Los sensores de OD ópticos mejoran la administración de la

ESTUDIO DE CASO: MEJORA EN LA ADMINISTRACIÓN DE LA FERMENTACIÓN
Los sensores de OD ópticos mejoran la
administración de la fermentación
Problema
Solución
Beneficios
A medida que aumenta la
producción anual de cerveza,
un importante productor de
cerveza encontró cada vez
más dificultades para encontrar
horarios apropiados para las
intervenciones de mantenimiento, especialmente al volver
a calibrar los sensores de oxígeno disuelto de CE en las
líneas de mosto de cerveza.
Se instaló el sensor en línea de
oxígeno disuelto luminiscente
(LDO, por su sigla en inglés) de
®
rango alto de Hach en una
línea de mosto de cerveza y se
realizaron pruebas lado a lado
para comparar los resultados
con un sensor de CE. Después
de 12 meses, el LDO de rango
alto funcionó extraordinariamente bien.
Los sensores de OD en línea
de rango alto entregaron una
reducción dramática en cuanto
a requerimientos de servicio y
mantenimiento. La mismísima
cápsula de LDO se cambia
solamente una vez al año y se
calibra dos y no 12 veces al año.
Antecedentes
Una fábrica de cerveza buscaba aumentar su producción a
aproximadamente 2 millones de hectolitros al año (alrededor
de 1,7 millones de barriles de 3,5 m a 5,5 m hectolitros). La
fábrica de cerveza, que opera 24 horas al día, es un importante sitio de producción dentro de su red cervecera, y la
inversión les ha permitido continuar satisfaciendo la fuerte
demanda de los consumidores por sus marcas.
Administración del mosto
Se inyecta oxígeno puro o aire en las líneas de mosto de
cerveza para ayudar a la fermentación. El objetivo de esto no
es acelerar la respiración de la levadura; después de añadir
la levadura al mosto, la levadura absorbe rápidamente el
oxígeno y lo usa para la biosíntesis membranal. El oxígeno
permite que las células de la levadura crezcan mucho más
rápido y alcancen una densidad celular mayor. Sin embargo,
mediante el control de los niveles de OD, a 20 ppm para una
lager, por ejemplo, la velocidad de fermentación avanza al
ritmo correcto; si la fermentación dura demasiado tiempo,
la producción se retrasa y si es demasiado corto, afectaría al
sabor.
Fig 1. La fermentación del mosto de cerveza
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Medición del mosto
Solución y mejoras
Es obvio que se necesita control cuando se agrega oxígeno
o aire al mosto. La presencia de demasiado oxígeno da
como resultado una fermentación rápida y demasiado
vigorosa no deseada. Esto afecta el sabor y resulta en un
crecimiento excesivo de la levadura. La sobreproducción
de levadura es costosa para la cervecera, ya que es obvio
que la pérdida excesiva de levadura usada en la producción
de cerveza es evidentemente indeseable.
El objetivo principal de cambiar de sensores de CE a sensores de OD ópticos era reducir tanto la frecuencia de la recalibración como el tiempo necesario para llevar a cabo esta
tarea. Para poder trabajar en los sensores, era necesario
detener la producción y dado que la mayoría de las líneas
están presurizadas, se necesitaba llevar a cabo algunos procedimientos para obtener la autorización necesaria. Generalmente se buscaron lapsos en la producción para llevar
a cabo este trabajo, pues los retrasos en la producción serían
muy costosos.
A la inversa, la falta de oxígeno en las etapas iniciales provoca una mala fermentación y podría conducir a un aumento en el nivel de la acetil coenzima A en las células de
levadura. Esto a su vez puede producir niveles más altos de
ésteres en la cerveza y otros malos sabores indeseables.
Impacto de la oxigenación insuficiente del mosto
• Fermentación detenida
• Fermentación deficiente
• Acumulación de acetil coenzima A
• La síntesis de la pared celular de la levadura
comienza con la acetil coenzima A
• El O2 es necesario para el desarrollo apropiado
de los lípidos
• Bajos niveles de O2 llevan a una gran formación de éster
• Aumento de H2S
Impacto de la sobreoxigenación del mosto
• Fermentación en caliente
• Crecimiento excesivo de la levadura
• Inanición de la levadura debido a la falta de
nutrientes disponibles
• Desarrollo de sabores indeseables
Objetivos de la oxigenación
Los malos-sabores de la cerveza pueden originarse en
la fermentación
• Se debe lograr un nivel de oxigenación óptimo
para la salud de la levadura
• Utilice la menor cantidad de gas posible (O2 o aire)
• Mantenga el gas en la solución
• Reduzca la formación de espuma
• Valide los puntos de medición
La tecnología de OD óptica de Hach
La cápsula del sensor está revestida de un material luminiscente llamado luminóforo, el cual se hace notar por la luz
azul de una LED interna. Cuando el
material luminiscente
se relaja emite una
luz roja, y esta luminiscencia es proporcional a la cantidad
de oxígeno disuelto
presente. La luminiscencia se mide tanto
por su intensidad
máxima como por
su tiempo de decadencia. Una luz LED roja interna proporciona una medición
de referencia antes de cualquier lectura para asegurar que
se mantenga la precisión del sensor.
A través de la modulación de la excitación, el tiempo de decadencia se transforma en un desplazamiento de fase de la
señal fluorescente modulada, la cual es independiente de la
intensidad de la fluorescencia. Crucialmente, en contraste
con los sensores de CE, esto significa que la precisión del
sensor no se ve afectada por el paso del tiempo.
Así que, mientras que un sensor de CE necesita de mantenimiento y recalibración frecuente (normalmente cada 1 o 3
meses), el sensor LDO solamente necesita una calibración
de 6 meses que solo toma unos pocos minutos y tan solo
un cambio de cápsula al año. El sensor LDO también posee
un tiempo de respuesta más rápido que los sensores de CE,
lo que puede ser un factor de vital importancia en cuanto
a reducir cualquier posible retraso en la producción.
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Fig 2. Controladores Hach 410 – instalación normal
Fig 3. Sensor de LDO M1100-H de Hach: instalación normal
Mediciones de OD de rango alto y bajo
El OD en la cerveza clara se mida en partes por mil millones, normalmente hasta 100 ppb, lo cual se encuentra dentro de
las capacidades del sensor de LDO de rango bajo de Hach, el M1100-L. También se usan las versiones portátiles de la tecnología del LDO (Orbisphere 3100) para suplementar las medidas en línea. También se encuentra disponible un sensor de
LDO de rango alto; el sensor M1100-H, el cual tiene un rango de 0-40 ppm y que por lo tanto es ideal para las aplicaciones
de mosto de cerveza.
La fábrica cervecera ha implementado sensores de LDO de rango bajo en línea durante algunos años, por lo que el equipo
de QA y QC ya confiaban en la tecnología óptica. En el 2014 se instaló un nuevo sensor de LDO de rango alto. No se
encontraron problemas y el sensor funcionó extremadamente bien. También se monitoreó la línea con un sensor de CE,
por lo que pudimos verificar el funcionamiento a largo plazo del sensor.
Resultados
En un periodo de 12 meses, completaron aproximadamente 1344 ciclos de producción con un proceso de limpieza semanal.
Sin embargo, la producción anual de esta línea ha aumentado desde entonces a 2200 ciclos de producción. El funcionamiento del sensor de LDO de rango alto satisfizo sus requerimientos y, como resultado, compraron otros dos sensores de
LDO de rango alto.
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Conclusión
La cervecería se encuentra sumamente consciente de la
eficiencia y mejoras de estabilidad que ofrecen los sensores
de LDO. Los sensores de CE necesitan volver a calibrarse
12 veces al año para cada línea, por lo que representan una
carga administrativa y operacional mayor, y dado que aumentaron los niveles de producción, se ha vuelto más difícil
encontrar horarios apropiados para las intervenciones.
Fig 4. Orbisphere 3100 portátil utilizado para la verificación en línea
Fig 5. Sensor de LDO de rango alto ideal para la administración de
la fermentación
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DOC043.92.30339.Apr16
Por otra parte, la cápsula del sensor de LDO de rango bajo
debe cambiarse y calibrarse una vez al año, y planean hacer
lo mismo con el sensor de rango alto, excepto en un intervalo de 6 meses. El paro de planta anual que se hace para
dar mantenimiento se lleva a cabo normalmente durante
el período de menor demanda en enero, por lo que es el
tiempo ideal para cambiar y volver a calibrar los sensores
de LDO.