Todos los cerveceros son conscientes de la importancia de contar con una levadura sana, pero el éxito de la fermentación rara vez depende únicamente de la levadura. En las fábricas de cerveza comerciales, el rendimiento de la fermentación viene determinado por todo un sistema de procesos que incluye la oxigenación del mosto, la geometría de los depósitos, el diseño del sistema de refrigeración, la estrategia de llenado y el control del proceso. Estos factores de ingeniería influyen en cómo crece y se reproduce la levadura y, en última instancia, en cómo transforma el mosto en cerveza acabada.

En Tiantai, colaboramos con cervecerías en diferentes etapas de desarrollo, desde nuevas empresas emergentes de cerveza artesanal hasta operaciones comerciales en expansión. Hay una lección que se repite en todos los proyectos: muchos problemas de fermentación que parecen estar causados por la levadura tienen, en realidad, su origen en el diseño de los equipos o en la configuración de los procesos.

Esta serie técnica de cuatro partes analiza la fermentación desde una perspectiva de ingeniería. En lugar de abordar recetas o estilos de elaboración de cerveza, nos centramos en cómo el diseño de los fermentadores influye en el rendimiento biológico y en cómo las cervecerías pueden lograr una mayor consistencia mediante una mejor ingeniería de procesos.

En este primer artículo, analizamos la relación entre la dosificación de levadura, la gestión del oxígeno y la circulación interna: los tres factores que constituyen la base de toda fermentación satisfactoria.

Una fermentación saludable empieza antes de que comience la fermentación

Muchas cervecerías se centran en la temperatura de fermentación una vez que se ha añadido la levadura. En realidad, las decisiones más importantes suelen tomarse durante los últimos minutos antes de que el mosto entre en el fermentador.

Durante esta fase, se espera que la levadura pase de un estado de latencia durante el almacenamiento a una población que se reproduzca activamente y sea capaz de completar la fermentación de forma rápida y constante. Para ello, la levadura necesita tres condiciones esenciales:

• Número adecuado de células
• Nivel suficiente de oxígeno disuelto
• Distribución uniforme por todo el mosto

Un rendimiento deficiente en cualquiera de estas áreas puede afectar a todo el ciclo de fermentación.

En el caso de las cervezas de graduación alcohólica estándar, las fábricas de cerveza comerciales suelen fijar las tasas de inoculación en torno a 15 millones de células viables por mililitro, aunque los requisitos exactos dependen del tipo de cerveza, la densidad original, la temperatura de fermentación y el estado fisiológico de la propia levadura.

Por lo tanto, la dosis de levadura debe considerarse un parámetro del proceso más que una especificación universal. Una dosis insuficiente suele aumentar el estrés de la levadura y prolongar el tiempo de latencia, mientras que una dosis excesiva puede frenar el crecimiento de la levadura y reducir la formación de ésteres de fermentación deseables.

Encontrar el equilibrio adecuado sigue siendo una de las primeras decisiones de ingeniería en la gestión de la fermentación.

El oxígeno: un nutriente controlado más que un ingrediente

A diferencia de la cerveza ya elaborada, el mosto fresco se beneficia de una exposición al oxígeno cuidadosamente controlada.

Durante la fase inicial de crecimiento, la levadura cervecera consume oxígeno para sintetizar esteroles y ácidos grasos insaturados que refuerzan las membranas celulares. Estos compuestos permiten a la levadura soportar las crecientes concentraciones de alcohol durante la fermentación, al tiempo que mantienen un transporte eficiente de nutrientes.

Dado que el oxígeno se consume rápidamente tras la inoculación de la levadura, su distribución por todo el fermentador suele ser más importante que la cantidad total añadida.

Las grandes cervecerías industriales suelen inyectar oxígeno en línea, justo antes del fermentador. Al situar el punto de dosificación de la levadura aguas abajo del sistema de inyección de oxígeno, se consigue que la levadura entre en un mosto totalmente oxigenado, al tiempo que se evita el estrés mecánico innecesario que provocan los inyectores Venturi o los mezcladores estáticos.

Este detalle, aparentemente insignificante, puede mejorar la viabilidad de la levadura durante las primeras fases de la fermentación, sobre todo en la elaboración de cerveza de alta densidad, donde el desarrollo de una membrana sana cobra cada vez más importancia.

Sin embargo, la gestión del oxígeno se complica cuando un fermentador se va llenando a lo largo de varias elaboraciones.

Algunas cervecerías oxigenan intencionadamente solo la primera parte del mosto que entra en el recipiente, dejando sin oxigenar los siguientes llenados. Esta práctica puede mejorar la estabilidad del sabor al favorecer una producción adecuada de dióxido de azufre durante la fermentación, pero también aumenta la posibilidad de que se desarrollen concentraciones de oxígeno ligeramente diferentes en las distintas capas del fermentador.

Sin una mezcla adecuada, estas variaciones pueden influir en la actividad inicial de la levadura antes de que la circulación natural se haya establecido por completo.

Por qué es importante una distribución uniforme del mosto

Muchos cerveceros dan por sentado que bombear el mosto a gran velocidad hacia un recipiente de fermentación garantiza automáticamente una mezcla completa.

La dinámica de fluidos en el interior de los fermentadores cilindroconicos altos nos muestra una realidad muy diferente.

El mosto que se introduce puede presentar ligeras diferencias en cuanto a temperatura, concentración de extracto, oxígeno disuelto o densidad de levadura en comparación con el mosto que ya se encuentra en el interior del depósito. Ni siquiera el llenado turbulento elimina siempre estas diferencias de forma inmediata. Por el contrario, pueden formarse temporalmente zonas localizadas con características físicas diferentes en el interior del depósito hasta que la convección natural redistribuya gradualmente el líquido.

Aunque estas diferencias suelen desaparecer durante la fermentación activa, reducirlas al mínimo desde el principio ayuda a conseguir un comportamiento de fermentación más predecible.

Esto explica por qué en los fermentadores modernos se presta cada vez más atención al diseño de la entrada, en lugar de limitarse a aumentar la velocidad de transferencia.

Las aberturas de entrada, cuidadosamente situadas, favorecen unos patrones de circulación controlados que distribuyen el mosto por todo el recipiente, evitando al mismo tiempo una turbulencia excesiva que podría dañar las células de levadura o aumentar la incorporación indeseada de oxígeno.

En Tiantai, los fermentadores se diseñan teniendo en cuenta este principio. Los interiores lisos y sanitarios, la orientación optimizada de las entradas y las tuberías de proceso totalmente drenables ayudan a mantener una distribución uniforme del mosto, al tiempo que garantizan un funcionamiento higiénico a lo largo de ciclos de producción repetidos.

En lugar de considerar el fermentador como un depósito de almacenamiento, el diseño se centra en crear un entorno biológico controlado en el que la levadura pueda actuar en condiciones estables y repetibles.

Circulación interna: el sistema de mezcla oculto en el interior de cada fermentador

Una vez que comienza la fermentación, la propia levadura se convierte en la fuerza motriz que impulsa el movimiento del líquido. El calor generado por la fermentación, junto con las burbujas de dióxido de carbono que ascienden y el enfriamiento por glicol a lo largo de la pared del recipiente, crea una circulación continua en todo el fermentador.

A diferencia de los agitadores mecánicos que se utilizan en otras industrias de fermentación, las fábricas de cerveza dependen casi por completo de estas corrientes de convección naturales. La circulación resultante cumple varias funciones importantes al mismo tiempo.

Distribuye los nutrientes por todo el mosto en fermentación, uniformiza la temperatura en todo el recipiente, evita el agotamiento localizado de la levadura y mantiene concentraciones de dióxido de carbono disuelto relativamente homogéneas.

Estos efectos cobran cada vez más importancia a medida que aumenta el volumen del fermentador.

Un recipiente con una capacidad de varios cientos de hectolitros puede contener una columna de líquido de más de diez metros de altura. Sin una circulación natural suficiente, unas diferencias de temperatura relativamente pequeñas podrían traducirse en variaciones apreciables en la velocidad de fermentación, lo que, en última instancia, afectaría a la uniformidad del sabor en todo el lote.

La estrategia de refrigeración también influye en la intensidad de la convección.

Las camisas de glicol independientes, situadas a lo largo de diferentes secciones del recipiente, permiten a los cerveceros regular la circulación en función de la fase de fermentación. Al inicio de la fermentación, una circulación más intensa ayuda a mantener la suspensión de la levadura y favorece una utilización eficiente de los azúcares. Más adelante, la reducción de la convección favorece la floculación de la levadura y prepara la cerveza para su clarificación y extracción.

En lugar de servir únicamente como sistema de refrigeración, las camisas de refrigeración modernas se han convertido en una herramienta activa de control de procesos.

Esta es una de las razones por las que los equipos de fermentación siempre deben evaluarse como parte del proceso global de la fábrica de cerveza, y no como un depósito aislado. La capacidad de refrigeración, las proporciones de los depósitos, el rendimiento de la sala de cocción y la planificación de la producción interactúan entre sí para determinar el rendimiento de la fermentación.

En Tiantai, estas relaciones constituyen la base de todos los sistemas de fermentación que diseñamos. Al integrar la ingeniería de los depósitos con los requisitos del proceso de elaboración de la cerveza, las cervecerías pueden lograr fermentaciones más estables, poblaciones de levadura más sanas y una mayor uniformidad entre lotes sin aumentar la complejidad operativa.

De cara al futuro

Las primeras horas de fermentación determinan las condiciones que influyen en todas las fases de la elaboración de la cerveza. Una levadura sana, una gestión eficaz del oxígeno y una circulación interna estable se combinan para crear el entorno necesario para que la fermentación se desarrolle de forma fiable.

En Parte 2 En esta entrega de la serie, vamos más allá del inicio de la fermentación para analizar cómo geometría del cono, sedimentación de la levadura y estrategia de llenado de la cuba afectan a la recuperación de la levadura, a la calidad de la cerveza y a la eficiencia de la producción a largo plazo.