UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO
FACULDADE DE CIÊNCIAS FARMACÊUTICAS
Curso de Graduação em Farmácia-Bioquímica
Impacto do uso de adjuntos não maltados nas propriedades
reológicas do mosto de cerveja
Raul Santiago Rosa
Trabalho de Conclusão do Curso de
Farmácia-Bioquímica da Faculdade de
Ciências Farmacêuticas da Universidade
de São Paulo.
Orientador(a):
Prof.(a). Dr(a) Suzana Caetano da Silva
Lannes
São Paulo
2018
SUMÁRIO
Pág.
Lista de Abreviaturas ........................................................................................... 1
RESUMO .............................................................................................................. 2
1. INTRODUÇÃO ..................................................................................................
1.1 A cerveja e seus insumos ...............................................................................
1.2 Reologia ..........................................................................................................
1.21 Reologia na tecnologia cervejeira ................................................................
3
3
6
11
2. OBJETIVOS ....................................................................................................... 14
3. MATERIAL E MÉTÓDOS...................................................................................
3.1 Insumos, equipamentos e descrição de preparo das amostras ......................
3.2 Análise reométrica ............................................................................................
3.2 Análise estatística ............................................................................................
14
14
17
18
4. RESULTADOS .....................................................................................................
4.1 Ensaios rotacionais ............................................................................................
4.2 Ensaios oscilatórios ............................................................................................
20
20
25
5. DISCUSSÃO ......................................................................................................... 28
6. CONCLUSÕES ..................................................................................................... 30
7. BIBLIOGRAFIA ..................................................................................................... 32
1
LISTA DE ABREVIATURAS
BJCP
CR
CS
FS
IPA
MAPA
PNA
QMm
QMr
SS VEL
Beer Judge Certification Program
Controlled Rate
Controlled Stress
Frequency Sweep
Indian Pale Ale
Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento
Polissacarídeos Não Amiláceos
Quadrado Médio do modelo
Quadrado Médio dos resíduos
Stress Sweep
Viscoelásticidade linear
2
RESUMO
ROSA, R.S. Impacto do uso de adjuntos não maltados nas propriedades reológicas da cerveja. 2018. 34 p. Trabalho de Conclusão de Curso de Farmácia-Bioquímica – Faculdade de Ciências Farmacêuticas – Universidade de São Paulo, São Paulo, 2018. Palavras-chave: reologia, mosto cervejeiro, tecnologia cervejeira, reometria
Reologia é a área do conhecimento que estuda o fluxo da matéria e suas deformações. O entendimento do comportamento de fluídos apresenta importante relevância em processos industriais dos mais variados tipos. Na tecnologia cervejeira, é objeto de indagação o quanto diferentes formulações na produção podem acarretar alterações na composição e quantidade de solutos, modificando suas densidades e viscosidades. Essas alterações podem ter impactos no fenômeno de transporte da matéria, importante no quesito fabril, bem como na percepção sensorial de palatabilidade e características dietéticas, no que concerne ao consumo. Alterações na viscosidade também são de interesse da indústria, visto que este parâmetro tem um papel importante na teoria da filtração. As análises foram realizadas em reômetro oscilatório e rotacional, obtendo-se medidas de três momentos do processo produtivo da cerveja. Todas as determinações foram realizadas em triplicata e submetidas à análise de variância. No presente estudo pretendeu-se analisar o impacto de diferentes insumos cervejeiros em parâmetros reológicos, usando-se como base uma mesma formulação de cerveja, sendo as variações comparadas com o controle. Os adjuntos testados foram centeio, cevada não maltada e sorgo, tendo em vista que tais adjuntos já são usados para conferir à cerveja mais “corpo”, uma descrição sensorial associada com à viscosidade. Como principais resultados destacam-se as diferenças no perfil de curva de fluxo evidenciando maior pseudoplasticidade quando se utiliza centeio, e que a formação de gel em altas taxas de cisalhamento pode ser o motivo mais frequente de problemas na cervejaria. Este trabalho pode contribuir com a criação de uma metodologia que permita maximizar teores de fibras dietéticas e compostos fenólicos sem comprometer o bom andamento do processo de produção.
3
1. INTRODUÇÃO
1.1 A cerveja e seus insumos
A produção de cerveja, apesar de origem objetiva incerta, acompanha a
humanidade desde o fim do período neolítico com o sedentarismo e
desenvolvimento da agricultura (MEUSSDOERFFER, 2009). Popularmente a
cerveja se configura como um fermentado feito á base de infusão de lúpulo em um
mosto de cevada, porém este é um conceito estreito que não inclui a evolução
histórica da cerveja.
As mais antigas evidências da produção de cerveja datam de cerca 2500
a.C do antigo povo sumério, porém o registro escrito mais relevante é Código de
Hamurabi que estabelecia qual era a ração diária de cerveja para cada classe
social, leis de fabricação e comercialização bem como punição para quem
adulterasse o produto. Desde então diversas bebidas à base de grãos se
sucederam até que em 1516 d.C foi promulgada a Lei de Pureza da Cerveja
Alemã (Reinheitsgebot) que definia que para ser cerveja deveria ter como insumos
exclusivamente água, malte e lúpulo (a existência da levedura era desconhecida)
(KUNZE, 2014).
Tecnologicamente a cerveja é produzida a partir de três processos
bioquímicos: a formação de enzimas na germinação do grão (malte), a quebra do
amido em açúcar por algumas dessas enzimas e a fermentação do açúcar em
etanol e gás carbônico (KUNZE, 2014).
O malte é o produto da germinação controlada de cereais, sendo o malte
mais comum e usado em todas as cervejas o de cevada (KUNZE, 2014). A
malteação tem como principais objetivos o aumento no teor de amido do grão,
redução de polissacarídeos não amiláceos (PNA) - como β-glucanos,
arabinoxilanas, pentosanas entre outros - e principalmente obter o máximo teor de
enzimas. Além do malte de cevada são usados o malte de trigo e de centeio e, em
considerável menor proporção, milho, sorgo e aveia (LIMA, 2010;KUNZE, 2014).
O lúpulo (Humulus lupulus) é uma trepadeira dióica da família
Cannabaceae cuja as inflorescências da planta fêmea são usadas como
condimento e conservante na cerveja (HIERONYMUS,2012). Seu valor comercial
4
é devido à lupulina. A lupulina tem dois principais componentes: resinas,
compostas primordialmente de compostos denominados de α-ácidos e β ácidos,
substâncias que são isomerizadas na decocção do mosto secundário em iso-α e
iso-β ácidos, conferindo sabor amargo e atividade anti bactérias gram positivas;
óleos essenciais, responsáveis por características sensoriais diversas. Entre
outros componentes que o uso do lúpulo deixa na cerveja estão polifenóis e
proteínas (HIERONYMUS, 2012; KUNZE, 2014)
O último insumo tradicional da cerveja é a levedura. As leveduras são
organismos aeróbios facultativos que, na ausência de oxigênio, convertem os
açúcares do mosto em etanol e gás carbônico. As espécies usadas mais
largamente na produção de cerveja são Saccharomyces cerevisiae e S.
carsbergensis (KUNZE, 2014). Apesar de vital ela não compõe nenhum processo
bioquímico na produção de mosto, portanto não interfere em suas características
reológicas.
O processo de produção de cerveja tem, portanto, uma grande
longevidade, e suas operações unitárias permaneceram essencialmente
inalteradas por centenas de anos. Mesmo assim o desenvolvimento da tecnologia
cervejeira ainda está em progresso, aprimorando a qualidade condicionadamente
ao estudo das propriedades físicas e bioquímicas da cerveja e seus componentes
individualmente (SEVERA, 2009)
Hoje os ingredientes principais da cerveja ainda são usados, porém com
intuito de reduzir custos ou obter um produto com diferentes características
sensoriais o uso de adjuntos não maltados foi adicionado a cerca de 85-90% das
formulações (ANNEMÜLLER, MANGER, 2013).
Na atualidade a cerveja pode ter uma série de outras fontes de açúcar ou
amido, chamados de adjuntos, além de aditivos que conferem características
particulares ou mais estabilidade ao produto final.
No Brasil a cerveja é regulamentada pela Lei n° 8918/1994 alterada pelo
Decreto n° 6871/2009. Em sua Sessão III destacam-se os seguintes artigos e seus
parágrafos:
5
“Art. 36. Cerveja é a bebida obtida pela fermentação alcoólica do mosto
cervejeiro oriundo do malte de cevada e água potável, por ação da levedura, com
adição de lúpulo. (...)
§ 4o Parte do malte de cevada poderá ser substituído por adjuntos
cervejeiros, cujo emprego não poderá ser superior a quarenta e cinco por cento
em relação ao extrato primitivo.
§ 5o Consideram-se adjuntos cervejeiros a cevada cervejeira e os demais
cereais aptos para o consumo humano, maltados ou não-maltados, bem como os
amidos e açúcares de origem vegetal.(...)“
Os cereais, quando não maltados, possuem grandes quantidades de
polissacarídeos não amiláceos (PNA). Os PNAs são componentes estruturais que
garantem a integridade do tecido, barreira contra penetração de microrganismos e
insetos e manutenção da pressão osmótica. Em alimentos eles controlam as
propriedades reológicas, percepção de textura e são fontes de nutrientes e fibra
alimentar. Os dois principais grupos de PNA são os β-glucanos e pentosanas,
sendo que estas últimas auxiliam tanto na estabilidade de espuma da cerveja
quanto pode causar efeitos indesejáveis como dificuldade na separação de mosto
e formação de turbidez (AUTIO, 2006).
O grão de cereais apresenta PNA nas paredes celulares dos amiloplastos e
na camada denominada aleurona (Figura 1) (ARENDT; ZANNINI, 2013). A
aleurona do centeio é composta por uma camada de apenas uma célula, enquanto
da cevada é de duas ou três. Arabinoxilanas (pentosanas) esterificadas com ácido
ferúlico estão concentrados nesta camada, sendo que a acumulação de
compostos fenólicos confere maior força à aleurona (AUTIO, 2006). A parede
celular das células do endosperma da cevada tem uma composição de 75% de β-
glucanos, 20% de arabinoxilanas e 5% de proteínas (ARENDT; ZANNINI, 2013).
6
Figura 1: Grão de Centeio em corte transversal mediano
Adaptado de Arendt; Zannini, 2013
1.2 Reologia
Reologia é compreendida como uma subseção da física que tem a
deformação e transporte de fluídos como objeto (SCHRAMM, 2006). O estudo do
comportamento de fluxo, no que diz respeito aos processos industriais, visa
aumentar a performance dos equipamentos bem como gerenciamento de
soluções em suas devidas operações unitárias.
Os materiais podem apresentar comportamentos de: sólido ideal, quando a
energia para deformação é completamente recuperada; de líquido ideal, que não
resistem a mínima força e deformam irreversivelmente (escoam), sendo sua
energia dissipada na forma de calor e não recuperada pela remoção da tensão;
fluídos viscoelásticos, compreendem a maior parte dos corpos reais e são
intermediários entre os sólidos e líquidos ideais (SCHRAMM, 2006).
Reologicamente os fluídos são definidos como Newtonianos e não-
Newtonianos. As diferenças levam em conta a relação da tensão de cisalhamento
com a taxa de cisalhamento. Newton descreveu o fluxo de líquidos como um
escoamento laminar, composto de infinitos planos paralelos que deslizam
tangencialmente entre sí quando uma força é aplicada. (Figura 2)
A força aplicada sobre a interface superior do líquido é definida como
tensão de cisalhamento (τ) sendo:
𝜏 =𝑁
𝑚2=Pa
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Se a força é constante, a velocidade de fluxo é controlada pela resistência
interna do fluído, a viscosidade. A tensão de cisalhamento desencadeia o
escoamento, sendo a maior velocidade na camada virtual mais próxima da
interface e a mais baixa próxima a placa estacionária. Entre elas há um gradiente
de velocidades e seu diferencial é definido como taxa de cisalhamento (γ)
(SCHRAMM, 2006), sendo:
γ =dL
dh=> γ =
msm
=1
s
Figura 2- Modelo de fluxo laminar proposto por Newton.
Adaptado de Schramm, 2006.
Fluídos newtonianos se aproximam dos líquidos ideais e tem uma relação
linear entre tensão e taxa de cisalhamento, na qual a viscosidade (η) é a
constante:
τ = ηγ, com 𝜂 =𝑁
𝑚2. s, ou η = Pa.s
Em fluídos não newtonianos essa relação é não-linear e a viscosidade é
dependente da taxa de cisalhamento, podendo obedecer diferentes modelos
matemáticos. Os líquidos não-newtonianos (Figura 3) podem ter sua viscosidade
aumentada com aumento da taxa de cisalhamento, comportamento raro
denominado de dilatância, ou podem ter sua viscosidade diminuída com o
8
aumento da taxa de cisalhamento, caracterizando os fluídos pseudoplásticos, que
abarcam a maior parte dos alimentos (SCHRAMM, 2006). Um modelo matemático
para fluídos pseudoplásticos é chamado de Lei da Potência que tem como
equação:
τ= 𝑘𝛾𝜂′
Neste modelo τ representa a tensão, k o índice de consistência e η’ o índice
de fluidez. O índice de fluidez (η’), quanto mais próximo está de 1, mais próximo
do comportamento newtoniano o fluído está e mais próximo k está da viscosidade
dinâmica.
Figura 3 – Curva de fluxo (acima) e curva de viscosidade de fluidos dilatantes (1),
newtonianos (2) e pseudoplásticos (3)
Em adição à relação entre tensão de cisalhamento e taxa de cisalhamento
existem alguns líquidos que apresentam uma tensão crítica (ou limite de
escoamento) para o escoamento iniciar (Figura 4). Estes podem ter relação tanto
linear quanto não-linear entre tensão e taxa de cisalhamento e sua estrutura
interna que, sem considerar a variável tempo, impedem o escoamento com
valores de tensão abaixo da tensão crítica (SCHRAMM, 2006). Apenas quando
9
excedida esta tensão que o material passa a se comportar, de fato, como um
líquido. Pseudoplásticos com tensão inicial são descritos como um fluído que
segue o modelo de Herschel-Bulkley e fluídos Newtonianos com tensão inicial são
descritos como plásticos de Bingham, mas serão neste trabalho referidos como
fluídos Newtonianos com tensão inicial. O modelo de Herschel-Bulkley é usado
para descrição da curva de fluxo de diversas bebidas, como sucos (AHMED,
2007) além de maionese e mostarda (TRÁVNÍCEK, 2015) e a equação do modelo
é:
τ= 𝜏ₒ + 𝑘𝛾𝜂′
O modelo de Herschel-Bulkley representa a tensão τ, a tensão inicial 𝜏ₒ, o
índice de consistência k e o índice de fluidez η’. Portanto este modelo é
semelhante à Lei da Potência, porém considera o parâmetro de tensão inicial.
Figura 4 – Tensão inicial ou limite de escoamento em um fluido com
pseudoplasticidade
Outro teste reométrico usualmente realizado em diversos materiais são os
ensaios oscilatórios. Estes trazem informações importantes em fluidos que tem
propriedades viscoelásticas. Os testes oscilatórios se dividem em SS (Stress
Sweep) e FS (Frequency Sweep), ou simplesmente varredura de tensão ou de
amplitude e varredura de frequência.
10
Na varredura de tensão, ao invés de submeter o fluído a uma tensão
constante, aplica-se esta como uma função senoidal no tempo, obedecendo a
função:
τ= 𝜏ₒ. sin (𝜔. 𝑡), sendo ω a velocidade angular
Com a tensão oscilante é possível não perturbar mecanicamente o fluído
viscoelástico, preservando sua estrutura interna. O fundamento teórico por traz da
oscilação forçada é combinar a resposta viscosa, atribuídas aos fluídos, com a
resposta elástica, atribuída aos sólidos. A resposta elástica é descrita pelo modelo
de mola, cuja deformação acontece concomitantemente à tensão: quando a
tensão está no máximo, a deformação também está, em 0° da fase. A resposta
viscosa, por outro lado, é descrita pelo modelo do amortecedor, no qual a
deformação está atrasada em relação à aplicação da tensão, estando 90° fora da
fase (Figura 5).
Figura 5:Deformação de diferentes materiais sob tensão
Os fluídos viscoelásticos apresentam ângulo de fase (ou ângulo de perda)
intermediário entre 0 e 90°, sendo o ângulo de fase dependente da frequência.
Desta forma um fluído newtoniano não apresentará mudança no seu angulo de
fase, visto que o material não tem estruturação elástica para absorver energia
transmitida pela aplicação de tensão, assim como um sólido ideal também não
teria alteração pelo fato da energia necessária para deformação ser
completamente recuperada. Um fluído viscoelástico por ter componentes de
11
ambos terá o angulo de fase alterado com a variação de frequência (SCHRAMM,
2006).
A análise SS permite observar a existência de um intervalo de tensão no
qual o fluído apresenta valores inalterados de ângulo de fase. Este intervalo é
chamado de intervalo de viscoelasticidade linear (VEL). Nesta faixa os coeficientes
dependentes do tempo são constantes, e as equações diferenciais são lineares,
possibilitando a realização de um teste FS no qual as informações obtidas sejam
realmente proporcionais à frequência, sem outros fatores de confusão. A
realização de um teste FS fora do intervalo de VEL gera desvios não considerados
pelos parâmetros definidos no reômetro, enfraquecendo a discussão dos
resultados do teste (SCHRAMM, 2006).
1.2.1 Reologia na tecnologia cervejeira
Na tecnologia cervejeira avaliar o transporte de fluídos e suas
características reológicas é importante para controlar diversos aspectos de
produção, como: funcionamento das bombas, perfil de fluxo em encanamentos,
velocidade de fluxo em trocadores de calor de placas e, principalmente, na
filtração e separação do mosto. Hoje é comum na indústria cervejeira o uso de
mostos com alta densidade (high-gravity) por apresentarem bom custo-benefício
(PIDDOCKE et al., 2011). Mostos mais densos e concentrados tendem a ser mais
viscosos. Outrossim, nos últimos anos, há um crescimento no consumo/produção
de cervejas de categoria especial, buscando a utilização de insumos não
convencionais, adjuntos e aditivos, bem como características primárias distintas,
como maior “corpo” ou formação/retenção de espuma. O segmento de cervejas
especiais que representaram em 2012, 8% do mercado cervejeiro fecharam 2014
com 11% de participação, com projeção de que a cota suba para 20% em 2020
(SEBRAE, 2017). Mundialmente cervejas com adjuntos correspondem a 85-90%
da produção (ANNEMÜLLER, MANGER, 2013). O uso de adjuntos pode alterar o
valor final do produto, tanto pelo malte ser um insumo mais caro que adjuntos não
maltados, quanto pelo fato de que, em alguns países como Japão, a aplicação de
impostos é proporcional ao uso de malte (BRAUN; DISHMAN, 2006)
12
Atualmente adjuntos são descritos como qualquer fonte de extrato com
exceção do malte (ATNAFU, ABEBAW, 2015; BRIGGS et al., 2004). O uso de
adjuntos frequentemente aumenta a viscosidade do mosto (BRIGGS et al., 2004).
A aveia é utilizada para conferir “corpo” e auxiliar na retenção de espuma. Não se
sabe se seu impacto na sensação de volume (fullness) está relacionado com seu
perfil proteico ou presença de β-glucanos. Uma substituição de 20-40% do malte
de cevada por aveia aumenta o teor de β-glucanos e diminui significativamente o
desempenho da filtração (SCHINITZENBAUMER et al., 2012). O centeio tem uma
descrição sensorial semelhante, e seu uso está associado a problemas de
produção devido ao alto teor de pentosanas (GLATTHAR et al., 2006).
Entre as mudanças de composição com impacto em processo a presença
de β-glucanos e pentosanas é a mais significativa, podendo causar mosto viscoso,
separação de mosto (termo referente à separação do líquido açucarado do bagaço
a ser descartado) lenta, diminuição na recuperação de extrato, filtração lenta, risco
de turbidez temporária ou irreversível e maior utilização de filtros (STEINER et al.,
2010). Tais compostos consistem em polissacarídeos unidos por ligações β, e
compõe a parede celular das células vegetais. Soluções aquosas de diferentes
hemiceluloses (um tipo de β-glucano presente nos cereais) a 1% podem formar
géis, e determinações reométricas obtiveram um perfil pseudoplástico com tensão
inicial, demonstrando um comportamento de fluxo não-newtoniano (SOUSA,
2014).
Já foram observados os comportamentos de fluxo newtoniano e
pseudoplástico com ou sem tensão inicial no mosto de cerveja (TRÁVNÍCEK,
2015) (SEVERA, 2009). Essa variabilidade se dá por diferenças na técnica de
extração do mosto bem como na sua formulação e técnicas analíticas.
Concentração de açúcares, teor de β-glucanos e pentosanas entre outros
compostos tem impacto no perfil de escoamento do fluído bem como em
formações de gel (BOGDAN, 2017). Já foi apontado que a aplicação de tensão de
cisalhamento orienta as moléculas de β-glucanos, fazendo-as se alinhar e formar
interações intermoleculares, formando géis (VIS, 1997). O centeio apresenta
muitos problemas de filtração e separação de mosto amplamente descritos, muito
13
possivelmente relacionados com o fato que o malte possui β-glucanases (enzimas
que despolimerizam os β-glucanos), mas carece de enzimas especificas para as
pentosanas, o principal PNA deste cereal (AUTIO, 2006).
Soluções com maiores teores de β-glucanos causam redução do índice de
fluidez, expoente do modelo da Lei da Potência, indicando que sua concentração
é proporcional a pseudoplasticidade. Também foi observado que ocorre formação
de gel inferior no mosto do que na cerveja, pois a presença de maltose parece
inibir a formação do reticulado. O fato de não se fazer clarificação eficiente de
cerveja por centrifugação é pelo fato de aplicação de tensão de cisalhamento
induzir a formação de gel (AUTIO, 2006).
O teor de β-glucanos no grão é proporcional ao seu teor tanto no mosto
quanto na cerveja. A fermentação reduz de 2 a 6% a concentração, e a
microfiltração não causa redução significativa, mesmo tendo seu tempo de
filtração aumentado (VIS; LORENZ, 1997).
Na abordagem nutricional os β-glucanos e pentosanas consistem em fibras
dietéticas. O consumo de 150 mL/dia de cerveja em estudo na Espanha
correspondeu a 1,6% do total de fibras dietéticas e 5% das fibras solúveis
recomendadas. As fibras solúveis atrasam o esvaziamento gástrico, diminuem
absorção de glicose, tem relação com redução dos níveis de colesterol e são
parcialmente fermentadas pela flora intestinal. No caso da cerveja 99% das fibras
são fermentadas por Lactobacillus e Bifidobacterium (PREEDY, 2008). Também já
foi apontado que esses compostos podem ter potencial prebiótico, e que sua
presença na cerveja é dificultada pela falta de interesse devido aos problemas de
fabricação associados (BAMFORTH, 2005).
Em comparação a outras bebidas, o teor de fibras dietéticas solúveis
padrão da cerveja (~2 g/L) é próximo do suco de laranja (1,9 g/L) e maior que o
vinho tinto (1,6 g/L). A ingestão de fibras dietéticas solúveis pode ser significante:
250 mL de cerveja contribuem com 0,5 g de fibras dietéticas solúveis, equivalente
a 125 g de tomate, 166 g de couve de Bruxelas ou 83 g de maçã (PREEDY,
2008). Porém, é importante observar que os valores considerados são para
cervejas claras comerciais e que cervejas feitas com diferentes cereais e técnicas
14
podem ter até 5 vezes mais fibras solúveis (AUTIO, 2006). A ingestão de PNA
também está inversamente associada ao desenvolvimento de síndrome
metabólica (CHEN et al., 2018) e β-glucanos solúveis já se mostraram efetivos em
reduzir colesterol de humanos e camundongos (ANDERSON, 1990).
A matriz de PNA é também onde está contida parte da reserva de polifenóis
encontrados na cerveja (AUTIO, 2006). Cerca de 78 compostos fenólicos já foram
identificados na cerveja (PREEDY, 2008). Durante o processo de malteação parte
das enzimas hidrolisam PNA (principalmente β-glucanos) e também clivam o ácido
ferúlico complexado à matriz, reduzindo o teor desta substância (KUNZE, 2014). A
presença destes compostos, complexados com peptídeos e/ou PNA, foi associada
com maior formação de turbidez temporária ou permanente – atributo que não
altera o sabor, mas tem impacto na percepção visual (STEINER, 2010). Portanto,
uma cerveja com determinadas composições (ainda pouco descritas) de polifenóis
e PNA em excesso podem reduzir a estabilidade coloidal da cerveja. Em
contrapartida os polifenóis podem causar benefícios à saúde, sendo que os
encontrados na cerveja podem conferir um ambiente antioxidante no colón. O
consumo de 150 mL/dia de cerveja comercial na Espanha contribuiu para a
ingestão de 7,2% do recomendado de polifenóis, e com cervejas artesanais ou
com outros cereais este valor pode ser ainda maior (PREEDY, 2008).
2. OBJETIVO(S)
A proposta deste trabalho foi realizar análises reométricas para avaliar o
comportamento de fluxo do mosto cervejeiro, verificando o impacto no uso de
adjuntos não maltados em relação ao controle puro malte.
3. MATERIAL E MÉTODOS
3.1 Insumos, equipamentos e descrição de preparo das amostras
Os insumos cervejeiros utilizados na formulação do controle foram: 100%
malte Pale Ale – Muntons (Reino Unido); lúpulo Citra– Barth Haas (Alemanha);
água potável. As formulações com adjuntos foram: 80% Malte Pale Ale – Muntons
(Reino Unido); 20% adjuntos (cevada não maltada, vendida no Brasil como
15
cevadinha, centeio e sorgo); Lúpulo Citra - Barth Haas (Alemanha); água potável.
Os mostos foram preparados em volumes de 600 mL em caldeira de inox 304
convencional, Tramontina (Brasil). Uma amostra da indústria também foi coletada
por apresentar um total de 30% de adjuntos.
Os adjuntos foram escolhidos por cruzamento de três principais critérios:
presença de PNA, proteínas ou outros componentes que tem impactos na
produção de cerveja descritos na literatura; motivação de uso para obter
determinadas características organolépticas (ex: cerveja “encorpada”); interesse
econômico.
A base usada para preparação da cerveja foi o estilo Double IPA (BJCP,
2015). A preparação do mosto seguiu os passos exibidos no fluxograma (Figura
6), baseados nas técnicas descritas por Kunze (2014). Primeiramente os grãos
foram moídos em moinho de disco. O produto moído foi infusionado em água a
67°C na caldeira primária, onde foi mantido 60 min sob agitação. Nesta
temperatura as enzimas (α e β-amilase) convertem o amido em açúcares,
principalmente maltose, mas também maltotriose, glicose e dextrinas não
fermentáveis (LIMA, 2010).
A conversão total do amido foi verificada por teste do iodo (KUNZE, 2014),
no qual a ausência de coloração escura acusa que o amido foi hidrolisado
completamente. Posteriormente o mosto foi submetido a aquecimento até 78°C
para cessar o processo enzimático e facilitar sua separação. A separação do
mosto inicia com uma recirculação prévia de modo que as cascas dos grãos se
acomodem de maneira a funcionar como filtro das partículas menores. Quando o
mosto se tornou límpido a primeira amostra, com 20 °Brix, foi retirada. Esta etapa
é onde ocorre a maior parte dos problemas associados às características
reológicas do mosto, como redução do fluxo de filtrado e, ocasionalmente,
entupimento.
16
Figura 6- Fluxograma de preparação do mosto
Para garantir a maior recuperação de extrato, enquanto o mosto era
recolhido por baixo da caldeira, água a 78°C foi adicionada aos poucos na parte
superior de modo a “lavar”, ou seja, retirar açúcares adsorvidos no bagaço. Neste
momento foi feita a diluição para 16 °Brix e recolhimento da segunda amostra.
O líquido açucarado já sem os bagaços dos grãos, denominado de mosto
secundário, foi submetido à fervura com adição de 1 g/L de lúpulo para sofrer
decocção por 60 min onde serão isomerizados os α e β-ácidos, conferindo
amargor. Ao final da fervura foi adicionado 2 g/L de lúpulo com intuito de
solubilizar óleos essenciais. Por fim, o mosto foi submetido ao resfriamento com
subsequente decantação dos sólidos. O sobrenadante foi recolhido como a
terceira amostra, com 20 °Brix.
A primeira e a terceira amostras têm a mesma densidade de açúcares,
aferidos por refratômetro. Desta forma é possível avaliar o impacto da adição de
lúpulo e da fervura na reologia dos mostos. A segunda amostra tem uma diluição
de 20% em relação às outras, que por sua vez é interessante para analisar a
influência de maiores ou menores concentrações de açúcar.
17
3.2 Análise reométrica
As características reológicas do mosto foram determinadas em reômetro
MARS Haake II com programa RheoWin3 para análise de dados (Thermo Electron
Corporation, Alemanha), às temperaturas controladas por um banho refrigerado, e
o sensor usado foi tipo placa - placa (PP60 Ti).
Cada formulação possui três amostras, sendo duas do mosto primário com
20 °Brix e 16 °Brix de concentração, e uma do mosto secundário a 20 °Brix. Cada
uma dessas amostras foi submetida à análises reométricas rotacional e oscilatória
em, no mínimo, triplicata. Todos os testes foram repetidos nas temperaturas de
5°C e 15 °C, exceto o sorgo que foi apenas testado a 5 °C.
O ensaio rotacional foi realizado no modo Controlled Stress (CS), de 0 a 0,5
Pa. Neste modo de trabalho é definida uma faixa de tensão de cisalhamento que
será aplicada pelo reômetro e o resultado é a taxa de cisalhamento medida para
cada tensão. Ele foi escolhido pela capacidade de analisar uma faixa com
menores valores de taxa de cisalhamento. Também o modo CS, em comparação
com Controlled Rate (CR), diferenciam melhor fluidos não-newtonianos. A escolha
do sensor placa-placa (Figura 7) foi definida pela presença de material particulado
que causa problemas em medições usando sensor cone-placa, além de poderem
ser usados para medições em baixas taxas de cisalhamento de fluídos que
possuem tensão inicial. O diâmetro mais elevado comparado com alguns sensores
permite uma resolução maior de líquidos pouco viscosos (SCHRAMM, 2006). O
gap, espaço entre as placas paralelas, foi de 0,105 mm, ajustado sempre antes de
cada análise. Como a região entre as placas pode ser definida como um cilindro
de volume V=Hπ.r² sendo H=gap e r= raio da placa do sensor (30 mm) temos um
volume de ~0,30 mL de amostra usada em cada corrida reométrica.
18
Figura 7: Esquema do sensor placa-placa.
As análises oscilatórias usaram o mesmo sensor também no modo CS.
Primeiramente os mostos foram submetidos a uma análise de varredura de
amplitude de 0 a 1 Pa e com frequência fixada em 1 Hz. Neste ensaio é possível
identificar se o fluído possui uma região de viscoelasticidade linear (VEL) e qual a
amplitude limite para que G’ e G’’ invertam sua posição. Caso o mosto possuísse
um intervalo de VEL um teste de varredura de frequência de 0 a 100 Hz com
amplitude fixada em 0,02 Pa foi realizado para obter informações sobre a
microestrutura da formulação.
3.3. Análise estatística
O tratamento de dados e análise estatística foi realizada no software Origin
8.
Os testes CS têm como saída um gráfico tensão de cisalhamento por taxa
de cisalhamento, denominado de “curva de fluxo”. Os resultados são submetidos à
regressão linear e regressão não linear usando o método da minimização da soma
de quadrados dos resíduos. As regressões não lineares tiveram como modelo de
partida a Lei da Potência, com e sem coeficiente linear, visto que o modelo de
Herschel-Bulkley prevê o coeficiente por considerar a tensão inicial. Caso o
modelo que mais se ajustar aos resultados for linear o mosto pode ser descrito
como fluído newtoniano, caso se ajuste mais à regressão não-linear pode ser
descrito como pseudoplástico. A presença de um coeficiente linear positivo,
19
cortando o eixo das ordenadas, indica que o fluído possui uma tensão inicial
abaixo da qual ele não flui.
A variância entre os resultados e o modelo foi analisada utilizando o
parâmetro F-valor por análise de variância. Apesar das regressões lineares
utilizarem normalmente o coeficiente de determinação R² este muitas vezes pode
fornecer um dado estatisticamente fraco para regressões não lineares, com
discussões atuais de que não tem significado nenhum fora do contexto linear.
Outra razão para não usar o coeficiente de determinação R² é a tendência de este
aumentar quando se muda o número de preditores (MEYERS et al., 2012), e o
modelo de Herschel-Bulkley tem um preditor a mais que os outros. Desta maneira
optou-se por utilizar o maior valor de F, calculado a partir da divisão entre
Quadrados Médios do modelo e os Quadrados Médios do resíduo ou
simplesmente F = QMm / QMr. O p-valor, ou nível descritivo, é utilizado para
aceitar ou rejeitar se o modelo se adequa aos resultados, sendo que foi aceita a
adequação se Fcalculado > Ftabelado no nível de significância de 1%. Para
comparar os valores de F, cada conjunto foi submetido ao teste-t pareado no nível
de significância de 5%.
Mesmo altos valores de F podem ser ambíguos para definir se o modelo se
adequa aos dados experimentais, portanto foi usada a análise de resíduos como
critério de exclusão da validez do modelo. Os métodos usados foram a análise de
resíduos padronizados e a análise do “gráfico de resíduos x ordem dos dados”.
Os resíduos (ei) são padronizados (di) pelo cálculo:
𝑑𝑖 =𝑒𝑖
√𝑄𝑀𝑟
Se o resíduo padronizado de alguma regressão tiver um valor não contido
no intervalo [-3,3] ele indica a presença de um outlier. A primeira ação ao
identificar um outlier é a investigação do porquê ele ocorreu, depois verificar se o
modelo precisa ser revisto ou retirado esse outlier (MEYERS et al., 2012).
O gráfico “resíduos x ordem dos dados” tem utilidade para visualizar a
tendência dos resíduos. Caso eles tenham um alto grau de aleatoriedade pode-se
pressupor que há independência nos resíduos e o modelo está bem ajustado. Se
algum comportamento sistemático for observado temos indícios de que alguma
20
outra variável influenciou os resultados do experimento, o que viola premissas da
análise de variância e compromete nossas conclusões.
4. RESULTADOS
O delineamento do trabalho possibilitou comparações entre um mosto de
controle feito só com malte e mostos feitos com 20% de adjuntos. Também a
influência de alguns parâmetros nas características reológicas pôde ser avaliada,
como: temperatura, concentração do mosto e adição de lúpulo/fervura.
4.1. Ensaios rotacionais
O resultado dos ensaios rotacionais é a curva de fluxo de cada um dos
mostos. As regressões para ajustar os dados experimentais aos modelos
matemáticos foram os primeiros passos para a análise dos dados.
A análise visual dos gráficos da curva de fluxo (Figura 8) mostra que, para
uma mesma concentração e temperatura, a taxa de cisalhamento máxima dos
mostos com adjuntos é inferior ao do controle com aplicação de uma tensão igual.
Também em alguns ensaios foi possível observar uma perturbação em altas taxas
de cisalhamento. As curvas de fluxo de ambas amostras a 20 °Brix apresentaram
perfil semelhante ao da figura 8.
Figura 8 –Curvas de fluxo dos mostos (controle 100% malte, com centeio, com
cevadinha) 16 °Brix a 5°C
21
A proximidade entre os dados experimentais e os do modelo estão
apresentados na Tabela 1, expressos em F-valor, sendo que todas as regressões
tiveram um bom ajuste no nível de significância de 1% (p=0,01). Quanto maior F,
mais ajustado aos dados experimentais está o modelo. O modelo newtoniano,
mesmo com o coeficiente linear para considerar o parâmetro de limite de
escoamento, não apresentou em nenhuma amostra o melhor ajuste, contudo a
análise visual do mosto com cevadinha (cevada não maltada) mostra um
comportamento bastante linear no intervalo de 0 a 100 1/s. Os modelos da Lei da
Potência e Herschel-Bulkley dividiram os melhores ajustes no intervalo das taxas
de cisalhamento trabalhado. A diferença global entre as médias dos ajustes dos
mostos, calculados a partir do teste-t, mostrou que a 5°C a Lei da Potência e
Herschel-Bulkley não tiveram diferenças significativas de ajuste no nível de
significância ɑ = 5% e ambos significativamente diferentes da regressão
Newtoniana no mesmo nível de significância. A 15°C a Lei da Potência foi
estatisticamente mais bem ajustada que Herschel-Bulkley e este, por sua vez,
significativamente mais ajustado que o Newtoniano.
Tabela 1 - F-Valor (calculado) da análise de variância entre o modelo e os dados
experimentais.
F 5°C F 15°C F 5°C F 15°C F 5°C F 15°C
Controle 20° brix 544 136 1138 790 1417 499
16° brix 359 139 711 570 544 359
20° brix lupulado 1006 690 2400 1324 2563 1132
Centeio 20° brix 330 405 1221 1665 1198 1461
16° brix 284 2257 609 3679 635 2874
20° brix lupulado 294 1535 646 2199 611 2398
Cevadinha 20° brix 486 2575 813 3494 674 3213
16° brix 268 875 463 1827 500 1211
20° brix lupulado 571 986 1286 2929 992 1903
Sorgo 20° brix 684 1258 1165
20°brix lupulado 1463 957 1896
Teste-t 5°C Herschel = Lei da Potência > Newtoniano
α < 0,05 15°C Lei da Potência > Herschel > Newtoniano
Herschel-BulkleyNewtoniano Lei da Potência
22
Considerando que os modelos da Lei da Potência e Herschel-Bulkley
apresentaram maiores ajustes em relação aos dados experimentais, a Tabela 2
contém os valores do expoente, denominado de índice de fluidez (η’), obtido nas
regressões. Quanto mais próximo de 1, menor a concavidade da curva e mais
próximo da reta (entenda-se mais próximo do modelo newtoniano) a curva de fluxo
se aproxima.
Na temperatura de 5°C o controle tem um índice de fluidez diferente de 1,
mostrando algum grau de comportamento não newtoniano tanto no modelo da Lei
da Potência quanto em Heschel-Bulkley. Os mostos com centeio tiveram η’ ainda
menor, e a cevadinha e o sorgo bastante semelhante ao controle no modelo da Lei
da Potência. Considerando os índices de fluidez obtidos na regressão Herschel-
Bulkley, o mosto de centeio se mantem com η’ inferior enquanto a cevadinha e
sorgo tem valores maiores que o controle, sendo assim mais próximas do
comportamento de fluxo newtoniano. Comparando os mostos de centeio e
cevadinha entre as temperaturas de 5°C e 15°C o valor de η’ aumentou. Nas
amostras 20 °Brix e 16 °Brix do controle a 15°C, em altas taxas de cisalhamento, o
ruído obtido na curva (possível formação de um gel) como pode ser visto na
Figura 9, o que impossibilitou a realização de regressões adequadas segundo a
análise de resíduos.
Tabela 2. Valores de índice de fluidez (η’) nas temperaturas de 5 e 15°C
obtidos nas regressões não lineares.
η' 5°C η' 15°C η' 5°C η' 15°C
Controle 20° Brix 0,50491 0,34205* 0,69255 0,32648*
16° Brix 0,52268 0,38894* 0,71027 0,39015*
20° Brix lupulado 0,64938 0,62048 0,78331 0,78135
Centeio 20° Brix 0,4189 0,48629 0,56355 0,65425
16° Brix 0,34775 0,85939 0,59033 0,96249
20° Brix lupulado 0,35995 0,68966 0,58994 0,86095
Cevada 20° Brix 0,68252 0,86557 0,86097 1,00546
16° Brix 0,30941 0,79105 0,63441 0,86917
20° Brix lupulado 0,65536 0,73964 0,77922 0,78093
Sorgo 20° Brix 0,5882 0,7654
20° Brix lupulado 0,7451 0,9525
* Modelo mal ajustado por análise de resíduos
Lei da Potência Herschel-Bulkley
23
Considerando o modelo newtoniano (considerando a tensão inicial, como
um plástico de Bingham) para comparação, os parâmetros de cada mosto são
descritos na Tabela 3 abaixo.
Tabela 3: Valores dos parâmetros obtidos na regressão linear (γ para taxa
de cisalhamento, τₒ para tensão inicial e η’ para viscosidade)
Em todas as amostras é possível inferir que a viscosidade é proporcional à
concentração do mosto. Os mostos com centeio e cevada apresentaram mais
resistência ao fluxo que o controle, com exceção do mosto de cevadinha 20 °Brix
a 5°C no qual a taxa de cisalhamento foi maior.
Ainda analisando a Tabela 3, em 5°C a média da viscosidade dos mostos
com 20 °Brix (primário e secundário) foi semelhante, sendo que a viscosidade do
centeio foi 4% maior que a viscosidade do controle e a cevadinha foi até 5%
menor. Já com os mostos 16 °Brix os adjuntos apresentaram maior viscosidade,
sendo o centeio foi 116% maior que o controle e a cevadinha 93% maior. Em
15°C também se mostraram contribuindo mais para a viscosidade, sendo que na
média dos mostos com 20 °Brix a viscosidade do centeio foi 85% maior do
controle, a da cevadinha 63% maior. Nas amostras com 16 °Brix a 15°C o centeio
5°C 15°C 5°C 15°C 5°C 15°c
Controle 20° Brix 4,05 1,28 82,01 145,93* 102,2593 254,517349
16° Brix 1,77 1,13 74,65 105,95* 214,5753 337,026632
20° Brix lupulado 4,65 2,6 61,19 63,71 95,33874 161,836019
Centeio 20° Brix 4,57 3,52 95,52 85,85 84,63718 122,028755
16° Brix 3,83 3,08 99,34 27,39 110,8717 148,853612
20° Brix lupulado 4,52 3,66 96,89 54,22 83,81635 120,485631
Cevadinha 20° Brix 3,81 3,38 55,94 27,67 121,5234 140,705867
16° Brix 3,14 2,28 14,02 37,19 149,6992 204,980169
20° Brix lupulado 4,48 2,96 60,56 45,62 103,3762 151,327281
Sorgo 20° Brix 2,26 68,21 192,8303
20° Brix lupulado 2,17 56,38 208,4706
* Modelo mal ajustado por análise de resíduos
γ para 0,5Pa (1/s)η (mPa.s) τ ₒ mPa
24
foi 172% maior e a cevadinha 101% maior que o controle. O sorgo apresentou
uma viscosidade 50% menor que o controle.
O efeito da temperatura no limite de escoamento (τₒ) atuou diminuindo-o
nos mostos com adjuntos. No controle este valor foi maior para a temperatura de
15°C, porém isso se deve a um mau ajuste dos primeiros pontos da regressão,
verificado por uma tendência linear no começo do gráfico “resíduos x ordem de
coleta dos dados”. Entretanto o dado mais relevante é que os valores de limite de
escoamento são sempre muito baixos. A título de comparação o limite de
escoamento do Ketchup é próximo de 15 Pa (SCHRAMM, 2006), mais de 150
vezes a média dos valores aferidos neste trabalho.
Figura 9: Curva de fluxo para a amostra controle 20 °Brix, 15°C, com
formação de gel em altas taxas de cisalhamento.
Na curva de fluxo da Figura 9 é possível também ver uma perturbação na
região com maior taxa de cisalhamento (em torno de 200 1/s), devido à possível
formação de gel por aplicação de tensão como já descrito por SOUSA(2014), para
soluções com hemiceluloses. A porção inicial (0 a 150 1/s) apresenta bom ajuste
ao modelo da Lei da Potência com curvatura característica de pseudoplástico.
Comparando o mosto primário com o secundário, cujas concentrações são
20 °Brix, os valores de viscosidade não apresentam diferenças significativas (ɑ =
25
0,05). Entretanto a taxa de cisalhamento máxima é menor no mosto secundário,
provável efeito da concavidade da curva que o modelo Newtoniano não considera.
4.1. Ensaios oscilatórios
As análises SS, ou varredura de tensão tem como saída um gráfico que
apresenta os módulos de armazenamento e perda (G’ e G’’) bem como o ângulo
de perda, definido como tgα=G’’/G’, dado em graus.
Em todas as amostras foi possível observar a inversão de módulos (Figura
10). Em baixas tensões o módulo de armazenamento é maior que o módulo de
perda, indicando um caráter de comportamento elástico maior que o viscoso. Com
o aumento da tensão os módulos se invertem, e o ângulo de perda começa a ter
seu valor aumentado.
Figura 10: Varredura de amplitude da amostra controle 20 °Brix a 5°C
Também na Figura 10 é possível observar o intervalo de VEL, no qual o
ângulo de perda não se altera com o aumento da amplitude (tensão). Este
fenômeno ocorreu nas amostras em pequena escala, com intervalo de VEL
26
pequeno. Entretanto o intervalo de VEL da amostra da indústria coletada (Figura
11) apresentou uma curva clássica de VEL com uma inversão de módulos
ocorrendo a maior tensão. Esta amostra continha 30% de adjuntos, 50% a mais
que as formuladas no laboratório. Em altas tensões as amostras apresentaram
pequenas diferenças entre o módulo viscoso e o elástico, com inversão do
comportamento inicial (predominantemente elástico). O intervalo de VEL da
amostra da indústria ocorre em 20° de ângulo de fase, cerca de 10° a menos que
a apresentada na figura 10, mostrando que o aumento de adjuntos resultou em um
mosto com um componente elástico maior (mais próximo de um sólido ideal).
Outra grande diferença entre os resultados dos mostos produzidos com o da
indústria é a diferença entre os valores dos módulos no primeiro platô de VEL com
o segundo: na Figura 10 é possível ver que G’ vai de aproximadamente 0,1 Pa
para 0,005 Pa (20 vezes menor) e o G’’ começa em aproximadamente 0,08 Pa e
reduz para cerca de 0,025 Pa (3,2 vezes menor). A escala de diferença na Figura
8 é extremamente maior, indo de cerca de 9000 Pa para 0,05 Pa (180 mil vezes
menor) para G’ e de 3000 Pa para cerca de 0,15 Pa (20 mil vezes menor) em G’’.
Isso indica que a transformação mais profunda de caráter predominantemente
elástico para predominantemente viscoso que ocorre quando se aumenta o teor
de adjuntos na formulação e que o uso de adjuntos nesta amostra desencadeou
em um fluído com maior estruturação. Não foi possível colocar os gráficos na
mesma escala sem prejudicar a observação dos dados.
27
Figura 11: Varredura de tensão - Amostra da indústria (30% de adjuntos) a
5°C
Na última análise foram os ensaios FS, ou de varredura de frequência. A
viscosidade complexa apresentada na Figura 12, vai decaindo com aumento da
frequência, evidenciando a pseudoplasticidade de todas as formulações de mosto
até aproximadamente 10 Hz. Entretanto em frequências ainda maiores que 10 Hz
há uma inversão e a viscosidade complexa volta a subir de maneira abrupta,
indicando a ocorrência de uma possível formação de gel por cisalhamento.
Também é possível reparar que a taxa de variação da viscosidade complexa no
controle foi inferior, indicando que os adjuntos influenciam no comportamento não-
newtoniano do mosto. Os módulos de armazenamento têm sempre maiores
valores que os módulos de perda (exceto em um ponto do controle), e a inclinação
mais pronunciada do controle puro malte indica menor força de estruturação do
fluído.
28
Figura 12: Viscosidade complexa (η*) e módulos de armazenamento e
perda obtidos no ensaio de Varredura de frequência de amostras com 20 °Brix de
mosto secundário a 5°C
5. DISCUSSÃO
Apesar da geração de modelos matemáticos para visualizar e analisar os
comportamentos de fluxo de formulações contendo diferentes adjuntos, uma
considerável limitação do estudo é a falta de dados sobre a composição destes
cereais. Os cultivares tem diferenças em sua composição de acordo com variáveis
como solo, época de colheita, chuvas etc que podem fazer com que um mesmo
adjunto apresente resultados diferentes de acordo com produtor/região/variedade
(LIMA, 2010).
Além disso, sabe-se que o aumento no índice de fluidez e perfil de fluxo
tem relação com componentes específicos dos cereais, como PNA e proteínas
(AUTIO, 2006). Desta forma, para uma compreensão mais profunda sobre a
natureza do motivo que altera o fluxo, relações quantitativas entre os
componentes centesimais e viscosidade trariam informações mais precisas.
Com base nas curvas de fluxo dos ensaios rotacionais é possível afirmar
que em baixas taxas de cisalhamentos o comportamento dos mostos pode ser
descrito como não newtoniano, como já observado em mostos de cerveja puro
malte por Trávnícek(2015) e Severa(2009). Os adjuntos influenciaram na
viscosidade aumentando-a, resultando em menor taxa de cisalhamento para a
29
mesma tensão. O centeio teve efeito de aumentar a concavidade da curva,
expresso em valores de η’, distanciando ainda mais do comportamento
newtoniano. A cevada não maltada não teve efeito significativo sobre η’, somente
na viscosidade dinâmica (η). O mosto com sorgo apresentou menor viscosidade e
índice de fluidez η’ maior, indicando que suas características reológicas favorecem
o transporte de matéria e a processabilidade.
O resultado dos ensaios oscilatórios ofereceu uma compreensão melhor de
observações decorrentes dos ensaios rotacionais. O aumento do ângulo de fase
na totalidade das amostras forneceu um dado inovador que permite afirmar que
existe pseudoplasticidade no mosto da cerveja. O mosto da indústria, que teve
maior porcentagem de adjuntos, apresentou um intervalo de VEL maior em
comparação com as outras amostras. Na varredura de frequência foi possível
observar uma tendência das características viscosas superarem as elásticas com
o aumento da frequência de 0 à 10 Hz, porém a partir de 10 Hz ocorre inversão
com aumento abrupto da viscosidade complexa, indicando reticulação da estrutura
e possível formação de gel.
Os resultados ajudam em um melhor entendimento da natureza de diversos
problemas que ocorrem na cervejaria. Na etapa de elaboração do projeto deste
trabalho a hipótese era de que talvez o limite de escoamento causava fluxo
interrompido na separação de mosto, porém após a realização dos testes
reométricos verificou-se que os mostos possuem valores de limite de escoamento
muito baixos. O aumento de viscosidade complexa obtido nos ensaios FS em
frequências maiores que 10 Hz indica que ocorre formação de gel, fator que pode
causar fluxo reduzido ou entupimento nos procedimentos de separação e
transporte de mosto. Isso é corroborado pelo o ruído em taxas de cisalhamento de
cerca 200 1/s nos ensaios rotacionais, justamente uma taxa encontrada no
escoamento em tubulações industriais.
A reometria pode ser uma ferramenta importante tanto no desenvolvimento
de novas cervejas quanto no controle de qualidade. Devido ao interesse em se
produzir cervejas com adjuntos (ANNEMÜLLER, MANGER, 2013), seja por
motivação de obter um sabor diferente ou para conferir fibras dietéticas solúveis e
30
compostos fenólicos, pode-se testar a formação de gel em pequena escala para
saber o máximo teor de adjuntos sem causar comprometimento do processo.
Como os grãos apresentam diferentes teores de PNA de acordo com safra,
cultivar, região entre outros parâmetros, uma indústria que mudou de fornecedor
pode aferir a qualidade dos grãos e planejar a produção a partir de ferramentas
reométricas. Os testes podem dar informações sobre a estrutura do mosto em
pequena escala, facilitando um scale-up consciente e planificado que irá evitar
problemas em grandes dimensões, que costumam ser onerosos.
O sorgo não possui grandes quantidades de PNA (AUTIO, 2006) e os
testes rotacionais mostraram que o uso deste adjunto no teor de 20% resultou
num mosto de alta processabilidade (pouco viscoso, baixa pseudoplasticidade e
sem formação de gel observada em testes rotacionais) e que seu uso, hoje
praticamente restrito ao continente africano, pode ser mais explorado.
O crescente aumento do mercado de cervejas especiais no Brasil,
protagonizado por pequenos produtores, está tensionando as grandes indústrias à
também oferecerem produtos da categoria (SEBRAE, 2017) ou adquirir as
pequenas companhias. É uma oportunidade para se desenvolver tecnologias para
a produção de cervejas com maiores teores de fibras e compostos fenólicos,
oferecendo benefícios e complementando a dieta se consumidos com moderação
(PREEDY, 2008), de maneira análoga ao papel do vinho na dieta mediterrânea.
6. CONCLUSÕES
Foi possível estabelecer que há diferenças mensuráveis entre mostos
elaborados com diferentes formulações, contendo ou não adjuntos. A
pseudoplasticidade do mosto elaborado com centeio foi maior que o controle,
enquanto o mosto com sorgo apresentou comportamento mais próximo do
newtoniano que o controle, ambos avaliados pelo índice de fluidez (η’). A
quantidade de adjuntos quando comparada entre amostra controle e a da indústria
se mostrou importante, aumentando a elasticidade e o intervalo de VEL.
Os parâmetros obtidos na reometria podem ser usados como controle de
qualidade do mosto. A processabilidade, ou seja, rápida separação, clarificação e
31
filtração do mosto e sem entupimentos, é inversamente proporcional à
viscosidade, tamanho do intervalo de VLE, pseudoplasticidade (de acordo com o
índice de fluidez η’, expoente no modelo da Lei da Potencia) e à viscosidade
complexa, justificados nas diferenças encontradas nos mostos avaliados. A
formação de gel observada em alguns resultados deste trabalho é uma
característica que precisa ter seu impacto ainda melhor elucidado, principalmente
na produção.
Em análises de rotina de controle de qualidade de maltes e adjuntos
cervejeiros, na indústria, a única medida reológica que é realizada é a viscosidade
cinemática do mosto primário, um dado pontual obtido em viscosímetro capilar,
sendo insuficiente para compreensões mais completas sobre o comportamento
estrutural. Neste trabalho foi possível observar maiores ajustes ao modelo da Lei
da Potência, indicando que a viscosidade do mosto de cerveja é dependente de
sua taxa de cisalhamento. O mosto, durante sua produção, é submetido a
diferentes taxa de cisalhamento (escoamento em tubulações, bombas, filtros,
repouso, etc), portanto medidas de viscosidade dinâmica são mais indicadas que
de viscosidade cinemática, para compreender o que ocorre em diferentes faixas
de taxa de cisalhamento. A estruturação e formação de géis - principalmente
quando se tratam de formulações com adjuntos ou ingredientes não convencionais
- como aqui mostrado, é bem trabalhada através da reologia oscilatória.
A compreensão do impacto do uso de cereais não maltados na reologia do
mosto possibilita o planejamento tecnológico. Se aliar os dados obtidos na
reometria com futuros testes de tempo de separação de mosto ou tempo de
filtração abre-se caminho para criação de uma tabela de valores críticos de
processo. As ferramentas reométricas podem auxiliar na obtenção do maior teor
possível de fibras ou compostos fenólicos sem causar problemas de fabricação.
32
7. BIBLIOGRAFIA
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