Desenvolvimento de tecnologias biocompatíveis e circulares para a valorização de resíduos de Cerveja Artesanal

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Main Author: Amado, Íris Carnide
Publication Date: 2024
Format: Master thesis
Language: por
Source: Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)
Download full: https://hdl.handle.net/10316/117993
Summary: Dissertação de Mestrado em Engenharia Química apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia
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These by-products, largely originating from the whirlpool and dry hopping stages of the beer production process, contain value-added products, such as essential oils and α-/β-acids, which are often discarded.In this context, this work aims to develop biocompatible technologies for the valorization of waste generated from the artisanal beer production process at Cervejaria Letra, enabling the company to adopt more circular and sustainable strategies. To achieve this, a preliminary analysis was conducted on the influence of pre-processing the dry hopping sludge from Letra D beer (Red Ale) on its composition, and a complete characterization was performed on the whirlpool and dry hopping sludge from Letra F beer (American India Pale Ale). Various extraction methods were tested for both types of sludge from Letra F beer, including Soxhlet extraction with hexane, solid-liquid extraction using different solvents/solvent mixtures, solid-liquid extraction with the aid of an extruder, hydrodistillation, and supercritical CO2 extraction. Additionally, all extracts obtained from these tests were characterized using chromatographic methods (gas chromatography and high-performance liquid chromatography) and colorimetric methods (quantifying the content of proteins, total sugars, total phenolic compounds, and their antioxidant activity).Regarding the extraction trials, the yields obtained from conventional solid-liquid extraction stood out, reaching 53.41 ± 1.238 % (w/w) and 35.98 ± 0.000 % (w/w) for whirlpool and dry hopping sludge, respectively. In contrast, supercritical CO2 extraction is characterized as a more selective method, resulting in lower extraction yields of 2.41 ± 1.052 % (w/w) and 5.57 ± 1.250 % (w/w) for whirlpool and dry hopping sludge, respectively. Essential oil extraction via hydrodistillation yielded the lowest values, at 0.34 ± 0.070 % (w/w) and 0.46 ± 0.167 % (w/w) for whirlpool and dry hopping sludge, respectively. Among the greener solvent extraction methods, solid-liquid extraction with ethanol proved to be the most promising, with extraction yields ranging between 17 % (w/w) and 30 % (w/w), and the resulting extracts containing a significant portion of the products of interest.In terms of the characterization of the extracts obtained through hydrodistillation, more products of interest were identified in the dry hopping sludge compared to the whirlpool sludge. For both types of sludge, β-caryophyllene, α-humulene, caryophyllene oxide, humulene epoxide II, and hexadecanoic acid were detected. However, ethyl octanoate, methyl geranate, ethyl decanoate, and ethyl hexadecanoate were exclusively identified in the dry hopping sludge. Regarding the chromatographic analyses for the identification of α-/β-acids, several compounds were identified in the extracts obtained via supercritical CO2 extraction from both whirlpool and dry hopping sludge of Letra F beer, including xanthohumol, cohumulone, humulone, adhumulone, colupulone, lupulone, and adlupulone. In contrast, the extracts from dry hopping sludge obtained via solid-liquid extraction with ethanol contained all of these compounds except for cohumulone, while solid-liquid extraction using conventional methods identified only four of these compounds: xanthohumol, humulone, adhumulone, and colupulone. The dry hopping sludge from Letra F beer contains more value-added products than the whirlpool sludge. Therefore, it would be more advantageous for Cervejaria Letra to focus on processing this sludge and capitalizing on its molecules, either by incorporating them into less hoppy beers or by marketing them to the cosmetic industry.Nas últimas décadas, o aumento exponencial da população mundial e a incorporação de modelos lineares na maioria dos setores industriais têm levado à sobre-exploração dos recursos naturais disponíveis, causando diversos impactos negativos no meio ambiente. Exemplo disso é a indústria alimentar e, mais concretamente, a indústria cervejeira que produz grandes quantidades de resíduos, como lúpulo gasto e lamas. Provenientes, em grande parte, das etapas de whirlpool e de dry hopping do processo de produção de cerveja, estes resíduos são portadores de produtos de valor acrescentado, como, por exemplo, óleos essenciais e α-/β-ácidos, que são geralmente desperdiçados. Nesse sentido, este trabalho visa o desenvolvimento de tecnologias biocompatíveis para a valorização dos resíduos provenientes do processo de produção de cerveja artesanal da Cervejaria Letra, permitindo que a empresa adote estratégias mais circulares e sustentáveis. Para tal, foi realizada uma análise preliminar da influência do pré-processamento das lamas de dry hopping da cerveja Letra D (Red Ale) na sua própria composição e uma caracterização completa das lamas de whirlpool e de dry hopping da cerveja Letra F (American India Pale Ale). Posto isto, foram testadas diversas metodologias de extração para ambas as lamas da cerveja Letra F em estudo, nomeadamente, extração Soxhlet com hexano, extração sólido-líquido com diversos solventes/mistura de solventes, extração sólido-líquido com o auxílio de uma extrusora, hidrodestilação e extração com CO2 supercrítico. Além disso, foram caracterizados todos os extratos obtidos nesses ensaios, utilizando métodos cromatográficos (cromatografia gasosa e cromatografia líquida de alta eficiência) e métodos colorimétricos (quantificando os teores de proteínas, açúcares totais, compostos fenólicos totais e a sua atividade antioxidante). Relativamente aos ensaios de extração, destacam-se os rendimentos obtidos nos ensaios de extração sólido-líquido convencional (53.41 ± 1.238 % (m/m) e 35.98 ± 0.000 % (m/m), para as lamas de whirlpool e de dry hopping, respetivamente). Por outro lado, a extração com CO2 supercrítico caracteriza-se por ser um método mais seletivo, pelo que apresenta rendimentos de extração inferiores (2.41 ± 1.052 % (m/m) e 5.57 ± 1.250 % (m/m), para as lamas de whirlpool e de dry hopping, respetivamente). No caso da extração de óleos essenciais por hidrodestilação, os rendimentos obtidos foram os mais baixos de todos, fixando-se em 0.34 ± 0.070 % (m/m) e 0.46 ± 0.167 % (m/m), para as lamas de whirlpool e de dry hopping, respetivamente. No caso das metodologias de extração com solventes mais verdes, aquela que se mostrou mais promissora foi a extração sólido-líquido com etanol, uma vez que apresenta rendimentos de extração entre os 17 % (m/m) e os 30 % (m/m), cujos extratos obtidos contêm grande parte dos produtos de interesse. No que toca à caracterização dos extratos obtidos por hidrodestilação, foram identificados mais produtos de interesse nas lamas de dry hopping do que nas lamas de whirlpool. Assim, o β-cariofileno, o α-humuleno, o óxido de cariofileno, o epóxido de humuleno II e o ácido hexadecanóico foram identificados para ambas as lamas, enquanto o octanoato de etilo, o geranato de metilo, o decanoato de etilo e o hexadecanoato de etilo só foram identificados para as lamas de dry hopping. Relativamente às análises cromatográficas para identificação dos α-/β-ácidos, nos extratos obtidos por extração com CO2 supercrítico foram identificados vários compostos para ambas as lamas da cerveja Letra F: xantohumol, cohumulona, humulona, adhumulona, colupulona, lupulona e adlupulona. Por sua vez, os extratos obtidos a partir das lamas de dry hopping da cerveja Letra F, por extração sólido-líquido com etanol continham todos esses compostos, excetuando a cohumulona, enquanto por extração sólido-líquido convencional só foram identificados quatro desses compostos: xantohumol, humulona, adhumulona e colupulona. As lamas provenientes do dry hopping da cerveja Letra F apresentam na sua composição mais produtos de valor acrescentado do que as lamas de whirlpool. Desta forma, torna-se mais vantajoso para a Cervejaria Letra trabalhar com essas lamas e valorizar as suas moléculas, através da sua incorporação em cervejas menos lupuladas e/ou sua comercialização para a indústria cosmética.FCT2024-09-252030-09-24T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/117993https://hdl.handle.net/10316/117993TID:203828658porAmado, Íris Carnideinfo:eu-repo/semantics/embargoedAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-04-02T17:35:47Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/117993Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:11:52.518176Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse
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