PROCESO QUIMICO DE LA CERVEZA

Resumen

La cerveza es una bebida alcohólica muy antigua, desarrollada por los pueblos de los imperios mesopotámicos y por los egipcios, resultado de fermentar los cereales germinados en agua, en presencia de levadura.

Aunque existen en el mercado cervezas de trigo, mijo y arroz, la más habitual es la obtenida a partir de la fermentación de la cebada.

Una vez embebida de agua, la cebada se deja germinar a fin de que el almidón se convierta en azúcar soluble. Una vez conseguido este proceso, se seca y se tuesta más o menos, según se quiera obtener una cerveza pálida, dorada o negra.

Para conseguir ese paladar amargo que caracteriza a la cerveza, se le añade lúpulo o, más exactamente, su flor, un cono de pétalos dorados que contiene resinas y aceites aromáticos.

Para conseguir la mezcla de ambos sabores, se añade el lúpulo durante el proceso de ebullición de la cerveza, en las tinas de cobre, al tiempo que también se adiciona el azúcar. Sin la presencia del lúpulo, la masa en ebullición o Wort podría utilizarse para la destilación de whisky.

Si la cerveza tiene mucho gas carbónico, ya sea natural o añadido, se denomina “Lager”. La “Stout” es oscura y densa, algo dulzona, característica de Irlanda e Inglaterra. La “Bock” es densa y guarda algo de aroma de las levaduras. La cerveza clara es una clase inglesa, suave, endulzada y con intenso sabor a lúpulo.

Desde 1945 la industria cervecera ha logrado un gran desarrollo; entre 1945 y 1965 se duplicó la producción mundial. El aumento de la producción y del consumo ha sido notable en países como Japón, URSS, México y España.

Introducción

El misterio de la elaboración de cerveza

El arte de fabricar de cerveza y vino se ha ido desarrollando a lo largo de 5.000-8.000 años. Debieron producirse varios descubrimientos independientes de que exponiendo al aire los jugos de frutas, o los extractos de cereales, se obtenían bebidas fermentadas.

Explicar cómo sucede la fermentación no fue posible hasta el siglo XIX, lo que no impidió que se fueran introduciendo sucesivas mejoras en las técnicas de elaboración. Existen ilustraciones de la elaboración de cerveza que pertenecen al apogeo de las civilizaciones Egipcia y Babilónica, de unos 4.300 años de antigüedad; durante la civilización griega y más tarde durante la romana, el dominio del vino se convirtió en una cuestión de importancia para el mercado internacional. Esas bebidas alcohólicas resultaban particularmente atractivas para aquellos individuos de vida poco placentera, en cuanto que producían euforia alcohólica. Otras ventajas, inapreciadas en aquellos tiempos, eran la mejora relativa de la dudosa calidad microbiológica del agua, en virtud de su bajo pH y de su contenido alcohólico, y su valor nutritivo; además de su elevado valor calórico y de su riqueza en sustancias nitrogenadas asimilables, si contenían levaduras las bebidas en cuestión proporcionaban vitaminas del complejo B. En la Edad Media la elaboración de cerveza fue considerada un arte o un misterio, cuyos detalles eran celosamente guardados por los maestros cerveceros y sus gremios. Y ciertamente era un misterio, porque se desconocían las razones que justificaban las diversas etapas del proceso de elaboración, la mayor parte de los cuáles, como la fermentación, fueron descubiertas por casualidad. Así, el malteado consistía en la inmersión de la cebada en agua y en permitirle que germinara, pero no se conocía las razones por las que la cebada se ablandaba y se hacia dulce. De un modo similar se desconocían por qué convenía secar la cebada germinada a temperaturas relativamente frías, a lo que se buscaban explicaciones esotéricas.

'Elaboración de Cerveza'

Fig. 1 Bebiendo cerveza en la época de la civilización babilónica (2.400 antes de Cristo). Tomado de 100 Jahre Fakultátfür Brauwesen Weihenstephan 1865-1965, Verlag Hans Cari: Nurenberg.

Tipos de cervezas

La mayor parte de las cervezas producidas hasta la segunda mitad del siglo XIX eran fermentadas por levaduras que al final del proceso ascendían a la superficie y podían «desnatarse» (esto es, levaduras altas). Es muy probable que muchos cerveceros de las primeras épocas de la historia de la elaboración de la cerveza no se percatasen del valor de la nata recogida y la descartaran. La fermentación de las partidas subsiguientes tenía, por ello, que depender de las levaduras que contaminarán las vasijas no suficientemente limpias, el resto del utillaje y las materias primas. Pero las malas condiciones higiénicas también facilitaban la presencia de levaduras y bacterias que producían turbideces y aromas no deseados. Por estas razones, hasta tiempos recientes ha sido muy variable la calidad de distintas partidas y muchos cerveceros obtenían vinagre, en lugar de cerveza, a causa de las infecciones con bacterias acidoacéticas. El lúpulo se introdujo en Gran Bretaña desde Flandes en el siglo XVI, por inmigrantes de este origen. Entre los fabricantes de la cerveza tradicional, sin lúpulo, y los elaboradores de la nueva cerveza se estableció una dura competencia que generó algunos conflictos.

Hoy, el término cerveza es una expresión genérica que abarca tanto lo que en Gran Bretaña se denomina «ale», una bebida a la que se le añade lúpulo, fabricada con levaduras altas, como aquellas otras bebidas de malta a las que se les añade lúpulo y son fermentadas con levaduras bajas. Las levaduras bajas son aquellas que al final de la fermentación se hunden y van al fondo; se emplearon por primera vez en Baviera. Rinden un producto de calidad superior al generado por la mayor parte de lavaduras altas. No es, por tanto sorprenderte que a partir del momento en que los bávaros las difundieron en otras regiones, estas levaduras hayan ido reemplazando progresivamente a las levaduras altas en la mayor parte del mundo. Se utilizan para producir las cervezas llamadas <>, palabra alemana que significa guarda, o permanencia en bodega.

Historia reciente de la elaboración de cerveza

La elaboración de cerveza creció al mismo ritmo que lo hicieron las carreteras, los canales y los ferrocarriles. Este aserto es particularmente cierto en lo que se refiere a las grandes factorías elaboradoras de cerveza, capaces de sostener un mercado nacional (internacional en expansión, huellas del cual son marcas como «India Palé Ale», «Russian Stout», y «Export».

Las fábricas de cerveza que mayor éxito tuvieron fueron aquellas que contaban con un abastecimiento de agua natural adecuado al tipo de cervezas que estaban elaborando. Así, Pilsen dio su nombre a las lagers pálidas europeas como «Pils» o «Pilsner». Hoy, sin embargo, cualquier agua puede modificarse de manera que reproduzca la de Burton-on-Trent o Pilsen. Las grandes industrias cerveceras tienen en esta época otros problemas relacionados con el agua especialmente los de si es o no adecuada para los generadores de vapor y los sistemas de lavado automático y si es o no posible ver tener grandes volúmenes de efluentes de la factoría a los desagües públicos.

El descubrimiento de las máquinas de vapor permitió aumentar mucho el tamaño de los equipos de las fábricas de cerveza que originalmente utilizaban la fuerza humana o la hidráulica para mover sus máquinas. El problema capital de las fábricas era la necesidad de operar a bajas temperaturas en ciertas etapas del malteado y la elaboración de cerveza. Por eso, las campañas de malteado y elaboración de cerveza se limitaban en los países de clima templado al otoño, el invierno y la primavera y tanto las malterías como las industrias cerveceras eran impropias de los climas tropicales. Al comienzo del siglo XX se dispuso de equipos de refrigeración basa dos en la compresión de amoníaco, lo que permitió que el malteado y la elaboración de cerveza pudieran llevarse a cabo durante todo el año, tanto en los países y regiones de clima templado como en los tropicales.

Proceso de elaboración de de cerveza–>[Author:BC]

El proceso de Elaboración de Cerveza consta de tres etapas claramente definidas, que son Cocimiento, Fermentación y Reposo las cuales dependen exclusivamente del tipo de cerveza que se piensa elaborar, debido a que según la clase de cerveza varia la cantidad y tipo de Materia Prima. Esta es una de las causas principales por las cuales existen tantas variedades de cerveza. Siendo las otras el

  • Tipo y naturaleza de Agua cervecera
  • Tipo y naturaleza de levadura cervecera
  • Tiempos y Temperaturas en Cocimiento
  • Tiempos y Temperaturas en Fermentación

Procesos de Elaboración

COCIMIENTO:

Tiene por objeto extraer todos los principios útiles de la malta (extracto fermentesible), lúpulo (Amargos y aceites esenciales) y sucedáneos o materias auxiliares para preparar el mosto cervecero.

Comparte 5 fases que son :

1. Molienda:

La molienda consiste en destruir el grano, respetando la cáscara o envoltura y provocando la pulverización de la harina. la malta escomprimida entre dos cilindros pero evitando destruir la cáscara lomenos posible pues ésta servirá de lecho filtrante en la operación de filtración del mosto; a su vez el interior del grano en una harina lo más fina posible. Estas dos condiciones, cáscara entera y harina fina no podrán respetarse si el grano no está seco (excepción molienda húmeda) y muy bien desagregado una tercera exigenciaes un buen calibrado de la malta. La molienda debe ser también regulada según el cocimiento; si se utiliza un alto porcentaje de granos crudos o adjuntos es necesario moler groseramente. Sí para la filtración del mosto se utiliza un filtro prensa en lugar de una cuba-filtro o de falso fondo se puede moler mas fino pues en el filtro prensa el espesor de la capa filtrante de orujo o afrecho es mucho mas delgada.

Porcentaje Molienda

aila-Lauter Filtro-Prensa

Cascara 20 a 25 12 a 15

Harina Gruesa 45 a 55 40 a 45

Harina Fina 20 a 30 40 a 45

2. Proceso en Pailas

Fase del proceso donde se extraen de la malta y eventualmente de los granos crudos la mayor cantidad de extracto y de la mejor calidad posible en función al tipo de cerveza que se busca fabricar. La extracción se logra principalmente por hidrólisis enzimatica, solamente un 10% de la extracción es debida a una simple disolución química. Las amilasas desdoblan el almidón en dextrinas y maltosa principalmente las enzimas proteolíticas desdoblan las proteínas complejas en materias nitrogenadas solubles, la fitasa desdobla la fitina en inositol y fosfato,etc. Estas transformaciones enzimaticas han sido ya empezadas durante el malteado a un ritmo mucho menos intenso de el que sucederá en el cocimiento; donde debido a la acción de las diferentes temperaturas y la gran cantidad de agua las reacciones suceden muchas veces en forma explosiva. Cuantitativamente el desdoblamiento del almidón en azucares y dextrinas es el mas importante.La fórmula bruta del almidón es: (C6H10O5)n. Las principales reacciones que ocurren durante el cocimiento por acción de las amilasas son formación de dextrinas. (C6H10O5)n —————-> n(C6H10O5)n/x formación de maltosa : (C6H10O5)n + n/2 H2O —–> n/2(C12H22O11) Y en menor proporción formación de glucosa (C6H10O5)n + n H2O ——–> n(C6H12O6) El almidón contiene dos polisacáridos diferentes : amilosa y amilopéctina; la amilosa esta constituida por cadenas rectilineas de glucosa con uniones a 1-4; la amilopéctina esta constituida por cadenas ramificadas de uniones de glucosa en uniones a 1-4 y a 1-6 existiendo también uniones del tipo a 1-3. Para desdoblar el almidón se necesitan varias amilasas siendo las principales las ð y ð amilasas.

3. Filtración de Mosto

Habiendo ya disuelto las materias solubles por el cocimiento es necesario separar el mosto de la parte insoluble llamada orujo o afrecho. La operación se realiza en dos fases primero el flujo del mosto y luego la operación de lavado del extracto que contiene el orujo. El mosto y el agua de lavado deben ser claros pues si se aporta durante la operación demasiadas sustancias mal disueltas, la clarificación de la cerveza será demasiado difícil. La calidad de la cerveza pude ser también alterada por un lavado de orujo con agua alcalina pues los polifenoles y sustancias amargas de la cáscara de la malta se disuelven muy fácilmente en agua alcalina aún más si se tiene en cuenta que el lavado se hace en agua a una temperatura máxima de 75 ºc; a propósito de la temperatura es muy importante no excederse de 75 ºc pues se corre el riesgo de disolver almidón presente aún en el orujo, lo que acarearía problemas de turbiedad y fermentación posteriores. Existen dos tipos de aparatos donde se realizan la filtración y posteriormente el lavado del orujo : Cuba filtro y Filtro prensa.

Cuba Filtro La variación de concentración del orujo no implica directamente en el volumen de la cuba, pudiendo ser el espesor de 25 a 50 cm. Como desventaja la proporción de adjunto es de 25 %. Otra ventaja es la menor mano de obra, pero el tiempo de filtración es mayor.

Filtro Prensa Se puede filtrar un mosto más denso, con una filtración más rápida y una proporción de adjuntos mayor del 75 %. Como desventajas el mosto es menos brillante, hay mayor cantidad de ácidos grasos insaturados, y el trabajo es más exigente.

4. Ebullición de Mosto

La finalidad de la ebullición es Estabilizar enzimática y microbiológicamente el mosto, buscar la coagulación de las proteínas. La destrucción de las enzimas es realizada para evitar que sigan desdoblando a lo largo de la fermentación, las amilasas podrían seguir desdoblando las dextrinas y éstas se transformarían enteramente en alcohol. La esterilización del mosto es obtenida por simple ebullición, pues su reacción es ligeramente ácida. La coagulación de las materias proteínicas debe hacerse lo mejor posible, pues si subsisten en el mosto ocasionarían problemas en la fermentación y provocando fácilmente turbiedad en la cerveza embotellada. La esterilización y la destrucción de las enzimas es fácil de realizar, un cuarto de hora de ebullición es generalmente suficiente. La coagulación de proteínas es mucho más difícil, se realiza por etapas, la primera es la desnaturalización que consiste en la ruptura de puentes de hidrógeno en la molécula de proteína, pasando del estado hidratado al deshidratado, manteniéndose en suspensión únicamente por su carga eléctrica; luego de la desnaturalización se produce la coagulación propiamente dicha por agrupación de micelios deshidratados; es aquí donde el PH juega un papel importantísimo pues la coagulación será eficiente si se realiza en el punto isoeléctrico; como existen muchas proteínas en el mosto se ha optado por el PH 5.3 como él mas conveniente. La violencia de la ebullición influye también en la coagulación más no en la desnaturalización. Durante la ebullición. La coloración también aumenta sobre todo por la formación de melanoidinas, también por oxidación de taninos, estas dos reacciones son favorecidas por el PH elevado. Por último a lo largo de la ebullición se forman productos reductores que contribuyen a la calidad y estabilidad de cerveza.

El Lupulado del mosto se realiza tradicionalmente durante esta operación, es decir en la paila de ebullición. El amargor es obtenido por isomerización de los ácidos y del lúpulo; esta isomerización es incompleta debido principalmente al PH del mosto, el PH óptimo de isomerización es 9. Como se ha visto existen muchas lupulonas y humulonas en el lúpulo; cada uno de estos compuestos donará su isómero respectivo; el conjunto es conocido como isohumulonas pues son esencialmente quienes donan el amargor deseado.

5. Enfriamiento de Mosto

El mosto obtenido por sacarificación de la malta o de los adjuntos y por proteólisis de las proteínas de la malta, ebullido durante hora y media con el lúpulo para otorgarle el amargo, a lo largo de esta ebullición la esterilización completa es obtenida gracias en particular a un PH vecino a 5.3. Los precipitados proteícos son eliminados por sedimentación, filtración o centrifugación; el mosto es enseguida enfriado a la temperatura de inoculación de la levadura, esta temperatura depende del tipo de levadura empleada y del tipo de cerveza a fabricar entre 6 a 20 ºC . Durante el enfriamiento un nuevo precipitado de polifenoles-proteínas se forma, por un lado por enlaces de hidrógeno y también por la falta de solubilidad de las prolaminas. La presencia de este nuevo precipitado juega un rol esencial sobre la formación de H2S por la levadura.

El mosto enfriado, en principio estéril, debe ser airada antes del inicio de la fermentación, de no ser airada la tasa de mortalidad levuriana aumentaría a tal punto que la levadura no podría ser reutilizada; la oxigenación del mosto antes del inicio de la fermentación permite a la levadura sintetizar ácidos grasos insaturados (oleícos, linoleícos, y linolénicos), en ausencia de estos ácidos grasos la pared celular esta sujeta a alteraciones lo cual lo hace más permeable a los ésteres correspondientes a los alcoholes superiores que ella misma forma.

La composición del mosto es muy variable en función al tipo de cerveza fabricada, su densidad puede variar entre 2 a 20 ºP (grados Plato) es decir que puede contener de 2 a 20 gr de soluto por 100 grs de líquido; a su vez puede ser rico o no en aminoácidos y péptidos en función de la importancia de la proteólisis y de la proporción de adjuntos utilizados. La relación maltosa/dextrinas es igualmente variable de acuerdo al método de cocimiento escogido. De manera general se puede decir que el mosto es un medio incompleto, normalmente carente de aminoácidos y ácidos grasos insaturados pues es imposible obtener un crecimiento rápido y completo de levadura; cosa que no sucede si se tratara de un medio sintético a base de extractos de levadura.

FERMENTACION:

La fermentación juega un rol esencial en la calidad de la cerveza, en particular gracias a los productos secundarios como los alcoholes superiores y ésteres; es también la etapa de la fabricación más difícil de controlar. La levadura que es reutilizada de una fermentación a otra no tiene un metabolismo estable; ella degenera. Esta degradación es debida a una infección por presencia de otros microorganismos, ni habitualmente tampoco debido a una mutación; debido a modificaciones progresivas de la membrana celular y de la actividad enzimática de la levadura. Las fermentaciones son modificaciones del metabolismo celular, es decir el conjunto de modificaciones bioquímicas y físicas. Este metabolismo comprende el catabolismo y anabolismo. Se ha preparado un líquido complejo y se ha purificado cuidadosamente hasta el momento de agregar la levadura cervecera para producir su fermentación. Al final de esta cuando los azucares han sido transformados hasta alcohol y gas carbónico se tendrá la cerveza. Después de la fermentación la cerveza es separada de la levadura,la cual puede ser utilizada para fermentar mas mosto, posteriormente. La cerveza se deja un determinado tiempo en reposo durante el cual se fijan ciertas cualidades y se clarifica naturalmente; después es filtrada. El principal producto obtenido durante la fermentación es el alcohol etílico pero se conoce dos tipos de fermentaciones en cervecería la fermentación de superficie y la fermentación de fondo

Fermentación de superficie.- Se usa levadura que va a la superficie del líquido después de filtrar la fermentación. Con este sistema se hacen cervezas tipo Ale, Porter, Lambic.

Fermentación de fondo.- Se emplea un tipo de levadura que se sedimenta al fondo de la tina después de haber efectuado la fermentación del mosto con ella se hacen cervezas tipo Lager. En las cervecerías nacionales se emplea este tipo de fermentación.

Descripción del proceso:

Se agrega al mosto frío, levadura en una cantidad calculada, para que quede en el mosto de 8 a 10 millones de células por cc. Para la fermentación de mosto concentrado, se usa un millón de células por cc por cada grado plato del mosto. La cantidad de levadura previamente determinada se diluye en el mosto y luego se inyecta a la línea de mosto frío durante el enfriamiento. La cantidad total de levadura que se inyecta se calcula teniendo el cuenta el volumen de mosto que va contener la tina de fermentación. La temperatura inicial de fermentación puede variar entre 6 a 10 ºC . Una vez que se inicia la fermentación se aprecian como cambios notorios, el descenso del extracto, la producción de gas carbónico y el desprendimiento de calor; durante la fermentación se controla el descenso de la densidad regulando la temperatura con atemperadores (serpentines o chaquetas), por los cuales circula agua fría o salmuera o agua glicolada a temperaturas que oscilan entre 1 a 2ºC para el caso del agua y de -5 a -10ºC. para el caso de la salmuera o el agua glicolada. Para recolectar el gas carbónico que se desprende de la fermentación, comúnmente el tanque está conectado por la parte superior con dos tuberías; una que va a la intemperie y la otra que va a la planta de purificación de gas carbónico. En la planta de gas carbónico, éste es purificado y licuado con el fin de inyectarlo posteriormente a la cerveza. Cuando se alcanza el extracto límite o sea hasta donde se le va a dejar fermentar se abre el frío para conseguir enfriar la cerveza y para que la levadura se alimente. Se consigue enfriar la cerveza hasta 5ºC. y se suspende el envió de gas carbónico a la planta, luego se bombea la cerveza a los tanques de maduración y se recupera la levadura. A la cantidad de levadura obtenida en cada fermentación se le denomina cosecha de levadura , lo normal es obtener 4 veces la cantidad de levadura agregada.

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