Monitorização do processo cervejeiro por espetroscopia no UV-VIS-SWNIR

Abstract

A cerveja apresenta-se como um dos produtos de origem biotecnológica mais antiga. Várias são as etapas que constituem este processo que, mediante pequenas variações, possibilita a obtenção de produtos diferenciados ou de produtos com baixa qualidade para o cliente. Face à instabilidade do processo e à necessidade crescente de produções homogéneas com otimização de tempo e custos, torna-se importante a construção de novas tecnologias de acompanhamento da produção. O objetivo deste trabalho foi aplicar e verificar se a tecnologia de fibras óticas, baseada na espetroscopia UV-VIS-SWNIR, apresenta resultados comparáveis aos métodos de análise clássicos durante a monitorização da fermentação cervejeira. Dois tipos de cerveja foram acompanhados quanto aos parâmetros de extrato aparente, graus Plato, atenuação aparente, álcool, pH, cor e diacetilo. A análise foi realizada por recurso a fibra ótica, sendo os espetros resultantes tratados para diminuição dos efeitos dispersivos, usados para o cálculo de perfis fermentativos por PCA e por fim para construção de calibrações de todos os parâmetros por intermédio do PLS. A análise por PCA permitiu verificar a distribuição de ambas as cervejas ao longo da fermentação. Pelo PLS os modelos de calibração que apresentaram melhores valores foram obtidos para a Super Bock, com valores de R2 entre 0.58 e 0.64, para os parâmetros de extrato aparente, atenuação, pH e álcool. Apesar de valores de correlação um pouco afastados dos ideais, verificou-se que a tecnologia mediante melhorias de processamento e análise apresenta boas perspetivas de aplicação. Em paralelo com este trabalho estudou-se a aplicação das cartas de controlo de Shewart ao processo fermentativo, verificando-se que este procedimento não é o ideal em processos com estas características. Analisou-se também a evolução dos parâmetros cervejeiros usados nas calibrações, confirmando-se que aqueles que apresentam maior variabilidade ao longo da fermentação estão associados ao extrato, álcool, pH e diacetilo.

The beer presents as one of the oldest products with biotechnological origin. There are several steps that constitute the brewing process, in which by small variations produce different products or products with low quality for the customer. Due to the instabilities of the process and the increasing need of homogenous productions, with time and cost optimization, the construction of new technologies for monitoring the production becomes important. The aim of this work was to apply and to check if spectroscopy UV-VIS-SWNIR with fiber-optic technology presents comparable results to classic methods of analysis during the beer production. Two kinds of beer were followed regarding parameters as apparent extract, Plato degrees, attenuated degree of fermentation, alcohol, pH, color and diacetyl. The analysis was realized across fiber-optic, and the resulting spectra treated to reduce the dispersive effects, used to the calculation of PCA fermentative profiles and to the construction of the calibration models by PLS to all parameters. The PCA analysis allowed to verify the distribution of both beers along the fermentation. The PLS calibration models that presented the best values were obtained to Super Bock with R2 values between 0.58 and 0.64 for parameters of apparent extract, attenuated degree of fermentation, pH and alcohol. Although the correlation values being far from the ideal ones, was checked that UV-VIS-SWNIR with some treatments and data analysis improvements have good perspectives of application. Beyond this work, was also studied the application of Shewart control charts to the fermentation. It was concluded that this method is not appropriated to this kind of process. The evolution of parameters fermentation was also studied, being the most variables associated to extract, alcohol, pH and diacetyl.