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BIOTECNOLOGA DE LAS FERMENTACIONES

EL ARTE DE HACER CERVEZA

DR. GERARDO GAMARRA BALLENAALUMNO: ELI MARTNEZ VENEGAS


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PROLOGO

La biotecnologa se ha definido

como la aplicacin de procesos,

sistemas y organismos biolgicos

a la industria manufacturera y de

servicios. El malteado y la

elaboracin de cerveza son

industrias que ejemplifican laBiotecnologa tradicional, basada

en un arte que ha ido refinndose

a lo largo de miles de aos y que

implica, por ejemplo, la

explotacin de la germinacin dela cebada y la fermentacin

por Levaduras.


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INTRODUCCIN

La cerveza es una bebida alcohlica de baja graduacin resultante de

fermentar mediante levadura seleccionada el mosto procedente demalta de cebada, slo o mezclado con otros productos amilceos

transformables en azcares por digestin enzimtica, coccin y

aromatizado con flores de lpulo.

El arte de fabricar cerveza y vino se ha venido desarrollando a lo largo

de 5000 8000 aos, debieron producirse varios descubrimientos

independientes , exponiendo al aire los jugos de frutas o extractos de

cereales se obtenan bebidas fermentadas. Su explicacin no fue

posible hasta el siglo XIX.

Estas bebidas resultaban atractivas en su consumo debido a quealegraban el espritu (euforia), seguridad al rehidratarse, su alto valor

nutritivo debido ala riqueza en sustancias nitrogenadas asimilables,

presencia de vitaminas del complejo B.


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INGREDIENTES

La fabricacin de cerveza siempre a implicado el uso de enzimas.

Antiguamente solamente la malta de cebada o de trigo sola ser la materiaprima mas importante como base para la produccin de extracto y nica

fuente esencial de enzimas, la malta es una materia prima muy cara, el

proceso de malteado requiere o demanda tiempo y consumo de energa,

etc.

La nica conclusin que llegamos es que:

sin malta no hay cervezaLa elaboracin de cerveza se caracteriza e implica tres procesos

enzimticos , Siendo cada uno la consecuencia del otro y ocurren en: En la planta de malteo (tanques de remojo, lechos de germinacin)

En sala de cocimiento (cuba de maceracin de malta)

En rea de fermentacin ( tanques cilindrocnicos).


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INGREDIENTES ( LEY DE PUREZA DEL 1516)


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Sin malta no se puede fabricar cerveza. Es por eso que la fabricacinde malta de cebada es el primer paso para la fabricacin de cerveza. Sibien se puede fabricar malta a partir de otros tipos de cereales, comopor ejemplo el trigo, el centeno o el sorgo, es la malta de cebada la quese impuso histricamente.

El uso de la cebada y del trigo para malteado y cerveceras estuvo bienestablecido en el ao 3000 A.C. Estos granos de cereal crudosresultaron ser gastronmicamente poco atractivos, pero su gustosidad ydigestibilidad se mejoraron enormemente macerndolos con agua,dejndolos germinar y desecndolos a continuacin.

Examinando los antiguos centros monacales (Monasterios) o abadascerveceros se han hallado pruebas evidentes que existan salas degerminacin (malteado), independientes para los diferentes tipos decereales.


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en los primeros tiempos resulto evidente que la cerveza obtenida de lacebada era mas fcilmente producida y de mejor calidad, que laelaborada a partir de otras materias primas.

La malta esta constituida por granos de cereales, ordinariamentecebada, germinados primero, durante un periodo limitado de tiempo, yluego desecados.

.El grano malteado representa para el cervecero una mercanca quedebe mantenerse estable durante meses, o incluso aos. Durante la

germinacin, la reserva de nutrientes, o endospermo, del grano esparcialmente degradada por las enzimas que atacan la paredescelulares a los granos de almidn y la matriz proteica.


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SECUENCIA DEL PROCESO DE MALTEADO

I. Recepcin De Cebada

II. Almacenamiento

III. Limpieza y pesada

IV. Remojo ( aire ,agua ytemperatura)

V. Germinacin ( aire , humedady temperatura)

VI. Secado ( airea , humedad y

temperatura

VII. Limpieza y pesada.


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La fabricacin de cerveza en su forma ms elemental supone: Triturar la cebada malteada para obtener una harina muy grosera. Aadir agua para formar una masa o papilla y estimular a las enzimas

de la malta a solubilizar el endospermo degradado molido. Separar, en un recipiente adecuado, el extracto acuoso, denominado

mosto, de los slidos agotados (bagazo, orujo) mediante la aspersinde ms agua caliente sobre la masa.

Hervir el mosto con lpulo, con lo que se detiene la accin enzimtica,

se esteriliza el mosto y se coagulan algunas protenas. El lpulo imparteal mosto sus caractersticas aromticas propias.

Clarificar, enfriar y airear el mosto, de manera que se convierta en unmedio ideal para el crecimiento de las levaduras y para la fermentacin.

Fermentar el mosto con las levaduras de manera que gran parte de loscarbohidratos se conviertan en alcohol y dixido de carbono. Otros

metablicos de las levaduras contribuyen al aroma y al bouquet de lafutura cerveza.

Madurar, guardar y clarificar la cerveza. Modificar el aroma y el bouquety mantener la calidad de la cerveza.

Envasar la cerveza, generalmente tras haberla esterilizado por filtracin,o pasteurizado. Alternativamente, envasada en recipientes de pequeo

tamao, como botellas o latas, y pasteurizarlas despus de envasada.


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La calidad del agua ha sido reconocida durante siglos como un factorimportante para determinar la calidad de la cerveza. Las cerveceras seubicaban donde la calidad del agua era consistente y muyfrecuentemente se extraa esta agua de fuentes subterrneas donde sucomposicin permaneca relativamente constante y estaba resguardadade la contaminacin por medio de los estratos geogrficos.

El agua para el proceso de elaboracin de cerveza no solo debe

satisfacer los requerimientos generales del agua potable si no que debecumplir tambin con requerimientos especficos para asegurar el debidopH de la masa, la debida extraccin de lpulo, buena coagulacin en lapaila u cuba de coccin, sana fermentacin y el debido desarrollo delcolor y sabor dentro de la cerveza terminada.


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LISTA DE REQUERIMIENTOS BSICOS PARA UNABUENA AGUA CERVECERA Debe satisfacer las normas del agua potable.

Debe ser transparente, incolora, inodora y libre de cualquier sabor objetable.Si es agua superficial, puede necesitar tratamiento para reducir o eliminarmateria orgnica.

La alcalinidad en la fuente debe reducirse a 50 ppm. O menos.

Si la alcalinidad es de 50 ppm. O menos, el pH no s importante y puedenresultar aceptables valores que van desde un pH 4 hasta un pH9.

El agua base del macerador debe tener aproximadamente 50 ppm de calcio.Poco ms de la mitad del calcio, ya sea proveniente de la malta o de adicin desales, se pierde durante la maceracin. Debido a esta perdida, resultaaconsejable aadir directamente a la paila u cuba de coccin una porcin desustancial de calcio necesario, asegurndose de que las sales que se aadenen este momento hayan sido disueltas previamente a su adicin. Un nivel de

calcio de 40 a 70 ppm. Dentro del cocedor y de la masa principal, ayudara apreservar las enzimas y mejorar el rendimiento del extracto. Un nivel de 80 a100 ppm. de calcio dentro del mosto, ayudara a controlar el pH, mejorar elrendimiento de la levadura, la floculacin de la levadura, la eliminacin deloxalato y a reducir el color del mosto. Resulta deseable un contenido de calciode aproximadamente 60 80 ppm en la cerveza terminada.

El nivel de cloruros (como NaCl) puede variar segn la preferencia de sabor.


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CONCENTRACIN DE IONES EN AGUAS DECERVECERIAS


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LPULO (HUMULUS LUPULUS)

Planta trepadora fam. canabaceas,su fruto desecado (lupulina):

Sabor amargo y aromacaracterstico.

Favorece la formacin ypersistencia de la espuma.

Poder antisptico.


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COMPOSICIN Y ESTRUCTURA


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MTODO DE EXTRACCION


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LA LEVADURA

Microorganismos responsables de la fermentacin alcohlica:

Levadura: Saccharomyces cerevisiae(metabolismo de los hidratos decarbono)


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LEVADURAS


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CATABOLISMO DE LA GLUCOSA


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GENERACIN DE ENERGA


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FACTORES QUE AFECTAN ALA LEVADURA(STRESS)


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OBTENCIN DEL MOSTO

La produccin eficiente del mosto su formulacin y calidad correcta que

permita producir la cerveza deseada es el objetivo principal del procesode la sala de cocimiento. El mosto es un lquido acuoso que contiene unconjunto complejo de sustancias solubles y en suspensin derivadas delos ingredientes.

El proceso de fabricacin de cerveza propiamente dicho comienza con

el segundo de los sistemas enzimticos importantes que forman partede la fabricacin de la cervezaLaMaceracin.

La Maceracin consiste en mezclar las proporciones apropiadas demalta y de adjuntos en agua caliente y a continuacin, en una serie deciclos de calentamiento y reposo. Las sustancias que se solubilizan de

esa manera en el agua se denomina, de manera conjunta, el-Extracto.La solucin de extracto en agua se denomina mosto, en esta etapa deprocesamiento, mosto dulce.


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MOLIENDA.

A los efectos de posibilitar que las enzimas de la malta acten sobrelos componentes de esta ultima y que los descompongan durante lamaceracin, la malta debe ser triturada. Este proceso se llamamolturacin. La cantidad de carga de materias primas utilizada para uncocimiento se denomina carga (cantidad de malta a usar).

La calidad de molienda afecta

El proceso de maceracin y el tiempo de sacarificacin,

La filtracin del mosto,

El rendimiento de la sala de coccin, La fermentacin,

La filtrabilidad de la cerveza (contenido de -glucano!)

El color, el sabor y el carcter completo de la cerveza.


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La maceracin es el proceso ms importante en la fabricacin demosto. En la maceracin, la malta triturada y el agua son mezcladosentre si (macerados). Los componentes de la malta entran as ensolucin y con ayuda de las enzimas, se los obtienen como extractos.

Las transformaciones durante la maceracin tienen una importanciadecisiva.

Todas las substancias que entran en solucin se denominan extracto.

Son solubles, por ejemplo, los azucares, las dextrinas, lassubstancias minerales y determinadas substancias albuminoides.

Insolubles son el almidn, la celulosa, una parte de las substanciasalbuminoides de alto peso molecular y otros compuestos, que quedancomo parte del orujo al final del proceso de filtracin de mosto.


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Los procesos de degradacin de substancia importantes en

la maceracin de la malta para el cervecero son: La degradacin del almidn

La degradacin del -glucano,

La degradacin de substancias albuminoideas

La transformacin de cidos grasos, as como una serie de otros

procesos de degradacin.

La degradacin del almidn ocurre en tres etapas, cuyo

orden no es modificable, pero que se funden una en la otra:

El engrudamiento La licuefaccin

La sacarificacin.


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La malta engruda en presencia de amilasas a 60 C, Por engrudamiento

se entiende el hinchamiento y reventamiento de los granos de almidnen solucin caliente y acuosa. Las molculas de almidn liberadas enesta solucin viscosa son mucho mejor atacadas por las amilasas queel almidn no engrudado.

LICUEFACCION.

Por licuefaccin se entiende la disminucin de la viscosidad delalmidn engrudado, por parte de la -amilasa.

SACARIFICACION.

La -amilasa rompe las cadenas de la amilosa y de la amilopectinaprogresivamente hasta obtener dextrinas con 7 a 12 residuos deglucosa. Con esto, la -amilasa forma asimismo con cada disociacin

dos cadenas terminales, que pueden ser atacadas por la -amilasa, aldisociar maltosa. Debido ala diferente longitud de las cadenas, seforman, aparte de maltosa, otros azucares, tales como la glucosa ymaltotriosa.


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La -amilasa degrada las cadenas largas de almidn a dextrinas ms

pequeas. a temperaturas de 72 a 75C y es desnaturalizadarpidamente a 80 C ,pH 5,6 y 5,8.

La -amilasa disocia maltosa de los extremos de cadena no reducidos,pero tambin se forman glucosa y maltotriosa. Su temp. 60 a 65 C a70 C se inactiva, pH 5,4 y 5,5.

El control de degradacin de almidn se realiza por medio de tintura deyodo 0,02 N (solucin de yodo y yoduro de potasio en alcohol). serealiza con una muestra enfriada de templa.

la solucin de yodo produce una coloracin de rojo a azul con almidn ydextrinas mayores, pero los azucares y dextrinas menores ya no causan

una coloracin en la tintura de yodo de color amarillo-marrn.PROCESO DE MACERACION

El proceso de maceracin consiste en incrementar las, temperatura vstiempo de reposo.


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Los reposos resultan de los valores ptimos de temperatura de lasenzimas.

45 a 50 C reposo proteico y de -glucano

62 a 65 C reposo de produccin de maltosa

70 a 75 C reposo de sacarificacin

75 a 78 C temperatura de finalizacin de la

Maceracin

PAILA LAUTER (Filtracin de Mosto).

Al final del proceso de maceracin, la templa es trasegada ala paila lauter,

la cual esta compuesta por una mezcla acuosa de substancias disueltas yno disueltas.

La solucin acuosa de los extractos se llama mosto, las partes no

disueltas se denominan orujo, afrecho o bagazo.


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El proceso ocurre en dos fases, que se suceden de forma separada

La descarga del primer mosto (colada principal)

El lavado del orujo para la extraccin del extracto soluble (coladassecundarias).

Cocimiento de mosto

El mosto obtenido se lleva a coccin, 50 hasta 60 minutos. durante este

tiempo se agrega, el Lpulo. al mosto pasan componentes amargos y aromticos del lpulo y al

mismo tiempo se precipitan substancias albuminoides.

Durante la coccin del mosto ocurre una secuencia de procesos, que son

de importancia: Disolucin y transformacin de componentes del lpulo (Isomerizacin).

Formacin y precipitacin de compuestos formados por protenas ypolifenoles (Trub caliente).


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Evaporacin de agua (Concentracin del Mosto)

Esterilizacin del mosto

Destruccin de todas las enzimas

Carga trmica del mosto

Reduccin del valor del pH del mosto Formacin de substancias reductoras y

Evaporacin de substancias aromticas indeseadas.

Enfriamiento y aireacin.

Finalizado el cocimiento del mosto este es enfriado ala temperatura de

trabajo de la levadura ( temp. De fermentacin), a continuacin es

aireado ( aire estril y microburbujas) , 8ppm


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FERMENTACION

La fermentacin se realiza en diferentes dispositivos, presiones y

temperaturas:Tinas de fermentacin abierta


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FERMENTACIN CONTINUA


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FERMENTACION EN TANQUES CILINDROCONICOS


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a) Conveccin dentro del tanquecilindrocnico.( fermentacin )

b) Reposo en frio de la cerveza


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GENERACION DE PRECURSORES DE DIACETILO YREDUCCION


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FERMENTACIN VS TIEMPO

Grafico (a) fermentacin altaCERVEZA ALE.

Grafico (b) fermentacin bajaCERVEZA LAGER.

fa nivel de alcoholessuperiores (fusel).

e nivel de esteres.

t temperatura en C.

CLARIFICACIN Y FILTRACIN


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CLARIFICACIN Y FILTRACIN

48 horas antes del filtrado la

cerveza es acondicionada paraser filtrada mediante la adicinde adsorbentes,bioseparacionde proteinas, levaduras etc.

Su temperatura es reducida

cerca a -2 C Se purga durante estos das.

La filtracin se realiza contierras diatomeas a presin cte.Esto es con la finalidad de evitar

el colapso de la torta defiltracin , esta presin tambindebe permitir que el bixido decarbono disuelto premanezca.


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FILTRO DE PLATOS (TIERRAS DIATOMEAS)


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El desarrollo de la tecnologa de las fermentaciones depende de loslogros de los bilogos moleculares y celulares y de los Ingenieros de

Procesos, lo que vincula la Ingeniera Gentica con los procesosIndustriales a gran escala comercialmente viables.

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