Procedimiento para la fermentación acelerada y dispositivo para mezclar el contenido de un tanque.

Procedimiento para la fermentación acelerada en un tanque de fermentación (2) con al menos un cono de tanque (2a) y una brida de conexión (4),

en particular en la fabricación de cerveza, con las etapas de:

a) aspirar el medio de fermentación (M1) del tanque (2) a través de una primera tubería de circulación (40) mediante una bomba de circulación (30);

b) introducir el medio propulsor (M1) bombeado ahora mediante la bomba de circulación (30) a través de una segunda tubería de circulación (50) en un elemento mezclador (10), que está montado en el cono de tanque (2a) a una altura (L) de 350 mm a 1800 mm medido desde el canto inferior de la brida de conexión (4) hasta el canto inferior del elemento mezclador (10); y

c) generar un chorro orientado hacia arriba, que sale a través de una abertura de salida (18) del elemento mezclador (10), de modo que gracias a la corriente de convección así mejorada en el tanque (2) las células de levadura permanecen durante más tiempo en suspensión.

Procedimiento para la fermentación acelerada y dispositivo para mezclar el contenido de un tanque

1. Campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento para la fermentación acelerada en un tanque de fermentación, en particular en la fabricación de cerveza, así como a un dispositivo para mezclar el contenido de un tanque, en particular en la industria alimentaria, de bebidas y farmacéutica.

2. Estado de la técnica

La fermentación y posterior maduración de la cerveza en la cervecería se llevan a cabo habitualmente en recipientes de acero CrNi, en particular en llamados tanques de fermentación cilindro-cónicos (ZKG). Para el control de la temperatura durante el proceso, estos recipientes están provistos de elementos que pueden enfriarse en el gárgol y en el cono. Para la limpieza, en la parte superior del tanque están fijados elementos fijos o móviles (como p.ej. bolas pulverizadoras o limpiadores de chorros dirigidos). Con ayuda de estos elementos, el tanque se limpia y, dado el caso, se desinfecta después de finalizar el proceso.

Al llenar el tanque, se procura conseguir una dosificación equilibrada de células de levadura activas y una ventilación adaptada del mosto de cerveza (sustrato de fermentación). En el tanque, la levadura pasa en primer lugar por una fase de reproducción aeróbica y pasa a continuación a la fermentación anaeróbica. Gracias al proceso de fermentación, a partir del azúcar del mosto de cerveza se forma además de alcohol también ácido carbónico. Aproximadamente el 1 % del ácido carbónico se disuelve en el sustrato y el 9 % restante se libera como gas de CO2. Las burbujitas de CO2 que suben provocan en el tanque de fermentación cilindro cónico una corriente, que en la columna central está orientada hacia arriba y, por lo tanto, en la zona de la pared hacia abajo. Esta corriente favorece la corriente de convección que se forma en la pared por el enfriamiento, orientada hacia abajo. En una fase temprana del proceso de fermentación, en el tanque de fermentación comienza también la sedimentación de las células de levadura, es decir, las células de levadura se sedimentan en particular bajo la influencia de la fuerza de gravedad en dirección al fondo del tanque.

El proceso completo de la fermentación y maduración se divide en la fabricación de cerveza habitualmente en cuatro etapas base:

a) la fermentación principal: aquí se fermenta la parte principal del extracto (habitualmente, la suma de todas las sustancias disueltas en el mosto de cerveza se denomina extracto; estos son sustancialmente hidratos de carbono, sustancias de nitrógeno, polifenoles, amargantes y minerales);

b) la maduración en caliente: aquí se descomponen entre otras cosas las sustancias aromáticas, las llamadas dicetonas vicinales (VDK), que comprenden en particular diacetilo y pentadiona, hasta llegar por debajo de un valor gustativo umbral predeterminado de p.ej. 1 ppm;

c) el enfriamiento de la temperatura de fermentación (aproximadamente 15 a 22 °C en el caso de cervezas de fermentación alta o 8 a 16 °C en el caso de cervezas de fermentación baja) hasta la temperatura de almacenamiento (habitualmente < 2 °C);

d) la fase de almacenamiento en frío o maduración en frío: aquí tiene lugar la sedimentación de las células de levadura y de otras partículas de enturbiamiento no deseadas, así como la precipitación de sustancias que pueden sedimentar por quedar debajo de los límites de solubilidad (p.ej. proteínas, taninos, etc.).

Para influir en el proceso, el cervecero tiene por regla general los parámetros de presión y temperatura. Debido a ello, resultan los tiempos del proceso habituales de aproximadamente 14 días (4 días para la fermentación principal + 4 días para el almacenamiento en caliente + 2 días para el enfriamiento + 4 días para el almacenamiento en frío).

Para poder aprovechar de forma más efectiva el equipamiento existente de tanques, existe la necesidad de acelerar los procesos arriba indicados, de modo que se pueda acortar finalmente el tiempo de ocupación de un tanque de fermentación, pudiendo aumentarse, por lo tanto, la capacidad de producción en la zona de la bodega de fermentación y de almacenamiento.

Para acortar el proceso de fermentación y de maduración en la fabricación de cerveza se aplican sustancialmente las soluciones que se indican a continuación brevemente:

Cambio de los parámetros de fermentación presión y temperatura (un aumento de la temperatura significa en la mayoría de los casos también un aumento de la presión):

Debido al metabolismo sensible de la levadura, este procedimiento conduce a cambios en el perfil gustativo y en el carácter de la cerveza. Por lo tanto, la variación de parámetros tiene que moverse en límites estrechos

debido a la fisiología de la levadura y los ahorros de tiempo que pueden conseguirse son muy reducidos.

Aumento de la concentración de mosto original en el sustrato de fermentación:

Gracias a la fermentación de mostos con una concentración del orden de 14 a 17 por ciento en peso (% en peso) ya pueden ahorrarse volúmenes de tanque considerables. No obstante, debido a la fisiología de la levadura, este procedimiento tiene límites. Las cepas de levadura que se usan actualmente en la industria fermentan mosto solo de malta hasta el 18 % en peso y mosto con partes elevadas de cereales no tratados de hasta el 2 % en peso.

La transición de procedimientos de producción por lotes o discontinuos a procedimientos continuos:

Los procedimientos continuos de fermentación y maduración son en principio conocidos y están descritos ampliamente en la literatura especializada y de patentes. No obstante, estos procedimientos aún no tienen una importancia apreciable en la industria por el posible riesgo higiénico y algunos problemas sin resolver en el ámbito de la manipulación de la biomasa.

Mezcla del contenido del tanque:

Si se favorece la corriente que se forma naturalmente en el tanque de la forma arriba descrita, un mayor número de células de levadura permanece en suspensión. De este modo se reduce la sedimentación y las transformaciones de materiales en el tanque se llevan a cabo a mayor velocidad, gracias al número más elevado de células de levadura en suspensión, y por lo tanto en contacto óptimo con el sustrato.

En el documento US 3.814.3 se describe por ejemplo un procedimiento, en el que debe favorecerse la corriente de convección neutral en el Interior del tanque mediante la Inyección de gas de ácido carbónico mediante lanzas o un anillo de inyectores. Este procedimiento requiere, no obstante, un consumo adicional de gas de dióxido de carbono.

Además, por el documento EP 1 324 818 B1 se conoce un procedimiento, en el que se usa un limpiador de chorros dirigidos instalado en la zona superior de la tapa del tanque para fines de mezcla. El órgano mezclador se posiciona en un lugar un poco más bajo en el tanque y el sustrato de fermentación se bombea mediante una bomba para que esté en circulación. Debido al modo de construcción, el limpiador de chorros dirigidos genera, no obstante, una pérdida de presión muy elevada. El consumo de energía en el sistema del tanque de fermentación es considerable, de modo que la bomba debe estar equipada con un motor correspondientemente grande. Además, el efecto de mezcla conseguido por el limpiador de chorros dirigidos es problemático en el sentido de que el efecto de los chorros interfiere en la corriente de convección natural.

Además, en la industria de bebidas es conocido colocar para la mezcla del contenido de un tanque dispositivos de inyectores en el interior de un tanque y conducir cantidades del contenido del tanque mediante una bomba por el inyector. De este modo se genera una corriente en el tanque que hace que tenga lugar una mezcla del contenido del tanque. No obstante, en los inyectores conocidos, el efecto de mezcla es reducido y se necesitan bombas fuertes para hacer circular todo el contenido del tanque.

El documento DE 197 4 319 A1 describe una disposición para llevar a cabo un procedimiento para la reproducción acelerada de la levadura en el proceso de fabricación de cerveza, con un asimilador a modo de tanque para el alojamiento de una suspensión de mosto-levadura, que dispone de una tubería de entrada, de salida y una tubería de circulación que conecta estas dos tuberías entre sí, en combinación con un dispositivo de bombeo y un dispositivo para la dosificación de oxígeno. En la tubería de entrada está previsto un mezclador estático, en el que desemboca el dispositivo para la dosificación de oxígeno. Además, en la zona de salida de una parte de fondo cónica del asimilador... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la fermentación acelerada en un tanque de fermentación (2) con al menos un cono de tanque (2a) y una brida de conexión (4), en particular en la fabricación de cerveza, con las etapas de:

a) aspirar el medio de fermentación (M1) del tanque (2) a través de una primera tubería de circulación (4) mediante una bomba de circulación (3);

b) Introducir el medio propulsor (M1) bombeado ahora mediante la bomba de circulación (3) a través de una segunda tubería de circulación (5) en un elemento mezclador (1), que está montado en el cono de tanque (2a) a una altura (L) de 35 mm a 18 mm medido desde el canto Inferior de la brida de conexión (4) hasta el canto inferior del elemento mezclador (1); y

c) generar un chorro orientado hacia arriba, que sale a través de una abertura de salida (18) del elemento mezclador (1), de modo que gracias a la corriente de convección así mejorada en el tanque (2) las células de levadura permanecen durante más tiempo en suspensión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que el elemento mezclador (1) está montado en el cono de tanque (2a) a una altura (L) de 375 mm a 165 mm, preferiblemente de 4 mm a 15 mm, medido desde el canto inferior de la brida de conexión (4) hasta el canto inferior del elemento mezclador (1).

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado por que el tiempo de circulación es de 3 h a 12 h, preferiblemente de 4 h a 1 h por circulación.

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el caudal propulsor (M1) es de 6 m3/h a 5 m3/h, preferiblemente de 8 m3/h a 41 m3/h.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que como elemento mezclador (1) se usa un módulo completamente soldado, que está compuesto por dos piezas mecanizadas por arranque de virutas, resultando una realización higiénica del inyector gradas al modo de construcción soldado.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que

en la etapa b) se inyecta el medio propulsor (M1) bombeado ahora por la bomba de circulación (3) a través de una segunda tubería de circulación (5) mediante una cabeza propulsora (12) en el elemento mezclador (1), mezclándose el medio propulsor (M1) con medio de fermentación (M2) adicional, que se aspira mediante la depresión generada por la inyección del medio propulsor (M1) a través de una o varias aberturas de entrada (19) del elemento mezclador (1) directamente en el elemento mezclador (1), para formar un chorro mezclado (M12) que fluye por el elemento mezclador (1) hacia arriba; y

que en la etapa c) el chorro mezclado (M12) orientado hacia arriba sale a través de una abertura de salida (18) del elemento mezclador (1), de modo que gradas a la corriente de convección mejorada de este modo en el tanque (2) las células de levadura se mantienen durante más tiempo en suspensión.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento mezclador (1) está orientado en el tanque (2) de tal modo que el chorro o el chorro mezclado (M12) sale en la etapa c) en la dirección

vertical.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento mezclador (1) está realizado como bomba inyectara.

9. Dispositivo (1) para mezclar un contenido de un tanque (2) con al menos un cono de tanque (2a) y una brida de conexión (4), que presenta:

a. un elemento mezclador (1) que puede disponerse en el cono de tanque (2a),

b. una entrada (2) que puede disponerse en la brida de conexión (4),

c. una bomba de circulación (3),

d. una primera tubería de circulación (4), que conecta la entrada (2) con la bomba de circulación (3), y

e. una segunda tubería de circulación (5), que conecta la bomba de circulación (3) con el elemento mezclador

(1),

caracterizado por que

f. el elemento mezclador (1) está montado en el cono de tanque (2a) a una altura (L) de 35 mm a 18 mm medido desde el canto inferior de la brida de conexión (4) hasta el canto inferior del elemento mezclador (1).

1. Procedimiento según la reivindicación 9, caracterizado por que el elemento mezclador (1) está montado en el cono de tanque (2a) a una altura (L) de 375 mm a 165 mm, preferiblemente de 4 mm a 15 mm, medido desde el canto inferior de la brida de conexión (4) hasta el canto inferior del elemento mezclador (1).

11. Dispositivo según la reivindicación 9 ó 1, en el que el elemento mezclador (1) presenta:

a. una cabeza propulsora (12) que está conectada con la segunda tubería de circulación (5);

b. una cámara de mezcla (14) que rodea la cabeza propulsora (12), con al menos una abertura de entrada (19) para aspirar medio del tanque (2) y mezclarlo con el medio propulsor que fluye por la cabeza propulsora (12); y

c. un difusor (16) corriente abajo de la cámara de mezcla (14), que presenta una abertura de salida (18) para

hacer pasar los medios mezclados al tanque (2).

12. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 11, que presenta una o varias válvulas (62, 63, 64, 65), que están conectadas con la primera tubería de circulación (4).

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 12, en el que el elemento mezclador (1) es un módulo completamente soldado, que está compuesto por dos piezas mecanizadas por arranque de virutas, resultando una realización higiénica del inyector gracias al modo de construcción soldado.

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 13, en el que el elemento mezclador (1) está realizado como una bomba ¡nyectora.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 9 a 14, en el que la entrada (2) está realizada como cuerpo hueco, a través del cual se extiende la segunda tubería de circulación (5) entrando al interior del tanque (2).