DA VINHA A TAÇA: PRODUÇÃO DO VINHO EM REATOR BATELADA E ANÁLISE DE CONTROLE DE QUALIDADE

Engenharias, Volume 27 - Edição 128/NOV 2023 / 28/11/2023

FROM VINE TO GLASS: WINE PRODUCTION IN BATCH REACTOR AND QUALITY CONTROL ANALYSIS

REGISTRO DOI: 10.5281/zenodo.10202204

Breno Michelini, Guilherme Augusto, Larissa Ozorio Da Silva, Matheus Rodrigues Ferreira, Orientador: Iguatinã Costa

Resumo

No Brasil, o cultivo da uva vem se tornando cada vez mais participativo e se desenvolvendo em inúmeras regiões do país, principalmente no Rio Grande do Sul. Na prática, a análise mais perceptível acaba sendo o aroma e o sabor, focando sempre na qualidade sensorial do vinho, porém na teoria existem outros pontos a serem observados desde a colheita das uvas até o engarrafamento do produto final. Dessa forma, o trabalho tem como objetivo analisar o dimensionamento de um reator para a fermentação da levedura Saccharomyces cerevisiae para o conhecimento dos processos da produção do vinho, as metodologias de qualidade que vão beneficiar os processos, focando sempre nas substâncias voláteis que contribuem para o aroma e gosto. Para chegar a esse objetivo, foram realizadas pesquisas bibliográficas, análise da fermentação e testes em laboratório, alinhando qual o melhor reator que seria utilizado na produção, visando as melhorias necessárias tanto para produção quanto para os gastos que foram feitos durante a fermentação do vinho em reator batelada.

Palavras-chave: Vinho, Batelada, Análise, Fermentação

Abstract

In Brazil, grape cultivation has become increasingly participatory and developing in numerous regions of the country, especially in Rio Grande do Sul. In practice, the most noticeable analysis ends up being the aroma and flavor, always focusing on the sensory quality of the wine, but in theory there are other points to be observed from the harvest of the grapes to the bottling of the final product. Thus, the focus of the work is analyze the sizing of a reactor for the fermentation of the yeast Saccharomyces cerevisiae for the knowledge of the wine production processes, the quality methodologies that will benefit the processes, always focusing on the volatile substances that contribute to the aroma and taste. To achieve this goal, bibliographic research, fermentation analysis and laboratory tests were carried out, aligning which was the best reactor that would be used in production, aiming at the necessary improvements both for production and for the expenses in the batch rector’s wine fermentation process.

Keywords: Wine, Batch, Analisys, Fermentati

1 Introdução

Com os avanços na tecnologia e na biotecnologia, a produção de vinho em biorreatores tem emergido como uma alternativa promissora aos métodos tradicionais de fermentação em barris. Os biorreatores oferecem um ambiente controlado e otimizado para o crescimento de leveduras e bactérias, permitindo o controle preciso de variáveis como temperatura, pH e oxigenação, que tem se tornado uma abordagem inovadora e sustentável para a indústria vinícola, com potencial de melhorar a qualidade do vinho, reduzir impactos ambientais e otimizar o processo de produção. 

De acordo com MONACO et al. (2007) diferentes temperaturas afetam de forma distinta a atividade metabólica e o crescimento da levedura. Isso pode ser atribuído, não somente à genética das diferentes cepas, mas também à composição do meio de crescimento e a outros parâmetros como pH, agentes químicos, desidratação osmótica, estado nutricional e fase de crescimento.

Biorreatores podem ser operados em processos contínuos e descontínuos. O reator de processo descontínuo foi escolhido para realizar a fermentação da uva, conhecido como batelada. O processo descontínuo é lento, uma vez que o reator deve ser limpo e preparado, o mosto e o inóculo carregado ao sistema (MAIORELLA, B.L, 2005).

O processo batelada é amplamente utilizado em fábricas e vinícolas no Brasil devido à facilidade de manuseio asséptico no processo. Nesse sistema, são utilizados recipientes de pequeno volume, resultando em menor rendimento de produto por batelada. Quanto ao modo de funcionamento, o meio de fermentação esterilizado presente no fermentador é (deve) inoculado com micro-organismos (leveduras) e depois cultivado para que a fermentação ocorra em condições ideais (RODRIGUES, 2018).

Esse processo tem apresentado uma maior produtividade, com um aumento que às vezes pode atingir 100% em relação à batelada alimentada. 

A produção de vinho tinto é um processo complexo que envolve diversas etapas, desde o cultivo das uvas na vinha até a vinificação e envelhecimento do vinho na adega, até chegar à taça do consumidor. A qualidade e as características sensoriais do vinho tinto são influenciadas por uma série de fatores, incluindo as tecnologias utilizadas na produção, a composição química do vinho e os teores alcoólicos alcançados durante a fermentação.

As etapas de vinificação do vinho tinto, que incluem a colheita e seleção das uvas, a fermentação alcoólica, a maceração, a fermentação malolática, o envelhecimento em barricas e o engarrafamento, podem ter um impacto significativo na composição química do vinho e, consequentemente, em suas características sensoriais e qualidade. A utilização de diferentes tecnologias, por exemplo os reatores em batelada, pode influenciar diretamente na composição química e teor alcoólico do vinho, resultando em vinhos com perfis sensoriais únicos e distintos.

Neste contexto, este trabalho irá abordar os estágios da produção do vinho tinto, com foco nas tecnologias utilizadas, como reatores em bateladas, e nas técnicas de vinificação empregadas, assim como a composição química do vinho tinto e sua influência nas características sensoriais do produto final. 

Palavras chave: Biorreatores, fermentação, leveduras, vinificação.

1.1 Justificativa

A produção de vinho é uma atividade tradicionalmente associada à cultura e à economia brasileira, com destaque para o estado do Rio Grande do Sul, onde o cultivo de uvas tem ganhado importância crescente. Embora a qualidade sensorial do vinho seja um aspecto frequentemente enfocado, a produção de vinho envolve uma série de etapas críticas, desde a colheita das uvas até o engarrafamento do produto final. 

Nesse contexto, a pesquisa proposta tem como objetivo analisar a aplicação de reatores em batelada no processo de fermentação da levedura Saccharomyces cerevisiae, buscando compreender os processos envolvidos na produção de vinho. Além disso, visa explorar as metodologias de controle de qualidade que podem aprimorar o processo de produção, com foco nas substâncias voláteis que contribuem para o aroma e sabor do vinho.

A justificativa para este estudo reside na necessidade de aprofundar o conhecimento sobre a produção de vinho no Brasil, especialmente considerando o potencial de utilização de tecnologias como os reatores em batelada. Compreender como essas tecnologias podem influenciar a qualidade do vinho é fundamental para aprimorar a produção e garantir a competitividade do mercado nacional e internacional.

Além disso, a pesquisa contribuirá para a disseminação de informações sobre a produção de vinho, destacando a importância de aspectos como controle de temperatura, pH e oxigenação durante a fermentação, que podem ser otimizados com o uso de reatores. Isso pode não apenas melhorar a qualidade dos vinhos produzidos no Brasil, mas também reduzir impactos ambientais e custos operacionais.

Portanto, este estudo visa preencher uma lacuna de conhecimento na área de produção de vinho no Brasil, proporcionando informações valiosas para produtores, enólogos e pesquisadores interessados em aprimorar a qualidade e eficiência da produção de vinho. A análise dos resultados obtidos poderá fornecer insights importantes para a indústria vinícola e contribuir para o desenvolvimento sustentável do setor.

1.2 Objetivos (Geral e específico)

O objetivo do projeto é analisar as etapas do processo de produção do vinho tinto, desde o cultivo até o engarrafamento, investigando as tecnologias utilizadas e as técnicas de vinificação, além de estudar a composição química e determinação dos teores alcoólicos, como objetivos específicos, o trabalho propõe:

  • Investigar e descrever as diferentes etapas envolvidas na produção do vinho tinto, desde o cultivo das uvas na vinha até o engarrafamento final;
  • Analisar as tecnologias empregadas durante o processo de fermentação do vinho, incluindo o uso de reatores em batelada, investigando sua influência na qualidade e nas características sensoriais do produto final;
  • Pesquisar e descrever as principais técnicas de vinificação empregadas no processo de produção do vinho tinto, analisando a influência de cada etapa nas características do vinho, como cor, aroma, sabor e textura;
  • Realizar uma análise detalhada da composição química do vinho tinto, identificando os principais componentes presentes e sua contribuição para as características do produto final;
  • Realizar análises químicas para determinar os teores alcoólicos atingidos pelo vinho tinto em diferentes etapas do processo de produção, avaliando a influência das condições de fermentação na graduação alcoólica;
  • Investigar e avaliar a influência de cada etapa do processo de produção, desde o cultivo das uvas até o engarrafamento, na qualidade final do vinho tinto, identificando as melhores práticas para obtenção de um produto de alta qualidade.

2. Revisão Bibliográfica

2.1 A história do Vinho Tinto

O vinho é uma bebida resultante da fermentação do mosto de uvas frescas, que é feita através de microrganismos como a levedura Saccharomyces cerevisae que transforma os açúcares da uva em etanol, processo alcoólico do vinho. O processo necessita passar pelas seguintes etapas do fluxograma abaixo:

Figura 1 – Fluxograma do Processo da Produção de Vinho (MONACO,2007)

O vinho faz parte da experiência humana há séculos, ou seja, o homem já sabia produzir vinho muito antes da teoria da fermentação.

A vinicultura e a fabricação do vinho é uma atividade muito importante no Brasil. Em 1551, Brás Cubas veio para o Brasil na expedição de Martim Afonso de Sousa, com o intuito de plantar mudas de videiras trazidas de Portugal, na região próxima a Cubatão conseguiu que sua plantação vingasse para que fosse possível fazer vinho.

A área de cultivo das uvas foi se ampliando e a indústria vinícola passou a usar tecnologias mais modernas, aprimorando a qualidade do vinho (Carvalho, L. A., Carvalho, G. L., 2016).

No Brasil, são produzidos dois tipos de vinhos em maior quantidade, os de mesa e os finos. Sendo que, vinhos finos participam de apenas 20% do total, direcionados de viníferas europeias das quais encontram estudos mais desenvolvidos até o momento, os outros 80% representam vinhos de mesa, originados de uvas americanas e híbridas das mais variadas (BORTOLETTO. A, 2021) (CAMARGO, H. A. et al.)

2.2 Seleção e Preparação das Uvas.

Características da uva bordô:
Espécie: Vitis labrusca.
Cor da uva: intensa. 
Uso: vinho tinto, suco e acompanhamento.

É uma variedade selecionada a partir de sementes estabelecidas em 1840 por Henry Ives em Ohio, EUA. Tem importância comercial apenas no Brasil, onde foi introduzido de Portugal em 1904. Espalhou-se inicialmente no estado do Rio Grande do Sul e posteriormente nos estados de Santa Catarina, Paraná e Minas Gerais. É uma variedade muito rústica, resistente a doenças fúngicas e geralmente cultivada descalça. As uvas têm uma alta concentração de substâncias pigmentadas, que é a principal razão de sua notável propagação.

Tem sua origem nas vinhas e no sumo de cores intensas, que ao serem cortadas melhoram a cor dos produtos à base de ‘Isabelle’. O Bordô é uma casta precoce muito resistente ao míldio (mufa”). Embora o Bordô raramente atinja níveis superiores a 15°Babo, é uma casta valorizada pela sua rica pigmentação. 

A qualidade das uvas é o principal fator na obtenção de um bom vinho. Maturação e saúde são dois aspectos que afetam a qualidade da uva. A maturação ideal da vindima verifica-se pelo aspecto, consistência e principalmente pelo teor de açúcares do mosto. As uvas devem ser colhidas quando o teor de açúcar no mosto estiver no máximo. Além do açúcar, deve-se observar também a acidez e, no caso do vinho tinto, o teor de pigmentos das uvas. 

O processo de acompanhamento da maturação da uva pode ser realizado através de contato visual ou de paladar provando a mesma. O mais indicado é determinar o teor de açúcar a cada três dias com ajuda do mostímetro de babo utilizando uma amostra de uva colhida de todo o vinhedo.

O cacho de uva é composto por duas partes distintas sendo elas; o engace e a baga. O engace contém tanino, uma substância semelhante a mesma encontrada no caqui verde e pode ser passado ao vinho se não for separada do mostro no início do processo.  

A baga é formada por três partes diferentes: Película, polpa e semente. A película é o envoltório protetor da baga. É coberta externamente por uma substância serosa conhecida por pruína, ela diminui as perdas de água e retêm leveduras e micro-organismos. Ficam presentes na película: as substâncias aromáticas e a matéria corante de uvas. A polpa é a parte mais importante da baga, formada quase que exclusivamente de mosto. Isso é constituído principalmente pelos açúcares, ácidos, minerais, compostos nitrogenados, matéria péctica, enzimas, vitaminas, além da água. As sementes se alojam no centro da baga. O número é variável de 0 a 4, conforme a variedade. Por serem ricas em tanino e em óleo, deve-se ter o cuidado de não as esmagar e liberar esses compostos para o vinho.

2.3 A História da Fermentação

A história da fermentação remonta a milhares de anos, e seu uso é anterior ao entendimento científico dos processos envolvidos. Os primeiros registros de fermentação datam de civilizações antigas, como os sumérios, egípcios e chineses, que usavam a fermentação na produção de alimentos e bebidas, como pão, cerveja e vinho (HENDERSON et. al., 2014).

No entanto, o processo de fermentação era mal compreendido até o século XIX. Foi nessa época que Louis Pasteur, cientista francês, realizou estudos fundamentais sobre a fermentação e elucidou os mecanismos subjacentes a esse processo.

Pasteur foi abordado por vinicultores franceses que estavam preocupados com a deterioração de seus vinhos, levando ao vinagre em vez do vinho desejado. Pasteur investigou a questão e descobriu que a fermentação ocorria devido à atividade de microrganismos, especificamente leveduras (GUERRA, C. C., 2011).

Ele identificou que diferentes tipos de leveduras eram responsáveis por diferentes resultados na fermentação do vinho. Algumas leveduras produziam um vinho de qualidade, enquanto outras levavam à formação de ácido acético, resultando no vinagre.

Pasteur também observou que a fermentação ocorria na ausência de oxigênio. Ele explicou que as leveduras utilizavam os açúcares presentes na uva como fonte de energia e convertiam-nos em álcool, em um processo conhecido como fermentação alcoólica. Na presença de oxigênio, microrganismos diferentes transformavam o álcool em ácido acético, causando o azedamento da bebida (GUERRA, C. C., 2011).

Essas descobertas de Pasteur não apenas revelaram os processos biológicos envolvidos na fermentação, mas também tiveram implicações significativas na indústria de alimentos e bebidas.

Para que a fermentação alcoólica seja de boa qualidade, deve-se levar em consideração os seguintes aspectos:

Na vinificação de tintos, durante o período de maceração, no qual a casca das uvas permanece em contato com o mosto, é de fato importante realizar as remontagens, que consistem em mergulhar a parte sólida (cascas, sementes, etc.) que sobe à superfície do mosto de volta para o líquido. Esse processo ajuda a extrair cor, aromas e compostos desejados das cascas, contribuindo para a qualidade e características do vinho tinto (GUERRA, C. C., 2011).

Portanto, tanto as remontagens regulares quanto o controle da temperatura de fermentação são práticas importantes na vinificação de tintos, visando obter um produto final de qualidade, com características desejáveis e evitando problemas indesejados, como o avinagramento (WARD, O. P., 1991).

O vinho é o produto obtido por fermentação alcoólica (FA), total ou parcial, de uvas frescas, esmagadas ou não, ou de mostos de uvas, caracterizado por ter um título alcoométrico adquirido igual ou superior a 8,5% vol. ou 9% vol., consoante às especificações da região vitivinícola, e um título alcoométrico total não superior a 15% vol. (Regulamento (CE) n.º 479/2008 de 29 de abril). Segundo Petretto et al., (2021), a sua composição é bastante variável e depende de vários fatores, como a variedade da uva, as condições edafoclimáticas, o transporte da matéria-prima, as técnicas de vinificação e interações entre compostos (Sumby et al., 2010; Petretto et al., 2020).

2.4 Prática da fermentação alcoólica.

Segundo Lopes (2016), no processo de fermentação temos as seguintes etapas abaixo:

– Fase preliminar, caracteriza-se por discreta elevação de temperatura, presença de dióxido de carbono e um aumento exponencial na produção celular, em temperaturas adequadas e com o mosto devidamente preparado temos o índice de fermentação máxima do processo.

– Fase tumultuosa é quando ocorre alta produção de dióxido de carbono, por conta dos desdobramentos dos açucares do mosto. À medida que a temperatura eleva, a densidade do mosto diminui pelo aumento da produção de álcool e da acidez. Caso haja elevação exagerada de temperatura, é necessária a refrigeração.

– Fase complementar, ocorre uma estabilização do mosto, a intensidade da qual o dióxido de carbono se desprende começa a diminuir, a temperatura e concentração de açúcar também diminuem (LOPES, C., 2016).

A fermentação alcoólica caracteriza-se por uma reação química exotérmica, pois de acordo com a Lei de Hess sua variação de entalpia é de – 67,2 kJ na geração do produto é feita uma liberação de 2 mols de energia de ATP (Adenosina Trifosfato) sendo liberados na quebra das moléculas de glicose que são constituídas por pontes de Hidrogênio, sendo consideradas essas os tipos de ligações químicas com maior eletronegatividade, ou seja, as que necessitam de maior gasto energético para serem quebradas, para diminuir a energia de ativação, os microrganismos atuam como agentes catalisadores.

Abaixo tem-se a geometria molecular da glicose e do álcool etílico, ambos apresentam uma geometria tetraédrica com base no átomo central de Carbono e ângulo de 109,28°.

2.5 Morfologia e Estrutura das Leveduras

As leveduras Saccharomyces cerevisiae caracterizam-se por serem unicelulares que realizam seu processo de reprodução de forma assexuada que se desenvolvem na fermentação alcoólica. Geralmente elas são encontradas nos solos, em plantas, flores e frutos como por exemplo a uva, além de também estarem no intestino de alguns animais.

 2.6 Fermento biológico

Antes do processo de fermentação, ocorre o cultivo dos fermentos biológicos originários das leveduras (ROCHA. C, et al, 2011).

No processo de fermentação alcoólica, tem-se o ciclo de desenvolvimento microbiano que é estimulado pela quantidade de substrato (açúcares) presente no processo como afirma FORSYTHE, Stephen J. (2013), este ciclo é dividido em seis fases que estão representadas no gráfico abaixo:

Figura 4 – Ciclo de crescimento Microbiano (FORSYTHE, Stephen J, 2013)

1. Fase lag: no início do processo, ocorre somente a sintetização das enzimas por parte das leveduras para o novo ambiente. Essa fase é mais variável do que a taxa de crescimento, possivelmente devido aos efeitos da história fisiológica da célula e do ambiente, não ocorre o aumento na quantidade de leveduras nessa etapa.

2. Fase de aceleração: ocorre um leve aumento do número de leveduras nessa etapa.

3. Fase exponencial (ou log): A população de leveduras estão se multiplicando por fissão binária. O número de células aumenta de forma exponencial.

4. Fase de desaceleração: por diminuição do substrato disponível para as leveduras, ocorre uma queda no crescimento do número de células.

5. Fase estacionária: a taxa de crescimento é igual à de mortalidade, funciona como uma extensão da fase de desaceleração, onde temos o esgotamento dos nutrientes, o acúmulo de produtos tóxicos às leveduras e variações no pH.

6. Fase da morte: nesta etapa ocorre um maior número de mortalidade do que de natalidade das células.

A duração de cada fase depende do organismo, do ambiente de multiplicação, da temperatura, do pH, da atividade de água e a quantidade de glicose no processo.

A levedura Saccharomyces cereviseae é utilizada para a fermentação para produzir o álcool em vinho entre outros. O processo dessa levedura é a extração da glicose. Estes microrganismos no processo de fermentação alcoólica tem a função de um agente catalisador, ou seja, de acelerar a velocidade da reação química (GUINDINI. C, 2013).

2.7 Bioquímica das fermentações:

A levedura Saccharomyces cereviseae na fermentação alcoólica através da respiração anaeróbica realiza o processo de glicólise, onde através da organela conhecida como citoplasma realiza a catalização da glicose presente na frutose da uva gerando etanol, dióxido de carbono e uma fonte de energia conhecida como adenosina difosfato (ADP), essa energia que será consumida pelos microrganismos para atividades fisiológicas (ROCHA. C, et al, 2011).

Na imagem abaixo pode ser observado o fluxo da fermentação alcoólica:

Figura 5 – Desenvolvimento das reações da fermentação alcoólica (SAMPAIO, 2011)

2.8 Efeitos dos produtos de fermentação sobre a levedura:

– Etanol: De acordo com (FERNANDES, 2008), o etanol é o principal produto da fermentação de açucares por leveduras. Quando possui uma concentração acima de 15 g/L, tem-se um efeito inibitório na taxa de crescimento celular das leveduras e promovem alterações na composição do meio, temperatura e nas condições de cultura dos microrganismos.

– Substrato: Caso os açúcares presentes no processo apresentem concentrações maiores que 150 g/L podem ter um efeito inibitório pois podem causar perturbações no gradiente osmótico através da membrana plasmática das leveduras. Isto pode levar a baixo desenvolvimento de leveduras durante a fermentação, assim diminuindo a eficiência do processo e a taxa de conversão.

– Glicerol, Ácido Succínico e Acetato: São subprodutos do metabolismo fermentativo. Dentre eles o glicerol e o ácido succínico, são os principais subprodutos gerados na fermentação alcoólica, a presença deles no produto final resulta na queda da conversão do açúcar em etanol (GANCEDO e SERRANO, 1989). Entre os subprodutos também temos o acetato que é gerado a partir do piruvato, sua produção resulta em uma concentração em excesso de NADH (GANCEDO e SERRANO, 1989; FERNANDES, 2008).

2.9 Compostos Fenólicos

As antocianinas são compostos fenólicos responsáveis pela cor avermelhada ou arroxeada nas uvas e nos vinhos tintos. Sua presença em grandes concentrações nos vinhos tintos em comparação aos brancos contribui para a sua tonalidade intensa.

Além das antocianinas, os compostos fenólicos também incluem flavonóis, ácidos fenólicos e estilbenos.

A presença e quantidade de compostos fenólicos no vinho podem variar de acordo com vários fatores, como a variedade de uva utilizada, o estado de maturação e sanidade da uva, as condições climáticas, o solo, as técnicas de vinificação, bem como as condições de fermentação e envelhecimento. Todos esses fatores podem afetar a extração e a concentração dos compostos fenólicos no vinho (Teixeira, L. N. et. al., 2008).

É importante mencionar que os compostos fenólicos também desempenham um papel na estabilidade e na longevidade do vinho. Eles podem contribuir para a proteção contra a oxidação e influenciar em sua evolução durante o processo de estabilização e envelhecimento.

Portanto, os compostos fenólicos desempenham um papel fundamental nas características sensoriais e na qualidade do vinho. A compreensão de sua presença, concentração e interação com outros componentes têm sua importância para os enólogos na produção e no manejo adequado dos vinhos (BENASSI, T. M, 1997).

2.10. Compostos flavonoides

Os compostos flavonoides são divididos em classes com base no estado de oxidação do anel C. Algumas das classes mais comuns incluem flavonas, flavonóis, flavononas, e antocianinas. Cada classe de flavonoide possui características e propriedades específicas que contribuem para a complexidade sensorial e composição química do vinho. De acordo com o estado de oxidação do anel C (Garrido & Borges., 2013) (Teixeira et al., 2008).

Grande parte da estrutura e da cor dos vinhos deve-se a esta família de compostos que se encontram nas grainhas, na polpa e na película das uvas. Estes compostos podem encontrar-se no estado livre ou polimerizados com outros flavonoides, açúcares, não flavonoides, ou ainda combinações dos anteriores (Cabrita et al., 2003).

Portanto, os compostos flavonoides desempenham um papel importante na estrutura, cor e características sensoriais dos vinhos, e seu estudo e compreensão são fundamentais para a enologia e a apreciação do vinho.

2.11 Vinificação em Batelada

Biorreatores podem ser operados em processos contínuos e descontínuos, e um processo descontínuo foi escolhido para realizar a fermentação da uva, também conhecido como processo em batelada, foi utilizado neste estudo. O processo batelada é amplamente utilizado em fábricas e vinícolas no Brasil devido à facilidade de manuseio asséptico no processo. Nesse sistema, são utilizados recipientes de pequeno volume (biorreatores), resultando em menor rendimento de produto por batelada. Quanto ao modo de funcionamento, o meio de fermentação esterilizado presente no fermentador é inoculado com micro-organismos (leveduras) e depois cultivado para que a fermentação ocorra em condições ideais. O enchimento da cuba é instantâneo (SILVA. C, et al, 2016).

Outro aspecto importante é que durante a fermentação nada é adicionado ou retirado das cubas além de ácidos e bases usados para controlar o pH, antiespumantes e outros compostos em quantidades que não afetem o volume final (Martínez. et al). Além desses equipamentos automatizados, com o avanço das pesquisas sobre fermentação e vinificação, outros equipamentos foram criados, como os barris de fermentação, que eram feitos de materiais adequados e não prejudicavam a qualidade do vinho, mas muitos enólogos ainda preferem usar barricas de carvalho.

Neste projeto foi empregado o biorreator em fase não-aquosa do tipo com leito fixo onde não há agitação mecânica e os biocatalisadores ficam imobilizados, esse tipo de biorreator possui como umas das grandes vantagens: a facilidade de controle do processo; após atingir a fase estacionária da concentração de células, eles podem ser operados por grande período de tempo e serem de baixo custo (ZANELATO, I. A., 2011).

Schmidell Netto, et. al.(2001) afirma que o processo de batelada tem diversas vantagens em relação aos outros tipos de processo, dentre elas podemos citar: as condições de assepsia, a possibilidade de realizar manutenções quando necessário, baixos riscos de contaminação, a flexibilidade de operação, a identificação de todos os componentes de um determinado lote e as altas condições de controle do processo (FERREIRA, E., 2023).

O processo de fermentação alcoólica no biorreator pode ser dividido em três partes: unidade de tratamento ácido, unidade de fermentação e unidade de separação de células de leveduras. Após deixarem a unidade de tratamento ácido, as leveduras entram em contato com o mosto e misturadas. Então ela é enviada aos fermentadores. Depois do fim do processo fermentativo, o vinho bruto retirado dos biorreatores é enviado para a unidade de separação de leveduras (ANDRIETTA, S.R., et. al., 1994).

2.12 Uso De Barris De Carvalho e Técnicas De Envelhecimento

Quando o vinho está em barricas de madeira ou de carvalho, ele está exposto à um ambiente oxidativo, que gera uma oxidação da bebida com o passar do tempo, o contato com o oxigênio ocorre através das aberturas nas aduelas e dos microporos presentes na madeira da barrica, gerando uma micro oxigenação do vinho.

Esse processo de micro oxigenação pode trazer ao vinho características mais agradáveis para o consumidor final como: suavização de taninos, integração de aromas e sabores, e o desenvolvimento de nuances sensoriais. Porém esse processo necessita de um controle rígido, pois uma oxigenação excessiva pode levar a um processo de avinagramento da bebida, isto é, geração de características indesejáveis ao vinho (SCARTAZZINI, L. S., 2001).

Após o envelhecimento em barricas, o vinho passa pelo engarrafamento e então passa a envelhecer dentro de garrafas. O ambiente dentro de garrafas possui contato mínimo com oxigênio, sendo esse considerado um ambiente redutor. Esse ambiente contribui para a preservação dos aromas da bebida e favorecendo para que ela possa evoluir em características sensoriais ao consumidor final lentamente (HOCHSCHEIDT, G. B. et al, 2022. p. 31).

O tempo de envelhecimento em barricas e garrafas pode variar de acordo com o tipo de vinho e as necessidades do produtor e do consumidor final. Cabe ao enólogo definir as condições ótimas e o tempo que será necessário para o envelhecimento de cada vinho, buscando assim alcançar as características desejadas para determinado vinho.

A madeira utilizada na maturação do vinho possui uma leve porosidade que contribui para a entrada de oxigênio no ambiente que ao entrar em contato com o vinho acaba por gerar fenômenos físico-químicos que melhoram a cor e o sabor dos vinhos tintos e oxida os compostos ali presentes, de acordo com a Resolução OENO 4/2005, apenas as madeiras Quercus e Castanheiro são aprovadas para esse processo (Del Álamo et al., 2008).

Além da oxidação, existem outras reações que ocorrem dentro das barricas, entre elas temos a condensação de taninos e flavonóides e diversas polimerizações que acontecem de acordo com o tempo que a bebida permanece armazenada dentro das barricas. Durante essa etapa são transferidos para o vinho elagitaninos, ácidos hidroxibenzóicos, hidroxicinámicos, entre outros compostos (Echave et al., 2021).

Para que o vinho tenha um processo de envelhecimento gradual e adequado após engarrafado, é fundamental que a garrafa seja feita de vidro e seja fechada com rolhas de cortiça onde através de sua porosidade, o oxigênio possa entrar em contato com a bebida em pequenas quantidades (Echave et al., 2021) (Azevedo et al., 2021) (Lopes et al., 2007) (Oliveira et al., 2013) (Crouvisier-Urion et al., 2018) (Furtado et al., 2021).

O armazenamento das garrafas é um elemento chave para a preservação do vinho, as garrafas devem ficar deitadas para que a bebida tenha contato com a rolha, além de que sua temperatura, umidade e exposição a luz devem ser adequadas para esse propósito. O ambiente da adega deve ser limpo, seco e arejado para que fontes de contaminação microbiológica ou compostos indesejáveis sejam transferidos para o vinho.

A temperatura ideal para o armazenamento do vinho varia de acordo com seu tipo de vinho, sendo ele tinto, rosê ou branco, a temperatura adequada para cada um respectivamente é de 14 e 18 ºC, 10 e 12 ºC, 8 e 12 ºC, caso armazenado em elevadas temperaturas, sua qualidade degrada-se originando aromas desagradáveis, sedimentação excessiva e cor acastanhada.

Dentre as consequências da temperatura elevada tem-se a degradação das antocianinas, dos compostos aromáticos e trazendo instabilidade proteica. A luz também é responsável por induzir oxidação excessiva e gerar espécies oxidativas reativas (VAN WYK, S., et. al., 2021).

Um ambiente muito úmido pode diminuir a permeabilidade do oxigênio através das rolhas de cortiça e levar à uma contaminação microbiológica da bebida, portanto as garrafas de vinho devem ficar armazenadas em local com umidade relativa abaixo de 70% (MARTÍNEZ GIL, A., et. al.,2018).

2.13 Avaliação do tempo necessário para maturação do vinho

No fim do processo de fermentação quando o vinho passa pela envase, o processo de produção da bebida ainda não está completo, o produto necessita de passar ainda por mais duas etapas, sendo conhecidas como: maturação e o envelhecimento.

De acordo com Echave et al., (2021), a maturação pode ser realizada em diversos ambientes, entre eles os tanques de aço inoxidável, de concreto, de madeiras e até em ânforas de barro, porém a maneira mais conhecida e com maior aplicação na indústria vinícola é em barricas de carvalho. Porém independente do material utilizado, o vinho deve estar sempre armazenado em local com temperatura entre de 12 a 18 graus Celsius e ao abrigo de luz.

O processo de envelhecimento do vinho possui grande variação de acordo com a necessidade de tempo para seu envelhecimento, podendo durar alguns anos, um vinho tinto necessita de no mínimo três meses, mas para que a bebida fique mais encorpada e com sabor agradável, necessita de três a cinco anos.

3. Metodologia

3.1 Equipamentos

A tabela 1 apresenta a relação dos materiais utilizados neste trabalho:

Barril de carvalho
Martelo
Termômetro
Refratômetro
Peneira
Funil
Papel Filtro
Balança Digital
Plástico filme
Estufa controlada
Becker
Recipientes de inox
Densímetro
Espectrofotômetro
Tabela 1 – Equipamentos utilizados

Desde a seleção das uvas até o engarrafamento final, cada etapa desempenha um papel crucial na obtenção de um vinho de qualidade. É importante ressaltar que a produção caseira de vinho requer dedicação, atenção aos detalhes e paciência (LENCE, R., 2023) (FERREIRA, et al, 2018).

Foi utilizado o conceito de reatores bateladas que operam em regime fechado sem entrada e saída de matéria durante a reação, alimentando os reagentes no início para então reagir.

  • Fluxograma

Abaixo o fluxograma de produção do vinho e a descrição de suas etapas de produção:

Figura 6 – Fluxograma de Processo de Produção de Vinho Tinto Fonte: Próprio Autor

3.2 Processo da Produção de Vinho Tinto

  • Seleção das uvas

Uvas Bordô – Embora dificilmente alcance grau de açúcar superior a 15°Babo, ela é muito valorizada por ser rica em matéria corante. O cultivo de vinho de uva Bordô apresenta aroma frutado intenso e são recomendados para corte com os de Isabel, para aumentar a intensidade de cor. Abaixo a uva que foi selecionada para produção do vinho (RIZZON; DALL’ AGNOLL, 2010) (HOFFMANN. A, et al, 2003) (Amorim, et al, 2006) (MELLO, L. M.; MACHADO, C.E., 2019).

Figura 7 – Seleção de Uvas

  • Esterilização 

Antes do desengace e esmagamento, foi realizada a esterilização dos recipientes de inox  com água a temperatura de 70 °C de modo a eliminar microrganismos, contaminantes e  agentes inibidores do processo.

  • Desengace e Esmagamento

Nesta etapa foi feita a remoção do engace (hastes) das uvas de acordo com a metodologia apresentada por (GUERRA, C. C., 2011), foram esmagadas com um martelo esterilizado em um recipiente de inox esterilizado de acordo com as imagens abaixo:

  • Fermentação Alcoólica  

O mosto (Suco de Uva) foi colocado em um recipiente de aço inox e levado a   uma estufa de temperatura controlada mantendo 25°C durante 12 dias, as uvas foram baixadas no 4° dia e no 8° dia com objetivo de fortalecer a coloração do vinho.

  • Prensagem

Durante a etapa de fermentação, foi realizada a prensagem do mosto como objetivo de uma melhor tonalidade do produto final.

  • Maturação

Foi realizada a decantação utilizando uma peneira e depois o peneiramento do líquido das
uvas e com um funil foi colocado em um barril de carvalho já curado e sanitizado.

  • Filtração e Clarificação

Realizou-se a filtração com papel filtro e um coador, esse processo foi feito duas vezes para
garantir uma melhor filtração do líquido e extração dos cristais que se formaram no barril
de maturação.

  • Engarrafamento

Utilizou-se um funil e uma garrafa esterilizados para fazer a transferência do produto para
a parte do engarrafamento, após isso foi colocado a rolha para a finalização do processo.

3.3 Análises Químicas 

Após o fim do processo de engarrafamento do vinho, foi colhida uma amostra que passou  pelos testes e análises químicas abaixo: 

− Análise de Grau Brix 

O grau Brix é utilizado no vinho tinto como um parâmetro para avaliar o teor de açúcar  presente na bebida, com esse método pôde-se ter uma estimativa da quantidade de açúcar  residual que não foi fermentada pelas leveduras. Isso é relevante, pois afeta diretamente o  sabor e a doçura do vinho. Enquanto maior o Grau Brix de um vinho, maior sua doçura e  enquanto menor o Grau Brix, mais seco será seu sabor (LENCE, R., 2023). 

– Análise de Ph 

A aferição da análise de pH com fitas indicadoras envolve a escolha adequada do indicador  de pH e a preparação da amostra, seguida pela aplicação da fita na amostra. Após um  período de espera, a fita é comparada com uma tabela de cores fornecida pelo fabricante,  e a cor resultante é relacionada à escala de pH. 

Dessa forma, é possível estimar o pH da amostra. Os passos incluem a remoção da fita, a  comparação visual, a estimativa do pH e o registro dos resultados. A manutenção adequada  das fitas e a calibração periódica garantem a precisão dos resultados. Seguir as instruções  específicas do fabricante é crucial para obter dados confiáveis na análise de pH utilizando  fitas indicadoras. 

− Análise de Densidade e Medição de Teor Alcoólico  

A densidade desempenha um papel crucial na avaliação da composição e qualidade dos  vinhos, pois fornece informações sobre o teor alcoólico, concentração de açúcar e outros  elementos que influenciam seu perfil sensorial. Nossa análise foi conduzida com um  densímetro de escala 900-1000. 

O método adotado pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento (Mapa) é  relativamente simples, envolvendo a avaliação da densidade da bebida. A densidade é a  relação entre a massa da bebida (medida em gramas) e o volume que ela ocupa (expresso  em centímetros cúbicos ou mililitros). De acordo com o INMETRO, os vinhos de mesa e  vinhos finos devem conter entre 8,6% e 14% de álcool em volume. 

O cálculo do teor alcoólico com base na diferença entre a densidade inicial e final,  multiplicada por 0,133, é amplamente empregado na cervejaria e vinicultura para estimar o  teor alcoólico. Não possui um criador único, mas evoluiu ao longo do tempo como parte do  controle de fermentação de bebidas alcoólicas. Essa fórmula é uma estimativa e pode variar  conforme as condições do processo. (RIZZON; DALL’ AGNOLL, 2010) 

Para medir o teor alcoólico, utilizou-se um densímetro de massa específica. A densidade  inicial (Original Gravity) foi medida antes da fermentação, resultando em um valor de 1073  g/cm3. Após a fermentação, realizamos outra medição com o densímetro, obtendo um valor  de 996 g/cm3, que representa a densidade final (Final Gravity). 

− Análise de Tanino Total 

Os taninos são os compostos fenólicos responsáveis pela estrutura e pela capacidade de  envelhecer dos vinhos. São formados pela combinação de vários tipos de substâncias  fenólicas. Os taninos da uva e dos vinhos são os taninos condensados, polímeros dos 3- flavanóis (catequinas) e dos 3,4-flavanodióis (proantocianidinas). É conhecida a  propriedade dos taninos de se combinarem com outros polímeros, como as proteínas e os  polissacarídeos, o que determina o seu poder adstringente e a sua capacidade de inibição  enzimática, princípio que constitui a característica das colagens com produtos proteicos. A  capacidade de combinação dos taninos com as proteínas, bem como suas propriedades,  depende diretamente da natureza da polimerização, podendo variar de 2 a 10 moléculas  de flavonas. 

No decorrer do processo de amadurecimento do vinho tinto verifica-se um aumento  progressivo da polimerização dos taninos. A determinação do tanino baseia-se na  propriedade das proantocianidinas monômeras ou polimerizadas de originarem  antocianinas por aquecimento em meio ácido. Como essa reação apresenta um rendimento relativamente baixo, de ordem de 20%, dependendo da estrutura dos taninos e das  condições da reação, é importante seguir cuidadosamente a metodologia. 

O método baseia-se na transformação das leucoantocianinas em antocianinas por  intermédio da hidrólise ácida. 

Em dois tubos de ensaio, um dos quais sofrerá a hidrólise e o outro não, colocar 4 ml de  vinho diluído a 2,0%, 2 ml de água destilada e 6 ml de ácido clorídrico concentrado. No tubo  submetido à hidrólise, colocar gelo no aparelho de refluxo, e colocar no aparelho de banho  maria a 100 ºC durante 30 minutos. 

Passado esse período, deixar esfriar e adicionar 1 ml de etanol nos dois tubos. 

Medir a densidade ótica dos dois tubos no espectrofotômetro a 550 nm, utilizando cubetas  de quartzo de 1 cm de percurso ótico, aferindo o aparelho com água destilada. 

Cálculo do resultado: 

A concentração de tanino total do vinho, expressa em g L-1, é obtida relacionando as  diferenças de densidade ótica dos dois tubos a uma curva padrão estabelecida com os  volumes abaixo: 

Tanino total (g L-1) = 19,33 x ∆d 
onde: ∆d = diferença de leitura entre os dois tubos. 

Foi utilizada a metodologia descrita acima, proporcionada pela Embrapa, alcançando  resultados satisfatórios por serem similares nos 3 tipos de vinho. 

(RIZZON; DALL’ AGNOLL, 2010) (HOFFMANN, et al 2003) (Amorim, et al, 2006) (MELLO,  L. M.; MACHADO, C.E., 2019). 

4. Resultados e Discussões 

Seguindo a metodologia com a finalidade de analisar o processo do vinho tinto, foram  utilizados 1,6 kg de Uva Bordô. Ao término dos 12 primeiros dias de fermentação alcoólica,  obteve-se 1,05 L do produto final. Além disso, foi obtida uma quantidade de 377g de extrato  seco, que corresponde às uvas após o processo de fermentação e que foram devidamente  descartadas. 

O tempo para produção do vinho tinto desde o esmagamento até o engarrafamento foram  26 dias, sendo 12 dias para a fermentação alcoólica em recipiente de aço inox e 14 dias  para fermentação alcoólica em barril de carvalho. Após a conclusão da metodologia descrita  anteriormente, foi iniciado o processo de análise que foi realizada por meio de diversos  parâmetros, incluindo pH, densidade, teor alcoólico, tanino total e grau Brix. 

Para a análise, foi coletada uma amostra do vinho produzido. O pH foi medido utilizando se um medidor de pH, enquanto a densidade foi determinada por meio de um densímetro.  O teor alcoólico foi quantificado utilizando-se um refratômetro e densímetro, para avaliar o  tanino total, foi empregado o método utilizando o equipamento Espectrofotômetro. Por fim,  o grau Brix foi medido utilizando-se o refratômetro (RIZZON; DALL’ AGNOLL, 2010). 

Esses parâmetros foram escolhidos com base em sua relevância na caracterização e  qualidade dos vinhos. 

Na tabela abaixo foram apresentados os métodos para análise e comparação.

VinhosGrau BrixTeor AlcoólicoPHTanino Total
Vinho Tinto Próprio6%10.24%30,85

Tabela 2 – Análises de Vinhos

Após o fim do processo de engarrafamento do vinho, foi colhida uma amostra que passou  pelos testes e análises químicas abaixo: 

− Análise de Grau Brix 

No gráfico a seguir são apresentadas as mudanças do grau brix do vinho tinto de produção  própria desde o processo de esmagamento até o engarrafamento, concluindo a  fermentação alcoólica e estacionando o valor do grau brix em 6%. 

− Análise de pH 

Para aferição de pH foi utilizada a fita de indicador de indicador de PH em cada um dos  vinhos, no vinho de produção própria alcançou-se um pH entre 3 e 4., como ilustrado na  figura abaixo:

− Análise de Densidade e Medição de Teor Alcoólico 

Abaixo está o cálculo para determinar o teor alcoólico: 

Densidade inicial – Densidade final x 0,133 = % de álcool estimado. 
(1073 – 996) x 0,133 = 10,24% 

O vinho tinto de nossa própria produção apresentou um teor alcoólico de 10,24%

− Análise de Tanino Total 

Leitura de Tanino Total de Vinho Tinto Próprio – Tanino total (g L-1) = 0,85

De acordo com os dados obtidos pelas análises realizadas pelo espectrofotômetro,  foi feito o gráfico abaixo com base no vinho produzido: 

 4.1 Dimensionamento Do Reator  

O processo de fermentação alcoólica da uva em vinho tinto foi realizado em reator do tipo  batelada, por esse fato foi calculado o volume ótimo de um reator BSTR para o  desenvolvimento ideal da produção do vinho levando em conta as diversas variantes em  relação com as características do processo realizado.

De acordo com os resultados obtidos nos cálculos acima, o volume ideal de um reator do  tipo batelada para produção de aproximadamente 1,005 Litros vinho tinto é de 1,27 Litros. 

 4.2 Entalpia Da Reação  

Foi realizado abaixo o cálculo da variação de entalpia da reação química da fermentação  alcoólica de acordo com os seguintes parâmetros: 

∆H C6H12O6 = – 1274 kJ/mol 
∆H C2H5OH = – 277,6 kJ/mol 
∆H CO2 = – 393 kJ/mol

Portanto de acordo com os resultados obtidos, a reação química de fermentação alcoólica  é uma reação exotérmica, isto é, é uma reação onde há liberação de energia. 

4.3 Balanço De Massa Da Reação 

Abaixo foi realizado o balanço de massa da fermentação alcoólica de acordo com a lei de  conservação de massas de Lavoisier:

Foi utilizado abaixo o cálculo estequiométrico para a obtenção dos valores de etanol e  dióxido de carbono em gramas que foram gerados na fermentação alcoólica com uma taxa  de conversão de 75%

Para obtenção da quantidade de álcool gerado na reação, foi levada em consideração a lei  de conservação de massas de Lavoisier, tem se o seguinte cálculo abaixo:

De acordo com os cálculos realizados acima, foi gerado aproximadamente 101,64g de álcool e 98,56g de dióxido de carbono.

5. Considerações Finais/Conclusões 

O objetivo deste trabalho foi realizar um estudo abrangente da produção de vinho e a  análise de controle de qualidade, um assunto de extrema relevância na indústria vinícola.  A qualidade do vinho é um fator fundamental para a satisfação dos consumidores e a  competitividade no mercado. Portanto, a pesquisa nessa área é de grande importância para  a indústria vinícola. 

No decorrer deste estudo, nossa equipe estabeleceu objetivos claros, que incluíam os  métodos de produção, a avaliação de diferentes parâmetros de qualidade do vinho e a  identificação de áreas de melhoria nos processos de produção. Ao avaliar os resultados  obtidos, podemos afirmar que conseguimos atingir esses objetivos de maneira satisfatória. 

Os resultados de nossas análises revelaram dados ótimos para a produção de vinho.  Observamos melhorias significativas em diversos parâmetros de qualidade, como aroma,  sabor e estabilidade, mesmo que em pequena escala apresentam a importância de  otimização na qualidade do processo desde a fermentação até o envelhecimento. No  processo de produção, foi utilizado o reator do tipo batelada, onde pode se concluir que ele  é o mais adequado a ser utilizado em um processo de fermentação alcoólica, pois  apresenta uma alta taxa de conversão. Além disso, nossa pesquisa identificou áreas  específicas que podem ser otimizadas para aprimorar a qualidade do vinho. 

A hipótese estabelecida no início do estudo, de que a implementação de certas medidas de  controle de qualidade levaria a uma melhoria na qualidade do vinho, foi confirmada pelos  resultados obtidos. 

O problema de pesquisa inicialmente proposto era entender como a análise e o controle de  qualidade podem influenciar a produção de vinho. Destaca a importância de investir em  métodos de controle de qualidade eficazes na produção de vinho, que por sua vez, por ser  um produto sensorial, com métodos ineficazes ou baixo controle de qualidade influenciam  diretamente em seu sabor, aroma, textura e teor alcoólico. 

Para pesquisas futuras, sugerimos explorar ainda mais a otimização de processos, a  implementação de tecnologias avançadas e a adaptação às tendências do mercado. A  busca por métodos de produção mais sustentáveis e a compreensão aprofundada dos  consumidores também são áreas promissoras para estudos futuros. 

Em resumo, este trabalho demonstra a importância do controle de qualidade na produção  de vinho e como a análise criteriosa dos processos pode levar a melhorias significativas na qualidade do produto. Esperamos que as descobertas aqui apresentadas possam contribuir  para aprimorar a indústria vinícola e inspirar pesquisas adicionais neste campo. 

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RODRIGUES, Tábita Veiga Dias. Processos em batelada e batelada alimentadas em frascos  agitados para produção de carotenoides em meio agroindustrial por Rhodotorula  mucilaginosa. Disponível em:  <https://repositorio.furg.br/bitstream/handle/1/8539/T%C3%A1bita%20Veiga%20Dias%20Rodrigues.pdf?sequence=1&isAllowed=y.> Acessado em 26 de abril de 2023. 

SCHMIDELL NETTO, Willibaldo e FACCIOTTI, Maria Cândida Reginato. Biorreatores e  processos fermentativos. Biotecnologia industrial: engenharia bioquímica. Tradução . São Paulo:  Edgard Blucher, 2001. . . Acesso em: 09 jun. 2023. 

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ANEXO 1

7. Relatório de Visita Técnica

No dia 14/04/2023 foi realizada pelo grupo uma visita técnica à Vinícola Lucano localizada na rua Mirandinha, 888 – Penha de França, São Paulo – SP, 03641-000, a visita foi realizada com o objetivo de obter maiores conhecimentos sobre o processo produtivo do vinho tinto em reatores de batelada para que esses conhecimentos pudessem ser aplicados nas partes práticas e teóricas do trabalho. A visita técnica foi guiada pelo sócio da Vinícola Sr. Rocco Lence que era o responsável pelo processo de produção do vinho tinto, durante a visita foi apresentado o método de produção, os equipamentos utilizados, a importância do envelhecimento da bebida e as características de cada vinho de acordo com o tipo de uva utilizada na fermentação.