Elaboración de la Cerveza Fermentaciones Industriales por Hector Massaguer

Las bebidas alcohólicas se producen a partir de diversas materias primeras, pero principalmente a partir de cereales, frutas y productos azucarados. Entre las bebidas alcohólicas hay bebidas no destiladas, como la cerveza, el vino, la sidra y el sake, y otras obtenidas por destilación como el whisky y el ron, que se obtienen a partir de cereales y melazas fermentadas, y el coñac, que se obtiene por destilación del vino. Otras bebidas destiladas, como el vodka o la ginebra se obtienen a partir de bebidas alcohólicas neutras, obtenidas por destilación de melazas, cereales, patatas o suero láctico fermentado. También se obtienen una gran variedad de vinos de alta graduación mediante la adición de alcohol destilado a vinos normales, con el fin de incrementar su contenido de alcohol, hasta el 15 o 20%, como son los casos del jerez, oporto, o madeira.

Un detalle común muy importante en estas fermentaciones es que en todos los casos se usan levaduras para la conversión de azúcares en etanol.

La cerveza es la bebida alcohólica más consumida en el mundo. España es el tercer productor de cerveza de Europa, con 6000 Ml al año, pero tan solo somos el noveno consumidor mundial.

El proceso de producción de la cerveza es importante como tal, como sistema de producción de la cerveza, pero también porque es la base de todas las bebidas alcohólicas que tengan como base la fermentación a partir de cereales, como el whisky.

1. Materias primas y preparación de la malta. En los granos de cereales los carbohidratos se encuentran en forma de almidón principalmente. Dado que las levaduras utilizadas en la fermentación no tienen amilasas, es necesario hidrolizar este almidón. Este proceso se conoce como malteado. Se trata de una sacarificación, ya que se pasa de almidón a sacarosa. Consiste en hacer germinar los granos de cebada para que produzcan los enzimas necesarios para la transformación de proteínas en aminoácidos y el almidón en azúcares fermentables. En el proceso de malteado, los granos se sumergen en agua a una temperatura entre 10 y 25º C entre 48 – 60 h. Durante este tiempo, los granos se hidratarán, pasando de un 10 – 12% de agua a un 44 – 50%. Una vez remojado el grano, la germinación se hace entre 15 y 21º C, según el tipo de malta.

Esto se hace en unos compartimentos especiales, con el suelo perforado, donde se controla la humedad y el flujo de aire. Durante la germinación se producen diferentes enzimas hidrolíticos como α - y β-amilasas, peptidasas, celulasas,...La β-amilasa ya está presente en el grano, pero en una forma inactiva, que se activará por unión a otras proteínas. Es la encargada de la mayor parte de la degradación del almidón. Una vez alcanzado el grado deseado de germinación, cuando los granos están blandos, la malta se deseca hasta tener un 6% de humedad aproximadamente, a 65º C primero y después a 80 – 85º C, para reducir la humedad a un 4,5%.

Con esto se detienen los procesos de germinación, de crecimiento bacteriano y se favorece la reacción de Maillard, que contribuye a darle a la cerveza su aroma y color característico. El malteado es un proceso limpio, ya que el resultado está esterilizado. En ocasiones puede ser necesario añadir amilasas de origen fúngico. La malta de buena calidad tiene suficiente actividad enzimática como para facilitar la extracción y conversión de mezclas de maceración que contengan hasta el 60 – 70% de cereales, además de la propia malta. Los enzimas microbianos industriales pueden sustituir a la malta como fuente de enzimas para la producción de mosto cervecero, de manera que actualmente se puede obtener una mayor variedad de bebidas alcohólicas procedentes de cereales, ya que no con todos los cereales funcionaba bien el malteado.

2. Maceración y filtración. Durante la maceración, las materias primas se extraen con agua, con lo cual los azúcares y otros nutrientes necesarios para la fermentación, que sean solubles, se extraerán del cereal. Esta fase se hace en condiciones de calentamiento controlado. Puede hacerse de dos maneras.
o Maceración por infusión: el grano se introduce en una cámara de maceración, el fondo de la cual está constituido por una placa filtrante, parcialmente llena de agua caliente, a una temperatura de 65º, para permitir la conversión enzimática y la extracción del mosto. Posteriormente el mosto se separa por filtración, mientras que la parte insoluble se usa para hacer piensos,...
o Maceración por decocción: la harina se macera a unos 50º C inicialmente, pero la temperatura va subiendo. Se transfiere parte de la masa a una caldera, donde hervirá y se devolverá a la masa restante. Una vez macerado, el mosto se separa de la masa agotada por filtración en una tina llamada cámara de clarificación.

La temperatura óptima de las proteasas, amilasas,... de la malta usada dicta las condiciones de maceración. Si al final del proceso de maceración la extracción de azúcares ha sido insuficiente, pueden añadirse harinas más sacarificadas de otro cereal que aporten más amilasas.

El resultado de la maceración se mezcla con lúpulo, que aporta componentes como el pirogalol, taninos, resinas y aceites, que dan la amargura característica de la cerveza y además actúan como estabilizantes.

3. Cocción del mosto. El mosto clarificado mezclado con el lúpulo se cuece durante 60 – 90 minutos, con tal de favorecer:
o La inactivación de los enzimas de la malta
o La esterilización del mosto
o La precipitación de las proteínas y los taninos, que se separan, en la clarificación del mosto.
o La extracción de sustancias amargantes procentes del lúpulo. El lúpulo se pone y se elimina después, pero deja el gusto característico. Si no se pusiese, no tendría el gusto característico, en cuyo caso tendríamos mosto cervecero, que podría servir para muchas cosas.
o La producción de color, aromas, y sabores característicos por la caramelización de los azúcares, la formación de melonoidina y la oxidación de los taninos.
o Destilación de los volátiles.

A continuación se separa el precipitado proteico, el lúpulo agotado y el resto de sólidos, a veces con la ayuda de un agente floculante, en un separador adecuado o mediante la combinación de un tanque de sedimentado y un filtro o centrífuga. Una vez separados los sólidos, el mosto se enfría, mediante un sistema de intercambio de calor, hasta la temperatura inicial de fermentación. Además se airea hasta que la concentración de oxígeno sea entre 5 y 15 mg por litro, para favorecer la formación de ácidos grasos insaturados y esteroles que después no se podrán producir.

4. Fermentación de la cerveza. El mosto se inocula con levaduras, hasta que tiene aproximadamente 107 células por ml o más, si es necesario para incrementar la velocidad de fermentación. Tradicionalmente la producción de la cerveza inglesa, “ale”, se hacía entre 15º - 22º C, y se usaban levaduras de fermentación alta, Saccharomyces cerevisiae, que subían a la superficie y se podían eliminar en forma de espuma, mientras que la cerveza “lager”, o “pilsen” alemana, se hacía entre 8º y 15º C y con levaduras que sedimentaban al fondo del contenedor, Saccharomyces carlsbergensis, hacia el final del proceso. Con la introducción de los grandes dispositivos fermentadores y el uso de centrífugas, esta tendencia tiende a desaparecer.

En las fermentaciones para obtener lager, el recuento inicial de células es de 107 células por mililitro. Se usan levaduras seleccionadas, preparándose un inóculo nuevo para cada fermentación. La temperatura inicial es de unos 10º C. Al cabo de unos 3 días, la población de levaduras se ha incrementado unas 4 – 5 veces. La temperatura tiende a aumentar a lo largo del proceso de fermentación. Puede ser necesario refrigerar cuando se alcanza el máximo. Si la temperatura se mantiene entre 6 y 10º, la fermentación dura unos 10 días, pero si se hace entre 15 y 22º C, se completará en 3 días.

Durante el proceso de fermentación, el pH desciende aproximadamente una unidad, a partir de un valor inicial de 5,2. Contribuye a acidificar el medio el ácido acético que se forma por oxidación del aldehído. Los azúcares fermentables, que suelen constituir entre el 70 y el 80% de los carbohidratos del mosto se convierten totalmente en etanol durante la fermentación. El resto de los carbohidratos suelen ser dextranos nos susceptibles de ser atacados por las amilasas de la malta, debido a los enlaces glucosídicos α(1→6).
En la producción de ale, el pH baja hasta 3,8 y se requieren tan solo de 5 a 7 días.

5. Maduración y acondicionamiento final de la cerveza. La cerveza recién fermentada, la cerveza verde, se somete a diversos tratamientos antes de ser embotellada. La maduración implica una fermentación secundaria por las levaduras residuales que pasan a la cerveza desde el fermentador primario. Durante este proceso se reduce la cantidad de maltotriosa residual, así como aumenta la concentración de algunos esteres. El CO2 es producido por esta fermentación secundaria, o es añadido posteriormente. Normalmente se añade después, pero de hecho depende del lugar. Este dióxido de carbono ayuda a eliminar el oxígeno residual, así como otros volátiles no deseados. En ocasiones se añaden aditivos para clarificar y ajustar el color, sabor y aroma de la bebida, así como para estabilizar la espuma.

Posteriormente la cerveza se almacena a bajas temperaturas, entre 2 y 6º C, durante un período de 4 días a 4 semanas. Después del acondicionamiento, la cerveza contiene células microbianas, precipitados proteicos y sustancias coloidales, que se separan por floculación, centrifugación o filtración. La estabilidad microbiológica se consigue en cervezas y latas por la limpieza del envase y posterior pasteurización del producto a envasar. En barriles se esteriliza el barril y la cerveza por separado, y se envasa en condiciones asépticas.

De hecho es bastante dificil que la cerveza se contamine, porque se calientan las materias primas. Pero pese a esto se puede contaminar en diferentes etapas del proceso:
♦ Durante el inóculo de la cuba: Al inocular el fermentador primario, el inóculo representa el 10% del volumen del fermentador y después se añade el sustrato. En este caso, si el inóculo está contaminado y te das cuenta a tiempo sólo perderás el inóculo, pudiendo conservar el mosto.
♦ Después del inóculo: Si ya has inoculado y añadido el mosto, deberás tirar todo el volumen del fermentador, con muchas pérdidas.
♦ Durante la fermentación: Es difícil que pase, porque las levaduras están en condiciones óptimas.
♦ Durante el reposo: pueden aparecer bacterias lácticas, que producirán diacetilo,... Esto provocará un olor a mantequilla. Lo que normalmente se hace es diluir la cerveza contaminada con otras, para que no se note el olor.
♦ Durante el envasado: Para el envasado se usan máquinas envasadoras normales y corrientes que funcionan a alta velocidad, entre 25000 y 30000 botellas a la hora. Es posible que se contamine, pero total, después se pasteurizará, por lo que no tiene sentido preocuparse en exceso. Pese a esto, en verano, con el pico de consumo es posible que se reduzcan los tiempos de pasteurización, con lo que los riesgos aumentarán.

Las posibles contaminaciones pueden ser:
♦ Puede tener un aspecto aceitoso o gelatinoso. Se ve a simple vista.
♦ Puede estar turbia y tener un olor raro. Esto es difícil de ver, porque está fría y tiene espuma. No hay mucho problema, porque las bacterias que provocan esto no suelen ser patógenas.
♦ Olor a mantequilla, debido a las bacterias lácticas
♦ Acidificación, debida a la presencia de bacterias acéticas, que provocan la oxidación del etanol al ácido acético.
La cerveza se hace por fermentaciones en carga normalmente. Se ha intentado hacer fermentación en continuo, pero la empresa que lo intentó, lo hizo sólo durante un año, y después volvió a la fermentación en cargas. El fermentador en continuo que más tiempo ha estado funcionando han sido 114 días, lo que es un éxito. Después se tiene que esterilizar el fermentador y volver a empezar.

Ref. video: JavierCiencias

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