Cálculos Cervejeiros parte III : Lúpulo, taxa de utilização e IBU

Lúpulo, um post voltado só para ele!

Aqui daremos foco aos cálculos que envolvem o quanto de lúpulo que deveremos dosar durante a fervura, levando em consideração fatores como a sua taxa de utilização, teor de alfa ácidos e volume do mosto a ser lupulado etc.

Recapitulando algumas definições:

Alfa-ácidos: São os precursores do amargor da cerveja, especificamente, humulona, adhumulona e cohumolona. Estes são isomerizados durante a fervura, e convertidos a seus isômeros: iso-humulona, iso-adhumulona e iso-cohumulona, solúveis no mosto. É expresso em % (mg de alfa ácido/100 g de lúpulo). É um dado importante que cada variedade de lúpulo carrega em sua embalagem; Quando expostos ao ar, oxidam rapidamente e passam a ser insolúveis, perdendo suas capacidade de utilização;

Beta-ácidos: São três, lupulona, adlupulona e colupulona e não são isomerizados durante a fervura, logo, não são solúveis no mosto. Entratanto, se sofrerem oxidação, tornam-se solúveis. Sempre vi como um dado, quase que desnecessário;

Taxa de utilização: É a quantidade de alfa ácido que de fato consegue ser isomerizado durante a fervura, expressa em porcentagem. Varia de acordo com o momento da fervura em que determinada quantidade de lúpulo é adicionada; Além disso, o aumento da taxa de utilização depende de fatores como:

- Vigor da fervura. Uma temperatura de fervura maior favorece o aumento da taxa de utilização;

- Uso de pellets relação à flor. Em pellets, os grânulos de lupulina sofrem maior exposição durante o processo de peletização, o que aumenta, e muito, a superfície de contato;

- Quando a densidade do mosto for menor;

- Quando a quantidade de lúpulo for menor;

- Quando o pH aumenta, entretanto, a qualidade do amargor é inferior em relação ao que é extraído a pH menor.

Obs: Uma curiosidade, é que a taxa de utilização também depende da altitude. Por exemplo: em regiões altas, a água ferve abaixo de 100°C, logo temos um menor aproveitamento no nível de isomerização.

International Bitterness Unit (IBU). É uma unidade padrão que mede a concentração de iso-alfa-ácidos em miligramas por litro (ppm). Como ponto de referência, 1 BU corresponde a 1 miligrama de compostos de amargor dissolvidos em 1 litro de líquido (mosto ou cerveja). O limiar sensorial de percepção do amargor na cerveja é de 4 BU, enquanto que o limite de saturação (solubilidade) de iso-alfa ácidos na cerveja não passa de 100 BU;

BU:GU ratio ou razão BU:GU. É a razão das unidades de amargor (IBU) pelas unidades de gravidade para um cerveja em questão. Exemplo: IBU=70 e OG=1.060, BU/GU= 70/60, portanto BU/GU= 1.16; Esse resultado indica que a cerveja possui um equilíbrio tendendo ao amargor mais destacado. A razão varia de 0,2 a 1, onde para 0,2 indica que a cerveja é mais maltada e 1 indica que a cerveja é mais lupulada, 0,5 é indica o equilíbrio entre maltada e lupulada;

Foto 01: Plantação de lúpulos na Alemanha, 2014. Créditos:Eduardo Sampaio

Voltando para o nosso exemplo de Weissbier, onde temos 26 litros de mosto pronto que devem estar lupulados ao final da fervura. Estabeleci um amargor de 12 IBU´s, logo com uma razão BU/GU (12/50) igual a 0,24. 

Escolhi a lupulagem abaixo:

Hallertau Magnum 13,9% AA a 60 min (início da fervura)

Hallertau Mittelfrüh 4,2% AA a 0 min (Whirpool)

Com os tipos de lúpulos, seus teores de alfa-ácidos (%AA), volume de mosto e IBU desejado, podemos obter a quantidade exata de lúpulos de acordo com o seu momento de adição na fervura, conforme a equação abaixo:

Mg de lúpulo = (IBU desejado x Litros mosto)/ (%U x %AA)

onde,

Mg de lúpulo = miligramas de lúpulo

IBU desejado = 12 IBU

Litros de mosto = 26 L

% U = taxa de utilização (de acordo com a Tabela 01)

%AA = teor de alfa-ácidos

Tabela 01: Taxas de utilização conforme o tempo de lupulagem

Determinando a quantidade de H. Magnum:

Mg de H. Magnum = (12 x 26)/ (0,3 x 0,139)

Mg de H. Magnum = 7482 mg,

logo, serão aproximadamente 7,5 g de H. Margnum adicionados a 60 min (início fervura)

Determinando a quandidade de H. Mittelfrüh:

Como esse lúpulo é adicionado durante o whirpool, considerei que seu impacto é somente para o aroma (leve, floral e cítrico). Por isso, achei razoável estabelecer para essa receita a quantidade de 20 g desse lúpulo.

Por outro lado, a isomerização ocorre acima de 82°C. Com isso, no pior dos casos, adotando uma taxa de utilização dessa lupulagem de whirpool em torno de 10%, visto que entre o tempo de desligar o aquecimento até o início do resfriamento para trasfega do mosto ao fermentador, temos que 3 IBU´s podem ser extraídos dessas 20g de H. Mittelfrüh, conforme segue:

IBU = (mg de lúpulo x %U x %AA)/ Litros de mosto

onde,

mg de lúpulo = 20000 mg de H. Mittelfrüh

%U = taxa de utilização estimada em 10%

%AA = Teor de alfa-ácidos

IBU = (20000 x 0,1 x 0,042)/ 26

IBU = 3 (aproximadamente)

Com esse resultado os 3 IBU´s não impactam negativamente na cerveja, visto que o limiar sensorial para se perceber o amargor está a partir dos 4 IBU´s. É, faz sentido!

O ideal: 

>Realizar análise de IBU somente para os lúpulos adicionados durante o Whirpool para determinar a taxa de utilização;

>Abaixar a temperatura durante o whirpool para 80°C e despejar os lúpulos! (Procedimento que já fiz nas panelas e que dá muito certo)

>Armazenar teus lúpulos de forma adequada, longe de calor, luz, ar e umidade, pois estes fatores favorecem a diminuição do teor de alfa-ácidos, consequentemente a taxa de utilização do lúpulo será menor e teus cálculos, na prática, não valerão de nada. Então mantenha o lúpulo com sua embalagem selada (livre do oxigênio) e estocada no freezer.



E aí, o que sugerem para o próximo post?


Um brinde!

Cálculos Cervejeiros parte II: Relação água:malte, água de lavagem e taxa de evaporação

Para a receita anterior, de Weissbier, estabeleci uma relação de água:malte em 2,6, ou seja, para cada quilo de malte utilizarei 2,6 litros de água, mas poderia utilizar qualquer outro valor dentro dos limites de 2 a 5 litros de água para cada quilograma de malte. 

Passo 1: Determinando a quantidade de água em litros para mostura

Com a quantidade de malte e a relação água:malte escolhida chegamos a 14,8L, aliás, 15 litros para simplificar de uma vez (200 mL acima não fará tanta diferença):

Kg malte: 5,695 Kg

Relação água:malte: 2,6 L água/ Kg de malte

Água primária = Kg malte x Relação água:malte

Água primária = 5,695 Kg malte x 2,6 L água/ Kg malte

Água primária = 15 Litros

Plano de mostura: 

Rampas: 50°C 10 min; 
               67°C 45 min; 
               72°C 15 min; 
               78°C 10 min

Ao final da mostura, medir o extrato primário em refratômetro para constatar a conversão do amido em açúcar. O valor de extrato primário deve corresponder à razão água:malte utilizada, aproximadamente 22,85 °P, conforme a Tabela 01. Em paralelo, realizar teste do iodo.

Tabela 01: Razão água:malte e o extrato primário correspondente

Aproveitando a oportunidade, já calcularemos a que temperatura em que água primária deve estar antes de iniciarmos o processo de mostura, pois assim não se perde tempo. Ela é definida como Strike water temperature (SWT):

Dados:
Kg malte = 5,965 Kg
T°C desejada = 50°C (Temperatura que desejamos iniciar a mostura)
Kg de água = 15 Kg (assume-se que 1 L de água = 1 Kg)
T°C malte = 20°C (Temperatura ambiente em que o malte se encontra)


SWT = {[((0.4 x Kg malte)+Kg água) xT°C desejada] - (0,4xKg malte x T°C malte)}/ Kg água

SWT = {[((0.4 x 5,695)+ 15) x 50°C] - (0,4 x 5,965 x 20°C)}/ 15

SWT = 54,5°C 

Agora é aquecer 15L de água a 54,5°C, desligar o fogo, arriar os maltes moídos e homogeneizar a mistura para que a rampa proteolítica comece a 50°C! 

Obs: 0,4, corresponde à capacidade calorífica do grão, ou seja, 1 Kg de grãos só mantém 40% do calor do que 1 Kg de água mantém.

Passo 2: Revendo dados importantes

Já sabe qual é o valor estimado para sua perda de trub? 
Quantos litros sua fervura evapora em 60 minutos? 

Meus dados:

Perda de trub: 5L

Evaporação horária % (60min): 23,5% 

Volume evaporado: 8L

Uma taxa de evaporação média (para 60 min de fervura) que eu tenho notado em sistema homebrewer gira em torno 20%. Porém, meu sistema chega a 23,5%. Realmente é uma fervura bem vigorosa!
Além do mais, é importante sabermos qual é o volume de mosto a 20°C que desejaremos antes de inocular o fermento, já com todas as perdas descontadas. Portanto, vale lembrar que antes de se chegar a 20,16 L (resultado final do post anterior), descontamos o volume da perda de trub (5L) e a dilatação térmica (4%).

Passo 3: Determinando a quantidade de água de lavagem

Uma dica inicial é estabelecer qual é a quantidade de água que o bagaço de malte retém, pois isso, por mínimo que seja, influencia no processo. Geralmente, os valores encontrados em literatura variam de 80 a 100% de retenção de água. Logo, nos cálculos estou utilizando 80% de retenção. O valor da retenção é convertido diretamente de peso para volume:

5,965 Kg malte x 0,8 = 4,56 L de água retida

Essa é a equação para determinar a quantidade de água de lavagem:

Água de lavagem = V pre-boil + Vbagaço - V água primária

Temos todos os dados, exceto o Volume pré-boil (V pre-boil), que determinamos conforme segue:

V pré-boil = Volume mosto a 20°C / Eficiência geral %

V pré-boil = 20,16 / 0,588 

V pré-boil = 34 L (aproximadamente)

Portanto, 

Água de lavagem = 34 L + 4,56 L - 15 L

Água de lavagem= 24 L (aproximadamente) de 76°C a 78°C

Passo 4: Medir volume e densidade pré-boil

Para medir o volume pré-boil adequadamente sugiro utilizar uma régua com as marcações volumétrica ou senão a velha e boa equação do cilindro V= π r2 h, onde você precisará medir o raio (r) e a altura em que a superfície do mosto se encontra em sua panela (h), lembrando que todas as medidas devem estar em metro. O resultado se multiplica por 1000 e teremos o volume em litros.

Pegar a medida de densidade pré-boil com refratômetro.

Passo 5: Estimando a densidade pré-boil

Esse passo pode ser feito no momento em que estabelecer qual será a OG de sua cerveja. Destaco por aqui para que tiremos uma prova real de que o cálculo realmente faz sentido.

Dados:

OG desejada= 12,5 °P

Volume post boil= 26L 

Volume pré-boil= 34L

Densidade pré-boil= (OG desejada x Volume post boil)/ Volume pré boil

Densidade pré-boil = 9,56°P

Esse valor é quase que 3°P abaixo da OG de 12,5°P, o que nos mostra que deveremos estar atentos à taxa de evaporação que deve ser vigorosa e fazer jus aos 23,5%. Por isso, é essencial conhecer bem o teu equipamento para que seu processo seja consistente.

Tabela 02: Dados dos cálculos da Weissbier

Não adicionei nenhuma informação com relação à lupulagem, por isso é o assunto para o próximo post, onde aproveitarei para falar um pouco sobre os cálculos de amargor, taxas de utilização etc. 
Saúde!

Cálculos Cervejeiros: Como adequar sua grainbill

Qual cervejeiro não gostaria de fazer uma cerveja e saber o quanto, exatamente, usar de maltes em sua grainbill para chegar no volume e densidade esperada para sua receita?

Como adequar sua grainbill.

É aí que entra a essência dos cálculos cervejeiros!

Vale lembrar que a partir do momento que os cálculos passam a entrar em vigor, é importante, e muito, registar todo o histórico de sua produção com cada detalhe como eficiência da brassagem, eficiência geral, perdas com relação ao equipamento, taxa de evaporação, nível de moagem, etc.

Destaco aqui a importância de se conhecer o próprio equipamento para que o cervejeiro possa galgar e alcançar o seu objetivo exposto nas entrelinhas de seus cálculos descritos no papel. Assim, com resultados consistentes teremos uma cerveja mais consistente!

Mudou o equipamento, mudou a forma de se fazer cerveja. Isso é fato!

Se o cervejeiro nunca produziu em tal equipamento, mais uma vez se faz importante a anotação de todos os dados. Isso é muito relevante, pois se houver erros (e vai ter), o cervejeiro vai saber contornar e passar a utilizar cada vez mais a base de cálculo necessária para chegar ao seu objetivo. Além disso, deve-se ter o dom de prever qualquer coisa que possa acontecer antes, durante e depois. Todo esse cuidado é baseado no conceito de que se mexer aqui o impacto pode ser ali e/ou lá na frente. É o que a teoria do "cobertor curto" me ensinou e que eu venho aplicando até hoje!

Questão 01:

Estou com um equipamento novo ou eu nunca produzi. Quais são os caminhos para acertar a mão e deixar nossa querida levedura fazer o seu trabalho mais feliz e da forma que imaginamos?

1) Antes de pensar em qualquer grainbill, corra lá rapidinho e encha a panela de fervura com água até cobrir o nível da válvula de escoamento do mosto. Abra a válvula e deixe a gravidade fazer o que lhe convém. Quando parar de sair água, feche a válvula e transfira a quantidade de água remanescente em um balde, de preferência, com escala de volume. Pronto. Esse é o primeiro dado a se registrar. O quanto de perda permanece na panela de fervura. É com essa quantidade de perda que, inicialmente, nos baseamos para podermos compensá-la produzindo uma maior quantidade de mosto e assim vertê-lo em quantidade estimada para o fermentador (Lógico que outras variáveis estão presentes como evaporação e dilatação do mosto, as quais serão destacadas mais adiante).

2) Formulando a grainbill:

    Com o estilo estabelecido devemos conhecer cada composição posta na receita. Cada malte e  insumo tem suas informações para realizarmos o cálculo de maneira mais eficaz. Aqui ressalto a receita com uma composição de 100% malte.

   Cada malte possui um laudo com suas informações quanto à nível de rendimento, diferença de extrato moagem fina e grossa e umidade.

Basicamente, temos, de uma forma geral, os seguintes dados compilados para cada tipo de malte. a seguir:

Dentro de uma grainbill temos vários objetivos, dentre eles, a quantidade de extrato, a qual virá do emprego de maltes bases como o pilsen, pale ale, vienna e munich, por exemplo, primeiramente.

Exemplificação:

Vamos fazer 25L de mosto de uma cerveja de trigo a 12,5°P (1,050) de OG e no momento temos disponíveis somente os maltes tipo Pilsen e Trigo. Para termos certa precisão nos cálculos precisamos saber ao menos dois valores que, com certeza, constam em laudos do fornecedor de maltes:

• % extract cg, db (extrato moagem grossa, em base seca)
• % umidade 

Se você ainda não conhece a eficiência do seu processo, no começo, sugiro adotar o valor de 75%. Ao logo de suas produções a eficiência deverá ser ajustada, pois aí existirá um histórico que determina a característica de seu equipamento.

Na imagem abaixo compilei os valores na planilha de Excel para que os cálculos fiquem ainda mais práticos e de fácil entendimento.

Os dados que temos inicialmente de como adequar sua grainbill são:

1. Volume de mosto (Já estimado com a perda de trub, que aqui no caso são 5L)
2. Extrato desejado (em °P e sua conversão para densidade, ex: 1,050)
3. Eficiência de Brassagem
4. Tipos de maltes na granbill e sua % (no caso 50/50)
5. %Extract cg, db
6. %Umidade

Qual o objetivo? 

Objetivo é determinar qual é a quantidade dos maltes pilsen e trigo que usaremos para fazer essa receita, assumindo uma eficiência de 75%. Dessa forma poderemos usar a quantidade ideal de malte para alcançar nosso objetivo. Só estou assumindo que não desejo pôr mais malte, aliás, DME e/ou água para acertar OG, por mais que seja algo normal durante os fabricos. O negócio aqui é entender a essência dos cálculos.

Tabela 01: Planilha de dados para o cálculo cervejeiro; Quantidade de grãos

Determinando a quantidade de maltes:

1) Malte Pilsen

Peso do malte Pilsen =(% grainbill*Volume de mosto (L)*Extrato desejado °P* SG)/ 
                                                                 (%extract cg,db*(1-%umidade)*Eficiência Brassagem %


Peso do malte Pilsen = (0,5* 25L* 12,5°P* 1,050)/ (0,8*(1-0,048)*75)

Peso do malte Pilsen = 2,882 Kg = (E2*B2*B4*B5)/(F2*(1-G2)*B6)

2) Malte de Trigo

Peso do malte Pilsen = (0,5* 25L* 12,5°P* 1,050)/ (0,81*(1-0,04)*75)

Peso do malte Pilsen = 2,813 Kg =(E3*B2*B4*B5)/(F3*(1-G3)*B6)

Obs: Quando se trata de % assuma valores decimais para os cálculos. Abri uma exceção para o a eficiência (75%), mantive o valor como 75 e não 0,75, somente para simplificar. O mesmo vale para o valor em °Plato, pois se trata também de uma porcentagem já que sua unidade é peso/peso. Em azul estão as fórmulas da planilha do exemplo.

Temos então que o total da grainbill corresponde a 5,695 Kg.

Conclusão 1: A quantidade de cada malte foi diferente e não conforme 50/50, o que mostra que os valores de %extract cg,db e %umidade, que são distintos conforme o tipo de grãos, influenciam na quantidade dos mesmos que deverão ser utilizados na receita.


Determinando a Eficiência de brassagem:

Olhando para a imagem que segue abaixo, temos os passos 1 e 2.

Passo 1: É a eficiência geral, aquela que é determinada pela quantidade em Kg de extrato calculado para se chegar ao objetivo sobre a quantidade de malte que você efetivamente começou o processo. Simplificando, são os Kg de extrato/ Kg de grãos.

Eficiência geral= (Volume de mosto* densidade* plato em decimal)/ Kg de grãos

Eficiência geral=(25L*1,050* 0,125)/ 5,695 Kg de grãos

Eficiência geral= 58% (aproximadamente)

Passo 2: Eficiência da brassagem é quantidade de extrato adquirida, levando em consideração dois outros fatores que afetam o processo, como a qualidade de moagem e umidade dos maltes, expressos pelos valores de % extract cg, db e % umidade, que correspondem a 80,4% e 4,4%, respectivamente.

Tabela 2: Planilha de dados para cálculo cervejeiro; Eficiência de Brassagem

Eficiência de Brassagem = 0,58/ 0,804* (1- 0,044)

Eficiência de Brassagem = 0,75 *100 = 75%

Obs: O valores de %extract cg, db e % de umidade foram estabelecidos como 80,4% e 4,4%, respectivamente, assumindo que estes valores são as somas das parciais, conforme consta na Tabela 01.

Dicas complementares de como adequar sua grainbill:

1) Conhecer sua perda de trub em volume;
2) Conhecer a tava de evaporação de seu equipamento em %;
3) Conhecer o volume e OG antes e depois da fervura;
4) O mosto quente possui uma dilatação de 4%, portanto para determinar o volume de mosto a 20°C, subtraia o volume de perda de trub do volume pós fervura e multiplique esse resultado por 0,96. 
Exemplo :

V mosto pós fervura= 26L               (26-5)*0,96 = 20,16L de mosto a 20°C
V perda de trub= 5L
Dilatação =4%

5) Beba cerveja!
6) Dúvidas? Estou à disposição!
                         

No próximo post, ainda sobre cálculos cervejeiros abordarei a quantidade água:malte para essa receita para chegarmos também aos valores de taxa de evaporação e estimar qual poderá ser a OG pré-boil, que também fazem parte do caminho para se chegar a OG esperada.