Todos os cervejeiros compreendem a importância de uma levedura saudável, mas o sucesso da fermentação raramente depende apenas da levedura. Nas cervejarias comerciais, o desempenho da fermentação é determinado por todo um sistema de processo que inclui a oxigenação do mosto, a geometria dos tanques, o sistema de arrefecimento, a estratégia de enchimento e o controlo do processo. Estes fatores de engenharia influenciam a forma como a levedura cresce, se reproduz e, em última análise, transforma o mosto em cerveja pronta a consumir.

Na Tiantai, trabalhamos com cervejarias em diferentes fases de desenvolvimento — desde novas cervejarias artesanais em fase de arranque até operações comerciais em expansão. Há uma lição que se mantém constante em todos os projetos: muitos problemas de fermentação que parecem ser causados pela levedura têm, na verdade, origem na conceção do equipamento ou na configuração do processo.

Esta série técnica de quatro partes analisa a fermentação numa perspetiva de engenharia. Em vez de abordarmos receitas ou estilos de cerveja, centramo-nos na forma como o design dos fermentadores influencia o desempenho biológico e em como as cervejarias podem alcançar uma maior consistência através de uma melhor engenharia de processos.

Neste primeiro artigo, exploramos a relação entre a adição de levedura, a gestão do oxigénio e a circulação interna — os três fatores que constituem a base de qualquer fermentação bem-sucedida.

Uma fermentação saudável começa antes mesmo de a fermentação ter início

Muitas cervejarias concentram-se na temperatura de fermentação depois de a levedura ter sido adicionada. Na realidade, as decisões mais importantes são frequentemente tomadas nos minutos finais, antes de o mosto entrar no fermentador.

Durante esta fase, espera-se que a levedura passe de um estado de dormência em armazenamento para uma população em reprodução ativa, capaz de concluir a fermentação de forma rápida e consistente. Para tal, a levedura necessita de três condições essenciais:

• Número adequado de células
• Oxigénio dissolvido em quantidade suficiente
• Distribuição uniforme por todo o mosto

Um desempenho insatisfatório em qualquer uma destas áreas pode afetar todo o ciclo de fermentação.

No caso das cervejas de graduação alcoólica normal, as cervejarias comerciais costumam fixar como meta taxas de inoculação em torno de 15 milhões de células viáveis por mililitro, embora os requisitos exatos dependam do estilo da cerveja, da gravidade original, da temperatura de fermentação e do estado fisiológico da própria levedura.

A taxa de inoculação deve, por conseguinte, ser considerada um parâmetro do processo e não uma especificação universal. Uma inoculação insuficiente aumenta frequentemente o stress das leveduras e prolonga o tempo de latência, enquanto uma inoculação excessiva pode inibir o crescimento das leveduras e reduzir a formação de ésteres de fermentação desejáveis.

Encontrar o equilíbrio adequado continua a ser uma das primeiras decisões de engenharia na gestão da fermentação.

O oxigénio: um nutriente controlado, em vez de um ingrediente

Ao contrário da cerveja pronta, o mosto fresco beneficia de uma exposição ao oxigénio cuidadosamente controlada.

Durante a fase inicial de crescimento, a levedura de cerveja consome oxigénio para sintetizar esteróis e ácidos gordos insaturados que reforçam as membranas celulares. Estes compostos permitem que a levedura resista a concentrações crescentes de álcool durante a fermentação, mantendo ao mesmo tempo um transporte eficiente de nutrientes.

Uma vez que o oxigénio é consumido rapidamente após a adição das leveduras, a sua distribuição pelo fermentador é, muitas vezes, mais importante do que a quantidade total adicionada.

As grandes cervejarias comerciais costumam injetar oxigénio em linha, imediatamente antes do fermentador. Colocar o ponto de dosagem da levedura a jusante do sistema de injeção de oxigénio permite que a levedura entre no mosto totalmente oxigenado, evitando ao mesmo tempo o desgaste mecânico desnecessário causado pelos injetores Venturi ou pelos misturadores estáticos.

Este pormenor aparentemente insignificante pode melhorar a viabilidade da levedura durante as fases iniciais da fermentação, especialmente na produção de cerveja de alta densidade, em que o desenvolvimento de uma membrana saudável se torna cada vez mais importante.

No entanto, a gestão do oxigénio torna-se mais complicada quando um fermentador é enchido ao longo de várias fermentações.

Algumas cervejarias oxigenam intencionalmente apenas a primeira parte do mosto que entra no recipiente, deixando os enchimentos posteriores sem oxigénio. Esta prática pode melhorar a estabilidade do sabor, ao promover a produção adequada de dióxido de enxofre durante a fermentação, mas também aumenta a possibilidade de que diferentes camadas no interior do fermentador desenvolvam concentrações de oxigénio ligeiramente diferentes.

Sem uma agitação suficiente, estas variações podem influenciar a atividade inicial da levedura antes de a circulação natural se ter estabelecido por completo.

Por que é importante uma distribuição uniforme do mosto

Muitos cervejeiros partem do princípio de que bombear o mosto para um recipiente de fermentação a alta velocidade garante automaticamente uma mistura completa.

A dinâmica dos fluidos no interior dos fermentadores cilíndrico-cónicos altos revela uma realidade diferente.

O mosto que entra pode apresentar ligeiras diferenças em termos de temperatura, concentração de extrato, oxigénio dissolvido ou densidade da levedura, em comparação com o mosto que já se encontra no interior do recipiente. Mesmo um enchimento turbulento nem sempre elimina estas diferenças de imediato. Em vez disso, podem formar-se temporariamente zonas localizadas com características físicas diferentes no interior do tanque, até que a convecção natural redistribua gradualmente o líquido.

Embora estas diferenças desapareçam normalmente durante a fermentação ativa, minimizá-las desde o início ajuda a garantir um comportamento de fermentação mais previsível.

Isto explica por que razão os fermentadores modernos dão cada vez mais importância ao desenho da entrada, em vez de se limitarem a aumentar a velocidade de transferência.

As aberturas de entrada cuidadosamente posicionadas favorecem padrões de circulação controlados que distribuem o mosto por todo o recipiente, evitando simultaneamente uma turbulência excessiva que possa danificar as células de levedura ou aumentar a incorporação indesejada de oxigénio.

Na Tiantai, os fermentadores são concebidos tendo este princípio em conta. Os interiores lisos e higiénicos, a orientação otimizada da entrada e a tubagem de processo totalmente drenável ajudam a manter uma distribuição consistente do mosto, ao mesmo tempo que garantem um funcionamento higiénico ao longo de ciclos de produção repetidos.

Em vez de considerar um fermentador como um tanque de armazenamento, o projeto centra-se na criação de um ambiente biológico controlado, onde a levedura possa atuar em condições estáveis e repetíveis.

Circulação interna: o sistema de mistura oculto no interior de cada fermentador

Assim que a fermentação começa, a própria levedura torna-se a força motriz por trás do movimento do líquido. O calor gerado pela fermentação, juntamente com as bolhas de dióxido de carbono que sobem e o arrefecimento por glicol ao longo da parede do recipiente, cria uma circulação contínua em todo o fermentador.

Ao contrário dos agitadores mecânicos utilizados noutras indústrias de fermentação, as cervejarias dependem quase exclusivamente destas correntes de convecção naturais. A circulação daí resultante desempenha várias funções importantes em simultâneo.

Distribui os nutrientes por todo o mosto em fermentação, uniformiza a temperatura em todo o recipiente, evita a diminuição localizada da levedura e mantém concentrações relativamente homogéneas de dióxido de carbono dissolvido.

Estes efeitos tornam-se cada vez mais importantes à medida que o volume do fermentador aumenta.

Um recipiente com capacidade para várias centenas de hectolitros pode conter uma coluna de líquido com mais de dez metros de altura. Sem circulação natural suficiente, diferenças de temperatura relativamente pequenas podem traduzir-se em variações mensuráveis na taxa de fermentação, acabando por afetar a consistência do sabor em todo o lote.

A estratégia de arrefecimento também influencia a intensidade da convecção.

As camisas de glicol independentes, posicionadas ao longo de diferentes secções do recipiente, permitem aos cervejeiros regular a circulação de acordo com a fase de fermentação. No início da fermentação, uma circulação mais forte ajuda a manter a suspensão da levedura e favorece uma utilização eficiente do açúcar. Posteriormente, a redução da convecção favorece a floculação da levedura e prepara a cerveja para a clarificação e a recolha.

Em vez de servirem apenas como um sistema de refrigeração, as camisas de refrigeração modernas tornaram-se uma ferramenta ativa de controlo de processos.

Esta é uma das razões pelas quais o equipamento de fermentação deve ser sempre avaliado como parte integrante do processo global da cervejaria, em vez de ser considerado como um tanque isolado. A capacidade de refrigeração, as proporções dos recipientes, o rendimento da sala de cozedura e a programação da produção interagem entre si para determinar o desempenho da fermentação.

Na Tiantai, estas relações constituem a base de todos os sistemas de fermentação que concebemos. Ao integrar a engenharia de tanques com os requisitos do processo de fabrico de cerveja, as cervejarias podem obter fermentações mais estáveis, populações de leveduras mais saudáveis e uma maior consistência entre lotes, sem aumentar a complexidade operacional.

Perspetivas para o futuro

As primeiras horas de fermentação determinam as condições que influenciam todas as fases da produção da cerveja. Leveduras saudáveis, uma gestão eficaz do oxigénio e uma circulação interna estável criam, em conjunto, o ambiente necessário para um desempenho fiável da fermentação.

Em Parte 2 Nesta série, vamos além do início da fermentação para analisar como geometria do cone, sedimentação da levedura e estratégia de enchimento do tanque afetar a recuperação da levedura, a qualidade da cerveja e a eficiência da produção a longo prazo.