malteado cerveza

GEMINACIÓN Y MALTEADO DE CEBADA

Autor:

CARLOS CASTILLO L

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR 2002

CASTILLO GERMINACIÓN Y MALTEADO

ReCiTeIA - v.2 n.1 2

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COMPUESTOS DE COORDINACIÓN

Carlos Castillo L

Universidad Central Del Ecuador 25 de Marzo del 2.002 RESUMEN Se elaboró malta a partir de granos de cebada. Después de limpiar y clasificar los granos, se los humedeció para dar inicio a la germinación, que se llevó a cabo durante cuatro días, en los que se humedeció y se ventiló a los granos. Cuando las raicillas igualaron el tamaño del grano se secaron y tostaron, para molerlos. Se obtuvo malta en polvo seca. Se concluye que la reacción de interés en este proceso de germinación es la hidrólisis enzimática del almidón contenido en la cebada hasta azúcares. Palabras claves: // Cebada// // Malta// //Germinación// //Mosto// //Cerveza// INTRODUCCIÒN 1. OBJETIVOS:

1.1. Obtener malta para la producción de cerveza y como fuente de α-amilasa. 2. TEORÍA:

2.1. CEBADA: Planta graminácea parecida al trigo, de espigas formadas por espiguillas uniformes y grano aguzado en los extremos (Hordeum vulgaris);i nombre común de las especies de cereal de un género de gramíneas originario de Asia y Etiopía; es una de las plantas agrícolas más antiguas. Su cultivo se cita en la Biblia, y lo practicaban ya las antiguas civilizaciones egipcia, griega, romana y china. En la actualidad ocupa el cuarto lugar en volumen de producción de cereales, después del trigo, el arroz y el maíz La producción anual mundial de cebada a mediados de la década de 1980 era de 180 millones de toneladas, casi un 15% más que a finales de la década anterior. El país donde más se cultivaba era, con gran diferencia, la antigua URSS, con un 28% de la producción mundial; ocupaba el segundo puesto Canadá, con un 8%, seguido de Estados Unidos y Francia.



2.1.1. Composición de la Cebada: Al igual que otros cereales, la cebada, contiene una elevada proporción de hidratos de carbono, especialmente almidones y celulosa (del tejido de sostén principalmente), dándole aproximadamente un 67% y proteínas 12,8%, pertenecientes a las precursoras de las enzimas que se formarán durante la germinación; los porcentajes restantes corresponden a vitaminas y minerales que pueden encontrarse en diferentes proporciones dependiendo de las condiciones de cultivo. La composición del grano de cebada puede variar incluso para la misma cosecha dependiendo de la iluminación del terreno, la exposición al viento y a la humedad, la humedad del terreno y otras variables del cultivo. Es muy rica en proteínas e hidratos de carbono, aunque algo pobre en lisina, contiene gran cantidad de fósforo y hierro y además es una importante fuente de vitaminas del complejo B.

Tabla 1. Composición Aproximada de un grano de cebada Proteínas 10 g

Materia grasa 1.8 g Hidratos de carbono 66.5 g

Celulosa 5.2 g Materias minerales 2.6 g

Agua 14 g

2.1.2. Tipos de Cebada: Las variedades cultivadas de cebada pertenecen a tres tipos distintos: de dos carreras o dísticas, de seis carreras o hexásticas, e irregulares. En Estados Unidos suelen cultivarse las hexásticas, mientras que en Europa predominan las dísticas; la variedad irregular se cultiva en Etiopía. Hay variedades excelentes para malteado, tanto de dos como de seis carreras, la cebada pertenece al género Hordeum, de la familia de las Gramíneas (Gramineae). La cebada de dos carreras corresponde a la especie Hordeum distichon, la de seis carreras a la especie Hordeum vulgare, y la cebada irregular a la especie Hordeum irregulare.

2.1.3. Utilidades de la cebada: La diferentes parte de la cebada pueden aplicarse en distintas utilidades, así el grano, la paja, el heno y varios subproductos de la cebada tienen un gran valor alimenticio, por lo que se los utiliza para la producción de alimento balanceado; en combinación con otros cereales como el centeno se lo utiliza en la elaboración de harinas y alimentos integrales. En ciertos países se cocina directamente el grano para el consumo, pero sin duda alguna una de Esus más famosas aplicaciones es la del grano que se usa en la elaboración de bebidas a base de malta como la Cerveza.



2.1.4. Características de la Cebada para maltear: Generalmente la cebada que entra en proceso de malteado acostumbra a ser la de dos carreras, por su relación harina/cascarillas. Además los granos de esta deben tener características homogéneas entre carga y carga para no cambiar las caractcterísticas de la cerveza de un lote a otro. La cervecera acostumbra a ser la de dos, por su relación harina/cascarillas.

2.2. PRE -TRATAMIENTO DE LA CEBADA 2.2.1. Diagrama de Flujo:

2.3. GERMINACIÓN DE LA CEBADA 2.3.1. Diagrama de Flujo:

2.4. OPERACIÓN DE MALTEADO

2.4.1. Diagrama de Flujo:

2.5. SÍNTESIS DE ENZIMAS EN EL GRANO

Granos

Desechos

Limpieza(Tamizado)

Desechos

Clasififcación A germinación

Granos

Agua Aire

Germinación de Granos

Humedecido de Granos

Agua

Tostado(90ºC)

Secado(40-50ºC)

Granos Germinados



2.5.1. Amilasa: La amilasa, que será sintetizada con los aminoácidos generados por las proteasas., descompone el almidón en dextrinas y en maltosa, un azúcar fermentable de doce carbonos.

2.5.2. Proteasa: Son activadas por la humedad y en general son algunas proteasas ( enzimas que hidrolizan proteínas), las que se encargan de descomponer la proteína almacenada en el grano para sintetizar las amilasas que posteriormente hidrolizaran al almidón y en maltosa.

2.6. NIVELES DE NITRÓGENO Y ALBÚMINA:

TABLA 2. NIVELES DE NITRÓGENO Y ALBÚMINA EN LA CEBADA

ALBÚMINA NITRÓGENO 10% 1.6%

2.7. CONVERSIÓN DE ALMIDONES EN AZÚCARES:

El almidón es difícilmente soluble en agua fría y en alcohol, pero en agua hirviendo provoca una suspensión colodial que al enfriarse se vuelve gelatinosa. El agua caliente actúa lentamente sobre el almidón originando moléculas más pequeñas llamadas dextrinas. Esta reacción es un ejemplo de hidrólisis catalizada por ácidos y algunas enzimas. Las dextrinas, como el almidón, reaccionan con el agua formando moléculas aún más simples, para finalmente obtener maltosa, C12H22O11, un disacárido, y glucosa, C6H 12O6, un monosacárido

PARTE EXPERIMENTAL: 1. Materiales y Equipos:

h Balanza (Ap:±0.1g) h Molino h Recipientes h Venterol h Tamiz h Termómetro (Ap: ± 0.1 ºC) h Horno(secador de Bandejas)

2. Sustancias y Reactivos:



f Cebada f Agua f Aire f Agua

3. Procedimiento: Pretratamiento Limpiar y clasificar la cebada. Germinación Remojar con agua a 10 – 15ºC Lavar la cebda cada dos horas (durante 2 o 3 días) Malteado

Colocar el grano ablandado en capas de 30 cm con aireación desde abajo( en bandejas perforadas separadas de 60 a80 cm ), la temperatura no debe sobrepasar los 16ºC. Cuando el pistilo de la raíz se de 1 a 1.5 veces el largo del grano, secar en un horno hasta que la humendad seas del un 12% (40-50ºC) Aumentar la temperatura del horno de 50 a 90ºC para cerveza rubia y a 105 para cerveza negra (no exponer a largos tiempos de tostado para evitar la desnaturalización de las enzimas).

Obtención de mosto:

Moler finamente la malta obtenida. Extraer el mosto medainte disolución y lavado.

4. Diagrama

Diagrama de Flujo:



Diagarma del Equipo:( Ver Anexos) 5. Ecuaciones

DATOS EXPERIMENTALES:

Tabla 3. Datos Experimentales:

Peso Inicial (g) Peso Final (g) 850.0 632.9

CÁLCULOS Y RESULTADOS Cálculo del Rendimiento

100*......%:1.1.5.o

of

PPP

REc −=

61261122125106 2)( OHNCOHCNOHC aAmilasaAguaAmilasaAgu

N ⎯⎯⎯⎯ →⎯⎯⎯⎯⎯ →⎯

Agua(10-15ºC)

Agua Aire

Molido

Tostado(90ºC)

Secado(40-50ºC)

Germinación de Granos

Humedecido de Granos

Clasificación

Limpieza

Granos



RESULTADOS. Tabla 4. Resultados

Porcentaje de Rendimiento -25.54

OBSERVACIONES: • Al humedecer los granos de cebada en primer término, estos sufren una

dilatación que se debe a la hidratación, puesto que aunque no estaban secos previamente, tampoco estaban en un medio de humedad alta.

• Se observa que el embrión se abre campo entre la cascarilla del grano y nace entre ambos cotiledones del mismo, con un color blanquecino.

• A medida que la raicilla crece, el grano de cebada va disminuyendo su volumen, debido a que la humedad y los nutrientes del grano van incorporándose a la raicilla.

• Cuando el tamaño de la raíz a llegado al nivel deseado, el grano tiene una apariencia de envejecido, en algunos inclusive, la casacarilla se ha fracturado.

• Luego del secado y tostado el grano ha disminuido de volumen, y, aunque en menor cantidad también lo ha hecho la raicilla, esta apariencia se debe a la pérdida de humedad que constituían la mayor cantidad del peso de la cebada germinada.

• La malta molida tiene la apariencia de harina tostada y su sabor es medianamente dulce, por lo que puede comprobarse que se ha producido la hidrólisis enzimática del almidón en el grano, necesaria para la producción de malta.

DISCUSIÓN: • Este me´todo de germinación es bastante sencillo y, explícito, puesto que

permite la observación del fenómeno biológico, lamentablemante, debido a un cierto grado de descoordinación enrte los grupos, no pudo construirse los paneles de germianción que se esperaban.

• Probablemte el nivel de germinación hubiera sido más rápido en estos panele, debido a que la germianción de granos desprende calos, y debido a que su origen son reacciones químicas, al aumentarse ligeramente la temperatura, la velocidad de suyministro de nutrientes a la raicilla hubiera sido mayos, lo que consecuentemente hubiera aumentado la velocidad de crecimiento.

• Debido aque la aieración fue discontínua y, no se la realizó en una forma adecuada al fin ( suministrarle oxígeno a la semilla de cebada para los

-25.54%% =−

=850

850.0632.9R



requerimientos de la germinación), puede decirse que este fue otro factor que disminuyó la velocidad de crecimiento de la raíz.

• Hubiera sido más conveniente fabribcar una especie de hinbernadero con entradas y salidas adecuadas de aire y agua para observar si esta velocidad aumentaba.

• Se obtiene un valor de rendimiento negativo, debido a que no se toma en cuenta en un principio la humedad propia del grano.Si el grano hubiera estado seco completamente al momento de la primera pesada, se hubiera obtenido un rendimiento total, puesto que la masa ( no agua ) contenida en el grano, por el principio de conservación de la mas, únicamente iba a pasar a la raicilla, manteniendo al peso del conjunto grano – raicilla constante a través del tiempo; pero, al secarlo como paso final se eliminó esta agua contenida originalmente originando el valor negativo de rendimiento.

• Aún así podemos observar quye la ecuación citada de rendimiento no es correcta, porque para un peso final igual al inicial debería obtenerse 100% y no 0 con esta ecuación.

CONCLUSIONES: • Se utiliza a la germinación para producir azúcares fermentables de granos

(cebada, arroz, maíz), debido a que estos granos contienen almidón que vía hidrólisis enzimática durante la germinación le proporcionan la energía y los elementos estructurales necesarios a la nueva planta para su crecimiento.

• Este proceso de hidrólisis se utiliza incluso industrialmente, porque, aunque toma más tiempo que una hidrólisis química o térmica, tiene un costo apreciablemente menor por que no necesita de reactivos ni producción de energía que encarecerían el proceso.

• El secado y la tostación son necesarios, debido a que detienen la acción enzimática y el crecimiento de la planta, que en caso contrario continuarían el proceso de desarrollo vegetal, impidiendo la utilización de los azíucares formados al interior del grano para la fermentación por ejemplo.

• La molienda de los granos malteados tiene como propósito el aumento en el área de contacto de los azúcares formados con solventes adecuados para su utilización, puesto que en el grano únicamente entrarían en contacto los azúcares superficiales produciendo un desaprovechamiento de los mismos.

APLICACIONES: • La aplicación más evidente del malteado es la fabricación del mosto para la

elaboración de cerveza. Los tipos de cerveza pueden originarse por las diferentes características de la malta, como la temperatura de tostación, la temperatura de germinación, la materia prima utilizada y otras.



• Además puede utilizarse a la malta para la elaboración de complejos y bebidas nutritivas, debido a su contenido proteico y a su rica concentración de carbohidratos

• Debido a su composición la malta podría ser utilizada como medio de cultivo de microorganismos, debido a que contiene a los elementos biogenésicos y humedad para el desarrollo de estos.

• Debido a su contenido de proteínas, podría utilizarse la malta en forma análoga al gluten de trigo para el enriquecimiento de harinas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS Y BIBLIOGRAFÍA. Referencias Bibliográficas:

(1) cebada", Enciclopedia Microsoft® Encarta® 99. VOX - Diccionario General de la Lengua Española, © 1997 Biblograf, S.A., Barcelona. Reservados todos los derechos.

(2) 2"Cebada", Enciclopedia Microsoft® Encarta® 99. © 1993-1998 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.



(5) 5"Almidón", Enciclopedia Microsoft® Encarta® 99. © 1993-1998 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos.

URL http://www.sica.gov.ec/comext/docs/import/mpro_actual.htm

CUESTIONARIO. ¿Mediante qué método comprobaría la conversión de almidones en azúcares en el proceso de malteado?

a) El más sencillo sería tomar unos tres granos cada 2 horas y cortándolos, exponerlos a una solución alcohólica de yodo (tintura de Lugol), si esta se torna violácea, existen aún almidones en el grano, si no pierde su típica coloración rojo anaranjada, el almidón se ha convertido en azúcar.

b) Puede degustarse una cantidad de granos periódicamenete para evaluar el aumento en la concentración de azúcares.



c) Puede hacerse un seguimiento periódico del ángulo de rotación de una solución del grano pulverizado, en un polarímetro. Sería necesario conocer los ángulos de rotación característicos del almidón y de la maltosa.

A usted, Ingeniero Químico, se le pide que realice un balance de costos de la obtención de malta – mosto, en base a la experiencia realizada en laboratorio. Con los resultados obtenidos de su balance ¿recomendaría usted montar una lanta de malta – mosto? Justifique con datos reales. El balance se va a realizar con un escalado grosero de los costos para 850 g de cebada de la experiencia

Material Costo Unitario ($) Costo Total ($)

850 g deCebada 0.80/850g 0.80 Mallas (para los 850 g de

cebada) 3.00 3.00

Agua (0.035m3) 0.4/m3 0.014 Energía Eléctrica (5h,

motor del venterol:0.19kw)

0.0466/kw*h 0.04

Total para 0.850 kg 3.85

Si tomamos el dato de la importación de malta (tomado de http://www.sica.gov.ec/comext/docs/import/mpro_actual.htm Ver anexos) y, colocamos el costo por carga como el costo del experimento sin el material (debido a que será necesaria una inversión previa para la planta) de $1/kg de malta tenemos que para cada tonelada de malta tostada se necesitarían 1000 frente a $ 393 que se gastan en importación por una tonelada, hacen que no se tenga competencia con el precio de importación. Ahora claro los datos del experimento son irreales puesto que generalmente el precio por quintal de cebada es significativamente menor que por kg, y en la industria no se utilizarían métodos de humedecido y aereación tan caros.

Diseñe una planta industrial de elaboración de malta. En la planta siguiente se introduce en la tolva superior la cebada que se ubica posteriormente en platos donde, por el medio poroso que esta forma, circula aire que se humedece por el burbujeo del mismo en un tanque con agua. La columena es aislada para mantener la temperatura requerida y, puede ser enfriada por un flujo major de aire. Posterior a la germinación, se puede hacer funcionar la linea directamente desde el compresor para separar por clasificación neumática las cáscaras e impurezas del grano germinado, que posteriormente pasa a un horno en el que primero se seca con vapor de baja calidad y luego se tuesta con vapor saturado, obteniendo de este modo malta lista para moler.



Figura 12.3. Planta de Elaboración de Malta.

Indique un procedimiento alternativo para obtener malta-mosto. Debido a que lo que interesa en la elaboración de malta es la hidrólisis de almidones hasta azúcares fermentables, podría pensarse en un método alternativo de hidrólisis. Pero, debido a que en la mayor aplicación de la malta que es la elaboración de cerveza no pueden ser incluidos químicos, se descartan hidrólisis ácidas y alcalinas. La única opción es entonces una hidrólisis térmica que podría realizarse en una columna de con la cebada como lecho poroso o fluidizado, con corrientes de vapor, lo que suministraría el agua y la energía térmica necesaria para producir la hidrólisis que se requiere. Posteriormente podría secarse y tostarse al grano para molerlo y obtenes la malta para el mosto.

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