Em nossa última enquete sobre o Grupo BH no Facebook, você nos pediu para verificar isso: “Se o fluxo entra muito mais rápido do que sai, então você tem o potencial de criar um leito fluidizado. Onde fica o café expresso? Aqui está o que descobrimos… Esta pergunta segue nossas postagens sobre agitação na fabricação de cerveja em lote e turbulência no café expresso. Nessas postagens, explicamos por que a agitação controlada é benéfica na preparação em lote, mas descobrimos que o fluxo turbulento no expresso pode trazer sabores extraídos em excesso para um expresso. Em algumas condições, a agitação do fluxo de água no café preparado pode criar um leito fluidizado. Neste post, explicaremos o que é isso e como aproveitá-lo na fabricação de cerveja.

O que é um leito fluidizado?

Para os geeks do café, o conceito de leito fluidizado é mais familiar na torrefação do café do que na sua preparação. Nessas torrefadoras, uma corrente de ar quente é usada para levantar e separar os grãos de café, permitindo que circulem no ar e, assim, torrarem uniformemente. Os mesmos princípios podem ser aplicados em certos estágios da preparação do café - de acordo com o Coffee Brewing Handbook, no método de preparação ideal, o fluxo de água irá 'levantar e separar' as partículas de café moído (TR Lingle, 1996).

Um leito fluidizado é composto por uma mistura de partículas sólidas e um fluido (líquido ou gás). O movimento do fluido mantém as partículas suspensas de tal forma que toda a mistura se comporta de forma semelhante a um fluido. Isso significa que todo o leito pode fluir, se adaptará ao formato do recipiente em que for colocado e terá uma superfície nivelada, da mesma forma que um líquido teria. As correntes dentro do leito permitem que as partículas circulem dentro da mistura, de forma semelhante à que a convecção permite. moléculas circular em um líquido.

Manter as partículas suspensas requer um fluxo ascendente do fluido na mistura. O fluxo ascendente cria arrastar (atrito) contra as partículas, que aumenta com a velocidade do fluido. Quando a velocidade do fluxo é alta o suficiente para que a força de arrasto se torne igual ao peso do leito, então todo o leito torna-se fluidizado (RG Holdich, 2002).

Um leito fluidizado. O atrito do fluido contra as partículas cria um movimento ascendente arrastar força. Quando esta força se iguala à força descendente do peso, o leito torna-se fluidizado.

Como fluidizamos o leito na fabricação de cerveja?

Um leito fluidizado requer um fluxo ascendente de líquido para levantar as partículas. Embora despejemos a água por cima, se o fluxo for rápido o suficiente, ela atingirá o fundo da cafeteira e virará para cima, fluidizando parcialmente o leito de café. Você pode ver isso em ação neste pequeno teaser do nosso Curso de Percolação:

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Durante a parte inicial da infusão, o vazamento vigoroso pode criar energia suficiente no fluxo para fluidificar parcialmente o leito do café, permitindo que as partículas sejam levantadas e separadas e garantindo que todas entrem em contato com a água da infusão.

À medida que a infusão continua, a maior profundidade da água no pasta amortece o fluxo, tornando mais difícil que o fluxo alcance o fundo da cafeteira e, assim, cria as correntes ascendentes necessárias para fluidificar o leito.

Nas cervejarias em lote, o fluxo de água da cerveja é distribuído por vários jatos menores, por isso é improvável que tenham água suficiente energia cinética fluidificar o leito desta forma. No entanto, alguns designs de cervejarias, como a Bunn Trifecta, injetam a água de infusão a partir da base e, portanto, podem fluidificar o leito durante parte do tempo de infusão. 

Qual é o efeito da fluidização do leito?

Os leitos fluidizados são utilizados em muitos processos industriais porque o sólido e o líquido se misturam muito bem, permitindo uma transferência eficiente de calor ou massa entre eles.RG Holdich, 2002). Na fabricação de cerveja, isso significa que os solúveis do café podem ser transferidos de forma eficiente para a água de fermentação.

Como você pode ver na imagem acima, as partículas de café moído são altamente porosas. Os poros formam canais profundos na partícula, dos quais os solúveis precisarão se difundir para serem extraídos para a mistura. Difusão é um processo lento, mas uma boa mistura, como a encontrada num leito fluidizado, ajudará a acelerar este processo, afastando os solúveis da parte superior dos poros (Nik Kapur, 2019, comunicação pessoal).

No café expresso, contudo, o fluxo relativamente lento de água e o espaço restrito no leito firmemente embalado significam que o leito não fluidificará. Contudo, a natureza da extracção do café expresso, que ocorre principalmente na superfície das partículas finas, significa que isto não é importante neste caso.

Os poros do café torrado têm normalmente 20-50 nm de diâmetro (S. Schenker e outros, 2008), então o 'multas'(às vezes definido como 50 nm de diâmetro ou menos) que são tão importantes na extração de café expresso geralmente não incluem poros intactos. Isso significa que a extração do expresso não depende dessa mistura para permitir que a água da infusão penetre nesses poros.

Dito isto, talvez combinar aspectos da preparação do café turco com técnicas de café expresso possa fornecer uma maneira consistente de obter extrações completas (25%+) no futuro, extraindo completamente as partículas maiores que o café expresso perde, bem como o multas. Imaginamos um método de fermentação em dois estágios que utiliza fluidização ou agitação na primeira etapa para permitir difusão de poros profundos nas partículas maiores, seguido por uma alta pressão para obter força e sensação na boca de café expresso. Se descobrirmos como fazer isso, avisaremos você!

A fluidização do leito tem mais um efeito que pode influenciar a preparação do café. Partículas de tamanhos diferentes dentro de um leito fluidizado tendem a se separar por tamanho: partículas maiores afundam e as partículas menores se acumulam no topo (Z Zhang e JM Beeckmans, 1990). Isto é oposto ao “efeito castanha do Brasil” descrito em nosso post sobre migração de multas, e poderia explicar por que uma camada de café gasto às vezes tem uma camada visível de partículas finas de aparência lamacenta na parte superior. Poderíamos especular que, onde isso ocorre, se as partículas de diferentes tamanhos não forem novamente misturadas, esta separação de partículas poderia tornar a fermentação menos uniforme.

RG Holdich, 2002. Capítulo 7: Fluidização. Em: Fundamentos da Tecnologia de Partículas, pp. 68-76. ISBN 0-9543881-0-0. Disponível on-line em http://www.particles.org.uk/particle_technology_book/

TR Lingle, 1996. The Coffee Brewing Handbook, segunda edição, pp 29-33

S Schenker, S Handschin, B Frey, R Perren e F Escher, 2008. Estrutura dos poros dos grãos de café afetados pelas condições de torra. Revista de Ciência Alimentar. 65. 452 – 457. doi:10.1111/j.1365-2621.2000.tb16026.x

Z Zhang e JM Beeckmans, 1990. Segregação em leito fluidizado agitado. O Jornal Canadense de Engenharia Química, 68(6), 932–937. doi:10.1002/cjce.5450680606