2010 paez - bebidas fermentadas

BEBIDAS FERMENTADAS

Autor:

VANESSA ANDREA PÁEZ ESCOBAR

UNIVERSIDAD DEL VALLECALI – COLOMBIA

2010

PÁEZ ESCOBAR, VANESSA ANDREA BEBIDAS FERMENTADAS

Para consultas o comentarios, ponerse en contacto con:

Vanessa Andrea Páez Escobare-mail: [email protected]

Las opiniones expresadas no son necesariamente opiniones de ReCiTeIA,

de sus órganos o de sus funcionarios.

Edición:2010 © ReCiTeIA.Cali – Valle – Colombiae-mail: [email protected] url: http://revistareciteia.es.tl/

ReCiTeIA - v.10 n.1 2

http://revistareciteia.es.tl/

mailto:[email protected]

mailto:[email protected]


Bebidas Fermentadas

Vanessa Andrea Páez EscobarUniversidad del Valle – Colombia

CONTENIDO

Lista de Tablas.................................................................................................................................3Lista de Figuras................................................................................................................................4Resumen...........................................................................................................................................51 Introducción............................................................................................................................5

1.1 La fermentación.................................................................................................................................51.2 Medios de fermentación....................................................................................................................61.3 Bebidas Fermentadas........................................................................................................................61.4 Levaduras en la producción de bebidas alcohólicas..........................................................................7

2 Antecedentes...........................................................................................................................72.1 Reseña histórica.................................................................................................................................7

3 Bebidas fermentadas a base granos.........................................................................................93.1 Biología de las fermentaciones con levaduras..................................................................................93.2 Propiedades Tecnológicas...............................................................................................................10

3.2.1 Tolerancia al etanol................................................................................................................103.2.2 Floculación............................................................................................................................103.2.3 Resistencia a las toxinas........................................................................................................103.2.4 Carbohidratos en la fermentación..........................................................................................10

3.3 Clasificación de bebidas alcohólicas a base de granos...................................................................114 Operaiones unitarias..............................................................................................................12

4.1 Secado.............................................................................................................................................124.1.1 Secado de dos plantas o de horno..........................................................................................124.1.2 Secado De Tambor O Rodillos..............................................................................................13

4.2 Molienda..........................................................................................................................................134.2.1 Molienda Húmeda.................................................................................................................13

4.3 Extracción........................................................................................................................................144.4 Filtración.........................................................................................................................................144.5 Evaporación.....................................................................................................................................15

4.5.1 Evaporador Abierto...............................................................................................................154.6 Modelos matemáticos.....................................................................................................................164.7 Proceso productivo..........................................................................................................................17

4.7.1 Cerveza..................................................................................................................................174.7.2 Whisky...................................................................................................................................344.7.3 Bebidas autoctonas preparadas a base de maíz......................................................................374.7.4 Bebida fermentada obtenida a partir de arroz........................................................................37

5 Conclusiones.........................................................................................................................416 Bibliografía............................................................................................................................41

LISTA DE TABLAS



Tabla 1. Desarrollo histórico de la elaboración de la cerveza. 8Tabla 2. Clasificación de bebidas fermentadas a base de granos 12Tabla 3. Modelos matemáticos 16Tabla 4. Principales clases de whisky 36

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Fermentadores de planta piloto de 50 y 25 litros. 7Figura 2. Vía metabólica simplificada de la fermentación alcohólica. 9Figura 3. fermentador. 11Figura 4. Secador de tambor rotatorio. 13Figura 5. Filtro de hojas. 15Figura 6. Diagrama de flujo Proceso general de elaboración de la cerveza. 17Figura 7. Diagrama de proceso simplificado de la cerveza a partir de cebada. 18Figura 8. Diagrama de equipos. 19Figura 9. Diagramas De Procesos De La Elaboración De Cervezas A Base De Sorgo. 20Figura 10. Diagrama de procesos de la producción de cerveza tipo Ijuba. 21Figura 11. Diagrama de procesos de la producción de cerveza tipo Kimberley. 22Figura 12. Cebada madura. 23Figura 13. Diferentes procedimientos de extracción. 25Figura 14. Lúpulo. 27Figura 15. Interior de una fábrica de cerveza 27Figura 16. Fermentador de 25 litros mostrando el monitor de control. 30Figura 17. Preparando el fermentador el 2 litros 30Figura 18. Grano de sorgo. 33Figura 19. Destilación del whisky. 35Figura 20. Diagrama de flujo del proceso de elaboración del tesgüiño. 37Figura 21. Diagrama de proceso sake. 38



Bebidas Fermentadas

RESUMEN

Este trabajo es una pequeña reseña de todo lo concerniente a la realización de bebidas fermentadas a base de granos. Se parte de una breve reseña histórica, primeramente de la forma de elaboración de bebidas fermentadas en la antigüedad, evolución a través del tiempo y la forma de elaboración de las bebidas fermentas a base de granos más representativas en el mercado mundial. También se mencionan definiciones de conceptos importantes en las bebidas fermentadas, operaciones unitarias de procesos, proceso productivo, e innovaciones en los productos.La cerveza es la bebida fermentada a base de granos más antigua y la más consumida en el mundo. A partir de su estudio se descubrieron muchas propiedades, como el comportamiento de las levaduras; utilizadas también en otros procesos, como en la elaboración del whisky, sake,y kaffir (cerveza aficana).

1 INTRODUCCIÓN

1.1 LA FERMENTACIÓN

El proceso común que interviene en la elaboración de bebidas alcohólicas, es la fermentación que realizan los microorganismos presentes en la materia prima. El término fermentación es entendido de forma distinta en el contexto de la biología celular que en el contexto industrial.

En el sentido biológico la fermentación es un proceso de obtención de energía en condiciones anaeróbicas (ausencia de oxígeno) que puede generar como producto final ácido láctico (fermentación láctica, por las bacterias ácido-lácticas) o etanol (fermentación alcohólica por levaduras).

La reacción de la fermentación láctica sería:

Glucosa → Ácido Láctico + energía + H2O

La reacción de la fermentación alcohólica sería:

Glucosa → Etanol + energía + CO2

Este es el tipo de reacción que más adelante será ampliada.

En el contexto industrial, se denomina fermentación a un proceso microbiano a gran escala, tanto si se realiza en condiciones aeróbicas como anaeróbicas.



Gracias a los productos fermentados, las biotecnologías nos procuran una alimentación más rica en vitaminas, fácil de digerir y sabrosa. El uso de enzimas seleccionadas permite evitar todo tipo de contaminación. A menudo, los productos metabólicos de la fermentación, como el ácido láctico, el ácido acético y el alcohol, contienen naturalmente inhibidores de la descomposición de las materias orgánicas; a veces son las propias enzimas las que producen un antibiótico capaz de luchar contra la invasión de los gérmenes. Las fermentaciones ofrecen una inestimable fuente de producción de alimentos y descontaminación.

1.2 MEDIOS DE FERMENTACIÓN

Las fermentaciones con células libres constituyen todavía el método más utilizado. Su manipulación es relativamente fácil, y, en algunos casos no requiere un medio de cultivo estéril. Ya que las células se producen con la misma rapidez con la que son eliminadas del reactor, existe una síntesis constante de nuevo catalizado. De esta forma, y suministrando al reactor condiciones apropiadas para el crecimiento, la fermentación puede transcurrir en un estado estacionario en el que la eficiencia catalítica no cambia. Además, a partir de la degradación catabólica de los nutrientes, la célula que crece activamente es capaz de suministrar la energía necesaria para la síntesis. Sin embargo, el mayor número de reacciones requeridas para el metabolismo significa también aumento de probabilidades para la formación de productos secundarios no deseados.

Este hecho, junto con la producción de un exceso de biomasa, limita el rendimiento del medio del cultivo y, por consiguiente la economía del proceso.

La células inmovilizadas pueden considerarse como un estado intermedio entre la fermentación, la células libres y las enzimas inmovilizadas. En algunos casos las células se destruyen antes de inmovilizarlas y se utiliza un solo componente enzimático, por lo que, en ellos, la distinción entre células y encimas inmovilizadas constituye una cuestión

1.3 BEBIDAS FERMENTADAS

El consumo de bebidas fermentadas es una de las actividades más antiguas del hombre. La elaboración de cerveza trae beneficios comerciales y ganancias para los países a través del cobro de impuestos, pero también problemas sociales y de salud por el alto consumo de bebidas alcohólicas, de esta manera la economía nacional se ve afectada por la disminución en la productividad, gastos en tratamientos médicos, etc.



Figura 1. Fermentadores de planta piloto de 50 y 25 litros.

1.4 LEVADURAS EN LA PRODUCCIÓN DE BEBIDAS ALCOHÓLICAS

La fermentación a gran escala por acción de las levaduras es responsable de la producción de alcohol para fines industriales y de bebidas alcohólicas. Las bebidas alcohólicas más importantes que se producen industrialmente con intervención de las levaduras son el vino (fermentación de zumo de uvas), la sidra (fermentación del zumo de manzana), la cerveza (fermentación de cereales malteados), y bebidas destiladas producidas por condensación del alcohol proveniente de la fermentación.

En todos estos procesos se utilizan levaduras del tipo Saccharomyces cerevisiae, que es la misma que se utilizaba en la antigüedad para el mismo fin. Desde entonces, las levaduras han sido cultivadas en laboratorio durante tanto tiempo que se han ido seleccionando y mejorando cepas según distintas propiedades. De las fermentaciones naturales se han seleccionado levaduras para una producción más controlada y hoy en día la producción de bebidas alcohólicas es una gran industria extendida por todo el mundo. En la actualidad también es posible mejorar este tipo de levadura por técnicas de ingeniería genética, con el objetivo de obtener un producto de mejor calidad y más uniforme.

2 ANTECEDENTES

2.1 RESEÑA HISTÓRICA

La fermentación se ha realizado durante mucho tiempo; se cree que se practicaba al menos desde unos 10000 años a.C. suficientes pruebas científicas y arqueológicas han demostrado que la bebida fermentada a base de un cereal más antigua del mundo es la cerveza, producida por primera vez 4000 años a.C por los sumerios en el sur de Babilonia. Se encontraron tablillas de arcilla sumerias con escritos sobre la receta de la bebida. Los sumerios fueron conocidos como grandes bebedores de cerveza. Los egipcios también



famosos por su tecnología fermentativa, fueron grandes productores y consumidores de cerveza y pan, se cree que las pirámides egipcias fueron construidas a base de esta dieta. Algunos de los mas antiguos productos fermentados egipcios fueron de consistencia muy densa y se denominaron “ eli” (bebidas embriagadoras), mientras que más tarde, las bebidas más ligeras y suaves, se conocieron como “hekt”. Como resultado de pruebas directas obtenidas se propuso un modelo de cervecería para el imperio nuevo. La fermentación alcohólica es un proceso ancestral.

Tabla 1. Desarrollo histórico de la elaboración de la cerveza.Evento Año/Época

Evidencias arqueologiazas en el valle del Nilo de fermentación de cereales.

4.000 a C.

Se introduce la adición del lúpulo en la elaboración de cerveza en Bavaria.

Siglo VIII

Generalización del uso del lúpulo en toda Europa. Siglo XVIIExpansión y predominio en Europa de la técnica de Bavaria para la elaboración de cerveza por fermentación baja.

Siglo XIX

Científicos establecen que la levadura es un organismo vivo y es responsable de la formación de alcohol. Se acuña el nombre de Saccharomyces (hongo del azúcar).

1825-1837

Luís Pasteur realiza sus estudios sobre fermentaciones, incluida la cerveza.

1857-1876

Publicación del libro Estudios sobre la cerveza de Luís Pasteur. 1876Establecimiento de técnicas de aislamiento y propagación de cultivos puros de levadura por Emil Hansen en la cerveza carlsberg.

1883

Inicio de la taxonomía de la levadura por Hansen. 1896Diseño y patente de los primeros fermentadores cilindro-cónicos. 1908-1927Se inicia el uso de papaína en el proceso de clarificación de la cerveza.

1911

Uso de los primeros fermentadores cilindro-cónicos. Década de los 70

El Shu-Ching, libro clásico de China de la dinastía Chou (1121-220 a.C), describe la importancia del Chou para la elaboración del Chiu, o bebidas alcohólicas. El Chiu consistía en granos contaminados naturalmente por mohos, así servía como fuente de enzimas para la hidrólisis de almidón en sustancias más simples que otros microorganismos convertirían en etanol. El Chu debe haberse descubierto poco después de que se empezaron a usar los granos como alimento humano.

El maíz ha sido un alimento fundamental para la dieta de los indígenas en Mesoamérica y Sudamérica desde hace 5000 años, ellos han consumido este grano preparado de diferentes maneras, entre ellas la fermentada, desde antes de la conquista española. En las culturas indígenas existen muchos alimentos y bebidas fermentadas autóctonas, de las cuales se conoce poco. En 1965 Hesseltin publico una lista de alimentos fermentados tradicionales que actualmente se ha incrementado. México es un país pluriétnico de muchas costumbres



y culturas habitado por grandes comunidades indígenas (desconocidas para la mayoría de los mexicanos) con un alta ingesta de bebidas alcohólicas, preparadas generalmente a partir de la fermentación del maíz. Estas bebidas alcohólicas o no alcohólicas son producidas desde hace cientos de años con fines domésticos, medicinales-curativos o religiosos.

En 1856-7, investigaciones realizadas por Luís Pasteur sobre la fermentación de cerveza y vino demostró que las levaduras fermentaban el azúcar en etanol y dióxido de carbono, cuando eran obligadas a vivir en ausencia de aire. Dos elementos vitales de la fermentación industrial: el empleo tradicional de mohos y levaduras en la modificación de alimentos y bebidas y los estudios microbiológicos pioneros de científicos como Pasteur y Koch. La tabla 1 muestra el desarrollo histórico de la cerveza.

3 BEBIDAS FERMENTADAS A BASE GRANOS

3.1 BIOLOGÍA DE LAS FERMENTACIONES CON LEVADURAS

La producción de etanol se da fundamentalmente por la acción del microorganismo productor, la levadura de la especie Saccharomyces sobre los carbohidratos. En general en todas las bebidas se encuentran los mismos compuestos, diferenciándose unos de otros por las concentraciones de cada uno de ellos. Saccharomyces hidroliza gran cantidad de azucares para la fermentación de estos, entre los que se encuentran: sacarosa, glucosa, fructosa, galactosa, manosa, maltosa y maltotriosa. El etanol es el principal producto de la fermentación de granos, producido a través de la ruta Embden-Meyerhof-Parnas en donde la glicosilacion se convierte en acetaldehído y este se reduce a etanol. (Fig. 2)

Figura 2. Vía metabólica simplificada de la fermentación alcohólica.

La glucosa es hidrolizada por la invertasa ubicada en el espacio periplásmico extracelular. La maltosa y maltriosa son hidrolizadas de forma intracelular por la -glucosidasa. Todas las levaduras del tipo Sacchormyces son incapaces de hidrolizar el almidón y la dextrinas, por consiguiente, el empleo de materiales basados en almidón. Para la fermentación alcohólica requieren la acción de enzimas como las y amilasas de la malta o enzimas microbianos como -amilasa, glucoamilasa y pululanasa. Las Sacchormyces diastaticus no



son adecuadas para la elaboración de cerveza. Los principales azucares de la malta son la glucosa y fructosa. Las levaduras hidrolizan más rápidamente unos azucares que otros es el ejemplo de S. cerevisiae que metaboliza preferiblemente la glucosa.

Las levaduras que tradicionalmente se conocen para la producción de bebidas alcohólicas son: S. cerevisiae, S. uvarum, S. carlsbergensis, S.bayanus, S. ellipsoideus, S. chevalieri, S. oviformes, S. italicus, S. sake, etc. La gran diversidad de formas, funciones y características bioquímicas hacen difícil la clasificación, pero se ha comprobado que todas estas especies ya mencionadas son diferentes cepas de una misma especie.

3.2 PROPIEDADES TECNOLÓGICAS

3.2.1 Tolerancia al etanol

La mayoría de cepas Saccharomyces que se utilizan industrialmente poseen una tolerancia al etanol superior a las de sus homologas salvajes. Es indispensable que presenten una tolerancia alta al etanol para asegurar que la fermentación continué hasta el contenido deseado de etanol, lo cual es de especial interés en las bebidas fuertes.

3.2.2 Floculación

Es la aglomeración abierta de células. Esta propiedad hace que las levaduras se separen del medio al final de la fermentación. Sin embargo la floculación precoz puede impedir que la fermentación se complete. Este fenómeno se debe a un cambio en la composición de la pared celular de la levadura. La capacidad de flocular vine determinada genéticamente. La floculación puede ser inhibida por los azucares mientras que la sal lo favorece.

3.2.3 Resistencia a las toxinas

Las cepas de Saccharomyces productoras de toxinas como las zimocinas puede detener la fermentación, por eso es ideal que las cepas Saccharomyces de uso comercial sean resistentes a esta toxina.

3.2.4 Carbohidratos en la fermentación

El almidón es el carbohidrato más importante usado en la fermentación. Puede emplearse en forma de granos o raíces, enteros o molidos, de plantas como el maíz, el arroz, el trigo, las patatas y la mandioca como almidón purificado, como almidón modificado o como dextrinas. Durante el calentamiento o esterilización de los gránulos el almidón elifica, volviéndose extremadamente viscoso, por lo que usualmente se incluye en el proceso una etapa de hidrólisis enzimática que licue o aclare el almidón, lo que puede llevarse a cabo bajo la acción de amilasas provenientes de fuentes microbianas o de cereales malteados. La extensión de dicha hidrólisis varía con el proceso de fermentación y depende de factores tales como si la cepa microbiana a utilizar produce o no amilasas y de si la síntesis del producto está sujeta a represión por el catabolito.



La fuente de carbono y energía más importante en los procesos de fermentación son materias primas renovables que contienen azúcar y almidón. La producción anual de almidón y azúcar es inferior a la de biomasa a partir de lignocelulosa. Por tanto, a medio y largo plazo los productos de hidrólisis de la lignocelulosa deberán ser las materias primas más importantes en los procesos de fermentación.

La glucosa se obtiene usualmente en los medios de fermentación a partir de la hidrólisis enzimática de los almidones. En algunos casos se utiliza glucosa refinada, más costosa, en forma cristalina o de jarabe para la elaboración de productos de mayor valor.

Fermentador de 50 litros:

A - Cuba de fermentaciónB - Unidad de control

C - Conexiones eléctricas, válvulas y conducciones para entrada y salida de

agua y aire al fermentador

Figura 3. fermentador.

3.3 CLASIFICACIÓN DE BEBIDAS ALCOHÓLICAS A BASE DE GRANOS

La clasificación de las bebidas alcohólicas puede depender del sustrato que contienen, si son destiladas o no destiladas, o si son simples o compuestas. La tabla 1 presenta la clasificación de las bebidas fermentadas a base de granos y cereales; entre las bebidas destiladas y no destiladas se encuentra otra clase de bebidas, son las fortificadas, este tipo de bebidas ha sido adicionada con una mezcla de bebidas alcohólicas destiladas y no destiladas para aumentar su grado alcohólico.



Las bebidas de denominación de origen, como las de las culturas indígenas, el tequila, la champaña, el coñac, bourbon, jerez, etc., son producidas en determinada región con materia prima del lugar y normas de proceso establecidas. Esto significa que no se puede de ninguna manera plagiar el nombre de determinada bebida que no ha sido elaborada dentro de la región específica.

Tabla 2. Clasificación de bebidas fermentadas a base de granosSustrato No destiladas DestiladasCebada Cerveza WhiskyMaíz Tesguiño Bourbon, whisky de maíz, whisky de TennesseeArroz SakeSorgo Cerveza africana

4 OPERAIONES UNITARIAS

4.1 SECADO

El secado es la eliminación de agua de los sólidos de proceso y de otras sustancias. Al desecar un sólido húmedo con aire caliente, como ocurre con el secado de lo granos de cebada, el aire aporta el calor sensible y el calor latente de evaporación de la humedad y también actúa como gas portador para eliminar el vapor de agua que se forma en la vecindad de la superficie de evaporación.

La eliminación de agua presenta problemas importantes: por una parte, el riesgo de alteración de la calidad nutricional y sobre todo organoléptica del producto tratado y por otra, un consumo notable de energía. La falta de selectividad de la eliminación de agua son menos costosas que otras, pero son precisamente las menos costosas que mas alteran la calidad del producto.

4.1.1 Secado de dos plantas o de horno

Este quipo de desecación consiste básicamente en un edificio de dos plantas. En la planta baja se sitúa un horno o quemador y en ella el aire caliente y los productos de la combustión ascienden, por convección natural o forzada, y penetra a través del piso enrejillado de la segunda planta sobre el que se esparce el producto húmedo en forma de capa uniforme de 0.1-0.2 m de espesor. El aire húmedo se elimina por una chimenea situada en el piso superior. Para que la desecación sea uniforme es preciso rastrillar o voltear el producto regularmente. Los principales inconvenientes de este tipo de secaderos son los largos tiempos de desecación y la falta de control de las condiciones de desecación.Este tipo dé secadero se emplea para desecar lúpulo y malta. Como alternativa más barata al secado en hornos de malta se ha propuesto la aplicación de un tratamiento a altas temperaturas durante tiempos cortos en un horno de extrusión.



4.1.2 Secado De Tambor O Rodillos

Figura 4. Secador de tambor rotatorio.

En los secaderos de rodillos el producto se seca sobre la superficie de un rodillo giratorio calentado interiormente. Para que pueda utilizarse este método el alimento debe ser líquido o semilíquido. La malta acaramelada se consigue horneando la malta verde en un tambor para hidrolizar y caramelizar el almidón de los granos individuales. El producto se extiende en forma de capa fina sobre la superficie del cilindro horizontal que gira lentamente, y la eliminación del agua tiene lugar en el curso de aproximadamente 300 º de una revolución.El cilindro se calienta interiormente con vapor de agua a presión, o bien con menos frecuencia, con agua caliente u otro liquido transmisor de calor. El producto seco se separa en forma de película continua por medio de una cuchilla que rasca longitudinalmente la superficie del cilindro.

4.2 MOLIENDA

Se pueden considerar varias formas de operar, sin que ello quiera decir que todas sean aplicables a un producto alimenticio determinado o a las exigencias de un proceso. El objetivo primordial es alcanzar la reducción de tamaño deseado con un costo mínimo.

4.2.1 Molienda Húmeda

Si los productos de partida son húmedos o se pueden humedecer sin dañarlos, se puede tomar en consideración esta forma de operar. La carga se muele en forma de suspensión en una corriente líquida que lo transporta.

En la industrialización de los alimentos la molienda es, con frecuencia parte de un proceso de extracción, durante el cual un constituyente soluble del producto inicial se transfiere a la corriente líquida para ser recuperado por evaporación, tal como sucede en la molienda del maíz.

Antes eran frecuentes los molinos de cuatro rodillos y rendían un buen extracto a partir de las maltas convenientemente modificadas. Pero el aumento del uso de maltas no tan bien



modificadas de la clase “larger” y la necesidad de una elaboración rápida ha llevado a la aparición de equipos con seis rodillos.

Se puede aplicar una molienda en seco o en húmedo. La molienda en seco proporciona un buen extracto de malta pero la fragmentación de la cascarilla causa un tiempo mayor de vacado del mosto tras la maceración. Este problema se puede solucionar, a la vez que se incrementa el extracto, con un acondicionamiento mediante vapor que vuelve gomosa a la cascarilla y la hace menos sensible a la fragmentación.

4.3 EXTRACCIÓN

En la extracción por decocción se emplean dos cubas, la cuba sacrificadora y la caldera extractora de cobre. La temperatura se eleva sacando una parte de la papilla del sacrificador, hirviéndola en caldera de cobre y devolviéndola al tanque sacrificador.

La cuba filtro se emplea normalmente en las extracciones con temperatura programada y por decocción y esta diseñada para efectuar una filtración rápida de la papilla una vez sacrificada. Se utilizan cubas de lecho no muy profundo, que proporcionan vaciados en tiempos de 2 a 3 horas con una recuperación del extracto del 98-99%. El agua para agotar el bagazo se puede añadir en una operación y los sólidos se suspenden mediante rastrillos rotatorios. Las cubas-filtro son flexibles en cuanto al uso y proporcionan un bagazo bien escurrido. Se han diseñado variantes como el Strainmaster™, para combinar un área de filtración mayor con una superficie de instalación más reducida. Los tanques no resultan adecuados para producir mosto dulce de un peso específico superior a 1,6.

4.4 FILTRACIÓN

Hay dos sistemas básicos de filtración de acuerdo con los principios físicos que se fundamentan. La filtración en superficie se caracteriza por la acción concurrente de una filtración del material particulado y de un coadyuvante de Kieselguhr y consiste en el depósito de los sólidos en suspensión sobre la superficie del filtro para construir una superficie porosa y filtrante en constante cambio (torta). La filtración en profundidad, por el contrario involucra a muchos factores de los cuales la adsorción del material particulado al elemento filtrante durante el flujo a través del filtro es, probablemente el de mayor importancia en lo que se refiere a la elaboración de la cerveza.

El Kieselguhr es muy útil y se ha utilizado como coadyudante en la filtración durante muchos años. Sin embargo el Kieselguhr representa un riesgo para la salud cuando se manipula en forma de polvo seco, por lo que se han buscado otros materiales. Entre éstos están la perlita, los silicatos obtenidos de rocas volcánicas, y los hidrogeles de sílica. En algunas cervecerías la perlita ha resultado decepcionante por su poca eficacia, pero los hidrogeles de sílica presentan una eficacia comparable a la de Kieselguhr.

Se dispone de diversos equipos para la filtración, como filtros de placa y marco (filtros prensa), filtros de bujías y filtros de hojas (Fig. ). Los filtros de hojas consistentes de



celulosa/algodón impregnadas de asbesto son eficaces, pero se han reemplazado por varias clases de filtros de Kieselguhr como consecuencia de los temores de seguridad sobre el asbesto.

Figura 5. Filtro de hojas.

4.5 EVAPORACIÓN

La evaporación o concentración de una solución por ebullición del solvente encuentra varias aplicaciones comerciales principales en la industria de alimentos, en la producción de cerveza es: para reducir la actividad de agua, extracción de los componentes del lúpulo e isomeración de las humulonas, destrucción de los enzimas de la malta y de los enzimas añadidos, esterilización del mosto , eliminación de compuestos volátiles indeseables, formación de los compuestos responsables del aroma, del sabor y el color mediante la reacción de Maillard, y coagulación de las proteínas por lo que es necesaria la agitación.

4.5.1 Evaporador Abierto

Son los evaporadoras más simples del mercado y son populares por su baratura. Para la cocción del mosto se utilizan cubas abiertas en su parte superior que utilizan como medio de agitación la termofusión y están provistos de una camisa de calentamiento externa. La agitación favorece la transferencia de calor, aumentando su velocidad, y reduce el riesgo de “chamuscado” del producto que está en contacto con la superficie de calentamiento



4.6 MODELOS MATEMÁTICOS

Tabla 3. Modelos matemáticosOperación Ecuaciones

Secado

Velocidad de desecación

Kg Coeficiente de transferencia de masa conductivoA Área de superficie de desecaciónPs Presión de vapor de agua en la superficiePa Presión parcial de vapor de agua en el aire

Velocidad de transferencia de calor

hc Coeficiente convectivo de transf. De calorA Área de transf.. de calorqa Temperatura del bulbo seco del aireqs Temperatura de superficie de desecación.tc Temperatura de desecación a velocidad constantewo Humedad sólido inicialwc humedad finalrs Densidad del producto secod Profundidad bandeja

Molienda

Ley de Rittinger E Energía necesaria para un cambioK Coeficiente de Rittingerx2 Tamaño final del productox1 Tamaño inicial del producto.

Ley de KickE

Energía necesaria para deformar las partículas dentro de su límite elástico

x1/x2 Relación de reducción de tamaño

Ley de la desintegración de F.C Bond Ei

Energía necesaria para reducir la necesidad de masa.

Extracción

Velocidad de transf. de masa del soluto

K Coeficiente de transf. de masaA ÁreaCS Concentración del soluto en la superficie del sólidoC Concentración de disolución

Filtración

Resistencia de la torta

- Caída de presión a través de la torta

Viscosidad del filtradoMasa de sólidos depositada sobre el medio por unidad de volumen filtrado

V Volumen del filtrado pasados en el tiempo tA Área del filtro normal a la dirección de filtrado

Resistencia especifica de la torta.



4.7 PROCESO PRODUCTIVO

4.7.1 Cerveza

La cerveza es una bebida alcohólica no destilada elaborada por medio de la fermentación de una solución de cereales, donde el almidón ha sido parcialmente hidrolizado y se le ha conferido por infusión el sabor del lúpulo. La cerveza se puede considerar como la bebida preparada a base de cualquier cereal (por ejemplo, la cerveza de sorgo africana, o las weissbier o weizenbier, elaborada con una alta proporción de malta de trigo). Existen dos tipos de cerveza: las larger, elaboradas con levadura de fermentación baja, y las ale, elaboradas con levaduras de fermentación alta.

En general el contenido alcohólico de las cervezas varía entre 3 y 4%. La cerveza no puede exceder el 6% de alcohol, según legislaciones el producto debería llevar otro nombre como vino de malta, licor de malta, etc.

4.7.1.1 Diagrama De Procesos



Figura 6. Diagrama de flujo Proceso general de elaboración de la cerveza.

Figura 7. Diagrama de proceso simplificado de la cerveza a partir de cebada.



Figura 8. Diagrama de equipos.



Figura 9. Diagramas De Procesos De La Elaboración De Cervezas A Base De Sorgo.



Figura 10. Diagrama de procesos de la producción de cerveza tipo Ijuba.



Figura 11. Diagrama de procesos de la producción de cerveza tipo Kimberley.

4.7.1.2 Elaboración de cerveza a base de cebada

4.7.1.2.1 Materia Prima

Los principales ingredientes de la cerveza son: agua, malta de cebada, adjuntos y lúpulo. La malta es un cereal en etapas tempranas de germinación, cuyo proceso fisiológico ha sido controlado y detenido por secado.

La cebada es uno de los cereales más importantes del mundo. Cultivada desde los tiempos bíblicos, se utiliza para el consumo humano, como forraje para el ganado y en la elaboración de maltas para cerveza y otras bebidas.

El proceso de malteado inicia con operaciones de limpieza y selección de granos, éstos se remojan de 10-16 ºC para elevar su contenido de agua hasta 42-46%, punto en el cual comienza la germinación. La cebada recién recolectada no germina debido a que se encuentra en un estado durmiente, pero se puede acortar mediante secado. La germinación puede acelerar, mediante la adición de ácido giberelico para desencadenar la producción de enzimas por los granos de apurona. Además reduce los costos de secado durante el horneado al final del malteado y facilita el malteado de cebada de no muy buena calidad.



Figura 12. Cebada madura.

La germinación es un proceso fisiológico que requiere de oxígeno, la falta de este inhibe la germinación, pero esto se soluciona aireando el agua o los granos periódicamente para proveerlo y a la vez eliminar el dióxido de carbono que produce. Actualmente se cuenta con sistemas de movimiento mecánico, con enorme cilindros giratorios horizontales o cajas rectangulares en suyo interior se esparce el grano, y son expuestos a corrientes continuas de aire a temperatura controlada y humedad relativa del 100% de esta manera se provee al grano las condiciones necesarias para la germinación. El movimiento es importante porque permite mantener la temperatura homogénea y una respiración adecuada del grano. La temperatura se controla entre 13-16 ºC.

El grado de germinación que se requiere depende del tipo de cerveza que se pretende elaborar y cuando se ha alcanzado el malteado se detiene mediante secado, que también tiene como objeto detener la germinación y provocar reacción de oscurecimiento que conlleva a la formación de sustancias oscuras y sabores característicos importantes para las cualidades de la cerveza.

El secado es un proceso de dos etapas; en la primera se comienza a temperatura baja entre 55-80 ºC y se continua con temperatura lo suficientemente alta como para detener, pero no destruir la actividad enzimática. Para maltas larger se usan temperaturas entre 55-70 ºC , y para maltas ale entre 60-95 ºC aunque algunas maltas oscuras se hornean a temperatura finales entre 105-177 ºC, y en casos especiales se da un tratamiento de tostado con temperatura hasta 233 ºC, obteniéndose así maltas negras o “chocolate”. El grano de cebada tiene un contenido bajo de azucares fermentables, el cual aumenta durante el malteo, pero lo más importante es que se incrementa considerablemente el contenido de enzimas amiloliticas, las cuales degradan el almidón del mosto generando cantidades de azucares fermentables para llevar a cabo la fermentación.



Granos sin germinar, o de hecho cualquier fuente de almidón o azucares fermentables adicionados al mosto además de la malta, reciben el nombre de adjuntos. Estos son de dos clases: (i) azucares y jarabes de azucares, y (ii) materias ricas en almidón. Los adjuntos ricos en almidón son típicamente cereales sin maltear como: almidón de maíz, cebada, sorgo, trigo, hojuelas de diferentes cereales entre otros, y como adjuntos líquidos se utilizan jarabe de maíz, jarabe de cebada, jarabe de trigo y soluciones concentradas de azúcar y azúcar invertido. Además de ventajas económicas, el uso de adjuntos permite la obtención de cerveza con un contenido reducido de proteínas y leucoantocianinas, lo cual le da mayor vida de anaquel al producto ya que es menos propensa al enturbiamiento.

El lúpulo tiene como principal función la de saborizante; es de hecho, en gran medida responsable del sabor amargo y aroma característico de la cerveza, pero también funciona como un conservador inhibiendo microorganismos patógenos indeseables. De la composición total del lúpulo seco un 15% lo constituyen las resinas, siendo las principales de la fracción denominada ácidos, la humulona, cohumulona, adhumulona, posthumulona, prehumulona, y la fracción ácidos, lupulona, colupulona, adlupulona, prelupulona¸ estos compuestos sufren diversas reacciones químicas, principalmente de isomeración, hidrólisis, durante el proceso cervecero, generando otros componentes que se encuentran en la cerveza.

4.7.1.3 Proceso

4.7.1.3.1 Extracción

El proceso de extracción, empastado o braceado, consta de dos partes (i) la sacrificación, de donde se activan las enzimas de la malta y se continúan los procesos enzimáticos, y (ii) la extracción de los compuestos solubles de la malta y la separación del mosto de la malta no extraíble (bagazo).

El proceso se inicia con la molienda de la malta, con la cual se prepara una suspensión en agua a 45-60 ºC; esta suspensión se somete a una operación de calentamiento gradual en el macerador, la cual recibe el nombre de sacrificación. Normalmente las cervezas se elaboran con mezclas de varios tipos de malta, de acuerdo con las características que se deseen en el producto; las maltas oscuras contribuyen al color de la cerveza, mientras que maltas horneadas contribuyen con altas actividades enzimáticas. Cuando se utilizan adjuntos sólidos, estos se maceran en un cocedor, donde se calientan a ebullición para gelatinizar el almidón. Las políticas de adición y por tanto de incremento de temperatura, varían entre los diferentes tipos de cerveza. Se utilizan tres tipos de procesos para la conversión y extracción del mosto (Fig. 7). La forma más tradicional para lograr la sacrificación es la decocción, proceso en el cual se retira una parte del macerado, se calienta a ebullición y se reintegra al macerador, la operación se repite varias veces y así se va incrementando gradualmente la temperatura del macerado.



Figura 13. Diferentes procedimientos de extracción.(a) Cuba de extracción tradicional, (b) con temperatura programada, (c) por decocción.

Durante el proceso de sacarificación las enzimas de la malta (y enzimas microbianas adicionales) actúan sobre los componentes de la molienda (malta y adjuntos). Así, el almidón de hidroliza produciendo azúcares fermentables, las proteínas se degradan en péptidos y aminoácidos libres los cuales serán asimilados por la levadura, y las glucanasas y pentosanasas degradan los polímeros correspondientes reduciendo la viscosidad del mosto. En el proceso de decocción, las enzimas de la porción que se hierve se desnaturalizan, por lo que esta política de sacarificación implica una disminución gradual de la actividad enzimática, pero por otro lado, el almidón se gelatiniza en mayor grado, y por lo tanto es más susceptible al ataque de las enzimas.



Las proteasas hidrolizan las proteínas de la malta y los otros cereales. La degradación de las proteínas es también importante porque disminuye la posibilidad de su precipitación.

La degradación de los polímeros y las pentosanas por las pentosanasas es importante para disminuir la viscosidad del mosto, facilitando así las operaciones de bombeo y filtración. Estos polímeros además estabilizan suspensiones coloidales de la cerveza, por lo que su degradación es importante para reducir la turbiedad del producto.

El almidón es hidrolizado por varias enzimas con diferentes patrones. Cada enzima tiene su temperatura óptima; por lo tanto, entre mayor tiempo se encuentre una enzima en esa temperatura o cerca de ella, mayor oportunidad existirá de que la enzima actúe en condiciones óptimas. Con base en esto, diferentes perfiles de sacarificación generarán composiciones distintas en el mosto, Por ejemplo, si se favorece la acción de la amilasa (altas temperaturas) se obtendrá altas proporciones de dextrinas en el mosto trayendo como consecuencia alta densidad y estabilidad de espuma, mientras que si se favorece la acción de la amilasa (bajas temperaturas) se obtendrá proporciones abundantes de azúcares fermentables, y por lo tanto, un alto contenido de alcohol en la cerveza.

Las enzimas descritas se encuentran normalmente en la malta en diferentes proporciones de acuerdo con las condiciones de horneado de la materia prima, ya que algunas son más sensibles a la desnaturalización que otras. Sin embargo, es una práctica cada vez más común el utilizar enzimas microbianas, sobre todo cuando se emplean altas proporciones de adjuntos. En la sacarificación también se usan proteasas bacterianas y fúngicas, y β-glucanasas de Aspergillus Níger, Penisullum emersonil y B. subtilis, siendo ésta última más resistente a la temperatura que las β-glucanasas de malta, lo cual permite una mayor disminución de la viscosidad el mosto cuando se utiliza. La adición de glucanasas es necesaria para mejorar las características del filtrado del mosto, pues la actividad presente en la malta además de no ser suficiente, es más termolábil. De hecho, se alcanza una máxima eficiencia en el filtrado si se combinan enzimas glucanasas bacterianas y fungales.

Una vez completado el ciclo de sacarificación, la suspensión se transfiere a un tanque clarificador (conocido como extractor), el cual es cilíndrico y está provisto de un falso fondo con perforaciones, palas, o cuchillas para mover la suspensión y rociadores de agua. En este tanque se separa el líquido, el cual constituye el producto denominado como mosto dulce, y los residuos sólidos de la malta y los adjuntos, subproducto que se conoce como granos gastados, los cuales se utilizan como alimento para ganado. El líquido se recupera a través de las perforaciones del falso fondo, pasando por la masa formada por los granos gastados, los cuales funcionan como un excelente filtro ayuda que permite obtener un mosto clarificado. Una vez removido el líquido, se hace fluir agua caliente por los rociadores con lo cual se lixivian los granos gastados; el líquido de lixiviación se integra al mosto dulce. El uso del tanque clarificador es tradicional en las cervecerías, pero esta operación puede sustituirse por el uso de un filtro prensa, que tiene las ventajas de ser más económico, requerir menor espacio y necesitar menos agua para la lixiviación.



4.7.1.3.2 Ebullición y enfriamiento del mosto

Con la cocción del mosto dulce se cubren varios objetivos tecnológicos:

Extraer las resinas y aceites esenciales del lúpulo (las cuales además sufren reacciones de isomeración e hidrólisis).

Inactivar las enzimas para detener la conversión excesiva del mosto y cerveza. Coagular proteínas y favorecer las reacciones entre taninos y proteínas para la

formación decompuestos insolubles que precipitan clarificando así el producto. Esterilizar el mosto para evitar la presencia de microorganismos indeseables que

compitan con la levadura durante la fermentación. Promover reacciones de caramelización, de Maillard y de oxidación de compuestos

fenólicos para la formación de melanoidinas que contribuyen al color y sabor de la cerveza.

Volatilizar y remover compuestos que confieren aromas indeseables. Disminuir el pH por precipitación de fosfato de calcio u otros iones. Eliminar agua (aproximadamente un 10% del volumen) para concentrar el mosto. El mosto dulce se pasa entonces a la caldera de cervecería u olla, tanque de cobre o

acero inoxidable con chimenea y calentado por camisa de vapor, donde se le adiciona el lúpulo y se somete a ebullición durante 30-90 min. a presión atmosférica.

Figura 14. Lúpulo.Imprescindible en la elaboración de cerveza y muy utilizado como ornamental, el lúpulo es una enredadera herbácea vivaz cultivada en la región templada septentrional. Esta estructura, un conjunto de brácteas imbricadas y frutos, es la parte utilizada en la elaboración de la cerveza. Los amentos están recubiertos por un polvo amarillo fino llamado lupulina, origen del aroma y el gusto amargo

Figura 15. Interior de una fábrica de cervezaEstas grandes calderas se emplean en una fase vital del proceso. En este punto se añade lúpulo al líquido previamente obtenido por malteado del grano (germinación y tostado), que sirve para convertir el almidón en azúcar. Las flores de forma cónica que se obtienen de la planta del lúpulo dan a la cerveza su sabor amargo y ayudan a inhibir el crecimiento de ciertas bacteria

El procedimiento más simple para realizar la cocción del mosto consiste en el uso de cubas abiertas por su parte superior que utilizan como medio de agitación la circulación por



termosifón. Las calderas de este tipo trabajan durante 1.5-2 horas con una tasa de evaporación del 8% hora. Se han utilizado diseños diferentes de calderas, pero todos ellos presentan un consumo de energía relativamente costoso. Un modelo más moderno y energéticamente más eficaz consta de un calentador separado (calandria) por el que circula el mosto dulce. La temperatura de trabajo es mayor, 106-110 ºC, lo que conlleva una mejor utilización del lúpulo (un 15%) y un tiempo menor de cocción, 0.5-1.5 horas.

La agitación la proporciona la circulación a través del calentador externo y se evita la evaporación excesiva. Se pueden conseguir ahorros adicionales de energía mediante la recompresión mecánica del vapor de la caldera y su utilización como fuente de calor. Otros sistemas de cocción de alta eficacia térmica operan a presiones superiores a la atmosférica. En un punto de ebullición durante un periodo de 10 min. empleando calderas presurizadas dotadas de un calentador externo. Se continua con una segunda fase de calentamiento, durante el cual el mosto se calienta a 110-112 ºC durante otros 10-15 min. El mosto se hierve entonces bajo presión durante 15 min. seguido de una fase postcocción de 10 min. a presión atmosférica. Los vapores generados se emplean para calentar el mosto en la fase inicial del calentamiento, con lo que se recupera un 95% de la energía. El otro sistema, de alta-presión, requiere una instalación más compleja pero opera de un modo continuo y consigue un ahorro de vapor de un 69% sobre los sistemas convencionales. El mosto se recoge en la caldera a 72 ºC y se calienta sucesivamente en tres intercambiadores de calor hasta 140 ºC manteniéndose a esta temperatura durante 3 min. El mosto sufre un enfriamiento por etapas en dos tanques de expansión utilizándose los vapores en los intercambiadores de calor.

Algunos aditivos que suelen emplearse durante la operación de ebullición del mosto son: gomas (alginatos o carragenina) sílica gel para facilitar la clarificación del mosto, y caramelo para incrementar el color del producto final. En algunos procesos en lugar de efectuar la infusión del lúpulo en la caldera, se adicionan extractos de la flor en etapas posteriores del proceso, evitando así tener que contender con la separación del lúpulo gastado.

Al final de la operación se obtiene el mosto lupulado, y colateralmente como subproducto el lúpulo agotado; en este último junto con los precipitados que se obtienen del mosto, se separa mediante tanques clarificadores de distintos diseños o por centrifugación. La clarificación del mosto se basa en la sedimentación o en la filtración. Efectuada la clarificación, el mosto se enfría mediante intercambiadores de calor de placas o tubulares, a temperaturas entre 6-15 ºC, lo cual provoca la precipitación de las proteínas y taninos insolubles en partículas más finas, que se separan por filtración o centrifugación.

La aireación del mosto todavía caliente es una operación dirigida a disminuir la formación de turbidez por la oxidación y a la eliminación de las proteínas causantes de la turbidez. Esta operación puede dificultar la eliminación de sabores no deseados durante la fermentación y la maduración ya que inactiva las reductonas del lúpulo.



A pesar de la cuantiosa precipitación de proteínas y complejos proteína-taninos durante la ebullición y posterior enfriamiento, es inevitable que una lenta formación de estos últimos siga ocurriendo en la cerveza, sobre todo cuando se almacena a bajas temperatura. Esta turbiedad aparece generalmente cuando la cerveza se enfría, por lo que se denomina turbiedad en frío. Para evitar que esto suceda en el producto final embotellado, la cerveza verde se somete a un proceso de añejamiento, maduración o reposo.

4.7.1.3.3 Fermentación

Tradicionalmente se han considerado dos clases diferentes de elaboración de cerveza; fermentaciones altas, aplicadas en la elaboración de cerveza tipo “ale”, compuestas de cepas que siempre se han considerado de la especie S. cerevisiae; y fermentaciones bajas, que se emplean en la elaboración de cerveza “larger”, las cuales se consideran ahora de la especia S. pastorianus. El tipo de fermentación a aplicar condiciona el diseño de los fermentadores en donde vaya a tener lugar la fermentación. Sin embargo, el uso creciente de fermentadores cilíndricos y similares hace que la diferencia en función del comportamiento de la levadura sea cada vez menos determinante.

Las cepas de cerveza pueden presentar distintos comportamientos de floculación, y de acuerdo con esto se han clasificado en cuatro categorías:

Clase I: levaduras que no floculan. Clase II: levaduras que floculan al final de la fermentación en aglomerados flojos

asociados a las burbujas de CO2 y flotan en el líquido formando una nata o “cabeza” (levaduras altas).

Clase III: cepas que floculan formando aglomerados muy compactos al final de la fermentación, no se asocian a las burbujas del gas y se hunden en el líquido (levaduras bajas).

Clase IV: las levaduras se floculan desde etapas tempranas de la fermentación debido a su capacidad de formar seudomicelio (son también levaduras altas).

Al final de la fermentación tradicional en cervezas ale, las levaduras altas son separadas de la superficie en forma mecánica o por succión, mientras que en el proceso larger clásico, la cerveza joven se separa de la levadura sedimentada en ele fondo por decantación.

De hecho, la distinción entre levaduras altas y bajas está tendiendo a desaparecer en las cervecerías modernas, las diferencias organolépticas entre cervezas ale y larger se basan más bien en las diferencias entre las especies S. cerevisiae, y S. pastorianus y en las temperatura de fermentación. Las cepas de S. cerevisiae tienen temperaturas optimas de crecimiento entre 37 y 40 ºC, mientras que las de S. pastorianus tienen temperaturas óptimas menores (31-34 ºC), por lo que las primeras son más rápidas en fermentaciones a altas temperaturas, mientras que las segundas son más rápidas cuando las temperaturas de fermentación son bajas.



El proceso de fermentación se inicia con la inoculación del mosto lupulado con un cultivo “puro” de levaduras. Aunque existen procesos donde no se utilizan inóculos seleccionados, la mayoría de los procesos en el mundo se efectúa con cepas aisladas y relativamente puras propagadas en la cervecería. Las levaduras se propagan iniciándose con pequeños volúmenes en dos o tres pasos de laboratorio y de ahí se pasan a fermentadores de pequeña escala llamados propagadores, en los cuales se utiliza mosto estéril y se cultiva en condiciones aeróbicas.

Figura 16. Fermentador de 25 litros mostrando el monitor de control.

Figura 17. Preparando el fermentador el 2 litros

Los fermentadores comúnmente conocidos utilizados son tinas rectangulares, abiertas o cerradas, fabricadas con distintos materiales como madera, concreto, aluminio, acero inoxidable, etc., dentro de cuarto de ventilación o con acondicionamiento de aire para evitar la acumulación de CO2, condensaciones en el techo y mantener temperaturas adecuadas para evitar que los fermentadores ganen calor del ambiente. En estos fermentadores la temperatura se controla con serpentines o camisas. El uso de fermentadores cilíndricos cerrados, colocados en forma vertical u horizontal ha desplazado en forma importante a los fermentadores tradicionales, particularmente el diseño de altos cilindros verticales de acero inoxidable con el fondo en forma de cono invertido que son ahora ampliamente utilizados en las cervecerías de todo el mundo. Estos últimos se llaman fermentadores cilindro-cónicos, además de utilizarse como fermentadores se utilizan también como tanques de maduración, este diseño tiene grandes ventajas sobre los fermentadores rectangulares como son:

Menor costo de inversión. Mayor control sobre la asepsia de la fermentación. Permiten la recuperación del CO2 por la parte superior.



Por su geometría, el gas generado por la levadura efectúa un mezclado más eficiente del mosto, lo que redunda en tiempos más cortos de fermentación.

Mayor rendimiento. Mejor control de la temperatura. La separación de las levaduras floculantes que sedimentan se facilita considerablemente

por el diseño cónico del fondo. El fermentador se puede utilizar como tanque de maduración.

Estos tanques normalmente están equipados con sistemas automáticos de limpieza y camisas para controlar la temperatura. Cuando se utilizan mostos de “alta gravedad” con 50% de incremento en la densidad, el tiempo de fermentación sólo se prolonga entre 20 y 25% con tanques cilindro-cónicos. Sin embargo, la fermentación en estos tanques puede cambiar el perfil organoléptico del producto, por lo que algunas cervecerías acostumbran producir el 50% de su cerveza en fermentadores tradicionales para luego mezclarla con el producto obtenido de los tanques cilindro-cónicos.

Las fermentaciones se inician generalmente de 7-11 ºC en cervezas larger, la cual se incrementa a 10-15 ºC en un tiempo de 3-5 días, para finalmente descender a las temperaturas iniciales. Para fermentaciones ale la temperatura inicial es de 15-16 ºC, se incrementa hasta 21-22 ºC a las 36 horas y finalmente desciende a los valores iniciales; la duración del proceso es de 72 horas.

Un problema relativamente frecuente en cervecerías es la presencia de altas concentraciones de diacetilo, compuesto característico del aroma de la mantequilla. Las fuentes de diacetilo en la fermentación alcohólica puede ser la misma levadura utilizada o bacterias contaminantes que se desarrollan durante la fermentación o en etapas posteriores a ésta. Para eliminar altas concentraciones de diacetilo de la cerveza, se han explorado otras alternativas como son: el uso de microorganismos inmovilizados que degraden rápidamente el diacetilo como Aeromonas hydrophilia, Bacillus polymyxa, Klepsiella sp. y Enterobacter sp., o la propia S. cerevisiae.

4.7.1.3.4 Maduración, envasado y dispensa

Normalmente se considera que la fermentación y la maduración son dos etapas diferenciadas en la elaboración de la cerveza, pero con las técnicas modernas esta distinción es cada vez más confusa. En la maduración se incluyen todas las transformaciones ocurridas desde el final de la fermentación hasta la filtración final o, para el caso de la cerveza en barril, hasta su dispensa. Estrés estas transformaciones se encuentran la carbonatación por la fermentación de azúcares residuales, la eliminación del exceso de levadura, la adsorción de diversos compuestos no volátiles en la superficie de las levaduras –y por tanto de su eliminación-, la precipitación de complejos causantes de turbidez y los cambios adicionales sobre el aroma.

La cerveza se envasa tanto en botellas como en latas. En la inmensa mayoría de los casos la cerveza se carbonata antes del llenado. Los botellines de cristal cerrados con tapones



metálicos son los más usados, pero las botellas de mayor tamaño se fabrican normalmente de PET moldeado por soplado.

4.7.1.4 Otros cereales usados en cervecería

4.7.1.4.1 Trigo

El trigo es, a nivel mundial, la cosecha más ampliamente cultivada y normalmente se utiliza como adjunto en la industria cervecera, frecuentemente en base a su precio.

Se dice que el grano de trigo está desnudo, ya que no posee cáscara. Por ello, surgen problemas inherentes durante el malteado, debido a que la acrospira no está protegida y puede desprenderse fácilmente del grano. La falta de cáscara, sin embargo, significa que el grano de trigo tendrá aproximadamente el 8% más de almidón, a igualdad de peso, que el equivalente grano de cebada. En teoría, por tanto, pueden alcanzarse niveles de extracto mayores a partir de la malta de trigo.

Los granos de trigo son más difíciles de moler que los granos de cebada y por dicha razón se someten frecuentemente a tratamiento preeliminar antes de usarlos en la sala de cocidas, operación designada tostación o micronización.

A diferencia de otros cereales, la temperatura de gelatinización del almidón de trigo es lo suficiente baja (52-64 ºC), como para añadirlo directamente en la cubas de mezcla sin cocción previa. La falta de cáscara, no obstante, limita el uso del grano en la cuba en una maceración por infusión.

4.7.1.4.2 Avena

El grano de avena contiene altos niveles de lípidos y proteínas, siendo raro en la actualidad que se destine a la industria cervecera, aunque, a falta de otra elección este grano se empleo profusamente durante la Segunda Guerra Mundial. La estructura del almidón es muy granular, como lo es en el arroz, pero el almidón de avena tiene una gelanitización mucho más baja (55-60 ºC). El grano posee una cáscara fibrosa, que se conserva durante la maceración, por lo que no se producen problemas de evacuación de la cuba de mezcla.

4.7.1.4.3 Cebada

Actualmente se emplea poco en la elaboración de cerveza, aunque se utiliza en la elaboración de determinados tipos de whisky y de pan. A escala mundial, Rusia es el mayor productor. La semilla es de grano pequeño, con escasa o nula retención de la cáscara e imparte a la cerveza aromas sumamente característicos.

4.7.1.4.4 Maíz



Es otro cereal de grano desnudo, pero se emplea de forma muy limitada en cervecería. Las paredes celulares del endospermo son delgadas y, en consecuencia, los niveles de β-glucano son bajos, con lo que los gránulos del almidón son hidrolizables. El almidón de maíz tiene una elevada temperatura de gelatinización, por lo que la pre-cocción es esencial para su solubilización.

Aunque el contenido de almidón es alto (aprox. 72%), los granos de maíz también contienen una fracción de lípidos relativamente alto (4-5%), asociada principalmente al germen. Por tal razón, es preciso eliminar el germen antes de emplear el maíz en cervecería (los germenes separados pueden servir de fuente de aceite).

4.7.1.4.5 Sorgo

Es un cultivo principalmente de regiones áridas y se ha empleado malteado, para producir una diversidad de cervezas africanas, de la que Kaffir es probablemente la más conocida. La semilla también está desnuda y el epispermo y el pericarpio contienen altos niveles de polifenoles. Tiene una capa de aleurona unicelular y no responde a la ácido giberélico. Las paredes celulares del endospermo contienen altos niveles de proteína, capaces de causar problemas en la elaboración de cervezas claras. La estructura del almidón y las temperaturas de gelatinización son similares a las del maíz, pero las perdidas en el malteado son muy elevadas (pueden ascender al 30%). Además la temperatura ideal de malteado para los granos de sorgo está en el estrecho margen de 24-26 ºC, temperaturas difíciles de mantener en muchas partes de África.

Figura 18. Grano de sorgo.

El sorgo se cultiva en Asia y África como alimento básico y en Estados Unidos como forrajera. Sobrevive a la sequía interrumpiendo el crecimiento en condiciones adversas y reanudándolo cuando la situación mejora.



El sorgo es particularmente propenso a la infección fúngica durante el malteado y algunos de los hongos de la flora superficial son productores de aflotoxinas. Inevitablemente tienen que emplearse fungicidas caros. Reciente investigaciones han demostrado que las soluciones diluidas de ácido bórico/bórax, empleadas durante las fases últimas del remojado, actúa como agente antifúngico eficaz sin afectar a la calidad de la malta.

El contenido de azúcar de los mostos de sorgo malteado tienen un perfil diferente de los de la cebada y del trigo, siendo menores los niveles de maltosa y mayores los niveles de glucosa.

Debido a todas estas características inherentes, en la producción de cerveza con sorgo tienen que emplearse diferentes técnicas de maceración.

Las bebidas fermentadas a base de sorgo, tradicionales en Nigeria, como la otika y el burukutu son productos naturalmente turbios. Se ha comprobado que el sorgo malteado contiene insuficiente poder diastástico (o amilolítico) para producir un extracto con agua caliente, adecuado para finalidades cerveceras. Concretamente en la malta de sorgo existe considerablemente menos actividad β-amilasa. La β-amilasa de sorgo es más termolábil que la -amilasa, lo que ocasiona problemas durante la maceración para cerveza larger.

La tendencia actual en la cervecería de sorgo, parece encaminarse hacia el uso como grano crudo en la cuba de maceración, juntamente con enzimas industriales. Opcionalmente, el macerado debe consistir en 80% de sorgo crudo, 20% de sorgo malteado y la adición de enzimas.

4.7.2 Whisky

Es la bebida alcohólica obtenida de la destilación del fermento de granos de cereal molidos y añejados en en barriles de madera, tradicionalmente de roble blanco. Su graduación calórica, según su productor, oscila entre los 35º a 50º. Esta bebida, en Inglaterra y Canadá se conoce como Whisky, mientras que en Irlanda y Estados Unidos como Whiskey.

4.7.2.1 Tipos de whisky

Las dos categorías básicas de whisky son el whisky mezclado o combinado y el de malta única o sin mezcla. El whisky sin mezcla es el producido a partir de un único grano o de una combinación de granos, siempre que uno de ellos represente al menos el 51% del total. Los whiskys combinados pueden tener como origen varias destilerías distintas, diferentes tipos de grano y diferentes métodos de destilación. En general, el whisky de malta única es de sabor intenso y lleno de carácter, mientras que el whisky combinado es suave y sedoso.

4.7.2.2 Diagrama De Procesos

4.7.2.2.1 Proceso



El whisky se elabora con grano, levadura y agua. Los granos empleados en la producción de whisky incluyen la cebada, el maíz, el trigo, la avena, el centeno y el arroz. La primera fase de la producción del whisky consiste en moler los cereales. Dado que el almidón en bruto de los cereales no es fermentable, se hace necesario añadir malta para transformarlo por medio de la acción de enzimas en azúcares fermentables. Los cereales que no contienen malta, especialmente el maíz, tienen que ser cocidos para romper las paredes de celulosa que separan los gránulos de almidón. Se añade agua caliente a la molienda preparada y cocida para obtener una solución azucarada llamada wort.

Figura 19. Destilación del whisky.

La separación del alcohol del agua es un ejemplo del proceso de destilación. Cuando se lleva a ebullición una disolución de alcohol, la mayor parte del vapor inicial es de alcohol, pues alcanza su punto de ebullición antes que el agua. El vapor se recoge y se condensa varias veces para obtener la mezcla de alcohol más concentrada, que se emplea para fabricar el whisky. Este alambique de cobre concentra el alcohol después del proceso de fermentación.

Ésta se filtra y se vierte en recipientes de fermentación, y se le añade levadura. La levadura convierte los azúcares presentes en esta sustancia en alcohol etílico y dióxido de carbono. (A los whiskeys producidos en Estados Unidos y Canadá por el método de la malta agria, se les añaden los residuos de la destilación anterior en las fases de cocción, adición de la levadura o fermentación). Una vez concluida la fermentación, la malta o cerveza de baja graduación obtenida se destilan normalmente empleando uno de los dos métodos.La mayor parte del whisky se destila en destiladores continuos. Tienen forma de altas columnas y contienen placas perforadas a través de las cuales asciende vapor. La cerveza va filtrándose desde la parte superior de la columna y experimenta hervores sucesivos por la acción del vapor, provocando que el alcohol que contiene la cerveza suba a la parte



superior del destilador, donde es condensado al pasar a través de tubos helicoidales, refrigerados por agua, produciendo un licor de alta graduación. Los residuos acuosos de la cerveza salen por el extremo opuesto del destilador. El segundo método de destilación, usado especialmente en las destilerías escocesas de whisky de malta, implica dos o más destilaciones por lotes en alambique. La malta se introduce en el alambique y se hierve, con lo que el licor sale en forma de vapor por la parte superior, siendo condensado en tubos helicoidales que están refrigerados por agua. La primera destilación produce un licor de baja graduación (llamado low wines o vinos bajos), que es destilado de nuevo hasta obtener un licor de alta graduación. La destilación en alambique es menos eficaz que la destilación continua, pero produce un licor de sabor más intenso.

Tras la destilación, el licor producido se envejece en cubas de madera. En el caso de la mayor parte del whiskey americano, se usan barriles nuevos de roble blanco con las duelas requemadas; en el caso del whisky escocés se hace envejecer en barriles usados de whiskey americano, y una proporción menor se envejece en barriles de jerez español. La duración del envejecimiento varía mucho, pero en general dura entre dos y cinco años para el whisky combinado que se comercializa sin indicación de edad, y más años para el whisky de malta única o mezclada que se comercializa con una indicación de su edad en la etiqueta. En la mayor parte de los casos, se reduce la graduación del whisky añadiéndole agua destilada antes del embotellado.

4.7.2.3 Características Nacionales y Regionales

La importancia económica del whisky para los principales exportadores, como Escocia, ha llevado a la redacción de una legislación que define y protege las características del whisky y que evita su imitación. En algunos casos la legislación llega hasta la especificación del origen geográfico del whisky, y por tanto “escocés” e “irlandés” son descripciones geográficas más genéricas. En la tabla tal se resumen las definiciones legales que se aplican a los principales productores.

Tabla 4. Principales clases de whiskyClases De Whisky Ingrediente Destilación Maduración

Whisky Escocés

Cebada malteada y ahumada con turba.

Doble: alambiques

Toneles de roble quemado, mínimo tres años.

Mezcla de maíz y de una pequeña porción de cebada

malteada.

Destilador continuo

Toneles de jerez usados, mínimo tres años.

Whisky Irlandéscebada sin maltear y sin

ahumar, malta de cebada.Triple: en

alambiques.

Toneles de jerez usados o de roble sin quemar, mínimo tres

años.Whisky Norteamericano

o Bourbon.Maíz, cebada malteada sin

ahumar y centeno.Continua Mínima de un año.

4.7.3 Bebidas autoctonas preparadas a base de maíz



4.7.3.1 Tesgüiño

El tesgüiño es una bebida alcoholica semejante a la cerveza, preparada a base de maíz germinado o de caña de maíz. Lo consumen grupos étnicos del norte y noreste de México,

Figura 20. Diagrama de flujo del proceso de elaboración del tesgüiño.

4.7.4 Bebida fermentada obtenida a partir de arroz

4.7.4.1 Sake

Cerveza de arroz originaria de Japón que normalmente se bebe caliente o templada. A menudo se hace referencia al sake, que también se escribe saki, llamándolo, de forma errónea, vino de arroz, debido a su elevado contenido alcohólico. En Japón desempeña un importante papel en actos religiosos y sociales.

El sake definitivamente no es un licor destilado, del tipo vodka o ginebra, es un poco complicado definirlo con precisión. Al igual que la cerveza, el sake se elabora con granos ricos en hidratos de carbono y no con fruta rica en azúcar. El proceso de fermentación tanto en la cerveza como en el sake comienza con la transformación del almidón en azúcares. No obstante, a diferencia de la cerveza, el sake nunca es carbonatado y ciertamente el amplio espectro de paladar y fragancia que se encuentran en el buen sake (seco, maduro, profundo, etc.) es más parecido al vino que a la cerveza. En definitiva, es preciso decir que el sake es una bebida exclusiva fermentada que comparte algunas de las mejores características tanto de la cerveza como del vino.



Lavado y enjuagado

Cocimiento

Elaboración del Koji

Levadura iniciadora.

Fermentación

Prensado

Envejecimiento

Figura 21. Diagrama de proceso sake.

4.7.4.1.1 Proceso

4.7.4.1.1.1 Molienda de Arroz



Aunque la calidad del sake depende principalmente de la calidad de sus dos ingredientes básicos: agua y arroz, el grado de molido del arroz también afecta el resultado final. En el molido se elimina del grano las capas no deseadas de vitaminas, proteínas y grasas, por lo que a mejor molido mejor paladar y fragancia en el sake. El índice de molido indica el porcentaje de la esencia del grano que permanece después de moler.

4.7.4.1.1.2 Lavado y Enjuagado

Tras el molido – menos de la mitad del tamaño del grano original para una mejor calidad del sake – la perla de arroz resultante es lavada y enjuagada. Aunque el objetivo de enjuagar el arroz no es más que el permitir que absorba la cantidad de agua deseada, esta operación es muy delicada. Los fabricantes miden con precisión el tiempo de enjuagado, porque un exceso haría inutilizable el arroz para su cocción.

4.7.4.1.1.3 Cocimiento

A primeras horas del día siguiente, el arroz con el contenido en agua deseado se introduce en el cocedor donde se cocinará durante 50 minutos. Para poder conseguir el koji ideal (malta de arroz) y asegurar una apropiada fermentación, la perla de arroz debe ser cocida de tal manera que quede firme por fuera y suave en su interior.

4.7.4.1.1.4 Elaboración del Koji

Un 20% del total de arroz cocido diariamente es utilizado para la elaboración del koji, con un proceso de cocción que dura dos días y dos noches. En este paso se tiene mucho cuidado, porque determina el tipo de paladar del sake resultante. Primeramente, se rocía el arroz con polvo fino de koji y se lleva al kojimuro (sala de cultivo) donde se introduce en un tubo largo llamado, toko. Después, se envuelve con firmeza el arroz en una pieza de tela fina y se deja reposar con las altas temperaturas y humedad del kojimuro. Por la tarde, todo el personal se reúne alrededor del tubo toko, en el kojimuro, para trabajar en la densidad de la capa de koji y permitir que toda la masa quede expuesta por igual a la temperatura de la sala.

En la mañana del segundo día, se pasa el koji del toko a una caja especial, llamada tana. En este momento se dice que el koji se encuentra en su punto álgido. Al mediodía se extiende una capa delgada de koji sobre una mesa caliente para facilitar la evaporación y evitar subidas imprevistas de la temperatura. En la mañana del tercer día, el koji cocido se saca del kojimuro. Posteriormente, los elaboradores extienden el koji en largos tirabuzones sobre bandejas. Si se mira detenidamente se observa que la perla de arroz está envuelta en filamentos y el extremo de cada filamento tiene su propia corona de fina pelusa. Estos filamentos, que contienen las enzimas para la conversión en azúcares, también han surgido en el calor de las perlas de arroz: “nace el koji”. Los fabricantes extienden entonces el koji en forma de tirabuzones para detener su crecimiento. El koji perfectamente elaborado está ya listo para la cocción del día siguiente.



4.7.4.1.1.5 Levadura Iniciadora

El siguiente paso es crear el shubo, una especie de pasta, para desarrollar la levadura de sake que es la parte central del proceso de fermentación. Se añade Koji, arroz cocido, y agua a un pequeño tanque; posteriormente, se mezcla ácido láctico y una concentración pura de levadura. (En la actualidad se sigue utilizando un método tradicional para fabricar ácido láctico de forma natural, llamado Yamahai). La mezcla se va transformando lentamente después en lo que se llama amazake, o sake dulce.

Durante la elaboración del shubo, las enzimas del koji convierten lentamente el almidón del arroz cocido en glucosa, que a su vez impulsa la rápida propagación de las células de levadura. Se debe mantener un ambiente limpio y la temperatura del shubo debe estar estrictamente controlada a lo largo de los catorce días requeridos para desarrollar el cultivo de levadura. Si se lleva a cabo este proceso de forma apropiada, el resultado será una mezcla de shubo con dos o tres millones de células de levadura en cada gota.

4.7.4.1.1.6 Fermentación

En esta etapa, la levadura ha consumido casi toda la glucosa de la mezcla y el cultivo comienza a necesitar alimentación. Los mismos ingredientes básicos para elaborar más amazake (koji, arroz cocido y agua) se añaden en un tanque de tamaño medio. Sin embargo, añadir de golpe todo el amazake debilitaría el cultivo de levadura, por lo que en su lugar se añade en tres etapas durante cuatro días.

Tras el primer montón, la mezcla reposa durante un día. Después, se siguen los mismos pasos en el tercer y cuarto día, aumentando gradualmente el volumen del moromi (la mezcla) en grandes tanques de fermentación. Este proceso de fermentación, exclusivo del sake japonés, se conoce como fermentación paralela múltiple.

4.7.4.1.1.7 Prensado

A partir de 21 a 25 días, el moromi ha alcanzado del 18% al 20% de contenido en alcohol, tanto la fragancia como el paladar se han desarrollado completamente y el sake está listo para ser prensado. Esto implica filtrar el kasu blanco con una pieza de tela fina para separar el sake puro. Para extraer este sake se utilizan métodos, como el Kubitsuri o el Sakabune, así como otros nuevos métodos, del tipo aire comprimido, etc.

4.7.4.1.1.8 Envejecimiento

Con la excepción del Arabashiri (17% al 20% de alcohol) y algún Namazake, que son embotellados y distribuidos inmediatamente después del prensado, la mayor parte del sake se mantiene en tanques de seis meses a un año y es catado regularmente para determinar el mejor momento para su embotellado y distribución.



5 CONCLUSIONES

Las bebidas fermentadas obtenidas a base de granos son muchas, pero las mas comúnmente conocidas son: La Cerveza, El whisky, El Sake. También se tiene conocimiento que alrededor del mundo hay muchas culturas, con costumbres diferentes y en muchas de ellas existen bebidas autóctonas fermentadas a base de granos las cuales no se conocen en su totalidad.

La bebida alcohólica más consumida en el mundo es la cerveza, y es comúnmente obtenida del procesado de la cebada. También se usan otros cereales para su elaboración como lo son: el trigo, del que se obtiene una cerveza turbia por naturaleza; el maíz, que se utiliza más como adjunto en el procesado de la cerveza pero del cual también se obtiene una bebida muy similar a ésta, el Tesgüiño; el arroz, que tras su fermentación se elabora el sake y es muy similar a la cerveza pero no se puede confundir con ésta; y el sorgo, originario de regiones áridas del que se obtiene la Cerveza Kaffir o Cerveza Africana.

Las bebidas fermentadas son de determinada región del mundo, y está estipulado que ninguna bebida puede tener ese nombre particular si no fue producida dentro de la región especifica. El whisky tiene su nombre dependiendo de la región de donde se produjo y de los cereales utilizados para su elaboración. El sake es originario de Japón, El Tesgüiño de México, la cerveza Kaffir de África, El Bourbon o whisky de maíz es de EE.UU., etc.

6 BIBLIOGRAFÍA

(1) Articulo Los M.O En La Industria De Alimentos. Disponible en http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_53.asp Acceso el 19 de nov iembre de 2007

(2) Berruecos Villalobos, “Bebidas indígenas fermentadas y los patrones de consumo de alcohol de los grupos étnicos.”Disponible en www.dialnet.es Acceso el 23 de noviembre de 2007.

(3) Bebidas fermentadas. Disponible en www.emagister.com. Acceso el 23 de noviembre de 2007.

(4) El whisky. Disponible en http://es.encarta.msn.com © 1997-2007 Microsoft Corporation. Reservados todos los derechos. Acceso el 23 de Noviembre de 2007

(5) HORNSEY, Ian S. Elaboración de cerveza, Microbiología, Bioquímica y tecnología. Editorial Acribia S.A., 2003, Zaragoza, España.

(6) GARCIA-GARIBAY, Biotecnología Alimentaría, Editorial Acribia, sf ,Mexico..(7) Biotecnología De La Fermentación, s.d(8) BRENNAN, J.G.; Butters, J.R.; Cowell N.D.. Las operaciones de la ingeniería de

los alimentos. Editorial Acribia, 1994,Zaragoza, España.(9) CASP, A.; ABRIL, J.; Procesos de conservación de Alimentos. A. Madrid Vicente

Ediciones. 1999, España.


http://www.emagister.com/

http://www.dialnet.es/

http://www.porquebiotecnologia.com.ar/educacion/cuaderno/ec_53.asp

2010 paez - bebidas fermentadas

Documents