Produção de espumante pelo Método Charmat com leveduras imobilizadas

Abstract

A produção de vinho espumante tem sido alvo de intenso estudo e desenvolvimento nas últimas décadas. Partindo das mais recentes inovações no processamento deste vinho, neste trabalho estudou-se a cinética fermentativa de espumante em descontínuo pelo Método de Charmat, num fermentador de cuba fechada com recirculação, utilizando leveduras imobilizadas em alginato de cálcio (ProElif®). A primeira fase do trabalho, que precedeu os estudos cinéticos da fermentação, consistiu na caracterização física das esferas de ProElif® e do leito para determinação da velocidade mínima de fluidização, um dos parâmetros mais importantes quando se trabalha com fermentadores de leito fluidizado. Na segunda fase realizaram-se três estudos independentes para avaliação da influência de algumas variáveis na cinética fermentativa de vinho espumante. Avaliou-se o efeito do caudal de recirculação do vinho base e o efeito da dose de ProElif® aplicada. A cinética de consumo de açúcares foi bem descrita pelo modelo de Michaelis-Menten, tendo-se obtido um valor de KM médio de 25,2 g/L. O aumento da dose de esferas levou ao aumento da velocidade máxima da reação, como esperado. O estudo da influência do caudal de recirculação parece indicar que as limitações à transferência de massa externa são desprezáveis em relação internas neste sistema de células imobilizadas. Seguiu-se o estudo de estabilização tartárica do vinho base com aplicação da mais recente tecnologia de prevenção da precipitação dos sais de tartarato, a carboximetilcelulose (CMC). A CMC comprovou ser eficaz na estabilização tartárica do vinho para a dose máxima legal (10g/hL), mas mostrou ter influência na cinética do processo, verificando-se um aumento do tempo de fermentação. Por último, testou-se o reator batch sequencial (SBR), de forma a verificar a viabilidade de utilização das esferas de ProElif® em vários ciclos fermentativos consecutivos. Reutilizando-se as esferas durante oito ciclos consecutivos, verificou-se um aumento gradual da taxa máxima de consumo de substrato e uma diminuição do tempo total estimado de fermentação. O SBR poderá permitir o processamento de elevados volumes de vinho espumante, com muito menor tempo de operação e mão-de-obra associada.

Sparkling wine production has been the subject of intense study and development for the last decades. Based on recent innovations, the aim of this work was to study the sparkling wine fermentation kinetics by Charmat Method, in a cuve close system with recirculation, using immobilized yeasts in a calcium alginate matrix (ProElif®). The first stage of this work consisted on physical characterization of ProElif® beads in order to determine the minimum fluidization velocity, one of the most important parameters in fluidized bed reactors. In the second phase three independent studies were done to assess the influence of some variables on the kinetics of fermentation of sparkling wine. Evaluation of the effect of recirculation flow rate of base wine and the effect of applied dose of ProElif® was made. The kinetics of sugar consumption was well described by the Michaelis-Menten model, yielding a value of average KM of 25,2g/L. As expected the dose of beads has led to increased reaction rates. The study of recirculation appears to indicate that the external mass transfer limitation are negligible in relation to the internal ones. The stabilization of wine base with application of latest technology to prevent the precipitation of tartrate salts, carboxymethylcellulose (CMC). The highest dose of CMC legal allowed (10g/hL) was effective in the stabilization of wine, but the process kinetics are slower, proving an increase in the fermentation time. Finally, in order to assess the feasibility of using ProElif® beads in several consecutive fermentations cycles, a sequential batch reactor (SBR) was assayed. Reusing the beads during eight consecutive cycles, promoted a gradual increase in the maximum rate of substrate consumption and a reduction of estimated fermentation time. Concluding, using immobilized yeast (ProElif®) in a cuve close system operated in SBR mode, allows processing of high volumes of sparkling wine, reducing operating time and manpower associated.