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Proceso de Elaboración de Cerveza II

Noviembre del 2010 Academia de Manufactura 2

Contenido

• Molienda

• Maceración

• Filtración de mosto

• Ebullición

• Sedimentación

• Enfriamiento del mosto

• Fermentación

• Maduración

• Filtración

• Materias primas

– Agua

– Malta

– Lúpulo

– Adjuntos


Introducción

• La palabra “beer” (Cerveza) proviene del infinito latino “bibere”

que quiere decir beber.

• Los artefactos extraídos de las ruinas de las ciudades antiguas

prueban que fabricar cerveza era ya una costumbre establecida

hace más de 5,000 años.

• Un dibujo que aparece en una cerámica hallada en excavaciones

en Mesopotamia muestra a dos obreros cerveceros que usan dos

palos largos para remover el contenido de una tina en una

cervecería.


Materias Primas Para Elaborar Cerveza

Materias Primas


Agua

Proporción de uso en una cervecería

• Elaboración de cerveza: • Cocinas• Filtración• Envase• Limpieza (CIP)• Servicios• Usos domésticos


Agua


Dureza del Agua


• La alcalinidad de una agua, es una medida de cantidades titulables

de bicarbonatos, carbonatos e hidróxidos y normalmente se expresa

en términos de cantidades equivalentes de carbonato de calcio. La

determinación se hace por medio de una titulación ácido-base y no

diferencia entre iones de oxidrilo, de carbonatos y de bicarbonatos.

Los bicarbonatos son los principales iones en la mayoría de las

aguas naturales de la tierra y en la mayor parte del agua que se usa

para suministros públicos. La fuerza de la alcalinidad (o acidez)

representa una guía hacia corrosividad de un agua determinada.

Alcalinidad en el Agua


• La escala de pH indica si una solución es alcalina, neutra o ácida. La escala varía de 0 a 14. Siete es el punto medio y se dice que es neutra una solución con un pH de 7. Los valores de pH se definen como el logaritmo del número recíproco de la concentración del ión hidrógeno:

pH = log 1

( H+)

• El agua contiene iones de hidrógeno (H+) , y iones de oxidrilo (OH-) . La acidez o alcalinidad de una solución dependerá si hay más iones (H+) o más (OH-) .

• Incrementa acidez Punto neutro Incrementa alcalinidad

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

El Significado del pH dentro de la Química del Agua


Las Enzimas


Malta


La Cebada

• Tipos de cebada

De seis hileras:

<extracto, > contenido de enzimas y proteínas. Ejemplo: Plaisant, Bonanza.

DOS HILERAS SEIS HILERAS

De dos hileras:

>extracto, < contenido de enzimas y proteínas. Ejemplo: Barke, Alexis, Stirling, Alliot, Prestige, Gairdner.


Grano de la Cebada


Etapas del Proceso de Malteo


Adjuntos

Clasificación:

Almidones

Azúcares

Otros adjuntos cerveceros


Lúpulo

Lúpulos en flor.

Extracto de lúpulo.

Pellets de lúpulo.

Lúpulos isomerizados.


Lúpulo

Flores Masculinas Flores Femeninas (Conos)


Lúpulo

• Su tamaño cambia de acuerdo con la variedad y se encuentra entre 2.5 y 3 cm de largo.

Pedúnculo

Bractéola

Bráctea

Glándula de lupulina

Glándula de lupulina Contiene resinas y aceites

esenciales


Diagrama de Bloques para el Proceso de Elaboración de Cerveza


Molienda de la Malta


Proceso de Elaboración de Mosto


Maceración


Filtración de Mosto


Ebullición de Mosto


Sedimentación del TRUB


• Es disminuir la temperatura del mosto para iniciar la fermentación.

• El mosto se enfría entre 8 - 10 °C, no es conveniente enfriarlo

demasiado porque temperaturas más bajas inhiben el trabajo de

levadura. La levadura se inactiva por encima de 40°C.

• Al enfriar el mosto se aumenta la posibilidad de contaminación

bacteriana, la temperatura óptima para el crecimiento de las bacterias

es de 20-40°C. Por eso el enfriamiento debe efectuarse bajo

condiciones rigurosas de esterilidad, tanto en todo el sistema como de

los elementos que entran en contacto con el mosto.

Enfriamiento de Mosto


• Aireación del mosto.- Al iniciar la fermentación, la levadura necesita oxígeno para respirar,

crecer en número (multiplicarse). El aire debe ser estéril.

• La levadura necesita oxígeno para la síntesis de esteroles y ácidos grasos no saturados; el

mosto contiene ácidos grasos no saturados pero es deficiente en esteroles y si no hay

esteroles la levadura no puede reproducirse.

• En ausencia de oxígeno la levadura sobrevive por algún periodo, es capaz de efectuar

fermentación de alguna cantidad de azúcares simples, pero no obtendrá propagación.

• El oxígeno representa para el metabolismo de la levadura un papel análogo de lo que

representan las vitaminas en el cuerpo humano.

• Los requerimientos de oxígeno de la levadura depende de la cepa que se use.

Fermentación


Levadura

• Se da el nombre de levadura a un grupo de microorganismos unicelulares

(hongos). Su función en la naturaleza es de transformar los azúcares en

alcohol y gas carbónico (fermentación).

• Naturalmente las levaduras se encuentran en sitios húmedos, en la superficie

de frutas o verduras, o en la superficie de un líquido azucarado. Entre las

muchas familias de levaduras, algunas se han especializado en cierto tipo de

alimentos.

• Desde hace muchos años se seleccionaron levaduras que daban

características favorables a la cerveza, desarrollándose entonces verdaderos

cultivos de levadura.


Levadura de Cerveza

REPRODUCCION• REPRODUCCION ASEXUAL

Tiene lugar cuando el medio es rico en nutrientes y se realiza de diferentes formas

• GEMACION


Célula de la Levadura


¿ Qué es la Fermentación ?

• En la industria se conoce el término

Fermentación como la descomposición de

sustancias orgánicas, por la acción de

microorganismos, con desprendimiento de

gases y generación de calor.

• Las levaduras, mohos y bacterias son los microorganismos que

causan fermentación. Dependiendo del microorganismo y el sustrato

(alimento), se obtienen productos de fermentación diferentes.

• Muchos de los productos que consumimos

normalmente incluyen procesos de fermentación en su

producción: cervezas, vinos, ácido cítrico, vinagre,

yogurt, pan, quesos, etc....


En la industria Cervecera la fermentación se define como:

• Metabolismo anaerobio mediante el cual los azúcares

fermentables del mosto son transformados a etanol y gas

carbónico (CO2), por acción de las enzimas de la levadura

cervecera, con la formación de subproductos y liberación de

energía (reacción exotérmica). Según sus proporciones se

define el sabor y aroma de la cerveza.

• Metabolismo anaerobio mediante el cual los azúcares

fermentables del mosto son transformados a etanol y gas

carbónico (CO2), por acción de las enzimas de la levadura

cervecera, con la formación de subproductos y liberación de

energía (reacción exotérmica). Según sus proporciones se

define el sabor y aroma de la cerveza.


Hay Dos Clases de Fermentación en Cervecería

• De superficie:

−Se utiliza la levadura “Saccharomyces cerevisiae”, la cual tiene como característica que al final de la fermentación se va a la superficie del tanque (cervezas tipo ALE).

−La temperatura de fermentación es de 15 – 25 °C.

• De fondo:

−Se usa la levadura tipo “Saccharomyce uvarum o calbergenis”, la cual se va al fondo del tanque cuando termina la fermentación (cervezas tipo LAGER). Todas las cervezas producidas por el GEB son LAGER.

−La temperatura de fermentación es de 10 – 14 °C.


Definiciones en Fermentación

• Extracto (mosto): Es la fracción de sustancias sólidas disueltas en el mosto

(azúcares, proteínas, minerales etc..), la mayoría de estos componentes son

azúcares.

• Grados Plato: Es la unidad de medida de concentración en peso del

extracto de un mosto. Se simboliza por °P.

°P = kg Extracto 100 kg mosto o cerveza

• Extracto en volumen (mosto): Es una medida de la concentración de

sustancias sólidas disueltas en el mosto pero por unidad de volumen.

Extracto en volumen = kg Extracto = °P x densidad hl mosto



• Extracto (cerveza): Igual que para el mosto, corresponde a la fracción de

sustancias disueltas en la cerveza (principalmente azúcares que no se

fermentaron, además de subproductos de la fermentación y otros

compuestos provenientes del mosto).

• Sin embargo, la medida de este parámetro en cervezas está afectado por el

hecho que ya no se tiene una solución de agua (como en el mosto), sino una

mezcla de agua + alcohol, la cual tiene una menor densidad que el agua.

• El extracto medido tal cual en la cerveza (es decir con la influencia del

alcohol) se conoce como: Extracto Aparente.

• El extracto aparente puede corregirse, eliminando el efecto del alcohol y

obtener el Extracto Real.

• Como en la práctica es imposible quitarle el alcohol a una muestra de

cerveza, para reemplazarla por agua, lo que miden los equipos de laboratorio

es el Extracto Aparente y por medio de correlaciones matemáticas se calcula

el Extracto Real.



• Extracto Original (cerveza): Es el extracto al inicio de la fermentación

(día 0). Por lo tanto es un indicativo de la cantidad de materias primas

utilizadas para la elaboración.

• A mayor E.O. mayor cantidad de materias primas se utilizaron y la

cerveza tendrá mayor cuerpo.

• Extracto límite: es el mínimo extracto al cual se puede llegar durante

una fermentación. Está constituido por azúcares NO fermentables. Es

un valor de laboratorio resultante de una prueba forzada, en la que se

toma una muestra de mosto y se hace fermentar con exceso de

levadura y agitación durante unas 24 horas y se mide el extracto

residual. Sirve de guía al cervecero para saber hasta que punto se

espera que fermente un tanque de cerveza.



• Extracto residual o final: Es el último extracto obtenido en la fermentación (o

sea el extracto del último día). Teóricamente debe ser igual al extracto límite

medido en el laboratorio, pero en la práctica muchas veces este valor no se

alcanza debido a diferentes causas.

• Extracto fermentable residual: Es la diferencia entre el extracto final de la

fermentación y el extracto límite.

• Grado de atenuación o fermentación (%): Conocido también como

Fermentabilidad, corresponde al porcentaje de extracto que puede ser o fue

fermentado.

Fermentabilidad (%) = Extracto Original – Extracto Final x 100 Extracto Original

• Extracto fermentable residual: Es la diferencia entre el extracto final de la

fermentación y el extracto límite.

• Grado de atenuación o fermentación (%): Conocido también como

Fermentabilidad, corresponde al porcentaje de extracto que puede ser o fue

fermentado.

• El grado de fermentabilidad puede ser “Aparente” si se utiliza el extracto

final aparente para el cálculo o “Real” si se utiliza el extracto real.


Etapas de Fermentación


• Durante las primeras horas de la fermentación y ante la presencia

de oxígeno en el mosto, la levadura inicia una etapa aeróbica

donde se reproduce, generando calor y biomasa.

• Esta etapa finaliza una vez la levadura ha consumido todo el

oxígeno presente.

C6H12O6 + O2 6CO2 + 6H2O + Biomasa + 674 kcal/mol

Glucosa Gas Carbónico + Agua

1. Etapa Aeróbica


• La levadura pasa entonces a una etapa anaeróbica donde se

realiza la fermentación propiamente dicha (alcohólica).

• Aproximadamente el 1% de la fermentación cervecera es

aeróbica y el 99% anaeróbica.

C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + 27 kcal/mol

Glucosa Etanol + Gas Carbónico

1 x 180 2 x 46 + 2 x 44

(1) (0.511) + (0.489)

2. Etapa Anaeróbica


• De las 27 kcal generadas, aproximadamente 3 las utiliza la levadura

para su metabolismo, el resto (24 kcal) se desprenden como calor,

por lo que es necesario contar con un sistema de enfriamiento para

controlar la temperatura de fermentación.

• De las dos etapas de fermentación se obtiene un desprendimiento

total de calor ponderado de 169.1 kcal/kg glucosa.

2.0665 kg Exto Fermentado 1 kg Alcohol + 0.956 kg CO2 + 0.11 kg Biomasa

Calor desprendido = 155 kcal/kg Exto fermentado

• En la práctica se aplica la Ecuación de Balling, la cual es experimental:



I. Inicio: Primeras 12 – 24 horas. Se empieza a formar una capa de espuma color crema o blanca.

• Durante la fermentación se pueden observar varias fases donde se

presentan algunos cambios físicos visibles:

II. Krausen bajo: La espuma comienza a elevarse y se forman como unas motas. Se produce mucho gas y la espuma es amarga.



IV. Final: La espuma empieza a bajar y queda una “nata” sobre la superficie de la cerveza, que queda adherida a las paredes del tanque. La levadura deja de fermentar y se sedimenta.

III. Krausen alto: La espuma sigue subiendo, la fermentación está en su máximo punto y es de color “marrón”. Es muy amarga. Se observa el burbujeo de gas liberado.



• Una vez la levadura ha consumido los azúcares fermentables, la

fermentación termina y la levadura comienza a sedimentarse.

• La temperatura de la cerveza se disminuye a 3 – 5 °C en 48 horas,

con el fin de incrementar la sedimentación de la levadura y clarificar

la cerveza.

• No se puede enfriar más rápido, con el fin de disminuir el efecto

sobre la levadura por estrés térmico y además de darle el tiempo

suficiente para que sedimente adecuadamente.

• La levadura sedimentada se separa por el fondo del tanque y la

cerveza se pasa a maduración (en otro o el mismo tanque).

3. Etapa de Enfriamiento


Factores que Influyen

en la Fermentación


• La temperatura oscila entre 10 – 12 – 15.5 °C.

• Altas temperaturas aceleran la velocidad de fermentación pero a

su vez generan una mayor cantidad de subproductos que afectan

el perfil sensorial de la cerveza.

• A valores de 8 – 10 °C, la velocidad de fermentación disminuye

considerablemente y es necesario un mayor tiempo de

fermentación.

• A valores menores de 7 °C, el proceso de fermentación es muy

lento (frenado).

• Entre mayor control se tenga de esta variable más uniformes son

las cervezas producidas.

1. Temperatura


• Tiene un efecto contrario a la temperatura.

• A mayor presión el crecimiento de la levadura y la velocidad de

fermentación disminuyen.

• Esto es debido a que aumenta la concentración del CO2 disuelto

en el líquido, lo cual afecta la multiplicación de la levadura y su

metabolismo (estrés).

2. Presión


• El mosto está constituido por una gran cantidad de sustancias que

pueden afectar negativa o positivamente del desempeño de la

levadura durante la fermentación:

CARBOHIDRATOS:

• AZÚCARES:

→ Maltosa

→ Glucosa

→ Maltotriosa

→ Dextrinas

→ Fructosa (poca cantidad – malta)

→ Sacarosa (poca cantidad – malta)

→ Otros menores (poca cantidad – malta)

• BETAGLUCANOS Y PENTOSANOS (de la malta)

Derivados del almidón de la malta y adjuntos

COMPUESTOS NITROGENADOS:

• AMINOÁCIDOS (FAN)

• PÉPTIDOS

• PROTEÍNAS

De la malta

OTROS COMPUESTOS:

• POLIFENOLES (de la malta y lúpulo)

• LÍPIDOS (GRASAS Y ÁCIDOS GRASOS) (de la malta, adjuntos y lúpulo)

• VITAMINAS (principalmente de la malta)

• MINERALES (de la malta y el agua)

• OTROS (de la malta, agua y producidos por reacciones en la elaboración del mosto).

3. Concentración y Composición del Mosto


• La composición (tipo) de azúcares presentes en el mosto es

clave en la fermentación.

• A mayor proporción de maltosa la levadura fermenta mejor.

• La glucosa y sacarosa (azúcar común) son rápidamente

asimiladas por la levadura, pero la presencia de altas cantidades

de éstos pueden inhibir la levadura en ciertos niveles.

• Igualmente la presencia de proporciones altas de azúcares

grandes (maltotetrosa y de más de 5 glucosas) frena la

fermentación, pues estos azúcares no son fermentables.

3.1. Carbohidratos


• Son fundamentales para el metabolismo de la levadura.

• A mayor cantidad se favorece la fermentación. Sin embargo cuando

la concentración es muy alta, la levadura se “indigesta” y termina

frenando la fermentación. Adicionalmente se incrementa la

producción de algunos subproductos.

• Un bajo contenido de FAN disminuye la velocidad de fermentación

por falta de nutrientes para la levadura y se produce “autólisis”

produciendo sabores desagradables.

• La cantidad de FAN adecuada varía dependiendo del tipo de

cerveza, la cepa de levadura y concentración del mosto.

Normalmente es de 150 – 200 ppm.

3.2. Amino ácidos (FAN)


• Son compuestos relacionados con las grasas.

• Las grasas son indeseables en la cerveza (afectan el sabor y la

espuma) pero algunos lípidos (p.e. Esterol) son necesarios para el

metabolismo celular.

• El contenido de esterol y ácidos grasos es relativamente bajo en

el mosto, pero son sintetizados por la levadura en la etapa

aeróbica.

• Los lípidos favorecen el metabolismo de los aminoácidos por

parte de la levadura. Un bajo contenido de estos lípidos puede

llegar a inhibir la fermentación.

3.3. Lípidos


• La presencia de minerales en ciertas concentraciones en el mosto

afecta negativa o positivamente la fermentación. Estos

compuestos pueden provenir de las materias primas

(principalmente la malta y el agua), del contacto con equipos y

tuberías o pueden ser adicionados (exógenos).

Zinc (Zn)Favorece la síntesis de proteínas y la propagación de la levadura. Concentración óptima 0.15 – 0.20 ppm. A altas concentraciones (> 1 ppm) envenena la levadura.

Calcio (Ca)Retarda el envejecimiento celular y promueve la formación de Lectina (proteína que ayuda a la floculación de la levadura). Elevada cantidad puede inhibir los efectos benéficos del magnesio.

Potasio (K) Regulador Enzimático del ATP. Favorece el transporte activo de compuestos a través de la pared celular de la levadura.

3.4. Minerales


Magnesio (Mg)

Regulador de las reacciones que involucran fosfatos. Co-factor de enzimas involucradas en el metabolismo de la levadura.

Sodio (Na) Junto con el K participa en el transporte activo de compuestos a través de la membrana celular.

Cobre (Cu) Es tóxico para la levadura (>0.1 ppm). Inhibe la acción enzimática.

Hierro (Fe) Regula el sistema de respiración celular, incrementa la reproducción de la levadura. Llega a afectar la levadura a altas concentraciones (>0.3 ppm).

Manganeso (Mn)

Favorece la reproducción y crecimiento celular. Co–factor enzimático.

Fosfatos (PO4)

Nutrientes esenciales para la levadura.

3.4. Minerales


• El contenido de oxígeno disuelto (el cual es agregado durante la

etapa de enfriamiento) permite que la levadura entre a la etapa

aeróbica de la fermentación y se reproduzca.

• El oxígeno favorece el crecimiento de la levadura y la síntesis de

ciertos compuestos necesarios (como el esterol y los ácidos

grasos).

• Un alto contenido de oxígeno favorecerá, entonces, tener una

mayor cantidad de levadura lo que permite una fermentación más

vigorosa. Sin embargo el exceso de oxígeno incrementa la

formación de subproductos por oxidación y aumenta la “merma

metabólica”.

• Una concentración recomendada es de 8 – 10 ppm.

3.5. Oxigeno


• A mayor cantidad de levadura la fermentación es más vigorosa,

pero aumenta la merma metabólica por tener mayor cantidad de

levadura producida.

• La cantidad de levadura se mide en millones de células por

mililitro. Un valor adecuado es de 1 a 1.2 millones de células

“vivas” por mililitro / °P.

4. Cantidad y Calidad de la Levadura


• La agitación incrementa la velocidad de la fermentación al

permitir un mayor desprendimiento del gas carbónico y mantener

la levadura en suspensión.

• La agitación ocurre naturalmente por el burbujeo producido en el

desprendimiento de gas carbónico y por convección debido a

diferencias de temperatura en la cerveza.

5. Agitación


• Como su nombre lo indica, los inhibidores son aquellos

compuestos que al estar presentes impiden o frenan la

fermentación. Algunos son:

• Provenientes del “trub” o sedimentos formados en cocción.

• Estos materiales recubren la superficie de las células de levadura e impiden su normal funcionamiento.

6. Inhibidores

6.1. Sedimentos:


• Los mismos productos de la fermentación, como el alcohol y el

gas carbónico, son tóxicos para la levadura y la afectan.

• Nuestras cepas de levadura trabajan difícilmente cuando la

concentración de alcohol es del orden de 7 – 8% v/v.

• Existen cepas especializadas que soportan mayores

concentraciones (hasta 30% es el máximo actual). Estas

levaduras son utilizadas para producir bebidas de mayor grado

alcohólico y alcohol industrial.

6.2. Productos Provenientes del Metabolismo de la Levadura


TE

MP

ER

AT

UR

A

PR

ES

IÓN

AIR

EA

CIÓ

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CA

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DE

L M

OS

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AG

ITA

CIÓ

N

MULTIPLICACIÓN DE LA LEVADURA + - + - - +

INTENSIDAD DE LA FERMENTACIÓN + - + + - +

PÉRDIDA DE SUSTANCIAS AMARGAS + - + + - +

RETENCIÓN DE ESPUMA - + - - - -

CAIDA DEL pH + - - - - +

PRECIPITACIÓN DE PROTEÍNAS + - - - - +

A MAYOR

Efecto de las Variables en la Fermentación


Principales Cambios Durante la

Fermentación


Nitrógeno (aminoácidos)

Azúcares fermentables

Oxígeno

Vitaminas y MineralesNueva célula

Célula de Levadura

Energía

Calor

Alcohol, CO2

Subproductos

Más levadura

MOSTO

Esquema de la Bioquímica de la fermentación


• Disminución del pH

• Formación de subproductos

• Asimilación de Carbohidratos

• Asimilación de compuestos proteínicos

• Autólisis de la levadura

• Pérdida de sustancias amargas del lúpulo


• La asimilación de los azúcares por parte de la levadura, sigue un estricto orden, de acuerdo con la facilidad que tiene la levadura para asimilarlos:

1. Glucosa y fructosa:

• Estos azúcares son “difundidos” (entran) fácilmente al interior de la célula de levadura a través de su pared celular. Esto es facilitado por acción de una enzima conocida como “permeasa” producida por la misma levadura.

2. Sacarosa:

• La sacarosa es inicialmente “desdoblada” a glucosa y fructosa por una enzima conocida como “invertasa”, la cual es también producida por la levadura. Luego cada uno de estos monosacáridos siguen la ruta ya mencionada.

Asimilación de Carbohidratos


3. Maltosa:

• La maltosa es también “difundida” al interior de la célula, por acción de la “permeasa” y una vez dentro es “partida” a dos glucosas por la acción de una enzima llamada “α–glucosidasa” y que permanece dentro de la célula de levadura.

4. Maltotriosa:

• Sigue la misma ruta metabólica que la maltosa, pero de una manera más lenta.

5. Otros Carbohidratos:

• Los azúcares mayores a 3 unidades de glucosa (Dextrinas) y otros carbohidratos como los β – glucanos, NO son asimilados por nuestra levadura.

Asimilación de Carbohidratos


Asimilación de los Carbohidratos por la Levadura

Sacarosa

Otros Carbohidratos

Maltosa

- glucosidasaMaltotriosa

permeasa

Maltotriosa

Glucosa Glucosa Fructosa

Célula de Levadura

permeasa

Glucosa

Invertasa

permeasaMaltosa

permeasa

FructosaXNO

MOSTO

ASIMILACIÓN DE LOS CARBOHIDRATOS POR LA LEVADURA


• La glucosa es asimilada o metabolizada por la levadura por medio

de una ruta Bioquímica que consiste en 10 etapas, en la cual la

glucosa es convertida a piruvato (ácido pirúvico) y luego a etanol

(alcohol etílico) y gas carbónico (CO2). Esta ruta se conoce como

GLICÓLISIS.

• Adicional a esta ruta principal, durante la fermentación ocurren

innumerables reacciones químicas secundarias que son

fundamentales para la caracterización de la cerveza.

Metabolización de la Glucosa por la Levadura


Aminoáci-dos

Aminoácidos(Mosto)Decarboxilación

GLUCOSA (C6)

PIRUVATO (C3)CH3C0C00H

Ruta Glicolítica

G + 2ADP + 2P + 2NDA+ = 2 ATP + 2 NADH + 2H+ + 2 PIRUVATO

ACETALDEHIDO (C2)CH3CHO

Ruta Química

CO2

AlcoholDehidrogenasa ETANOL

RUTA FERMENTACIÓN

RUTA RESPIRACIÓN

Ciclo Kreb’s ó TCA

O2

ACETYL-CoA

Ethyl Acetato Aldehidos

Acidos di y triCarboxilicos

Pool Oxo-ácidos

Alcoholes

Transaminación

ValinaIsoleucina

-acetolactato-aceto--hydroxibutirato

Diacetilo2,3 Pentanodiona.

DecarboxilaciónFatty Acyl CoA

Acidos Grasos

EsteresLípidos

Metabolización de la Glucosa por la Levadura


Asimilación de los Aminoácidos (FAN) por la Levadura

Célula de Levadura Azúcares fermentables

Glucosa

MOSTO

ASIMILACIÓN DE LOS AMINOÁCIDOS (FAN) POR LA LEVADURA

Piruvato

Oxo-ácidosAminoácidos sintetizados

Aminoácidos del mosto

Aminoácidos Grupo I

permeasa

Aminoácidos Grupo II permeasaAminoácidos

Grupo III

permeasa

Aminoácidos Grupo IV

XNO

SubproductosProteínas

SulfatosSulfitos


Formación de Subproductos


• Compuestos de la cerveza madurada (alcoholes superiores, ésteres): Son esenciales para determinar el aroma y sabor de la cerveza. En contraste con los aromas de la cerveza verde, estos compuestos no pueden ser removidos durante la maduración.

• Se distinguen dos grupos de subproductos formados en la fermentación:

Fermentación Maduración

a. Compuestos de la cerveza madurab. Compuestos de la cerveza verde

Co

nce

ntr

aci

ón

e

n

la

cerv

eza

• Compuestos de la cerveza verde (diacetilo, aldehidos, compuestos azufrados):


ALDEHIDOS

DICETONAS VECINALES

ÉSTERES

ALCOHOLES SUPERIORES

COMPUESTOS AZUFRADOS

ÁCIDOS GRASOS

ÁCIDOS ORGÁNICOS NO GRASOS

FACTORES EN LA FORMACIÓN

DE SUBPRODUCTOS


• Son una familia de compuestos tipo acetonas (los principales: Pentanodiona y el Diacetilo o 2,3 butanodiona).

• Son responsables de dar un sabor a “mantequilla” a la cerveza.

Dicetonas Vecinales


Producción y Reducción del Diacetilo

Célula de LevaduraMOSTO

Diacetilo


Glucosa

Piruvato

Acetolactato

AcetolactatoDiacetilo

La levadura misma La levadura misma lo reduce al final lo reduce al final de la fermentaciónde la fermentación

2,3 ButanodiolAcetoína

2,3 ButanodiolAcetoína

Aminoácido Valina


• Son compuestos carbonílicos, siendo el principal el

Acetaldehído, el cual es un un producto intermedio en la

conversión de glucosa a etanol.

• Son responsable del sabor y aroma “verde” de la cerveza

(nota “grasienta”, “mohosa” o en el caso del Acetaldehído

como a “manzana madura”).

Aldehídos


• Son alcoholes de mayor tamaño que el etanol.

• Son componentes de la cerveza final, siendo los principales:

n-propanol, 2 fenil etanol, isobutanol, 2 y 3-metilbutanol y

glicerol.

Alcoholes Superiores


Producción de Aldehidos y Alcoholes Superiores

Célula de LevaduraMOSTO


Glucosa

Oxo-ácidosAminoácidos

Piruvato

Otros Aldehidos

Alcoholes superiores

Aldehidos + CO2


Acetaldehido

Etanol Etanol

Acetaldehido


• Son los componentes más importantes del aroma de la

cerveza.

• Aportan un aroma a “frutas” o solvente. Los principales son:

Etil acetato (fruta, solvente), isoamil acetato ( banano,

manzana), isobutil acetato (banano), etil caproato o

hexanoato (manzana, anis) y 2-fenil acetato (rosas, miel).

Ésteres


Producción de Ésteres

Célula de Levadura

MOSTO


GlucosaÁcido graso insaturado

Ester graso Acyl CoA

Ácido graso

Acetaldehido


Piruvato

Etanol Etanol

Ésteres

Ésteres


• Son compuestos derivados del azufre.

• Los principales son: El ácido sulfhídrico o sulfuro de

hidrógeno (H2S), dióxido de sulfuro (SO2), los mercaptanos y

el dimetil sulfuro (DMS).

• Imparten un carácter indeseable a la cerveza por sus aromas

(H2S a “huevo podrido”; SO2 a “fósforo”; DMS a “vegetales

cocidos” y los mercaptanos a “vegetales descompuestos”.

Compuestos Azufrados


• Estos compuestos en la cerveza provienen de:

1. Materias primas:

− Agua (sulfatos).

− Agregados (ejemplo: sulfato de calcio).

− Lúpulo (compuestos diversos de azufre – sulfuros).

− Malta (aminoácidos sulfurosos – metionina).

2. Metabolismo de la levadura durante la fermentación: La

levadura utiliza los compuestos azufrados del mosto para producir

el H2S, SO2, los mercaptanos y el DMS.

3. Metabolismo de bacterias contaminantes.

Compuestos Azufrados


Producción de H2 y SO2

Célula de Levadura

MOSTO

Sulfatos (SO4=)

permeasa(SO4

=)

H2S H2SSulfuros (S=)

Aminoácido Serina

Aminoácido Methionina

SO2SO2Sulfitos (SO3=)


FERMENTA_CIÓN

SMM DMSDMSO

Purga con el gas

Levadura

RUTA DEL DIMETIL SULFURO (DMS) EN EL PROCESO CERVECERO

MALTA VERDE (S-METIL METIONINA SMM - PRECURSOR DE DMS)

SMM DMSDMSO DMSCERVEZA

TOSTACIÓN DE LA MALTA

SMM DMSDMSOPRECURSOR DIMETIL

SULFÓXIDO

RompimientoOxidación

Evaporación

EBULLICIÓN DEL MOSTO

SMM DMSDMSORompimientoOxidación

Evaporación


• Los principales son los ácidos: pirúvico, cítrico, málico,

acético,, succínico, fumárico y láctico.

• Son formados principalmente en la etapa aeróbica durante

el crecimiento de la levadura (ciclo de Krebs).

• Contribuyen al sabor “ácido” de la cerveza.

Ácidos Orgánicos


Producción de Ácidos Orgánicos (Ciclo de Krebs)

Célula de Levadura

MOSTO

A. Acético A. Acético


Glucosa

A. Pirúvico

Oxoloacetato

Acetil CoA

A. Cítrico

A. Cítrico

PiruvatoEtanol Etanol

A. LácticoA. Láctico

A. Málico

A. Fumárico

A. Succínico

A. Málico

A. Fumárico

A. Succínico


TE

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DE

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(AM

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S)

pH

DIACETONAS VECINALES +/- - + + + + -ALDEHIDOS + - + +/- +ALCOHOLES SUPERIORES + - + - + + +/-ÉSTERES + - +/- - + +COMPUESTOS SULFHÍDRICOS +/- - +/- +/- +/- + - +ÁCIDOS ORGÁNICOS + - + - + - +ÁCIDOS GRASOS +/- - +/- +/- + + + +

A MAYOR

Efecto de las Levaduras de Proceso en la Formación de SubProductos


Principios Básicos de Filtración


Los Objetivos de la Filtración

• Los Objetivos de la filtración pueden ser formulados para:

− Máximo flujo de filtración (PRODUCTIVIDAD).

− Con el máximo de limpieza (CALIDAD).

− Con el menor gasto de material filtrante (EFICIENCIA).


Los Objetivos de la Filtración

• Remover la turbidez residual de la cerveza madura, por

separación de las partículas en suspensión que se encuentran en

la cerveza turbia como son, las levaduras y los coloides.

• La filtración de la cerveza es un proceso que se efectúa por

adsorción y por tamizado.

• Conseguir un producto brillante, estable, que conserve las

sustancias deseables para las características organolépticas y

para la espuma de la cerveza.


Teoría de la Filtración


Generalidades

• La separación de sólidos y líquidos, denominado filtración, se

puede definir como la operación básica en la que el componente

sólido insoluble de una suspensión sólido-líquido se separa del

componente líquido haciendo pasar a este último a través de

una pre-capa porosa que retiene las partículas sólidas en su

superficie y en su interior.


• Al iniciarse la filtración las partículas que contiene el líquido van

siendo retenidas por la pre-capa formada sobre el medio

filtrante.

• La retención de partículas va reduciendo en forma paulatina el

área de filtración y se incrementa la resistencia al flujo del

filtrado.

• A medida que continua la filtración se forma una capa de

sólidos denominada “TORTA”, el cual va aumentando su

espesor, conforme transcurra el tiempo de filtración.

• La “TORTA”, una vez formada se convierte de hecho en el

medio de filtración más importante.

Teoría General


Teoría de la Filtración

• El filtrado al pasar a través del filtro encuentra tres clases de

resistencias, es decir:

a) La ofrecida por los entradas, salidas y canales de filtro en

sí,

b) La ofrecida por el medio de filtración y,

c) La ofrecida por la torta de filtración.

La caída de presión total a través del filtro es equivalente a la suma

de las caídas de presión producidas por estas tres resistencias.

Normalmente se desprecia la caída de presión a través de los

canales, entradas y salidas del filtro en sí.

Si - P es la caída de presión en el filtro y - Pc y - Pm las caídas

de presión a través de la torta y el medio respectivamente, entonces:

- P = - Pc - Pm


Efecto de la Turbulencia

• La turbulencia en una cámara de filtración genera la formación de

una camada irregular durante el dosaje. En el ejemplo siguiente es

posible verificar como la cerveza entra en el filtro a una velocidad

de 1.5 a 2 m/s, mientras que la cámara filtrante es atravesada a

una velocidad aproximada de 0.15 mm/s, que corresponde a una

desaceleración próxima a 10,000 veces.

Importancia

de la

turbulencia

Soporte

Vórtice de0.1 a 0.03m/s

La turbulencia genera unpasaje paralelo a lasuperficie del filtro

Velocidad de pasaje0.15 mm/s (0.00015 m/s)

Velocidad de entrada 1.5 a 2 m/s


Efecto de la Turbulencia

• La energía de frenada se anula con la formación de vórtices que

ocupan toda la cámara del filtro, provocando pasajes paralelamente

a la superficie del filtro, con velocidad de algunos cm/s, es decir, en

la orden de 100 veces superior a la velocidad de pasaje a través de

la camada filtrante (0.15 mm/s). Con la turbulencia hay un límite

mínimo crítico abajo del cual es imposible constituir una camada de

filtración, tornando la filtración impracticable. Así la turbulencia en

el filtro debe ser suprimida o disminuida substancialmente. De

cualquier modo, también bajo turbulencia elevada, la pre-capa

formada con el auxiliar objeto de nuestra investigación obstaculiza

notablemente la acción de escavamiento provocada por la

turbulencia, permitiendo asegurar mas una vez la regularidad de la

filtración en aluvionado.


La Turbulencia en el

depósito de líquido sin

filtrar puede producir

efectos negativos,

perturbando la formación

de una capa de material

filtrante


Etapas de la Filtración


a). Inicio de Llenado

• El Filtro es llenado con agua desgasificada o cerveza filtrada y el

aire es purgado; el equipo es operado en recirculación


b). Formación de Pre-Capa

• Aplicación de la pre-capa base y de la capa de seguridad (1ª + 2ª

pre-capa base.


c). Circulación en Circuito Cerrado

• Por cada precapa el equipo es operado en circuito cerrado durante

10 a 15 minutos.


d). Inicio de la Filtración

• Inicio de la filtración por desplazamiento del agua, lo cual es

realizado con la cerveza, si es que la precapa no ha sido formada

ya con cerveza.


e). Filtración

• Filtración de la cerveza con dosificación continua de kieselgur; la

diferencia de presión en el filtro aumenta lentamente.


f). Fin de la Filtración

• La filtración es finalizada por desplazamiento de la cerveza, lo que

se realiza con agua desgasificada.


g). Extracción del Trub

• Separación del Trub por golpes de aire comprimido desde adentro

hacia afuera y extracción en forma pastosa.


h. Limpieza

• Limpieza por el contrario lavado, apoyado por golpes de aire.


i). Esterilización

• Todo el equipo es esterilizado con agua caliente.


Filtro de Placas Horizontales (Tipo ZHF – Z)

PRINCIPIO:

La calidad de Filtración depende

mucho del Procedimiento de preparar

la Precapa (Homogeneidad).


Filtro de Vela

1) Velas

2) Entrada de Cerveza concentrada

3) Salida de Cerveza filtrada

4) Tubería para desechar la Tierra

5) Descompresión


Parte Esencial de la última Técnica:Los Elementos Filtrantes Schenk ZH/Z Primus

Con los trabajos de investigación y desarrollo realizados por Schenk se han logrado procedimientos pioneros para la filtración y la estabilización de mosto y cerveza. El filtro Schenk ZHF/Z PRIMUS, es la consecuencia más reciente para la filtración con Kieselguhr.

Contrariamente al procedimiento convencional, ahora se carga directamente cada elemento del filtro para que la suspensión del medio filtrante se distribuya de forma homogénea, exacta y lisa.

Cada elemento filtrante tiene un distribuidor propio de entrada que carga desde el centro por igual, a todo el elemento. El aluvionaje y la filtración se realizan entre dos platos filtrantes y la salida del filtrado se realiza, como hasta ahora, por el eje central.

La alimentación de los diferentes distribuidores de entrada a los elementos se efectúa por canales de alimentación, situados alrededor del eje central. Estos canales se alimentan desde abajo.

De esta manera cada elemento de filtro representa un sistema de filtración propio que, por sus condiciones ideales de flujo, garantiza una formación uniforme de la torta obteniendo el doble de rendimiento en hectolitros que con los filtros construidos hasta ahora.

Los resultados obtenidos en las fábricas así lo confirman:• Condiciones ideales de flujo.• Formación uniforme de la torta.• Máximo aprovechamiento del espacio para turbio.• Doble rendimiento horario (hl/m2) en comparación

al obtenido hasta ahora.• Se duplica el caudal total.• Por ello un ahorro del 50% en el Kieselguhr

empleado hasta ahora para la formación de precapa.

• Reducción de los costos de inversión y mantenimiento por su menor tamaño.


Ayudas Filtrantes

• Tierra Infusorio (Kieselgur)• Perlita• Celulosa• Asbesto

TIERRA INFUSORIA

Fósiles de Diatomeas a base de SiO2 (Dióxido de Silicio).

PERLITAMaterial volcánico a base de Silicato de Aluminio. Este material es óptimo para filtrar mosto.

• Tierra Fina : Se seca a 300 °C y luego es molido.

• Tierra Gruesa : Se vuelve a secar pero con adición de CaCO3 con el fin de acrecentar las partículas. Esta tierra se usa mayormente en la 1era Precapa.


Materiales y Auxiliares de Filtración

La Perlita

Perlita “en natural” Perlita expandida


La Tierra de Infusorio o Diatomácea

• La tierra infusorio o diatomácea es material de origen de fósiles de

algas diatomáceas o silícicas, en que el óxido de silicio (SiO2 )

predomina con hasta 90%. Hay cerca de 15.000 tipos de tierras

diatomáceas.

• La diatomácea bruta es molida y secada en varias etapas y calcinada

a cerca de 800 º C, resfriada, molida y clasificada por granulometría.

• En función del tipo o granulometría, la tierra diatomácea puede ser

usada para diversos efectos de clarificación, tanto en la pre-

filtración, como en la filtración:


La Tierra de Infusorio o Diatomacea


Tierra de Infusorio Gruesa

• Varía de 10 a 60 µm, predominado de 20 – 40 µm, empleada en la

formación de precapas.

• Tierra de Infusorio Fina:

Varía de 10 a 20 µm, empleada generalmente en la dosis en el flujo de

la cerveza, después de la formación de las precapas.

• Tierra de Infusorio Media:

De granulometría intermedia, se emplea tanto en la formación de

precapas, como en la combinación.


Auxiliares de Filtración o Coadyuvantes de Filtración (“Filter-Aids”)

• PVPP (Polivilpolipirrolidona):

Los materiales de filtración presenta buenos efectos de superficie y

de profundidad, pero no tiene buenas propiedades de adsorción.

Por eso, se emplean los auxiliares de filtración, que mejoran la

calidad de la filtración por el hecho de agregar las propiedades que

los materiales filtrantes no poseen.

• Goma de Pescado ó Ictiocola ó Isinglass:

Proveniente de las barbatanas de ciertos pescados, la goma de

pescado es empleada en la maduración para mejorar la

sedimentación, pues ayuda en la deposición más rápida del geläger.


Auxiliares de Filtración o Coadyuvantes de Filtración (“Filter-Aids”)

• Carragenima (Musgo Irlandés ó “Irish Moss”)

Originaria de cierto grupo de algas marinas, la carragenina es

empleada en el hervor del mosto para mejorar la coagulación

proteica.

• Silicio gel e Silicio Xerogel

Presentan afinidad por proteínas de alto peso molecular.

El sílice gel es de acción más lenta, empleado en la maduración,

mejorando la sedimentación de proteínas, mientras el sílice xerogel

es empleado en el transcurso entre el tanque de maduración y el

filtro de tierras.


FIN

01 proceso cervecero - 2

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