A filtração é uma das últimas etapas importantes do processo antes de a cerveja chegar ao tanque de cerveja clara ou à linha de embalagem, mas não se trata simplesmente de tornar a cerveja o mais límpida possível.
A cerveja recém-fermentada pode ainda conter levedura, partículas de lúpulo, matéria proteica e outros sólidos em suspensão. A quantidade e o tipo destes materiais variam consideravelmente, dependendo do estilo da cerveja, do processo de fermentação, do tempo de maturação e da prática de dry-hopping. Por conseguinte, um sistema de filtração tem de fazer mais do que apenas remover partículas. Tem de se adequar à cerveja, ao calendário de produção e ao resto da cervejaria.
Para uma cervejaria, um sistema convencional de filtração com kieselgur pode ser a opção mais prática. Outra pode beneficiar da clarificação centrífuga antes da filtração, enquanto uma cervejaria que produza cervejas especiais selecionadas pode ter poucos motivos para procurar uma claridade brilhante. A filtração por membrana, a filtração em profundidade e a filtração por cartucho também têm o seu papel quando o processo exige uma separação mais fina ou um controlo mais rigoroso a jusante.
O sistema de filtração de cerveja adequado é, portanto, uma decisão relacionada com a conceção do processo e não uma simples aquisição de equipamento.
O que acontece à cerveja após a fermentação?
Os requisitos de clarificação da cerveja variam à medida que esta percorre a adega.
Após a fermentação, a cerveja está longe de ser um líquido completamente límpido. A levedura permanece em suspensão na cerveja, enquanto proteínas, polifenóis, resíduos de lúpulo e outros materiais coloidais podem contribuir para a turvação. Alguns destes sólidos sedimentam-se naturalmente durante a maturação, mas a quantidade que permanece em suspensão pode ainda ser significativa.
Isto é importante porque um filtro fino funciona de forma muito mais eficiente quando não está sobrecarregado com grandes quantidades de levedura e sólidos. Uma elevada carga de sólidos pode aumentar a queda de pressão, encurtar o tempo de funcionamento do filtro e aumentar a quantidade de cerveja retida no meio de filtração.
Por esta razão, as cervejarias costumam encarar a clarificação como uma sequência, em vez de uma única operação:
Fermentação → Maturação → Clarificação primária → Filtração fina → Cerveja clara → Embalagem
Nem todas as cervejas requerem todas as etapas. O processo pode ser abreviado no caso de cervejas naturalmente turvas, enquanto uma grande cervejaria comercial pode recorrer a várias etapas de clarificação e filtração para garantir um rendimento estável e uma qualidade consistente da cerveja final.
A Brewers Association descreve a clarificação da cerveja como uma combinação de métodos de separação e filtração, sendo que os sistemas de membranas são habitualmente utilizados para a filtração de polimento ou esterilização e são frequentemente precedidos por centrifugação ou filtração com pré-revestimento.
As principais tecnologias de filtração e separação da cerveja
Embora as cervejarias utilizem frequentemente o termo “filtro” para designar todo o equipamento de clarificação, os diferentes sistemas funcionam de formas muito distintas.
| Tecnologia | Como funciona | Função típica |
|---|---|---|
| Centrífuga para cerveja | Separa os sólidos utilizando a força centrífuga | Decantação primária, separação de leveduras, pré-filtração |
| Filtro de kieselguhr | Cria um bolo de filtração poroso utilizando terra de diatomáceas | Clarificação convencional da cerveja |
| Filtro de placas e armação | Faz passar a cerveja através de folhas filtrantes | Clarificação e refinamento em lote |
| Filtro de profundidade | Retém partículas ao longo de um meio poroso | Clarificação pormenorizada |
| Filtro de cartucho | Utiliza meios filtrantes específicos para a retenção controlada de partículas | Polimento e proteção posterior |
| Filtro de membrana / de fluxo transversal | Separa a cerveja através de uma membrana seletiva | Filtração fina e redução microbiana |
| Filtro de saco | Retém partículas grossas num saco de filtro substituível | Pré-filtração ou filtração auxiliar |
Estes sistemas não devem ser considerados versões intercambiáveis da mesma máquina. Uma centrífuga não utiliza, de todo, um meio filtrante, enquanto um sistema de kieselgur depende de um bolo de filtração. Um sistema de membrana baseia-se nas características da membrana e nas condições de funcionamento, em vez de recorrer ao mesmo mecanismo de filtração utilizado pelos filtros de profundidade convencionais.
A questão prática não é, portanto, “Qual é o filtro mais fino?”, mas sim “O que é que este processo precisa de remover e quando é que isso deve ser removido?”
Centrífuga para cerveja: Retire os sólidos antes de estes chegarem ao filtro
Uma centrífuga de cerveja do tipo «disc-stack» é, essencialmente, uma máquina de separação. Em vez de fazer passar a cerveja por um meio filtrante, utiliza a força centrífuga para separar a levedura e os sólidos em suspensão da fase líquida.
No interior do recipiente rotativo, uma pilha de discos cónicos cria uma ampla área de separação eficaz. O campo centrífugo resultante permite que os sólidos em suspensão se separem muito mais rapidamente do que o fariam apenas sob a ação da gravidade.
Numa cervejaria, uma centrífuga pode ser utilizada para a clarificação da cerveja verde, a separação da levedura, a pré-clarificação antes da filtração a jusante e certas aplicações de recuperação de cerveja.
O seu papel mais importante numa cadeia de filtração é, muitas vezes, a montante.
Se for possível remover uma grande parte da carga de leveduras antes de a cerveja entrar num filtro fino, o sistema a jusante terá menos sólidos para reter. Isso pode reduzir a carga do filtro e ajudar a manter uma taxa de filtração mais estável. As orientações do setor também descrevem a centrifugação como uma etapa útil de pré-clarificação para prolongar os ciclos de filtração subsequentes e reduzir o consumo de adjuvantes de filtração.
Isto torna-se cada vez mais relevante à medida que a produção das cervejarias aumenta. Com um rendimento mais elevado, a filtração deixa de ser apenas uma questão de qualidade do produto. A substituição dos filtros, o tempo de limpeza, os consumíveis, a recuperação da cerveja e a renovação dos tanques passam a influenciar a rentabilidade da produção.
Por conseguinte, é frequentemente mais adequado considerar a centrífuga como parte de uma estratégia de clarificação mais ampla, em vez de como um substituto direto de todas as outras tecnologias de filtração.
A filtração com kieselguhr continua a ser uma prática padrão nas cervejarias
O kieselguhr, também conhecido como terra diatomácea ou DE, tem sido utilizado nas cervejarias há décadas e continua a ser um dos métodos mais consagrados para a produção de cerveja clarificada.
O princípio é simples. O adjuvante de filtração é depositado nos elementos filtrantes para formar uma camada porosa. À medida que a cerveja passa através dessa camada, a levedura e outras partículas em suspensão ficam retidas na camada de filtração.
Um sistema convencional pode incluir muito mais do que o próprio recipiente do filtro principal. Dependendo do processo, a instalação pode incluir um tanque de dosagem ou adição de kieselgur, um tanque de mistura, tanques tampão à frente e atrás, um filtro de vela e um separador a jusante ou uma etapa de refinamento. Os projetos de cervejarias da própria StartBrewery utilizam este tipo de configuração de filtração integrada.
Um dos pontos fortes da filtração DE é a sua capacidade de lidar com uma carga relativamente elevada de sólidos, conseguindo ao mesmo tempo uma cerveja final com um aspeto límpido.
A desvantagem reside na utilização de um auxiliar de filtração consumível. A cervejaria tem de manusear, dosear e eliminar o kieselguhr usado, e parte da cerveja fica retida no bolo de filtração. Estas não são necessariamente razões para evitar esta tecnologia, mas são importantes na comparação entre diferentes estratégias de filtração.
Para as cervejarias que já utilizam tecnologia de processo convencional e têm calendários de produção previsíveis, a filtração com kieselguhr pode continuar a ser uma componente sensata do projeto global da unidade.
Filtros de placas e armação para filtração por lotes flexível
Os filtros de placas e armação funcionam fazendo passar a cerveja através de folhas filtrantes instaladas entre uma série de placas.
São particularmente adequados para o processamento por lotes, uma vez que a área de filtração e as especificações das folhas filtrantes podem ser adaptadas à aplicação pretendida. É possível selecionar diferentes tipos de folhas filtrantes, consoante a cervejaria necessite de clarificação grosseira, filtração mais fina ou polimento final.
Esta flexibilidade pode ser útil para cervejarias de pequena e média dimensão, especialmente aquelas que produzem vários estilos de cerveja com diferentes objetivos de claridade.
Existe, no entanto, um maior envolvimento do operador do que nos sistemas de filtração altamente automatizados. As unidades tradicionais de placas e armação têm de ser abertas quando as folhas filtrantes são instaladas ou substituídas, e o manuseamento dos filtros passa a fazer parte do trabalho de produção de rotina.
Isso pode ser perfeitamente aceitável para uma cervejaria de menor dimensão, onde a flexibilidade e os custos iniciais mais baixos com o equipamento são mais importantes do que um funcionamento automatizado contínuo.
Filtração em profundidade e por cartucho
Os filtros de profundidade e os filtros de cartucho ocupam uma posição diferente no processo em relação à clarificação primária de alta capacidade.
A filtração em profundidade utiliza um meio poroso que capta as partículas ao longo de toda a sua estrutura, em vez de apenas numa das superfícies. É frequentemente utilizada quando a cerveja já foi substancialmente clarificada e necessita de um polimento adicional.
Os filtros de cartucho proporcionam uma retenção de partículas mais controlada e são normalmente instalados a jusante para proteger o equipamento de embalagem ou para atingir um nível específico de redução de partículas.
Estes sistemas revelam-se particularmente úteis quando a fase principal de filtração já removeu a maior parte das leveduras e das partículas em suspensão. A utilização de um filtro muito fino numa cerveja com elevada carga de sólidos é, normalmente, ineficaz. A sequência de filtração funciona melhor quando cada fase trata o tipo de sólidos para o qual foi concebida.
Na prática, isto significa frequentemente que uma cervejaria pode recorrer a uma centrífuga ou a uma filtração em profundidade convencional para a remoção de sólidos em massa, seguida de um filtro mais fino para o polimento.
Filtração por membrana e filtração de fluxo cruzado
A filtração por membrana oferece outra abordagem à clarificação da cerveja, especialmente para as cervejarias que pretendem reduzir ou eliminar a utilização de adjuvantes de filtração.
Na filtração de fluxo cruzado, a cerveja move-se tangencialmente através da membrana, em vez de ser empurrada diretamente através de um bolo de filtração estacionário. Parte do líquido passa através da membrana, enquanto o material retido permanece no lado da alimentação e é arrastado pelo fluxo.
Dependendo do tipo de membrana e da conceção do processo, a filtração por membrana pode ser utilizada para clarificação fina, tratamento de acabamento e redução microbiana. Pode também proporcionar um processo fechado com um elevado nível de automatização.
O principal desafio de engenharia é a obstrução da membrana.
Se uma membrana receber cerveja com um teor excessivo de levedura ou material coloidal, a superfície da membrana pode ficar rapidamente obstruída e o desempenho da filtração pode deteriorar-se. Por outras palavras, a transição da filtração com kieselgur para a filtração de fluxo cruzado não torna automaticamente o processo mais simples. A etapa de clarificação a montante, a seleção da membrana, as condições de funcionamento e o procedimento CIP tornam-se todos fatores importantes.
Por este motivo, as cervejarias que estejam a considerar a filtração por membrana devem analisar o processo na sua totalidade, em vez de avaliarem o conjunto de membranas isoladamente. Uma etapa de clarificação bem concebida a montante pode ter um impacto significativo no tempo de funcionamento das membranas e na eficiência global do sistema.
Os filtros de mangas têm um papel mais limitado
Os filtros de saco são, por vezes, incluídos nos sistemas de filtração das cervejarias, mas, geralmente, desempenham um papel auxiliar, em vez de funcionarem como o filtro final principal da cerveja.
Um filtro de mangas pode ser útil para remover partículas relativamente grossas ou para proteger o equipamento a jusante de sólidos de maiores dimensões. Nessa situação, o processo pode ser o seguinte:
Separação grosseira → Filtro de saco → Filtração fina
O importante é definir o que o filtro de mangas está a proteger e qual a carga de partículas que se espera que ele consiga tratar. Não deve ser escolhido simplesmente por ser barato ou fácil de substituir.
No caso da cerveja acabada que exija um aspeto estável e límpido, será normalmente necessário um processo de clarificação e filtração mais específico a jusante.
Todas as cervejas necessitam do mesmo nível de filtração?
Não. Este é um dos aspetos mais fáceis de ignorar na conceção de uma cervejaria. A filtração deve adaptar-se à cerveja pretendida, em vez de forçar todos os produtos a terem a mesma aparência visual.
lager e pilsner
As cervejas lager e pilsner tradicionais apresentam frequentemente um aspeto límpido e brilhante. A maturação prolongada a frio já contribui para a clarificação natural, mas a produção comercial pode ainda assim exigir uma filtração adicional para alcançar a estabilidade visual e a repetibilidade desejadas.
Um processo convencional pode combinar a clarificação primária com a filtração por kieselgur e uma etapa de aperfeiçoamento. As cervejarias de maior dimensão podem recorrer à clarificação centrífuga para reduzir a carga de sólidos antes do filtro principal.
IPA e outras cervejas com sabor acentuado a lúpulo
As cervejas com lúpulo podem apresentar um comportamento diferente, uma vez que as partículas de lúpulo e a turvação relacionada com os polifenóis podem permanecer após a fermentação e a adição de lúpulo a seco.
A máxima clareza nem sempre é o objetivo.
No caso de algumas IPA e de outros estilos modernos com predomínio de lúpulo, uma filtração agressiva pode remover mais do que o cervejeiro pretende. O aroma, a sensação na boca e o aspeto são todos fatores importantes, pelo que o objetivo da filtração deve ser definido antes da seleção do equipamento.
A questão certa talvez seja saber quanta turvação se deve eliminar, em vez de como produzir uma cerveja brilhantemente límpida.
cerveja de trigo e estilos naturalmente turvos
A cerveja de trigo e outros estilos naturalmente turvos podem apresentar um perfil de turvação intencional.
Nestes casos, uma filtração exaustiva pode não ser necessária. Uma cervejaria pode optar por aplicar apenas o grau de separação necessário para controlar os sólidos indesejados ou proteger o processo de enchimento, mantendo ao mesmo tempo a turvação desejada no produto.
É por isso que um sistema de filtração deve ser concebido em função da gama de produtos real da cervejaria, em vez de se basear numa especificação de filtração universal.
Que aspetos devem ser tidos em conta na seleção de equipamento de filtração para cervejarias?
O equipamento de filtração deve ser selecionado em conjunto com o processo a montante e a jusante.
A primeira consideração diz respeito à própria cerveja. Uma lager límpida, uma IPA com lúpulo adicionado a seco e uma cerveja de trigo naturalmente turva apresentam requisitos de filtração diferentes.
O segundo fator é a carga de sólidos. A concentração de leveduras e os sólidos em suspensão têm um efeito direto na rapidez com que um filtro fica obstruído. A clarificação a montante pode, por isso, influenciar o desempenho e os custos operacionais de todas as etapas subsequentes.
A capacidade de produção é outro fator importante. Um filtro por lotes compacto pode ser uma opção perfeitamente razoável para uma cervejaria artesanal de menor dimensão, enquanto uma cervejaria comercial de maior dimensão pode necessitar de clarificação contínua, funcionamento automatizado do filtro e maior capacidade de produção.
A perda de produto também merece atenção. Todos os meios de filtração retêm algum líquido, quer se trate de cerveja retida num bolo de filtração, quer de produto que permanece num elemento filtrante descartável. Para uma cervejaria que produz grandes volumes, perdas percentuais relativamente pequenas podem tornar-se um problema económico significativo.
Os consumíveis são igualmente importantes. O kieselguhr, as folhas de filtração e os elementos de cartucho geram, todos eles, custos operacionais recorrentes. Os sistemas de membranas reduzem a dependência de meios de filtração descartáveis, mas introduzem requisitos diferentes em termos de limpeza, monitorização e substituição das membranas.
Por fim, o sistema de filtração tem de se adequar à estratégia de CIP e de automatização da cervejaria. Um filtro que, em teoria, tenha um bom desempenho pode, ainda assim, causar problemas operacionais se o seu ciclo de limpeza, instrumentação ou sistema de transferência não forem compatíveis com o resto das instalações da cervejaria.
Conceção do sistema de filtração como parte integrante da cervejaria
Uma máquina de filtração raramente funciona sozinha.
O equipamento tem de estar ligado, de forma lógica, aos tanques de fermentação, aos recipientes de maturação, aos tanques de cerveja clara, às bombas, à tubagem sanitária, aos sistemas CIP, ao sistema de gestão de CO₂ e à linha de embalagem. A capacidade de armazenamento e de reserva também pode afetar o modo como o sistema de filtração é operado.
Para uma pequena cervejaria artesanal, a prioridade em termos de conceção pode ser a simplicidade de funcionamento, a flexibilidade na filtração por lotes e um investimento de capital acessível.
No caso de uma cervejaria comercial de maior dimensão, o projeto poderá dar maior ênfase à clarificação contínua, à automatização, à estabilidade do ciclo de filtração, à recuperação da cerveja, à eficiência do CIP e à integração com o sistema mais alargado de controlo da produção.
A StartBrewery aborda a filtração em cervejarias a partir desta perspetiva ao nível da unidade. Os seus projetos para cervejarias incluem equipamento de filtração e clarificação, juntamente com sistemas de fermentação, armazenamento de cerveja clara, CIP, refrigeração, serviços de apoio, automação e sistemas de enchimento. As configurações de projetos existentes revelam também a utilização de centrífugas e filtração com kieselguhr em instalações cervejeiras de maior dimensão, enquanto os sistemas mais pequenos podem ser configurados com base num esquema de filtração mais compacto.
Um sistema de filtração deve adaptar-se à cervejaria, e não o contrário
Não existe uma única tecnologia de filtração que seja ideal para todas as cervejarias.
A clarificação centrífuga é útil quando é necessário remover rapidamente a levedura e os sólidos antes da filtração a jusante. O kieselguhr continua a ser uma solução convencional prática para a cerveja clarificada. Os filtros de placas e armação proporcionam flexibilidade para a produção em lotes, enquanto os filtros de profundidade e de cartucho são úteis para o polimento e a filtração a jusante controlada. Os sistemas de membranas de fluxo cruzado oferecem outra alternativa quando a cervejaria procura um processo fechado, altamente automatizado e sem kieselgur.
A melhor configuração depende do tipo de cerveja, da carga de sólidos, da claridade pretendida, do volume de produção, dos requisitos de embalagem e da estratégia operacional.
Por esse motivo, a StartBrewery não encara a filtração como uma escolha isolada de equipamento. A fase de clarificação, o tipo de filtro, a capacidade do tanque tampão, o sistema CIP, a automatização e os requisitos de embalagem a jusante têm de funcionar em conjunto como um único processo de fabrico de cerveja.
Ao planear uma nova cervejaria ou modernizar uma linha de filtração existente, o ponto de partida deve ser a cerveja que se pretende produzir e a meta de produção que é necessário atingir. O equipamento pode então ser selecionado com base nesses requisitos.
