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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.11.2021.tde-10092021-154905
Document
Author
Full name
Giovanni Casagrande Silvello
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2021
Supervisor
Committee
Alcarde, Andre Ricardo (President)
Bortoletto, Aline Marques
Rocha, Fabio Rodrigo Piovezani
Vieira, Thais Maria Ferreira de Souza
Title in English
Development of an electronic nose for characterizing the level of maturation of cachaça
Keywords in English
Barrel-aging
Electronic nose
Maturation level
Sugarcane spirit
Abstract in English
Aging in wooden barrels is essential to add quality to cachaça aiming to improve its chemical profile and sensory complexity. The degree of maturation of the distillate is influenced by several factors such as wood species used to manufacture the barrels, application or degree of internal burning, number of times the barrel is used, and aging time. The maturation level of cachaça can be determined using the concentration of aging- marker phenolic compounds extracted from the wood of the barrel and their relations with each other. Since this determination currently depends on costly chromatographic analysis, the periodic monitoring of the level of maturation is impracticable. The development of an electronic nose, an equipment composed of an array of gas sensors, a microcontroller, and a classification algorithm, can make the surveillance of sugar cane spirit aging process economically and operationally feasible for the cachaça industry, producers, and laboratories relying on a simpler analytical structure. This study aimed to characterize the aging process of cachaça using an electronic nose by correlating the results obtained using this equipment with the lignin degradation mechanism during the maturation period of this distilled spirit in wooden barrels. Aged cachaça was studied for up to 60 months of ageing in barrels made from different oak species, with or without internal burning (at different intensities) and three use conditions (new, second use, and extensive use). The aged cachaça was analyzed based on the contents of aging markers (derived from lignin degradation) using high performance liquid chromatography and the 'smellprint' obtained using the electronic nose prototype sensors array. The innovative technology developed for determining the maturation level of cachaça, based on the electronic nose readings, associated with an artificial neural network algorithm, reached over 90% of accuracy for the classification of samples of different maturation classes. The development of this technology has a good potential to evaluate other characteristics related to the chemical volatile composition and sensory aspects of distilled beverages.
Title in Portuguese
Desenvolvimento de um nariz eletrônico para determinação do grau de maturação de cachaças
Keywords in Portuguese
Cachaça
Envelhecimento em barril
Grau de maturação
Nariz eletrônico
Abstract in Portuguese
Para agregar qualidade à cachaça torna-se fundamental o envelhecimento em barris de madeira visando ampliar o perfil químico e a complexidade sensorial da bebida. O grau de maturação do destilado é influenciado por diversos fatores, nos quais se destacam em importância: a espécie de madeira usada na fabricação do barril, a aplicação ou o grau de queima interna da madeira, o número de usos do barril e o tempo de envelhecimento. A determinação do grau de maturação do destilado pode ser realizada usando a concentração e as relações entre os compostos fenólicos marcadores de envelhecimento extraídos da madeira do barril. Esta determinação depende atualmente de análises cromatográficas custosas, o que inviabiliza o acompanhamento frequente e periódico da evolução do grau de maturação. O desenvolvimento de um nariz eletrônico, equipamento composto por conjunto de sensores de gases, microcontrolador e algoritmo de classificação, pode viabilizar econômica e operacionalmente o monitoramento do processo de envelhecimento da cachaça para a indústria de bebidas, para produtores e laboratórios com menor estrutura analítica. O objetivo desse estudo foi caracterizar o processo de envelhecimento de cachaça a partir de um nariz eletrônico, correlacionando as leituras desse equipamento com a concentração dos compostos fenólicos oriundos da degradação da lignina durante a maturação da bebida em tonéis de madeiras. Foram estudadas cachaças envelhecidas por até 60 meses em barris de diferentes espécies de madeira (carvalhos e tropicais), sem ou com queima interna (em diferentes intensidades) e diversas condições de uso (novo, segundo uso e extenso uso). A avaliação foi baseada em análises de compostos marcadores de envelhecimento (derivados da degradação da lignina) por CLAE (Cromatografia Líquida de Alta Eficiência) e obtenção da leitura das amostras obtida pelo conjunto de sensores do protótipo do nariz eletrônico. A nova metodologia criada para a determinação do grau de envelhecimento da cachaça, em função de leituras do nariz eletrônico associada a um algoritmo de rede neural artificial, atingiu mais de 90% de exatidão ao classificar diferentes amostras com diferentes graus de maturação. O desenvolvimento desta tecnologia apresenta potencial para avaliação de características relacionadas à composição química volátil e aos aspectos sensorias de bebidas alcoólicas destiladas.
 
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Publishing Date
2021-09-14
 
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