UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTÍN FACULTAD DE INGENIERÍA DE PROCESOS ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA QUÍMICA
CURSO: BIOQUÍMICA APLICADA DOCENTE: ING. GALLEGOS JARA RAUL OMAR TEMA: BIOQUIMICA DE LA CERVEZA PRESENADO POR: TOLA ZELA, PAMELA ORIANA MAMANI POMA, BLANCA VILCHEZ VALDIVIA, ELENA
AREQUIPA-PERU 2017
1. CERVEZA La cerveza es la bebida resultante de fermentar con levaduras el mosto procedente de cebada malteada, aromatizado con lúpulo Ingredientes Partimos de los cuatro elementos básicos para la elaboración de la cerveza según la ley de alimentación más antigua que existe de carácter no religioso, la Ley de la Pureza Bávara de 1516. Fue implementada por el resto de Alemania mucho tiempo después. Malta de cebada Agua Lúpulo Levadura Malteado de la Cebada La cebada se maltea para producir las enzimas necesarias para que durante el proceso de maceración, que se realizará a continuación, se puedan convertir los almidones que contiene la cebada en la mayor cantidad posible de azucares fermentables. fermentables. Los azucares fermentables son los que alimentarán a la levadura. Su consumición producirá aproximadamente de cada gramo de azúcar algo menos de medio gramo de alcohol y medio gramo de dióxido de carbono que mezclado con la cerveza se convierte en anhídrido carbónico. Este anhídrido es lo que vulgarmente llaman -ácido- en los bares españoles. El malteo consiste en dejar germinar los granos de cebada durante un período aproximado de una semana (según las condiciones de temperatura) en contacto con agua, y secarlos a continuación en hornos. Según la temperatura de estos hornos y los tiempos que se aplique se conseguirán maltas pálidas, caramelizadas o tostadas. Molturación de la Malta La molturación de la malta es el proceso de molido de la malta bajo unas condiciones especiales que permiten moler esta en gránulos muy pequeños, sin llegar a convertirla en harina, conservando, a su vez, la cáscara de los granos de malta lo más intacta posible. La cáscara servirá posteriormente como elemento filtrante. La forma ideal para molturar malta es por medio de dos rodillos girando a diferentes velocidades y separados entre sí aproximadamente un milímetro. La malta pasará por el medio y será crujida y desgarrada al mismo tiempo, separando la cáscara y reduciendo a pequeños gránulos el interior del grano.
Maceración Es el proceso de mezclar la malta molturada con agua y mantenerla a una temperatura determinada durante un tiempo determinado. Según el estilo de cerveza que se quiera emular, las temperaturas y tiempos de maceración son diferentes. El más sencillo es el realizado por los ingleses. Se mezcla la malta molturada con agua a 65 grados centígrados y se deja reposar durante aproximadamente dos horas, evitando cualquier pérdida de temperatura. Filtración de la Maceración Este suele ser el paso que más quebraderos de cabeza da a los maestros cerveceros. Es la separación del líquido resultante de la maceración, llamado mosto y que contiene los azucares de la malta disueltos en él, y de los restos de la malta como las cáscaras y fibras. Se supone que ha de realizarse en un tiempo de dos horas. Tiempos mayores significa que se ha realizado algún fallo en cualquier paso del proceso. No es un problema grave pero significa que no se está sacando el mayor provecho de los ingredientes o de las técnicas. Hay varios tipos de filtro pero el más tradicional es el de la cuba de maceración que dispone de un suelo doble, el superior está lleno de pequeños agujeros de aproximadamente 2,5 milímetros. Tras realizar la maceración se deja reposar esta durante unos 20 minutos para que las cáscaras de la malta se depositen en el fondo y sirvan de filtro. Una vez que han pasado estos 20 minutos se abre el grifo de la cuba, se supone que este está al fondo de la cuba debajo de la parte inferior del doble suelo. Es imprescindible, vuelvo a repetir, es imprescindible, que el flujo de salida del mosto por debajo de la cuba sea lo suficientemente lento como para que no coja aire por el grifo. Si dejamos el grifo abierto a tope conseguiremos, que al principio salga el mosto rápidamente, a partir del momento que la resistencia de las cáscaras filtrantes no dejen pasar el mosto tan rápido como la apertura del grifo permite, se introducirá aire por debajo y las cáscaras filtrantes se compactarán. Una vez compactadas el mosto filtrará muy lentamente y el proceso de filtración se alargará hasta ocho horas. Una vez que el 85 por ciento del mosto haya salido, se añade agua a 79 grados centígrados, aproximadamente el cincuenta por ciento del usado al principio de la maceración y repartido en dos o tres tandas. Primero la mitad o primer tercio, se deja filtrar de nuevo, y luego la otra mitad o los dos siguientes tercios. Este paso se realiza para lavar hasta el último vestigio de azúcar de los granos y cáscaras.
Cocción y Adición de Lúpulo El mosto ha de cocerse aproximadamente dos horas, la cocción se realiza por diversos motivos. Los principales son: para su esterilización, para coagular las proteínas y poder eliminarlas posteriormente y para obtener el amargor del lúpulo. El lúpulo sirve para dar amargor y aroma a la cerveza. Si se añade al principio de la cocción dará sólo amargor porque los aromas se volatilizarán con el transcurso de la cocción. Si se añade al final sólo dará aroma y no amargor porque para obtener este se necesita que se isomerícen los ácidos alfa del lúpulo mediante cocción prolongada. La cocción ha de ser fuerte, es decir, ha de verse como el mosto entra en movimiento por efecto de las turbulencias de las burbujas. Se realiza una primera adición de lúpulo al principio de la cocción para obtener el amargor y otra adición entre 15 minutos y 1 minuto del final de la cocción. Filtración del Mosto Cocido Una vez cocido el mosto, esperaremos unos 20 minutos para que se precipiten las proteínas coaguladas y los restos de lúpulo. Hay dos sistemas de filtración, uno por centrifugación y otro que usa las mismas flores del lúpulo como elemento filtrante. La centrifugación crea el mismo efecto que remover la cucharilla en una taza de café, los restos del café se depositan en el centro. Este método se usa a nivel industrial y permite el uso de lúpulos molidos o extractos de este. El método más común y asequible es el de usar directamente flores enteras de lúpulo que al depositarse en el fondo, al final de la cocción, servirán como elemento filtrante de las proteínas coaguladas. Para que las flores de lúpulo no atasquen el grifo de salida este llevará un elemento filtrante sencillo, como un doble suelo con agujeros o una malla metálica. Refrigeración y Oxigenación El mosto cocido y recién filtrado ha de enfriarse en un período no superior a 60 minutos hasta alcanzar la temperatura ideal para poder añadir la levadura. Según el tipo de levadura que se vaya a utilizar se situará entre 8 y 23 grados. Si no se enfría en este período corremos el peligro de infecciones bacteriológicas y de que se produzca un nivel superior de dimetilo de sulfato no deseado que impartirá a la cerveza un sabor a verduras cocidas (nada aconsejable y lamentablemente es un sabor encontrado en algunas cervezas de producción industrial). Cocciones por debajo de dos horas también pueden producir este efecto. La cocción elimina todo el oxígeno disuelto en el mosto. El mosto habrá de ser oxigenado antes de añadir la levadura, esta oxigenación se puede realizar inyectando oxigeno o aire en el mosto o simplemente dejando caer al mosto por gravedad, provocando la formación de burbujas de aire, en el tanque de fermentación.
Adición de Levadura y Fermentación Como escribíamos anteriormente, la levadura fermenta el mosto consumiendo el azúcar y produciendo, en casi iguales proporciones, alcohol y dióxido de carbono. Esta fermentación se divide en dos fases principales, una primera fase donde la levadura consume únicamente el oxígeno contenido en el mosto para multiplicarse, y una segunda fase donde, a falta de oxígeno, empieza a consumir los azúcares. La situación ideal es disponer de un mosto muy oxigenado para que se reproduzca y multiplique la levadura lo máximo posible. La fermentación se puede realizar a diferentes temperaturas según la cepa de levadura y el estilo de cerveza a elaborar. El control de estas temperaturas es esencial para conseguir cervezas de calidad. La duración de la fermentación depende de las temperaturas, de la concentración de azucares, de la cantidad de oxígeno disuelto y del tipo de levadura utilizado entre otras causas. Puede durar desde dos días hasta dos semanas. Lamentablemente, de nuevo, algunas fábricas de cerveza, para reducir tiempos de producción y con ello costes de fabricación, aceleran las fermentaciones aumentando las temperaturas. Al aumentar la temperatura la levadura fermenta más rápido pero produce mayor cantidad de subproductos y alcoholes superiores no deseados (estos alcoholes superiores son los precursores de las resacas, de esas mañanas que nos despertamos con ganas de no ver la luz del día y de no hablar con nadie). Almacenaje (Guarda) y Filtración en Frío Una vez fermentado el mosto, este pasa a ser llamado -cerveza verde-. Esta cerveza contiene todavía una serie de subproductos que provienen de la fermentación y que es deseable eliminarlos durante el almacenaje y la maduración. La temperatura de almacenaje suele situarse ligeramente por encima de cero grados centígrados. El tiempo de almacenaje varía mucho, las cervezas con poco alcohol suelen almacenarse menos tiempo y las cervezas con un grado alcohólico superior y más cuerpo suelen almacenarse períodos más largos de hasta un año. Una vez pasado este período de almacenaje, la cerveza se puede filtrar o vender provocando una segunda fermentación en las botellas o barriles. Si se realiza esta filtración en frío, es para eliminar la levadura que queda en suspensión y las proteínas que se han coagulado y quedado también en suspensión como resultado de reducir la temperatura durante el almacenamiento. Cuanto más largo haya sido el período de almacenaje menos materia habrá suspendida y más fácil será la filtración. Hay varios métodos de filtración que no vamos a discutir en este capítulo. Una vez filtrada la cerveza se embarrila o embotella para su venta. La mayoría de las fábricas pasteurizarán la cerveza para aumentar su estabilidad biológica y para que no pierda su sabor o se produzcan reacciones biológicas no deseadas (la pasteurización, a su vez, produce sabores a madera cocida no deseables)
INTERPRETACION DE LA BIOQUÍMICA DE LA CERVEZA La elaboración de la cerveza se basa en el desarrollo de una seria de reacciones químicas generadas a partir de productos naturales. El producto de partida de estas reacciones es la cebada. El grano de cebada está constituido por almidón, un compuesto químico cuyas moléculas son largas cadenas formadas de átomos de C, O y de H, estas cadenas están constituidas por unidades idénticas unidas unas a otras por enlaces químicos. La primera etapa de la fabricación de la cerveza consiste en hacer germinar los granos de cebada metiéndolos regularmente en agua (Malteado). En presencia de humedad las células embrionarias de los órganos de cebada se multiplican rápidamente. Al cabo de unos días las 6células han producido una multitud de componentes químicos nuevos, pero producen sobre todo moléculas químicas muy grandes que pueden contener miles de átomos (Enzimas amilasa). Las enzimas son moléculas biológicamente activas que juegan un papel importante en la fabricación de la cerveza, pero estas moléculas son frágiles, especialmente cuando están en medio cálido y húmedo, para preservar la actividad de las enzimas se procede al horneado de los granos de cebada. El horneado consiste en secar los granos de cebada en unas instalaciones en forma de torre, esta operación tiene el efecto de interrumpir la germinación y asegurar la conservación de las enzimas, cuando su taza de humedad es del 4% el grano de cebada se ha convertido en malta. La etapa siguiente es la mezcla que se efectúa en grandes cubas metálicas, previamente machacada la malta se mezcla con agua. En las cubas se eleva la Temperatura de la mezcla en una sucesión de etapas bien definidas, bajo estas condiciones las enzimas de la malta se hacen activas. Las enzimas son catalizadores capaces de reconocer las moléculas de ciertas sustancias químicas y modificarlas. Las enzimas de malta se adhieren a los enlaces químicos que unen las unidades de base de las moléculas de almidón y dividen las cadenas de almidón en dos familias de compuestos : Los azucares fermentables y los azucares no fermentables. A este proceso se le denomina Sacarificación. Los azucares no fermentables son pequeñas moléculas las más comunes de las cuales la maltosa está formada por dos unidades de base, cuanto más elevada la cantidad de azucares fermentables mas alcohólica será la cerveza. Los azucares no fermentables están formados por 4 o más unidades contribuyen sobre todo a dar cuerpo a la cerveza. El arte cervecero consiste en equilibrar la producción de azucares para obtener el grado de alcohol y el sabor deseados. La mezcla produce un jugo dulce llamado mosto. Las reacciones químicas que conducen a la producción de los diferentes azucares se desarrollan a temperaturas diferentes. El cervecero puede controlar la discreción las cualidades del mosto que influirán enormemente en las de la cerveza, tras la mezcla se hace la filtración y la cocción del mosto.
La filtración consiste en retirar los restos solidos de la malta. La cocción permite inactivar las enzimas aún presentes en el mosto e interrumpir asi las reacciones químicas que favorecen, además durante la cocción el mosto es aromatizado con la ayuda del lúpulo, este contiene resinas de aceites esenciales que darán a la cerveza su sabor amargo, estos compuestos se disuelven en el mosto según los principios de una infusión. El mosto cocido y aromatizado es entonces enfriado y preparado para ser fermentado.
La fermentación se acentúa en cubas de refrigeración controlada donde se añade levaduras que no son otra cosa que hongos microscópicos. Las levaduras se adhieren a los azucares fermentables contenidos en el mosto y los transforman en moléculas de alcohol y de dióxido de carbono (CO2), además la fermentación genera una multitud de componentes químicos aromáticos que darán a la cerveza un sabor afrutado. El mosto finalmente se ha hecho cerveza. Cuando los azucares fermentables se han transformado en alcohol se enfría la cerveza para interrumpir la fermentación, la fase siguiente es un periodo de maduración durante cual se elimina ciertos compuestos nefastos para el sabor de la cerveza que se han generado a lo
largo de la fermentación. Sla levadura no tendríamos cerveza. Pero para que el resultado de la fermentación nos guste, tenemos que entender y controlar al máximo la fermentación etílica. Entendiendo la fermentación etílica podremos maximizar los sabores que más nos gusten. A continuación se presentan las 4 fases de la fermentación de la cerveza, pero podrían ser las mismas para cualquier tipo de fermentación alimentaria. La fermentación de la cerveza en 4 fases:
lag o de retardo: las primeras 15 horas crecimiento exponencial: desde el primer día al cuarto. fermentación o estacionaria, donde la magia ocurre: desde el cuarto día al decimo. sedimentación: del decimo hasta una-dos semanas más tarde.
Fase 1: lag:
cuando incorporamos la levadura al mosto, este necesita un tiempo de aclimatación. Esta fase no es visual, pero necesaria para que las células de levadura absorban oxigeno, vitaminas, minerales y amino ácidos ( nitrógeno) presentes en el mosto. Las cervezas de todo grano tienen suficientes vitaminas para la levadura, pero otras bebidas como el sake, necesitan la adición de nutrientes. Los nutrientes necesarios son: vitaminas: ribloflavina, inositol y biotina. minerales: fosforo, azufre, hierro, cobre, potario, sodio y zinc. Gracias a estos alimentos la levadura empieza a producir enzimas necesarias para la reproducción. Durante esta fase la levadura necesita oxigeno par producir esteroles, que son críticos para la permeabilidad de la membrana de la levadura. También es muy común empezar esta fase a una temperatura superior a la fermentación . La temperatura inicial sería entre 22 y 24º. Fase lag. Foto: Cross Bay Brewery Morecambe. Fuente: Flickr.
Fase 2: de crecimiento: En esta fase el crecimiento de la levadura es exponencial. En esta fase veremos en la superficie espuma. La levadura consume los azucares de más simples a menos. Concretamente en este orden: glucosa, fructosa y sacarosa. La composición normal de azucares en un mostos es de 14% glucosa y 59% maltosa. Por lo que la maltosa es el azúcar responsable en dar los diferentes aromas y sabores. La maltosa es un azúcar complejo que necesita ser hidrolizado en unidades de glucosa. La levadura utiliza los enzimas maltasa para ello. La hidrolisis es la descomposición de compuestos químicos por la reacción del agua.
Fase 3: de fermentación o estacionaria. Esta es la fase en la que ya no pueden crecer más levaduras de las existentes, por lo que la actividad decae, pero coge una velocidad constante. Este límite es consecuencia al agotamiento de lo nutrientes y a la acumulación de metabolitos. Podríamos decir que esta es la fase de maduración. Fermentación activa. Foto: Matt Brown. Fuente: flickr Fase 4: Sedimentación. La fermentación habrá finalizado una vez no haya más burbujas. En esta fase la levadura ha producido prácticamente todos los sabores y aromas. Se han producido la mayor parte de los ésteres, azufres y alcoholes fusibles. La espuma empieza a desaparecer y la levadura empieza a flocular. Para ayudar a la sedimentación, lo mejor es enfriar la cerveza a 5º durante unos 10 días. De esta manera luego separaremos los sedimentos de la cerveza y conseguiremos una cerveza más limpia.
De todos modos la bebida aún está verde, porque hay muchos compuestos que necesitan ser reducidos, como el diacetilo y acetaldehído, por lo que se dejará madurar unos días. Dejaremos un par o 3 de días a que acabe de fermentar, consiguiendo de esta manera que algunos de los subproductos se acaben de digerir por la levadura.
METODO DE TRABAJO PROCESO DE PRODUCCION DE CERVEZA CERVEZA
1. Recepción de materia prima Seleccionar las maltas adecuadas para elaboración de la cerveza. El lúpulo debe ser refrigerado, si se lo va almacenar, para que se mantengan de mejor forma los ácidos. El agua debe ser declorada antes de ingresar al proceso. Teniendo en cuenta que el lúpulo debe contener mayor cantidad de α ácidos si se requiere producir cerveza amarga, si se requiere obtener una cerveza aromática debería contener el lúpulo mayor cantidad de aceites esenciales. Las maltas para elaborar cerveza deben ser ricas en almidón, con lo cual se consigue la cantidad de alcohol deseado.
Malteado Se entiende exclusimvamente por cebada malteada o malta al grano de cebada cervecera sometido a germinacion parcial y posterior deshidratación, secado y tostado La cebada es remojada para que germine 12 a 14°C HASTA 40-45% DE Humedad aireando continuamente de 48 a 60 horas
La amilosa asta consituida por cientos de unidades de glucosa unidas entre si por enlaces alfa 1-4
La amilopectina es de eso molecular mucho mas elevado y tiene de 10.000 a 100.000 unidades de glucosa. Los segmentos que se encuentran entre los puntos de ramficacion tiene aproximadamenre 17-25 unidades de glucosa con enlaces semejantes a los de la amilosa , mientras que ramificaciones están unidades por enlaces alfa 1-6 y algunas en alfa 1,3
La germinación se interrumpe mediante el secado Se debe conservar la actividad enzimática Se reduce la humedad del grano de 45% hasta 4 o 5% en unas 24 horas 1 la primera etapa se lleva acabo a temperaturas de 55 a 60 °C hasta llegar a 12 % de humedad 2 la segunda etapa se utiliza temperaturas entre 65 y 75 °C para alcanzar 4 o 5 % de humedad
“horneado” refuerza la coloración y produce sustancias que influencian el sabor
Gráfico 9. Proceso de recepción de materia prima
Elaborado por: La autora
2. Triturado/ Molido
Este proceso consiste en triturar las maltas, la avena para poder obtener una mezcla que luego va hacer mezclada con agua caliente y va a dar lugar al mosto La cáscara o epicarpio de la malta cumple la función de servir como impermeable, y filtrante. El objetivo de la molienda es liberar el contenido del grano, y permitir liberar las enzimas para que tomen mejor contacto con todo el almidón y adquieran mayor movilidad en el macerado. Es decir, pueden alcanzar rápidamente los almidones y proteínas para su transformación. La malta es preparada para la maceración y filtración Molida hasta producirse gránulos muy finos Se requiere que l cascarilla quede integrada a la mezcla La cascarilla servirá como cama filtrante
Elaborado por: La autora
3. Calentado
El agua se calienta con el objetivo de añadir a las maltas trituradas, el objetivo de hacer accesible el almidón para ser transformado por las enzimas a sustancias más simples para el proceso de fermentación.
Sacarificación Tranformacion del almidon en azucares fermentables y dextrinas
4. Macerado
El agua debe ser calentada hasta los 74 °C. Esto ayudara a transformar el almidón en azúcares más simples, con la ayuda de las enzimas. En el proceso de macerado van intervenir dos tipos de enzimas las α amilasas y las β amilasas. Se deja macerar por 90min. La temperatura no debe bajar de los 65°C en el momento de macerado, por lo que a temperatura más bajas los almidones no se degradan. Es el responsable de la cantidad de alcohol existente en la cerveza. La filtración La separación de liquido (mosto) del bagazo o de malta y posterior lavado con agua de la cama o lecho filtrante Esa operación se puede realizar en cuba filtro (lauter) o en filtro prensa o recipiente cilíndrico con falso fondo
5. Cocción y adición del lúpulo La cocción del mosto es importante para:
Detención de la actividad enzimática.
Esterilización del mosto.
Coagulación de proteínas y taninos.
Precipitación más intensa del fosfato cálcico y caída, por con siguiente del pH.
Destilación de productos volátiles.
Evaporación de agua, y por tanto concentración del mosto.
Producción de color por caramelización de azúcares, formación de melaniodina y oxidación de taninos (Hough, 2002, p. 101)
Solubilizar las sustancias que brindan el amargor del lúpulo
Se adiciona el lúpulo con el objetivo de dar ese sabor amargo, también tiene poder
antibacteriano y espumante. y Precipita las proteínas inestables durante la ebullición del mosto y originar el agradable y característico sabor amargo ,sirve para la estabilidad del sabor y a la retención de espuma
A los 30 minutos floculación fuerte de proteínas SEPARACION DEL LUPULO Y LOS PRECIPITADOS Filtro prensas o mallas 50-60% DE PROTEINAS 20% RESINAS D EUPULO 20-30% DE POLIFENOLES 2-3% DE CENIZAS
6. Enfriado del mosto El mosto es enfriado con el objetivo de poder cultivar la levadura. Este proceso es indispensable para poder mantener viva la levadura, caso contrario si la temperatura es mayor a 20°C no sobreviven y no van a fermentar el mosto. 7. Fermentado LA FERMENTACIÓN ALCOHÓLICA La fermentación es el proceso que convierte el azúcar en alcohol, concretamente en un alcohol con dos átomos de carbono, el etanol, y dióxido de carbono. Este proceso
se lleva a cabo por los organismos vivos, pero en particular algunos tipos de hongos conocido como levaduras. En nuestro caso, el componente principal es la Saccharomyces cerevisiae. Estas levaduras se dedican a la producción de etanol, a cambio de azúcar. Es como si el hombre desde hace miles de años hubiera “domesticado” a la Saccharomyces cerevisiae, para que puedan trabajar en la producción de alcohol a cambio de alimentos (azúcar). El proceso se puede dividir en dos partes. La primera parte, conocida como glucólisis o glicólisis (del grigego glycos, azucar, y lysis, romper) es común a otras vías metabólicas y el producto de la cual es el anión piruvato. La segunda parte es la propia fermentación, donde el piruvato se transforma en alcohol. Glucólisis o glicólisis Todo el proceso comienza cuando estos organismos se alimentan. El azúcar presente en la cebada está en forma de sacarosa y consiste en la unión de una molécula de glucosa y una de fructosa, por lo que la sacarosa diremos que es un disacárido. La sacarosa cuando se hidroliza se convierte en una molécula de glucosa y una de fructosa. Esta última de isomeriza a glucosa de manera sencilla. Estas dos moléculas de glucosa obtenidas están listas para su entrada en las vías metabólicas de la Saccharomyces cerevisiae para la transforme en etanol y así obtenga energía. Podemos dividir el proceso de la glucólisis en tres partes bien diferenciadas: Fosforilación de la glucosa La primera reacción de la glucólisis es la fosforilación de la glucosa, con lo cual conseguimos activarla y poder utilizar esa energía en procesos posteriores. Es un proceso que consume energía en forma de ATP (Adenosín Tri Fosfato). La primera parte consisten en la fosforilación del hidroxilo unido al carbono 6 de la glucosa, consumiendo una molécula de ATP. Esta reacción está catalizada por una enzima, la hexoquinasa, que necesita de una coenzima con magnesio. Una vez que tenemos la glucosa activada, el siguiente paso consiste en una isomerización de la glucosa-6-fosfato en fructosa-6-fosfato, paso catalizado por la enzima glucosa-6-fosfato isomerasa. El ultimo paso de esta parte consiste en una segunda fosforilación, esta vez en el hidroxilo del carbono 1 de la fructosa-6-fosfato, dando lugar a una nueva molécula, la fructosa-1,6-bisfosfato, con consumo nuevamente de energía en forma de ATP y con magnesio como cofactor. Este paso es un proceso altamente irreversible y esta catalizado por una enzima, la fosfofructoquinasa-1
Ruptura de la pentosa fructosa-1,6-bifosfato Es un proceso en que no hay consumo ni producción de energía en forma de ATP. La molécula fructosa-1,6-difosfato se rompe en dos moleculas mediante una encima aldolasa, concretamente la fructosa-1,6-bifosfato aldolasa, la convierte en dihidroxiacetona fosfato y gliceraldehído-3-fosfato. Ambas moléculas de tres carbonos son convertibles la una en la otra mediante una enzima, la triosa-fosfato isomerasa. Por tanto. de una fructosa-1,6-difosfato obtenemos dos meléculas de gliceraldehído-3-fosfato.
Desfosforilación Esta etapa empieza con una oxidación del carbono aldehídico a un grupo carboxílico Es un proceso que se da en dos partes e implica la generación de una molécula de ATP (recordemos que cada molécula de glucosa produce dos de gliceraldehído-3-fosfato). La primera parte consiste en una fosforilación del carbono aldehídico para obtener el 1,3bifosfoglicerato, una molécula muy energetica. Este paso se da con el consumo de un NAD+ (se reduce a NADH por el aporte de protones) fósforo inorgánico en forma de fosfato. Esta catalizado por la enzima gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa y tiene como cofactor el magnesio. La segunda parte consiste en la desfosforilación del 1,3-bifosfoglicerato por la enzima fosfoglicerato quinasa a 3-fosfoglicerato. Este segundo paso produce energía en forma de ATP y tiene como cofactor al magnesio.
El siguiente paso consiste en una isomerización del 3-fosfoglicerato procedente de la reacción anterior dando 2-fosfoglicerato, la enzima que cataliza esta reacción es la fosfoglicerato mutasa. Lo único que ocurre aquí es el cambio de posición del fosfato del carbono 3 al carbono 2. La enzima enolasa libera una molécula de agua de la molécula formando un doble enlace entre el carbono 2 y 3, dando como resultado una molécula llamada fosfoenolpiruvato. Esta enolasa necesita del cofactor magnesio para su funcionamiento. Por ultimo ocurre la desfosforilación del fosfoenolpiruvato, obteniéndose piruvato y ATP. Reacción irreversible realizada por la enzima piruvato quinasa y con magnesio como cofactor. En esta etapa se produce otra molécula de ATP.
El ácido pirúvico es un compuesto orgánico clave en el metabolismo. Es el producto final de la glucólisis, una ruta metabólica universal en la que la glucosa se escinde en dos moléculas de piruvato y se origina energía (2 moléculas de ATP). Fermentación alcohólica Una vez formado el piruvato (y con él el final de la glucólisis), puede tomar tres caminos.
Si tenemos suficiente oxígeno, se puede entrar en el metabolismo aeróbico, donde se convierte en dióxido de carbono y agua. Esto se conoce como respiración celular, y es el proceso complejo que nuestras células utilizan para proporcionar energía. Se produce en la matriz de la mitocondria y es conocido como ciclo de Krebs. Si no tenemos suficiente oxígeno, el ácido pirúvico entra en una vía anaeróbica o vía de fermentación. En este caso, puede tomar dos caminos: Fermentación láctica, cuyo producto es ácido láctico. Nuestras células musculares hacen esta fermentación cuando hacemos un esfuerzo muy intenso, y el resultado son las agujetas por acumulación de ácido láctico en el músculo Fermentación alcohólica, donde el piruvato se convierte primero en acetaldehído, para después degradarse en etanol y dióxido de carbono. o
o
En la fermentación alcohólica, la primera reacción es una descarboxilación del piruvato. Esto significa que la molécula de piruvato pierde una molecula de dióxido de carbono, concretamente del carbono del grupo carboxílico, y se convierten en una molécula más sencilla, el acetaldehído (o etanal). Es una reacción compleja, catalizada por una enzima llamada piruvato descarboxilasa y necesita de magnesio y de un grupo prostético llamado tiamina pirofosfato (TPP) como cofactores.
Una vez producido el acetaldehído, este se somete a otra reacción, catalizada por una enzima llamada alcohol deshidrogenasa y utiliza como coenzima el NADH (nicotinamida adenina dinucleótido) en medio ligeramente ácido. Este es un proceso redox, donde el NADH se oxida a NAD+ y el acetaldehído se reduce etanol. El proceso global de la glucólisis más la fermentación alcohólica es el siguiente:
Nótese que se producen dos moléculas de ATP por cada glucosa consumida, dos moléculas de etanol, dos de agua y dos de dióxido de carbono. El tiempo de fermentación cuando se utiliza levaduras altas es más rápido en relación cuando se utiliza las bajas. El sabor, aroma están estrechamente relacionados con el tipo de levadura que se emplee. En el proceso fermentativo se produce, etanol, energía y dióxido de carbono.
Control de la fermentación
En la fermentación discontinua se controla por medio de la temperatura, por el tamaño de la levadura, por el proceso de agitación, y la cantidad de oxígeno, aminoácidos producidos en el mosto. Se debe recalcar que al tener una mayor densidad del mosto se obtiene mayor rendimiento en la cocción y enfriamiento,
dando lugar a una cerveza con mayor cuerpo y mayor cantidad de alcohol.
Fermentación Post-fermentativa:
Esta fermentación se la hace cuando la cerveza ya esta embotellada, se coloca 0.7-0.10% de azúcar por cada litro de cerveza. Esto sirve para mantener un sustrato rico para que las levaduras sigan transformando azúcares en alcohol. Se suele añadir ictiocola que sirve para la clarificación de la cerveza, se la extrae de la vejiga natatoria de los peces tropicales esta sustancia contiene colágeno puro. 8. Filtrado
La filtración es un proceso muy importante en la elaboración de cerveza, se utilizaba filtros de amianto. Se debe controlar este proceso mediante la presión la cual no debe sobrepasar de los 3 bares. También se puede usar el filtro de membrana el cual consiste en el tamaño de los orificios, si son levaduras no pueden atravesar orificios de 1um y si los diámetros son de 0,2 um se quedan las bacterias, este método solo lo pueden hacer si el mosto está sin sólidos en suspensión.
9. Envasado en botellas. Este proceso consiste en colocar la cerveza en botellas de vidrio, las cuales son transparentes y son tapadas con tillos, ayudados de una tapadora. 10. Pausterizado Este proceso se lo hace para alargar la vida útil del producto, con el objetivo de prevenir la proliferación de bacterias patógenas que puedan alterar la cerveza. RESULTADOS Producto final La vida de una cerveza depende de varios factores, pero el más importante es el tiempo que
transcurre desde su envasado hasta el momento de ser consumida, ya que durante el mismo están comprometidos: la estabilidad del sabor, la turbidez y la microbiológica. El oxígeno disuelto es otro factor importante ya que afecta seriamente la turbidez. Asimismo, otro factor crucial es la temperatura: si se asegurase una correcta cadena de frío no se necesitaría la pasteurización y la cerveza tendría menos posibilidades de deteriorarse en lo que al sabor, turbidez o infecciones se refiere. Lacerveza sin alcohol, se distingue del resto de cervezas desde el punto de vista productivo, básicamente en el tratamiento que sufren durante la fermentación y/o después de la fermentación. Se puede obtener mediante dos procesos diferentes: fermentación controlada o técnicas de post- fermentación. La fermentación controlada no difiere respecto a la normal ya que no prescinde ni incorpora ningún elemento o instalación adicional. Consiste en detener el proceso de fermentación, mediante un enfriamiento rápido a 0ºC cuando se alcanza un valor inferior al 1% de alcohol o bien hasta el 2,5% en volumen. Las técnicas post- fermentativas siguen el modo habitual de elaboración y una vez concluida la fermentación normal, se emplea alguna de las técnicas de eliminación de alcohol: evaporación (permite rebajar la concentración de etanol hasta un 0,04%), ósmosis inversa (sólo se baja hasta un 0.4% de etanol) o diálisis.
a) Color Son varios los compuestos responsables del color en las cervezas: melanoidinas, productos de caramelización y pirólisis, polifenoles oxidados, riboflavina, carotenoides, antocianinas, clorofilas y sus productos de oxidación así como también catalizadores de la oxidación como son los iones metálicos. De ellos, la fuente primaria de color son las melanoidinas. Estos compuestos poseen un espectro de color que va desde el amarillo al ámbar. Se generan por reacciones de pardeamiento no enzimático (reacciones de Maillard) durante el tratamiento térmico del malteado, la cocción, etc.
b) Aromas Los aceites esenciales (0,2 - 0,5%), son el componente aromático que proporciona a la cerveza aroma y sabor. Contienen muchos compuestos que incluyen ésteres, mezclas de alcoholes (fuseles), aldehídos, cetonas y ácidos, aunque el grupo más importante son los llamados terpenos. Los principales
terpenos son el humuleno, cariofileno, mirceno y farneseno. El más abundante es el humuleno. El mirceno suele dar un sabor áspero y por ello lúpulos con alto contenido de este compuesto no se utilizan mucho para el aroma. Además, son sustancias muy volátiles y pocas moléculas sobreviven al proceso de elaboración siendo difícil que el 10% (unas pocas ppm) acabe en la cerveza acabada.
c) pH El pH es un factor importante en la fermentación, debido al control que ejerce frente a la contaminación bacteriana así como en el crecimiento de las levaduras, la velocidad de fermentación y la producción de alcohol. La variación del pH durante el proceso de fermentación es debido a la transformación de los aminoácidos por pérdida de nitrógeno, pasando a ácidos, lo cual origina una disminución del pH del medio. Otro factor que puede originar una variación de pH es la producción de dióxido de carbono en la fase de fermentación aerobia, que en disolución da lugar: CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Produciendo una caída de pH. El pH influye en la actividad de la levadura. Así, se ha podido comprobar que el pH más favorable para el crecimiento de la Saccharomyces cerevisiae se encuentra entre 4.4
- 5.0, siendo el pH 4.5 el adecuado para su crecimiento óptimo.
d) Amargor El amargor es uno de los cuatro sabores básicos y una característica deseable en toda cerveza. Es la contrapartida del dulzor conferido por la malta. La intensidad y la calidad varían mucho según el estilo. En algunos estilos casi no se nota, mientras que en otros la intensidad de amargor es muy alto. La causa de amargor, es resultado de la solución de los iso- α-ácidos de los lúpulos en el mosto durante la cocción. La intensidad y la calidad del amargor se manipulan a través de la elección de la variedad de los lúpulos, el contenido de α-ácidos o a veces la cantidad de β-ácidos oxidados que se cree que dan un tipo de amargor suave, la duración de la cocción de los lúpulos, y el contenido mineral del licor.
Se consigue más amargor aumentando la cantidad de lúpulos o su tiempo de cocción, y también dejando que el mosto hierva quince minutos antes de añadir los lúpulos de amargor (algunas de las resinas se pegan a las proteínas cuando se coagulan). Hay que tener en cuenta que si se elabora una cerveza a mucha altitud o no se hierve todo el volumen del mosto final, se necesitarán más lúpulos. Y durante la fermentación, (a más temperatura, más pérdida), la filtración y la maduración, se pierde amargor.
e) Turbidez Después del envasado, la mayoría de los problemas de turbidez de la cerveza en particular y de las bebidas alcohólicas en general, son debidos a la formación de complejos proteína-polifenoles (taninos) que llevan a la formación de partículas coloidales. Durante la ebullición del mosto, el enfriamiento del mismo y el subsecuente de la cerveza, la proteína asociada a los polifenoles puede precipitar. La capacidad de formar turbidez de un polipéptido es directamente proporcional al porcentaje de prolina existente. Los niveles de hordeína, proteína existente en la cebada al igual que la albúmina, son los que más parecen influir en la formación de la turbidez de la cerveza. En cuanto a los polifenoles formadores de turbidez, presentan al menos dos grupos con la capacidad de formar enlaces con la proteína, cada uno de los cuales tiene al menos dos grupos hidroxilo en un anillo aromático. Principalmente, los polifenoles presentes en la cerveza son proantocianidinas y provocan enlaces más fuertes con las proteínas cuanto mayor tamaño tengan. En presencia de oxígeno disuelto y ciertos metales pesados como hierro o cobre, que actuarían como catalizadores, los polifenoles pueden ser activados reaccionando con una o más
moléculas proteínas y
precipitando el complejo formado.
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