Na Parte 1 desta série, explorámos como a gestão do oxigénio, a adição de levedura e a circulação natural criam as condições necessárias para uma fermentação saudável.

No entanto, assim que a fermentação ativa está em curso, outro conjunto de fatores de engenharia começa a definir as características da cerveja final. O desenho físico do fermentador — nomeadamente a sua geometria cónica, o volume interno e o plano de enchimento — influencia diretamente o comportamento da levedura ao longo da fermentação e a eficiência com que esta pode ser recuperada para utilização futura.

No caso das cervejarias comerciais, estes fatores têm um impacto que vai muito além da recolha de levedura. Influenciam o planeamento da produção, a claridade da cerveja, a consistência do sabor e, em última análise, os custos operacionais da cervejaria.

Neste artigo, analisamos por que razão o projeto do fermentador deve ser considerado uma parte essencial da gestão da fermentação, em vez de ser visto simplesmente como uma especificação do recipiente.

Um fermentador não serve apenas para armazenar cerveja

Ao debater a expansão da cervejaria, cubas de fermentação são frequentemente selecionados de acordo com um critério simples: a capacidade.

Embora o volume do tanque seja obviamente importante, os projetistas experientes de cervejarias raramente começam por litros ou barris. Em vez disso, avaliam primeiro de que forma o recipiente irá apoiar o comportamento biológico da levedura ao longo de todo o ciclo de fermentação.

No interior de cada fermentador cilíndrico-cónico, a levedura passa continuamente por diferentes fases fisiológicas. Imediatamente após a adição, as células permanecem altamente ativas e reproduzem-se rapidamente. À medida que os açúcares fermentáveis diminuem, a reprodução abranda, o metabolismo celular altera-se e a levedura começa gradualmente a preparar-se para a sedimentação.

Estas alterações biológicas ocorrem independentemente da dimensão da cervejaria, mas o desenho dos recipientes determina a eficiência com que o processo decorre. Por esta razão, a geometria do fermentador deve ser considerada como um participante ativo na fermentação, em vez de um equipamento passivo.

Por que razão a geometria do cone determina a recuperação da levedura

Uma das maiores vantagens da moderna fermentadores cilíndrico-cónicos é a sua capacidade de separar a levedura de forma natural.

Ao contrário dos recipientes tradicionais de fundo plano, que muitas vezes exigem manuseamento adicional para recuperar a levedura, os fermentadores cónicos conduzem os sólidos em suspensão para um único ponto de recolha apenas por meio da gravidade. Embora o conceito pareça simples, o sucesso da separação da levedura depende de vários fatores que interagem entre si. As células de levedura só começam a sedimentar depois de a atividade de fermentação diminuir o suficiente para que as correntes de convecção enfraqueçam. Ao mesmo tempo, a levedura de cerveja aumenta a sua tendência para flocular, formando aglomerados maiores que se sedimentam consideravelmente mais depressa do que as células individuais. O cone funciona como uma câmara de recolha onde estes flocos se acumulam gradualmente, enquanto a cerveja clarificada permanece na parte superior.

A eficiência deste processo depende em grande medida do ângulo do cone. Os fermentadores das cervejarias comerciais utilizam normalmente ângulos de cone entre 60° e 70°, o que permite que a levedura deslize suavemente em direção à saída, minimizando simultaneamente a acumulação ao longo da parede do recipiente.

Se o cone for demasiado raso, a levedura compactada pode permanecer aderida à superfície. Se for demasiado íngreme, a complexidade do fabrico aumenta sem proporcionar benefícios proporcionais ao processo. Isto explica por que razão a maioria fermentadores para cervejarias industriais adotam proporções geométricas semelhantes, apesar das diferenças na capacidade total.

Um bom design do cone traz vantagens que vão muito além da facilidade de colheita. Reduz as perdas de cerveja durante a colheita, minimiza a perturbação da levedura sedimentada e permite que as cervejarias recuperem levedura em melhor estado para os ciclos de fermentação seguintes.

Para as cervejarias que praticam a reutilização em série de leveduras, estas vantagens traduzem-se rapidamente numa maior consistência da fermentação e em custos operacionais mais baixos.

Por que é importante recuperar uma levedura saudável

Muitas cervejarias reutilizam a levedura ao longo de vários ciclos de produção. Esta prática reduz os custos com os ingredientes, mantendo simultaneamente o desempenho da fermentação, desde que a levedura recolhida se mantenha saudável e isenta de contaminação excessiva por sedimentos.

Uma colheita inadequada de levedura raramente causa falhas imediatas na produção. Em vez disso, os problemas surgem geralmente de forma gradual.

• A fermentação torna-se um pouco menos previsível.
• Os tempos de atraso aumentam.
• A atenuação torna-se menos consistente.
• Os sabores indesejáveis surgem com maior frequência.
• A clarificação da cerveja exige um esforço adicional.

Embora cada um destes aspetos possa parecer insignificante por si só, em conjunto aumentam a variabilidade da produção ao longo do tempo. É por isso que os cervejeiros experientes dão grande importância à gestão da levedura, em vez de encararem a colheita como uma operação de limpeza de rotina.

O primeiro material descarregado do cone contém, normalmente, a maior concentração de resíduos de fermentação a frio, partículas de lúpulo e leveduras não viáveis. A remoção desta pasta inicial antes da recolha das leveduras reutilizáveis melhora significativamente a qualidade das colheitas de leveduras subsequentes.

A velocidade de descarga é igualmente importante.

Abrir a saída demasiado depressa pode perturbar a camada compactada de levedura, fazendo com que entre cerveja em excesso no recipiente de recolha e reduzindo, ao mesmo tempo, a eficiência da recuperação. A descarga controlada permite que a levedura flua sob a forma de uma pasta densa, minimizando as perdas de produto. A recolha bem-sucedida da levedura depende, portanto, tanto da disciplina do processo como da conceção do equipamento.

Sistemas de fermentação Tiantai são concebidos com saídas inferiores sanitárias, geometria cónica otimizada e braços de decantação ajustáveis que simplificam a recolha da levedura, maximizando simultaneamente a recuperação da cerveja. Em combinação com traçados de tubagem higiénicos e ligações totalmente drenáveis, estas características ajudam as cervejarias a manter a levedura saudável ao longo de ciclos de produção repetidos, sem aumentar a carga de trabalho do operador.

Por que razão a estratégia de enchimento dos tanques afeta a qualidade da cerveja

Outro aspeto de conceção frequentemente ignorado durante o planeamento de uma cervejaria é o tempo de enchimento dos tanques. Muitas cervejarias concentram-se naturalmente na temperatura de fermentação após a conclusão do enchimento. No entanto, a fermentação não espera que o mosto final entre no recipiente. Assim que a levedura é adicionada à primeira porção de mosto, a atividade biológica começa imediatamente.

Se o enchimento se prolongar por muitas horas, os lotes posteriores entram num recipiente onde a fermentação já teve início. Isto cria um ambiente diferente do do mosto fresco que entrou anteriormente.

• Já se está a produzir dióxido de carbono.
• A geração de calor já começou.
• Formaram-se correntes de convecção.
• A pressão hidrostática continua a aumentar à medida que a profundidade do líquido aumenta.

O mosto que entra, portanto, é submetido a condições diferentes das previstas durante a fermentação normal. Embora este efeito seja frequentemente subtil, o enchimento prolongado pode influenciar vários aspetos da qualidade da cerveja.

• A precipitação das proteínas pode ocorrer mais rapidamente do que o pretendido.
• Os compostos responsáveis pelo sabor desenvolvem-se em condições metabólicas ligeiramente diferentes.
• A redução do diacetilo poderá exigir um tempo de condicionamento adicional.
• Até mesmo o crescimento da levedura pode variar, uma vez que a pressão hidrostática aumenta continuamente ao longo do processo de enchimento.

Nenhuma destas alterações, por si só, conduz necessariamente a uma cerveja de má qualidade. No entanto, em conjunto, contribuem para um aumento da variação entre lotes. Para as cervejarias que produzem marcas comerciais consistentes, minimizar a variação desnecessária no processo é um dos principais objetivos.

Consequentemente, recipiente de fermentação O tamanho nunca deve ser determinado independentemente da capacidade da instalação de fabrico de cerveja. A fermentador O facto de ser necessário um dia inteiro de produção para preencher essa quantidade pode parecer económico do ponto de vista do equipamento, mas reduz a consistência geral do processo.

Isto ilustra um dos princípios mais importantes da engenharia cervejeira:

Cada equipamento de grande porte deve ser selecionado de acordo com o fluxo de trabalho de produção, em vez de com a capacidade individual.

Na Tiantai, a conceção das caves de fermentação começa por compreender como a produção da sala de brassagem, a programação das caves, a capacidade de refrigeração e os planos de expansão futuros interagem entre si. A coordenação destes elementos durante o planeamento do projeto ajuda as cervejarias a alcançar horários de enchimento eficientes, mantendo simultaneamente um desempenho de fermentação estável a longo prazo.

Perspetivas para o futuro

O sucesso da fermentação depende não só da forma como a levedura se deposita, mas também da uniformidade com que as condições são mantidas em todo o recipiente.

Em Parte 3, iremos analisar de que forma a pressão hidrostática, a circulação interna e a estratégia de transferência da cerveja influenciam a consistência da fermentação, a maturação e o desenvolvimento do sabor no interior dos fermentadores comerciais modernos.