¿Cómo carbonatar la cerveza?.

La carbonatación (o en general, gasificación) es la cantidad de dióxido de carbono (CO2) disuelto en un volumen de líquido, en este caso cerveza. Es un atributo muy importante en la experiencia general al probar una cerveza, contribuyendo a sensación en boca y expresión de sabores. ¿Qué conceptos físicos tenemos que manejar antes de poder carbonatar nuestra cerveza?

Presión y Ley de Henry.

La presión mide la fuerza generada por un líquido o gas en contra de una superficie. Usualmente la presión dentro de un estanque fermentador viene medida en [bar] o [psi]. Ahora, ¿cómo se solubiliza el gas en el líquido? Sabemos que el proceso de fermentación genera CO2. Si este gas se atrapa cerrando la válvula de despiche de CO2, vamos a generar una presión positiva producto de la acululación de CO2 en el espacio de cabeza del estanque.

La Ley de Henry (formulada por William Henry en 1803) enuncia que a una temperatura constante, la cantidad de gas disuelta en un líquido es directamente proporcional a la presión que ejerce ese gas sobre el líquido. Dicho en simple, si existe una presión de gas sobre un líquido éste se disolverá acorde a un equilibrio según dicha presión y la temperatura del líquido.

Entender este equilibro físico es importante para estimar niveles de carbonatación. Para eso es crucial lograr mediciones precisas de temperatura y presión de la cerveza dentro del estanque fermentador. Existen tablas empíricas para distintos equilibrios de líquido-gas que modelan esta relación. Esto lo podremos revisar más adelante con un ejemplo práctico.

Nota: A mayor temperatura las presiones de equilibrio son mayores, para un nivel de carbonatación dado. O dicho de otra forma, el gas tiene la tendencia a escapar de solución a mayor temperatura, por lo que siempre trataremos de carbonatar a bajas temperaturas.

Procesos isobáricos.

Otro concepto que se debe manejar es el de proceso isobárico. Este es un proceso en el cual se mantiene la presión constante. Mantener este equilibrio es de gran importancia para el manejo y envasado de la cerveza carbonatada. Así, un fermentador isobárico (se refiere a que permite realizar procesos isobáricos) es un estanque que aguanta alto niveles presión. Por lo tanto. se puede presurizar a presiones tan altas como 3 bar, de manera segura y precisa.

Mantener presiones constantes es necesario para movimientos de cerveza entre estanques o recipientes - botellas y/o barriles. De modo contrario, el sistema entraría en desequilibrio y tendríamos pérdida de CO2 disuelto (y problemas asociados a espuma) , o bien, inyección de CO2 extra a la cerveza (sobrecarbonatación).

Niveles de carbonatación.

El nivel de carbonatación se mide usualmente en volúmenes de CO2 o en gramos por litro de CO2. Por ejemplo, para “2,5 volúmenes de CO2 (o equivalentemente 5g/L de CO2)” este CO2, si se liberara de solución, ocuparía 2,5 veces el volumen del mismo líquido. Distintas cervezas pueden tener distintos niveles de carbonatación, usualmente asociados a guías aceptadas por estilos (recomiendo revisar guías de estilos BJCP aquí).

(Foto: rangos para familias de estilos)

Piedra difusora.
Un último concepto a conocer es el de la piedra difusora. Es un dispositivo o tubo (en el caso de la industria cervecera, de acero inoxidable) poroso que tiene agujeros microscópicos. Se usa para inyectar pequeñas burbujas de gas a un líquido. El objetivo de usar dichas micro-burbujas es de solubilizar más rápidamente el gas en el líquido, permitiendo ahorrar tiempo en llegar a equilibrio. En el caso de la carbonatación forzada, hablamos de inyectar CO2 a la cerveza.

Ejemplo práctico.
Vamos a revisar un programa de cocción, fermentación, maduración y carbonatación para una cerveza Ale estándar, para ejemplificar los conceptos antes descritos.

Queremos producir una American Pale Ale. La receta dicta una densidad inicial pre-fermentación de 1,052 (ó 12,9ºP), densidad final esperada de 1,010 (o 2,6ºP) y 2,5 volúmenes de CO2 de carbonatación.
Producimos el mosto y lo traspasamos al fermentador, donde se agrega la levadura.

La fermentación primaria se fijará en 19,0ºC. Pasado algunos días, una toma de muestra arroja una densidad de 1,019 (ó 4,8ºP). Esto equivale a un 80% de avanzada la fermentación primaria. En esta etapa cerramos la válvula de escape de CO2, para ir acumulando presión. Dejamos además subir temperatura para realizar un descanso de diacetilo (más sobre esto en un artículo futuro).

Nota: No dejamos el estanque cerrado desde un inicio para no acumular presión durante la fermentación primaria. El exceso de presión es un factor de estrés para las levaduras, lo que puede generar off-flavors, como alcoholes superiores, acetaldehído, diacetilo, ésteres, fenoles en la cerveza y potenciales problemas de rendimiento y salud de levadura.

Luego, una nueva lectura de densidad nos arroja una densidad de 1,010. La temperatura es de 22ºC y la presión manométrica marca 1,9 bar o (28 psi). Realizamos pruebas (analíticas y/u organolépticas) para determinar presencia de diacetilo. Las pruebas arrojan no diacetilo (en caso de existir, seguir mantener temperatura de descanso de diacetilo). Notar (de la tabla siguiente) que esa presión y temperatura equivale a 2,3 volúmenes de CO2 en equilibrio.

(Foto: Tabla de Carbonatación)

Podemos entonces hacer el “cold crash” y setear la temperatura del fermentador a 0ºC. En algunos días llegamos a esa temperatura. Dejamos pasar algunos días más para lograr sedimentar la levadura aún en suspensión. La temperatura y presión se estabilizan en 0,5ºC y 0,5 bar (o 7 psi), respectivamente (recordar que a menor temperatura, menor presión, por Ley de los Gases Ideales).

Si miramos nuevamente la tabla de equilibrio, nos damos cuenta que llegamos nuevamente a 2,3 volúmenes de CO2, lo que es congruente con nuestra primera lectura. Nuestra receta pide 2,5 volúmenes de CO2, por lo tanto es necesario inyectar más CO2 para llegar al nivel de carbonatación deseado.

Usando CO2 externo (desde un cilindro de CO2), inyectamos a través de la piedra difusora CO2. Seteamos el regulador de CO2 en 8 psi (si volvemos a mirar la tabla, corresponde a los 2,5 volúmenes de CO2 deseados) y dejamos que llegue y se mantenga en equilibrio, manteniendo válvulas de cilindro de CO2 abiertas por un extra día.

Luego de un par de días revisamos temperatura y presión del fermentador y notamos que marca los mismos 0,5ºC, pero 8 psi de presión. Si revisamos la tabla de equilibrio, notamos que es consistente con los 2,5 volúmenes de CO2 buscados.

Estamos listos para envasar (en botella, barril u otro) nuestra cerveza carbonatada. Manteniendo con el regulador de CO2 la presión de equilibrio (8 psi) inyectamos CO2 por la cabeza del estanque durante lo que dure el proceso de envasado. Lentamente en el envase se libera presión (con alguna válvula de alivio) y la cerveza fluye a éste, manteniendo los 8 psi de presión tanto en el fermentador como en el envase.
Así logramos un envasado mediante un proceso isobárico, asegurando mantener niveles de carbonatación.

Seguridad
Notar que al trabajar con presión, el tema de seguridad es un aspecto importante. Pruebas hidrostáticas y herramientas de seguridad (válvulas de alivio) son especialmente importantes para asegurar procesos y prácticas seguras.

Ventajas de carbonatación en estanque fermentador

- Optimización de tiempos de lead time (tiempo desde que se produce el producto, hasta que está listo para la venta). Esto permite mantener flujos de ingresos más recurrentes y aliviar la caja de la empresa.
- Optimización de capacidad de planta. Utilizar eficientemente los fermentadores permite lograr mayor producción manteniendo los niveles de costos de inversión en la capacidad de producción de la planta.
- Disminuir riesgos de oxidación y contaminación. Al funcionar bajo un sistema cerrado y con presión positiva, se evita el contacto con el aire (y el oxígeno).
- Ahorros en uso menor CO2. Se minimiza el uso de CO2 externo, aprovechando el CO2 generado en fermentación por la levadura.

Carbonatar la cerveza en los estanques fermentadores no es complejo y como se revisó, tiene una serie de ventajas, tanto prácticas como económico-financieras.

En BRIGHT mantenemos estanques fermentadores en stock que van desde los 100L a los 2.000L efectivos. Cuentan con chaquetas aislantes, chaquetas de refrigeración, electroválvulas para refrigerante, válvulas de alivio (regulable y de seguridad), piedra difusora, toma muestras y sensor de temperatura PT-100. Consulta además por las fichas de calidad de los equipos, como pruebas de seguridad y de materiales.

Además, contamos con varias alternativas de financiamiento para que inviertas de manera inteligente, segura y rentable. Consúltanos a quieroser@brightsoluciones.cl

Te invitamos a comentar y compartir esta nota. Permanece atento a los próximos artículos que iremos publicando.