Revista Crítica Marxista 15 anos Balanço da produção (1994-2009)
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ACV DO PROCESSO DE PRODUÇÃO DA
CERVEJA
Michael Walter Trommer (UNIMEP )
Aparecido dos Reis Coutinho (UNIMEP )
Resumo A busca pelo desenvolvimento sustentável é um dos maiores
desafios para a sobrevivência da humanidade, de modo que para
alcançar a sustentabilidade várias ferramentas estão sendo criadas e
aperfeiçoadas, destacando-se entre elas a Annálise do Ciclo de Vida
(ACV) que consiste na quantificação e avaliação das entradas, saídas e
dos potenciais impactos ambientais de um sistema produtivo durante
todo o seu processo. No campo voltado a indústria de alimentos, o
estudo da ACV do processo de produção deve incluir principalmente o
balanço de massa das matérias primas, o balanço de energia e seus
efeitos sobre o meio ambiente. No presente trabalho são apresentados
os resultados da ACV do processo de produção de cerveja, em uma
unidade piloto com capacidade de produzir 72 L por batelada.
Palavras-chaves: ACV, Análise do Ciclo de Vida, Sustentabilidade,
Cerveja.
XXXIII ENCONTRO NACIONAL DE ENGENHARIA DE PRODUCAO A Gestão dos Processos de Produção e as Parcerias Globais para o Desenvolvimento Sustentável dos Sistemas Produtivos
Salvador, BA, Brasil, 08 a 11 de outubro de 2013.
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1 Introdução
A busca constante pelo desenvolvimento sustentável é um dos maiores desafios para a
sobrevivência da humanidade, de modo que a sustentabilidade vem se tornando com o passar
dos anos, uma combinação de fatores com o intuito de desenvolver metodologias e processos
para de manter o sistema produtivo atual, sintonizando-o de forma benéfica com o meio
ambiente. Sustentabilidade pode, portanto, ser considerada como a integração de critérios
ambientais, sociais e econômicos, mantendo um justo equilíbrio entre esses três aspectos com
o objetivo de fornecer suporte a uma organização, em termos de competitividade em longo
prazo, tal que as mudanças em prol do meio ambiente beneficiem também a corporação e não
sejam vistas apenas como prejuízos (CARTER, 2008).
Assim, em busca da sustentabilidade, várias ferramentas estão sendo criadas e aperfeiçoadas,
destacando-se entre elas a Análise do Ciclo de Vida (ACV) que consiste na quantificação e
avaliação das entradas, saídas e dos potenciais impactantes ambientais de um sistema
produtivo durante todo o seu processo. O termo “ciclo de vida” refere-se à fabricação, a
utilização, a manutenção e disposição final de um produto, incluindo a matéria-prima
necessária para a sua fabricação, além dos contaminantes emitidos durante e após o processo
de produção. Ou seja, a ACV de um produto, ou serviço, abrange desde a extração dos
recursos naturais para sua produção até o descarte final, podendo-se dizer do “berço ao
túmulo” na vida de um produto (CARTER, 2008; CURRAN, 1999).
A análise do ciclo de vida, sob o ponto de vista ambiental, foi desenvolvida com base na idéia
de avaliação ambiental abrangente de produtos, que foi inicialmente concebido na Europa e
nos Estados Unidos na década de 1960 e início de 1970 (HUNT,1996; JAYARAMAN,2006).
Segundo a norma ISO 14040 (ISO, 2006a), que define seus princípios e conceitos, a ACV é
uma ferramenta com o intuito de avaliar os aspectos e impactos ambientais associados a um
produto, além dos recursos utilizados ao longo de todo o seu ciclo de vida, ou seja, desde a
aquisição de matéria prima, passando pelas fases da produção e o conseqüente consumo do
produto, até a gestão dos resíduos gerados, englobando nesta fase as etapas de eliminação,
reciclagem, tratamento e disposição final dos resíduos (ISO, 2006a).
1.1 ACV na produção de cerveja
A cerveja tem como base de produção o uso de grãos, tornando-se produto alimentício de
origem agrícola. Assim, a produção de alimentos e os sistemas de consumo necessitam de
energia e de recursos naturais como fontes de matérias primas, de modo que o estudo da ACV
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do processo de produção da cerveja deve incluir o balanço de massa das matérias primas
envolvidas, o balanço de energia e seus efeitos sobre o meio ambiente (CORDELLA; 2008).
A cerveja foi um dos primeiros produtos alimentícios produzidos em escala industrial.
Consiste em uma solução diluída de etanol, desenvolvendo seu aroma característico a partir
da adição do malte na água, que é a principal fonte de hidrocarbonetos fermentáveis e de
outros nutrientes oriundos da cevada. Os mais importantes estágios da fabricação da cerveja
são a produção do mosto e a fermentação. A partir do malte se produz o mosto, que é um
extrato aquoso da cevada malteada. No processo de fermentação, são adicionadas leveduras
ao mosto, onde as células de fermento convertem os nutrientes do mosto predominantemente
em etanol e dióxido de carbono. Após a retirada do fermento obtém se a cerveja
(KORONEOS; 2005).
Estudos completos sobre a ACV das cervejas são feitos com base em levantamento de dados,
partindo-se da produção da matéria prima, que envolve as etapas (CORDELLA, 2008;
HORVATH ; 2001):
- Cultivo da cevada: irrigação, fertilização, colheita, etc.;
- O beneficiamento da matéria prima: malte, lúpulo, produtos químicos, produção de
energia;
- A produção da cerveja: preparo do mosto, fermentação, maturação, fitração,
pasteurização, estocagem do gás carbonico;
- O envase: seleção de garrafas e latas de alumínio, engarrafamento, empacotamento,
colocação nos pallets, limpeza das caixas, distribuição;
- O tratamento da água usada no processo produtivo, assim como o seu descarte e reuso;
- A produção de energia envolvida nas diversas etapas do processo produtivo, assim
como na destinação (transporte, etc);
- A produção de materiais auxiliares, como detergentes, tampas, colas, etiquetas,
material de impressão, fitas plásticas, filme plástico, tratamento de água, produção de
energia;
- A destinação dos resíduos de produção, vidro, alumínio, embalagens e outros.
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O presente trabalho consiste no estudo inicial da ACV do processo de fabricação das cervejas,
feito por meio de levantamento de dados do processo produtivo, de modo que não foram
consideradas a produção da matéria prima, assim como seu envase e transporte, por se tratar
de uma unidade piloto.
2 Objetivo
O objetivo do presente trabalho é de estudar os aspectos ligados à ACV do processo de
produção da cerveja em uma unidade piloto, usada para testar novas matérias primas e/ou
novos processos de produção da cerveja.
3 Metodologia
O estudo da ACV foi desenvolvido em uma planta piloto de produção de cerveja, onde foram
realizados testes com base no processo de produção de uma cerveja convencional do tipo
Pilsen. O estudo foi feito considerando o instante em que a matéria prima (a cevada malteada)
entra na planta piloto, até a etapa em que se obtém a cerveja pronta, armazenada no tanque de
pressão. A figura 1 mostra o diagrama simplificado do processo empregado na planta piloto.
Neste estudo de caso não foram inclusas as etapas de obtenção das matérias primas, assim
como o transporte e a comercialização da cerveja; tendo-se em vista que estas etapas não
fazem parte das atividades de pesquisa da planta piloto.
Portanto, o presente estudo da ACV do processo de produção da cerveja consiste na execução
do balanço de massa e de energia, referente às etapas de moagem, brassagem, fermentação,
maturação, filtração e envase. Como principais componentes usados no processo produtivo,
destacam-se: cevada malteada, high maltose, água, lúpulo, oxigênio, levedura e terra
diatomácea. No final do processo de produção, estão relacionados os resíduos: o bagaço
proveniente das cascas da cevada malteada; o trub, que consiste em uma massa pastosa
proteica que contém resíduos de mosto; a levedura e a terra diatomácea.
Figura 1. Diagrama simplificado do processo de produção de cerveja na unidade piloto
Malte
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3.1 Etapa 1 Preparo do mosto cervejeiro
A etapa 1 corresponde a produção do mosto cervejeiro, com capacidade de 90 litros por
batelada. O preparo do mosto é constituído de moagem, mosturação, filtração do mosto,
fervura e resfriamento. A matéria prima de entrada, consiste no grão de cevada malteada que
apresenta em torno de 78% de amido, sendo que 68% deste amido é convertido em açúcares
no processo do preparo do mosto, e posteriormente enviado para o fermentador.
A cevada malteada que chega à planta piloto é armazenada e submetida à moagem. O
conteúdo moído é transportado até o tanque de mostura. A cevada malteada moída é
previamente misturada com água, com à finalidade de promover o processo enzimático do
próprio malte, que consiste na quebra dos carboidratos em açúcares que fornecem à levedura
os elementos necessários para a produção de gás carbônico e álcool. A parte proteica do grão,
é transformada nesta etapa em aminoácidos e peptídios. Os aminoacidos são importantes para
Trub quente
+ Mosto
Bagaço de malte
+ Mosto
O2
Levedura
Resfriamento do
Mosto pronto
Moagem
Mostura Água
Filtração Água de
Percolação
Fervura Lúpulo + high
maltose
Fermentação Levedura + Cerveja
Maturação Levedura + Cerveja
Filtração da
cerveja turva
Cerveja pronta
Envase e comercialização
Terra diatomácea +
cerveja e levedura
Terra diatomácea
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a propagação da levedura e os peptideos para a formação da espuma e corpo da cerveja
(processo bioquímico). Este processo ocorre em um tanque de mostura, que é aquecido. Em
seguida a mostura é transferida para o tanque de clarificação.
Após a etapa de mosturação, a mistura é enviada ao tanque de clarificação do mosto, em que é
separado o mosto cervejeiro da parte solúvel; onde também é separada a parte insolúvel, o
bagaço da cevada malteada, que é composto das cascas provenientes da cevada malteada
moída, com um teor de umidade residual.
Assim que o mosto é extraído do bagaço, este é submetido ao processo de fervura. Nesta
etapa ocorre a evaporação de água do mosto para a extração de elementos ricos em enxofre
que são provenientes da cevada malteada. Ocorre também a coagulação proteica do excesso
de proteina existente na cevada malteada, assim como a adição do lúpulo para promover o
amargor e aroma da cerveja pronta. No final desta etapa é adicionado um xarope de milho
com 82% de sólido de high maltose.
Ao término do processo de fervura, ocorre a etapa de aumento dos grumos proteicos, que é
feita por meio de agitação dentro do tanque de fervura.
No final do processo de aumento dos grumos, ocorre a precipitação dos flóculos proteicos
para o fundo do tanque, em forma de decantação. Estes grumos proteicos são denominados de
trub quente no processo.
Após a decantação, o mosto é resfriado e enviado para fermentação, onde recebe gás O2 e
levedura pastosa.
3.2 Etapa 2 Transformação do mosto cervejeiro em cerveja
A etapa 2 consiste no processo de produção de cerveja a partir do mosto. O mosto com
levedura é fermentado, até se transformar em cerveja verde (cerveja em processamento).
Após o término da fermentação, a cerveja é resfriada para temperatura de maturação e o
fermento é retirado e reaproveitado para outra batelada de mosto. A etapa da maturação
ocorre no mesmo tanque da fermentação, onde acontece o amadurecimento da cerveja verde.
Após a maturação, a cerveja verde é submetida ao processo de filtração, por meio da adição
de terra diatomácea. Assim que finaliza o processo de filtração, a cerveja pronta é envasada
em garrafas e em barris para testes e análises.
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4 Resultados
A seguir são apresentados os balanços de massa e de energia do processo de produção de
cerveja. A Planta Piloto possui capacidade de produção de 90 litros de mosto cervejeiro por
batelada. Devido as perdas que ocorrem no processo produtivo, a produção reduz para 72L de
cerveja pronta.
4.1 Consumo de água na planta piloto
Neste processo de produção por batelada a quantidade de água total consumida é de 97,24 L
para obtenção de 72 L de cerveja pronta, como mostra a tabela 1. Além disso, é usado o
volume de 400L de água para limpeza e desinfecção da planta piloto, como mostra a tabela 2.
Tabela 1: Consumo de água na produção da cerveja.
Aplicação Litros
Água para mostura 38,60
Água para filtração do mosto 56,38
Água para acerto do Brix 2,26
Total 97,24
Tabela 2 : Consumo de água para limpeza, desinfecção e esterilização
Aplicação Litros
Limpeza da brassagem 90
Tanque de fermentação e maturação 80
Tanque de pressão 80
Filtro de terra diatomácea 120
Lavagem de vazilhames para envase 20
Limpeza do ambiente 10
Total 400
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4.2 Consumo de energia elétrica na planta piloto
A energia empregada na unidade piloto é suprida em sua totalidade na forma de energia
elétrica. O consumo total de energia utilizado para produção de 72 litros de cerveja por
batelada corresponde ao total de 82 KWh, sendo 31,7% (26KWh) na forma de energia elétrica
usada para acionamento dos equipamentos e acessórios, juntamente com 20,7% (17 KWh)
usada para aquecimento, e 47,6% (39KWh) de energia usada para resfriamento, conforme
mostra a figura 2.
Figura 2. Consumo de energia elétrica
Consumo de energia elétrica na planta piloto
0
10
20
30
40
50
60
Energia para frio Energia para acionamento de
equipamentos
Energia para calor.
%
4.3 Balanço de materias primas empregadas na unidade piloto
A figura 4 mostra o diagrama simplificado do processo de produção de cerveja na unidade
piloto, com os descartes de resíduos sólidos (Rs) e líquidos (Rl) ocorridos em cada etapa.
Figura 4. Balanço de materiais do processo de produção de cerveja, em uma unidade piloto
Moagem
Malte
(6,72L)
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5. Conclusão
Os resultados obtidos no processo de produção da cerveja, nesta unidade piloto, indicam a
possibilidade de aplicação do ACV nas cervejarias, por meio da quantificação dos produtos de
entrada e de saída, juntamente com a quantificação dos resíduos sólidos e líquidos passíveis
de reuso e de descarte.
Mosturação
(45,3L)
Filtração
(104L) Bagaço de
malte + Água
Fervura
92,5L Evaporação
Resfriamento do
mosto pronto (90,2L)
Fermentação (76,8L)
Levedura 44g (Pó)
Levedura + Cerveja Reaproveitamento em outra batelada
0,90L (Solido 0,50L + Líquido 0,4L)
Maturação
76,8L
Filtração da cerveja turva
(76,3L)
Cerveja pronta
(71,6L)
Levedura +
Cerveja
Perdas:
Rs=2,2%
Rl=8,8%
Perdas:
Rl=8,9%
Rl=0,68%
Terra diatomácea
+ cerveja
Perdas : Rl=0,48%
Água (38,6L)
Água (56,38L)
Água (2,26L)
Lúpulo 19g
Maltose 5,94L
Trub quente + Mosto
Perdas: Rl=10,6%
Rs=4,3%
Terra diatomácea
0,25Kg)
Volume de entrada M.P. = 109,9L
Volume final = 71,6L
Perdas % = 34,8%
Rendimento = 65,2%
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O consumo de energia na unidade piloto foi de 82 KWh para 71,6L de cerveja pronta, que
representa 1,1 KWh/L de cerveja. Este valor é superior ao consumo de uma unidade
industrial, que é da ordem de 0,9 KWh/L de cerveja.
Com relação ao balanço de massa, a unidade piloto apresentou rendimento em cerveja pronta
de 65,2%, cujo valor é inferior ao de uma unidade comercial de grande porte, cujo rendimento
é da ordem de 70% à 79%.
Estas diferenças são justificadas em função da capacidade e da própria finalidade da unidade
piloto, que é de servir como um laboratório dinâmico de desenvolvimento de novos
produtos/processos para a produção de cerveja.
Finalmente, destaca-se que a unidade piloto atua como um laboratório dinâmico e versátil.
Permite efetuar modificações no processo produtivo como um todo, de modo que possibilita
efetuar testes de novas matérias primas, novas formulações, assim como de promover
alterações nas condições de processo; tudo isto, como inovações em busca de um novo
produto com valor agregado e comecialmente atrativo.
Os resultados apresentados, obtidos na unidade piloto, serão testados em unidade de maior
porte. Assim, a ACV da cerveja poderá ser complementada por meio do mapeamento de todo
o processo, que abrange a obteção das matérias primas, seu beneficiamento, o processo
produtivo, seguido de transporte e uso pelo consumidor.
6. Referências
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