Fleschimann (FF), que variou de 5 a 25 g por L de mosto.
O processo de fermentação foi conduzido em frascos Kitassato provido de rolha de
borracha látex na saída lateral de modo a garantir o processo anaeróbico. Para cada frasco
foram utilizados 100 mL de água destilada, variando, assim, a quantidade de FPB e levedura
de acordo com o delineamento experimental utilizado. Os processos fermentativos dos
tratamentos não foram submetidos a nenhum tipo de agitação mecânica, ou seja, foi realizado
de forma estagnada. Os sistemas foram submetidos à temperatura ambiente, cerca de 25 ºC.
Para o monitoramento da evolução de CO2 colocou-se o tratamento referente à
fermentação em uma balança semi-analítica (Logen, AL500) com precisão de ± 0,01 g, e
foram observadas a perda de massa por cerca de 22 h de fermentação. Cessada a fermentação,
os graus Brix de cada tratamento foram determinados em refratômetro (Ceti Belguim).
Das amostras obtidas no processo de fermentação alcoólica foram determinados os
graus Brix, quantificados por refratometria a partir da técnica descrita por Sinclar (1961).
Objetivando como produto final um fermentado do tipo semi-seco (cuja variação de
açúcar residual é de 5 à 20 g/L), escolheu-se o tratamento F9 (40 g/100mL de farinha da polpa
de baru e 15 g/L de fermento) devido os consideráveis resultados obtidos, tanto para perdas de
massa como para graus Brix, ao final da fermentação.
Escolhido o melhor tratamento do planejamento experimental central composto,
procedeu-se o processo de fermentação alcoólica e, posteriormente, foram determinados os
cálculos dos parâmetros fermentativos; os graus Brix; e os açúcares redutores totais (ART) de
acordo com o método de Lane-Eynon (MATISSEK, 1998).
Para a obtenção do destilado, o fermentado proveniente do tratamento F9 foi
submetido ao processo de destilação simples. Foram determinados, portanto, o teor alcoólico
2
Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
da amostra fermentada; e, em densímetro digital (ANTO PAAR DMA-38) e picnômetro, a
densidade do caldo resultante da fermentação e do destilado.
Determinado o etanol obtido na fermentação, em g L-1, os cálculos da produtividade
foram feitos segundo Almeida et al., (2006). A eficiência máxima do processo de fermentação
alcoólica pôde ser prevista, estequiometricamente, a partir da reação global do processo.
Como 180 g de glicose são convertidas em 92 g de etanol, então 1 g de glicose corresponde à
0,511 g de etanol/g de glicose (ILHA et al., 2008). Determinada a quantidade de álcool etílico
e a quantidade de açucares redutores totais consumidos, os cálculos da eficiência de
conversão de açúcares foram feitos de acordo com Hang, (1981). Determinada a quantidade
de etanol obtida e conhecendo o valor de açúcares redutores totais consumidos durante a
fermentação, os cálculos do rendimento foram feitos de acordo com Aquarone e Zancanaro
Júnior (1983).
Fazendo uso da análise de variância (ANOVA) ao nível de 5%, uma equação
de segunda ordem foi aplicada a fim de estabelecer um modelo matemático preditivo da perda
de massa e Bx da polpa de baru (KHURI e CORNELL, 1987). Sendo sua significância
avaliada pelo teste t, adotando-se um valor de p ≤ 0,05, para todos os ensaios.
Uma vez obtido o modelo polinomial ajustado, a resposta cuja adequação aos dados
experimentais foi testada por meio do coeficiente de determinação (R2), sua otimização foi
feita pela técnica proposta para variáveis dependentes (DERRINGER e SUICH, 1980).
4. RESULTADOS E DISCUSSÃO
De acordo com a analise da composição centesimal da farinha da polpa do baru
obteve-se 2,0% de umidade; 3,7% de fração de cinzas; 2,6% de lipídios; 22,6% de ART;
26,8% de fibra bruta; 7,9% de proteínas.
Escolhido, o tratamento F9 (10,83 g de perda de massa e 10,4 ºBx) foi submetido ao
processo de fermentação e obteve-se 10,3% (m/v) de açúcares totais residuais. Dessa forma,
de acordo com Rizzon et al. (1994), o fermentado da farinha da polpa do baru referente a esse
tratamento se enquadra na classe de fermentados do tipo semi-seco.
Obteve-se que os ARTs do tratamento F9 foram iguais a 78,56%, no início, e 5,31%
no final. Dessa forma, do início ao final da fermentação, houve um decréscimo de 73,25% de
açúcares redutores totais, ou seja, 93,24% dos açúcares fermentescíveis foram consumidos
pelas leveduras.
De acordo com a relação de açúcar fermentescível e teor alcoólico de grau por litro
descrito por Vidal (1983), pôde-se calcular o teor de álcool esperado. Levando em
consideração o fato de ter sido consumidos 93,24% dos açúcares fermentescíveis e que o teor
esperado (para o consumo total desses açucares) era de 16,03%, tem-se que o teor alcoólico
obtido para o fermentado foi de 14,94% ± 0,6, ou seja, aproximadamente, 15%. A
temperatura ambiente a qual a fermentação foi submetida pode ter sido um dos fatores
responsáveis pela diferença entre o teor alcoólico esperado e o obtido.
Por refratometria, os graus Brix também foram quantificados no início e no final da
fermentação. Sendo os graus Brix a unidade para expressar a quantidade de açúcares totais
presentes no caldo da polpa do fruto, ao final da fermentação, houve um consumo de 9,7% ±
0,2 (m/v) desses açúcares. Antes da destilação, mediu-se a densidade do caldo fermentado em
picnômetro e densímetro digital, e obteve-se 1,067 g/mL e 1,013 g/mL, respectivamente.
Depois do fermentado destilado, mediu-se também a densidade deste, obtendo, portanto,
0,954 g/mL em picnômetro e 0,942 g/mL em ANTO PAAR. Portanto, a média para as
densidades do fermentado foi de 1,04 ± 0,04 g mL-1 e do destilado 0,948 ± 0,01 g mL-1.
Sendo a densidade do álcool igual a 0,948 g mL-1 e o teor, 14,94 %; tem-se que o
etanol obtido foi de 142,53 g L-1. Como o tempo de fermentação foi de 86 horas, a partir da
Eq. (10), obteve-se que a produtividade do processo foi igual a 1,657 g.L-1.h-1 ± 0,06. Oteve3
Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
se que a eficiência de conversão de açúcares do processo de fermentação da polpa do baru foi
igual a 93,3% ± 0,2 e que o rendimento da fermentação da polpa do baru foi de 47,7%± 0,09.
Para a escolha do modelo matemático ideal, foi necessário avaliar qual deles exercia
maior influência sobre os dados. O modelo mais adequado para a “Perda de massa” (PDM)
das fermentações foi o linear/quadrático sem interação. A quantidade de massa de farinha e
fermento pode influenciar na perda de massa, no entanto, dentro do planejamento realizado, o
modelo com interação não foi adequado aos resultados experimentais obtidos. A análise da
variância das somas dos quadrados, utilizada como forma alternativa de apresentar os
resultados do ajustamento da regressão, permitiu obter a equação referente ao modelo
matemático mais adequado. Dessa forma, obteve-se que: Y(PDM) = -61,6478 + 2,7221X1 –
0,0274X12 + 1,9682X2 – 0,0257X22. Dos efeitos estimados, os mais significativos, para
p=0,05, referem-se à massa de farinha no modelo quadrático (MF2), com p=0,038142; e à
massa de fermento no modelo quadrático (FF2), com p=0,04694. Dessa forma, é permitido
afirmar que MF2 e FF2 são estatisticamente relevantes. O coeficiente de determinação para o
modelo quadrático de PDM foi de R2 = 0,82779, ou seja, pouco mais que 80 %. Já o R2aj.
(ajustado) foi igual a 0,65558 (≈ 66 %). A superfície de resposta demonstrou o provável efeito
de inibição da amostra em relação ao fermento, visto que, os tratamentos com concentrações
de açúcares muito altas no início da fermentação podem promover a inibição e retardar o
processo. Pôde-se notar também que o ponto máximo para perda de massa está próximo ao
ponto central.
O modelo linear/quadrático sem interação também foi o mais adequado para os
“Graus Brix” (ºBx) das fermentações. De acordo com o delineamento experimental feito e o
modelo matemático utilizado não houve interação entre a massa de fermento e massa de
farinha em relação aos resultados de º Bx. A ANOVA possibilitou obter a equação de segunda
ordem referente ao modelo matemático mais adequado. Determinados os coeficientes
estimados pelo método do mínimo quadrado para º Bx, obteve-se que: y (ºBx) = 3,719499 +
0,527788X1 – 0,014293X12 – 0,024609X2 + 0,003207X22. Observou-se que o efeito estimado
mais significativo para p=0,05 refere-se à massa de farinha no modelo linear (MF), com
p=0,000118; e à massa de fermento no modelo quadrático (FF2), com p=0,021958. Assim,
pode-se afirmar que MF e FF2 têm fortes relevâncias estatísticas, sendo a massa de farinha o
efeito de maior significância. O coeficiente de determinação para o modelo quadrático de ºBx
teve valor muito favorável, visto que, o valor de R2 foi igual a 0,94133; aproximadamente 94
%, e o de R2aj. (ajustado), igual a 0,90222 (≈ 90 %). Pôde-se notar que o ponto máximo para
os graus Brix foi atingido na fermentação F6; cuja massa de farinha era de 50 g, e de
fermento, 15 g. Esse resultado também foi observado no gráfico de superfície, em que,
encontraram-se combinações vantajosas entre os dados, ou seja, dentro da proporcionalidade,
à medida que aumenta a massa da farinha, aumenta também os graus Brix.
5. CONCLUSÕES
A análise da composição química da farinha da polpa do baru revelou um grande
potencial nutricional da mesma. A partir dos resultados da otimização do processo
fermentativo da farinha de polpa de baru, concluiiu-se que para se conseguir 10,7 Bx de
sólidos solúveis, característico de um licor semiseco, os níveis ótimos de perda de massa
estariam relacionados ao uso de 15 g de fermento por cada litro de mosto e 40 g de farinha
de polpa de baru por 100 mL de água. O mosto ao final do processo de fermentação poderá
perder 10,8 g de massa; considerando-se que a farinha da baru possui cerca de 30% de
açúcares redutores.
6. REFERÊNCIAS
4
Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
ALMEIDA, M. M. de; TAVARES, D. P. S. de A.; ROCHA, A. S.; OLIVEIRA, L. de S. C.; SILVA, F. L. H.
da; MOTA, J. C.. Cinética da produção do fermentado do fruto do Mandacaru. Revista Brasileira de
Produtos Agroindustriais: Campina Grande, v.8, n.1, p.35-42, 2006.
ALMEIDA, S. P.. Cerrado: espécies vegetais úteis. Embrapa Agroindústria Cerrados: Planaltina, 1998.
AQUARONE, E.; ZANCANARO JÚNIOR, O.. Alimentos e bebidas produzidos por fermentação: vinagres.
Edgard Blücher, São Paulo, 243 p, 1983.
BOX, G. E. P.; HUNTER, W. G.; HUNTER, J. S.. Statistics for experimenters, na introducion to desing,
data analysis, and model building. Nova Iorque: John & Sons, 1978.
DERRINGER, G.; SUICH, R.. Simultaneous Optimization of Several Response Variables. Journal of Quality
Technology: v.12, n.4, p.214-219, 1980.
FERREIRA, E. C.; MONTES, R.. A química da produção de bebidas alcoólicas. Química Nova na Escola:
1999.
HANG, Y.D.; LEE, C.Y.; WOODAMS, E.E. Production of alcohol from apple pomace. Applied and
Environmental Microbiology: v.42, n.6, p.1128-1129, 1981.
HIANE, A. P.. Composição centesimal e perfil de ácidos graxos de alguns frutos nativos do Estado de Mato
Grosso do Sul. Boletim do Centro de Pesquisas e Processamento de Alimentos: v. 10, n. 1, p. 35-42, 1992.
ILHA, E. C.; BERTOLDI, F. C.; REIS, V. D. A. dos; SANT´ANNA, E.. Rendimento e eficiência da
fermentação alcoólica na produção de hidromel. Boletim de Pesquisa e Desenvolvimento: Embrapa Pantanal,
Corumbá, n. 84, 14 p, 2008.
INSTITUTO ADOLFO LUTZ. Normas Analíticas do Instituto Adolfo Lutz: Métodos Físicos e Químicos
para Análise de Alimentos. 2ª ed, v.1. São Paulo: 2011.
KHURI, A.I.; CORNELL, J.A.. Response Surfaces. Nova Iorque: Dekker, 1987.
LORENZI, H.. Árvores brasileiras: manual de identificação e cultivo de plantas arbóreas nativas do Brasil.
Plantarum: v.1, 2ª ed, São Paulo, 1998.
MATISSEK, R.; SCHENEPEL, F. M.; STEINER, G.. Analisis de los alimentos: fundamentos, métodos,
aplicadores. Espanha: Acribia, S. A.; 1998.
RATTER, J. A.. Estudo preliminar da distribuição das espécies lenhosas da fitofisionomia Cerrado sentido
restrito nos Estados compreendidos pero Bioma Cerrado. Boletim do Herbário Esechias Paulo Heringer:
Brasília, v. 5, p. 5-43, 2000.
RIZZON, L.A.; ZANUS, M.C.; MANFREDINI, S.. Como elaborar vinho de qualidade na pequena
propriedade. Embrapa-CNPUV, Bento Gonçalvez, 3ªed, 36 p, 1994.
SINCLAIR, W. B.. Principal juice constituents. In: SINCLAIR, W. B., The orang, University of California,
Division of Agricultural Sciences, U. S. A, 1961.
TOGASHI, M.; SGARBIERI, V. C. Avaliação nutricional da proteína e do óleo de sementes de baru
(Dypterix alata Vog.). Ciência e Tecnologia de Alimentos, v.15, n. 1, p. 66-69, 1995.
VALLILO, M. I.; TAVARES, M.; AUED, S.. Composição química da polpa e da semente do fruto do
cumbaru (Dipteyx alata Vog.) – caracterização do óleo da semente. Revista do Instituto Florestal, v. 2, p.
115-125, 1990.
VICENZI, R.. Apostila de análise de alimentos. UNIJUÍ: Universidade Regional de Ijuí, Ijuí, 72 p., 2008.
5
Anais do IX Seminário de Iniciação Científica, VI Jornada de Pesquisa e Pós-Graduação
e Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE GOIÁS
19 a 21 de outubro de 2011
VIDAL, R. Comportamento de coleta do “mel de cana” por abelhas do gênero Apis e estudo do
aproveitamento desse alimento. Dissertação de Mestrado em Ciências Biológicas - Instituto de Biociências:
Universidade Estadual Paulista, Rio Claro, 98 p., 1983.
6