Mosturação
Mosturação Neste processo o malte moído é misturado com água para formar o mosto cervejeiro. Para a obtenção de mostos com concentrações convencionais (10-12 P) é utilizada geralmente uma relação de água inicial/malte de 4L / Kg de malte. O que é grau Platô? O objetivo da mosturação é obter a maior quantidade de mosto e da melhor qualidade possível. A maior parte do extrato é obtido pela ação das enzimas do malte que agem em suas temperaturas ótimas.
Principiaisenzimas no malte Enzimas T ótima ph ótimo T inativação α-amilase 72-75 C 5.6-5.8 80 C β-amilase 60-65 C 5.4-5.5 70 C β-glucanase 40-50 C 4.5 5.0 60 C Proteases 45-55 C 4.2 5.3 60 C
Mosturação por infusão Mosturação por decocção
Amilosa
Amilopectina
Separação do mosto Tina de filtração Tem limitações para trabalhar com mostos concentrados, a máxima concentração do mosto no fim do processo, com boa eficiência de extração, é de 16 P. É ótimo para trabalhar com mostos concentrados e pode obter concentrações do mosto no fim do processo maiores aos 20 P, com boa eficiência de extração. Filtro de macerado
Diferenças Propriedades Tina de filtração Filtro de macerado Eficiência na extração 97. 5% 102% Umidade do > 78% < 65% bagaço Custo de manuntenção Alto, maior partes com movimentação Baixo, poucas partes com movimentação Tempo de uso 3 4 horas 2 horas Mosturações/día 8-10 12 Área (10 ton) 8 metros (diâmetro) 3*12metros
Fervurado mosto
O mosto obtidoé fervidopor umtempo entre 1 e 2 horas. Nesta etapa é adicionado o lúpulo. Objetivos: extração e transformação dos compostos do lúpulo; formação e precipitação de complexos proteínas-polifenóis; evaporação de água; esterilização do mosto; desnaturação das enzimas; aumento da cor do mosto; diminuição do conteúdo de dimetil sulfúrico (DMS) no mosto.
Requerimentos de energia térmica na cervejaria Sala de cozimentos 26% 9% 5% 48% Fermentação e Maturação Filtração 3% 9% Envasado de garrafas Envasado de barris Departamento administrativo
Remoção do complexo proteínas-polifenóis Resfriamento do mosto Aeração do mosto
Requerimentos de energia elétrica na cervejaria Propo orção (%) 30,00 25,00 20,00 15,00 10,00 5,00 0,00
Fermentação e maturação
Respiração C 6 + CO 6H12O 6 + O2 6H2O 6 2 Fermentação Gay Lussac C 6 H 12 O 6 = 2C 2 H 5 OH + 2CO 2 + Energia
CONCEITOS P EXTRATO ORIGINAL EXTRATO REAL EXTRATO APARENTE ATENUAÇÃO REAL ATENUAÇÃO APARENTE Porque na cervejaria se trabalha com a concentração massa/volume?
Diminuição do extrato na fermentação e maturação Fermentado Fermentável Não fermentável
Transformações na Maturação - Saturação de cerveja com CO2 - Clarificação da cerveja - Diminuição do conteúdo de Diacetil (abaixo de 0,1 mg/l) - Diminuição do conteúdo de aldeídos - Aumento da concentração de ésteres
Recuperação de CO2 O CO2 é um produto da fermentação alcoólica. A sua recuperação é muito importante, pelas seguintes razões: Em um ambiente onde tenha uma alta concentração deste gás (1-8% vol), as pessoas ao respirar podem ter problemas de saúde e até mesmo causar a morte (8-10% vol). É um gás de efeito estufa que danifica o meio ambiente. É possível a sua recuperação para uso na cervejaria e o montante em exceso é vendido o que ajuda na economia da empresa.
Uso do CO2 na Cervejaria O CO2 é normalmente utilizado em um grupo de funções na indústria cervejeira. - Contrapressão nos tanques de maturação e pressão na entrada da cerveja neles. - Contrapressão na filtragem e pressão para a entrada da cerveja no filtro. - Pressão no tanque de carbonatação. - No envase de garrafas, latas e barris. - No ajuste da carbonatação da cerveja. - Em dispensador de chopp.
Filtração Objetivos - Retirada de leveduras - Retirada de proteínas/ polifenóis precipitados Substâncias utilizadas como meio filtrante - Terra diatomácea
Filtração da cerveja
Envase BARRIS
Coolkeg
Pasteurização
Cervejas concentradas
CERVEJAS ELABORADAS A PARTIR DE MOSTOS CONCENTRADOS A concentração da cerveja tem relação direita com concentração original do mosto cervejeiro Cerveja (mostos com concentrações originais entre 10 12ºP). Cerveja concentrada (mostos com concentrações originais entre 15 18ºP). Cerveja super concentrada (mostos com concentrações originais acima dos 18ºP).
Vantagens de elaborar cervejas concentradas - Incremento da capacidade de produção e uso mais eficiente dos equipamentos. - Redução do consumo de energia (aquecimento, resfriamento). - Redução dos trabalhos de limpeza e custos pelo tratamento de efluentes. - Incremento da estabilidade física da cerveja. - Os mostos de altas concentrações podem conter maior proporção de adjuntos. - Estas cervejas oferecem maior flexibilidade em tipos de produtos. A partir de um líquido mãe, um número de produtos pode ser elaborado como resultado da diluição e/ou o uso de extratos de lúpulo e xaropes.
Desvantagens de elaborar cervejas concentradas - Obter os mostos mais concentrados pode ocasionar um decréscimo da eficiência na utilização dos materiais na sala de cozimento (malte, adjuntos e lúpulo). - A cervejas de altas concentrações exerce um efeito maior sobre a formação de ésteres na fermentação. - A elaboração de cervejas concentradas pode influenciar o rendimento da levedura, com efeitos negativos sobre a fermentação e floculação. - O incremento da pressão osmótica, elevada concentração de álcool e modificação do balanço nutricional, tem uma profunda influência sobre o rendimento da levedura durante a fermentação de mostos concentrados. A tolerância ao estresse durante a fermentação do mosto pela levedura cervejeira é dependente da estirpe.
Problemas a resolver Necessitamos ter elevadas concentrações de extrato. Necessitamos ter um bom aproveitamento do malte. Deficiente balanço nutricional (relação carbono - nitrogênio). Baixo rendimento da levedura pela alta concentração de álcool com problemas na fermentação e na floculação. Incremento da pressão osmótica causa problemas na levedura.
Soluções Para obter elevadas concentrações de extrato pode aplicar os seguintes passos: -Trabalha-se com uma relação inicial de 2,5L de água por kg de malte. Isso é feito com o objetivo de obter mosto puro de malte com uma concentração de 16ºP no fim na fervura. - Trabalha-se com xarope com concentração de 65ºP. Este xarope é recebido com concentrações em redor de 80ºP e é diluído à concentração de trabalho e fervido por 15 minutos para evitar contaminação. A seguinte equação é utilizada para calcular o volume de xarope a adicionar. V xarope = ( V ) mosto C mosto Pxarope ( C P ) xarope mosto Onde: P: Proporção (%) V: Volume (hl) C: Concentração (kg/hl)
Soluções Para solucionar o problema do aproveitamento do malte e o balanço nutricional do mosto foi desenvolvido o seguinte diagrama de mosturação Temperatura ( C) 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 Tempo (min) --- Adição de papaína --- Adição de α amilase termoestável
Soluções Para as deficiências no rendimento da levedura que ocasiona problemas na fermentação e baixa floculação. É importante destacar que estes problemas acontecem fundamentalmente pela alta concentração alcoólica. As leveduras cervejeiras podem serem qualificadas pela sua tolerância as altas concentrações alcoólicas (baixo, meio e alto tolerantes). A solução é utilizar uma estirpe S. Cerevisiae denominada PPB-01, pertencente ao banco de cepas da escola. Esta levedura foi comprovada como alto tolerante à concentração de álcool e tem ótimas características de floculação e sedimentação.
Soluções Para evitar o incremento da pressão osmótica, que causa problemas na levedura, é utilizada este sistema de fermentação. FERMENTAÇÃO EM REGIME DESCONTINUO ALIMENTADO POR CARGAS Xarope de milho a 65ºP Levedura Mosto de malte a 16ºP
Concentração 18,0 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 Álcool (ml/100ml) Extrato (g/100g) Cerveja 70/30 de malte/xarope de milho Extrato Original = 21,18 P ρ = 1,08622g/mL > 18 P 4,0 2,0 0,0 0 2 4 6 8 10 Tempo (dias) 18 16 14 Concentração 12 10 8 6 Álcool (ml/100ml) Extrato (g/100g) Cerveja 55/45 de malte/xarope de milho Extrato Original = 24,94 P ρ = 1,10328g/mL > 18 P 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 Tempo (dias)
Exercício 1 V inicial = 4,6L V final = 5,0L ρ etanol = 0,789 Kg/hL Calcular: Produtividade,Yp/s, Yx/s, ƞ, µx, µs, µp, atenuação real e massa de levedura no final do processo Tempo (Dias) Extrato (Kg/100Kg) Álcool (L/100L) X (g/l) 0 16,49 0 20,24 0,292 16,31 0,09 22,12 0,917 15,56 0,60 30,20 1,875 12,00 3,01 35,05 2,208 10,72 3,88 36,02 2,875 8,01 5,66 37,97 3,292 6,53 6,61 38,95 3,917 5,39 7,34 40,13 3,917 12,87 6,98 38,52 4,875 11,83 7,68 42,92 5,25 11,01 8,18 44,39 5,875 9,63 9,02 46,17 6,25 9,38 9,18 46,98 6,917 7,91 9,25 48,41 7,25 7,31 9,31 48,78 8,25 7,31 9,31 48,78 Tempo (h) Extrato (Kg/hL) Álcool (Kg/hL) X (g/l) 0 17,57 0 20,24 7 17,37 0,07 22,12 22 16,52 0,47 30,20 45 12,56 2,38 35,05 53 11,16 3,06 36,02 69 8,25 4,47 37,97 79 6,69 5,22 38,95 94 5,49 5,79 40,13 94 13,51 5,51 38,52 117 12,37 6,06 42,92 126 11,48 6,45 44,39 141 9,98 7,12 46,17 150 9,71 7,24 46,98 166 8,14 7,30 48,41 174 7,51 7,35 48,78 198 7,51 7,35 48,78
Resultados Tempo (h) P (g/l h) Yp/s Yx/s ƞ ferm (%) µx (h-1) µs (h-1) µp (h-1) At Real (%) 0 7 0,1000 0,3500 0,9400 68,63 0,0133 0,0141 0,0049 1,14 22 0,2667 0,4706 0,9506 92,27 0,0244 0,0256 0,0121 5,98 45 0,8304 0,4823 0,1225 94,57 0,0070 0,0570 0,0275 28,51 53 0,8500 0,4857 0,0693 95,24 0,0035 0,0499 0,0243 36,48 69 0,8813 0,4845 0,0670 95,01 0,0034 0,0505 0,0245 53,04 79 0,7500 0,4808 0,0628 94,27 0,0026 0,0411 0,0198 61,92 94 0,3800 0,4750 0,0983 93,14 0,0020 0,0205 0,0098 68,75 94 117 0,2391 0,4825 0,3860 94,60 0,0050 0,0129 0,0062 46,24 126 0,4333 0,4382 0,1652 85,92 0,0038 0,0230 0,0101 50,11 141 0,4467 0,4467 0,1187 87,58 0,0027 0,0225 0,0101 56,63 150 0,1333 0,4444 0,3000 87,15 0,0019 0,0065 0,0029 57,80 166 0,0375 0,0382 0,0911 7,49 0,0019 0,0209 0,0008 64,62 174 0,0625 0,0794 0,0587 15,56 0,0010 0,0163 0,0013 67,36 198 0,0000 0,0000 0,0000 0,00 0,0000 0,0000 0,0000 67,36 massa levedura = Concentração (g/l) * Volume (L) = 243,9g
Exercício 2 Fermentação de cerveja com proporção 55/45, malte/xarope de milho, a partir de mosto super concentrado. Tempo (Dias) Extrato (Kg/100Kg) Álcool (L/100L) X (g/l) 0 16,54 0,00 26,82 0,292 16,22 0,15 30,14 0,917 15,07 0,94 42,34 1,875 11,28 3,51 52,1 2,208 10,04 4,35 54,43 2,875 7,34 6,09 57,02 3,292 5,90 7,00 58,31 3,292 17,25 5,92 49,91 3,917 16,27 6,61 55,2 4,875 14,28 7,98 60,3 5,25 13,77 8,32 62,17 5,875 12,76 8,98 64,98 6,25 12,34 9,26 65,96 6,917 11,57 9,72 67,47 7,25 11,26 9,91 68,23 7,875 10,77 10,20 68,87 8,25 10,47 10,35 69,15 8,875 9,85 10,70 69,68 9,25 9,60 10,84 70,02 9,875 8,92 11,00 70,28 10,875 8,92 11,00 70,28 ρ mosto (Kg/hL) 1,06590 1,06473 1,05972 1,04344 1,03785 1,02725 1,02203 1,06899 1,06454 1,05602 1,05374 1,04937 1,04781 1,04494 1,04352 1,04085 1,04011 1,03756 1,03646 1,03363 1,03363 Dados ρ etanol = 0,789 Kg/hL V inicial = 4,28L V final = 5,0L
Diluição da cerveja concentrada Cerveja diluída filtrada Cerveja concentrada filtrada Água CO2 Envasado Misturador
Resultados Fatores de diluição para obter uma cerveja diluída com um extrato original de 10 P. Cervejas Proporção Água (L) Concentrada (L) Diluída (L) fd 70/30 6,1 5,0 11,1 2,22 55/45 8,2 5,0 13,2 2,74 fd = Concentração da cerveja concentrada (Kg/hL) Concentração desejada na cerveja diluída (KL/hL Cálculo dos volumes de água Cervejas Conc ( P) ρ Conc (Kg/hL) fd 70/30 21,18 1,08622 23,01 2,22 55/45 24,94 1,10328 27,52 2,65 Cerveja diluída 10 1,03814 10,38 1 V água = (volume de cerveja concentrada x fd) Volume de cerveja concentrada
Benefícios Avaliação econômica por cada hl de cerveja elaborado com esta tecnologia. Fonte de energia U Preço (R$) Cerveja 70/30 Cerveja 55/45 Energia Econômia Energia Ecônomia Óleo diesel Kg 1,75 0,49 0,86 0,53 0,93 Energia elétrica Kw-h 0,329 2,24 0,74 2,52 0,83 Total (R$) 1,6 1,76 Gases de efeito estufa deixados de emitir ao ambiente por cada hl de cerveja elaborado com a utilização desta tecnologia. Óleo diesel/hl Energia elétrica/hl Proporção CO 2 (Kg) CH 4 (Kg) N 2 O (Kg) CO 2 (Kg) CH 4 (Kg) N 2 O (Kg) 70/30 1,50 6,0 x 10-5 1,2 x 10-6 0,65 2,6 x 10-5 5,2 x 10-7 55/45 1,61 7,0 x 10-5 1,3 x 10-6 0,67 2,7 x 10-5 5,4 x 10-7 Gases de efeito estufa deixados de emitir ao ambiente por cada 10 milhões de hl de cerveja elaborados com a utilização desta tecnologia. Óleo diesel Energia elétrica Proporção CO 2 (t) CH 4 (t) N 2 O (t) CO 2 (t) CH 4 (t) N 2 O (t) 70/30 15000,4 0,607 0,012 6455,6 0,261 0,005 55/45 16079,9 0,651 0,013 6722,4 0,272 0,005