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Aumente la optimización sin cambiar la receta

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Aumente la optimización sin cambiar la receta hero image

El mes pasado hablamos de algunas de las tendencias y oportunidades más recientes en la destilación de licores. En resumen, para satisfacer la creciente demanda, las empresas necesitan mejorar y minimizar este proceso que consume mucho tiempo de cualquier manera posible, y la tecnología de control predictivo basado en modelo (MPC) ayuda a los destiladores a optimizar sus instalaciones y operaciones.

Si bien la tecnología MPC ayuda a eliminar las inconsistencias durante la destilación, también puede ayudar a mejorar el rendimiento y la calidad durante la fermentación.

Blog: Cómo las destilerías pueden maximizar el rendimiento sin sacrificar la calidad.

¿Qué es la fermentación?

Antes del proceso de fermentación, los granos como el maíz, la cebada, el centeno y el trigo se muelen hasta convertirlos en un polvo fino. Los granos en polvo, junto con el agua, se colocan en ollas de cocción de puré y se cocinan a temperaturas cercanas a 200 °F.

Hacia el final de la etapa de cocción, se reduce la temperatura y se añade la cebada malteada. A continuación, las enzimas de la cebada malteada descomponen los almidones del grano en azúcares simples que pueden fermentar en alcohol. El puré, junto con la levadura y el agua, se enfría y se transfiere a un fermentador.

La fermentación suele durar unas 72 horas, pero varía según el tipo de licor y las condiciones locales. A medida que el puré reposa en el fermentador, la levadura convierte los azúcares simples en etanol, transformando el puré en cerveza de destilador.

Reducción de los niveles de estrés

La levadura no funciona bien en condiciones de estrés. Durante el proceso de fermentación, hay varios factores de estrés de la levadura que afectan el rendimiento de alcohol y otras cualidades de la cerveza de destilador resultante, incluidos los niveles de pH al inicio de la fermentación y la temperatura durante el proceso de fermentación.

Gestionar estas variables con la tecnología de control predictivo basado en modelo (MPC) puede ayudar a reducir el estrés de la levadura, lo que da como resultado rendimientos de alcohol constantes y un producto final que cumple con las pautas y expectativas de la marca. Confiar en el control predictivo basado en modelo para gestionar estas variables también libera a los operadores para que puedan dedicar sus años de experiencia y tiempo a tareas de mayor valor.

Gestión del pH del fermentador

El pH al inicio de la fermentación tiene un impacto significativo en la cerveza de destilador resultante, ya que la acidez es un factor de estrés para la levadura. Si el pH establecido es demasiado bajo, la levadura no será tan productiva y los rendimientos de alcohol se reducirán. Si el pH establecido es demasiado alto, puede producirse un crecimiento bacteriano no deseado, lo que resultará en rendimientos reducidos, sabores no deseados en los licores o, potencialmente, la pérdida del lote.

Para los licores como el bourbon y los whiskys de Tennessee, se añade al fermentador un puré previamente destilado o puré ácido. La cantidad y la acidez del puré ácido afectarán el pH establecido del fermentador.

Dado que el puré ácido es un flujo de reciclaje, la variabilidad de un lote puede repercutir y causar variabilidad en otro lote varios días después. Aunque este efecto puede estabilizarse con el tiempo, el control predictivo basado en modelo ofrece la oportunidad de ajustar gradualmente la proporción de puré ácido y agua enviada al fermentador. En este caso, el control predictivo basado en modelo gestiona de manera constante el fermentador y el pH establecido, lo que garantiza rendimientos de alcohol constantes y el cumplimiento de los objetivos de la receta tradicional.

Obtenga más información sobre las ventajas del control predictivo basado en modelo en la industria de bebidas espirituosas.

La temperatura es el enemigo

La temperatura excesiva también puede estresar la levadura, por lo que la temperatura debe monitorearse de cerca. La fermentación es una reacción exotérmica, por lo que el calor es un subproducto del proceso y hace que aumente la temperatura del fermentador. A medida que aumenta la temperatura, el estrés de la levadura hace que disminuya la velocidad de fermentación, lo que resulta en una menor producción y rendimiento de alcohol.

Para eliminar el exceso de calor, se utilizan bobinas de enfriamiento dentro del fermentador para gestionar la temperatura del fermentador. Desafortunadamente, esto puede ocasionar otro problema en destilerías más grandes donde varios fermentadores comparten el mismo cabezal de agua de enfriamiento. Con esta configuración, cambiar el flujo de agua a un fermentador probablemente cambiará los flujos a los fermentadores cercanos, y los operadores simplemente no tienen tiempo para ajustar continua y manualmente todos los flujos para lograr temperaturas uniformes.

Los lazos de control regulatorio pueden usarse para abordar este problema, pero, dadas las interacciones, los lazos ajustados agresivamente oscilarán, lo que podría inducir una variación de temperatura, y los lazos ajustados lentamente proporcionarán un control lento.  

En cambio, el control predictivo basado en modelo (MPC) puede desempeñar un papel importante en el mantenimiento de temperaturas constantes durante la fermentación. Dado que el control predictivo basado en modelo es multivariado por naturaleza, permite resolver la gestión de todas las temperaturas del fermentador al mismo tiempo. La parte de "modelo" del control predictivo basado en modelo tiene en cuenta las interacciones entre los flujos, a la vez que tiene en cuenta las perturbaciones, como los cambios en la temperatura del agua de enfriamiento.

Impulse el rendimiento y la producción con control predictivo basado en modelo

Al gestionar las variables estresantes, el control predictivo basado en modelo contribuye positivamente al proceso de fermentación al mejorar el rendimiento y la uniformidad de los lotes. A medida que se reduce la variabilidad, se presenta una oportunidad de optimización.

Existe una fuerte correlación entre el rendimiento de alcohol y el tiempo de fermentación; sin embargo, a medida que se prolonga el tiempo de fermentación, la tasa de producción de etanol disminuye. Como empresa, debe decidir qué es preferible según sus necesidades de producción, los cuellos de botella en otras partes de la planta, los precios de las materias primas y otros factores externos: ¿un mayor rendimiento de alcohol en el mismo tiempo de fermentación, o el mismo rendimiento de alcohol en un tiempo de fermentación más corto, lo que permite más lotes cada mes, o algo intermedio?

A medida que los productores de bebidas espirituosas destiladas trabajan para aumentar la producción a la vez que mantienen las recetas y la integridad del producto, el control predictivo basado en modelo puede crear oportunidades y fomentar estos resultados en cada paso del camino.  

Si desea obtener más información sobre las ventajas del control predictivo basado en modelo en la industria de bebidas espirituosas, lea más aquí.

Publicado 19 de diciembre de 2018

Temas: Alimentos y bebidas

Kent Stephenson
Kent Stephenson
Principal Engineer, Rockwell Automation
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