Clarificação e estabilização proteica de vinhos por Ultrafiltração Mariana Andreia Rodrigues de Sousa Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em Engenharia Química Orientadores: Professora Doutora Maria Norberta Neves Correia de Pinho (Professora Catedrática Jubilada, IST) Professora Doutora Sofia Cristina Gomes Catarino (Professora Auxiliar Convidada, ISA) Júri Presidente: Professor Doutor Sebastião Manuel Tavares da Silva Alves (Professor Associado com Agregação, IST) Orientador: Professora Doutora Sofia Cristina Gomes Catarino (Professora Auxiliar Convidada, ISA) Vogal: Professor Doutor Vítor Manuel Delgado Alves (Professor Auxiliar, ISA) Novembro 2017
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Clarificação e estabilização proteica de vinhos por ... · Clarificação e estabilização proteica de vinhos por Ultrafiltração ... Ao Professor Doutor Pedro Fernandes pelo
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Clarificação e estabilização proteica de vinhos por
Ultrafiltração
Mariana Andreia Rodrigues de Sousa
Dissertação para obtenção do Grau de Mestre em
Engenharia Química
Orientadores: Professora Doutora Maria Norberta Neves Correia de Pinho (Professora Catedrática Jubilada, IST)
Professora Doutora Sofia Cristina Gomes Catarino (Professora Auxiliar Convidada, ISA)
Júri
Presidente: Professor Doutor Sebastião Manuel Tavares da Silva Alves (Professor Associado com Agregação, IST)
Tabela 9: Estabilidade proteica dos vinhos: teste térmico com avaliação da turbidez. ........................ 41
Tabela 10: Características físico-químicas dos vinhos brancos utilizados nos ensaios de UF. ........... 42
Tabela 11: Turbidez dos vinhos brancos utilizados nos ensaios de UF. .............................................. 42
Tabela 12: Teor em polissacáridos totais dos vinhos brancos utilizados nos ensaios de UF. ............. 43
Tabela 13: Fluxos de permeação dos vinhos brancos utilizados nos ensaios de UF à pressão
transmembranar de 1,2 bar e à velocidade de recirculação de 0,79 L/min. ......................................... 44
Tabela 14: Estabilidade proteica das fracções de UF: teste térmico com avaliação da turbidez, teste
térmico com adição de taninos e avaliação da absorvância. ................................................................ 45
Tabela 15: Caracterização geral das fracções de UF. .......................................................................... 48
Tabela 16: Remoção das macromoléculas após ensaios de ultrafiltração à pressão transmembranar
de 1,2 bar e à velocidade de recirculação de 0,79 L/min. ..................................................................... 54
Tabela 17: Características da membrana de UF, FS61PP (AlfaLaval)…………….…………………….A1
Tabela 18: Informações adicionais sobre a vinificação dos vinhos brancos…………………………….B1
Tabela 19: Determinação do volume morto da instalação Celfa P-28: ensaio de UF em modo recirculação total da solução de NaCl 300 ppm à pressão transmembranar de 0,5 bar e velocidade de recirculação de 0,79 L/min…………………………………………………………………………………….D1
Tabela 20: Condições experimentais obtidas na determinação do MWCO da membrana. Ensaio realizado à pressão transmembranar de 0,5 bar e à velocidade de recirculação de 0,79 L/min………E1
Tabela 21: Determinação do TOC para os solutos de referência PEG 10000, 20000 e 35000……….E1
Tabela 22: Estabilidade proteica das fracções de UF: teste térmico com avaliação da turbidez………F1
Tabela 23: Estabilidade proteica das fracções de UF: teste térmico com adição de taninos e avaliação da absorvância………………………………………………………………………………………………….F1
Tabela 24: Leitura da Turbidez das fracções de UF…………………………………………………………G1
Tabela 25: Teor de Proteínas Totais das fracções de UF…………………………………………………..G1
Tabela 26: Teor de Polissacáridos Totais das fracções de UF…………………………………………….G1
Tabela 27: Índice de Fenóis Totais das fracções de UF…………………………………………………….G1
Tabela 28: Análise estatística: p-values para os parâmetros da caracterização físico-química dos vinhos usados nos ensaios de UF…………………………………………………………………………………….H1
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Índice de Figuras Figura 1: Representação esquemática dos modos de funcionamento dos processos de separação
com membranas: filtração convencional (à esquerda) e filtração tangencial (à direita). ........................ 3
Figura 2: Principais modos de operação dos processos de separação com membranas: Recirculação
total (à esquerda) e Concentração (à direita).......................................................................................... 4
Figura 3: Esquema dos diferentes tipos de membranas, segundo a sua estrutura................................ 6
Figura 4: Esquema de um módulo tubular. ............................................................................................. 8
Figura 5: Esquema de um módulo enrolado em espiral. ........................................................................ 8
Figura 6: Esquema de um módulo de pratos planos. ............................................................................. 8
Figura 7: Esquema de um módulo de fibras ocas ................................................................................... 8
Figura 8: Representação esquemática do perfil de concentrações na fase líquida adjacente à
membrana em estado estacionário. ........................................................................................................ 8
Figura 9: Instalação Celfa P-28. ............................................................................................................ 31
Figura 10: Procedimento dos ensaios de UF dos vinhos brancos. ....................................................... 36
Figura 11: Representação do fluxo de água desionizada permeada (Jp) em função da pressão (ΔP).
Figura 12: Determinação do limite de exclusão molecular (MWCO) da membrana FS61PP. ............. 40
Figura 13: Vinhos brancos seleccionados para os ensaios de UF. ...................................................... 42
Figura 14: Fluxos de permeação em função da pressão transmembranar para o vinho branco. ........ 44
Figura 15: Turbidez das fracções de UF para os vinhos brancos......................................................... 50
Figura 16: Gradação de cor das fracções de UF recolhidas do vinho Viosinho. .................................. 51
Figura 17: Teor em Proteínas Totais nas fracções de UF de cada vinho. ............................................ 51
Figura 18:Teor em Polissacáridos Totais nas fracções de UF de cada vinho. ..................................... 52
Figura 19: Índice de Fenóis Totais nas fracções de UF de cada vinho. ............................................... 53
Figura 20: Recta de calibração do PEG 10000……………………………………………………….……..C1
Figura 21: Recta de calibração do PEG 20000……………………………………………………….……..C1
Figura 22: Recta de calibração do PEG 35000……………………………………………………….……..C2
Figura 23: Curva de calibração da BSA - gama de altas concentrações…………………………..……..C2
Figuta 24: Curva de calibração da BSA - gama de baixas concentrações…………………………..……C2
Figura 25: Recta de calibração da Glucose………………………………………………………………….C3
Figura 26: Recta de calibração do NaCl……………………………………………………………………...D1
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Abreviaturas
A – absorvância
AG – arabinogalactana
AGP – arabinogalactanoproteína
AI – alimentação inicial
ATC – ácido tricloroacético
BSA – albumina de soro bovina
C – Concentrado
CAa – concentração do soluto A na alimentação
CAp – concentração do soluto A no permeado
fA – rejeição aparente do soluto A
FTIR – espectrofotometria de Infravermelhos com Transformada de Fourier
IFT – índice de fenóis totais
ISA – Instituto Superior de Agronomia
JP – fluxo de permeação
k – coeficiente de transferência de massa
LP – permeabilidade hidráulica
MF – microfiltração
MM – massa molecular
MP – manoproteínas
MWCO – limite de exclusão molecular
NF – nanofiltração
OI – osmose inversa
OIV – Organização Internacional da Vinha e do Vinho
P – permeado
pI – ponto isoeléctrico
PR – relacionadas com o ataque de agentes patogénicos (do inglês, Pathogenesis-related)
PVPP – polivinilpolipirrolidona
Ra – resistência devida a fenómenos de adsorção
RG – ramnogalacturonanas
Rg – resistência devida à formação do gel
Rm – resistência intrínseca da membrana
Rpc – resistência devida à camada de polarização de concentração
TLP – proteínas do tipo da taumatina (do inglês, Thaumatin-like Proteins)
TOC – carbono orgânico total
u.a. – unidades de absorvância
UF – ultrafiltração
UV – ultravioleta
δ – espessura da camada sub-laminar
ΔP – pressão transmembranar
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I. Introdução
A limpidez (ou translucência) é uma característica vital muito importante na qualidade do vinho, pois
esta propriedade é responsável por uma das primeiras impressões do consumidor. É necessário que o
vinho se mantenha clarificado e estabilizado após o processo de vinificação.
As proteínas no mosto são uma causa conhecida de instabilidade, afectando a limpidez dos vinhos
brancos. Este fenómeno de instabilidade físico-química é denominado de casse proteica, que é um
defeito comum de natureza não-microbiana que pode ocorrer nos vinhos devido a condições de
armazenamento desfavoráveis (Bayly e Berg, 1967; Hsu e Heatherbell, 1987a; Waters et al., 1992), e
que conduz a uma diminuição do valor comercial do vinho.
A instabilidade proteica do vinho branco é uma questão que tem vindo a ser estudada. A solução
para este problema requer a aplicação de um processo que não só seja suficientemente específico,
como também não altere significativamente as características físico-químicas e sensoriais do vinho, o
que implica um melhor conhecimento e uma melhor compreensão dos mecanismos que conduzem à
turvação e precipitação nos vinhos.
De acordo com a literatura, as proteínas existentes no vinho surgem em concentrações que podem
variar entre 15 a 230 mg/L. Estas macromoléculas integram a fracção coloidal dos vinhos, podendo,
em determinadas condições, afectar a limpidez e estabilidade do vinho. Sob condições de
armazenamento desfavoráveis e após engarrafamento, pode ocorrer a desnaturação lenta das
proteínas instáveis, que leva à sua agregação, floculação e precipitação (Bayly e Berg, 1967; Hsu e
Heatherbell, 1987c; Waters et al., 1991, 1992). A turvação não afecta as características olfactivas nem
gustativas do vinho, no entanto a limpidez é uma característica vital para a qualidade de qualquer vinho
branco uma vez que esta propriedade traduz a primeira impressão do consumidor, que tende a rejeitar
um vinho que se apresente turvo ou contenha precipitados. A concentração de proteínas no vinho, bem
como a composição das diferentes fracções proteicas que o constituem, depende de factores como
casta, condições climáticas, estado de maturação das uvas e processo de vinificação (Pashova et al.,
2004; Sauvage et al., 2010).
As principais proteínas responsáveis pelo fenómeno de instabilidade proteica são provenientes das
uvas e foram identificadas como proteínas relacionadas com o ataque de agentes patogénicos, uma
vez que são sintetizadas durante a maturação das uvas como mecanismo de defesa de infecções por
agentes patogénicos (Waters et al., 2005). Incluem-se neste grupo as proteínas do tipo taumatina e as
quitinases (Waters el al., 1996, 1998), atingindo concentrações no vinho que podem chegar a várias
centenas de mg/L (Pocock et al., 1998). Diversos factores são conhecidos por afectar a estabilidade
proteica dos vinhos, nomeadamente o teor de proteínas, a sua natureza, a diferença entre o pH do
vinho e o ponto isoeléctrico das proteínas, o pH do vinho e a presença de alguns compostos do vinho
de natureza não proteica, como por exemplo os taninos (Koch e Sajak, 1959; Moretti e Berg, 1965;
Krug, 1968).
A avaliação da estabilidade proteica de um vinho é feita recorrendo a ensaios laboratoriais e a testes
de estabilidade. Os mais utilizados são o teste térmico (Berg e Akiyoshi, 1961; Pocock e Rankine,
1973), o teste do ácido tricloroacético (Berg e Akiyoshi, 1961, Boulton, 1980), o bentotest (Rankine e
Pocock, 1971), o teste do etanol (Boulton, 1980) e o teste térmico com adição de tanino (Mesrob et al.,
2
1983). Porém, todos os testes acima referidos produzem precipitados muito diferentes do precipitado
natural produzido pelo próprio vinho, e por esta razão estes testes permitem apenas a previsão do
fenómeno de instabilidade proteica, não constituindo uma reprodução perfeita do mesmo.
A instabilidade proteica é actualmente prevenida principalmente por remoção das proteínas usando
agentes de colagem, que ao serem introduzidos no vinho, adsorvem e precipitam as partículas
responsáveis pela turbidez. A adição de bentonite é o processo mais usado na prevenção da
instabilidade proteica nos vinhos brancos, no entanto a colagem com bentonite sob determinadas
condições pode afectar a qualidade do vinho, como remoção de macromoléculas e compostos voláteis
(Waters et al., 1996; Høj et al., 2000), podendo alterar as características sensoriais do vinho. Além
disto, a colagem com bentonite conduz à perda de cerca de 3 – 10 % de volume de vinho, que é
removido juntamente com as borras de bentonite no final da colagem (Tattersall et al., 2001). Um outro
grande desafio no processo de vinificação quando é utilizada colagem com bentonite é a sua
regeneração. Esta regeneração refere-se à dessorção das proteínas adsorvidas da superfície deste
agente de colagem, que permitiria a sua reutilização. Actualmente, não existe qualquer processo
comercial de regeneração da bentonite e por este motivo é utilizada apenas uma vez antes de ser
descartada (Waters et al., 2005), constituindo uma fonte de desperdício.
Atendendo às dificuldades acima apresentadas, têm sido estudadas técnicas alternativas à
utilização da bentonite, tais como: ultrafiltração (Hsu et al., 1987b; Flores et al., 1990), adição de
enzimas proteolíticas (Feuillat et al., 1982; Waters et al., 1992; Dizy e Bisson, 1999), pasteurização
(Francis et al., 1994; Pocock et al., 2003), utilização de adsorventes alternativos como, por exemplo,
óxidos de zircónio (Pashova et al., 2004; Salazar et al., 2006; Salazar et al., 2010), resinas de troca
iónia, gel de sílica, hidroxipatite, alumínio (Sarmento et al. 2000b), quitina (Vincenzi et al., 2005),
zeólitos naturais (Mercurio, et al., 2010) e aplicação de colóides protectores como, por exemplo, as
manoproteínas (Waters et al., 1993; Waters et al., 1994a; Gonzales-Ramos et al., 2008).
A ultrafiltração tem sido estudada para separação e purificação de macromoléculas em vinhos e
sumos. Este processo constitui uma solução promissora para o problema de instabilidade proteica de
vinhos, permitindo a remoção de macromoléculas, nomeadamente proteínas responsáveis pela
turvação.
1. Processos de separação com membranas
Recentemente, as técnicas de separação de massa, como a destilação, cristalização, extracção com
solventes, etc., têm sido substituídas por uma classe de processos que utiliza membranas
semipermeáveis como o elemento essencial para a separação de misturas particuladas ou
moleculares. Embora os processos de separação com membranas sejam muito diferentes no seu modo
de operação e na sua aplicação dos processos e técnicas convencionais, apresentam bastantes
factores que os tornam particularmente atractivos. Com a utilização de membranas, a separação
usualmente é realizada à temperatura ambiente, permitindo que soluções sensíveis à temperatura
possam ser tratadas sem que os seus constituintes fiquem danificados ou sejam quimicamente
alterados. Isto toma uma elevada importância nas indústrias farmacêutica e alimentar, uma vez que
frequentemente utilizam produtos sensíveis à temperatura. Além desta vantagem, os processos de
3
separação com membranas apresentam outras vantagens quando comparados com os processos de
separação convencionais como: um inferior consumo energético; a retenção do sabor é assegurada,
uma vez que a operação não precisa de ser efectuada a temperaturas elevadas; não requer aditivos e
os custos de capital são inferiores. A desvantagem da utilização destes processos passa pela
ocorrência de fenómenos como a polarização de concentração e a colmatação das membranas, que
ocorrem mais acentuadamente quando se opera com elevados fluxos de permeação e alimentações
complexas.
A membrana define-se como sendo uma interface que separa duas fases e restringe o transporte
de várias espécies químicas de uma forma específica, isto é, a membrana actua como uma barreira
selectiva à transferência de massa entre duas fases homogéneas, não permitindo a permeação de um
ou mais solutos, separando-os assim da solução. A capacidade da membrana em transportar
determinado componente em detrimento de outro deve-se às diferenças físicas e/ou químicas entre a
membrana e os componentes a permear. O transporte através da membrana ocorre como resultado da
actuação individual de determinada força motriz nos componentes da alimentação.
Os processos de separação com membranas distinguem-se pelo tipo de membrana (biológica ou
sintética) e pela força motriz responsável pelo transporte de massa. Estes incluem processos como
osmose inversa (OI), microfiltração (MF), ultrafiltração (UF) e nanofiltração (NF), cuja força motriz é um
gradiente de pressão; diálise e pervaporação, onde a força motriz é um gradiente de concentração;
electrodiálise, que ocorre por acção de um campo eléctrico (Pinho et al., 2012).
1.1. Modo de funcionamento dos processos de separação com membranas
Nos processos de separação convencionais estáticos, como é o caso da filtração, a alimentação circula
perpendicularmente à membrana, que leva à formação de uma camada sob a superfície da mesma –
o bolo filtrante. A espessura da camada aumentará à medida que a operação decorre e,
consequentemente aumentará a resistência à filtração, o que poderá levar à adsorção de compostos
pelo bolo filtrante. Por esta razão, este método de separação é geralmente operado em descontínuo.
Num processo de membranas, também conhecido como filtração tangencial, a alimentação
constituída por uma mistura de dois ou mais componentes circula tangencialmente à membrana sendo
dividida em duas correntes: o concentrado e o permeado. O concentrado corresponde à fracção
rejeitada pela mesma e o permeado corresponde à fracção da alimentação que permeia
preferencialmente através da membrana. Na filtração tangencial os parâmetros de operação mais
importantes são a pressão transmembranar e a velocidade de circulação.
Na Figura 1 estão representados esquematicamente os dois modos de funcionamento acima
mencionados.
Membrana
Alimentação
Concentrado
Permeado
Permeado
Alimentação
Membrana
Figura 1: Representação esquemática dos modos de funcionamento dos processos de separação com membranas: filtração convencional (à esquerda) e filtração tangencial (à direita).
4
1.2. Modos de operação dos processos de separação com membranas
Existem diferentes modos de operação dos processos de separação com membranas, mas neste
subcapítulo irão referir-se os dois que mais interesse apresentam para o presente trabalho: o modo de
recirculação total e o modo de concentração. O modo de recirculação total consiste na recirculação do
concentrado e do permeado ao tanque de alimentação, não existindo alteração da composição de
alimentação. O modo de concentração consiste na recirculação do concentrado ao tanque de
alimentação, conduzindo à concentração da alimentação, e na recolha continuada do permeado.
Na Figura 2 estão representados esquematicamente os modos de operação descritos.
Figura 2: Principais modos de operação dos processos de separação com membranas: Recirculação total (à
esquerda) e Concentração (à direita).
1.3. Tipos de processos de separação com membranas
Os processos de separação com membranas distinguem-se não só pelo tipo de membranas como
também pela força motriz responsável pela transferência de massa.
A MF, a UF e a OI diferem principalmente na dimensão das partículas ou das moléculas dissolvidas.
A MF é usada para recuperar partículas de dimensões entre 0,1 – 20 μm de solventes que podem
conter solutos dissolvidos como sais ou proteínas e as suas principais aplicações incluem a
recuperação de células animais, leveduras, bactérias e fungos. A UF é usada para separar
macromoléculas, como as proteínas, amidos ou ADN, de solutos de pequenas dimensões tais como
sais, açúcares, amino ácidos, surfactantes e água. Os mecanismos de transporte que actuam
geralmente nas membranas de UF são a exclusão molecular, “efeito de peneiro” e a difusão. No
entanto, verifica-se que para muitos casos, estes mecanismos não são os únicos a actuar, tendo a
natureza da corrente de alimentação um papel muito importante, uma vez que a presença de material
coloidal ou que pode ser adsorvido pela membrana conduz a fenómenos de colmatação e adsorção,
alterando os mecanismos das operações de UF (Minhalma, 2001).
Na Tabela 1 estão apresentadas as capacidades de remoção de componentes para os processos
de separação. Verifica-se que as proteínas podem ser removidas por dois processos: NF e UF.
Na Tabela 2 apresentam-se as características das membranas utilizadas em cada processo de
separação com membranas.
As operações de UF e NF apresentam vantagens como: baixos consumos energéticos, não
necessitam de adição de químicos, permitem o dimensionamento a diferentes escalas, operam em
contínuo e descontínuo e apresentam grande diversidade de equipamentos (Minhalma, 2001).
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Tabela 1: Capacidade de remoção de diferentes componentes das membranas de Osmose Inversa,
Nanofiltração, Ultrafiltração e Microfiltração. Fonte: Minhalma (2001).
Processo de separação
Tamanho das partículas (μm)
Tabela 2: Características das membranas de Microfiltração, Ultrafiltração, Nanofiltração e Osmose Inversa. Fonte: Pinho et al. (2012)
Controlo da transferência de massa adjacente à membrana
Muito bom Razoável Razoável Pobre
Aplicações MF, UF e NF a baixa pressão
MF tangencial, UF, NF e OI
UF, NF e OI OI
Os módulos tubulares (Figura 4) são constituídos por um material poroso com resistência química,
térmica e mecânica, cuja configuração pode ser monotubular ou multicanal. A alimentação circula no
interior dos tubos, entra em contacto com a camada activa da membrana, que permeia selectivamente
através dos tubos e o permeado circula no exterior do tudo.
Nos módulos de pratos planos ou plate and frame (Figura 6), a alimentação circula no interior de um
canal estreito de secção transversal rectangular, em que uma ou duas paredes desse canal são
constituídas por membranas. Na configuração deste tipo de módulos os suportes planos com uma
membrana de cada um dos lados são empilhados alternadamente com espaçadores, a alimentação
circula tangencialmente à superfície da membrana e o fluido que permeia é recolhido nos canais de
permeado.
Os módulos enrolados em espiral (Figura 5) consistem em tubos muito compactos com perfurações,
onde são colocadas duas folhas de membranas, as quais têm a camada activa para o exterior e entre
elas um espaçador. Estes envelopes são colados ao longo da superfície lateral do tubo e enrolados. A
alimentação circula tangencialmente à camada activa, o permeado atravessa para o interior dos
envelopes e é recolhido no interior do tubo perfurado.
Os módulos de fibras ocas (Figura 7) são compostos por feixes de capilares poliméricos introduzidos
num invólucro. Quando a camada activa das membranas se encontra no interior das fibras, a
alimentação circula axialmente no interior dos capilares e o permeado é recolhido no espaço entre as
fibras e o invólucro. Quando a camada activa das membranas se encontra no exterior das fibras,
acontece o contrário.
8
Figura 4: Esquema de um módulo tubular.
Figura 5: Esquema de um módulo enrolado em espiral.
Figura 6: Esquema de um módulo de pratos planos.
Figura 7: Esquema de um módulo de fibras ocas
1.6. Modelos de transferência de massa em Ultrafiltração
1.6.1. Polarização de concentração
Nos processos de separação com membranas conduzidos por gradientes de pressão a alimentação é
transportada em direcção à membrana, que se deixa permear pelo solvente e rejeita total ou
parcialmente o soluto. Devido à rejeição parcial dos solutos, a concentração destes tende a ser mais
elevada junto à membrana do que no seio da alimentação. Este fenómeno provoca um gradiente de
concentração adjacente à membrana que é designado de polarização de concentração, representado
na Figura 8.
Figura 8: Representação esquemática do perfil de concentrações na fase líquida adjacente à membrana em
estado estacionário.
Permeado Concentrado
Membrana tubular
Câmara de distribuição Alimentação
Alimentação
Permeado
Concentrado Membrana Cobertura
Espaçador
Material de recolha
do permeado
Tubo central com orifícios
colectores de permeado
Veio hidráulico
Concentrado
Espaçador
Suporte das
membranas
Alimentação
Permeado Permeado
Permeado
Concentrado
Alimentação
Material de
vedação
Feixe de fibras ocas
9
Onde CAb é a concentração do soluto na alimentação, CA é a concentração de soluto à superfície da
membrana, CAp é a concentração de soluto no permeado, Jp é o fluxo de permeação e δ é a espessura
da sub-camada laminar.
O fenómeno de polarização por concentração leva à existência de um fluxo difusivo de soluto da
superfície da membrana em direcção ao seio da solução, −𝐷𝐴𝐵𝜕𝐶𝐴
𝜕𝑥. Este fluxo actua como uma
resistência adicional à transferência de massa, diminuindo o fluxo de permeação.
A polarização por concentração é um processo reversível e pode ser muitas vezes minimizada
alterando os parâmetros operacionais do processo, como a velocidade de recirculação, a concentração
do fluxo de alimentação, a pressão transmembranar, a temperatura e o grau de turbulência. Ao alterar
estes parâmetros, poderá haver uma dispersão dos solutos que se encontram junto à superfície da
membrana, conduzindo a uma diminuição do gradiente de concentração.
1.6.2. Modelo do filme
O modelo do filme pressupõe a existência de um filme de espessura δ (ver Figura 8), em regime laminar,
onde se desenvolve um gradiente de concentração de soluto. O balanço ao soluto em estado
estacionário é dado pela Equação (1), onde JP é o fluxo de permeado, CA é a concentração do soluto A,
DAB é a difusividade do soluto A em solução a diluição infinita, x é a distância à superfície da membrana
e CAp é a concentração do soluto A no permeado.
JPCAp = −DAB
∂ CA
∂ x+ JPCA (1)
Ao integrar a Equação (1) tendo em conta as condições fonteira (2) e (3), obtém-se a Equação (4).
x = 0 CA = CAm (2)
x = δ CA = CAb (3)
Onde CAm representa a concentração do soluto A à superfície da membrana e CAb a concentração do
soluto A no seio da alimentação.
JP = −DAB
δ ln (
CAm − CAp
CAb − CAp
) (4)
Pela teoria do filme (Bird et al., 1960), o coeficiente de transferência de massa (k) é expresso pela
Equação (5):
k =DAB
δ (5)
Substituindo a Equação (5) na Equação (4), obtém-se a equação geral da polarização de concentração
(Equação (6)).
CAm − CAp
CAb − CAp
= e JP k⁄ (6)
1.6.3. Modelo de resistências em série
Para além da resistência intrínseca da membrana a fenómenos de polarização de concentração,
existem outros factores que podem contribuir como resistências adicionais à permeação, como a
eventual formação de um gel, constituído por um depósito de macromoléculas na superfície da
membrana, e a adsorção de solutos pela membrana. Considerando estas resistências adicionais, o
fluxo de permeação pode ser descrito pela Equação (7).
JP =ΔP
μ (Rm + Rpc + Rg + Ra) (7)
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Onde Rm é a resistência intrínseca da membrana, Rpc é a resistência devida à camada de polarização
de concentração, Rg é a resistência devida à formação do gel e Ra é a resistência devida a fenómenos
de adsorção.
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II. Revisão Bibliográfica e Enquadramento
1. Composição físico-química do vinho
Por “vinho” entende-se o produto obtido exclusivamente por fermentação alcoólica, total ou parcial, de
uvas frescas, esmagadas ou não, ou de mostos de uvas (Anexo IV do
Regulamento (CE) n.o 479/2008).
O vinho consiste numa solução complexa de espécies químicas maioritariamente provenientes das
uvas, produzidas no decorrer de processos bioquímicos, nomeadamente durante a fermentação
alcoólica e fermentação maloláctica, e resultantes de processos físico-químicos de estabilização e
evolução, que podem ser encontradas sob a forma de solução verdadeira, solução coloidal ou
suspensão, conforme a sua dimensão. Na Tabela 4 apresenta-se um resumo dos principais
constituintes do vinho, respectivas massas moleculares (MM) e teores médios.
Tabela 4: Principais constituintes do vinho.
Composto Massa Molecular (Da) Concentração (g/L)
Água 18 750 – 900 a
Etanol 46 60 – 130 b
Glicerol 92 5 – 20 a
Ácidos orgânicos
Ácido tartárico 150 2 – 5 b
Ácido láctico 90 1 – 5 b
Ácido málico 134 0 – 5 b
Ácido sucínico 118 0,5 – 1,5 b
Ácido cítrico 192 0 – 0,5 b
Compostos azotados
Proteínas 9 600 – 70 000 0,015 – 0,23 c
Polissacáridos
Manoproteínas 53 000 – 560 000 Até 0,20 d, e
Polifenóis
Taninos 600 – 3 500 0,1 – 4 a
Antocianinas 500 – 2 000 0 – 1,5 a, f
Catiões
Potássio 39 0,5 – 2 a
Magnésio 24 0,06 – 0,15 a
Cálcio 40 0,08 – 0,14 a
Sódio 23 0,01 – 0,04 a
Aniões
Sulfatos 96 0,1 – 2 a
Cloretos 35 0,5 – 1 a
Fosfatos 95 0,07 – 1 a
Aromas
Álcoois superiores - 0,001 – 0,003 b
Ésteres - 0,002 – 0,0101 a
Acetaldeído 44 0,03 – 0,2 b
Ácido acético 60 0,5 – 1 b
a – Ribéreau-Gayon et al., 2006; b – Ribéreau-Gayon e Peynaud, 1947; c – Brissonnet et al., 1993; d – Waters et al., 1994; e – Gerbaud et al., 1997; f – Lipnizki, 2010.
1 A gama de valores apresentada está em eq/L.
12
A água é o componente mais abundante na constituição do vinho, representando entre 85 – 90 % do
seu volume, em vinhos não fortificados.
O etanol é o segundo componente mais abundante, sendo este maioritariamente produzido durante
a fermentação alcoólica de açúcares do mosto. A importância deste composto passa pela sua função
como solvente, bem como pela sua afinidade com a água, através da formação de pontes de
hidrogénio, tornando-o um excelente hidratante. Esta propriedade é importante na floculação de
colóides hidrofóbicos, proteínas e polissacáridos, mas também na dissolução de fenóis. (Ribéreau-
Gayon et al., 2006).
O glicerol é o terceiro componente mais abundante no vinho. É formado pelas leveduras no início
da fermentação alcoólica e o seu teor depende de vários factores, como: teor de açúcares no mosto,
espécies de leveduras e arejamento, temperatura, pH e presença de ácido sulfuroso durante a
fermentação (Curvelo-Garcia, 1988; Ribéreau-Gayon et al., 2006).
1.1. Ácidos orgânicos
Os ácidos orgânicos contribuem significativamente para a qualidade do vinho, influenciando as suas
qualidades organolépticas e a sua estabilidade. São responsáveis pelo pH e consequentemente
condicionam a actividade dos microorganismos durante a vinificação, conservação e envelhecimento.
O ácido tartárico, além de ser o que se encontra normalmente em maior quantidade, tem uma grande
importância neste grupo, uma vez que é específico da uva e um dos principais responsáveis pela acidez
do vinho. Este composto está presente no vinho sob a forma do enantiómero L(+)-tartárico.
O ácido málico, cuja presença no vinho provém das uvas, apresenta-se no vinho maioritariamente
sob a forma do enantiómero L(-)-málico. Quando ocorre a fermentação maloláctica, dá-se origem à
descarboxilação do ácido málico e formação de ácido láctico por acção de bactérias lácticas.
O ácido L(+)-láctico presente no vinho poderá ser proveniente da fermentação alcoólica e da
fermentação maloláctica, caso ocorra. Durante a fermentação alcoólica, o ácido láctico é produzido
pelas leveduras em pequenas quantidades. Contudo, quando este ácido se encontra em grandes
quantidades no vinho, provém das actividades metabólicas das bactérias, que transformam o ácido
málico directamente em ácido láctico – fermentação maloláctica. As leveduras sintetizam de modo igual
as formas isoméricas (D e L) de ácido láctico durante o seu metabolismo, por isso um indicador da
ocorrência de fermentação maloláctica é a predominância do estereoisómero L(+)-láctico (Ribéreau-
Gayon et al., 2006 Jackson, 2008).
O ácido sucínico é produzido durante a fermentação alcoólica e contribui para as características
sensoriais do vinho, uma vez que é caracterizado pelo seu gosto ácido intenso e uma mistura de
sabores amargos e salgados.
O ácido cítrico provém das uvas e desempenha um papel importante pelas suas características
organolépticas, como o gosto ácido, e propriedades complexantes. O seu teor no vinho não pode
exceder 1 g/L (Curvelo-Garcia, 1988).
13
1.2. Composição azotada
O azoto presente no vinho encontra-se sob formas minerais e orgânicas.
O azoto mineral representa cerca de 80% da composição total de azoto das uvas em fase de
crescimento. Após amadurecimento, o teor de azoto mineral nas uvas representa menos do que 10%
da composição total de azoto (Ribéreau-Gayon et al., 2006).
O azoto orgânico no mosto e no vinho está apresenta-se sob diversas formas: aminoácidos,
As proteínas estão geralmente presentes no vinho em concentrações entre 15 a 230 mg/L e
apresentam massas moleculares compreendidas entre 9,6 e 60 kDa. De acordo com o pH, estas
moléculas podem apresentar carga positiva, carga negativa ou carga neutra (ponto isoeléctrico, pI). Na
sua maioria, as proteínas presentes no vinho possuem pontos isoeléctricos baixos (entre 4,1 e 5,8), o
que lhe confere carga eléctrica positiva a valores típicos de pH no vinho (Hsu e Heatherbell, 1987b;
Brissonnet e Maujean, 1993). Durante o processo de produção do vinho, a configuração das proteínas
sofre algumas modificações, no entanto as suas massas moleculares são semelhantes às
apresentadas no mosto, embora difiram nos seus pI (Lamikanra e Inyang, 1988; Murphey et al., 1989;
Pueyo et al., 1993; Waters et al., 1998).
Durante o amadurecimento das uvas são sintetizadas proteínas, das quais a fracção mais
abundante corresponde ao grupo das proteínas relacionadas com o ataque de agentes patogénicos –
as proteínas PR (do inglês, Pathogenesis-related Proteins). Este grupo inclui as quitinases e as
proteínas do tipo taumatina ou proteínas TLP (do inglês, Thaumatin-like Proteins) (Tattersall et al.,
1997). Waters et al. (1998) verificaram que as quitinases representavam cerca de metade da fracção
proteica solúvel presente nas uvas de um vinho (Vitis vinífera L. Muscat de Alexandria), representando
as proteínas TLP a restante fracção.
As proteínas PR são produzidas como mecanismo de defesa das plantas contra os ataques
patogénicos (Van Loon, 1985) e as suas concentrações são geralmente baixas em plantas saudáveis.
A sua síntese parece ser induzida como resposta a lesões nos tecidos e/ou stress biótico (Ferreira et
al., 2001). No entanto, alguns autores sugerem que a presença das proteínas PR nas uvas se deve a
mecanismos genéticos dependentes do seu próprio desenvolvimento e não a processos indutivos
(Waters et al., 1998).
A estabilidade em meios ácidos e a elevada resistência das proteínas PR a processos proteolíticos
fazem com que todo o processo de vinificação funcione como procedimento selectivo de extracção
destas proteínas do bago da uva (Linthorst, 1991). A combinação entre valores baixos de pH no vinho
(3,0 a 3,8) e actividade proteolítica, assegura que apenas as proteínas resistentes a estas condições
subsistam ao processo de vinificação, tal como as proteínas PR, tornando-as as principais percursoras
de casse proteica nos vinhos (Ferreira et al., 2001).
14
Determinação do teor total em proteínas
Os métodos geralmente mais utilizados na determinação do conteúdo total em proteínas são o do
biureto (Gornall et al., 1949), de Lowry (Lowry et al., 1951), de Bradford (Bradford, 1976), do ácido
bicinconinico (BCA) (Smith et al., 1985) e espectrofotometria de ultravioleta (UV) (Stoscheck, 1990). De
seguida apresentam-se as vantagens e desvantagens do método de Bradford.
Método de Bradford
O método de Bradford é um método para a determinação de proteínas totais que utiliza o corante
Coomassie Blue G-250, também conhecido por reagente de Bradford. Este método é baseado na leitura
da absorvância a 595 nm de uma solução de proteína à qual é adicionada o corante. A adição do
corante promove a sua interacção com as proteínas, que em meio ácido, resulta na alteração da cor
da solução de castanho para azul (Zaia et al., 1998; Kruger, 2002).
O método de Bradford apresenta como vantagens a rapidez e a sensibilidade. Segundo Zaia et al.
(1998), este método apresenta algumas desvantagens, tais como a variação de absortividade
específica para diferentes proteínas, devido à baixa solubilidade ou à baixa massa molecular, e, por
vezes, a não reprodutibilidade de resultados, devida ao grau de pureza do corante, que varia conforme
a sua origem.
Na literatura existem poucas substâncias identificadas como interferentes no método de Bradford,
ou seja, que actuem sobre as proteínas de forma a impedir a reacção destas com o corante ou que
reajam com o corante, conduzindo a um aumento da absorvância. Na Tabela 5 estão apresentadas as
substâncias interferentes mais comuns a este método.
Tabela 5: Determinação de proteínas totais pelo método de Bradford: substâncias interferentes.
Fonte: Zaia et al., 1998.
Interferentes Comentários
Tolbutamida Provoca falso positivo
Ureia Fornece resultado falso positivo, acima de 45 g/L
Cloreto de sódio e de potássio Fornecem resultado falso negativo, acima de 1 M
Detergentes (Triton X-100, SDS, Tween-20)
A larga banda de absorção em 650 nm, devido a reacção entre o corante e os detergentes, interfere na banda de 595 nm, resultando em falso positivo
Ciclodextrinas Formam um complexo de inclusão com o corante, resultando em falso positivo
Polifenóis e polifenóis oxidases
Reagem com as proteínas impedindo a formação do complexo das mesmas com o corante
2mercaptoetanol + guanadina Diminuem a absorção da amostra
Glicerol Provoca falso positive
Lípidos Causam turbidez na amostra
Cloropromazina Provoca falso positive
Fluoreto Diminui a absorção da amostra
Como se pode verificar, alguns dos interferentes na determinação de proteínas totais pelo método de
Bradford fazem parte da constituição do vinho.
15
1.3. Polissacáridos
Os polissacáridos são polímeros cuja unidade básica é uma molécula de ose, caracterizando-se por se
apresentar grande diversidade. Consistem num dos principais grupos de macromoléculas presentes na
constituição do vinho e têm sido alvo de estudo devido às suas propriedades sensoriais. Os
polissacáridos desempenham um papel importante na estabilidade coloidal do vinho, devido à sua
capacidade de interacção e agregação com os taninos (Riou et al., 2002). As concentrações de
polissacáridos no vinho dependem de factores, tais como, casta, estado de maturação das uvas e
método de vinificação, variando entre 0,2 a 2 g/L (Pellerin et al., 1997).
Os polissacáridos existentes no vinho têm duas origens principais: origem vegetal (provêm das
próprias uvas) e origem microbiana (provêm das paredes celulares dos microorganismos). Os que são
provenientes das uvas incluem as arabinogalactanoproteínas (AGP) e as ramnogalacturonanas (RG-II
e RG-I), e os que são maioritariamente provenientes da parede celular das leveduras incluem as
manoproteínas (MP).
A quantidade e estrutura dos polissacáridos presentes no vinho depende da variedade de Vitis
vinífera, do estado de maturação das uvas e do processo de vinificação, podendo sofrer alterações por
tratamento do vinho com enzimas (Ducasse et al., 2010). O uso de enzimas pectolíticas, usadas para
favorecer a degradação da parede celular dos bagos das uvas, promove a extracção do aroma e de
compostos fenólicos para o vinho e afecta a composição polissacarídea do vinho. Doco et al. (2007)
observaram que a utilização destas enzimas conduziu a um aumento da RG-II e a uma diminuição dos
polissacáridos ricos em arabinose e galactose, assim como resultou na perda de resíduos de arabinose
terminais nas AGP.
1.3.1. Polissacáridos com origem na uva
Estudos realizados por vários autores (Usseglio-Tomasset, 1976; Saulnier e Brillouet, 1988; Saulnier
et al., 1991; Vidal et al., 2000) revelaram a predominância das arabinogalactanas (AG) na constituição
das uvas e do mosto. As AG recebem a designação de arabinogalactoproteínas devido ao facto de
estas se encontrarem no vinho associadas a proteínas. Tipicamente, as AGP apresentam na sua
constituição até 10 % de proteínas (Pellerin et al., 1995). As AG e as AGP representam uma parte
importante dos polissacáridos solúveis totais de um vinho, apresentando concentrações entre 100 a
200 mg/L em vinhos tintos e entre 50 – 150 mg/L em vinhos brancos (Doco et al., 2000).
As ramnogalacturonanas RG-I e RG-II têm origem na parede celular pecto-celulósica dos bagos das
uvas (Doco e Brillouet, 1993; Pellerin et al., 1995, 1996; Vidal et al., 2003). A RG-II tem uma grande
importância em Enologia, pois além de serem o polissacárido no vinho com maior carga negativa
(Vernhet et al., 1996; Pellerin et al., 1996), podem estar envolvidas em interacções electroestáticas e
iónicas com outros componentes do vinho, promovendo, desta forma, a formação de precipitados e o
aparecimento de turvação. As RG-II apresentam teores entre 100 a 150 mg/L nos vinhos tintos e entre
20 a 30 mg/L nos vinhos brancos (Pellerin et al., 1997; Doco et al.,2000).
1.3.2. Polissacáridos de origem microbiológica
As manoproteínas são polissacáridos produzidos pela levedura Saccharomyces cerevisiae durante a
fermentação alcoólica. Estes polímeros estão presentes em quantidades significativas nos vinhos,
16
representando mais de 30 % dos polissacáridos totais, e a sua concentração depende do processo de
vinificação, podendo atingir 200 mg/L (Waters et al., 1994; Gerbaud et al., 1997).
Foram efectuados alguns estudos (Llaubères et al., 1987; Saulnier et al., 1991) tendo em vista a
caracterização das MP exocelulares libertadas durante a fermentação, em meios sintéticos que
simulam o mosto, que demostraram que as MP libertadas pelas leveduras são constituídas
maioritariamente por manose e pequenas quantidades de glucose, associadas a 10 – 20 % de proteína.
As MP desempenham um papel importante nas características do vinho e no seu processamento,
nomeadamente em operações de filtração com membranas e estabilização tartárica (Gonçalves et al.,
2002), prevenção da formação de turvação no vinho (Waters et al., 1994a; Moine-Ledoux e Dubourdieu,
1999; Dupin et al., 2000), modulação da adstringência e também na volatilização dos componentes de
aroma (Lubbers et al., 1994; Dufour e Bayonoue, 1999).
1.4. Composição fenólica
Os compostos fenólicos revestem-se de grande importância, uma vez que estão relacionados directa
ou indirectamente com a qualidade dos vinhos. São responsáveis pela cor, corpo, adstringência e
amargor dos vinhos e explicam grande parte das diferenças entre uvas ou vinhos tintos e brancos, pela
ausência ou presença de antocianinas – polifenóis responsáveis pela cor dos vinhos tintos (Sun e
Spranger, 2015).Podem ser divididos em duas classes: flavonóides e não-flavonóides.
1.4.1. Compostos flavonóides
Os compostos flavonóides caracterizam-se pelo seu esqueleto C6 – C3 – C6 e pela sua estrutura
composta por dois anéis aromáticos ligados por um anel pirano, que contém oxigénio (Zoecklin et al.,
1995; Cabrita et al., 2003; Jackson, 2008). Esta classe de compostos fenólicos pode ser dividida em
famílias – os flavonóis, os flavanóis (ou 3 – flavanóis) e as antocianinas –, que se distinguem pelo grau
de oxidação do anel pirano. Os flavonóides podem encontrar-se no estado livre ou polimerizados com
outros flavonóides, açúcares, não flavonóides, ou ainda combinações dos anteriores (Cabrita et al.,
2003).
As antocianinas e os taninos são dos compostos fenólicos que desempenham mais influência nas
características organolépticas de um vinho.
As antocianinas são moléculas de estrutura flavonóide que correspondem a uma antocianidina
glicolisada. Estão presentes nos vacúolos das células da película da uva e, no caso das castas
tintureiras, na polpa, apresentando concentrações no vinho que variam entre 0,1 e 1,5 g/L (Ribéreau-
Gayon et al., 1998). As antocianinas constituem o principal pigmento que confere a coloração vermelho
vivo aos vinhos jovens (Ribéreau-Gayon el al., 2006). Durante o envelhecimento do vinho verifica-se
um decréscimo da concentração destes compostos, devido não só a reacções de degradação térmica
e oxidativa mas também à formação de novos compostos mais estáveis, nomeadamente os resultantes
da condensação com taninos.
Os taninos são compostos fenólicos com capacidade de estabelecer ligações estáveis com
proteínas e outros polímeros constituintes das plantas, nomeadamente os polissacáridos (Cabrita et
al., 2003; Ribéreau-Gayon et al., 2006). Distinguem-se duas grandes classes de taninos: os taninos
17
hidrolisáveis e os taninos condensados (ou taninos não hidrolisáveis). Os primeiros são frequentemente
encontrados nas partes lenhosas das plantas e não existem naturalmente nas uvas. No entanto, uma
vez presentes na madeira podem aparecer em vinhos armazenados ou envelhecidos em cascos
(Cabrita et al., 2003). Os taninos da uva e do vinho são exclusivamente condensados (Foo e Porter,
1981), encontram-se presentes na película, nas grainhas da uva e nos engaços e resultam da
polimerização de catequinas (compostos flavanóis). Esta classe de compostos desempenha um papel
muito importante nas características organolépticas do vinho. As proteínas da saliva precipitam com os
taninos do vinho, deixando de cumprir o seu papel de lubrificação da cavidade bucal, resultando numa
sensação de adstringência. A concentração de taninos no vinho varia entre 1 a 4 g/L nos vinhos tintos
e 100 a 300 mg/L para brancos (Ribéreau-Gayon et al., 1998).
1.4.2. Compostos não flavonóides
Os compostos não flavonóides têm uma estrutura mais simples, embora a sua origem no vinho seja
mais diversa (Jackson, 2008). Estes compostos compreendem os ácidos fenólicos (benzóicos e
cinâmicos) e outros derivados fenólicos como os estibenos. O teor de ácidos fenólicos no vinho
encontra-se na ordem dos 100 – 200 mg/L para os vinhos tintos, e na ordem dos 10 – 20 mg/L para os
vinhos brancos (Ribéreau-Gayon et al., 2006).
2. Estabilidade proteica de vinhos
A casse proteica como já foi referenciado é um acidente de estabilidade físico-química susceptível de
ocorrer em vinhos brancos, afectando a sua limpidez. A natureza exacta das proteínas responsáveis
por este fenómeno é algo controversa. Isto deve-se à dificuldade em isolar proteínas específicas
causadoras da turvação do vinho pelo calor.
De acordo com Waters et al. (1991), o ideal para ultrapassar esta dificuldade seria demonstrar que
ao remover proteínas específicas, o vinho ficaria protegido contra a instabilidade, e que se se tornasse
a adicioná-las ao vinho, haveria uma indução dos problemas de turvação. Seguindo esta estratégia,
albumina de soro bovina (BSA) poderia ser utilizada como controlo, visto que apesenta um potencial
para a coagulação muito semelhante às proteínas dos vinhos (Waters et al.,1991).
O mecanismo de instabilidade proteica nos vinhos está relacionado com a insolubilização das
proteínas e pode ser explicado por duas hipóteses:
1) Individualmente, as proteínas apresentam diferentes sensibilidades à desnaturação provocada pelo
aquecimento, contribuindo, assim, diferentemente para a formação de turvação e/ou precipitado, ou
seja, apenas uma parte da fracção proteica total será responsável pela instabilidade;
2) O aparecimento de turvação nos vinhos, embora dependente das proteínas, é condicionado por um
conjunto de factores de origem não proteica.
2.1. Factores que influenciam a estabilidade proteica
Numerosos estudos têm sido desenvolvidos sobre a estabilidade proteica de vinhos, visando a
compreensão dos factores que têm influência neste problema. Um dos principais factores que alguns
18
autores (Mesquita et al., 2001; Ferreira et al., 2002) afirmam ser responsável pelo fenómeno de casse
proteica é a concentração em proteínas no vinho, no entanto os trabalhos realizados por Lagace e
Bisson (1990) e Dizy e Bisson (1999) demonstram que a instabilidade proteica não está directamente
relacionada com a concentração total de proteínas e, como tal, não constitui um factor previsível para
avaliação da potencialidade de turvação de um vinho. Existem opiniões controversas sobre a relação
da concentração em proteínas de um vinho na influência na sua estabilidade proteica.
A natureza das proteínas constitui outro factor influenciador da estabilidade proteica de um vinho.
Diversos estudos (Bayly e Berg, 1967; Hsu e Heatherbell, 1987b; Esteruelas et al., 2009a, 2009b)
permitiram constatar que diferentes fracções proteicas se comportam de maneira distinta, possuindo
diferentes sensibilidades à desnaturação, conduzindo à conclusão de que a instabilidade está
dependente de fracções proteicas específicas (Fusi et al., 2010).
Os factores que influenciam a estabilidade proteica nos vinhos englobam: a diferença entre o pH do
vinho e pI das proteínas; o pH do vinho; e, a presença de compostos de natureza não-proteica, como
flavanóis e iões metálicos.
Cada um destes factores será apresentado com maior pormenor de seguida.
2.1.1. Concentração proteica
Lee (1985) defendeu que a maior fonte de proteína no vinho é a uva e que a concentração de proteínas
totais é influenciada pela casta, estado de maturação e clima. Waters et al. (2005) afirmaram que o teor
em proteínas totais pode ser também afectado pelas tecnologias de processamento da uva. Os
engaços têm um papel importante na limitação da difusão das proteínas, podendo influenciar a
concentração proteica dos vinhos brancos: na colheita tradicional (manula), engaços e bagos são
colhidos, sendo os primeiros ricos em taninos que poderão contribuir para o decréscimo de proteínas
no mosto por floculação e precipitação, enquanto que na colheita mecânica apenas os bagos são
colhidos.
O contacto com a película aumenta geralmente a concentração de proteínas no sumo, dependendo
da sua variedade, temperatura e duração, ocorrendo uma maior extracção destas durante as primeiras
10 horas de contacto. O clima e outros factores ambientais, incluindo o stress biótico, influenciam não
só a quantidade mas também a qualidade das proteínas sintetizadas durante o desenvolvimento e
maturação da uva. A fracção solúvel presente em mostos de uva e vinhos aumenta com o aumento do
grau de maturação da fruta (Murphey et al., 1989).
O teor em proteínas totais é alterado ao longo do ciclo de vegetativo. Monteiro et al. (2006), num
estudo com a casta Moscatel, observaram teores de proteínas totais de aproximadamente 12 µg
proteínas totais/g de uva na semana subsequente à floração, de 60 µg proteínas totais/g de uva ao
estado fenológico pintor2 e de 245 µg proteínas totais/g de uva à data de vindima. Com base nestes
resultados, os mesmos autores, afirmam que a concentração total de proteína aumenta
exponencialmente, desde a floração até à vindima, sendo que o pintor funciona como que o “gatilho”
2 Pintor – é uma palavra utilizada pelos viticultores para traduzir o início do amadurecimento da uva e caracteriza-se pela mudança
de cor das uvas ao acabar o ciclo de desenvolvimento e começar o seu período de estágio (a meio do Verão). É um momento importante no ciclo da vinha. As uvas brancas perdem, num par de dias, a sua cor verde para ir adquirindo um belo tom amarelado. As tintas enchem-se de manchas violáceas e vão tornando-se escuras (adaptado de IVV).
19
para o desenvolvimento crescente das proteínas em uvas sãs (Van de Rhee et al., 1994; Ferreira et
al., 2002).
A concentração em proteínas do vinho difere de casta para casta. Pocock et al. (2000) em ensaios
realizados no Sul da Austrália para várias castas observaram teores de proteína total de 251 mg/L para
a casta Moscatel de Alexandria, 191 mg/L para Sauvignon Blanc, 62 mg/L para Pinot Noir e 31 mg/L
para a casta Shiraz. Em relação a castas portuguesas, Mesquita et al. (2001) apresentaram teores em
proteínas totais para seis vinhos produzidos em 1996 de diferentes castas, Fernão Pires, Assario,
Tamarez, Verdelho, Arinto e Moscatel, de 141,0; 114,7; 64,5; 30,9; 87,0 e 334,3 mg/L, respectivamente.
2.1.2. Natureza das proteínas
A uva é a maior fonte de proteína no vinho. Durante a fermentação, as leveduras podem excretar
pequenas quantidades de proteínas. Após a fermentação alcoólica uma quantidade maior de proteínas
constitui o vinho, resultante da autólise das leveduras. Estas proteínas não são responsáveis pela
instabilidade proteica no vinho.
A MM e o pI são duas propriedades das proteínas que se relacionam directamente com as suas
limitações de solubilidade. Alguns trabalhos demonstraram que as fracções de proteínas presentes nos
vinhos com massas moleculares baixas (entre 10 a 20 kDa) e pIs baixos são as que mais contribuem
para a sua instabilidade (Mesrob et al., 1983; Hsu e Heatherbell, 1897a, 1897b). Outros trabalhos
revelaram que só após remoção, por colagem com bentonite, das fracções proteicas com massas
moleculares baixas e pIs elevados (Ngaba e Heatherbell, 1981; Heatherbell et al., 1985; Lee, 1985), e
das proteínas com elevadas massas moleculares ou as glicoproteínas (Millies, 1975), os vinhos se
tornaram estáveis.
As quitinases e as proteínas do tipo taumatina foram identificadas como as fracções proteicas
maioritárias presentes no vinho branco (Waters et al., 1996). Por serem resistentes à proteólise e a
valores baixos de pH, sobrevivem ao processo de vinificação, podendo precipitar e turvar o vinho
(Waters et al., 1996).
A resistência de proteínas no mosto ou no vinho a vários tipos de peptidases é conhecida. Waters
et al. (1992) demonstraram que as peptidases capazes de hidrolisar BSA em meio alcoólico diluído,
também hidrolisam a BSA quando esta é adicionada a um mosto ou a um vinho. Por outro lado, estas
peptidades, quando adicionadas ao mosto ou ao vinho, deixaram intactas as proteínas instáveis
provenientes das uvas. Segundo Ribéreau-Gayon et al. (2006), é possível concluir que não existem
enzimas específicas no vinho ou no mosto que inibem a actividade das peptidases e que as proteínas
das uvas possuem uma resistência inerente muito forte e não usual à hidrólise.
2.1.3. pH do vinho e pI das proteínas
O pH do vinho é muito próximo do pI para muitas das fracções de proteínas que constituem o vinho.
Se o pH do vinho for superior ao pI de determinada fracção de proteínas, essa fracção apresenta carga
negativa, pelo que a proteína se irá ligar electrostaticamente a agentes carregados positivamente. Pelo
contrário, se o pH do vinho estiver abaixo do pI de determinada fracção, essa apresenta carga positiva
e desta forma a proteína ligar-se-á a agentes carregados negativamente. Posto isto, quanto maior for
20
a diferença entre o pH do vinho e o pI da proteína, maior será a afinidade desta com o agente a que se
liga. As características da carga das várias fracções proteicas ajudam a perceber a razão pela qual
alguns vinhos são facilmente estabilizados a nível proteico com a adição de bentonite, por exemplo,
enquanto outros não o são.
Mesquita et al. (2001) estudaram o efeito do pH na estabilidade proteica de um vinho branco
(produzido a partir de uvas da casta Fernão Pires), para o qual o teste térmico revelou que o vinho se
tornou estável com o aumento do pH do vinho de 2,5 para 7,5. Isto sugere que o pH tem um papel
importante na formação de turvação associada à instabilidade proteica e que valores elevados de pH
poderão reduzir o potencial de turvação proteica induzido por resposta aos testes térmicos.
2.1.4. Presença de compostos de natureza não proteica
Segundo Waters et al. (2005), “existem várias evidências na literatura que sugerem que outros
compostos presentes no vinho, que não as proteínas, são absolutamente necessários na formação de
turbidez visível nos vinhos brancos quando sujeitos ao teste de estabilidade térmica usado
industrialmente (80 ºC, durante 6 horas)”.
Batista et al. (2009) estudaram o mecanismo complexo de formação de turbidez e sugeriram que
existe uma necessidade absoluta da presença de um ou mais compostos no vinho de natureza não
proteica para que ocorra precipitação das proteínas nesse mesmo vinho, denominando esses
compostos como o factor X. Estes autores concluem que a baixos valores pH (inferior a 3,8), e
possivelmente a outros valores de pH, a formação de turvação proteica exibe uma necessidade
absoluta de componentes do vinho não proteicos de massas moleculares baixas (inferior a 3 kDa) –
denominado factor X – que desnaturam as proteínas por indução térmica, provocando a sua
precipitação.
Pellerin et al. (1994) testaram 15 polissacáridos e concluíram que eles não afectam nem aumentam
a turbidez durante o teste térmico de avaliação da estabilidade proteica de um vinho. Por outro lado,
Mesquita et al. (2001) mostraram que os polissacáridos aumentam a instabilidade proteica,
particularmente a temperaturas moderadamente altas (entre 40 a 50 ºC), no entanto o teor de
polissacáridos apresentado neste estudo (acima de 17 g/L) é muito superior teor de polissacáridos
reportado nos vinhos.
Waters et al. (1993, 1994a, 1994b) descreveram o efeito protector das manoproteínas provenientes
das leveduras, que protegem os vinhos da turbidez provocada pela instabilidade proteica.
Somers e Ziemelis (1973) constataram que até cerca de 50 % das proteínas do vinho se encontra
ligada a compostos flavonóides. Estes autores utilizaram esta informação para explicar as variações
de instabilidade proteica estudadas por Bayly e Berg (1967) e concluir que a turvação proteica se deve
à fracção residual de proteínas do vinho que se tornaram propensas à precipitação pela interacção com
compostos fenólicos.
2.2. Avaliação da estabilidade proteica
Foram desenvolvidos testes de estabilidade com o intuito de conhecer o risco de turbidez causado pela
instabilidade do vinho antes do engarrafamento. Os testes de estabilidade podem ser classificados de
21
acordo com o seu mecanismo de acção em: testes de desnaturação térmica, ensaios de proteína total,
desnaturação química e diminuição de solubilidade (Boulton, 1980; Mesrob et al., 1983; Dawes et al.,
1994; Sarmento et al., 2000a, Esteruelas et al., 2009a). O seu objectivo principal é avaliar a
susceptibilidade do vinho vir a desenvolver casse proteica.
O teste mais utilizado é o teste térmico com avaliação da turbidez que consiste no aquecimento do
vinho num banho de água a 80ºC durante 30 minutos. Este teste é, também, o mais fiável, sendo por
isso considerado um dos testes mais adequados para prever o fenómeno de casse proteica durante o
envelhecimento do vinho engarrafado. A turbidez ocorre durante o arrefecimento, desta forma este
parâmetro é medido antes e após o tratamento térmico. O vinho é considerado estável se a diferença
entre os valores de turbidez nestas condições for menor de 2 NTU (Dubourdieu et al., 1988).
O teste térmico pode também ser realizado com adição de tanino – teste térmico com adição de
tanino e avaliação da absorvância. Doses entre 0,5 – 2 g/L de tanino são adicionadas ao vinho e
imediatamente se torna visível a turvação devido à precipitação das proteínas. Para que não ocorra o
fenómeno de casse férrica é adicionado ácido ascórbico.
O denominado Bentotest (Jakob, 1962) não testa especificamente as proteínas sensíveis à
temperatura, apenas estima a existência de problemas associados à presença das proteínas, como a
turbidez. Este teste envolve a adição de uma mistura de ácido fosfomobíbdico e ácido clorídrico à
amostra de vinho, que desnatura e precipita as proteínas pela formação de ligações com o ião
molibdénio. A turvação aparece instantaneamente, embora possa não ser facilmente visível caso exista
ferro na amostra, uma vez que a presença deste composto irá originar uma cor azul. A turvação formada
pode ser quantificável por nefelometria.
O teste do ácido tricloroacético (ATC) consiste na mistura de 10 mL de ATC a 55% com uma amostra
de 100 mL de vinho e aquecimento no banho a 100ºC durante 2 min. A turbidez é observada após
15 min, à temperatura ambiente (Ribéreau-Gayon et al., 2006).
O teste do etanol (Boulon et al., 1996) consiste na mistura de volumes iguais de etanol absoluto e
amostra de vinho, conduzindo à formação de turbidez, que pode ser medida com um nefelómetro. Esta
turbidez não consiste em apenas proteínas instáveis mas também alguns polissacarídeos e MP que
precipitam. Vinhos estáveis e com elevado conteúdo em MP tendem a apresentar turvação quando
sujeitos ao teste do etanol.
De acordo com Ribéreau-Gayon (2006), “o teste que envolve o tratamento térmico (80ºC, 30
minutos) sem adição de tanino é o método mais eficaz na determinação da estabilidade proteica de um
vinho branco”.
2.3. Tratamentos usados na estabilização proteica do vinho
Existem várias técnicas para o tratamento da estabilização proteica do vinho, como: colagem com
bentonite, adição de adsorventes, enzimas proteolíticas, manoproteínas, ultrafiltração e pasteurização.
A bentonite é um auxiliar tecnológico com vasta aplicação na clarificação e estabilização proteica
de mostos e vinhos (Catarino et al., 2008). Este agente de colagem é o mais usado em Enologia na
redução do risco de turvação no vinho causada pelas proteínas (Ferreira et al., 2001). A adsorção das
proteínas à bentonite é um processo de troca de catiões, cuja eficiência depende do tipo de bentonite,
22
da concentração adicionada, da temperatura, do pH e da composição do vinho (Ribéreau-Gayon et al.,
2006). Após hidratada com água, a bentonite possui capacidade de expansão, aumenta a sua área
superficial, forma um gel com uma carga fortemente negativa ao pH do vinho e actua interagindo
electrostaticamente com os colóides do vinho de carga positiva (em particular, as proteínas),
conduzindo à sua remoção por adsorção e precipitação conjunta (Lambri et al., 2010; Sauvage et al.,
2010).
Em diversos estudos foi observado efeito negativo na qualidade sensorial do vinho. O estudo de
Miller et al. (1985) demonstrou uma redução da concentração dos componentes responsáveis pelo
aroma após a adição de bentonite ao sumo, mosto ou vinho e, posteriormente, os estudos realizados
por Cabaroglu et al. (2003) e Pollnitz et al. (2003), confirmaram que os compostos responsáveis pelo
aroma do vinho podem ser absorvidos pela bentonite. Rankine (1989) afirmou que a colagem com
bentonite resulta em perdas de aroma e sabor e, mais tarde, Martinez-Rodriguez e Polo (2003)
alargaram esta conclusão a vinhos espumantes.
Por outro lado, outros estudos sugerem que não existem alterações significativas na qualidade
sensorial do vinho quando se aplica o processo de colagem com bentonite. A avaliação sensorial
realizada por Leske et al. (1995) aos vinhos tratados com bentonite não mostrou diferenças
significativas entre as amostras de controlo e as tratadas. De modo análogo, Pocock et al. (2003),
reportaram que a colagem com bentonite de um vinho Chardonnay e outro Semillon não mostrou efeito
negativo no aroma nem no sabor do vinho.
Alguns autores afirmam que a bentonite não é selectiva para proteínas e também remove outras
espécies carregadas ou agregados (Ferreira et al., 2001; Lambri et al., 2010). A presença de certos
colóides é necessária, uma vez que conferem “volume de boca” e contribuem para a fixação de
compostos aromáticos (Achaerandio et al., 2001). Uma vez que a bentonite não é selectiva, pode
interagir com compostos aromáticos (Moio et al., 2004), o que resulta numa perda dos compostos de
aroma e sabor (Lambri et al., 2010). A colagem com bentonite também conduz à perda de volumes
substanciais de vinho (entre 3 a 10 %) (Tattersall et al., 2001) e a deposição de bentonites usadas
constitui uma fonte de desperdício. Por estas razões, é actualmente dada especial atenção ao
desenvolvimento de alternativas a esta prática com o objectivo de estabilizar o vinho sob o ponto de
vista proteico, e que possam manter a sua qualidade, reduzir os custos e serem mais sustentáveis.
Os agentes de colagem são essencialmente usados para clarificação, tratando-se de proteínas
actuam sobre os compostos fenólicos do vinho, interactuando com outros componentes, sendo por isso
esperado que influenciem, pelo menos em parte, o potencial do vinho para se tornar turvo devido à
instabilidade proteica. Chagas et al. (2012) estudou o efeito de seis diferentes agentes de colagem
23
(caseína3, albumina de ovo4, ictiocola5, quitosana6, quitina7 e polivinilpolipirrolidona8 (PVPP)),
conhecidos pela remoção de polifenóis, melhoria do processo de clarificação e clarificação de vinhos
com diferentes problemas de turvação (Spagna et al., 1996; OIV 2012), na estabilização proteica de
vinhos brancos. Estes autores verificaram que o uso de albumina de ovo e quitosana, embora incapaz
de estabilizar o vinho, originou um pequeno mas significativo decréscimo na formação de turvação,
enquanto a quitosana e a PVPP mostraram ser os agentes de colagem mais eficazes na remoção da
maioria dos polifenóis do vinho e concluíram que os agentes de colagem analisados no seu estudo não
afectaram significativamente o conteúdo de proteínas no vinho, removendo consideráveis quantidades
de compostos fenólicos, mas não apresentaram efeito aparente na estabilização dos vinhos após a
colagem.
Vincenzi et al. (2005) estudaram o efeito da colagem com quitina na remoção de proteínas de um
vinho (Vitis Vinifera cv. Incrocio Manzoni), tendo verificado que o tratamento por colagem com doses
crescentes de quitina permitiu a redução até 80% da turbidez no vinho produzida por indução dos testes
de estabilidade proteica, o que correspondeu a uma redução de proteína neste mesmo vinho para
menos de 29%.
Relativamente às enzimas proteolíticas, os estudos realizados demonstraram que estas não
degradam eficientemente as proteínas PR às temperaturas normais dos processos de vinificação
(Heatherbell et al., 1985; Waters et al., 1992). No entanto, a utilização de enzimas em conjunto com o
tratamento térmico tem-se revelado um tema promissor em alguns estudos já realizados (Feuillat e
Ferrari, 1982; Heatherbell et al., 1985; Lagace e Bisson, 1990; Duncan, 1992; Dizy e Bisson, 1999).
Pocock et al. (2003) estudaram o efeito do tratamento térmico combinado com a adição de enzimas
proteolíticas na estabilização proteica de vinhos brancos comerciais. Estes autores submeteram os
vinhos com e sem adição de enzimas proteolíticas a tratamento térmico (aquecimento a 90 ºC durante
1 minuto e posterior arrefecimento imediato a 16 e 19 ºC). Verificaram que o tratamento combinado
conduziu à redução entre 40 – 80 % do conteúdo proteico no vinho original e que o tratamento térmico
sem adição de enzimas resultou na redução do conteúdo proteico entre 50 – 90 % em relação ao seu
conteúdo original. Isto leva à diminuição da dose de bentonite necessária para a estabilização proteica
do vinho: no caso do vinho submetido ao tratamento térmico e adição de enzimas proteolíticas, a
redução da dose de bentonite necessária para a eficácia do tratamento obtida foi entre 40 – 80 %; no
caso do vinho submetido a tratamento térmico sem adição das enzimas, verificou-se uma redução entre
50 – 70 % da dose de bentonite necessária. A avaliação sensorial dos vinhos demonstrou que o
tratamento teve um efeito negligenciável no aroma e nas características de sabor, tendo sido
3 A caseína é a principal proteína do leite. Em associação com iões sódio ou potássio forma um caseinato solúvel, que dissolvido
no vinho adsorve e remove as partículas carregadas negativamente (Jackson, 2008). 4 A clara do ovo tem sido usada na colagem de vinhos, removendo o excesso de taninos, sendo o seu ingrediente activo a
albumina. A ligação peptídica da albumina forma pontes de hidrogénio com os grupos hidroxilo dos taninos, levando à formação
de grandes agregados proteína-tanino (Jackson, 2008). 5 Ictiocola ou cola de peixe é um tipo de gelatina pura, transparente ou translúcida, obtida da bexiga de alguns peixes. É
semelhante aos agentes de colagem proteicos e a sua principal utilização é na remoção de taninos (Jackson, 2008) 6 A quitosana é um derivado da quitina. Quando o grau de desacetilação da quitina atinge cerca de 50% (dependendo da origem
do polímero), torna-se solúvel em meio ácido e toma o nome de quitosana (Rinaudo, 2006) 7 A quitina é um polímero linear da parede celular das leveduras (Klis et al., 2006) 8 PVPP é um polímero resinoso que actua de forma semelhante aos agentes de colagem proteicos. É particularmente útil na
remoção selectiva de flavanóis e mono e difenóis (Jackson, 2008)
24
observados ligeiros efeitos no aroma em alguns casos devido ao aquecimento e à adição de uma
quantidade de enzima muito superior à recomendada pelo fabricante.
Outra alternativa ao processo convencional de colagem com bentonite consiste na utilização de um
leito filtrante, isto é, utilização de uma coluna de leito fixo ou fluidizado constituído por um adsorvente
pelo qual, à medida que o vinho passa, as proteínas sejam adsorvidas. Este processo deverá permitir
a regeneração do adsorvente, reduzindo, desta forma, os resíduos e os custos de operação. Este tipo
de processo requer um adsorvente de tamanho constante que tenha as seguintes características:
capacidade de adsorção adequada das proteínas do vinho, pouca dilatação e distribuição do tamanho
das partículas adequado, possibilidade de ser regenerado, o que implica estabilidade física (Sarmento
et al., 2000b). Pashova et al. (2004) demonstraram que o uso de óxido de zircónio em pó mostrou ser
um adsorvente capaz de remover 70 % do conteúdo em proteína total de um vinho branco
(Chardonnay), removendo preferencialmente as fracções proteicas com MM entre 20 – 50 kDa e
50 – 70 kDa, enquanto as fracções abaixo de 15 kDa e acima de 70 kDa são removidas em último. No
entanto, de acordo com vários estudos, a estabilização proteica por meio deste adsorvente terá um
impacto negativo nas características físico-químicas e sensoriais do vinho (Pashova el al., 2004;
Salazar el al., 2006). Maragon et al. (2010) mostraram que um vinho branco (Chardonnay) foi
estabilizado, removendo as proteínas instáveis, por adsorção com zircónio após tratamento com 25 g/L
durante 72 horas, no entanto este vinho após tratamento mostrou uma redução na intensidade do
aroma frutado e do sabor. Mercurio et al. (2010) propuseram a utilização de zeólitos naturais como
adsorventes, uma vez que estes apresentam uma vasta superfície externa e têm carga negativa, que
permite interacções com outros catiões ou moléculas polares (como as proteínas), incapazes de
penetrar a sua estrutura microporosa. Estes autores apresentaram, no seu estudo, vantagens como o
aumento da estabilidade tartárica.
Uma solução complexa pode ser estabilizada quando um colóide macromolecular (polissacárido) e
um colóide instável são colocados “frente-a-frente”. Os colóides macromoleculares que possuem esta
característica são chamados colóides protectores e as suas propriedades previnem a formação de
turvação e depósitos nos vinhos (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Ledoux e Dubourdieu (1992)
observaram o aprimoramento espontâneo da estabilidade proteica no vinho branco durante o seu
envelhecimento em contacto com as borras. Esta observação levou à conclusão de que certas MP
libertadas no vinho quando em contacto com as borras eram capazes de estabilizar termicamente as
proteínas do vinho (Waters et al.,1993; Moine-Ledouxt e Dubourdieu, 1999), actuando como colóides
protectores. A adição de MP, como alternativa à colagem com bentonite, apresenta propriedades
benéficas na estabilização das proteínas e na redução da turvação do vinho branco, podendo exercer
um efeito positivo sobre a qualidade do vinho (Waters et al., 1993; Waters et al., 1994b; Gonzalez-
Ramos el al., 2008). As MP com baixa MM como a invertase (32 kDa) oferecem uma elevada
estabilidade proteica ao vinho e a sua interacção com outros componentes do vinho leva ao
aperfeiçoamento da sua qualidade (Moine-Ledoux e Dubourdieu, 1999). No entanto, este método
apresenta comparativamente com a bentonite uma importante desvantagem, o seu preço elevado.
25
3. Enquadramento do tema e objectivos da dissertação
Actualmente, para o problema associado à instabilidade proteica de vinhos brancos recorre-se à
colagem com bentonite. Este agente de colagem apresenta algumas desvantagens como a remoção
de alguns compostos com influência no sabor e a perda de 3 – 10 % de volume de vinho. O uso de
alternativas à aplicação de colagem tem vindo a ser estudado, apresentando-se a ultrafiltração como
uma alternativa promissora.
O primeiro problema associado à filtração do vinho é garantir a qualidade da sua clarificação e que
as partículas sejam retidas sem que causem quaisquer modificações na estrutura química capazes de
afectar o sabor do vinho (Ribéreau-Gayon et al., 2006). Sachs et al. (1983) demonstraram que, de um
modo geral, a UF não interferiu nas propriedades organolépticas, excepto para os vinhos tintos em
estudo, nos quais ocorrereu uma redução da adstringência. Balanutse et al. (1985) observaram que na
aplicação de UF em modo de concentração o sabor de um vinho foi inalterado. No entanto, os trabalhos
efectuados por Maglioli e Marchesini (1985) constataram que um vinho branco apresentava um odor e
sabor mais pronunciado que um vinho submetido a UF, tendo-se verificado uma ligeira oxidação do
último após quatro meses.
Serrano e Paetzold (1994) observaram que a filtração de um vinho tinto com uma membrana de
diâmetro de poro de 0,65 μm provocou uma redução do conteúdo em polissacáridos, fenóis e ésteres.
Estes autores observaram também que os aromas de um vinho Moscatel não foram afectados, no
entanto não foram encontradas diferenças significativas nos vinhos estudados quando colocados em
repouso após um mês de serem filtrados e testados.
Relativamente ao papel das membranas e suas características no processo de UF, os estudos
desenvolvidos por Berger et al. (1985) verificaram que determinadas membranas modificaram o
carácter dos vinhos tintos. Hsu et al. (1987b) estudaram o efeito do MWCO da membrana na
estabilidade proteica por UF, tendo demonstrado que o aumento do MWCO coincidira com o
decréscimo da retenção de proteínas pela membrana e que até 99% das proteínas foram retidas com
membranas de 10 kDa MWCO. Segundo Hsu et al. (1987b) embora a estabilidade proteica possa ser
alcançada com membranas de 10 kDa MWCO ou mesmo de 30 kDa, pequenas quantidades de
proteínas termo-instáveis permeiam através da membrana, conduzindo à aplicação posterior de
colagem com bentonite. Neste estudo, os autores verificaram também que para um vinho sujeito a UF
usando uma membrana de 30 kDa MWCO, o permeado continha fracções de proteínas de
12,6 – 28 kDa e 60 – 65 kDa, e que ao adicionar uma dose de 5 g/hL de bentonite foi removida apenas
a fracção proteica correspondente a 12,6 – 28 kDa. Isto suporta estudos anteriormente realizados (Hsu
et al., 1987c), que afirmaram que para a obtenção de estabilidade proteica de vinho, avaliada por
aplicação de testes térmicos, é necessário remover a fracção de proteínas de baixa MM (20 – 30 kDa),
que é caracterizada por possuir baixos pI (na gama de 4,1 – 5,8) e conter glicoproteínas na sua
composição. Em 1990, Flores et al. investigaram o efeito do MWCO da membrana e do factor de
concentração a nível da composição e da estabilidade dos vinhos.
Como anteriormente referido, a UF pode também ser usada para reter as macromoléculas do vinho,
de forma a possibilitar o estudo da sua contribuição para a estabilidade proteica do vinho. Esta
operação é um processo complexo, devido à transmissão e rejeição de proteínas pela membrana estar
26
dependente do sistema hidrodinâmico, ou seja, pressão transmembranar, resistência, porosidade e
morfologia da membrana, carga e hidrofobia da superfície (Cui, 2005; Saxena et al., 2009), carga
electrostática e pI das proteínas, bem como as espécies iónicas e o valor de pH do vinho (Zulkali et al.,
2005; Sarkar et al., 2009; Rohani e Zydney, 2010).
Em estudos realizados recentemente, Bruijn et al. (2011) realizaram a operação de UF em cascata
com membranas de MWCO de 10, 30, 100 e 300 kDa. O seu objectivo foi separar as macromoléculas
de um vinho branco em fracções com diferentes massas moleculares (10 – 30, 30 – 100 e
100 – 300 kDa). Estes autores constataram que a UF apresentou ser um método apropriado ao
fraccionamento do vinho, uma vez que permitiu a separação das proteínas numa fracção de
10 – 30 kDa enriquecida em proteínas bastante termo-instáveis e numa outra fracção de 30 – 100 kDa
com uma grande quantidade de proteínas bastante estáveis termicamente.
3.1. Objectivos
Esta dissertação visa a contribuição da optimização dos parâmetros de operação de ultrafiltração na
clarificação, estabilização proteica de vinhos brancos, instáveis sob o ponto de vista proteico.
Para tal, constituíram objectivos específicos do trabalho:
1) Selecção de vinhos brancos instáveis sob o ponto de vista proteico, por aplicação de diferentes
testes de estabilidade.
2) Ultrafiltração de vinhos brancos instáveis sob o ponto de vista proteico, de forma a reter as
macromoléculas, particularmente as proteínas, responsáveis pela instabilidade.
3) Avaliação da composição físico-química das correntes de ultrafiltração, incluindo polissacáridos
totais, proteínas totais e índice de fenóis totais.
4) Avaliação da estabilidade proteica das correntes de ultrafiltração, nomeadamente alimentação
inicial, concentrado e permeado (vinho tratado).
5) Avaliação da remoção das macromoléculas no processo de separação e a sua influência na
qualidade do vinho.
27
III. Materiais e Métodos
1. Vinhos
No presente trabalho foram utilizados três vinhos brancos, susceptíveis de instabilidade proteica,
produzidos na Adega Experimental do Instituto Superior de Agronomia (ISA), a partir de uvas
provenientes das vinhas do mesmo Instituto. Mais concretamente foram utilizados dois vinhos
monovarietais, Vitis Vinifera L., castas Viosinho e Moscatel Graúdo e um vinho de lote de três castas
(Viosinho 75% v/v, Alvarinho 12,5% v/v, Arinto 12,5% v/v), originários da vindima de 2016.
Os vinhos brancos foram obtidos por aplicação da tecnologia de vinificação convencional,
denominada por “bica aberta”. Durante a vindima foram adicionados 50 mg SO2/kg de uva e 50 g de
aromax B49/ 100 kg de uva. Antes da fermentação alcoólica, teve lugar a etapa de defecação à
temperatura de 12ºC, com duração de 24 horas. A duração da fermentação alcoólica foi diferente para
cada um dos vinhos em estudo, bem como a temperatura à qual ocorreu, sendo estes valores
apresentados no Anexo B.
Após a fermentação alcoólica, o vinho Viosinho foi adicionado com preparação enzimática
(glucalyse10) e foi realizada a operação de battonage duas vezes por semana com uma duração de 45
minutos.
Os vinhos anteriormente referidos foram seleccionados a partir de um grupo de seis vinhos brancos
da vindima de 2016, todos eles produzidos no ISA, o qual incluía ainda vinhos monovarietais das castas
Arinto, Encruzado e Moscatel Galego. A estabilidade proteica dos seis vinhos foi testada por aplicação
de dois procedimentos analíticos diferentes e seleccionados aqueles que revelaram maior instabilidade.
1.1. Testes aplicados para verificação da estabilidade proteica dos vinhos
Este parâmetro teve por base a realização de tratamentos térmicos das amostras de vinho em estudo
(vide Capítulo II. 2.2. Avaliação da estabilidade proteica).
Inicialmente foi avaliada a susceptibilidade à instabilidade proteica dos seis vinhos já referidos
através do teste tratamento térmico com adição de tanino (Sarmento et al., 2000a), que consiste na
adição de 1 mL de uma solução hidroalcoólica (10% v/v) com 5% (m/v) de tanino (Prolabo No. 20712)
e de 200 mg de ácido ascórbico, aquecimento em banho de água a 80 ºC durante 10 minutos e posterior
arrefecimento com água fria. São medidas as absorvâncias a 650 nm das amostras com e sem adição
de tanino e comparadas: se a diferença entre as absorvâncias for superior a 0,1, considera-se que o
vinho é susceptível de vir a desenvolver instabilidade proteica.
Foi aplicado outro teste térmico, adaptado de Dubourdieu et al. (1988), segundo o qual uma amontra
de 20 mL de vinho, após centrifugação a 14000 g durante 15 minutos, é colocada num banho a 80 ºC
durante 30 minutos e posteriormente arrefecida. É medida a turbidez desta amostra relativamente a
uma amostra de controlo (vinho sem tratamento térmico) por nefelometria e expressa em NTU: o vinho
é considerado estável do ponto de vista proteico se a diferença entre a turbidez não exceder 2 NTU.
9 O Aromax é um aditivo utilizado na indústria vitinícola que contém dióxido de enxofre e ácido ascórbico. 10 A Glucalyse é uma preparação enzimática, com pectinases e glucanases, utilizada na indústria vitivinícola para aumentar a
filterabilidade do vinho e promover a libertação de manoproteínas das paredes celulares das leveduras.
28
1.2. Caracterização físico-química geral
Os métodos de análise aplicados na determinação dos parâmetros de caracterização físico-química
geral dos vinhos em estudo estão discriminados em seguida e a maioria teve por base os métodos OIV
(OIV, 2011). Incluem: turbidez (OIV-MA-A2S-08), teor alcoólico em volume (Zoecklein et al., 1995),
massa volúmica (OIV-MA-AS2-01B), acidez total (OIV-MA-AS313-01), acidez volátil (OIV-MA-AS313-
02), teor em substâncias redutoras (OIV-MA-AS311-01A), extracto seco total (OIV-MA-AS2-03B),
dióxido de enxofre livre e total (adaptação do método OIV-MA-AS323-04B), características cromáticas
(OIV-MA-AS2-07B), pH (OIV-MA-AS313-15), e teor em polissacáridos totais (Segarra et al., 1995).
Turbidez
A turbidez consiste na redução da transparência de um fluido devido à presença de materiais em
suspensão que interferem com a passagem da luz através do mesmo. A sua avaliação for realizada
por nefelometria, de acordo com o método OIV-MA-AS2-08 (OIV, 2011), sendo expressa em NTU.
Teor alcoólico em volume
O teor alcoólico corresponde ao volume em litros de etanol presente em 100 L de vinho, à temperatura
de 20 ºC. Para avaliação deste parâmetro analítico foi aplicado um método baseado na ebuliometria.
É determinado o ponto de ebulição das amostras de vinho e de uma solução de referência de água
pura, estando a diferença entre as temperaturas de ebulição das amostras e água pura relacionadas
com a percentagem de etanol na amostra (Zoecklein et al., 1995).
Massa volúmica
A massa volúmica representa a massa por unidade de volume do vinho à temperatura de 20 ºC e pode
ser determinada por picnometria, areometria ou densimetria através da balança hidrostática.
O método utilizado para a determinação da massa volúmica encontra-se descrito no Método OIV-
MA-AS2-01B (OIV, 2011), cujo princípio é a determinação deste parâmetro por areometria. Este método
consiste na introdução de um areómetro numa proveta que contém a amostra de vinho e leitura da
massa volúmica à temperatura à qual se encontra. Posteriormente este parâmetro é corrigido para a
temperatura de 20 º C.
Acidez total
A acidez total no vinho define-se como a soma da acidez titulável a pH 7 por adição de uma solução
alcalina utilizando-se azul de bromotimol como indicador.
O método utilizado encontra-se descrito no Método OIV-MA-AS313-01 (OIV, 2011), onde a amostra
de vinho, após eliminação do dióxido de carbono por vácuo, é titulada com hidróxido de sódio na
presença do indicador azul de bromotinol.
Acidez volátil
A acidez volátil é constituída pelo conjunto de ácidos gordos da série acética, presentes no vinho nas
formas livre e salificada.
29
A determinação deste parâmetro foi realizada conforme descrito no Método OIV-MA-AS313-02 (OIV,
2011), consistindo na eliminação do dióxido de carbono da amostra seguido da destilação por
arrastamento de vapor, onde se dá a separação dos ácidos voláteis, e posterior titulação do destilado
com hidróxido de sódio na presença de fenolftaleína.
Teor em substâncias redutoras
As substâncias redutoras do vinho incluem todos os açúcares com funções aldeídica ou cetónica, que
lhes conferem poder redutor sobre uma solução cupro-alcalina.
O método usado na determinação das substâncias redutoras [Método OIV-MA-AS311-01a (OIV,
2011)] é desenvolvido em duas fases: uma etapa de clarificação da amostra para eliminação de
substâncias interferentes (compostos fenólicos e aminoácidos) e uma etapa de quantificação por
reacção do filtrado com uma determinada quantidade de licor cupro-alcalino, e posteriormente
doseamento do ião cúprico em excesso por titulação indirecta por iodometria.
Extracto seco total
O extracto seco de um vinho inclui todas as substâncias não voláteis sob determinadas condições
físicas, que devem ser tais que os componentes desse extracto sofram o mínimo de alteração possível
durante a sua determinação.
O Método OIV-MA-AS2-03B (OIV, 2011) foi utilizado para esta determinação e consiste no cálculo
indirecto deste parâmetro através da gravidade específica do vinho sem álcool. É expresso em
quantidade de sacarose que, dissolvida numa quantidade de água suficiente para perfazer 1 L,
corresponde a uma solução que apresenta a mesma densidade que o mosto ou que o vinho
desalcoolizado.
Dióxido de enxofre livre e total
O dióxido de enxofre livre apresenta-se nas diferentes formas químicas H2SO3 (ácido sulfuroso), HSO3-
(ião bissulfito) e SO3- (ião sulfito). O dióxido de enxofre total representa o conjunto das diferentes formas
de SO2 presentes no vinho, no estado livre ou combinadas com os seus constituintes (o ião bissulfito é
também a forma preponderante no SO2 combinado).
O dióxido de enxofre livre é determinado por titulação potenciométrica com uma solução de iodo. O
dióxido de enxofre total é determinado por titulação potenciométrica com solução de iodo, após hidrólise
alcalina para libertação do dióxido de enxofre combinado.
Características cromáticas
As características cromáticas de um vinho são a sua luminosidade e cromaticidade. A luminosidade
corresponde à transmitância, e varia na razão inversa da intensidade corante do vinho. A cromaticidade
corresponde ao comprimento de onda dominante, que caracteriza a tonalidade, e à pureza. Este
parâmetro é obtido pelo método espectrofotométrico.
O método utilizado para determinar este parâmetro consiste na leitura da absorvância das amostras
de vinha a um comprimento de onde de 420 nm (Curvelo-Garcia, 1998).
30
pH
Para a determinação do pH dos vinhos foi utilizado o Método OIV-MA-AS313-15 (OIV, 2011), cujo
princípio assenta na diferença de potencial entre dois eléctrodos mergulhados na amostra, onde um
dos eléctrodos apresenta o potencial em função do líquido onde está inserido, enquanto o outro
apresenta um potencial fixo e conhecido, sendo este último denominado eléctrodo de referência.
Teor em polissacáridos totais
A determinação do teor de polissacáridos totais tem como base um método espectrofotométrico
desenvolvido por Segarra et al. (1995) que consiste na separação/isolamento dos polissacáridos e sua
determinação por aplicação do método fenol-sulfúrico.
Numa primeira fase, procede-se à extracção dos polissacáridos da amostra de vinho, baseada na
sua precipitação com recurso a um solvente orgânico (etanol) e posteriores separação do precipitado
por centrifugação e lavagem com etanol (Segarra et al., 1995; Gonçalves, 2002). A etapa de
precipitação consiste na adição de 4 mL de vinho a 20 mL de etanol 96% v/v (na proporção de 1:5) e
na conservação desta solução a 5 ºC durante cerca de 12 – 16 horas. De seguida, a solução é
centrifugada durante 15 minutos a 14000 g, sendo o sobrenadante retirado e o precipitado lavado com
10 mL de etanol 96% v/v. Esta operação é repetida até que o sobrenadante retirado esteja
completamente límpido.
Os polissacáridos precipitados são dissolvidos numa solução hidroalcoólica e o resíduo seco num
evaporador rotativo. O precipitado seco é dissolvido em 4 mL de água.
A aplicação do método fenol-sulfúrico (Segarra et al., 1995; Gonçalves, 2002) consiste no conjunto
das seguintes etapas: diluição da solução de polissacáridos obtida para 1:10; a um tubo de ensaio
adiciona-se 0,4 mL da solução de polissacáridos, 0,4 mL de fenol (5% m/v) e 2 mL de ácido sulfúrico;
agitação imediata da solução num vórtex durante 4 – 5 segundos; colocação do tubo de ensaio em
banho de 30 ºC durante 15 minutos; arrefecimento sob corrente de água fria durante 15 minutos; leitura
da absorvância a 495 nm num espectrofotómetro.
A concentração em polissacáridos foi calculada com recurso à curva de calibração da glucose,
expressa em mg glucose/L, que consta no Anexo C.
2. Instalação de Ultrafiltração
A operação de UF dos vinhos foi efectuada num equipamento comercial à escala laboratorial, Celfa P-
28, apresentado na Figura 9.
31
Figura 9: Instalação Celfa P-28.
1 – Tanque de alimentação; 2 – Camisa de arrefecimento; 3 – Bomba de circulação; 4 – Válvula; 5 – Manómetro; 6 – Célula de permeação; 7 – Válvula de regulação da pressão
A instalação é constituída por um tanque de alimentação, um permutador de calor, uma bomba de
circulação com um potenciómetro para regulação do caudal de circulação, um módulo de membranas
planas, uma válvula para o escoamento da fracção do concentrado, um manómetro e uma válvula de
regulação da pressão (back-pressure valve).
O tanque de alimentação (1) é um reservatório constituído em aço inoxidável 316 e tem capacidade
de cerca de 500 mL. Está revestido por uma camisa de aquecimento (2), que permite controlar a
temperatura da alimentação através da imersão de um termómetro no tanque de alimentação.
A pressão do sistema e a circulação da alimentação através da instalação são asseguradas pela
bomba de circulação (3), cujo caudal de circulação é regulado por um potenciómetro acoplado à bomba.
A pressão do sistema é regulada pela válvula de controlo de pressão (7) – back-pressure valve – que
se situa após a célula de permeação (6). A leitura da pressão do sistema é feita no manómero (5) que
precede a célula de permeação. A pressão do sistema e o caudal de circulação são ajustados em
simultâneo através do potenciómetro e da back-pressure valve.
A célula de permeação é uma célula plana com uma área superficial de membrana de 25,25 cm2
(Minhalma, 2001).
A instalação Celfa P-28 contém no interior da célula de permeação um volume morto, o qual não é
eliminado entre os ensaios de UF, é por isso importante a sua contabilização, uma vez que em todos
os ensaios realizados existirá uma diluição da alimentação neste volume. A determinação do volume
morto da instalação de UF teve como base a realização de um ensaio de UF com uma solução de
cloreto de sódio (NaCl). Para isso foi preparada uma solução de 500 mL de NaCl com concentração
conhecida (300 ppm), que foi submetida a um ensaio de UF à pressão mínima do sistema (cerca de
0,5 bar) em modo de recirculação total durante 10 minutos. A condutividade da solução de NaCl antes
e após o ensaio permitiu determinar a concentração inicial e final desta solução, sendo estes resultados
apresentados no Anexo D. A diferença entre o volume final e o volume inicial resulta no volume morto
da instalação de UF Celfa P-28 de 19,8 mL.
Permeado Concentrado
32
2.1. Procedimento de funcionamento da instalação
A membrana foi montada na célula de permeação sobre uma folha de papel de filtro. Antes dos ensaios
serem iniciados, é necessário proceder à compactação da membrana (vide Capítulo III. 3.2
Compactação da membrana).
O procedimento dos ensaios poderá ser divido nas seguintes etapas: arranque, estabilização,
recolha de amostras e paragem; as quais se encontram descritas a seguir.
Arranque
Após a carga do tanque de alimentação com um volume de 500 mL, a bomba de circulação é posta em
funcionamento. O potenciómetro é regulado para baixos caudais, de forma a evitar a danificação da
membrana. O caudal de circulação é então regulado com o potenciómetro e a pressão com a back-
pressure valve, sem que a membrana seja submetida a variações bruscas das condições operatórias.
Nesta fase é também colocada a circular a água de refrigeração na camisa de arrefecimento, de
forma a estabilizar a temperatura para o valor pretendido.
Estabilização
Durante o período de estabilização o permeado é recirculado para o tanque de alimentação durante 10
minutos, de forma a ser obtida a estabilização das condições operatórias: caudal de circulação da
alimentação, pressão do sistema, temperatura e concentrações das correntes de alimentação e de
permeado.
Recolha de amostras
As amostras recolhidas dos ensaios de UF consistiram em amostras das diferentes fracções da UF,
isto é, da alimentação inicial (AI), do concentrado (C) e do permeado (P). A recolha da AI efectuou-se
após o período de estabilização de 10 minutos. A recolha das fracções C e P efectuavam-se após o
ensaio de UF e exactamente antes da paragem da instalação.
Entre a recolha e a análise, as amostras foram mantidas no frigorífico a 4 ºC, sendo colocadas à
temperatura ambienta até atingirem 20 – 25 ºC aquando da sua caracterização analítica.
Paragem
Após recolha das amostras de C e P, a pressão do sistema e o caudal de circulação devem ser
reduzidos gradualmente antes de se desligar a bomba de circulação, de modo a não danificar a
membrana.
3. Membrana
Para os ensaios de UF foi utilizada uma membrana comercial, FS61PP, da AlfaLaval (antiga DSS-
Denmark), baseada num suporte de polipropileno, cujas características estão apresentadas no
Anexo A.
33
Ao montar a membrana na célula da instalação, coloca-se uma folha de papel de filtro entre a
membrana e a placa porosa, de forma a proteger a membrana. Após montagem, procede-se à lavagem,
de modo a remover quaisquer vestígios de aditivos usados no seu fabrico, e posterior compactação.
3.1. Lavagem da membrana
A lavagem das membranas é efectuada com água desionizada. Esta operação é repetida a cada
alteração de ensaio e/ou a cada soluto que é feito passar pela membrana.
A operação de lavagem é realizada a baixas pressões (0,5 bar) e à velocidade de recirculação
máxima, durante cerca de 2 horas.
3.2. Compactação da membrana
A etapa de compactação tem como objectivo a minimização de quaisquer efeitos na estrutura da
membrana durante os ensaios, devido à pressão a que esta está sujeita, de forma a que não ocorra
decréscimo no fluxo de permeado.
Esta operação consiste na permeação de água desionizada a uma pressão superior à pressão
máxima de trabalho em 20% e em modo de recirculação total, durante 2 a 3 horas.
3.3. Caracterização da membrana
A caracterização da membrana tem como objectivo o conhecimento do comportamento da mesma, que
depende da sua estrutura e do seu material. A caracterização deve conter: i) informação morfológica
relacionada com a estrutura porosa, como o diâmetro dos poros e a distribuição do diâmetro dos poros;
ii) propriedades químicas, como hidrofilia/hidrofobia relativas; iii) propriedades eléctricas; e, iv)
propriedades dos polímeros que as constituem.
No presente trabalho a caracterização da membrana teve como base a determinação da
permeabilidade hidráulica (Lp), a rejeição a solutos de referência e o limite de exclusão molecular
(MWCO). Dado a utilização de uma membrana comercial, esta caracterização é efectuada com
conhecimento prévio da informação disponibilizada pelo fabricante (AlfaLaval), nomeadamente o
MWCO da membrana de 20 kDa.
3.3.1. Determinação da permeabilidade hidráulica
A permeabilidade hidráulica é o parâmetro mais comum na caracterização de qualquer membrana e é
definida como a capacidade de permeação de uma membrana à água pura. Este parâmetro pode ser
obtido através da representação gráfica dos fluxos de permeação em função da pressão
transmembranar, segundo a Equação (8), que corresponde ao declive, Lp.
Jp = Lp × ΔP (8)
Onde Jp corresponde ao fluxo de permeação da água pura.
34
3.3.2. Determinação do limite de exclusão molecular das membranas
A determinação do limite de exclusão molecular da membrana, MWCO, foi efectuada recorrendo ao
perfil de rejeição de solutos de referência, sendo a rejeição aparente de um soluto (fA) dada pela
Equação (9).
fA =CAa − CAp
CAa
(9)
Onde CAa e CAp são as concentrações de soluto na alimentação e no permeado, respectivamente. Estas
concentrações foram determinadas através da leitura do carbono orgânico total (TOC) para as
correntes de alimentação e permeado, que se encontra descrito mais à frente no tópico Carbono
Orgânico Total.
Procedeu-se à ultrafiltração de soluções dos solutos de referência apresentados na Tabela 6, à
pressão transmembranar de 0,5 bar e à velocidade de recirculação máxima de 0,79 L/min.
Tabela 6: Características dos solutos de referência usados na determinação do MWCO.
Soluto de referência (Da) Massas moleculares médias (Da) Fórmula química Marca
PEG 10 000 9000 – 12500
HO(C2H4O)nH
MERCK – Schuchardt
PEG 20 000 ~ 20000 Fluka
PEG 35 000 ~ 35000 MERCK – Schuchardt
As condições dos ensaios foram controladas da seguinte forma: foi lida a temperatura inicial da solução,
após 10 minutos de estabilização das condições operatórias do ensaio de UF e no final do ensaio de
permeação e foi também contabilizado o tempo de permeação. Estes valores estão apresentados no
Anexo E. Durante o ensaio foram retiradas amostras da solução inicial preparada, da solução de
alimentação após 10 minutos de estabilização, da solução de alimentação no final do ensaio de UF e
do permeado, sendo posteriormente determinadas as respectivas concentrações através da medição
do carbono orgânico total. As concentrações determinadas apresentam-se no Anexo E, sendo as rectas
de calibração correspondentes a cada soluto de referência usadas nesta determinação apresentadas
no Anexo C.
No final de cada ensaio realizado, a membrana foi lavada com água desionizada e foram
determinados os fluxos de água, de modo a verificar a ocorrência de algum problema de colmatação.
Através da Equação 9, determinou-se a rejeição aparente, fA, sendo que a concentração da
alimentação, CAa, correspondeu à média aritmética das concentrações correspondentes às amostras
retiradas da alimentação após estabilização e às amostras retiradas da alimentação final do ensaio de
UF.
Na determinação do MWCO, representa-se graficamente os valores de log (fA
1−fA) em função das
massas moleculares (MM) dos solutos de referência e faz-se intersectar com a recta log (fA
1−fA) = 1, que
corresponde à MM de soluto com uma rejeição de 90,9 %. O MWCO é o valor correspondente à
intercepção da recta log (fA
1−fA) = 1 com a recta log (
fA
1−fA) vs. ΔP.
35
Carbono Orgânico Total
O carbono orgânico total foi determinado num analisador de carbono Dohrmann, modelo 3300. Este
aparelho é composto por três unidades: o forno, o detector de infravermelho e o integrador.
Inicialmente abre-se a válvula de oxigénio e ajusta-se a pressão para 3 bar, liga-se o forno e
aguarda-se que a temperatura atinja 700 ºC. Antes de qualquer leitura é necessário proceder à
calibração do equipamento, que é realizada pela injecção de 40 μL de uma solução padrão de
hidrogenoftalato de potássio com a concentração de 2000 ppm em carbono numa barquinha com lã de
vidro, sendo esta inserida no forno. A concentração deverá ser de 2000 ± 40 ppm de carbono, caso
contrário o procedimento de calibração deverá ser repetido.
Após a calibração do equipamento, efectua-se a injecção de 40 μL da amostra a analisar de modo
análogo ao descrito para a calibração. Nesta etapa ocorre a conversão de todo o carbono orgânico em
CO2, sendo este dirigido para o detector de infravermelho, que envia um sinal ao integrador.
O TOC de cada amostra é obtido pela diferença entre o valor obtido para a amostra e o valor obtido
para o branco. Este último corresponde à concentração de carbono obtida para a água desionizada
utilizada na preparação das soluções aquosas.
4. Ensaios de Ultrafiltração do vinho
Efectuou-se a permeação dos três vinhos brancos anteriormente apresentados: dois vinhos monocasta
(Moscatel Graúdo, Viosinho) e um vinho de lote (Lote). A operação decorreu em modo de recirculação
total à pressão de 1,2 bar com um caudal de circulação de 0,79 L/min.
Na Figura 10 apresenta-se um esquema do procedimento dos ensaios de UF para os vinhos
brancos, que será descrito detalhadamente em seguida.
Em cada ensaio, inicialmente foi colocado um volume de 500 mL no tanque de alimentação de vinho
a permear, tendo sido recolhidos 160 mL da AI após estabilização de 10 minutos. Esta etapa de
estabilização decorreu à pressão transmembranar mínima (cerca de 0,5 bar) e teve como objectivo a
mistura de algum volume morto que terá sido retido na instalação e a estabilização da temperatura a
cerca de 22 ºC. Após recolha do volume da AI necessário para análise, alterou-se a pressão
tramsmembranar para a pressão de trabalho (1,2 bar) e foi reposto um volume de 160 mL ao tanque
de alimentação do vinho original. Seguiu-se novo período de estabilização de 10 minutos, para garantir
a mistura e a estabilização das condições operatórias, nomeadamente a pressão.
36
Figura 10: Procedimento dos ensaios de UF dos vinhos brancos.
A recolha da fracção de P foi realizada durante o ensaio e foram utilizados três frascos de recolha
para as seguintes determinações analíticas e testes: teor de proteínas totais (10 mL); caracterização
físico-química geral por FTIR (30 mL); estabilidade proteica, turbidez, teor de polissacáridos totais e
índice de fenóis totais (120 mL). Exactamente após a primeira recolha foi reposto um volume de 10 mL
ao tanque de alimentação do vinho original, e o mesmo aconteceu para a segunda recolha, sendo que
nesta o volume reposto de vinho foi de 30 mL. Durante a recolha dos 120 mL restantes, a cada 30 mL
37
recolhidos foi reposto o mesmo volume de vinho original ao tanque de alimentação, à excepção dos
últimos 30 mL recolhidos, em que não foi reposto qualquer volume de vinho à alimentação.
Posteriormente, procedeu-se à recolha de 160 mL da fracção de C.
5. Caracterização das fracções de Ultrafiltração
A caracterização físico-química geral das fracções de UF foi realizada por espectrofotometria de
infravermelho com transformada de Fourier (FTIR) (Ferreira, 2015), usando o equipamento Foss
WineScan FT 120. A análise por FTIR inclui os parâmetros: massa volúmica a 20 ºC, teor alcoólico em
Na Tabela 11 apresenta-se os resultados relativos à turbidez dos vinhos brancos seleccionados para
os ensaios de UF. Os valores apresentados correspondem à média de duas leituras independentes e
respectivo desvio-padrão.
Tabela 11: Turbidez dos vinhos brancos utilizados nos ensaios de UF.
Turbidez (NTU)
Viosinho 602 ± 2
Lote 31
Moscatel Graúdo 4,07 ± 0,01
Os valores apresentados na Tabela 11 correspondem à turbidez do vinho engarrafado, sem qualquer
tratamento de clarificação (por exemplo, colagem, filtração e centrifugação).
Figura 13: Vinhos brancos seleccionados para os ensaios de UF.
Da esquerda para a direita: Lote, Moscatel Graúdo e Viosinho.
43
Na Figura 13 apresentam-se os vinhos brancos seleccionados para os ensaios de UF. Como se verifica
pela aparência, os vinhos não se encontram clarificados, sendo que o Viosinho é o que apresenta uma
maior turvação, seguido do Lote e Moscatel Graúdo. A turvação elevada no vinho Viosinho está
relacionada com a aplicação da preparação enzimática pectolítica e manutenção do vinho em contacto
com as borras.
3.2. Teor em Polissacáridos Totais
Na Tabela 12 apresenta-se o teor inicial em polissacáridos totais dos vinhos brancos seleccionados
para os ensaios de UF. Foram feitas duas determinações independentes. Os valores apresentados
correspondem à média de duas leituras independentes e respectivo desvio-padrão.
Tabela 12: Teor em polissacáridos totais dos vinhos brancos utilizados nos ensaios de UF.
Teor em Polissacáridos Totais (mg/L)
Viosinho 123 ± 3
Lote 95 ± 4
Moscatel Graúdo 93 ± 4
4. Ensaios de Ultrafiltração
Nos ensaios de UF realizados consideraram-se as seguintes fracções: alimentação inicial (AI), que
corresponde ao vinho diluído num volume de água desionizada de 19,8 mL (volume morto da
instalação); concentrado (C); e, permeado (P). O produto final de interesse neste trabalho corresponde
à fracção de permeado.
4.1. Selecção dos parâmetros de operação A optimização da operação de UF significa o seu funcionamento em condições de minimização da
polarização de concentração. A Equação 6 permite prever o seu controle através do fluxo de
permeação, Jp, e do coeficiente de transferência de massa, k, da superfície da membrana para a
solução de alimentação em circulação adjacente a esta. O valor máximo de k é estabelecido através
da velocidade máxima de circulação da alimentação e corresponde ao caudal máximo de recirculação
permitido pelo equipamento, 0,79 L/min. A este caudal, os fluxos de permeação de um vinho branco
produzido na Adega Experimental do ISA na vindima de 2016, na gama alargada de pressões
transmembranares de 0 a 5 bar, estão representados na Figura 14.
44
Figura 14: Fluxos de permeação em função da pressão transmembranar para o vinho branco.
Através da análise da Figura 14, verificou-se a existência de três zonas distintas: zona de baixas
pressões (0 – 1,5 bar), onde Jp varia linearmente com ΔP e com declive de 18,2 kg/(m2 h bar); zona não
linear para pressões intermédias (1,75 – 3,75 bar); e, zona de altas pressões (4 – 5 bar), onde se
verificou de novo linearidade de Jp vs. ΔP com um declive de 3,92 kg/(m2 h bar).
A pressão transmembranar de trabalho foi seleccionada na zona em que os fluxos de permeação
variaram linearmente com a pressão transmembranar de 0 a 1,5 bar, nomeadamente, à pressão
transmembranar de 1,2 bar, 20% abaixo do limite superior desta zona. O fluxo correspondente fluxo de
permeação é de 22 kg/(m2 h bar).
O caudal de recirculação de 0,79 L/min e a pressão operatória de 1,2 bar asseguram a minimização
da polarização de concentração.
4.2. Fluxos de permeação dos vinhos brancos
Durante os ensaios de UF de cada um dos vinhos em estudo, foram medidos nas condições acima
seleccionadas os fluxos de permeado, sendo esses valores apresentados na Tabela 13.
Tabela 13: Fluxos de permeação dos vinhos brancos utilizados nos ensaios de UF à pressão transmembranar
de 1,2 bar e à velocidade de recirculação de 0,79 L/min.
Fluxos de permeado [kg/(h m2)]
Viosinho 26,2
Lote 24,5
Moscatel Graúdo 23,3
Verificou-se que os fluxos de permeação apresentaram valores semelhantes para os três vinhos
brancos em estudo.
4.3. Estabilidade proteica das fracções de ultrafiltração dos vinhos brancos
A avaliação da estabilidade proteica dos vinhos brancos consistiu na realização de dois tratamentos
térmicos já referidos: o teste térmico com avaliação da turbidez e o teste térmico com adição de taninos
e avaliação da absorvância. Os resultados das leituras de turbidez e absorvância apresentam-se no
y = 18,201xR² = 0,8749
y = -1,58x2 + 14,517x + 7,5633R² = 0,9965 y = 3,9233x + 26,039
R² = 0,9858
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 1 2 3 4 5 6
Jp
(kg
m¯²
h¯¹)
ΔP (bar)
Baixas pressões
Pressões intermédias
Altas pressões
Linear (Baixaspressões)
Polinomial (Pressõesintermédias)
Linear (Altaspressões)
45
Anexo F. Na Tabela 14, apresenta-se sumariamente os resultados dos dois testes de avaliação da
estabilidade proteica.
Tabela 14: Estabilidade proteica das fracções de UF: teste térmico com avaliação da turbidez, teste térmico com
adição de taninos e avaliação da absorvância.
Viosinho Lote Moscatel Graúdo
A.I. C. P. A.I. C. P. A.I. C. P.
Teste térmico - 0,1
estável 2,1
instável 0,1
estável
3,6
instável 4,7
instável 0
estável
4,3
instável 2,8
Instável 0,9
estável
Teste térmico com adição de taninos
0,50 instável
0,48 instável
0,48 instável
0,46
instável 0,35
instável 0,37
instável
0,87
instável 0,44
Instável 0,72
instável
(A.I. – Alimentação Inicial; C. – Concentrado; P. – Permeado) Os valores apresentados correspondem à diferença das leituras de turbidez (NTU) e absorvância (u.a.) para os
testes térmico e térmico com adição de taninos, respectivamente.
A partir dos resultados apresentados na Tabela 14 verificou-se que os testes de estabilidade proteica
não conduziram às mesmas conclusões relativamente à estabilidade proteica das fracções de UF. Mais
concretamente, o teste térmico indicou que após processamento por UF as fracções de permeado se
encontravam estáveis sob o ponto de vista proteico. Contrariamente, o teste térmico com adição de
taninos indicou que após processamento por UF as fracções de permeado se encontravam instáveis
sob o ponto de vista proteico. Relativamente aos vinhos antes do processamento por UF, ou seja, à
fracção de AI, verificou-se que todos os vinhos se encontravam instáveis à excepção do resultado
obtido para a fracção de AI do vinho Viosinho, que se encontrava estável sob o ponto de vista proteico
segundo o teste térmico. Este resultado poderá indicar que o vinho Viosinho estabilizou de forma natural
durante o período da primeira avaliação até à execução dos ensaios de UF.
Sarmento et al. (2000a) estudaram a influência de factores intrínsecos nos testes de avaliação de
estabilidade proteica convencionais. Para a mesma amostra de vinho, aplicaram o teste térmico
avaliado pelo desenvolvimento da turvação após aquecimento e o teste térmico com adição de tanino.
Estes autores constataram que no primeiro o desenvolvimento de turvação no vinho dependia apenas
do conteúdo proteico total, concluindo que este teste demonstra ser um indicador adequado para a
determinação da concentração do agente de colagem necessário à remoção das proteínas do vinho
causadoras de turvação. Em relação ao teste térmico com tanino, constataram que para um vinho com
teor de proteínas totais acima de 70 mg/L, este teste é influenciado por muitos factores, tais como: pH,
teor de proteínas totais e teor em ferro, potássio e cobre, o que pode indicar uma interacção mais
complexa entre estes factores. Este estudo vem em concordância com os trabalhos desenvolvidos na
área, que indicam a obtenção de diferentes resultados para os diferentes testes.
Hsu et al. (1987b) estudaram a aplicação de UF usando membranas com MWCO entre
10000 – 30000 Da. Nas condições experimentais deste estudo não sendo alcançada a estabilidade
proteica, o processamento por UF conduziu a uma redução de 80 – 95 % da dose de bentonite
necessária para a estabilização proteica do vinho.
46
4.4. Caracterização físico-química geral das fracções de ultrafiltração dos vinhos e influência do
processo nesses parâmetros
A caracterização físico-química geral das fracções de UF de cada um dos vinhos em estudo é
apresentada na Tabela 15, Para cada parâmetro o valor apresentado corresponde à média de duas
leituras independentes acompanhado do respectivo desvio padrão. Na Tabela 15, apresenta-se
também informação relativa ao efeito do processo de UF nas características físico-químicas das
fracções de UF dos vinhos. No Anexo H apresentam-se os valores p-value resultantes da análise de
variância que permitiram concluir sobre o efeito da UF em todos os parâmetros para cada vinho.
Os resultados indicam a concentração dos compostos na fracção de Alimentação Inicial após o
ensaio de UF em todos os vinhos, com excepção para os parâmetros massa volúmica a 20 ºC e ácido
málico (todos os vinhos), cloretos (Viosinho e Lote), cinzas (Lote), ácido tartárico (Lote e Moscatel
Graúdo), pH e acidez volátil (Moscatel Graúdo).
Era expectável que assim ocorresse, uma vez que as macromoléculas com MM superior ao limite
de exclusão molecular da membrana foram retidas pela mesma, conduzindo à concentração destas no
tanque de alimentação (fracção C). De modo análogo, era esperado um decréscimo na concentração
de moléculas com MM inferior ao MWCO da membrana. Os ensaios de UF foram realizados com
remoção constante de permeado e com o volume de vinho dentro do tanque de alimentação sempre
superior a 470 mL, uma vez que o volume inicial de 500 mL era reposto com vinho sempre que uma
amostra de 30 mL de permeado era retirada (vide Capítulo III. 4. Ensaios de Ultrafiltração do vinho).
No que diz respeito ao vinho Viosinho, verificou-se que a UF teve efeito significativo no teor em
substâncias redutoras e teve efeito muito significativo no teor alcoólico, extracto seco, acidez total,
acidez volátil e ácido málico. Para os parâmetros em que se observou efeito muito significativo,
verificou-se uma evidente concentração da alimentação após o ensaio de UF, à excepção do ácido
málico que terá permeado através da membrana. As diferenças entre as fracções de AI e P do vinho
Viosinho nos parâmetros para os quais a análise estatística demonstrou que a UF teve um efeito
significativo foram de 0,5% (teor alcoólico), 2,3% (extracto seco), 16% (substâncias redutoras), 0,4%
(acidez total), 1,6% (acidez volátil) e 16% (ácido málico).
Para o vinho Lote, verificou-se que a UF teve efeito significativo na massa volúmica e teve efeito
muito significativo no teor alcoólico. A diferença entre as fracções AI e P nestes parâmetros foi de 0,03%
e 1,4%, respectivamente.
Em relação ao vinho Moscatel Graúdo, a operação de UF teve um efeito significativo na massa
volúmica, teor em substâncias redutoras e sulfatos, e teve efeito muito significativo no teor alcoólico,
extracto seco e acidez total. Tendo-se, de igual modo, verificado uma evidente concentração da
alimentação após o ensaio de UF, nos parâmetros cujo efeito da UF foi significativo. As diferenças entre
as fracções de AI e P do vinho Moscatel Graúdo nos parâmetros para os quais a análise estatística
demonstrou que a UF teve um efeito significativo foram de 0,02% (massa volúmica), 1,3% (teor
Discutindo agora o efeito da UF parâmetro a parâmetro, em relação à massa volúmica observou-se
efeito significativo da UF nos vinhos Lote e Moscatel Graúdo, com diferenças significativas entre a AI,
que apresentou um valor mais elevado, e as fracções C e P. Para os mesmos vinhos anteriormente
47
referidos, o teor alcoólico da fracção P é estatisticamente superior ao teor alcoólico da fracção AI,
evidenciando a permeação de etanol através da membrana.
O extracto seco total engloba todas as substâncias presentes no vinho que não volatilizam, incluindo
os açúcares redutores. Relativamente ao efeito da UF, observou-se um comportamento semelhante
em todos os vinhos analisados: teor da fracção P inferior ao da fracção AI e a concentração da fracção
C em relação à AI. Considerando o efeito da UF na qualidade do produto final, fracção P, constata-se
que para os vinhos Viosinho e Moscatel Graúdo, nos quais a análise estatística demonstrou um efeito
muito significativo da UF, houve uma redução de 0,5 g/L e de 0,1 g/L, respectivamente, no extracto
seco da fracção P em relação à AI. Relativamente ao vinho Lote, no qual a análise estatística demonstra
que a UF não teve efeito significativo, houve uma redução de 0,3 g/L no extracto seco do vinho tratado
(permeado) em relação à AI. Esta observação foi indicativa de que apesar do resultado da análise
estatística, a UF pode não apresentar um efeito negativo na qualidade do vinho, sendo necessária uma
avaliação sensorial do produto final para essa avaliação.
As substâncias redutoras são constituídas pelo conjunto dos açúcares de função cetónica ou
aldeídica. Em relação a este parâmetro observou-se um efeito significativo da da UF nos vinhos
Viosinho e Moscatel Graúdo, com diferenças significativas entre as fracções AI e C, que apresentaram
valores mais elevados, e a fracção P, o que evidencia a retenção de alguns açúcares pela membrana.
A acidez total corresponde à concentração analítica da totalidade de ácidos presentes no vinho e
engloba os ácidos orgânicos voláteis e não voláteis e os ácidos não ionizados. As massas moleculares
destes ácidos com valores muito inferiores ao limite de exclusão molecular da membrana (Tabela 4),
permeiam através desta e, consequentemente, as fracções de AI e P não apresentam diferenças
significativas, conforme foi verificado na Tabela 15. Verificou-se que a UF teve um efeito significativo
na acidez total dos vinhos Viosinho e Moscatel Graúdo, com diferenças significativas entre a fracção C,
que apresenta um valor mais elevado, e as fracções AI e P.
A acidez volátil contempla o ácido acético e os ácidos carboxílicos alifáticos da série acética, que
apresentam MM relativamente baixos (Tabela 4) quando comparados com o MWCO da membrana.
Posto isto, era esperado que a acidez volátil não apresentasse diferenças entre o vinho inicial e o vinho
tratado, fracções AI e P, respectivamente, como foi constatado. A operação de UF mostrou ter efeito
muito significativo neste parâmetro no que diz respeito ao vinho Viosinho, com diferenças significativas
entre a fracção C, que apresenta um valor superior, e as fracções AI e P.
Verificou-se que os valores obtidos de pH para as fracções de UF dos vinhos em estudo estão de
acordo com os valores apresentados na literatura para vinhos brancos, que apresentam valores de pH
na gama 3,1 – 3,4 (Ribéreau-Gayon et al., 2006). A análise estatística demonstrou que a UF não teve
efeito significativo no pH dos vinhos em estudo.
As cinzas constituem a composição mineral dos vinhos. Verificou-se que a operação de UF não teve
efeito significativo no teor em cinzas para os vinhos em estudo, tal como seria esperado, uma vez que
a MM dos compostos minerais é muito inferior ao MWCO da membrana, permeando através da mesma.
48
Tabela 15: Caracterização geral das fracções de UF.
Viosinho Lote Moscatel Graúdo
Efeito
UF AI C P
Efeito UF
AI C P Efeito
UF AI C P
Massa volúmica
a 20 C (g/mL) n.s. 0,9922 0,9920 0,9921 * 0,9909 a 0,9905 b 0,9906 b * 0,9887 a 0,9886 b 0,9885 b
Teor alcoólico a
20 °C (%v/v) ** 10,92 (0,01) b 11,23 (0,02) a 10,86 (0,03) b ** 11,40 (0,01) c 11,73 (0,02) a 11,56 (0,01) b ** 12,65 (0,02) c 13,00 (0,01) a 12,81 (0,01) b
Extracto seco (g/L)
** 21,5 b 22,2 (0,1) a 21,0 c n.s. 19,6 (0,2) 19,8 (0,1) 19,3 (0,1) ** 17,8 (0,1) b 18,6 (0,1) a 17,7 b
Substâncias redutoras (g/L)
* 2,5 (0,1) a 2,6 (0,1) a 2,1 (0,1) b n.s. 1,77 (0,01) 1,8 (0,1) 1,59 (0,03) * 1,97 (0,02) a 2,1 (0,1) a 1,80 (0,02) b
Acidez total (g ác. tartárico/L)
** 5,63 (0,02) b 5,7 a 5,65 (0,01) b n.s. 5,55 (0,03) 5,60 (0,01) 5,56 (0,04) ** 4,52 (0,02) b 4,7 a 4,5 b
Acidez volátil (g ác. acético/L)
** 0,315 (0,007) b 0,35 a 0,32 b n.s. 0,24 (0,01) 0,25 0,24 n.s. 0,34 (0,01) 0,34 0,34 (0,01)
(UF – Ultrafiltração; AI – Alimentação inicial; C – Concentrado; P – Permeado; * - efeito significativo, para p-value<0,05; ** - efeito muito significativo, para p-value<0,01; n.s. – efeito não significativo, para p-value>0,05)
Os valores apresentados correspondem à média de duas réplicas independentes e as barras ao respectivo desvio padrão. Valores seguidos da mesma letra não são significativamente diferentes ao nível de significância 0,05.
49
A operação de UF demonstrou não ter efeito significativo no teor em ácido tartárico, uma vez que
este ácido apresenta uma massa molecular de 150 Da, era esperado que a sua concentração nas
fracções AI e P não apresentasse grandes diferenças e, consequentemente, que a operação de UF
não tivesse efeito significativo neste parâmetro, tal como foi observado. O mesmo comportamento era
expectável ser observado para o teor de ácido málico, que apresenta MM de 134 Da. Através da análise
estatística, constatou-se que a operação de UF não teve efeito significativo no teor em ácido málico
dos vinhos Lote e Moscatel Graúdo, no entanto esta operação mostrou ter efeito muito significativo no
vinho Viosinho, tendo sido observado uma diferença significativa entre a fracção P, que apresenta um
resultado superior, e as fracções de AI e C, evidenciando a permeação preferencial de ácido málico
através da membrana.
Para o teor em sulfatos, verificou-se que a operação de UF não teve efeito significativo nos vinhos
Viosinho e Lote, embora no último tenha sido observada uma diferença significativa entre as fracções
AI e C, que apresentaram valores superiores, e a fracção P. Para o mesmo parâmetro, observou-se
efeito significativo da UF no vinho Moscatel Graúdo, com diferença significativa entre a fracção C, que
apresenta maior teor em sulfatos, e as fracções AI e P. Era esperado que o teor de sulfatos fosse
semelhante nas fracções AI e P, uma vez que estes compostos apresentam massas moleculares
reduzidas, permeando através da membrana.
Relativamente ao teor em cloretos, verificou-se que este parâmetro não sofreu grande alteração
durante a realização dos ensaios de UF dos três vinhos estudados. Este resultado era esperado uma
vez que a massa molecular deste composto (35 Da) é muito inferior ao MWCO da membrana.
De um modo geral, conclui-se que a UF exerceu menor influência nas características físico-químicas
gerais no vinho Lote, comparativamente com os restantes vinhos, tendo esta operação apenas efeito
muito significativo no teor alcoólico. Relativamente ao vinho Moscatel Graúdo, dos parâmetros em que
a UF teve efeito muito significativo, estatisticamente apenas é verificada diferença significativa ao nível
de significância de 0,05 entre as fracções AI e P, correspondentes ao vinho inicial e ao vinho tratado,
respectivamente, para os parâmetros teor alcoólico e substâncias redutoras. A mesma análise feita ao
vinho Viosinho, leva à conclusão de que, apenas é verificada diferença significativa antes e após o
tratamento no teor de extracto seco e substâncias redutoras, sendo que no primeiro a UF apresentou
um efeito muito significativo e no segundo a mesma operação apresentou um efeito significativo. De
forma a concluir acerca da influência da operação de UF na qualidade dos vinhos filtrados seria
necessário uma avaliação sensorial dos mesmos.
4.4.1. Turbidez
Na Figura 15 apresentam-se os resultados relativos à avaliação da turbidez das fracções de UF, para
cada um dos vinhos. Os valores apresentados correspondem à média de duas leituras independentes
e respectivos desvio padrão, sendo estes valores apresentados no Anexo G.
50
Figura 15: Turbidez das fracções de UF para os vinhos brancos. (AI – Alimentação inicial; C – Concentrado; P – Permeado)
Os valores apresentados correspondem à média de duas réplicas independentes e as barras ao respectivo desvio padrão.
Valores com a mesma letra não são significativamente diferentes ao nível de significância 0,05.
A turbidez é medida por avaliação do distúrbio causado na difusão da luz pelo contacto com partículas
num líquido. Este parâmetro pode ser associado a uma inspecção visual que resulta na classificação
de um vinho branco como brilhante ou turvo, apresentando para estas classificações valores de turbidez
abaixo de 1,1 NTU e acima de 4,4 NTU, respectivamente (Ribéreau-Gayon et al., 2006).
Verificou-se que a turbidez teve um comportamento semelhante em todas as fracções de UF, ou
seja, existiu concentração da alimentação, observada pela diferença entre as fracções de AI e C, e
verificou-se também que a turbidez obtida no vinho tratado (permeado) foi muito inferior à fracção AI
para os três vinhos, atingindo valores de 2,1 (Viosinho), 1,7 (Lote) e 1,7 NTU (Moscatel Graúdo). A
classificação dos vinhos Viosinho, Lote e Moscatel Graúdo após o tratamento situa-se entre vinho
brilhante (< 1,1 NTU) e vinho turvo (> 4,4 NTU).
Os resultados indicam um efeito muito significativo da UF na turbidez final dos três vinhos, sendo
as fracções de UF todas diferentes ao nível de significância 0,05 para todos os vinhos (ver Figura 15).
Através da análise de variância, verificou-se que as fracções de UF são significativamente diferentes
para qualquer um dos três vinhos.
A Figura 16 serve de exemplo ilustrativo da turbidez nas diferentes fracções de UF, uma vez que
resultados semelhantes foram verificados para os três vinhos em estudo.
Pode ser observada uma cor mais intensa das fracções de alimentação e concentrado, AI e C, em
relação ao permeado, P, o que era expectável uma vez que a turvação é resultado da aglomeração de
partículas em suspensão. Quando comparado o aspecto visual das fracções de AI e C, também pode
ser observada maior intensidade de turvação para a fracção C em relação à AI, o que era mais uma
vez expectável uma vez que existiu concentração de macromoléculas, nomeadamente proteínas.
b
b
b
a
a
a
c c c
0
10
20
30
40
50
60
70
Viosinho Lote Moscatel Graúdo
Tu
rbid
ez (
NT
U)
AI C P
51
Figura 16: Gradação de cor das fracções de UF recolhidas do vinho Viosinho.
Da esquerda para a direita: Alimentação Inicial, Concentrado e Permeado.
4.4.2. Teor em Proteínas Totais
Na Figura 17 apresenta-se a concentração em proteínas totais para cada vinho e fracção de UF, sendo
os valores correspondentes à média de seis determinações e respectivo desvio padrão (Anexo G).
Figura 17: Teor em Proteínas Totais nas fracções de UF de cada vinho. (AI – Alimentação inicial; C – Concentrado; P – Permeado)
Os valores apresentados correspondem à média de seis réplicas independentes e as barras ao respectivo desvio padrão.
Valores com a mesma letra não são significativamente diferentes ao nível de significância 0,05.
Através da análise de variância, observou-se um efeito significativo da UF no teor em proteínas dos
vinhos, tendo sido observada uma diferença significativa entre as alimentações e os permeados de
todos os vinhos, fracções AI e P. Verificou-se que não existiram diferenças significativas entre as
fracções de AI e C dos vinhos Viosinho e Lote, embora no caso do vinho Moscatel existiram diferenças
significativas entre todas as fracções de UF.
Salienta-se as diferenças apresentadas em relação aos teores em proteínas totais das fracções AI
e C, observadas para cada vinho, referentes às seis determinações independentes realizadas pelo
método de Bradford. Estas diferenças poderão ser justificadas pela presença de interferentes ao
método (vide Capítulo II.1.2.1 Proteínas. Determinação do Teor Total em Proteínas), como polifenóis,
que reagem com as proteínas, impedindo a formação de complexos proteína-corante e consequente
detecção dos mesmos pelo método espectrofotométrico.
a
a
b
a
a
a
b b c
0
20
40
60
80
100
120
140
160
Viosinho Lote Moscatel Graúdo
Teo
r d
e p
rote
ína
s t
ota
is (
mg
/L) AI C P
52
Após o processamento por UF, o teor de proteínas totais na corrente de permeado foi de 5 mg/L,
aproximadamente. Hsu et al.(1987b) observaram teores de proteínas totais no vinho após UF com
membranas de MWCO de 10, 30 e 50kDa dentro da gama de 3 – 20 mg/L. Os resultados obtidos estão
de acordo com o estudo realizado por estes autores.
Para todos os vinhos, os permeados de UF apresentaram estabilidade sob o ponto de vista proteico,
com base nos resultados do teste térmico com avaliação da turbidez.
Estudos desenvolvidos por Peng et al. (1997) e Esteruelas et al. (2009b), com vinhos da casta
Sauvignon Blanc, revelaram predominância de proteínas com MM entre 12 – 24 kDa. No entanto, as
proteínas com MM na ordem dos 25 – 72 kDa mostraram ser termicamente instáveis. Hsu e Heatherbell
(1987b) identificaram as fracções proteicas de 12,6 kDa e 20 – 30 kDa como sendo as mais importantes
na contribuição da instabilidade proteica de vinhos brancos. Recentemente, Bruijn et al. (2011)
estudaram o impacto da composição proteica na estabilidade de vinhos brancos e concluíram que nos
vinhos brancos em estudo, as fracções entre 18 – 60 kDa estavam relacionadas com o problema de
casse proteica.
4.4.3. Teor em Polissacáridos Totais
Na Figura 18 apresentam-se os teores em polissacáridos totais determinados experimentalmente. Os
valores apresentados correspondem à média de duas determinações independentes e respectivo
desvio padrão. A análise de variância dos dados revelou efeito significativo da UF no teor de
polissacáridos totais do vinho Lote e efeito muito significativo no caso dos vinhos Viosinho e Moscatel
Graúdo.
Figura 18:Teor em Polissacáridos Totais nas fracções de UF de cada vinho. (AI – Alimentação inicial; C – Concentrado; P – Permeado)
Os valores apresentados correspondem à média de duas réplicas independentes e as barras ao respectivo desvio padrão.
Valores com a mesma letra não são significativamente diferentes ao nível de significância 0,05.
Na Figura 18, observa-se que os vinhos Lote e Moscatel Graúdo apresentaram um comportamento
semelhante quando submetidos a UF, uma vez que o teor em polissacáridos totais dos permeados é
inferior ao teor da fracção AI, e verifica-se também um decréscimo da concentração da fracção C em
a
a a
a
bbb
b
c
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
Viosinho Lote Moscatel Graúdo
Teo
r d
e P
oli
ssacári
do
s T
ota
is
(mg
/L)
AI C P
53
relação à fracção AI. Para o vinho Viosinho, observa-se uma grande diferença entre o vinho tratado
(permeado) e a fracção AI, sendo os teores aproximados nas fracções AI e C.
A análise estatística mostrou que para todos os vinhos os permeados são significativamente
diferentes da fracção AI. Tratando-se de macromoléculas, era expectável que as concentrações no
vinho tratado fossem significativamente mais baixas, quando comparadas com a alimentação de UF.
Devido ao facto de a membrana apresentar num valor para MWCO de 45 kDa (valor obtido
experimentalmente), garante-se que os polissacáridos de elevada massa molecular são removidos,
permanecendo na fracção de concentrado, o que pode resultar na remoção de manoproteínas
(53 – 560 kDa), que como já foi mencionado anteriormente, actuam como colóides protectores na
estabilidade proteica dos vinhos.
4.4.4. Índice de Fenóis Totais
Na Figura 19 apresentam-se os resultados obtidos para o índice de fenóis totais respectivo a cada
fracção de UF e para cada vinho em estudo. Na determinação deste parâmetro foram realizadas duas
réplicas independentes, sendo o valor apresentado a média desses valores e correspondente desvio
padrão.
Figura 19: Índice de Fenóis Totais nas fracções de UF de cada vinho.
(AI – Alimentação inicial; C – Concentrado; P – Permeado)
Os valores apresentados correspondem à média de duas réplicas independentes e as barras ao respectivo desvio padrão.
Valores com a mesma letra não são significativamente diferentes ao nível de significância 0,05.
Observou-se efeito muito significativo da UF no índice de fenóis totais dos três vinhos.
Através da análise estatística, constatou-se que o vinho tratado (permeado) apresentou uma
diferença significativa do vinho antes do tratamento (alimentação de UF) no índice de fenóis totais, IFT,
para os três vinhos em estudo.
O IFT relaciona-se com o teor de fenóis totais presentes no vinho, e, desta forma, concluiu-se que
a operação de UF promoveu uma diminuição do teor total de fenóis no vinho, o que não era esperado
uma vez que a MM dos compostos que constituem este grupo, nomeadamente os taninos que
apresentam MM entre 600 – 3500 Da (Ribéreau-Gayon et al., 2006), é inferior ao valor do MWCO da
membrana.
b
b
b
a
a
a
c
c
c
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Viosinho Lote Moscatel Graúdo
Índ
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e F
en
óis
To
tais
AI C P
54
A presença de compostos fenólicos, nomeadamente taninos, contribui para o fenómeno de casse
proteica, uma vez que estes compostos floculam com as proteínas, podendo levar à sua precipitação.
No estudo de Batista et al. (2009) foram realizados testes térmicos a um vinho branco da casta Arinto
de forma a compreender o fenómeno complexo de precipitação proteica. Estes autores, ao avaliarem
o vinho após UF com uma membrana de MWCO de 3 kDa, concluíram que a fracção correspondente
ao permeado (< 3 kDa) continha componentes de baixa MM com um papel muito importante na
instabilidade proteica. O factor X, como foi denominado, foi definido como sendo um ou mais
constituintes do vinho de natureza não proteica e de baixa MM, cuja presença promoveria a
desnaturação das proteínas induzida por calor, a valores de pH normais do vinho. Considerando o
resultado do teste térmico realizado no presente trabalho (Tabela 14), a fracção de UF do permeado
contém os compostos de natureza proteica que formam o factor X, no entanto o resultado deste teste
térmico para os três vinhos resulta em três vinhos estáveis sob o ponto de vista proteico após a
operação de UF, que pode ser explicado pela diferença no teor em proteínas totais das fracções de P
dos vinhos em estudo (Viosinho, Lote e Moscatel Graúdo) ser muito inferior (cerca de 5 mg/L) ao
conteúdo proteico do vinho Arinto adicionado à fracção < 3 kDa (280 mg/L) no estudo de Batista et al.
(2009).
4.5. Remoção das macromoléculas
O objectivo da clarificação de um vinho é a remoção de partículas em suspensão e solução coloidal,
responsáveis pela turvação. A operação de UF permitiu a clarificação dos vinhos e, como se pode
verificar pela Figura 17 acima referida, conseguiu-se de facto uma redução visível da turbidez do vinho.
Tendo em vista a quantificação da remoção de macromoléculas durante a clarificação dos vinhos,
foram determinados os teores totais de proteínas e polissacáridos, o índice de fenóis e a turbidez. Na
Tabela 16 apresenta-se a remoção das macromoléculas após a UF dos vinhos em estudo.
A análise da operação de UF na remoção de macromoléculas dos vinhos brancos Viosinho, Lote e
Moscatel Graúdo foi realizada por comparação do produto inicial, que corresponde à fracção da
alimentação inicial, com o produto final, que corresponde à fracção de permeado.
Tabela 16: Remoção das macromoléculas após ensaios de ultrafiltração à pressão transmembranar de 1,2 bar e
Anexo D: Determinação do volume morto da instalação de ultrafiltração
Celfa P-28
Figura 26: Recta de calibração do NaCl. [NaCl](g L⁄ ) = 4,769 × 10−4 × Condutividade(μS cm⁄ ), R2 = 0,99994
Tabela 19: Determinação do volume morto da instalação Celfa P-28: ensaio de UF em modo recirculação total da solução de NaCl 300 ppm à pressão transmembranar de 0,5 bar e velocidade de recirculação de 0,79 L/min.
Condutividade (μS/cm) Temperatura (ºC) Concentração (g/L) Volume (mL)
Solução inicial 643 25,6 0,306 500,0
Solução final 618 27,0 0,295 519,8
y = 4,769E-04xR² = 9,994E-01
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0 200 400 600 800 1000 1200
Co
ncen
tração
NaC
l (g
/L)
Conductividade (μS/cm)
E1
Anexo E: Determinação do MWCO da membrana FS61PP: condições
experimentais e concentração dos solutos de referência
Tabela 20: Condições experimentais obtidas na determinação do MWCO da membrana. Ensaio realizado à pressão transmembranar de 0,5 bar e à velocidade de recirculação de 0,79 L/min.
PEG 10000 PEG 20000 PEG 35000
Temperatura da alimentação inicial (ºC) 23,0 23,0 24,0
Temperatura da alimentação antes permear e após 10 min de estabilização (ºC)
24,0 24,0 25,5
Temperatura da alimentação após tempo de permeação (ºC)
24,5 24,0 26,0
Tempo permeação (tp) (min) 13,6 14,9 14,4
Massa permeado (g) 9,73 9,00 8,93
Fluxo permeação (kg h-1 m-2) 16,8 14,2 18,6
Tabela 21: Determinação do TOC para os solutos de referência PEG 10000, 20000 e 35000.
Onde C é a concentração da solução carregada na instalação de UF, Cai é a concentração da solução de alimentação inicial após 10 minutos de estabilização, Caf é a concentração da solução de alimentação no final do ensaio e Cp é a concentração
do permeado.
F1
Anexo F: Avaliação da estabilidade proteica dos vinhos – testes térmicos
Tabela 22: Estabilidade proteica das fracções de UF: teste térmico com avaliação da turbidez (NTU).
(AI – Alimentação Inicial; C – Concentrado; P – Permeado; T.T. – Tratamento térmico)