Processo integrado de produção de uma bebida destilada para a revalorização de drêche de uma microcervejeira

Abstract

A drêche é o resíduo sólido obtido após a etapa de elaboração do mosto cervejeiro, representando 85 % do total de subprodutos gerados. É um material rico em polissacáridos e proteínas, o que o torna um substrato interessante em muitas aplicações biotecnológicas. Contudo, é maioritariamente utilizado como ração de gado. Face às elevadas quantidades produzidas anualmente e ao seu baixo valor de mercado torna-se crucial encontrar alternativas para o seu aproveitamento. Neste contexto, a presente tese focou-se na valorização da drêche cervejeira como substrato para a produção de uma bebida alcoólica destilada, com características aromáticas e sensoriais que a associem à cerveja. Seis tipos diferentes de drêche foram caracterizadas quimicamente e avaliadas quanto à suscetibilidade à sacarificação enzimática. O teor de glucano das drêches estudadas variou entre 26,5 % e 32,1 %, com base no qual foram selecionadas duas drêches. O pré-tratamento por autohidrólise foi avaliado a temperaturas moderadas (150 °C, 160 °C e 170 °C) e cargas de sólidos elevadas (20 % e 25 %, em massa). Autohidrólise a 160 °C durante 5 min com uma carga de sólidos de 25 % demonstrou ser o processo que permite maior extração de glucano presente na matéria-prima e a obtenção de licores mais ricos em glucose. A sacarificação da drêche pré-tratada, com uma carga sólidos de 20 % permitiu a obtenção de uma concentração de glucose de 43,7 g·L-1, equivalente a um rendimento de 85,9 %. O aumento da carga de sólidos para 25 % conduziu a um rendimento inferior (70,6 %), porém possibilitou um incremento notório da concentração de glucose obtida, para 57,7 g·L-1. A utilização de sólido pré-tratado lavado e de whole slurry foi investigada na produção de etanol por sacarificação e fermentação híbridas, utilizando duas leveduras com elevada tolerância ao etanol. A fermentação do whole slurry permitiu a obtenção de concentrações de etanol superiores ao sólido pré-tratado lavado, registando valores entre 28,7 g·L-1 e 42,3 g·L-1, com rendimentos mássicos de etanol situados entre os 59,5 % e os 94,0 % do teórico, dependendo da drêche e da levedura utilizada. O fermentado com maior teor de etanol foi submetido um processo de destilação seguido de aromatização. A caracterização dos compostos voláteis foi efetuada por GC-FID e GC-MS e a avaliação sensorial por um painel de provadores. Um total de quarenta e nove compostos voláteis foram identificados no destilado após aromatização com aparas de carvalho americano. O destilado revelou características de uma bebida agradável bem como uma qualidade organolética aceitável para consumo humano, demonstrando assim a viabilidade de produzir uma bebida destilada promissora a partir da fermentação de drêche cervejeira.

Brewer’s spent grain (BSG) is the solid residue obtained after the separation of the wort during the brewing process, representing about 85 % of the total by-products generated. High polysaccharide and protein content makes BSG an interesting substrate in many biotechnological applications. However, it is mainly used as low-value cattle food. Due to the significant amount produced annually and its low market value, efforts should be increasingly focused on its reuse. In this context, this thesis focused on valorization of BSG as a substrate to produce a distilled alcoholic beverage, with aromatic and sensory characteristics that remind those of beer. Six different BSG were chemically characterized and evaluated for enzymatic susceptibility. Glucan content of the analyzed BSG varied between 26.5 and 32.1 g·100 g-1 of raw material, basis on which two BSG were selected. Hydrothermal autohydrolysis was evaluated at mild temperatures (150 °C, 160 °C and 170 °C) and high solid loadings (20 % and 25 %). Autohydrolysis at 160 °C, 5 min, at 25 % solids loading proved to be the process that allows the highest extraction of glucan present in the raw material and the attainment of glucose-richer liquors. Saccharification of the pretreated BSG at 20 % solids loading allowed to obtain a glucose concentration of 43.7 g·L-1, equivalent to 85.9 % of the theoretical yield. Increasing solid loading to 25 % led to a lower yield (70.6 %), but it enabled a remarkable increase in the glucose concentration to 57.7 g·L-1. The utilization of washed pretreated solid and the whole slurry from pretreatment was investigated as substrate for ethanol production by hybrid saccharification and fermentation, using two high gravity yeasts. The fermentation of the whole pretreated BSG fraction reached higher ethanol concentrations than the washed pretreated solid, with values ranging from 28.7 g·L-1 to 42.3 g·L-1, at yield of 59.5 % to 94.0 % of the theoretical, depending on BSG and yeast used. The fermented broth with the highest ethanol content was subjected to a distillation process, followed by flavoring. Characterization of volatile compounds was performed by GC-FID and GC-MS and the sensory evaluation by a panel of tasters. Forty-nine volatile compounds were identified in the distillate after flavoring with American oak wood chips. The distillate revealed characteristics of a pleasant beverage as well as an acceptable organoleptic quality for human consumption, thus demonstrating the viability of producing a distilled promising beverage by brewer’s spent grain fermentation.