Trzeci etap w procesie warzenia piwa. Proces obejmuje dodawanie drożdży zarodowych do brzeczki, regulowanie temperatury, zbieranie drożdży po skończonej fermentacji, odbiór dwutlenku węgla, który wydziela się podczas fermentacji. W czasie fermentacji tworzą się zasadnicze składniki bukietu piwa – alkohol etylowy i dwutlenek węgla. Składniki znane większości konsumentom są jednak tylko częścią walorów sensorycznych piwa. Oprócz nich w procesie fermentacji alkoholowej tworzone są związki organiczne charakteryzujące się różnymi aromatami. W zależności od rodzaju fermentacji piwa inna jest relacja pomiędzy zawartością poszczególnych związków.
W fermentacji najistotniejsze są węglowodany (cukry). Na tym etapie warzenia piwa do brzeczki dodawane są drożdże piwowarskie. Celem fermentacji jest zamiana cukrów fermentujących pod wpływem drożdży (enzymów) na alkohol etylowy, dwutlenek węgla i produkty uboczne. Upraszczając cały chemizm fermentacji można ją przedstawić następująco: glukoza = alkohol etylowy + dwutlenek węgla + ciepło.
Możemy wyróżnić cztery stadia fermentacji:
- Zasianie drożdży, czyli okres przyrostu (rozmnażania) drożdży. Na powierzchni brzeczki pojawia się delikatna biała pianka.
- Stadium niskich krążków – tutaj następuje proces fermentacji alkoholowej. Na powierzchni brzeczki zaczyna pojawiać się od ściany naczynia otoczka piany przechodząca w gęstą i zbitą, która przypomina ubitą śmietanę. Temperatura brzeczki zaczyna powoli wzrastać.
- Stadium wysokich krążków – proces fermentacji alkoholowej przebiega w tym stadium bardzo intensywnie, wzrasta szybko temperatura, która musi być stale kontrolowana (uruchomienie systemu chłodzenia). Na powierzchni piwa tworzy się piękna wysoka piana przebarwiona brunatnym kolorem pochodzącym od żywic chmielowych.
- Stadium opadania krążków – proces fermentacji zanika, a piana opada. Na tym etapie drożdże osiadają na dno naczynia. Na powierzchni piwa tworzy się cienka brunatna warstwa zwana powłoką pofermentacyjną, kożuchem albo deką.
Kożuch był kiedyś zbierany z piwa ręcznie specjalnym narzędziem (długi trzonek z owalnym sitem). W kożuchu znajduje się wiele związków pofermentacyjnych niekorzystnych dla smaku piwa. Dlatego deka była zbierana delikatnie, aby nie dopuścić do wymieszania z piwem. Obecnie nie zbiera się deki. Osady te zostają w stożku zbiornika i po przepompowaniu piwa zostają usunięte przed myciem naczynia. Dawniej zakładano, że proces fermentacji trwa tyle dni ile procent ekstraktu posiada brzeczka. Czyli przy popularnym piwie 12% e.w., czas przebiegu fermentacji wynosił 12 dni. Dzisiejsze metody fermentacji oparte na nowoczesnych urządzeniach pozwalają na optymalizację procesu fermentacji i jego skrócenie do 9-10 dni. W czasie procesu fermentacji wydziela się energia cieplna. Dlatego kontrolowana jest również temperatura piwa. Przy pomocy istniejącego systemu chłodzenia utrzymywany jest właściwy reżim temperaturowy odpowiedni dla danego rodzaju drożdży.
Piwa fermentowane metodą klasyczną w otwartych kadziach fermentacyjnych mają z reguły wyższe zawartości takich związków jak octan etylu, octan izoamylu, aldehyd octowy i alkohole wyższe o owocowych aromatach. W przypadku fermentacji ciśnieniowej używanej w nowoczesnych browarach sterowanie składem piwa jest dużo łatwiejsze. Zmieniając temperaturę i ciśnienie fermentacji można doprowadzić do wytworzenia przez drożdże pożądanej ilości tych związków. W przypadku piw fermentacji górnej, obok wymienionych związków dochodzi do wytworzenia przez drożdże związków fenolowych, takich jak eugenol czy winyloguajakol, nadających charakterystyczny przyprawowy zapach niemieckim piwom typu Weizen czy niektórym belgijskim piwom specjalnym. Związki fenolowe wytwarzane przez drożdże fermentacji dolnej świadczą o zakażeniu dzikimi szczepami drożdży. Fermentacja piwa może trwać od 5 do kilkunastu dni.
Coraz mniej browarów stosuje klasyczną fermentację brzeczki w tradycyjnych otwartych kadziach fermentacyjnych oraz w poziomych tankach leżakowych ze względu na ich małą pojemność, trwałość i trudność w dezynfekcji i myciu tych urządzeń. W nowoczesnych browarach stosuje się zbiorniki pionowe o kształcie cylindryczno-stożkowym. Mają wysokość 20 m i pojemność 2000 hl. Piwo z jednego tanka wystarczyłoby do napelnienia 400.000 butelek półlitrowych.
