Separação de trub quente e Whirlpool

Olá pessoal, 

O texto de hoje é sobre separação de trub quente e Whirpool.  Nele são apresentados os principais métodos utilizados, aspectos construtivos dos equipamentos, e descrição do processo.

Boa leitura!

A separação do tub quente pode ser realizada através do Kühlschiff/Coolship/Bandeja de resfriamento, tina de sedimentação, tina de whirlpool ou através da filtração com Kieselguhr (terra infusória) ou centrifugação.

Os dois primeiros métodos são antigos, e hoje difíceis de serem encontrados em utilização, sendo que o segundo deles, segue o mesmo princípio do primeiro. E entre os que restam, os economicamente mais viáveis são as tinas de whirlpool, principalmente quando associadas as tinas de fervura. 
A tina de whirlpool é um equipamento circular, com fundo chato. A relação diâmetro x altura pode ser de 1 – 5:1 , embora os equipamentos mais usais tenham proporção 3:1. O Whirlpool costuma também ser encamisado, para evitar a troca de calor com o ambiente externo. 

A tina de Whirlpool pode ser praticamente chato, com um declive de 1-2%, levemente cônico (aprox.. 25°) ou simplesmente simétrico, de modo a não atrapalhar a corrente. Sendo que, no caso deste ultimo, um declive de 2% até uma calha localizada no ponto mais baixo não gera problemas com a formação do cone de trub; após uma boa sedimentação, o trub se forma, de modo que uma distância de 20-40mm entre a linha mais externa do trub e a parede do tanque é notável. Neste equipamento, geralmente, há duas entradas, uma no fundo, para evitar a incorporação de gases; e outra no terço inferior da altura, responsável pela formação da corrente principal. O coletor fica localizado sempre no ponto mais inferior do tanque. Nas tinas de Whirlpool de fundo chato, com inclinação de 2 a 3°, a perda de extrato geralmente é de 1%. 
Existem também os tanques whirlpool integrados a tina de fervura. Nesse caso, o fundo deve ser chato, sem a presença de acessórios internos, embora trocadores de calor externos sejam utilizados, assim como equipamentos com trocadores de calor interno.

As tina de fervura com whirlpool integrado oferecem a possibilidade de ferver o mosto com trocador de calor interno ou externo, sendo que o processo de separação do trub quente não é afetado pela presença de trocadores internos. O tempo total do inicio do Whirlpool, ao fim do resfriamento não deve ser superior a 110 minutos, em função do inevitável aumento de cor ( 1-3 EBC). O efeito desse “manutenção a quente” faz com que as substâncias de amargor sofram uma pós-isomerização que chega a 10-25%.

O mosto é bombeado para a tina de whirpool, ou na tina de fervura com whirlpool integrado por uma entrada tangencial, em algo próximo de 1/3 da altura do mosto dentro do tanque, até que uma corrente não turbulenta seja formada. Após 12 a 15 minutos de bombeamento, a velocidade é aferida. O valor esperado para a velocidade é de 3 – 3,5m/s, sendo que a velocidade de abastecimento do tanque não deve ser superior a 5m/s. O tempo normal de repouso varia de 20 a 40 minutos. 

O trub deve ser formado por flocos grandes, e sobre os flocos não deve haver nenhuma força de cisalhamento. Portanto, com relação ao processo, o primeiro cuidado que se deve ter é de que o mosto não seja bombeado com velocidade elevada demais, e que não haja cavitação, uma vez que isso resultaria na atuação de forças de cisalhamento. Golpes de aríete também dificultam a sedimentação, já que geram turbulência e “re-suspendem” os flocos.

O conteúdo do tanque de Whirlpool é movido através de um movimento rotacional. Após o abastecimento da tina e abrandamento de demais fatores que afetam o processo, a corrente rotacional é estabilizada. 
Em função da força centrifuga atuante, a pressão aumenta de dentro para fora. Com isso, é formada uma forte corrente unidirecional de forma espiral no interior do tanque. Na área de corte transversal o mosto apresenta uma velocidade de ascensão muito baixa. As partículas componentes do trub quente, cuja “velocidade de queda” é maior do que a velocidade rotacional no sentido do fluxo, terminam se depositando no meio da tina.  

Em função do principio da continuidade, exerce sobre a superfície do fluido uma corrente radial com sentido para fora (a partir de um eixo central no tanque), e no interior do cone formado no centro do tanque, uma corrente é gerada com sentido para baixo. Sob o efeito dessas correntes é que as partículas componentes do trub são deslocadas para o centro do fundo do tanque. 

Em adição a corrente principal, na medida em que sua velocidade decresce, aumenta a importância e das correntes secundárias. Em função do efeito do atrito nas paredes do tanque e no fundo do tanque, a corrente rotacional é freada. Com isso, decresce o coeficiente de pressão e a intensidade com a qual a corrente rotacional desloca a partículas no sentido da corrente. A diminuição desta corrente, faz com que, em ultima análise, pequenas partículas sejam repostas em suspensão. Uma das correntes secundárias que passa a se destacar é o anel de vórtice, ou vórtice toroidal, que é, especialmente prejudicial por gerar pequenos turbilhões, no fundo do tanque, afetando a sedimentação.

Vale destacar que esse método de separação é influenciado pelo anel de vórtice, ou vórtice toroidal, e também pela força de coriolis – logicamente, não quando o mosto está sendo bombeado pela entrada tangencial, mas sim a partir do momento em que a velocidade rotacional do mosto diminui.

O efeito do anel de vórtice obstrui o processo de sedimentação do trub, de modo que os 30 minutos de repouso deixam de ser suficientes.  Uma alternativa para reduzir este efeito é a utilização dos anéis de Denk. Basicamente, são anéis concêntricos, a 350-600mm sobre o fundo da tina, entre ½ e 2/3 do diâmetro. Uma vez que a distância entre os aneis é de 100mm, a quantidade de anéis pode ser calculada, assim como o diâmetro deles. Na prática, estes anéis fazem com que a sedimentação aconteça de maneira mais rápida, de modo que de 8 -10 minutos após o abastecimento, o resfriamento possa ser iniciado. Especialmente interessante é o uso desses anéis em tanques de whirlpool mais estreitos. 

Em resumo, a fim de evitar a formação destes vórtices, foram desenvolvidos experimentos que culminaram no desenvolvimento dos anéis de Denk. A instalação destes anéis concêntricos, faz com que esta interferência seja eliminada e um fluxo uniforme no sentido do centro do tanque seja gerado, possibilitando, dessa forma, a formação do cone de trub. Se houver anéis instalados, os tempo é reduzido de 30 a 60%, embora o tempo não deva ser inferior a 20 minutos.

No decorrer de um repouso de uns 30 minutos, depois do abastecimento, algumas vezes mais demorado, ou, muito raramente, curto, o mosto já está tão claro, de modo que seu envio para o resfriamento já pode ser realizado. O ideal é que se tenha uma parte de vidro, através do qual possa ser observada a qualidade do mosto. Ideal também é que a trasfega do mosto seja realizada inicialmente a partir do coletor mais alto, a 1m do fundo do tanque, depois a 100mm, e por último por um coletor localizado na periferia do fundo do tanque. Sendo que estas alturas, naturalmente dependem das dimensões do equipamento.  O princípio por trás das diferenças de altura dos coletores está, principalmente no arraste de trub. 

De modo a não perturbar este sistema de separação, a trasfega deve ser realizada a partir do ponto mais alto. Quando possível, a medida em que for se aproximando do chão, a velocidade da bomba deve ser reduzida, de modo a evitar o arraste de trub para o tanque fermentador. Ainda assim, mesmo o trub quente, seco, compreende algo em torno de 0,3% do volume total trasfegado. A sedimentação do trub pode ser avaliada a partir da utilização do cone Imhoff.

A medida em que o cone de trub começa a emergir do mosto, ele começa a se desintegrar. Se o mosto no interior do cone fluir na mesma velocidade de escoamento do mosto fora do cone, o cone se mantem intacto. Contudo, o cone de trub atua como se fosse uma esponja; se o mosto exterior ao cone fluir numa velocidade superior a velocidade do mosto no interior do cone, o mosto presente nas porção superior a lamina do mosto fora do cone, pressiona a porção mais basal do cone de trub, e fazendo com que ele “desmorone”. 

Nesse sentido, uma velocidade de escoamento menor pode ajudar. No entanto, cada processo de separação do trub quente, seja pela configuração do equipamento, seja pelas próprias características da cerveja, como viscosidade, por exemplo, ou características de processo - como a má degradação de proteínas - pode ocorrer de maneira diferenciada. 

Fontes:
Livros
Título - Autor - Ano
Abriss  der Bierbrauerei - Ludwig Narziss - 2013
Technology Brewing and Malting - Wolfgang Kunze – 1996
Brewing: Science and Practice - D. E. Briggs;  P. A. Brookes; R. Steven; C. A. Boulton - 2004 

Aspectos técnicos sobre pasteurização

Olá pessoal, 

Já faz algum tempo, não é verdade?! 
O texto de hoje é sobre pasteurização. Ele segue a linha do ultimo texto e apresenta alguns aspectos técnicos relacionados a pasteurização, como cuidados, cálculo etc.

Boa leitura!

O processo de pasteurização é um processo custoso, uma vez que o consumo de energia envolvido é elevado. A elevada demanda energética se deve ao fato de que a transferência de calor de maneira homogênea nas garrafas ocorre de maneira longe do ideal. Ao expor o vasilhame a um esguicho - ou a um banho de agua, não sendo o caso do túnel - com temperatura superior a temperatura do líquido no interior do recipiente, a troca de calor acontece através das paredes de vidro, e o calor primeiro aquece a superfície mais externa do interior da garrafa em contato com o líquido – ou seja, a parte do líquido em contato direto com o vidro-  enquanto que o interior da garrafa permanece com frio. Com isso passam a ocorrer correntes de convecção no interior do recipiente e este processo se repete também nas etapas de resfriamento.

No entanto, vale ressaltar que há um ponto em que próximo ao fundo do recipiente, de 10-20mm acima do fundo e no eixo central, há um ponto em que a velocidade do fluido, mesmo na presença das correntes de convecção, é quase nula. Isto significa que neste ponto, a temperatura é mais baixa, e neste ponto a temperatura demora mais de ser atingida pois a transferência de temperatura acontece somente por irradiação e condução. Por conta disso, neste ponto é que deve ser medida a temperatura interna do líquido.

A taxa de fluxo de calor no caso do aquecimento deve ficar em torno de 3°C/min, enquanto que no caso do resfriamento, deve ficar em torno de 2°C/min, de modo a evitar rompimento das garrafas.

Durante a pasteurização, ocorre um aumento de pressão na garrafa em decorrência da expansão do líquido contido em seu interior. A expansão do líquido, faz com que haja menos espaço disponível para os gases que compõem o headspace. Essa camada de gás é pressionada, e assim, por ser um fluido compressível, há o aumento de pressão. Como consequência desse fenômeno, deve-se atentar para o fato de que o headspace não comprometa mais do 5% do volume da garrafa, caso contrário, a pressão poderá ser suficiente para quebrar a garrafa. Vale lembrar que há diferentes padrões de garrafas, com diferentes resistências a pressão, e isso deve também ser levado em consideração. Há garrafas, de padrão europeu, por exemplo, que suportam até 12bar, no entanto a pressão máxima suportada pela tampinha varia de 7 a 8 bar. Além disso, nesta etapa do processo, perdas oriundas de potenciais explosões de latas ou garrafas são razoavelmente significativas pois a perda envolve o produto pronto, ou seja, nesse ponto, o produto já carrega consigo o investimento de todas as etapas anteriores. 

Devido ao aumento de pressão, deve também ser levado em conta, que o aumento da pressão, provoca alteração na pressão de saturação do gás carbônico, e como consequência disso tem-se um novo equilíbrio no headspace. Em termos práticos, isso quer dizer que o teor de gás carbônico na cerveja é reduzido.

Vale lembrar que 1UP, corresponde a 1minuto a 60°C. E que UP não podem ser removidas do produto, apenas adicionadas. Em termos práticos, isso quer dizer que características de processo, como as condições de transporte, por exemplo, podem resultar em aumento das UPs, gerando alterações perceptíveis no produto.

Do ponto de vista microbiológico, cabe destacar que o processo de pasteurização inativa os microorganismos, mas não os elimina. Ou seja, a pasteurização não torna o produto estéril. Em termos práticos, isso quer dizer que os microorganismos ali presentes perdem sua capacidade reprodutiva, e alguns deles podem até morrer, mas há alguns microorganismos mais resistêntes, que continuam a sobreviver sob a forma de esporos. Estes esporos, somente ao encontrarem condições ambientais ideais, podem se voltar a se desenvolver. 

A Temperatura e o tempo de pasteurização dependem, basicamente do tipo de vasilhame (vidro, pet, ou lata), da qualidade do vasilhame (espessura da parede, e características de envase); tamanho, forma e volume; uma vez que a temperatura atingida no interior da embalagem é o que de fato importa, bem como por quanto tempo ela é mantida.

Unidades de Pasteurização podem ser calculadas segundo a seguinte fórmula geral:

UP=S x Tz x 1,389^(t-60)

Sendo que S, corresponde a quantidade de zonas de pasteurização, Tz, o tempo dentro da zona de pasteurização, e t a temperatura do líquido dentro da zona de pasteurização. Vale ressaltar que a temperatura do líquido varia de maneira logarítmica, ou seja, ela não se altera rapidamente de uma zona para a outra, em função da sua inércia térmica.

No caso das cervejas, a definição de quantas UP devem ser utilizadas depende de alguns fatores além dos citados acima, como teor de lúpulo, tipo de levedura, teor alcoolico, e extrato residual, já que todos estes fatores influenciam as condições ambientais para a reprodução de microorganismos.

Uma vez que diferentes microorganismos apresentam diferentes resistências, existem algumas quantidades mínimas de UP’s para o extermínio de microorganismos. Como por exemplo, 3UP – Célular vegetativas de levedura e bactérias gram-negativas (Pectinatus); 5UP’s – Lactobacillus Brevis, L coryniformis, L. casei; 8 UP’s – Pediococcus damnosus; 18UP’s – microorganismos danosos a cerveja habituaus, Megasphaera; 20UP’s - Lactobacilus lindneri; 25 UP’s Lactobacillus frigidus; 30 UP’s esporos de leveduras danosas e Micrococcus kristinae.

A pasteurização assegura a estabilidade microbiológica, no entanto, em contrapartida, as elevadas temperaturas apresentam efeito negativo sobre a estabilidade físico-química, principalmente através do desprendimento de gás carbônico, redução dos coloides proteína-polifenol e ainda pela oxidação dos mesmos, que pode resultar no surgimento de turvação característica.

Naturalmente, diferentes estilos de cerveja e sob diferentes formas de envase possuem diferentes especificações de UP. Alguns parâmetros internacionais para bebidas são: Cerveja Pilsen (Lager) em garrafa de vidro– 10-20 UP; Cerveja Pilsen (Lager) em lata de alumínio– 8 - 12 UP; Cerveja tipo Munique em garrafa de vidro – 20 – 30 UP; Cerveja tipo Munique em lata de alumínio – 20 – 26 UP; Cervejas sem álcool em garrafa de vidro – 60-70 UP; Refrigerantes 300-500 UP; Sucos 3000-5000 UP.

Através da pasteurização, o processo de envelhecimento da cerveja é acelerado - o frescor o aroma e o sabor se deterioram-; através da oxidação de polifenóis, através da oxidação de aminoácidos e açúcares residuais e outras reações cujos produtos intermediários conduzem a formação de produtos de reações de maillard, que, por sua vez, catalisam a oxidação de ácidos graxos, álcoois superiores etc. Além disso, há um ganho de cor, por parte da cerveja, que adquire um tom amarronzado. Estes fenômenos se observam em maior intensidade quanto maior for o teor de oxigênio dissolvido, e quanto maiores forem as temperaturas utilizadas. Estes fenômenos, logicamente, ocorrem também na cerveja não pasteurizada, no entanto, numa velocidade menor.

Resumidamente, quanto menos UP’s forem utilizadas mais preservadas se mantem as características da cerveja, enquanto que o contrário, aproxima a cerveja do limite de sobrevivência dos microorganismos.

Aguardo ansioso pela sua crítica, elogio, sugestão, dúvida ou qualquer outra maneira de colaboração via comentário, email etc.!
E obrigado pela atenção!

  

Fontes:

Livros

Título - Autor - Ano
Abriss  der Bierbrauerei - Ludwig Narziss - 2013

Beer : A Quality perspective - Charles W. Bamforth; Inge Russell;  Graham G. Stewart - 2008

Technology Brewing and Malting - Wolfgang Kunze – 1996

Aspectos gerais sobre pasteurização

Olá pessoal, 

Já faz algum tempo, não é verdade?! 
O texto de hoje é sobre pasteurização. Ele apresenta aspectos gerais sobre pasteurização e alguns métodos através dos quais é possível realizá-la.

Boa leitura!

A pasteurização consiste num tratamento térmico que visa o aumento da estabilidade microbiológica. Este processo, utilizado na indústria de alimentos e bebidas, visa aumentar o tempo de vida de prateleira do produto, ou seja, o tempo em que o produto pode ser armazenado mantendo suas qualidades apropriadas para o consumo. Através do tratamento térmico, microorganismos que poderiam causar alterações no produto são inertizados, e assim, perdem a capacidade de deteriorar o produto.

O processo foi desenvolvido por Louis Pasteur, por isso Pasteurização. Ao pesquisar sobre alterações no vinho e cerveja, o pesquisador descobriu que por ação de microorganismos específicos o vinho era convertido em vinagre. A fim de preservar as características da bebida, foi desenvolvido o método, que consistia em elevar a temperatura a 55°C, o que era letal para a maioria dos microorganismos ali presentes, sem que grandes alterações pudessem ser percebidas no produto.  Ou seja, Pasteur descobriu que era possível tornar líquidos microbiologicamente estáveis através da aplicação de temperatura.

A partir disso, o processo foi utilizado também para a conservação de leite e outros alimentos, assim como cerveja e outras bebidas – levando em consideração as propriedades de cada um deles, o que resulta, em temos práticos, em diferentes temperaturas de pasteurização para cada tipo de produto fermentado ou com carga microbiana significativa, e que se deseje reduzir.

A temperatura e o tempo a serem empregados na pasteurização varia conforme, principalmente, a resistência térmica dos microorganismos ali presentes. Por conta disso, diferentes alimentos são pasteurizados por diferentes tempos a diferentes temperaturas  – já que cada um deles apresenta uma flora microbiana específica.

Com relação a cerveja, cabe ressaltar que devido as 6 barreiras – a saber: pH inferior a 4,5; Teor de gás carbônico (atmosfera anaeróbica); teor de álcool por volume em torno de 5%; componentes de amargor do lúpulo; carência de açúcares e aminoácidos e fácil assimilação e; baixas temperaturas nas áreas de produção – a cerveja impede o desenvolvimento de microorganismos patológicos e termoresistentes. Por conta disso, a pasteurização é uma técnica que permite o atingimento da segurança microbiológica.

Líquidos ácidos se tornam estéreis a temperaturas mais baixas do que líquidos neutros ou básicos. No caso da cerveja, de 10 a 20 minutos, a 60-62°C, embora estes valores dependam das características da cerveja. Com relação ao tempo, por exemplo, este pode ser exponencialmente reduzido com aumento gradual da temperatura, já que ao serem expostos a temperaturas mais elevadas, os microorganismos são inertizados em menor tempo. No entanto, o uso de elevadas temperaturas não é recomendado pelo fato da cerveja, quando submetida a essa condição, sofrer alterações no paladar, conhecidas como flavour de pasteurização.

A fim de padronizar o processo, foi criada uma unidade que agrega estas informações, e denominada Unidade de Pasteurização (UP). 1 UP é definida como o efeito da manutenção da temperatura interna do produto a 60°C por 1 minuto.

Um dos equipamentos mais utilizados para a realização do processo, em cervejarias, é o túnel de pasteurização. Neste equipamento, as garrafas ou latas são conduzidas através de uma esteira, ao longo de um túnel. Dentro dele, recebem banhos de água a diferentes temperaturas. A velocidade da esteira e o comprimento de cada um dos segmentos internos do túnel é dimensionado de modo a assegurar que a temperatura e tempo desejados sejam atingidos. No entanto este é um equipamento caro, e com alta demanda energética.

Outra maneira de pasteurização consiste na Flash-pasteurização. Enquanto que no túnel o processo dura de 12 a 20 minutos, o processo de Flash-pasteurização  dura de 30 a 60segundos. No caso da Flash pasteurização, pelo fato da exposição a temperatura elevada ser aplicada num espaço de tempo muito curto, não se observa de maneira notória o flavour característico decorrente do processo normal. Vale ressaltar que em torno de 50% dos microorganismos contaminantes são introduzidos a cerveja no processo de envasamento. Em termos práticos, isso quer dizer que somente a Flash-pasteurização não assegura a estabilidade microbiológica da cerveja, uma vez que esta ocorre antes do processo de envasamento. Este método exige limpeza eficiente das garrafas, e das linhas de enchimento, a fim de que estes não atuem como fontes de contaminação. Como método alternativo, podem ser utilizados os banhos de pasteurização. Seja qual foi a metodologia escolhida, vale lembrar que não se deve pasteurizar garrafas já rotuladas, por razões obvias.

Uma alternativa aos processo de pasteurização é a filtração. Hoje a filtração com fins de esterilização é uma realidade, que pode ser utilizada de maneira alternativa a flash pasteurização, principalmente na produção de chope. Microorganismos danosos a cerveja são retidos em filtros com poros de 1.2 μm ou 0.22 μm. A filtração por membrana pode ser utilizada no envase do produto final, nas linhas de limpeza, carbonatação dentre outras operações, como enchimento de tanques, por exemplo. No entanto, sobre essa tecnologia deve ser levado em consideração o custo.

Aguardo ansioso pela sua crítica, sugestão, elogio, dúvida, ou qualquer outra maneira de colaboração via comentário, email etc. !

E obrigado pela atenção!

Fontes:

Livros

Título - Autor - Ano
Abriss  der Bierbrauerei - Ludwig Narziss - 2013

Beer : A Quality perspective - Charles W. Bamforth; Inge Russell;  Graham G. Stewart - 2008

Technology Brewing and Malting - Wolfgang Kunze – 1996