Aumenta l’ottimizzazione senza modificare la ricetta

Che cos'è la fermentazione?

Prima del processo di fermentazione, i cereali come mais, orzo, segale e grano vengono macinati in una polvere fine. I cereali in polvere, insieme all'acqua, vengono messi in caldaie di cottura e cotti a temperature vicine a 200 °F.

Verso la fine della fase di cottura, la temperatura viene ridotta e viene aggiunto orzo maltato. Successivamente, gli enzimi dell'orzo maltato scompongono gli amidi del cereale in zuccheri semplici che possono essere fermentati in alcol. L'impasto, insieme a lievito e acqua, viene quindi raffreddato e trasferito in un fermentatore.

La fermentazione dura generalmente circa 72 ore, ma varia a seconda del tipo di distillato e delle condizioni locali. Mentre la miscela riposa nel fermentatore, il lievito converte gli zuccheri semplici in etanolo, trasformando la miscela in birra da distillazione.

Ridurre i livelli di stress

Il lievito non si comporta bene in condizioni stressanti. Durante il processo di fermentazione, ci sono diversi fattori di stress per il lievito che influenzano la resa alcolica e altre qualità della birra del distillatore risultante, tra cui i livelli di pH all'inizio della fermentazione e la temperatura durante il processo di fermentazione.

La gestione di queste variabili con la tecnologia di controllo predittivo basato su modello può contribuire a ridurre lo stress dei lieviti, con un rendimento alcolico costante e un prodotto finale che rispetta le linee guida e le aspettative del marchio. Affidarsi al controllo predittivo basato su modello per gestire queste variabili consente inoltre agli operatori di dedicare la loro esperienza e il loro tempo a compiti di maggior valore.

Gestione del pH del fermentatore

Il pH all'inizio della fermentazione ha un impatto significativo sulla birra del distillatore risultante, poiché l'acidità è un fattore di stress per il lievito. Se il pH impostato è troppo basso, il lievito non sarà così produttivo e i rendimenti alcolici saranno ridotti. Se il pH impostato è troppo alto, può verificarsi una crescita batterica indesiderata, con conseguente riduzione dei rendimenti, sapori alterati nei distillati o, potenzialmente, perdita del lotto.

Per i distillati come il bourbon e il whiskey del Tennessee, al fermentatore viene aggiunta una certa quantità di mosto precedentemente distillato, o mosto acido. La quantità e l'acidità del mosto acido influenzeranno il pH impostato del fermentatore.

Poiché il mosto acido è un flusso riciclato, la variazione di un lotto può riverberarsi e causare variazione in un altro lotto diversi giorni dopo. Sebbene questo effetto possa stabilizzarsi nel tempo, il controllo predittivo basato su modello offre la possibilità di regolare gradualmente il rapporto tra mosto acido e acqua inviati al fermentatore. In questo caso, il controllo predittivo basato su modello gestisce in modo coerente il fermentatore e il pH impostato, garantendo rese alcoliche costanti e la conformità agli obiettivi della ricetta tradizionale.

La temperatura è il nemico

Una temperatura eccessiva può anche stressare il lievito, pertanto la temperatura deve essere monitorata attentamente. La fermentazione è una reazione esotermica, quindi il calore è un sottoprodotto del processo e provoca un aumento della temperatura del fermentatore. Con l'aumento della temperatura, lo stress sul lievito provoca una diminuzione della velocità di fermentazione, con conseguente riduzione della produzione di alcol e del rendimento.

Per rimuovere il calore in eccesso, all'interno del fermentatore vengono utilizzate delle serpentine di raffreddamento per gestire la temperatura del fermentatore. Sfortunatamente, questo può portare a un altro problema nelle distillerie più grandi, dove più fermentatori condividono lo stesso collettore dell'acqua di raffreddamento. Con questa configurazione, modificare il flusso dell'acqua a un fermentatore probabilmente cambierà i flussi ai fermentatori vicini, e gli operatori semplicemente non hanno il tempo di regolare continuamente e manualmente tutti i flussi per ottenere temperature costanti.

I loop di controllo normativo possono essere utilizzati per affrontare questo problema, ma, date le interazioni, i loop con una messa a punto aggressiva oscilleranno, inducendo potenzialmente una variazione della temperatura, mentre i loop con una messa a punto lenta forniranno un controllo lento.  

Al contrario, il controllo predittivo basato su modello può svolgere un ruolo significativo nel mantenere temperature costanti durante la fermentazione. Poiché il controllo predittivo basato su modello è di natura multivariata, consente di gestire tutte le temperature del fermentatore contemporaneamente. La parte "modello" del controllo predittivo basato su modello tiene conto delle interazioni tra i flussi, oltre a considerare i disturbi, come le variazioni della temperatura dell'acqua di raffreddamento.

Aumentate la resa e la produzione con il controllo predittivo basato su modello

Gestendo le variabili di stress, il controllo predittivo basato su modello contribuisce positivamente al processo di fermentazione migliorando il rendimento e la coerenza dei lotti. Poiché la variazione è ridotta, si presenta un'opportunità di ottimizzazione.

Esiste una forte correlazione tra resa alcolica e tempo di fermentazione, tuttavia, all'aumentare del tempo di fermentazione, il tasso di produzione di etanolo diminuisce. Come azienda, dovete decidere cosa è preferibile in base alle vostre esigenze di produzione, ai colli di bottiglia in altre parti dell'impianto, ai prezzi delle materie prime e ad altri fattori esterni: una maggiore resa alcolica nello stesso tempo di fermentazione, la stessa resa alcolica in un tempo di fermentazione più breve, che consente di produrre più lotti ogni mese, o qualcosa nel mezzo?

Poiché i produttori di distillati lavorano per aumentare la produzione mantenendo le ricette e l'integrità del prodotto, il controllo predittivo basato su modello può creare opportunità e favorire questi risultati in ogni fase del processo.  

Se volete saperne di più sui vantaggi del controllo predittivo basato su modello nel settore degli alcolici, leggete qui.