Du brassage domestique au brassage commercial, les cuves de fermentation ont toujours été un élément essentiel. Ils ont pratiquement changé au fil du temps. Le matériel de fermentation de la bière se divise en cuves de fermentation et en cuves d'expansion de la levure, qui ont pour fonctions la préparation des matières premières, la cuisson, la stérilisation, le refroidissement, etc. Les produits de traitement des fermenteurs doivent être en mesure de fournir les conditions nécessaires aux activités de la vie microbienne et au métabolisme, et être faciles à utiliser et à contrôler.
Fermenteur
Les fermenteurs sont les systèmes de fermentation les plus couramment utilisés dans la production de bière aujourd'hui. Comme son nom l'indique, un récipient fermé est un cylindre vertical avec un fond conique et généralement un sommet en forme de soucoupe. Pour d'autres processus simples, un fermenteur est un récipient ouvert, parfois doté d'une seule ouverture. Il peut également être appelé fermenteur ouvert.
Un fermenteur qualifié doit présenter les caractéristiques suivantes :
- Doit avoir une structure serrée
- Bonnes caractéristiques de mélange des liquides
- Excellent taux de transfert de chaleur de la phase de transfert de masse
- Équipé d'instruments de détection, de sécurité et de contrôle fiables et performants
Volume de la cuve de fermentation
On considère généralement qu'un fermenteur d'une capacité inférieure à 500 litres est un fermenteur de laboratoire, qu'un fermenteur d'une capacité de 500 à 5 000 litres est un fermenteur d'essai pilote et qu'un fermenteur d'une capacité supérieure à 5 000 litres est un fermenteur de production.
Fermenteur conique cylindrique
Le fermenteur vertical circulaire simplifié à fond conique (appelé cuve conique) a été utilisé pour la production de bière avec fermentation haute ou basse. La cuve conique peut être utilisée seule pour la pré-fermentation ou la post-fermentation, ou pour la pré-fermentation et la post-fermentation combinées dans la cuve (méthode "one-pot").
L'avantage de cet équipement est qu'il permet de raccourcir la durée de fermentation et qu'il offre une grande souplesse de production, de sorte qu'il peut convenir à la production de différents types de bières.
Caractéristiques
Ces dispositifs sont généralement placés à l'extérieur. Le moût frais stérilisé et la levure entrent dans la cuve par le bas ; lorsque la fermentation atteint son apogée, toutes les chemises de refroidissement sont utilisées pour maintenir la température de fermentation adéquate.
Le réfrigérant utilise de l'éthylène glycol ou une solution d'alcool, et l'ammoniac (évaporé) peut également être utilisé comme réfrigérant ; le gaz CO2 est évacué par le haut du réservoir. Le corps et le couvercle du réservoir sont munis de trous d'homme, et la partie supérieure du réservoir est équipée d'un manomètre, d'une soupape de sécurité et d'un regard en verre.
Un tube de gaz CO2 purifié est installé au fond du réservoir. Le réservoir est équipé d'un tube d'échantillonnage et d'un raccord pour thermomètre. L'extérieur de l'équipement est enveloppé d'une bonne couche d'isolation afin de réduire la perte de capacité de refroidissement.
Avantage :
La faible consommation d'énergie et le petit diamètre des tuyaux permettent de réduire les coûts de production.
Pour la levure déposée au fond du cône, la vanne située au fond du cône peut être ouverte pour évacuer la levure hors du réservoir et conserver une partie de la levure pour la prochaine utilisation.
Influant sur le coût de l'équipement de fermentation
La taille, la forme, la pression de fonctionnement et la charge de refroidissement requise de l'équipement de fermentation. La forme du récipient fait référence à la surface requise par unité de volume, exprimée en ㎡/100L, qui est le principal facteur influençant le coût.
Exigences en matière de pression du réservoir
Prenons l'exemple de la récupération du dioxyde de carbone. Il est nécessaire de maintenir le CO2 dans le réservoir à une certaine pression, de sorte que le grand réservoir devient un réservoir sous pression et qu'une soupape de sécurité doit être installée.
La pression de travail de la cuve varie en fonction du processus de fermentation. Si elle est utilisée à la fois pour la pré-fermentation et le stockage du vin, elle doit être déterminée en fonction de la teneur en CO2 pendant le stockage, et la résistance à la pression requise est plus élevée que celle d'une cuve utilisée uniquement pour la pré-fermentation. Lorsque la pression atteint la pression de conception du réservoir de stockage, la soupape de sécurité doit commencer à s'ouvrir. La pression maximale de fonctionnement de la soupape de sécurité est la pression de conception plus 10%.
Vide dans le réservoir
Le vide dans le réservoir est causé par le transfert ou le nettoyage interne de la série d'appareils. cuves de fermentation dans des conditions fermées. La vitesse d'alimentation du grand fermenteur est très rapide et une certaine pression négative est générée. Il reste une partie de CO2 dans la cuve, qui peut être éliminée lors du nettoyage, de sorte qu'un vide peut également être créé. Les grands fermenteurs sous vide doivent être équipés de dispositifs de prévention du vide. La fonction de la soupape de sécurité pour le vide est de permettre à l'air de pénétrer dans la cuve et d'établir un équilibre de pression à l'intérieur et à l'extérieur de la cuve.
En fonction de la teneur en alcali de la solution de nettoyage, la quantité de CO2 à éliminer dans le réservoir peut être calculée et la quantité d'air devant entrer dans le réservoir peut être calculée.
Convection et échange de chaleur dans le réservoir
La convection du bouillon de fermentation dans le fermenteur dépend de l'effet du CO2. L'ensemble du liquide de fermentation dans la cuve conique forme un gradient de teneur en dioxyde de carbone. Le liquide fermenté ayant un poids spécifique plus faible est porté à flotter vers le haut.
En outre, les bulles de dioxyde de carbone qui s'élèvent pendant la fermentation exercent une force d'attraction sur le liquide environnant. En raison de l'agitation du gaz générée par la force d'entraînement et la force de levage, le contenu de la cuve circule et l'échange de chaleur en phase mixte du liquide de fermentation est favorisé. Les changements de température de la bière pendant les opérations de refroidissement peuvent également entraîner une circulation convective du contenu de la cuve.