Universidade Federal do Paraná 

Setor de Tecnologia 

Departamento de Engenharia Química 

Introdução a Engenharia Química 

 

 

 

 

 

 

 

Professor:  

Msc. Alberto Tadeu Martins Cardoso 

Alunos:  

Arthur Effting – GRR: 20100590 Diego Rafael Santos – GRR: 20101373 Felipe Oshiro Capitelli – GRR: 20101765 Henrique Vechio – GRR: 20102430 Vitor Ferreira Antonagelo – GRR: 20105439 

HISTÓRICO É difícil saber quando foram obtidas as primeiras bebidas alcoólicas

fermentadas, embora haja citações sobre seu consumo antes mesmo da era cristã. Sobre a origem dos destilados, também há imprecisões.

No Brasil, a produção de aguardente de cana teve início no período colonial, logo após a introdução da economia açucareira. Hoje a cachaça é a segunda bebida alcoólica mais consumida no país. A produção nacional, segundo o SEBRAE (2004), é cerca de 1,3 bilhões de litros por ano. Desse volume, 30% têm origem artesanal, sendo Minas Gerais o estado mais especializado neste produto.

Nos últimos anos tem crescido a produção de cachaça artesanal no Paraná, com destaque para a cidade de Morretes, que vem se afirmando como produtora de qualidade. Dentre as destilarias da região a Porto Morretes, fundada em 2004, é uma das que apresenta maior crescimento. Com apenas quatro anos de existência a empresa passou a exportar para o Canadá e Estados Unidos.

O processo de produção artesanal de aguardente orgânica de cana-de-açúcar apresentado neste trabalho é baseado no processo utilizado pela Porto Morretes.

Bebidas alcoólicas São denominados de bebidas alcoólicas os líquidos potáveis que contêm de

0,5% a 75% de etanol em volume. O teor de álcool etílico pode ser devido à fermentação, à destilação ou à adição.

Bebidas destiladas – são as obtidas por destilação de vinhos de frutas, de fermentados de grãos, tubérculos, raízes, de seiva de agave, de mel e de diversas substâncias açucaradas, como caldo de cana e subprodutos da indústria açucareira.

Aguardentes

São bebidas alcoólicas obtidas por destilação de um líquido que contém álcool etílico em sua composição. De maneira geral, o conteúdo em álcool deriva da fermentação de açúcares contidos na matéria-prima. O teor de álcool das aguardentes varia, mas todo ele ou quase, é separado pela destilação. Nessa operação, inevitavelmente, são destiladas algumas substâncias voláteis. Elas contribuem para conferir aos diferentes destilados suas características de aroma e sabor, que são modificadas ou intensificadas pela maturação, ou envelhecimento em tonéis de madeira, sob condições adequadas.

Aguardente de cana-de-açúcar

Conforme a legislação é a bebida de graduação alcoólica de 38º a 54º GL, obtida do destilado alcoólico simples de cana-de-açúcar ou pela destilação do mosto de cana fermentado, podendo ser adicionado até 6g de açúcar por litro. Será denominada aguardente envelhecida a que contiver um mínimo de 20% de destilado alcoólico simples envelhecido de cana. Se contiver mais de 6g de açúcar por litro, o produto terá sua denominação acrescida da expressão “adoçada”.

Aguardente orgânica Esse tipo de cachaça, ao contrário da tradicional, é produzida a partir de cana-

de-açúcar cultivada sem o uso de agrotóxicos. Além disso, durante o processo de produção não são utilizados aditivos químicos.

O PROCESSO DE PRODUÇÃO DA CACHAÇA A matéria-prima O trabalho conjunto entre a lavoura e a indústria é muito importante, deve ser

bem programado as etapas de corte da cana, a escolha de variedades adequadas (com maiores teores de sacarose) e o processamento quase que imediato, para evitar deterioração e perdas de açúcar.

Por isso é adequado plantar 10% da área total com canas de maturação precoce, 70% com canas de maturação média e 20% com canas de maturação tardia. Essa distribuição permite que a colheita seja nas melhores condições de maturação, com maior riqueza sacarina e melhor rendimento industrial.

O período de safra varia por influência de muitos fatores, mas pode ser considerado como 120 dias efetivos, pois as canas não devem ser colhidas com menos de 18º Brix (14% de açucares, aproximadamente).

A destilaria Porto Morretes possui 18 hectares de terras plantados com cana-de-açúcar. Toda a plantação é cultivada sem o uso de agrotóxicos, além disso, o material usado para o adubo do canavial provem dos restos orgânicos oriundos do processo. A colheita é feita manualmente sem o método da coivara. Dessa forma, é possível selecionar mais precisamente a matéria prima, além de manter as características de produto “orgânico”.

Lavoura de cana - Destilaria Porto Morretes

Lavagem A lavagem visa à retirada de matérias estranhas como terra e areia, com a

finalidade de obtenção de um caldo de melhor qualidade e aumento da vida útil dos equipamentos, pela redução do desgaste. Esta operação nunca é feita na cana picada, pois isso provocaria um arraste muito grande de sacarose pela água.

Há uma forte tendência de redução, ou mesmo, eliminação do sistema de limpeza da cana com água. A alternativa é a introdução de sistemas de limpeza a seco que, além de eliminar a água, permite a remoção de parte das impurezas vegetais.

O método utilizado pela Porto Morretes é a lavagem feita com água, a qual não é submetida à reciclagem no processo.

Extração do caldo de cana A cana é constituída basicamente de caldo e fibra; a sacarose está dissolvida

no caldo, portanto o objetivo principal é extrair a maior parte possível desta mistura. Esse deslocamento é conseguido fazendo a cana passar entre dois rolos submetidos à determinada pressão e rotação (Moenda). A cachaçaria Porto Morretes possui apenas uma moenda, que é alimentada manualmente. Esta moenda extrai aproximadamente 45% do caldo das canas alimentadas, o que é normalmente feito pelas indústrias artesanais. Entre duas a três toneladas de cana moída pela empresa é extraído, aproximadamente, 1200 litros de caldo. Deste volume consegue-se aproveitar em média 10%, o que originará aproximadamente 120 litros de aguardente.

Moenda – Destilaria Porto Morretes Caldeira A caldeira é um equipamento destinado a produzir vapor sob pressão superior

a atmosférica, exceto os refervedores e equipamentos similares utilizados em unidades de processo.

A caldeira utilizada pela Porto Morretes é de pequeno porte. A fonte de combustível que alimenta o equipamento é o bagaço oriundo da matéria prima; uma tonelada de cana gera entre 240 Kg a 280 Kg de bagaço. A caldeira é aquecida até que se atinja a temperatura de 500º C, valor ideal para a produção rápida de vapor d’água. Por dia a destilaria produz de 3 Kg a 4 Kg de vapor, que é transportado por tubulações de aço inox, devidamente isoladas, até as etapas que exigem aquecimento.

Caldeira – Destilaria Porto Morretes

Preparo do mosto Todo líquido suscetível de fermentar é denominado mosto. Nesse caso, o caldo

de cana é um mosto natural. O caldo extraído nas moendas contém várias impurezas grosseiras,

principalmente bagacilhos e terra, os quais devem ser retirados. Quanto mais limpo for o caldo destinado à fermentação, menores as chances de contaminações indesejáveis e melhor a qualidade da fermentação. A limpeza do caldo é feita mediante filtração junto com decantação. A filtração destina-se a separar as partículas menores de bagaço arrastadas pelo caldo durante a moagem. Pela decantação as partículas sólidas remanescentes no caldo filtrado e mais densas que ele deslocam-se para o fundo do recipiente. Juntamente com a filtração e decantação, o caldo é esterilizado através de uma mangueira submersa soltando vapor de água. A temperatura de esterilização esta compreendida entre 70º a 80º C. Caso o aquecimento supere este valor ocorrerá uma desnaturação dos componentes do mosto.

A decantação realizada pela Porto Morretes segue as especificações citadas. Entretanto, a esterilização é efetuada nas dornas de diluição.

O esquema a seguir mostra a decantação em um decantador de caldo. Este equipamento permite separar partículas leves (espumas, bagacilhos, fuligens e outros) e pesadas (terra e outros) do caldo-de-cana.

Decantador de caldo

Decantador de caldo – Destilaria Porto Morretes

Diluição do caldo A fermentação ideal ocorre com o caldo de cana numa concentração de

açúcares em torno de 15º brix. Normalmente, o caldo apresenta uma concentração de açúcares de 14º a 22º brix. Acima de 15º brix, é necessário diluir o caldo de cana, para garantir a estabilidade do fermento ao longo de todo o período fermentativo. Teor de açúcar acima de 15º brix acarreta fermentação mais lenta e freqüentemente incompleta, além de dificultar a multiplicação do fermento. Quando se destila o caldo com fermentação incompleta, ocorrem incrustações no alambique e formação de furfural, que provoca aroma e gosto indesejáveis na cachaça. Teor de açúcar abaixo de 15º brix permite fermentação mais rápida, sendo importante na etapa de multiplicação do fermento. Entretanto, acarreta uma diminuição no rendimento industrial.

A diluição feita pela Porto Morretes segue as especificações citadas, entretanto a empresa procura manter o teor de açúcar em 15º brix visando às determinações internacionais para exportações. Vale ressaltar que a destilaria realiza esta operação em 2 dornas de 1200 litros cada.

Dorna de diluição (1200 litros) – Destilaria Porto Morretes

Fermentação A fase da fermentação consiste na transformação do açúcar em álcool. A

fermentação é dita artesanal quando acontece de forma espontânea a partir da cana moída. A fermentação caipira consiste em introduzir na garapa agentes catalisadores como o fubá, farelo de trigo, arroz, soja, limão ou milho. Estas substâncias criam um meio favorável à atuação das leveduras.

A fermentação pode ser conduzida por quatro diferentes sistemas: a) Convencional ou batelada com reciclagem do fermento; b) Batelada alimentada: mais usado, com reciclagem do fermento; c) Batelada com corte: quando a fermentação atinge um estado apropriado,

passa-se metade do conteúdo para uma dorna vazia (corte da dorna); em seguida, completa-se o volume das duas dornas com o caldo a ser fermentado.

d) Contínuo. Observam-se três fases na fermentação: a) Fase inicial ou preliminar: propagação do microrganismo que é feita sob

interna aeração (açúcar não superior a 3%) - 4 horas de duração; b) Fase tumultuosa: conversão do açúcar em etanol e CO2 (açúcar não

superior a 15%) - 12 horas de duração; c) Fase complementar: redução do desprendimento do CO2, o teor de açúcar

chega ao fim – 4 horas de duração. Uma vez completada a fermentação, a concentração de açúcar tem que ser

igual a zero e o teor de etanol aproximadamente 8º GL. A sala onde se realizara a fermentação deve ter cuidados especiais. As

paredes devem ser revestidas com material impermeável e ter amplas janelas que

possam ser fechadas rapidamente. A cobertura deve ser com telha de barro para impedir variações bruscas de temperatura. A sala também deve ser bem iluminada e provida de água suficiente para a realização de limpezas freqüentes. O piso deve ser acima do nível do solo e as paredes espessas, evitando a transmissão de calor.

CUIDADOS PARA UMA BOA FERMENTAÇÃO:

• Não queimar a cana; • Transportar a cana logo após ser colhida (mínimo contato

possível com o solo); • Moer após no máximo 12 horas; • Manter a cana à sombra; • Preparar o caldo (limpar e abaixar o grau Brix); • Alimentar o caldo lentamente (5 a 6 horas); • Sala bem arejada; • Controle da temperatura (28º a 32º C)

Durante a fermentação do mosto, quando aquela é pura e normal, o cheiro que

se desprende, embora difícil de definir, deve ser agradável, penetrante, variável com a natureza no mosto e quase tendendo ao de frutas maduras. A intensidade do cheiro aumenta durante o transcorrer da fermentação, atingindo um máximo, quando a fermentação atingiu seu clímax.

A percepção de odores desagradáveis indica possíveis fermentações defeituosas.

A cachaçaria Porto Morretes realiza a fermentação basicamente da mesma forma que a batelada de corte. As dornas utilizadas para esta operação têm capacidade de 2000 litros. O fermento caipira manuseado pela empresa é composto por fubá, farelo de arroz e limão. O último ajuda a manter o ph entre 4,4 e 5. Esta faixa de acidez é favorável ao desenvolvimento da fermentação pura, regular, completa e rápida, com redução do desenvolvimento de microorganismos prejudiciais, sobretudo bactérias láticas e acéticas. Caso o ph esteja abaixo de 4,4 deve ser corrigido com uma base, geralmente hidróxido de sódio, para não prejudicar a fermentação, já que abaixo deste valor o meio torna-se desfavorável à ação das leveduras.

Primeiramente, é colocada na dorna de fermentação a mistura de fubá, farelo de arroz e limão. Em seguida é adicionado o mosto a uma vazão constante até aproximadamente um quarto do volume da dorna. Após sete horas é adicionado novamente o mosto a um mesmo volume; assim sucessivamente até se completar a capacidade da dorna. Ao fim desta etapa esperam-se mais seis dias para que a fermentação se complete.

Conforme se desenvolve a fermentação os compostos mais densos da mistura sofrem decantação, inclusive o fermento. Com o fim desta etapa o líquido fermentado (vinho) é retirado da dorna por um tubo que se localiza a 30 cm acima do fundo do recipiente, dessa forma consegue-se separar o fermento do vinho para que aquele seja usado novamente.

O fermento é utilizado durante 30 dias e, após esse período, ele é usado como adubo na lavoura de cana da empresa.

Dornas de fermentação – Destilaria Porto Morretes

Destilação

Esta é a fase final do processo de produção da cachaça. A garapa fermentada é levada para o alambique onde é aquecida e o álcool é concentrado. Como o álcool tem um ponto de ebulição mais baixo que a água, ele se desprende da garapa primeiro produzindo o que se chama "cachaça de cabeça", que é extremamente forte, por volta de 75º GL, e possui muitos elementos não desejados como o metanol. Conforme a destilação prossegue, cada vez mais água vai sendo “adicionada” à cachaça, chegando ao ponto em que não temos praticamente mais álcool. Isso é o que se chama de "cauda". Então para se ter um produto de melhor qualidade, corta-se grande parte da cabeça e da cauda.

O emprego de cobre na fabricação dos alambiques é um aspecto que favorece a qualidade da cachaça, uma vez que este elemento catalisa a oxidação de compostos sulfurados de aroma desagradável. Porém, os descuidos na higienização dos alambiques de cobre manifestam-se rapidamente pelo aparecimento de uma coloração escura associada ao azinhavre. A limpeza manual é feita com limão e sal.

A cada parada do alambique, é necessário encher a serpentina com água para evitar a oxidação do cobre e contaminação da cachaça por este metal.

Segundo especialistas, o uso de panela de até 2000 litros favorece a extração de uma cachaça de melhor qualidade sensorial.

Os produtos de uma destilação são divididos em três frações denominadas cabeça, coração e cauda. Em alambiques simples, o destilado de coração, fração de melhor qualidade, deverá apresentar o teor alcoólico em torno de 45º a 50º GL. O destilado de cabeça, obtido na fase inicial da destilação, é mais rico em substâncias voláteis que o etanol e pode atingir graduação alcoólica entre 65º e 70º GL. Por sua vez, o destilado de cauda, ou água fraca, obtido no final da destilação, apresenta teor alcoólico abaixo de 38º GL e é rico em produtos indesejáveis, tais como furfural, ácido acético, alcoóis superiores e outros. Os destilados de cabeça e de cauda comprometem o sabor da cachaça e prejudicam a saúde do consumidor quando incorporados à bebida.

A determinação do grau alcoólico pode ser realizada em proveta, sem bico e seca. Coloca-se o álcool na proveta e introduz-se o alcoômetro; esperando assim a graduação do teor alcoólico pelo aparelho. Caso o teor alcoólico esteja fora do desejado pode-se corrigi-lo por mistura.

No processo da Porto Morretes o vinho oriundo da fermentação é aquecido em um pré-aquecedor a uma temperatura de aproximadamente 60º C, o que facilita a

destilação. Em seguida, o vinho é direcionado a um alambique de cobre a uma vazão lenta e constante. O destilador tem capacidade de 1200 litros e o tempo pra esta etapa tem duração média de 1 h a 2 h. A temperatura no destilador chega a 90º C. Os produtos obtidos na destilação são direcionados com uma vazão lenta a um resfriador de 2000 litros. Neste equipamento o destilado é resfriado a uma temperatura de aproximadamente 24º C. Com isso é feita a separação das frações cabeça, coração e cauda em recipientes adequados (geralmente de aço inox ou alumínio).

Destaca-se que a destilaria Porto Morretes faz o reciclo da calda, assim aumentando o rendimento da produção. Além disso, a cabeça, por ter alta graduação alcoólica, é utilizada para limpeza geral da indústria.

Pré-aquecedor, Alambique, Resfriador – Destilaria Porto Morretes

Armazenamento A aguardente oriunda da destilação é direcionada, através de uma bomba, a

dois tanques de recebimento com capacidade, cada um, de 2000 litros. Após ser completada a capacidade destes tanques, a cachaça é filtrada e homogeneizada para se obter as especificações desejadas pela empresa.

Em seguida a aguardente é armazenada em dois novos tanques, um com a especificação “ouro” e outro com a especificação “prata”.

A cachaça prata é aquela em que se adicionam essências para se obterem diferentes sabores, no caso da Porto Morretes é adicionada essência de banana. Já a cachaça ouro é a tradicional.

Após a divisão da aguardente e a adição da essência ela é armazenada em dornas com capacidade máxima de 35000 litros. Após esta etapa o produto é armazenado nas adegas.

A adega de armazenamento tem a finalidade de manter a cachaça em boas condições ambientais de envelhecimento, reduzindo as perdas de destilado por

evaporação. As adegas são construídas segundo especificações técnicas rigorosas, em que são determinados os padrões de umidade, de temperatura e outros requisitos importantes para o descanso de cachaça. Esta estrutura física permite, ainda, a selagem dos barris pelos órgãos oficiais de controle.

Os recipientes de armazenamento da cachaça devem ser de madeira, que confere características desejáveis ao produto ou de algum outro material inerte, a exemplo do aço inox, que não influencia negativamente o aroma e o paladar da bebida.

Dornas de armazenamento (“ouro” e “prata”) – Destilaria Porto Morretes

Envelhecimento A partir da destilação, a cachaça poderá ser engarrafada ou envelhecida em

madeira. O importante no envelhecimento é permitir a oxidação do álcool para adquirir boas qualidades sensoriais de aroma e paladar. A cachaça recém-destilada, de coloração branca, apresenta paladar agressivo e levemente amargo, identificador da bebida nova. Ainda assim, deve apresentar propriedades químicas e sensoriais típicas de uma bebida de qualidade. A qualidade da cachaça é afetada por todas as fases do processo de fabricação, incluindo a matéria-prima, fermentação, destilação, tipos de equipamentos, instalações e higiene. O envelhecimento permite aprimorar as características da cachaça recém-destilada, tornando-a mais fina em aroma e paladar. Além disso, o envelhecimento modifica a coloração de branca para amarelada e torna a cachaça macia, atenuando a sensação desidratante do álcool presente.

Podem ser usados vários tipos de madeira como o carvalho, ipê, pau d’água, etc. A escolha de um bom recipiente de envelhecimento é fundamental para o sabor final do produto. O período de envelhecimento é variável, sujeito a flutuações ocasionadas pela demanda do produto e poder econômico do proprietário do alambique. Segundo a prática vigente em Minas Gerais, o período de envelhecimento varia entre 6 e 18 meses, o que permite dizer que, dentro do conceito de Cachaça de

Minas, este período é considerado ideal. Contudo, quanto maior o período de envelhecimento, maior o valor agregado da bebida.

Na destilaria Porto Morretes são usados aproximadamente 220 barris de carvalho, cuja capacidade varia de 180 a 200 litros, para o envelhecimento do produto. O período de envelhecimento depende da demanda do mercado, mas geralmente é de 2 anos podendo chegar a 6 ou mais.

Para manter alta e constante a umidade dos galpões de envelhecimento a destilaria paranaense procura manter o assoalho do local sempre molhado. Caso contrário, a taxa de evaporação do álcool da aguardente se eleva acarretando perda das propriedades do produto

Barris de envelhecimento – Destilaria Porto Morretes

Envase Consiste em acondicionar o produto em embalagem adequada e nova,

normalmente de vidro, comumente em volumes de 600 ou 1.000 ml. Neste processo, através de uma enchedora, a cachaça é transferida para a embalagem, observando os cuidados de filtragem do destilado, sendo posteriormente fechada com tampa metálica, rolha ou conta-gotas. Também se observa, como nova tendência de mercado, a utilização de vasilhames de cerâmica, especialmente por estabelecimentos mais preocupados com a diferenciação e sofisticação do produto.

A cachaçaria Porto Morretes faz o engarrafamento dos seus produtos em recipientes de vidro; tudo de forma manual, a uma vazão de 3 litros por minutos. A capacidade volumétrica das garrafas é de 50 ml, 170 ml e 750 ml. Após esta etapa, o produto está pronto para ser destinado ao mercado consumidor.

Equipamento de envase – Destilaria Porto Morretes

Fluxograma do processo de produção de cachaça da destilaria Porto Morretes

O vapor utilizado para a esterilização do caldo na dorna de diluição, para o acionamento do pré-aquecedor, assim como para qualquer outra finalidade, é produzido pela caldeira mencionada.

Toda água utilizada no processo ainda não sofre reciclagem, mas, segundo a destilaria, esta sendo desenvolvido um projeto para que a água possa ser tratada e reintroduzida no processo. Além disso, conforme a empresa, por enquanto a água é lançada no esgoto.

Conclusão

O processo de produção de cachaça desenvolvido pela destilaria Porto Morretes apresenta o consumo de 2 a 3 toneladas de cana-de-açúcar para se obter aproximadamente 1200 litros de caldo. Desta quantidade consegue-se aproveitar apenas 10%, produzindo-se, em média, 120 litros de aguardente. A cada tonelada de cana colhida pela empresa é obtido 240 Kg de bagaço, o qual é utilizado como combustível para alimentar a caldeira. Destaca-se que essa caldeira produz de 3 a 4 Kg de vapor a 500º C por dia. Como a vazão em todas as operações do processo é lenta, a velocidade de produção de cachaça é baixa. Além disso, por se tratar de uma produção artesanal, o rendimento do processo é baixo.

Referências

Aquarone, Eugênio; Borzani, Walter; Shmidell, Willibaldo; de Almenida Lima, Urgel. Biotecnologia Industrial. Volume 4 (2001).

Valadares Novaes, Fernando. Tecnologia de Aguardentes. (1971).

www.museudacachaca.com.br

www.usp.br

Cachaçaria Porto Morretes. Cidade de Morretes – PR.