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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO MEJORAMIENTO DE LA ESTABILIDAD DEL SABOR DE LA CERVEZA MEDIANTE EL CONTROL DE MIGRACIÓN DE METALES (Cu, Cr, Fe y Mn) EN LA FILTRACIÓN POR TIERRAS DIATOMEAS Presentado ante la Ilustre Universidad Central de Venezuela Por el Br. Bolívar G., Luis E., Para optar al Título de Ingeniero Químico Caracas, Noviembre de 2013

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

MEJORAMIENTO DE LA ESTABILIDAD DEL SABOR DE LA

CERVEZA MEDIANTE EL CONTROL DE MIGRACIÓN DE

METALES (Cu, Cr, Fe y Mn) EN LA FILTRACIÓN POR

TIERRAS DIATOMEAS

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

Por el Br. Bolívar G., Luis E.,

Para optar al Título

de Ingeniero Químico

Caracas, Noviembre de 2013

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TRABAJO ESPECIAL DE GRADO

MEJORAMIENTO DE LA ESTABILIDAD DEL SABOR DE LA

CERVEZA MEDIANTE EL CONTROL DE MIGRACIÓN DE

METALES (Cu, Cr, Fe y Mn) EN LA FILTRACIÓN POR

TIERRAS DIATOMEAS

TUTOR ACADÉMICO: Prof. Trino Romero

TUTORES INDUSTRIALES: Maestro Cervecero Florian Kleber

Licenciado Juan Romero

Presentado ante la Ilustre

Universidad Central de Venezuela

Por el Br. Bolívar G., Luis E.,

Para optar al Título

de Ingeniero Químico

Caracas, Noviembre de 2013

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Caracas, Noviembre, 2013

Los abajo firmantes, miembros del Jurado designado por el Consejo de Escuela de

Ingeniería Química, para evaluar el Trabajo Especial de Grado presentado por el

Bachiller Luis Eduardo Bolívar, titulado:

“MEJORAMIENTO DE LA ESTABILIDAD DEL SABOR DE LA CERVEZA

MEDIANTE EL CONTROL DE MIGRACIÓN DE METALES (Cu, Cr, Fe y

Mn) EN LA FILTRACIÓN POR TIERRAS DIATOMEAS”

Consideran que el mismo cumple con los requisitos exigidos por el plan de estudio

conducente al título de Ingeniero Químico, y sin que esto signifique que se hacen

solidarios con las ideas expuestas por el autor, lo declaran APROBADO

Prof. José A. Sorrentino R.

Jurado

Profa. Olgioly Domínguez Q.

Jurado

Prof. Trino Romero

Tutor Académico

Maestro Cervecero Florian Kleber

Tutor Industrial

Lic. Juan Romero

Tutor Industrial

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DEDICATORIA

Este trabajo de grado va dedicado a mis padres Hilda

Esperanza García y Luis Jesús Bolívar por su

paciencia, amor y apoyo incondicional durante toda mi

vida. Sin ellos nada de lo que he logrado hubiese sido

posible. ¡Gracias mamá y papá!

A mi hermano Carlos Enrique Bolívar por apoyarme

cuando se presentaban situaciones difíciles de resolver.

¡Gracias!

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AGRADECIMIENTOS

En primer lugar agradezco a Dios todopoderoso por hacer que sea una mejor

persona cada día y por ayudar a superarme cuando se presenta una situación adversa.

A mis padres que me han apoyado e incentivado a dar lo mejor de mí. Por

crearme ese sentido de la responsabilidad, honestidad y humildad. Por todo lo que

han sacrificado para que yo consiga todas las metas que me he propuesto.

Un eterno agradecimiento al Lic. Juan Romero que con su apoyo como tutor

industrial me ayudó a llevar a cabo este gran proyecto con su experiencia, dedicación

y profesionalismo.

Al Maestro Cervecero Florian Kleber que depositó su confianza en mí y

permitió que realizara este proyecto de tecnología cervecera.

Al Profesor Trino Romero por sus consejos, recomendaciones y ser un gran

guía en su papel de tutor académico en la realización de este proyecto.

A la Dra. Adriana Bravo por brindarme la oportunidad de realizar este

proyecto en Empresas Polar y enmarcar lo que fue mi primera experiencia laboral.

A los ingenieros Leonardo Martínez y Lisbeth Gil, a la Dra. Graciela

Troncone y a la Dra. Blanca Jaimes, así como a los licenciados Marcia Hernández y

Luis Canelón por dedicar parte de su tiempo en aclarar dudas que surgían y apoyarme

en experimentos que se requerían apoyo técnico. A la Ing. Henmar Parada y al Lic.

Gabriel Mujica por el apoyo brindado en las evaluaciones sensoriales.

A todo el personal de las otras gerencias que conforman el Centro

Tecnológico Polar: Lusmary Márquez, Patricia Blasco, Alix Reyes, Laura De

Oliveira y Patricia Gómez que de una forma u otra hicieron que mi estadía fuera más

agradable y permitir que me integrara con más facilidad.

A la Ing. Josnay Quinche y a todo el personal del área de filtración por el

apoyo brindado en la experiencia industrial del proyecto.

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Bolívar G., Luis E.

MEJORAMIENTO DE LA ESTABILIDAD DEL SABOR DE LA CERVEZA

MEDIANTE EL CONTROL DE MIGRACIÓN DE METALES (Cu, Cr, Fe y

Mn) EN LA FILTRACIÓN POR TIERRAS DIATOMEAS

Tutor académico: Prof. Trino Romero Tutores industriales: Licenciado Juan

Romero, Maestro Cervecero Florian Kleber

Tesis. Caracas, U.C.V. Facultad de Ingeniería. Escuela de Ingeniería Química.

2013, 98 pp.

Palabras claves: Cerveza, Filtración, Tierras de diatomeas, Radicales Libres,

Antioxidantes, Estabilidad Organoléptica

Resumen. La estabilidad del sabor es una de las características más importantes que

definen la calidad de la cerveza y que se ve afectada por el almacenamiento a

temperaturas no controladas originando su envejecimiento. Esto ocurre por la

presencia de radicales libres que son los responsables del proceso de deterioro

oxidativo con el apoyo catalítico de ciertos metales, por lo que el propósito de toda

industria cervecera es preservar y mejorar la estabilidad del sabor por un periodo de

tiempo prolongado. Las reacciones oxidativas en cerveza son catalizadas por el

contenido de metales con poder oxidante presentes en la bebida tales como cobre,

cromo, hierro y manganeso. La etapa de la elaboración de la cerveza en donde se

focalizó esta investigación es en el proceso de filtración con tierra de diatomeas, en

la cual se encuentran los metales antes mencionados y tienen la posibilidad de migrar

a la bebida por efecto de solubilización. Se implementó la extracción de los metales

mediante un proceso de lavado ácido al medio filtrante. Los resultados analíticos de

potencial antioxidante por quimioluminiscencia y los resultados sensoriales

demostraron que la cerveza elaborada aplicando la filtración con el tratamiento ácido

de tierra de diatomeas, condujo a una mayor estabilidad del sabor en comparación

con la referencia, lo cual demuestra que pequeñas concentraciones de metales con

poder oxidante son capaces de catalizar reacciones oxidativas en la bebida.

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ÍNDICE DE CONTENIDO

ÍNDICE DE FIGURAS xi

ÍNDICE DE TABLAS xiii

INTRODUCCIÓN

xiii

CAPÍTULO I 3

FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN 3

I.1 Planteamiento del problema..................................................................................... 3

I.2 Antecedentes ............................................................................................................ 5

I.3 Uso de la tierra de diatomea en la filtración de cerveza .......................................... 9

I.4 Objetivos ................................................................................................................ 12

I.4.1 General ......................................................................................................... 12

I.4.2 Específicos ................................................................................................... 12

CAPÍTULO II 13

MARCO TEÓRICO 13

II.1 Cerveza ................................................................................................................. 13

II.2 Materia Prima ....................................................................................................... 13

II.2.1 Cebada Malteada ........................................................................................ 13

II.2.2 Lúpulo ......................................................................................................... 15

II.2.3 Levadura ..................................................................................................... 16

II.2.4 Adjuntos Cerveceros y Aditivos auxiliares ................................................ 17

II.2.5 Agua Cervecera........................................................................................... 17

II.3 Proceso de Elaboración ........................................................................................ 18

II.3.1 Producción de Mosto .................................................................................. 18

II.3.2 Fermentación .............................................................................................. 20

II.3.3 Filtración ..................................................................................................... 21

II.3.4 Envasado ..................................................................................................... 22

II.4 Filtración de cerveza por tierra de diatomeas ....................................................... 24

II.4.1 Medios Filtrantes ........................................................................................ 25

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II.4.1.1 Diatomita ....................................................................................... 25

II.4.1.2 Perlita ............................................................................................. 27

II.4.2 Técnicas de filtración .................................................................................. 28

II.5 Estabilidad del sabor de la cerveza durante su almacenamiento .......................... 32

II.6 Técnicas analíticas y descriptoras ........................................................................ 34

II.6.1 Espectrofotometría ...................................................................................... 34

II.6.2 Colorimetría ................................................................................................ 36

II.6.3 Espectroscopia de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo

.............................................................................................................................. 37

II.6.4 Quimioluminiscencia .................................................................................. 38

II.6.5 Resonancia Spin Electrónico ...................................................................... 39

II.6.6 Evaluación sensorial ................................................................................... 40

CAPITULO III 43

MARCO METODOLÓGICO 43

Universo ...................................................................................................................... 43

Muestra ........................................................................................................................ 43

Muestras de tierra de diatomeas y perlita ............................................................. 44

Muestras del proceso de filtración ........................................................................ 44

Muestras requeridas provenientes de Cervecería Polar, Planta Los Cortijos ....... 45

Variables ..................................................................................................................... 46

Métodos e instrumentos de recolección de datos ........................................................ 47

Técnicas de procesamiento y análisis de datos ........................................................... 49

Muestreo ............................................................................................................... 49

Tierra de diatomeas y perlita. ............................................................................ 49

Mezcla de Precapas y Agua de recirculación .................................................... 49

Cerveza madurada y cerveza filtrada ................................................................ 50

Cerveza elaborada. ............................................................................................ 50

Medición de extracto y porcentaje de alcohol en cerveza .................................... 51

Determinación de dióxido de azufre en cerveza................................................... 51

Determinación de oxígeno en cerveza. ................................................................. 52

Determinación de color azul en cerveza. .............................................................. 53

Determinación de hierro por espectrofotometría .................................................. 53

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Determinación de metales por espectroscopía de emisión atómica ..................... 55

Potencial antioxidante en la cerveza por quimioluminiscencia ............................ 56

Potencial antioxidante en la cerveza por resonancia spin electrónica .................. 57

Análisis sensorial .................................................................................................. 58

Lavado de Tierra con H2SO4 ................................................................................ 59

Afinidad del reactivo DPPH ................................................................................. 61

Lavado de tierra en la planta ................................................................................ 62

CAPITULO IV 64

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS 64

IV.1 Efecto de la adición del 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl (DPPH) en el ensayo de

deterioro oxidativo de la cerveza por Quimioluminiscencia....................................... 64

IV.1.1 Reactividad del DPPH en cerveza ............................................................. 64

IV.1.2 Influencia del radical DPPH en el análisis del potencial antioxidante de la

cerveza por quimioluminiscencia ......................................................................... 66

IV.2 Implementación de variables de proceso para la innovación del tratamiento

químico del lecho filtrante. ......................................................................................... 69

IV.2.1 Determinación de metales solubles en tierra de diatomeas y perlita......... 69

IV.2.2 Determinación de pH y tiempo de lavado a escala de laboratorio ............ 70

IV.3 Comparación de concentraciones de cromo, cobre, hierro y manganeso en la

cerveza clarificada tanto en la filtración actual y la propuesta del lavado de tierra. ... 74

IV.4 Análisis del grado de envejecimiento en la cerveza embotellada en ambos

procesos de filtración .................................................................................................. 78

IV.4.1 Homogeneidad del lote de muestras ......................................................... 78

IV.4.2 Estabilidad Fisicoquímica ......................................................................... 80

IV.4.3 Color azul como indicador de envejecimiento .......................................... 82

IV.4.4 Potencial antioxidante por quimioluminiscencia ...................................... 84

IV.4.5 Potencial antioxidante por resonancia spin electrónico. ........................... 86

IV.5 Correlación del grado de envejecimiento de la cerveza obtenido analíticamente

con la evaluación sensorial en producto terminado de ambas filtraciones a las 0, 4, 8,

12 y 16 semanas de almacenamiento .......................................................................... 88

CAPITULO V 95

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES 95

V.1 CONCLUSIONES ............................................................................................... 95

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x

V.2 RECOMENDACIONES ...................................................................................... 97

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 98

APENDICES 103

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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura N° 1. Deterioro Oxidativo en la Cerveza…………………………..…………………4

Figura N° 2. Esquema del proceso de filtración por Tierra Infusoria………………….10

Figura N° 3. (a) Cebada dos hileras, (b) Cebada Seis hileras…………………………….13

Figura N° 4. Conos del lúpulo (glándulas amarillas)..…………………………..…………15

Figura N° 5. Diagrama del Proceso de fabricación de cerveza…………………………..18

Figura N° 6. Diagrama del Proceso de filtración…………………………..………………..21

Figura N° 7. Micrografía electrónica de barrido de la tierra infusoria Celite estándar

Super-Cel® NF (aumento: 500x)…………………………..………………..………………….25

Figura N° 8. Diatomita calcinada (a); Diatomita fundida (b) …………………………….27

Figura N° 9. Micrografía electrónica de barrido de la Perlita (aumento: 500x)…….28

Figura N° 10. Filtro de vela – Corte transversal (a); Vela del filtro (b)……………..30

Figura N° 11. Diagrama de Filtración de velas…………………………..………………….31

Figura N° 12. Representación de los cambios sensoriales en el aroma de la cerveza

durante su almacenamiento…………………………..…………………………..………………41

Figura N° 13. Equipo de destilación…………………………..……………………………….52

Figura N° 14. Curva emitida por el equipo Tohoku® CLA 2100……………………….57

Figura N° 15. Evaluación del valor de potencial antioxidante de la cerveza………..58

Figura N° 16. Degradación del 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl con alícuotas

diferentes……………..…………………………..…………………………..…………...…………66

Figura N° 17. Cantidad máxima de metales que pueden ser extraídos de los medios

filtrantes…………………………..…………………………..……………………………………...69

Figura N° 18. Extracción de hierro en función del tiempo de lavado a diferentes

pH…………………………..…………………………..…………………………..…………………71

Figura N° 19. Concentración de hierro en solución luego de 30 minutos de extracción

a distintos pH en tierra de diatomeas calcinada…………………………..…………………72

Figura N° 20. Concentración de cobre durante la filtración de cerveza……………….76

Figura N° 21. Concentración de hierro durante la filtración de cerveza……………76

Figura N° 22. Concentración de manganeso durante la filtración de cerveza………77

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Figura N° 23. Prueba de Tukey validación de la Hipótesis Nula: Concentración de

SO2 en cervezas prueba y comparación son estadísticamente iguales……………….79

Figura N° 24. Prueba de Tukey validación de la Hipótesis Nula: Extracto real en

cervezas prueba y comparación son estadísticamente iguales……………………….79

Figura N° 25. Concentración de metales solubilizados en cervezas embotelladas de

ambas filtraciones……………………………………………………………………81

Figura N° 26. Degradación del dióxido de azufre en cervezas embotelladas de ambos

proceso de filtración…………………………..…………………………..……………………….82

Figura N° 27. Variación del color azul en cervezas embotelladas………………………83

Figura N° 28. Potencial antioxidante ó tiempo de aparición del segundo pico (a),

sumatoria de las intensidades reportadas en los dos picos (b).…………………………..84

Figura N° 29. Resistencia de las cervezas ante la oxidación a lo largo de las semanas

en base a las concentraciones de SO2 determinadas.……………………………………….85

Figura N° 30. Corrección del Lag-time con las concentraciones de SO2

determinadas…………………………..…………………………..…………………………..……87

Figura N° 31. Grado de oxidación determinado por el panel sensorial…………….89

Figura N° 32. Calidad de amargor determinada por el panel sensorial……………..89

Figura N° 33. Estabilidad organoléptica determinada por el panel sensorial……….89

Figura N° 34. Factor de correlación a lo largo de las semanas de almacenamiento...93

Figura N° 35. Comparación entre las calificaciones sensoriales calculadas y las

experimentales………..…………………..…………………………..………………………….......94

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ÍNDICE DE TABLAS

Tabla N° 1. Propiedades químicas de la cebada malteada (fracción másica en

%)…………………………..…………………………..…………………………14

Tabla N° 2. Composición química del lúpulo. (Fracción másica en %)……….16

Tabla N° 3. Composición de una cerveza de fermentación baja pale-lager (12%

extracto original de mosto) …………………………..………………………….24

Tabla N° 4. Análisis químico de las tierras con los diferentes tratamientos27

Tabla N° 5. Análisis químico de la perlita. ……………………………………..28

Tabla N° 6. Términos y símbolos importantes utilizados en la medición de la

absorción…………………………..…………………………..………………….35

Tabla N° 7. Espectro visible y colores complementarios……………………….36

Tabla N° 8. Límites de detección de análisis en el equipo de espectroscopia de

emisión atómica con fuente de plasma (ICP-AES).............................................38

Tabla N° 9. Intervalos de análisis y descripción de condiciones………………..48

Tabla N° 10. Patrones para la curva de calibración……………………………...55

Tabla N° 11. Muestras para la descripción del efecto del DPPH en cerveza…...65

Tabla N° 12. Indicadores de envejecimiento en las cervezas utilizadas para los

ensayos…………………………..…………………………..…………………….67

Tabla N° 13. Determinación de quimioluminiscencia en muestras de cerveza con

el radical libre DPPH…………………………..………………………………….67

Tabla N° 14. Concentración de hierro en función del pH y del tiempo de

contacto…..……………..…………………………..…………………………..…70

Tabla N° 15. Volumen necesario para la extracción de hierro en 1 litro de

suspensión de tierra de diatomeas calcinada……………………………………..73

Tabla N° 16. Cantidad de H2SO4 al 98% se debe dosificar por cada Kg de Tierra

……………………………………………………………………………………..74

Tabla N° 17. Concentraciones de cromo, cobre, hierro y manganeso en las

suspensiones de precapa…………………………………………………………..75

Tabla N° 18. Concentración de oxígeno en llenadoras…………………………..80

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Tabla N° 19. Resultados obtenidos del análisis de resonancia spin electrónico...87

Tabla N° 20. Calificación de las cervezas degustadas en la evaluación sensorial91

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1

INTRODUCCIÓN

La cerveza ha sido una de las bebidas más consumidas a lo largo de la historia

y en determinadas culturas forma parte de la dieta, por lo que en los últimos años uno

de los mayores desafíos que enfrentan los fabricantes de cerveza es el de retrasar lo

máximo posible el grado de envejecimiento de la cerveza. Con frecuencia dicho

producto es almacenado por un tiempo prolongado sin control de temperatura, lo cual

afecta la degradación oxidativa de los compuestos constituyentes, que se traducen en

sabores no deseados, surgiendo descriptores como papel-cartón, caramelo, madera

que son característicos de este tipo de degradación en la bebida. La estabilidad del

sabor de la cerveza es uno de los factores más importante de su calidad, donde los

consumidores responden a este parámetro tanto consciente como inconscientemente.

El propósito de toda industria cervecera es mejorar la calidad de sus productos con el

fin de satisfacer las necesidades y exigencias del público consumidor, lo cual está

relacionado con el margen de demanda y ventas de los distintos tipos de cervezas que

se elaboran.

Existe un criterio de que los radicales libres derivados del oxígeno como

hidroxilos y etoxilos, disminuyen la estabilidad del sabor, alterando las principales

fuentes de compuestos de sabor debido al envejecimiento, es decir, los sabores

indeseados en la cerveza surgen, entre otros factores, a partir de los radicales libres.

Estos radicales se forman por la oxidación de la cerveza durante el almacenamiento,

una de estas especies reactivas es el radical hidroxilo, que oxida rápidamente los

componentes de la cerveza desencadenando la formación de compuestos que

deterioran la calidad organoléptica del producto. Muchos de estos compuestos de

envejecimiento se pueden producir durante las etapas del proceso.

Hoy en día, se afirma que el oxígeno molecular es relativamente estable y

tiene que ser activado antes de desarrollar su impacto perjudicial en la cerveza. La

degradación del peróxido de hidrógeno puede ser considerado el último paso de esta

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activación, mientras que los metales pesados catalizan esta degradación. Los metales

catalizan la formación de otros radicales en la cerveza sin la influencia del oxígeno

por ejemplo, en la formación de radicales de ácidos grasos. Por lo tanto, los iones de

metales son un factor de suma importancia en el envejecimiento de cerveza. Los

iones de hierro, cobre, manganeso y cromo tienen una influencia negativa sobre la

estabilidad del sabor de la cerveza. El origen de estos metales en la cerveza se da

entre otros factores a partir de las tierras diatomeas utilizadas como lecho filtrante.

Aunque la oxidación es inevitable, puede minimizarse mediante la

optimización de las operaciones de la fabricación de cerveza y las condiciones de

almacenamiento, para preservar el contenido de antioxidante en la cerveza envasada

por un mayor periodo de tiempo. Por lo cual el principio de esta investigación se

centra en mejorar el proceso de filtración de cerveza madurada a cerveza antes de

embotellar a través de un tratamiento químico al medio filtrante, que en este caso es

la tierra de diatomeas.

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CAPÍTULO I

FUNDAMENTOS DE LA INVESTIGACIÓN

I

I.1 Planteamiento del problema

En toda industria de alimentos y bebidas, es necesario llevar un régimen de

control de calidad, el cual es una de las bases para los sistemas de producción. En el

caso de la cerveza la calidad del producto está relacionada íntimamente al sabor de la

misma, por lo que se traduce en la garantía de la preferencia del producto en el

mercado consumidor de bebidas alcohólicas. Desde el punto de vista del consumidor,

la cerveza contiene sustancias beneficiosas como vitaminas, carbohidratos, minerales,

aminoácidos, ácidos orgánicos, además 200 ml de cerveza posee menor carga calórica

que su equivalente en jugo de manzana (76 Kcal y 96 Kcal respectivamente) debido a

que es una bebida de fermentación natural; por lo tanto, si se mejora la calidad del

producto significa un aporte tangible a la dieta del público, por supuesto si es

moderado su consumo, ya que el abuso de alcohol ocasiona enfermedades crónicas.

Para lograr un buen desempeño en el control de calidad del producto es necesario

contar con la instrumentación y el personal capacitado para su realización, así como

también una metodología rigurosa para lograr que el análisis del producto se lleve a

cabo eficientemente.

Cervecería Polar C.A. de manera de consolidar la preferencia de sus productos

en el mercado nacional, toma en consideración la aplicación de los sistemas de

control antes mencionados en cada una de las etapas del proceso de elaboración de

sus productos. Para ello en el Centro Tecnológico Polar ubicado en Planta Los

Cortijos se dispone de varias gerencias encargadas de evaluar los distintos productos

fabricados, en donde destaca el Laboratorio de Gerencia de Innovación y Soporte

Analítico para la evaluación de los diferentes productos de la cervecería.

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La realización de este proyecto sobre la mejora de estabilidad del sabor de la

cerveza, se basa en la hipótesis de que la estabilidad del sabor se encuentra

estrechamente relacionada con la Actividad Antioxidante Endógena de la Cerveza, la

cual está determinada por las condiciones de cada proceso de preparación de materia

prima hasta el embotellado. Todas las cervezas tienen una cierta cantidad de

antioxidantes naturales como polifenoles, sulfitos y otros reductores que protegen su

sabor ante la oxidación por reacciones de radicales libres evitando el envejecimiento

de la bebida. Aquellas cervezas con una mayor actividad antioxidante pueden resistir

a la oxidación durante períodos más largos de tiempo y, por lo tanto, tener una mayor

estabilidad de su vida útil. Por lo tanto, la tarea consiste en primer lugar, determinar

la actividad antioxidante endógena de cerveza. Es posible detectar oxígeno activo en

forma de radical libre (radical ·OH) durante el proceso de oxidación de cerveza

usando el método de Quimioluminiscencia; esto se lleva a cabo a través de un

monitoreo detallado de la generación de radicales ·OH durante la oxidación cerveza

con una prueba de oxidación forzosa.

Figura N° 1. Deterioro Oxidativo en la Cerveza

(Fuente: Elaboración Propia)

La cerveza madurada se filtra mecánicamente haciéndola fluir a través de

capas de material filtrante, con el objetivo de remover gran parte de la levadura y

cualquier otro sólido (lúpulo, partículas de grano, entre otros) que se encuentra en la

bebida y así proporcionar el cuerpo y el color requerido. Normalmente en la filtración

por tierras diatomeas se obtiene una cerveza que es cristalina, en donde casi todos los

|microorganismos en la cerveza se remueven durante el proceso. La cerveza que ha

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5

sido filtrada se mantiene generalmente en los tanques de gobierno antes de ser

embotellada o aplicarle un tratamiento adicional.

Entre otros factores, el deterioro oxidativo se debe a la presencia de iones

metálicos tales como Fe, Cu, Mn y Cr, debido a esto es prioritario estudiar la

influencia de dichos iones contenidos en tierras diatomeas utilizada como medios

filtrantes en la bebida.

Se plantea realizar una extracción de los metales de la tierra de diatomeas

aplicando ácido sulfúrico, éste material de origen sedimentario fosilizado es utilizado

como medio filtrante en proceso de filtración de cerveza madurada, posteriormente se

procederá a desechar el ácido junto con los metales extraídos de la tierra mediante el

enjuague con agua grado plato (°P) para llevar el proceso a la normalidad e iniciar el

proceso de filtración de cerveza; por ultimo todas aquellas cervezas producidas con la

filtración propuesta serán comparadas química y sensorialmente con respecto a las

cervezas producidas con el proceso actual de filtración, se tiene previsto que esta

innovación impacte positivamente a nivel de calidad del producto, mediante el

aumento de la estabilidad del sabor y la prolongación del tiempo de consumo

preferencial.

I.2 Antecedentes

El mejorar la estabilidad del sabor de la cerveza ha sido objeto de interés a lo

largo de los años en Cervecería Polar C.A. ya que es de suma importancia para

consolidar la preferencia de sus productos por parte del público consumidor. Se han

desarrollado varias investigaciones acerca de esta propiedad característica en la

bebida, por lo que, la información y reportes de datos contenidos en dichos trabajos

realizados por diferentes autores, sirven de base para el presente Trabajo Especial de

Grado. Entre las investigaciones más importantes hechas en la empresa así como

también en diferentes instituciones alrededor del mundo, tenemos:

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“INFLUENCIA DE IONES METÁLICOS PESADOS EN LA

ESTABILIDAD DEL SABOR DE LA CERVEZA.”

En 2008, Zufall, C. y Tyrell Th. confirmaron la influencia de los iones de

hierro, cobre, y manganeso; y las formaciones de radicales a través de las reacciones

Fenton y Haber-Weiss. Determinaron el impacto de los iones de manganeso sobre la

estabilidad de la cerveza en concentraciones pertinentes, y observaron que su

concentración permanece constante desde la elaboración del mosto hasta la

producción de cerveza, donde su reactividad y concentración son típicamente más

altas en relación al hierro y cobre. Los resultados de la investigación indican

claramente que hay otros metales con poder oxidante que influyen en las

características de sabor rancio de cerveza, además de los metales conocidos (hierro y

cobre). En contraste con los iones antes mencionados, la presencia de manganeso en

el producto no se debe a la lixiviación en tanques de proceso o por materiales de

tubería, el mismo proviene de los cereales empleados en la elaboración de la cerveza.

Este hallazgo, infiere la importancia de manganeso como un sistema REDOX en el

deterioro oxidativo de la cerveza, esto puede servir como base para un enfoque

diferente en la elección de las materias primas.

“A STUDY OF BEER STALING USING CHEMILUNINESCENCE

ANALYSIS”, (ESTUDIO DEL ENVEJECIMIENTO DE LA CERVEZA

USANDO EL MÉTODO DE LA QUIMIOLUMINISCENCIA).

En 1991 Kaneda, H., Kano, Y., Kamimura, M., de la Cervecería Sapporo

(Shizuoka, Japón) y Kawaskishi, S., Osawa, T. (Universidad de Nagoya, Japón)

fueron los primeros en emplear el análisis de quimioluminiscencia (CL) para estudiar

envejecimiento de cerveza. Analizaron varios tipos de cervezas comerciales

japonesas, las cuales se almacenaron a 37 °C y su desarrollo de quimioluminiscencia

a 60 ºC. El nivel de CL en la cerveza se desarrolló a medida que transcurría el tiempo

de almacenamiento hasta a alcanzar un nivel máximo y luego disminuyó. La suma de

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las intensidades de CL para la primera hora mostró una buena relación con el grado

de envejecimiento emitido según la evaluación del panel sensorial. Se afirmó que las

tasas de deterioro de la bebida pueden ser evaluadas a partir de los patrones de

quimioluminiscencia en las cervezas frescas antes de su almacenamiento. La

presencia de sulfitos en la cerveza disminuyó la producción CL durante su

almacenamiento, lo que indica que hay alguna contribución del sulfito a la estabilidad

del sabor debido a su efecto inhibidor sobre las reacciones de radicales libres en la

cerveza.

“CHEMICAL EVALUATION OF BEER FLAVOR STABILITY”,

(EVALUACIÓN QUÍMICA DE LA ESTABILIDAD DEL SABOR DE LA

CERVEZA).

Posteriormente en 1995 Kaneda, H., Kobayashi, N., Furusho, S., Sahara, H., y

Koshino S. desarrollaron un nuevo sistema de control de calidad para evaluar la

estabilidad de la cerveza y para chequear el proceso en relación a la estabilidad de

sabor. La actividad productora de quimioluminiscencia (CL) de la cerveza demostró

una buena correlación con el grado de degradación de sabor en evaluaciones

sensoriales. La combinación de los análisis CL con los análisis de actividad reductora

del 2,2-difenil-1-picrylhidrazyl (DPPH) demostró una alta correlación con el sabor de

cerveza evaluadas en pruebas sensoriales. Por lo tanto, se indicó que una

combinación de los análisis de CL y DPPH puede evaluar correctamente la

estabilidad de sabor y verificar el proceso de elaboración de cerveza y diversos

factores que intervienen tales como materia prima, producción de mosto y

fermentación.

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“ROLE OF OH-RADICAL IN BEER OXIDATION”, (ROL DEL

RADICAL OH EN LA OXIDACIÓN DE LA CERVEZA)

En 1996 Uchida, M. y Ono, M., hicieron el desarrollo de un método para la

determinación de la actividad antioxidante endógena de la cerveza que puede

proporcionar una nueva técnica que teóricamente pudiera mejorar la estabilidad de la

cerveza. Detectaron radicales libres en la cerveza durante una prueba de oxidación

forzada a través de espectroscopia de resonancia de spin electrón. Al analizar las

estructuras hiperfinas de los aductos de spin con α-fenil N-tert-butilnitrona (PBN) y el

N-oxido del 5,5'-dimetil-L-pirrolina (DMPO), los radicales libres detectados se

identificaron como radicales hidroxilo (radicales ·OH). Los investigadores

encontraron que el radical ·OH no siempre fue generado después de haber comenzado

la prueba de oxidación forzada. Sin embargo se generaron luego de un periodo

definido, al cual llamaron el "Lag time" (tiempo de retardo). El "Lag time" se

consideró como la actividad antioxidante endógena de la cerveza. También

discutieron el mecanismo de la generación del radical ·OH.

“PREDICCIÓN DEL GRADO DE DETERIORO ORGANOLEPTICO DE

LA CERVEZA POR MEDIO DEL COLOR”

Leo, F. simuló en el 2010 un periodo de almacenamiento, bajo condiciones

controladas, durante el cual se analizaron los cambios químicos ocurridos en la

cerveza al transcurrir el tiempo mediante la Colorimetría y Quimioluminiscencia.

Además de analizar los indicadores del deterioro del producto y realizar pruebas

sensoriales como parámetro descriptivo para así dar consistencia al estudio. Indicó

que valores como el índice EBC (European Brewing Convention) de color no

representa un indicador en cuanto al envejecimiento o deterioro de la cerveza,

mientras que el índice de quimioluminiscencia y el índice RVA (Rojo-Verde-Azul),

específicamente el color azul son buenos indicadores ya que representan el

comportamiento de la cerveza deteriorada. Obtuvo respuestas confiables y objetivas

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mediante la relación entre los resultados analíticos y descriptores, para después

plantear una ecuación de correlación entre ambos factores medidos.

“COMPUESTOS α-DICARBONÍLICOS COMO INDICADORES Y

PRECURSORES DEL DETERIORO DEL SABOR DURANTE EL

ENVEJECIMIENTO DE LA CERVEZA”

Durante el año 2002, Bravo, A., Sánchez, B., Scherer, E., Herrera, J. y Aldao

R., detectaron por primera vez mediante HPLC la acumulación de los compuestos α-

dicarbonílicos durante el almacenamiento de cerveza a 28°C con respecto a cervezas

mantenidas a 0 °C. La estructura química de los α-dicarbonilos detectados en la

cerveza revela los posibles mecanismos involucrados en su formación: la degradación

de compuestos de Amadori, la degradación de Strecker de aminoácidos y reacciones

de rompimiento retroaldólicas. La adición de aminoguadinina a la cerveza al

embotellar inhibió la formación de productos finales de la reacción de Maillard, tal

como 5-hidroximetil-furfural; y protegió del deterioro del sabor durante el

almacenamiento a 28 °C, por un mecanismo que aún no ha sido completamente

elucidado. Este trabajo subraya la relevancia de los intermediarios α-dicarbonílicos

como posibles precursores de compuestos que deterioran el sabor de la cerveza, y

abre una vía para el desarrollo de nuevas estrategias para atenuar el deterioro de la

estabilidad del sabor por la vía térmica.

I.3 Uso de la tierra de diatomea en la filtración de cerveza

La tierra de diatomeas es un material de origen sedimentario compuesto por

los restos de los esqueletos de plantas acuáticas microscópicas llamadas diatomeas.

Estas plantas fueron parte de la ecología de la tierra desde tiempos prehistóricos, y

siguen formando parte del ciclo de vida de los océanos. La diatomea es una célula

viva, envuelta por una especie de caja porosa de sílice, que es su esqueleto y que está

fabricada por la misma célula, con sílice extraída del agua de mar.

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En Cervecería Polar, se mantienen las soluciones de tierra infusoria al 20 %

p/v en tanques con agitación continua para que no se sedimente. Para poder filtrar

cerveza con diatomea, se requiere un filtro de velas, que son sistemas que pueden

estar soportados verticalmente desde arriba (colgantes) o desde abajo. Están

conformados por unos cilindros donde se adhiere la tierra de diatomeas aplicando un

flujo constante de agua, para que luego la cerveza madurada fluya a través de este

filtro, obteniendo la bebida clarificada.

Figura N° 2. Esquema del proceso de filtración por Tierra Infusoria

(Fuente: Elaboración Propia)

El filtro de velas trabaja con precapas, el cual es un sistema de filtración que

opera bajo presión y en forma discontinua. Los elementos filtrantes de forma tubular,

se distribuyen uniformemente en la superficie de una carcasa cilíndrica vertical con

fondo cónico y tapa toriesférica de apertura rápida.

Inicialmente se prepara en el tanque de precapa (Dosimat), una solución del

material filtrante en agua. Se la hace recircular por el filtro para formar la precapa

sobre los tubos filtrantes, hasta que el líquido se observa limpio a la salida del filtro.

La precapa funciona como un revestimiento con más poros de menor diámetro que

los del soporte del tubo filtrante. Con la precapa ya formada se comienza a circular el

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producto a filtrar. La adición del material filtrante en el producto a filtrar tiene por

finalidad el evitar la compactación de la torta que se va formando durante el ciclo.

El final de la filtración ocurre cuando la torta llega el espesor máximo admisible,

o cuando el caudal del líquido filtrado está por debajo del nivel económicamente

aceptable. La eliminación de la torta se realiza mediante la presurización del filtro

con agua limpia, y una rápida despresurización que hace que se desprenda la torta y

se descargue por el fondo del filtro.

El objetivo es que el lecho de diatomea debido a su porosidad promedio de apenas

3 a 10 micrones, permite retener partículas microscópicas, y obtener una bebida

clarificada para que posteriormente sea envasada y pasteurizada. Como se explicó en

el planteamiento del problema, la tierra diatomea posee un contenido metálico

(cromo, cobre, hierro y manganeso), los cuales actúan como catalizadores en las

reacciones oxidativas que ocurren en la cerveza, por lo que, si hay mayor cantidad de

estos iones metálicos, el envejecimiento de la bebida puede ser más acelerado.

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I.4 Objetivos

I.4.1 General

Mejorar la estabilidad del sabor de la cerveza mediante la disminución del

impacto a la actividad antioxidante endógena a través del control de la transferencia

de metales (Fe, Mn, Cu y Cr) en el proceso de filtración de la cerveza madurada por

tierras de diatomeas, con la aplicación de un tratamiento químico al lecho filtrante.

I.4.2 Específicos

1. Verificar el efecto de la adición del 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl (DPPH) en el

ensayo de deterioro oxidativo de la cerveza por quimioluminiscencia.

2. Optimizar el pH y tiempo del lavado ácido para la máxima extracción de metales

con poder oxidante de la tierra de diatomeas usada en la preparación de las dos

precapas en filtración.

3. Comparar concentraciones de metales cromo, cobre, hierro y manganeso en la

cerveza clarificada tanto en la filtración actual como en la propuesta.

4. Determinar analíticamente el grado de envejecimiento en la cerveza embotellada

en ambos procesos de filtración.

5. Correlacionar el grado de envejecimiento de la cerveza obtenido analíticamente

con la evaluación sensorial en producto terminado de ambas filtraciones a las 0, 4,

8, 12 y 16 semanas de almacenamiento

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CAPÍTULO II

MARCO TEÓRICO

II.1 Cerveza

La cerveza se describe como una bebida con sabor amargo con contenido de

alcohol, extracto, y dióxido de carbono; que se prepara a partir de malta de cebada

principalmente, lúpulo, agua cervecera y levadura. El alcohol es producido con ayuda

de la levadura, la cual realiza la fermentación de azucares provenientes del almidón

contenido en la cebada malteada. En algunos casos se aplica el uso adjuntos

cerveceros como: trigo, maíz y arroz, que al mezclarlos con la cebada, aportan una

cantidad adicional de almidones y azucares. Por otro lado, la adición del lúpulo

proporciona el aroma y amargor que caracteriza a la bebida. [11]

II.2 Materia Prima

II.2.1 Cebada Malteada

Es la materia prima más importante y preferida por encima de otros cereales

debido a que el grano está revestido por una cáscara que protege el germen durante el

malteado y evita que el grano pierda su contenido de almidón, compuesto necesario

para generar azúcares. Generalmente se utiliza la cebada de dos hileras ya que sus

granos son más desarrollados en comparación a la cebada de seis hileras [8, 11], en

las figuras 3a y 3b se observan las diferencias.

(a) (b)

Figura N° 3. (a) Cebada dos hileras, (b) Cebada Seis hileras

(Fuente: Google Images)

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El malteado consiste en germinar los granos para provocar las

transformaciones que la cebada logra de forma natural durante su crecimiento y

detener esta transformación rápidamente según las características esperadas, además

de activar enzimas que permitan solubilizar las materias de reserva del grano.

La transformación de la cebada en malta dura aproximadamente ocho días y

se desarrolla en cuatro etapas principales:

a) Remojo

b) Germinación

c) El secado y tostado

d) La desgerminación

A la salida de la maltería, la malta se presenta en forma de un grano amarillo

dorado seco y quebradizo. La malta es transportada a granel en camión, chalana, tren

o barco, en sacos y en contenedores. La duración de conservación puede llegar a más

de un año si se respetan las condiciones estrictas de almacenamiento y limpieza.

La malta para la cerveza clara se tuesta a 85 °C y la malta para la cerveza

oscura a 100 °C. Todos los procesos en la maltería son procesos naturales que

transcurren sin ninguna ayuda de químicos auxiliares. En la Tabla N° 1 se observan

las propiedades químicas que posee la cebada malteada.

Tabla N° 1. Propiedades químicas de la cebada malteada (fracción másica en %)

Contenido Cebada Cebada malteada

Almidón 64 – 66 58 – 60

Otros compuestos no-nitrogenados del extracto 14 – 16 17 – 19

Proteínas 10 – 12 9 – 11

Fibras 4,5 5,2

Minerales 2,8 2,5

Grasa 2,3 2,1

Fuente: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Editorial Wiley VCH. 2005.

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II.2.2 Lúpulo

El lúpulo es un ingrediente indispensable debido a que le confieren un sabor

amargo a la cerveza, un aroma específico, y promueve la clarificación. Además, es

usado también por tener propiedades que mejoran la estabilidad de espuma, inclusive

también por su papel como un antiséptico en la cerveza. [11]

Para elaborar la cerveza son necesarios únicamente los conos de lúpulo

descritos en la Figura N°4; estos contienen las resinas importantes que proporciona el

amargo así como también sustancias aromáticas como el linalol (compuesto

predominante que aporta el aroma característico del lúpulo). La composición del

lúpulo depende de la variedad, cosecha, procedencia, tiempo de cosecha, secado y

almacenamiento. [12]

Figura N° 4. Conos del lúpulo (glándulas amarillas)

(Fuente: Google Images)

Las resinas totales representan la suma de todas las resinas amargas, y se

pueden dividir en resinas duras y blandas. Los principales constituyentes en resinas

blandas son los ácidos amargos, que se pueden dividir en α - ácidos (3 - 17%) y β -

ácidos (2 - 7%). Los cinco homólogos de la α - ácidos son las humulonas, co-, ad-,

pre- y posthumulona; no obstante, estos cinco homólogos también se pueden

encontrar en los β - ácidos (lupulonas), que sólo difieren de humulona en el lado de

cadena en el carbono 3 (un grupo alilo de dimetilo en lugar de un grupo OH).

El lúpulo también es una gran fuente de polifenoles, que cumplen el papel de

antioxidantes naturales muy potentes que protegen frente a la acción perjudicial de

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los radicales libres. La presencia de estos constituyentes otorgan a esta bebida una

capacidad antioxidante equivalente a la del vino. Dependiendo del tipo de cerveza se

agregan de 100 a 400 gramos de lúpulo por cada hectolitro de cerveza.

La Tabla N° 3 muestra los componentes más importantes que se encuentran en

el lúpulo. Los ácidos amargos (α y β-ácidos) y las sustancias aromáticas (aceites

esenciales) los cuales son de gran importancia tanto desde el punto de vista de la

tecnología de elaboración de la cerveza como para su sabor. [12]

Tabla N° 2. Composición química del lúpulo. (Fracción másica en %)

Componente Natural Seca

Agua 9-12 -

α-Ácidos 2-17 2,2-13-5

β-Ácidos 2-10 2,2-11,2

Aceites Esenciales 0,5-2,5 0,6-2-8

Compuestos No-nitrogenados 4-9 4,5-10

Proteínas 15-21 13-22

Fibras 10-17 11-19

Polifenoles 3-8 4,5-16

Minerales 7-11 8-12

Lípidos y ceras Mayor a 3 Mayor a 3,4

Aceites Grasos 0,05-0,2 0,06-0,22

Fuente: Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Editorial Wiley VCH. 2005.

II.2.3 Levadura

Las levaduras utilizadas en las cervecerías, pertenecen a la familia de

Saccharomycetaceae y del género Saccharomyces. De las materias primas que se

utilizan para la elaboración de cerveza, la levadura es la más económica ya que tiene

la ventaja principal de que sus células se propagan por injerto. Para la producción de

cervezas de fermentación baja (Pilsen, Märzen), se utilizan Saccharomyces uvarum y

para la elaboración de cervezas de alta fermentación (Alt, Kölsch, Weizen) se utilizan

Saccharomyces cerevisiae. [12]

Después que las enzimas de la cebada malteada han sido destruidas durante la

ebullición del mosto, la levadura le proporciona al mosto un nuevo sistema

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enzimático. Con el fin de metabolizar activamente, la levadura debe sintetizar las

sustancias que necesita según la composición del mosto, dependiendo de las síntesis

necesarias, las cantidades de los productos metabólicos que se encuentran en el

sustrato de fermentación serán diferentes.

II.2.4 Adjuntos Cerveceros y Aditivos auxiliares

Otras fuentes de extracto como los adjuntos tienen importancia en la

fabricación de cervezas claras y estables, por su aporte de almidón que son una fuente

de alcohol, lo mismo que el almidón de cebada pero contribuyen poco al color, sabor,

aroma y contenido de proteínas. En cervecerías se emplea principalmente maíz, arroz

y avena, y en algunos casos utilizan frecuentemente jarabes, que se fabrican a partir

de harina de cereales o almidón por hidrólisis enzimática o ácida. Todos los jarabes

tienen un contenido de extracto de aproximadamente 80%, mientras que su capacidad

de fermentación está en el rango 40 - 78%; estos se añaden a la paila de mezcla. La

concentración del mosto se puede aumentar de esta manera entre un 15 a 18%. [12]

II.2.5 Agua Cervecera

De todos los elementos que forman la cerveza, probablemente el agua sea el

más importante de todos. En primer lugar tiene que ser bacteriológicamente limpia,

la naturaleza del agua empleada en la fabricación es de mucha atención y se llega a

decir que el éxito de la cerveza depende del empleo adecuado del agua. El agua

utilizada para la elaboración de la cerveza se debe corresponder con la calidad del

agua potable, debe ser clara, incolora y neutra en el gusto y el olfato. No debe

contener metales con poder oxidante, especialmente hierro y manganeso, y no debe

ser corrosiva. Las aguas naturales se originan a partir de diferentes formaciones

geológicas y por lo tanto, muy rara vez se ajustan a la calidad requerida para la

elaboración de la cerveza, y por ello requiere de un tratamiento. El

acondicionamiento del agua se rige por las concentraciones de iones y sustancias

orgánicas disueltas.

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II.3 Proceso de Elaboración

El proceso de elaboración de cerveza consta de cuatro etapas claramente

definidas, que son producción de mosto, fermentación, filtración y envasado. Cada

tipo de cerveza elaborada en Cervecería Polar tiene su particularidad que la diferencia

entre las otras, debido a que según la clase de cerveza varía la cantidad y tipo de

materia prima. La Figura N° 5 describe todo el proceso cervecero:

Figura N° 5. Diagrama del Proceso de fabricación de cerveza

(Fuente: Cervecería Polar, Venezuela)

II.3.1 Producción de Mosto

Este proceso se inicia a partir de la molienda o trituración de la cebada

malteada, para luego ser mezclado con los diferentes adjuntos empleados, como

hojuelas de maíz y arroz. Posteriormente comienza la etapa de maceración, que

comienza con la adición de la mezcla y la dosificación de enzimas a una paila, en la

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cual se encuentra incorporado un sistema de agitadores. La maceración garantiza el

desdoblamiento de las sustancias contenidas en la malta como el almidón, para

formar subunidades más pequeñas que en este caso son aquellos azúcares

fermentables que son aprovechados luego por la levadura, estos procesos se hacen

posibles gracias a las enzimas (α-amilasa y β-amilasa), que actúan como bio-

catalizadores efectuando diversas reacciones químicas acelerando el rompimiento de

las moléculas. [12]

Después de la maceración, el mosto “dulce” obtenido es sometido a una

clarificación, donde se separan los sólidos no deseados de la primera mezcla por

filtración (se obtiene el nepe), luego esta mezcla clarificada se hierve en unas pailas

de cocimiento, durante este tiempo se añade el lúpulo.

En este proceso de elaboración de mosto dulce se deben lograr los siguientes

objetivos:

La evaporación del exceso de agua con el fin de lograr la concentración

deseada del mosto (extracto original).

La destrucción de enzimas.

La esterilización del mosto.

La disolución y la isomerización de las sustancias amargas del lúpulo en el

mosto.

Además, se eliminan los componentes aromáticos indeseables, se reducen

otras sustancias, aumenta el color, y el valor de pH cae ligeramente.

Finalmente, el mosto de cerveza obtenido después de la ebullición se

denomina “mosto terminado” ó “mosto caliente”. Su contenido en extracto y el

volumen tiene que ser analizado para que se pueda determinar su rendimiento en la

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sala de cocción, éste rendimiento de extracto se expresa como un porcentaje de la

cantidad de malta utilizada (rango entre 78 y 81%).

El mosto terminado es clarificado nuevamente, esto se realiza en un equipo

giratorio llamado Rotapool o Whirlpool, en él se retira aquellas partículas formadas

en el cocimiento (trub) por fuerza centrípeta. Posteriormente la mezcla clarificada es

enfriada, donde pasa de una temperatura de 80 °C aproximadamente y llega de 5 a 10

°C, esto se realiza con ayuda de un intercambiador de placas, cuyo refrigerante es

amoníaco.

II.3.2 Fermentación

El proceso de fermentación se inicia mediante la adición de 0,5 a 0,7 L de una

suspensión pesada de levadura por hectolitro de mosto, lo que corresponde al 15 - 20

× 106 células de levadura por mililitro de mosto frío y aireado. Este procedimiento se

llama pitcheo. Además de la concentración de células de levadura, para alcanzar una

fermentación satisfactoria dependerá del suministro suficiente de las células con

oxígeno, este proceso se le denomina aireación y se realiza con aire estéril (o

excepcionalmente con el propio oxígeno). Un valor de 8 a 10 mg O2 por litro de

mosto es suficiente para alcanzar una óptima fermentación. [12]

Los principales productos resultantes de la fermentación son etanol y dióxido

de carbono, tal como lo describe la siguiente reacción:

Glucosa Etanol Dióxido de Carbono

Ecuación N° 1: Fermentación Alcohólica (Reacción de Gay-Lussac)

Las fases de la fermentación son aeróbica, donde la levadura se propaga y

anaeróbica donde la levadura fermenta el azúcar. Durante los primeros días la

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fermentación se da a 12 °C, luego al quinto se comienza a bajar la temperatura

gradualmente hasta llegar a 0°C, originando una decantación.

Entre los compuestos secundarios más importantes se puede destacar la

producción de compuestos azufrados como lo es el dióxido de azufre. Su formación

durante la fermentación depende principalmente de la cepa de levadura. Éstos son

antioxidantes ampliamente usados como aditivos conservantes de alimentos, en

general se utilizan para prevenir el envejecimiento de la cerveza, el cual se identifica

a través del sabor rancio. El sulfito por ser calificado en este caso como antioxidante,

actúa como un atrapador de especies de oxígeno activo, tales como O2 y/o H2O2

presentes en cerveza, y, en consecuencia, podría inhibir la generación de radicales-

OH. Por otro lado, el sulfito puede reaccionar con los compuestos carbonílicos

responsables del sabor a rancio en la cerveza.

II.3.3 Filtración

Culminada la maduración, se aprecia que la cerveza está clara. Sin embargo, es

necesario filtrarla con el propósito de optimizar su estabilidad y darle la brillantez

deseada. Este proceso se lleva a cabo en dos etapas, la primera es la filtración de la

cerveza a bajas temperaturas del orden de -2°C aproximadamente, y luego se lleva a

cabo el tratamiento de la cerveza con agentes estabilizantes para que su estabilidad

organoléptica se preserve durante un mayor tiempo en el mercado.

Figura N° 6. Diagrama del Proceso de filtración

(Fuente: Cerveceros de Venezuela)

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En algunas cervecerías realizan el proceso de filtración en dos etapas; la

primera fase es utilizando tierra de diatomeas para eliminar las partículas gruesas que

se encuentran en suspensión y después se realiza una filtración de pulimento

utilizando, por ejemplo, filtros de placas para lograr una mejor clarificación. Se ha

observado en ciertos casos que utilizan la centrifugación como un método alternativo

al de la filtración por tierra infusoria, así como también puede observarse el uso de

clarificadores por ejemplo, colágeno especialmente preparado y formar partículas

más grandes y fáciles de retirar. [33]

Posteriormente a la filtración comúnmente se añaden estabilizantes. Dado que

el tipo de turbidez más temida por los cerveceros es la originada por la unión de

proteínas y polifenoles (surge cuando el consumidor enfría la cerveza antes de su

consumo), por lo que, el objetivo primordial de este proceso es la eliminación de

estos compuestos para lograr la estabilización de la cerveza. Posteriormente se

añaden agentes estabilizantes, los cuales son en su mayor parte polifenoles, papaína,

alginato de propilenglicol (PGA) como estabilizante de espuma, y antioxidantes

como metabisulfito de sodio.

Una vez culminado este proceso, la cerveza obtenida ya está madura en el

sabor, bien carbonatada, clarificada, estable frente a la formación de turbidez entre

polifenoles y proteínas y libre de oxígeno; luego la bebida es transferida y

almacenada a los Tanques de Gobierno, donde se dispone para realizar el envasado

del producto.

II.3.4 Envasado

En el envasado con botellas retornables, son extraídas de las gaveras mediante

la desembaladora, la cual las coloca en la correa transportadora para llevarlas hacia la

lavadora. Al mismo tiempo, ingresan a la línea botellas nuevas, con el fin de sustituir

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a las que han cumplido su período de vida útil, o que se encuentren rayadas o

deterioradas en su imagen.

En la lavadora, las botellas son tratadas con una solución de hidróxido de

sodio al 3% a más de 80 °C, para lograr un buen lavado interno y desinfección.

Posteriormente, a las botellas se les añade agua debidamente tratada para eliminar

cualquier tipo de impurezas, para luego pasar por el inspector electrónico, el cual

detecta si se encuentran en condiciones adecuadas para ser llenadas. Las botellas en

perfecto estado son enviadas a la llenadora, una especie de carrusel rotatorio que

puede suministra la cerveza en la botella a razón de 1.000 botellas por minuto.

Inmediatamente después de la llenadora se ubica la tapadora, donde se le coloca la

tapa corona herméticamente. [9]

Al culminar el llenado, se inspecciona nuevamente para verificar que cada una

de las botellas presente el nivel de llenado previsto y que esté debidamente tapada; y

que posteriormente siguen hacia la pasteurizadora. Ésta es conformada por duchas de

agua a temperaturas crecientes, donde al comienzo se eleva la temperatura

progresivamente cerca de 70 °C y luego baja de igual forma hasta salir a temperatura

ambiente, con esto se garantiza que el producto está esterilizado, y se asegura su

estabilidad microbiológica. Finalmente teniendo la cerveza envasada y pasteurizada,

se procede al despacho y distribución del producto al público consumidor. En la tabla

N° 7 se expresa las características de una cerveza típica de fermentación baja.

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Tabla N° 3. Composición de una cerveza de fermentación baja pale-lager (12% extracto original de

mosto)

Extracto original del mosto 12.0 % p/p (125.6g/L)

Límite de Atenuación (aparente) 78 – 85 %

Grado real de atenuación 65 – 80 %

Extracto aparente 1.7 – 3.0 % p/p

Extracto real 2.0 – 3.5 % p/p

Concentración de alcohol 3.5 – 4.5 % p/p

Nitrógeno total 700 – 900 mg/L

Amino-nitrógeno libre 80 – 160mg/L

Sustancias amargas 16– 25 EBC unidades de amargo

Polifenoles totales 130 – 180 mg/L

Antocianidinas 40 – 80 mg/L

pH 4.3 – 4.6

Viscosidad (20 ◦C) 1.4 – 1.7mPa · s

Fuente: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Editorial Wiley VCH. 2005

En vista que este trabajo especial de grado se centra en el estudio del aporte de

metales con poder oxidativo en el proceso de filtración por tierras diatomeas, es

necesario realizar un enfoque más específico en esa etapa, para conocer más

detalladamente el proceso, y también para tener en consideración todas aquellas

variables que condicionan la filtración por tierra de diatomeas.

II.4 Filtración de cerveza por tierra de diatomeas

Una característica importante de la cerveza consumida en Venezuela es su

brillante claridad. Luego del almacenamiento, en donde aparte de la maduración,

también se lleva a cabo la sedimentación de materiales sólidos, la cerveza joven

recién fermentada pasa a ser madurada y lista para filtrar. El propósito de la filtración

es preservar la cerveza de modo que no se produzcan cambios visibles a largo plazo y

mantener su aspecto original. Por lo que la filtración en general debe cumplir dos

funciones, el de eliminar las partículas en suspensión de la cerveza madurada

(Proceso real de filtración); y el de inhibir potenciales formadores de turbidez

(estabilización).

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Como punto inicial es imperativo estudiar todo lo que abarca el proceso de

filtración como tal; desde los coadyuvantes o medios filtrantes que se utilizan,

equipos industriales empleados y el desarrollo del proceso.

II.4.1 Medios Filtrantes

II.4.1.1 Diatomita

La diatomita también conocida como tierra de diatomeas ó tierra infusoria, es

un tipo de formación rocosa de color pálido, suave, ligero de peso, que se utiliza

como un medio de filtración. Ésta tierra está formada de microfósiles de diatomeas

compuestas principalmente de sílice.

Las diatomeas son plantas unicelulares acuáticas relacionadas con las algas y

se las clasifican como materiales sedimentarios de origen orgánico. Existen diatomeas

en muchos entornos diferentes y son abundantes en las regiones de procedencia

oceánica, entre 12.000 y 16.000 especies de diatomeas viven en agua dulce, salobre o

salada; cada alga tiene internamente un esqueleto silíceo, donde el tamaño promedio

oscila entre los 10 a 150 µm [10], y se van formando por la acumulación sedimentaria

hasta alcanzar un grosor suficiente para tener un potencial comercial. En la Figura N°

7 se observa las características propias de la tierra de diatomeas fosilizadas.

Figura N° 7. Micrografía electrónica de barrido de la tierra infusoria Celite estándar Super-Cel

® NF

(aumento: 500x)

(Fuente: www.avancedminerals.com)

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Químicamente, la diatomita se compone principalmente de dióxido de silicio

(SiO2.nH2O), y es esencialmente inerte. El dióxido de silicio tiene una estructura

única, que resulta de la forma compleja de los esqueletos de diatomeas y el contenido

de agua combinada químicamente varía del 2 al 10%. Las impurezas que se

encuentran mezclados con la tierra de diatomeas son otros fósiles acuáticos, tales

como residuos de esponja, Radiolario, silicoflagellata, arena, arcilla, ceniza volcánica,

aerosoles minerales, carbonato de calcio, carbonato de magnesio, sales solubles y

materia orgánica.

Clasificación

La diatomita puede ser clasificada según su tratamiento:

Diatomita Calcinada: tratada a temperaturas entre 870 y 1100 ºC, se le aplica el

mismo tratamiento de la diatomita natural, pero con la diferencia que se hace un

ajuste de tamaño de partícula, se calcina el material en polvo en hornos rotatorios,

seguidos de una molienda y clasificación, y se obtiene como resultado un

producto color rosa debido a la oxidación del óxido ferroso.

Diatomita Fundida: el tratamiento aplicado se realiza de igual forma al natural

pero a una temperatura aproximada de 1150ºC con carbonato sódico o cloruro de

sodio, que elimina la coloración rosada por la formación de un complejo de

silicatos de sodio, aluminio y hierro, obteniéndose un producto blanco de buena

calidad, aumentando el tamaño de la partícula y modificando las características de

superficie, consecuentemente se obtiene un material con mayor permeabilidad,

posteriormente es separado según su tamaño

En la Tabla N° 4 se pueden apreciar las diferencias químicas entre las tierras

de diatomeas según el tipo de tratamiento. Y en la Figura N° 8 sus características

generales

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Tabla N° 4. Análisis químico de las tierras con los diferentes tratamientos

Compuesto (% p/p) Calcinada Fundida

Al2O3 3,54 3,63

Fe2O3 1,45 1,40

CaO 0,69 0,71

Na2O 0,59 3,86

P2O5 0,18 0,17

MgO 0,54 0,60

K2O 0,62 0,62

SiO2 90,80 87,90

TiO2 0,20 0,21

Fuente: Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical Technology. Editorial Wiley VCH. 2005

(a) (b)

Figura N° 8. Diatomita calcinada (a); Diatomita fundida (b)

(Fuente: Elaboración Propia)

II.4.1.2 Perlita

La perlita es un vidrio natural de composición riolítica, de origen volcánico

que suele ser negro o gris, pero a veces rojo pardo. Por lo general se produce por

enfriamiento rápido del derretimiento riolítico (la riolita es el equivalente volcánico

del granito). Al realizar una solución acuosa al 10% p/v posee un valor de pH 7. La

característica particular que distingue a la perlita de las otras rocas volcánicas es que

cuando se calienta hasta un punto adecuado en su intervalo de ablandamiento (800 –

1000 °C) se expande de cuatro a veinte veces su volumen original. Esta expansión es

debida a la presencia de 2 % a 6 % de agua combinada en la roca de perlita en bruto

[29].

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Figura N° 9. Micrografía electrónica de barrido de la Perlita (aumento: 500x)

(Fuente: www.advancedminerals.com)

Las propiedades más relevantes de la roca, fortalecen su importancia para las

diversas aplicaciones, las más destacadas son su muy baja densidad, baja

conductividad térmica, baja expansión térmica, una buena absorción de sonido,

resistencia a la compresión adecuada a una densidad mayor a 0,1 kg/L [29], y la

resistencia a los ácidos, a la intemperie, y el ataque microbiano.

Tabla N° 5. Análisis químico de la perlita

Compuesto (% p/p)

SiO2 72.0 – 76.0

Al2O3 11.0 – 17.0

K2O 4.0 – 5.0

Na2O 2.9 – 4.0

CaO 0.5 – 2.0

MgO 0.1 – 0.5

Fe2O3 0.5 – 1.5

TiO2 0.03 – 0.2

MnO2 0.03 – 0.1

SO3 0 – 0.2

H2O unida

químicamente 2–7

Fuente: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry. Editorial Wiley VCH. 2005.

Luego de haber hecho una breve reseña acerca de los medios filtrantes

utilizados para clarificar la cerveza, es importante conocer los equipos utilizados en el

área de filtración y en base a que técnicas se rige sus funcionamientos.

II.4.2 Técnicas de filtración

En general, la filtración por prensa y la filtración superficial son las

principales técnicas utilizadas para la clarificación de la cerveza [12, 44]. La

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filtración con tierra de diatomeas es del tipo prensa en el que se forma la torta y la

misma retiene los sólidos suspendidos en la cerveza madurada. Puede existir la

posibilidad que los mismos sólidos suspendidos sean un lecho filtrante, pero estos son

finos, suaves y compresibles, por lo que, muestran propiedades desfavorables para la

formación de la torta y por esta razón se utiliza tierra de diatomeas como un

coadyuvante de filtración, que, por una parte, forma una capa permeable para el

filtrado y, por otro lado, funciona como una torta de filtrado.

La relación entre la turbidez de la cerveza y la tierra de diatomeas que se debe

añadir, hace que el uso de la diatomita se vea favorecido. La dosificación se lleva a

cabo, generalmente, según la experiencia práctica del maestro cervecero, sin

embargo, no se puede realizar una elección especifica de tierras en base de criterios

analíticos, esto es debido al hecho que es muy difícil medir la capacidad ideal de

filtrado de la tierra de diatomeas como coadyuvante en el proceso de clarificación.

Actualmente, la técnica más eficiente para filtrar la cerveza es la filtración por

cilindros verticales o “velas”.

Los filtros de velas son elementos tubulares, en su mayoría recubiertos por

capas de un medio filtrante; estos son ampliamente utilizados en la filtración de

suspensiones muy poco concentradas que contienen sólidos en concentraciones de

hasta el rango de ppm (impurezas) [34]. Todos los filtros de vela tienen las ventajas

fundamentales que los elementos de filtro son de construcción relativamente simple y

barata de fabricar, y que los dispositivos se pueden adaptar a los requisitos impuestos

en la eficiencia de separación y la capacidad de rendimiento.

Los elementos están montados ya sea suspendido de una placa en la parte

superior o en posición vertical sobre una placa. La mayoría de los filtros de vela

funcionan como filtros de presión, los elementos se pueden limpiar por lavado a

contracorriente, o pueden ser reemplazables. Algunos de los filtros de elementos

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múltiples, es decir, múltiples velas, con un diámetro de 20 a 35 mm y son de varias

longitudes hasta un máximo de 2,5 m, el área de superficie del filtro de hasta 180 m2.

Las velas están hechas de un alambre trapezoidal que está soldada en espiral

alrededor de un soporte, estas bobinas de las velas tienen un espacio de 50 a 80 μm.

La ventaja de usar el filtro de vela es que no hay piezas móviles que requieran

manteniendo con relación a las anteriores. En las figuras N° 10a y 10b se aprecian el

esquema del filtro de velas y estructura de la “vela” respectivamente.

(a) (b) Figura N° 10. Filtro de vela – Corte transversal (a); Vela del filtro (b).

(Fuente: Ullmann’s Encyclopedia of Industrial Chemistry 2005 & Google Images)

Los constituyentes de cerveza a ser retirados de la bebida muestran

propiedades muy desfavorables con respecto a los procesos de filtración. Es por ello

que, antes de comenzar la filtración se deben formar capas las cuales vendrían siendo

la torta de filtración, el procedimiento habitual para formar la torta y que en este caso

se denomina “pre-capa” se aplica a la superficie de la vela, seguido de una capa

secundaria, los coadyuvantes de filtración que conforman cada capa están

constituidos principalmente por tierra de diatomeas y perlita.

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Figura N° 11. Diagrama de Filtración de velas.

(Fuente: Handbook of Brewing. Wiley Library)

La Figura N° 11 esquematiza el proceso de filtración de velas por precapas.

Inicialmente el medio filtrante se dispone en un reservorio denominado Tanque KG

suspendido en agua a un porcentaje en peso especificado, que luego es enviado al

tanque dosificador de tierra,; cuando las “velas” del filtro se encuentran libre de

impurezas se procede a formar la primera pre-capa haciéndola fluir a través del

equipo, por lo general se dosifica una mezcla de perlita con tierra diatomea debido a

que el primer medio posee una característica física de pequeñas hojas por lo que

brinda uniformidad a la primera capa de la torta. Posteriormente se realiza una

segunda mezcla en el tanque dosificador para formar la segunda precapa la cual está

constituida solo de diatomita. Para compactar la torta, se procede a recircular la

mezcla de tierra en el mismo filtro por un tiempo determinado hasta que se aprecie

una torta bien formada, esto último es clave para el proceso de clarificación de

cerveza ya que define el rendimiento del filtrado.

Luego de haber formado las precapas en las velas del filtro, se procede a

realizar la clarificación de la cerveza, conforme se vaya filtrando la bebida se va

dosificando mezcla de tierra infusoria con el propósito de filtrar un mayor volumen

de cerveza, debido a que se reemplaza aquella tierra cuyos poros fueron llenados de la

turbidez de la cerveza y también para evitar que se pierda la estructura lograda de la

torta debido al alto caudal de cerveza sin filtrar y hacer que la clarificación sea

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óptima. Por último se obtiene la cerveza filtrada que es enviada a los Tanques de

Gobierno lista para ser envasada.

Así como en otros productos alimenticios, en la cerveza es de gran importancia

asegurar que sus características iniciales (cuerpo, amargo, aroma, claridad) se

preserven durante el tiempo, por lo que, es de gran importancia para cada cervecería

que su producto tenga una estabilidad de sabor tal que permita que su frescura se

mantenga el mayor tiempo posible.

II.5 Estabilidad del sabor de la cerveza durante su almacenamiento

La vida útil de cerveza se determina principalmente por su estabilidad a nivel

microbiológico, coloidal (turbidez), de espuma, de color y del sabor. En el pasado, la

aparición de turbidez y el crecimiento de microorganismos que deterioran la cerveza

fueron considerados como los principales fenómenos que causaban problemas en la

industria. Actualmente con el progreso en el campo de la química y la tecnología

cervecera, estos problemas están en gran parte bajo un buen control.

Entre diversos factores que generan la pérdida de la frescura de la cerveza,

una de los más importantes, y que, es objeto de esta investigación es el deterioro a

nivel oxidativo. El oxígeno, en particular, provoca un rápido deterioro de sabor de la

cerveza, lo que significa que este debe iniciar algunas reacciones muy importantes de

envejecimiento, en donde pueden formarse carbonilos por las reacciones con los

radicales libres.

En base a investigaciones pasadas, las reacciones oxidativas en la cerveza son

catalizadas cuando hay presencia de metales pesados en el medio [27, 41, 46], lo que

conduce a un deterioro más acelerado. Las primeras investigaciones sobre este efecto

las realizo H. J. Fenton en el año 1894, a partir de ahí se ha sabido que los iones de

hierro pueden promover reacciones oxidativas con efecto catalítico. En 1934, F.

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Haber y J. Weiss encontraron la prueba final para la formación de radicales en

soluciones acuosas de hierro bivalente y los iones de cobre junto con peróxido de

hidrógeno y describen el carácter fuertemente oxidante de estos radicales.

Ecuación N° 2: Reacción de Fenton

Ecuación N° 3: Reacción de Haber-Weiss

En la reacción de Fenton (Ecuación N°2), los iones de hierro (II) se oxidan a

hierro (III) por el peróxido de hidrógeno, también ocurre la formación de un radical

hidroxilo y un ión hidroxilo. El hierro (III) eventualmente reacciona con una

molécula adicional de peróxido de hidrógeno generar dos protones y un radical

superóxido. Este radical superóxido reacciona con un ion cobre (II) y origina un ion

de cobre (I) y oxígeno molecular en el esquema de Haber-Weiss (Ecuación N° 3). El

cobre (I) creado es capaz de dividir una molécula de peróxido de hidrógeno en un ión

hidroxilo y un radical hidroxilo. Los radicales formados en las reacciones de Fenton y

Haber-Weiss son extremadamente reactivos y pueden dar lugar a reacciones en

cadena que generan grandes cantidades de radicales.

En general, las especies reactivas de oxígeno (O2-

, ·OOH, H2O2 y ·OH)

reaccionan con todas las clases de moléculas orgánicas en la cerveza, tales como

polifenoles, isohumulonas y alcoholes, lo que resulta en diversos cambios en el perfil

sensorial de la cerveza., esto se atribuye principalmente a la aparición de diversos

compuestos carbonilos, donde el más importante y que ha sido objeto de numerosos

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estudios es el trans-2-nonenal [4-6], el principal problema de este aldehído es que a

concentraciones muy bajas (en el orden de ppb), se hace notar su presencia en la

bebida, su influencia negativa en el gusto no es generalmente aceptada, ya que este

aldehído da un sabor desagradable a la cerveza. Sin embargo, este como otros

aldehídos que se originan, son de gran uso analítico para realizar el seguimiento de

reacciones que ocurren durante el envejecimiento de la cerveza. El valor de umbral

del trans-2-nonenal es de 0,1 μg/L y cuando está presente en la cerveza, otorga un

sabor de papel cartón.

Una de las formas más eficientes de reducir el impacto del deterioro oxidativo

en la cerveza, es teniendo presente compuestos antioxidantes que inhiban la

generación de radicales libres. En la cerveza existen un gran número de estos

compuestos, entre los cuales podemos resaltar por el grado de relevancia al dióxido

de azufre y a los polifenoles provenientes del lúpulo.

II.6 Técnicas analíticas y descriptoras

En base a los antecedentes en los cuales se basa esta investigación aplicada,

que de una forma u otra investigan las causas y consecuencias de las reacciones

ocurridas en la cerveza a nivel de deterioro oxidativo; es posible conocer qué tipo de

técnicas analíticas, así como también las descriptoras, fueron útiles para lograr los

diversos estudios y que serán las herramientas con las que se logrará cumplir cada

uno de los objetivos específicos y al final el objetivo general del proyecto, que es el

de mejorar la estabilidad del sabor de la cerveza por el control de migración de

metales en la filtración por tierras de diatomeas.

II.6.1 Espectrofotometría

En la espectrofotometría o espectroscopia de absorción de ultravioleta visible,

la muestra absorbe radiación electromagnética de una fuente, la cantidad absorbida va

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relacionada con la concentración de la sustancia que se desea analizar en disolución.

En este tipo de espectroscopia se suele hablar de longitudes de onda, en el orden de

200 a 700 nm. Donde de 200 a 400 es la región ultravioleta y de 400 a 700 es la

región visible. Esta técnica es la más utilizada por su sencillez instrumental y sus

diversas aplicaciones en distintos campos de investigación.

La técnica se basa en la medida de la transmitancia T o de la absorbancia A de

disoluciones que se encuentran en celdas transparentes que tienen un camino óptico

de b cm. Normalmente, la concentración c de un analito absorbente está relacionada

linealmente con la absorbancia como representa la siguiente ecuación, la cual es la

expresión matemática de la ley de Beer-Lambert:

Ecuación N° 4: Ecuación matemática de la ley de Beer-Lambert

En la Tabla N° 6 se encuentran definidas todas las variables de la Ecuación N° 4:

Tabla N° 6. Términos y símbolos importantes utilizados en la medición de la absorción

Término y Símbolo Definición Nombre y símbolo alternativo

P0, P

Haz que incide sobre la

muestra; Haz que emerge al

pasar la muestra

-

Absorbancia A

Densidad óptica D; extinción E

Transmitancia T

Transmisión T

Camino óptico de la radiación b - l, d

Absortividad a

Coeficiente de extinción k

Absortividad molar ε

Coeficiente de extinción molar

Fuente: Principios de Análisis Instrumental. 5ª Ed. McGraw-Hill. 2001.

La relación entre la concentración de una solución y su transmitancia es

inversa y logarítmica, mientras que la relación entre la absorbancia y la concentración

es directamente proporcional. Si la sustancia transmite toda la radiación, P = Po y por

lo tanto la transmitancia es igual a 1, el %T es igual a 100 y la absorbancia es igual a

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0. Si la sustancia absorbe toda la radiación que le llega I = 0 y por tanto la

transmitancia es igual a 0, el %T es igual a 0 y la absorbancia es igual a infinito.

En el campo de la industria cervecera, este método es el más utilizado al

momento de analizar rápidamente concentraciones de analitos que están presentes en

la bebida; para éste proyecto al utilizar la técnica y con ayuda de un blanco

característico, es posible cuantificar la cantidad de compuesto tales como dióxido de

azufre y de hierro soluble en las muestras.

II.6.2 Colorimetría

Ésta técnica es un método espectrométrico que permite obtener valores

numéricos para evaluar el color mediante la determinación del índice de color (IC), el

cual puede utilizarse como variable de control de la calidad organoléptica de los

alimentos, debido a sus características de variación. Se puede determinar el color

estudiando el espectro de reflexión de muestras solidas u opacas, o bien midiendo la

transmisión de muestras traslucidas. El equipo empleado en este caso es el

espectrofotómetro, el cual analiza el color midiendo su color complementario; por

ejemplo una solución de color amarillo absorbe luz en el rango del color azul, en la

siguiente figura se puede apreciar el color complementario para cada color absorbido.

Tabla N° 7. Espectro visible y colores complementarios Longitud de onda, nm Color Complementario

400-435 Violeta Amarillo-verde

435-480 Azul Amarillo

480-490 Verde-azul Anaranjado

490-500 Azul-verde Rojo

500-560 Verde Púrpura

560-580 Amarillo-verde Violeta

580-595 Amarillo Azul

595-610 Anaranjado Verde-azul

610-750 Rojo Azul-verde

Fuente: Guía de laboratorio de química analítica instrumental. Facultad de Ingeniería – UCV. 2011.

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La aplicación de esta técnica en la industria cervecera, consiste en una

alternativa para medir la calidad de sus productos. Desde finales del siglo XIX se han

diseñado diferentes sistemas de medición de color en la cerveza, la European

Brewery Convention (EBC) propuso un sistema de medición de color, que, a partir de

1991 se convirtió en un método estándar, cuyos parámetros para realizar las

mediciones son que la longitud de onda debe ser de 430 nm y una cubeta de medición

de 1 cm. Recientes estudios corroboran que el color propuesto por la EBC no

representa un indicador referente al envejecimiento o deterioro de la cerveza, sin

embargo el color azul que está en el espacio de color RGB (Rojo-Verde-Azul), si se

considera un buen indicador ya que la cerveza tiene un color característico amarillo

(complementario del azul) y también se determinó que este análisis posee una mayor

sensibilidad de 5 veces con respecto a la medición de color propuesto por la EBC

[31].

II.6.3 Espectroscopia de emisión atómica con plasma de acoplamiento inductivo

Experimentalmente ésta técnica se basa en la introducción de la muestra a

analizar en forma líquida hacia un plasma de argón creado mediante un generador de

radiofrecuencia. La energía del plasma permite la excitación de los electrones de

todos los elementos constituyentes de la muestra. Tras decaer a su estado

fundamental, la energía adicional que poseen los electrones en estado excitado es

emitida en forma de radiación electromagnética en la zona ultravioleta/visible del

espectro. Las longitudes de onda de esta radiación son características del elemento

cuyos electrones han sido excitados, produciéndose el denominado espectro de

emisión. Además la intensidad de estas radiaciones es directamente proporcional a la

concentración del elemento en la muestra, por lo que su medida permite la

determinación cuantitativa de la cantidad de elemento. Entre las ventajas más

importantes que se puede resaltar es que presentan una excelente sensibilidad en el

ensayo (medidos en ppb) y la rapidez de análisis es bastante conveniente. A

continuación en la Tabla N° 8 se expresan los límites de detección de cromo, cobre,

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hierro y manganeso en el equipo:

Tabla N° 8. Límites de detección de análisis en el equipo de espectroscopia de emisión atómica con

fuente de plasma (ICP-AES)

Elemento Longitud de onda (λ) Límite de Detección (ppb)

Cromo 267,716 3,0

Cobre 324,750 1,5

Hierro 259,940 1,1

Manganeso 257,610 0,3

Fuente: Guía de usuario de equipo Varian Liberty RL Sequential ICP-AES

El propósito de utilizar esta técnica es muy importante ya que se analizarán

todos los metales con poder oxidativo propuestos en este trabajo (cromo, cobre,

hierro y manganeso) disueltos en la cerveza, en vista que éstos catalizan las

reacciones oxidativas ocurridas entre los radicales libres presentes y los compuestos

que caracterizan a la bebida (sabor, aroma, amargo y cuerpo) [46], ocasionando que

la bebida envejezca y surjan compuestos no deseados.

II.6.4 Quimioluminiscencia

La quimioluminiscencia se produce cuando una reacción química genera una

especie electrónicamente excitada, que emite luz cuando vuelve al estado

fundamental o que transfiere su energía a otra especie que, posteriormente, da lugar a

una emisión [36]. En varios sistemas biológicos se producen reacciones

quimioluminiscentes, en estos casos, el proceso se suele denominar bioluminiscencia.

Hace más de un siglo se descubrió que ciertos compuestos orgánicos relativamente

sencillos también eran capaces de presentas quimioluminiscencia. El tipo de reacción

más sencilla de dichos compuestos para producir quimioluminiscencia se puede

formular como:

(Energía en forma de luz)

Ecuación N° 5: Reacción quimioluminiscente

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C* representa a la especie C en el estado excitado. Aquí, el espectro de

luminiscencia es el del producto de reacción C. La mayoría de las reacciones

quimioluminiscentes son considerablemente más complicadas de los que sugieren las

reacciones anteriores.

En la cerveza, cuando la concentración de antioxidantes se ha agotado, los

compuestos característicos quedan expuestos a los radicales libres, y que las

reacciones oxidativas que se inician cumplen en líneas generales el comportamiento

de las reacciones anteriores (Ver Ecuación N° 5); donde se forman otros compuestos

tales como aldehídos, cetonas y alcoholes, que se consideran no deseados en la

bebida, en un primer momento se encuentran en el estado excitado y que cuando se

estabilizan libera la energía, la cual la percibe el detector del equipo en forma de luz.

[19]

El objetivo de esta técnica es emplearla como un indicador del deterioro de la

cerveza, y que se ha observado en análisis anteriores que es posible realizar la

relación de los valores analíticos emitidos por este equipo con parámetros obtenidos

con los otros tipos de análisis mencionados anteriormente. [31]

II.6.5 Resonancia Spin Electrónico

Este tipo de espectroscopia es muy similar a la resonancia magnética nuclear

(RMN), la única diferencia es que mide electrones libres desapareados. La muestra se

coloca en un campo magnético y se somete a una frecuencia fija de radiación por

microondas. Los electrones libres tienen su propio campo magnético que se orientará

principalmente de forma paralela al campo magnético producido por el

espectrómetro.

Como es sabido los aromas y sabores característicos en el envejecimiento de

la cerveza son causados por los productos de las reacciones de radicales libres. En la

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cerveza las especies que contienen electrones desapareados por lo general son los

radicales libres que están presentes en ella. Ya que el fundamento de esta técnica es

analizar la presencia de estas especies reactivas, y que, su tiempo de estabilidad es

muy corto, es necesaria la adición de un agente que capture los radicales libres y

forme un aducto, que sigue siendo un radical libre pero más estable y con un tiempo

de estabilidad tal que permita el estudio de su presencia en la cerveza. La reacción

que describe la formación del aducto es la siguiente:

Ecuación N° 6: Reacción entre agente secuestrante de radicales libres.

Dónde:

ST: Agente secuestrante de radicales libres

·OH: Radical libre hidroxilo

ST – OH·: Aducto, radical libre más estable detectado por el espectrómetro

En los últimos años, se ha vinculado esta técnica con el proceso de

envejecimiento de cerveza, así como en la variación de diversos compuestos e

indicadores, donde valores como el de dióxido de azufre, cantidad de compuestos

característicos de la cerveza y presencia de radicales libres tienen resultados en la

medición realizada por el espectrómetro de resonancia spin electrónico. [1, 13, 30, 32,

38-41, 45]

II.6.6 Evaluación sensorial

Un análisis sensorial profesional contribuye directa e indirectamente a la

calidad del producto, el éxito de la marca, la lealtad de los consumidores y en última

instancia, la rentabilidad de la empresa. Al planificar la evaluación sensorial en una

cervecería, es importante entender que las pruebas sensoriales de expertos y pruebas

de consumo no son lo mismo. El consumidor proporciona respuestas a las variables, y

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proporciona información sobre las preferencias y la intención de compra, por el

contrario los expertos de la evaluación sensorial proporcionan información sobre las

diferencias en el sabor de la cerveza, los tipos y magnitudes de los atributos de sabor,

y las relaciones entre variables.

El deterioro o pérdida de la calidad se evidencia por la aparición de off-flavors

(sabores no deseados) como dulce, papel y cartón, pan, caramelo, MFDS, rancio,

metálico, grama recién cortada, acidoso, madera y vino-sherry; cada uno de los cuales

representa una etapa de envejecimiento u oxidación de la cerveza.

Figura N° 12. Representación de los cambios sensoriales en el aroma de la cerveza durante su

almacenamiento

(Fuente: Gerencia de Nutrición y Sensorial, Centro Tecnológico Polar)

La estabilidad organoléptica es la capacidad que tiene el producto envasado de

mantener las características de cerveza fresca durante un tiempo y a una temperatura

de almacenamiento determinada que, en este caso, es 16 semanas y 28ºC

respectivamente. Así, con el presente método se evaluará la estabilidad organoléptica

de la cerveza en períodos de 4 semanas hasta alcanzar la semana 16, comparando en

cada caso la muestra evaluada con una muestra de referencia de la misma producción

que fue almacenada durante el mismo período de tiempo a una temperatura de 5ºC

(temperatura a la cual se acepta que no existen cambios significativos en la calidad

organoléptica de la cerveza durante las 16 semanas de la evaluación).

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Las características a evaluar en estos análisis de cerveza se basan en los

siguientes patrones: aroma, sabor, cuerpo, calidad e intensidad de amargor.

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CAPITULO III

MARCO METODOLÓGICO

Universo

El universo definido para este proyecto por el número total de cervezas de la

marca registrada Polar ICE®

envasadas en botellas de vidrio retornables de 222 ml,

producidas en Cervecería Polar, Planta los Cortijos; a partir de ahí se obtendrán dos

poblaciones, la primera está conformada por aquellas cervezas elaboradas con el

proceso actual de filtración, y la segunda es conformada por aquellas cervezas

elaboradas con la implementación del tratamiento ácido a la tierra de diatomeas en la

filtración de cerveza madurada. Para ambas poblaciones se tomaran lotes en

específico, los cual estarán diferenciados básicamente por la fecha y hora de

producción, es necesario que las dos poblaciones sean tomadas al menos la misma

semana de producción ya que se deberá realizar un seguimiento comparativo entre

ellas a lo largo de las semanas en almacenamiento en intervalos de tiempos en

específicos (0, 4, 8, 12 y 16 semanas).

Muestra

La toma de muestras se lleva a cabo bajo las condiciones ambientales de

temperatura y humedad relativa que prevalezcan en el punto de toma de muestra. Se

debe tomar en consideración que para el muestreo hay normativas tales como:

Riesgos: Cortaduras por ruptura del material de vidrio, caídas y quemaduras por

inadecuada manipulación de productos químicos.

Medidas de seguridad: maneje apropiadamente: muestras, equipos y materiales

utilizados en el ensayo.

Implementos de seguridad: se debe utilizar guantes, botas de seguridad,

tapaboca si se trata de una muestra sólida en polvo (tierra diatomea), lentes de

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seguridad (si se trata de productos químicos o muestreos en área de Envasado) y

tapa oídos (en el área de Envasado).

Muestras de tierra de diatomeas y perlita

Para el análisis de la tierra de diatomeas, los materiales requeridos son

envases plásticos o de vidrio con tapa, tapabocas, cinta adhesiva o tirro, tijeras o

navaja y espátula. El número de sacos a muestrear de cada tierra se realizará de

acuerdo a la siguiente fórmula:

√ = 10

Muestras del proceso de filtración

Para la toma de muestras en el proceso de filtración se deben tener en

consideración cuales elementos son los que conforman esta etapa de elaboración de

cerveza, tales como: agua del proceso, cerveza madurada, mezcla de tierra y cerveza

filtrada.

Mezcla de tierra de diatomeas: En el caso de la toma de muestra de tierra se

realizara directamente los equipos con ayuda de un recipiente, las muestras están

distribuidas de la siguiente manera:

Mezcla de tierra de diatomeas para formar la primera precapa, tomada en el

tanque de dosificación (Dosimat).

Agua de recirculación obtenida por la formación de la primera precapa,

tomada a la salida del filtro.

Mezcla de tierra para formar la segunda precapa, tomada en el tanque de

dosificación (Dosimat).

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Agua de recirculación obtenida por la formación de la primera precapa,

tomada a la salida del filtro.

Agua de Proceso: se tomaran 2 muestras directamente de la entrada al tanque de

mezcla de tierra de diatomeas al 20 % (original y replica).

Cerveza madurada: se tomaran 2 muestras del tanque de dosificación de cerveza

(original y replica).

Cerveza filtrada: se realizara el muestreo a partir del inicio de la filtración, hasta

haber filtrado 500 hL de cerveza; los intervalos serán cada 50 hL.

Muestras requeridas provenientes de Cervecería Polar, Planta Los Cortijos

Es importante mencionar que estas muestras son probabilísticas, es decir, que

cada uno de los elementos que conforman las diferentes poblaciones tiene la misma

oportunidad de ser seleccionados para el análisis.

Para la realización de esta parte del proyecto se seleccionaron 144 muestras de

cervezas Polar ICE®

envasadas aplicando el proceso de filtración propuesto con

lavado ácido, y 144 muestras de cervezas Polar ICE®

envasadas aplicando el proceso

de filtración actual. Por motivos de practicidad en el trabajo especial de grado, se

denominaran de ahora en adelante las muestras de cervezas elaboradas con el proceso

de filtración propuesto como “Pruebas”, y a las muestras elaboradas con el proceso

actual de filtrado como “Comparación”.

Tanto en las cervezas prueba como en la comparación, se escogerán

aleatoriamente y se distribuirán de la siguiente manera:

Cervezas para el estudio del efecto de la adición de 1,1-difenil-2-picrylhidrazil en

el análisis de deterioro oxidativo por quimioluminiscencia.

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Cervezas pruebas y comparación para la determinación y normalización de

valores de concentración de dióxido de azufre y color azul, 6 de ellas serán

analizadas por quimioluminiscencia.

Cervezas pruebas y comparación para evaluación sensorial.

Cervezas pruebas y comparación para la determinación y normalización de

valores de concentración de cromo, cobre, hierro y manganeso.

El excedente en cada población, está destinado en caso de réplicas.

Variables

De manera organizar las variables de la investigación, se separaran las

variables por objetivos, tal como se describe a continuación:

1. Verificar el efecto de la adición del 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl (DPPH) en el

ensayo de deterioro oxidativo de la cerveza por quimioluminiscencia.

a. Concentración del compuesto en la muestra.

b. Tiempo de ensayo.

c. Intensidad de quimioluminiscencia.

d. Tiempo de aparición del segundo pico.

e. Concentración de SO2.

2. Optimizar el pH y tiempo del lavado ácido para la máxima extracción de

metales con poder oxidante de la tierra de diatomeas usada en la preparación

de las dos precapas en filtración.

a. pH inicial de cada tipo de tierra.

b. pH de lavado de tierra.

c. Cantidad de H2SO4 dosificado.

d. Tiempo de contacto del lavado.

e. Cantidad de hierro extraído de la tierra.

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3. Comparar concentración de metales cromo, cobre, hierro y manganeso en la

cerveza clarificada tanto en la filtración actual y la propuesta.

a. Volumen filtrado.

b. pH de la cerveza.

c. Concentración de metales presentes.

4. Determinar analíticamente el potencial de envejecimiento en la cerveza

embotellada en ambos procesos de filtración.

a. Tiempo (semanas de evaluación).

b. Temperatura (5 °C y 28 °C).

c. Concentración de SO2.

d. Concentración de O2.

e. Concentración de cromo, cobre, hierro y manganeso.

f. Color azul del espacio de color Rojo-Verde-Azul.

g. Quimioluminiscencia (intensidad y tiempo de aparición del segundo

pico).

5. Correlacionar el grado de envejecimiento de la cerveza obtenido con la

evaluación sensorial en producto terminado de ambas filtraciones a las 0, 4, 8, 12

y 16 semanas de almacenamiento.

a. Indicadores analíticos del objetivo 4.

b. Tiempo (semanas de evaluación).

c. Temperatura (5 °C y 28 °C).

d. Valoración cuantitativa emitida por panel sensorial.

Métodos e instrumentos de recolección de datos

En vista que el proyecto gira en torno del envejecimiento de la bebida, es de

gran utilidad definir que variables e indicadores serán de ayuda para estudiar analítica

y sensorialmente este fenómeno en ambos procesos de filtración. Entre las variables e

indicadores analíticos que se utilizan están: concentraciones de SO2, O2, cromo,

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cobre, hierro y manganeso; el color azul; la quimioluminiscencia; y el valor de

potencial antioxidante en resonancia spin electrónico.

Por otro lado, se tienen aquellos indicadores descriptores específicos de

envejecimiento obtenidos en la evaluación sensorial que son: dulce, papel-cartón,

pan, caramelo, MFDS (metil furfuril disulfuro), rancio, metálico, grama recién

cortada, acidoso, madera y vino-sherry; y que se encuentran simultáneamente con los

atributos característicos que se evalúan en el panel los cuales son: aroma, sabor,

cuerpo, calidad e intensidad de amargor.

El estudio realizado en esta investigación considera la variable “tiempo”, es

necesario que los datos recolectados se clasifiquen por tiempo y temperatura de

almacenamiento. A continuación se indican cómo serán captadas las variables

analíticas y descriptoras a través de los intervalos de tiempo especificados tal y como

se muestra en la Tabla N° 9:

Tabla N° 9. Intervalos de análisis y descripción de condiciones

Intervalo de tiempo Descripción de la muestra

Semana 0 Cerveza prueba y comparación almacenadas a 5 °C y a 28 °C

Semana 4 Cerveza prueba y comparación almacenadas a 28 °C

Semana 8 Cerveza prueba y comparación almacenadas a 28 °C

Semana 12 Cerveza prueba y comparación almacenadas a 28 °C

Semana 16 Cerveza prueba y comparación almacenadas a 28 °C

Al obtener los resultados de las numerosas pruebas tanto analíticas como

descriptoras, se emplean cálculos tipo que serán de utilidad para dar un razonamiento

lógico y matemático al momento de discutir los fenómenos que ocurrieron en cada

uno de los objetivos del proyecto.

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Técnicas de procesamiento y análisis de datos

Es necesario desarrollar un conjunto de procedimientos para tomar muestras;

determinar cada una de las variables tanto analíticas como descriptoras; y de cómo se

van a llevar a cabo los objetivos que conforman esta investigación.

Muestreo

Se requiere coordinar en la Planta de Producción la toma de muestras de

cerveza antes y después del proceso de filtración actual, así como también las

diferentes muestras de tierras diatomeas; y posteriormente de hacer la filtración

propuesta y el muestreo de cerveza filtrada. Para ello se debe establecer las

instrucciones para la toma de muestras destinadas a análisis de laboratorio del área de

fisicoquímica a fin de garantizar la obtención de resultados confiables y

reproducibles.

Tierra de diatomeas y perlita.

1. Muestrear el número de sacos calculado tratando se abarcar la mayor cantidad de

paletas del lote.

2. Abrir con una navaja o tijera un orificio lo suficientemente ancho para introducir

la espátula.

3. Cerrar el orificio del saco colocando dos trozos de cinta adhesiva o tirro.

4. Repetir los pasos del 3 al 5 y colocar todas las muestras de los sacos en el mismo

envase, hasta completar el número de sacos a muestrear por lote.

5. Mezclar bien la muestra compuesta, cerrar el envase y trasladarla al laboratorio.

Mezcla de Precapas y Agua de recirculación

1. Una vez que se traslade el volumen necesario de suspensión de tierras al tanque

de precapas, abrir el visor y tomar muestra de la mezcla

2. Almacenar la muestra para el análisis de laboratorio

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3. Una vez que haya culminado la adhesión de la mezcla de tierra en las velas del

filtro, tomar muestra del agua de recirculación a la salida del filtro en un

recipiente.

4. Almacenar la muestra para el análisis de laboratorio.

Cerveza madurada y cerveza filtrada

Al momento de tomar muestras de cerveza madurada y filtrada, se deben

utilizar botellas de plástico o de vidrio con tapa con capacidad mínima de 500 mL y

un serpentín en buenas condiciones.

1. Colocar el serpentín y purgar hasta que la muestra salga sin espuma.

2. Curar la botella al menos dos (2) veces para garantizar que el muestreo se realice

de manera efectiva.

3. Tomar 500 ml de muestra en la botella.

4. Una vez tomada la muestra, quitar el serpentín del toma muestra.

5. Lavar él toma muestra con agua destilada y luego con una solución de oxonia al

3%.

6. Una vez tomadas las muestras, lavar el serpentín con abundante agua para

garantizar la limpieza del mismo.

7. Trasladar la muestra al laboratorio para su análisis.

Cerveza elaborada.

Este tipo de muestreo debe ser probabilístico, es decir, cada una de las

muestras es extraída de manera aleatoria. Las muestras son tomadas luego del

pausterizado del producto ya que a partir de ahí es apta para el consumo. Las

condiciones necesarias para el análisis de laboratorio es que se deben almacenar a 0

°C para mantener las cervezas frescas y evitar un posible deterioro no deseado.

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Medición de extracto y porcentaje de alcohol en cerveza

La medición de esta variable es importante, ya que al determinar el extracto

que significa la cantidad de compuestos que están presentes la cerveza y que

caracterizan su sabor, el mismo debe ser constante para todas las muestras puesto que

este valor surge a partir de la elaboración del mosto. Por otro lado, el porcentaje de

alcohol también debe ser constante en todas las muestras ya que las condiciones y

tiempo de fermentación debe ser el mismo para todas las cervezas. En el caso que la

cerveza posea valores diferentes estadísticamente de extracto y alcohol, en

comparación con el resto de las muestras se descarta.

Actualmente existen métodos para la medición de extracto y porcentaje de

alcohol, sin embargo, se dispone de un equipo Anton Paar® Alcolyzer Plus que

analiza ambas variables con gran facilidad. Para llevar a cabo la medición, se debe

añadir 50 ml de cerveza en una fiola de 100 ml y descarbonatar durante 5 minutos

con ayuda de un baño ultrasónico. Trasladar la cerveza descarbonatada a un vial y

colocar en el portamuestras del equipo y pulsar el botón Start. Posteriormente tomar

nota de las variables reportadas.

Determinación de dióxido de azufre en cerveza

La presencia del dióxido de azufre es uno de los factores clave en el

envejecimiento de cerveza por su papel antioxidante en la bebida. El método se basa

en una destilación del SO2 gaseoso, liberado en medio ácido (HCl 2N), arrastrándolo,

mediante una corriente de nitrógeno hacia una trampa para gases, donde entra en

contacto con una solución buffer a pH 8 del reactivo 5,5 Ditiobis (2-Nitro-ácido

benzoico) o reactivo de Ellman's (DTNB), para formar sucesivamente un compuesto

altamente coloreado llamado ácido 5-Mercapto-2-Nitrobenzoico, el cual posee un

máximo de absorbancia a 412 nm.

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Figura N° 13. Equipo de destilación

(Fuente: Cervecería Polar C.A.)

Para la captura de dióxido de azufre de la muestra, añadir 50 ml de la solución

de reactivo DTNB en el tubo recolector de muestra; luego adicionar 50 ml de HCl 2N

junto con 50 ml la muestra de cerveza almacenada a 0 °C en el balón de dos bocas;

colocar un tapón para que no haya salida de gases y el dióxido de azufre fluya hacia

la trampa y finalmente se pone en calentamiento el balón de dos bocas para dar lugar

a la reacción, es necesario hacer pasar agua fría como refrigerante preferiblemente a 5

°C para que condense el SO2 en la trampa. El arrastre de dióxido de azufre dura 30

minutos. La solución final posee un color amarillo intenso y esto se debe a la

formación del complejo entre el reactivo “trampa” y el SO2 proveniente de la muestra

de cerveza tal y como lo indica la Figura N° 13, luego esta solución es medida en el

espectrofotómetro Agilent® 8453 a una longitud de onda 412 nm con ayuda del

software Agilent ChemStation; para determinar la concentración de SO2 en la

muestra.

Determinación de oxígeno en cerveza.

El contenido de oxígeno (O2) es una de las variables más importantes de

controlar durante el proceso de envasado de la cerveza, ya que el mismo deteriora el

producto, siendo la principal influencia en la estabilidad de sabor del producto. El

método de ensayo se basa en la determinación del oxígeno disuelto en la cerveza

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equilibrada. Luego de perforar la tapa de la cerveza se hace pasar CO2 para hacerla

fluir del tomamuestra del equipo hasta que se llene la cámara de líquido y esperar que

salga del equipo sin burbujas ni espuma. En caso de que se observen burbujas o

espuma se debe modificar el flujo en la válvula del equipo y del tomamuestras hasta

que éstas desaparezcan. Luego se debe esperar a que las lecturas de temperatura y de

oxígeno sean estables. Tomar nota del resultado obtenido en el registro

correspondiente.

Determinación de color azul en cerveza.

Por la teoría de colorimetría se sabe que la cerveza de color característico

amarillo, absorbe la longitud de onda de su color complementario que es el azul. La

medición de este color está calificada como una herramienta con la que se puede

estudiar la estabilidad del sabor de la bebida. Para llevar a cabo este análisis se debe

descarbonatar la muestra durante 5 minutos con ayuda del baño ultrasonido, durante

este tiempo realizar la medición del blanco que en este caso es agua destilada

empleando el método de medición de color rojo-verde-azul en el software Agilent

ChemStation del espectrofotómetro Agilent®

8453. Cuando la cerveza esté

descarbonatada realizar la determinación de color azul y anotar el valor emitido.

Determinación de hierro por espectrofotometría

La determinación del contenido de hierro se efectúa mediante método

colorimétrico (Fe-AN), utilizando como acomplejante la sal sódica del ácido 3-(2-

piridil)-5,6-bis(4-fenilsulfónico)-1,2,4-triacina, el límite de detección de este método

es 0,01 mg/L con una absorción máxima a una longitud de onda máxima de 565 nm.

El tioglicolato amónico incorporado en este reactivo, mineraliza complejos de hierro

y reduce el hierro (III); y al mismo tiempo actúa como buffer de pH.

Este método es utilizado para la determinación de hierro en cerveza, materias

primas y materias auxiliares como tierra de diatomea o estabilizante de espuma, así

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como en las instalaciones, tuberías o latas que puedan aportar hierro al producto, lo

cual tiene efectos negativos sobre el sabor y su estabilidad coloidal.

Para el caso de cerveza, se debe atemperar a 20 °C y luego descarbonatar

durante 5 minutos; trasvasar con una pipeta graduada dos alícuotas de 10 mL de la

muestra descarbonatada en dos tubo de ensayo (muestra y blanco), luego añadir 4

gotas de reactivo acomplejante solo a la muestra, y agitar en vortex, se debe esperar

de 3 a 5 min. Luego se procede a medir el color, utilizando el blanco de cerveza.

Para el caso de la tierra de diatomeas, se debe preparar 250 ml de una

solución buffer de ftalato ácido de potasio al 1% p/v, para luego pesar 5.00 ± 0.01g de

muestra de tierra en una fiola de 500 ml, luego agregar 200 ml de la solución de

ftalato ácido de potasio y mantener en agitación por 2 horas a una temperatura de 20

°C. Una vez finalizado el tiempo, centrifugar 50 ml de la muestra, en un tubo de

centrifuga a 3000 rpm, durante 10 minutos. Luego de la centrifugación, se toma con

una jeringa el sobrenadante, y filtrar con una membrana de disco de 0.45µm, 10 mL

de la solución sobre un tubo de ensayo libre de hierro, se dosifican 4 gotas del

reactivo acomplejante, se agita con un vortex y esperar 10 minutos para que el color

se desarrolle, debe generarse una coloración violeta (en caso de presencia de hierro).

Con el espectrofotómetro UV-visible Agilent® 8453 cuantificar la concentración de

hierro en la muestra, y se cuantifica la concentración de hierro en la tierra con la

siguiente fórmula:

Dónde:

Hierro: Concentración de hierro en mg/kg de tierra de diatomeas.

C: Concentración de hierro calculado a partir de la curva de calibración o la emitida

por el equipo en mg/L.

VT: volumen de aforo de la solución (0,2 L)

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Pmuestra: Peso de la muestra, en Kg.

Determinación de metales por espectroscopia de emisión atómica

La aplicación de esta técnica es fundamental para este proyecto ya que se debe

analizar el contenido de cromo, cobre, hierro y manganeso que aceleran el deterioro

oxidativo de la cerveza. El tratamiento previo de las muestras es similar al método

explicado en la sección III.7.6 “Determinación de hierro por espectrofotometría”, la

única diferencia es que no hay necesidad de aplicar un acomplejante colorimétrico, ya

que el equipo analiza la muestra haciéndola pasar por un plasma de argón a 10000 K

detectando la energía disipada cuando los iones metálicos pasan de estado excitado a

estado fundamental. Su ventaja con respecto a la espectrofotometría es que cuantifica

iones metálicos a muy bajas concentraciones en el orden de µg/L.

En el software del equipo Varian® Liberty RL Sequential ICP-AES,

seleccionar los elementos a analizar (cromo, cobre, hierro y manganeso) y a que

longitudes de onda se realizara el análisis de los mismos (ver Tabla N°). Colocar los

patrones y el blanco (agua destilada) en el portamuestras (1), el automuestreador se

encargará de tomar las alícuotas, el objetivo de medir los patrones es para realizar la

curva de calibración Intensidad vs. Concentración (el software la efectúa). Los

patrones tienen las siguientes concentraciones:

Tabla N° 10. Patrones para la curva de calibración

Patrón Concentración (mg/L)

Cromo Cobre Hierro Manganeso

1 0,05 0,05 0,05 0,05

2 0,1 0,1 0,1 0,1

3 0,2 0,2 0,5 0,2

4 0,4 0,4 1,0 0,4

Luego de tener la curva de calibración, se introducen las muestras en el

portamuestras (2), e iniciar las mediciones. Al finalizar el software de manera sencilla

reportará las concentraciones de cada uno de los metales presentes en las muestras.

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Potencial antioxidante en la cerveza por quimioluminiscencia

Principalmente se estudian dos factores que son: la actividad antioxidante y el

tiempo en el cual la cerveza se oxida completamente, el primero se traduce en el

potencial que tiene la bebida en contra de la oxidación, y el segundo como su nombre

lo indica es el tiempo total en el que los antioxidantes presentes tales como SO2 y

polifenoles provenientes del lúpulo se degradan. Estos valores son de gran utilidad

ya que se pueden correlacionar con análisis descriptores como lo es la evaluación

sensorial.

La muestra de cerveza se debe descarbonatar durante 5 minutos sin incidencia

de luz. Por lo general el análisis de cada muestra se lleva a cabo durante 24 horas y a

60 °C, a esta temperatura se aceleran las reacciones oxidativas sin desnaturalizar los

compuestos característicos de la cerveza. Luego de haber descarbonatado la cerveza,

se toma una alícuota de 10 ml y se añade en la capsula de vidrio dispuesta en la

bandeja de análisis (4) y se cierra el compartimiento para posteriormente iniciar el

análisis.

Al culminar el análisis se toman tres datos: el primer pico de intensidad que

tiene por significado la oxidación de compuestos más sensibles al deterioro por

radicales libres; el tiempo de aparición del segundo pico que significa el potencial

antioxidante que posee la muestra; y la intensidad del segundo pico que representa la

oxidación total de la cerveza. La sumatoria de los dos picos indica la intensidad total

que se origina producto de la oxidación. En la Figura N° 14 se observan estos tres

valores:

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Figura N° 14. Curva emitida por el equipo Tohoku® CLA 2100

Potencial antioxidante en la cerveza por resonancia spin electrónica

La aplicación de esta técnica significa un aporte adicional a la investigación

en vista que no se tenía contemplado emplearla. Al igual que la quimioluminiscencia,

este método realiza un análisis predictivo acerca del potencial antioxidante de la

cerveza. La principal ventaja de este equipo recae en la rapidez y capacidad de

muestras a analizar, por un lado el equipo de quimioluminiscencia analiza una

muestra cada 24 horas, en cambio el equipo Bruker® e-scan tiene la capacidad de

analizar hasta 20 muestras en un tiempo entre 300 a 600 minutos. Por otro lado la

desventaja que presenta es la necesidad de adicionar un complejo que captura los

radicales libres haciéndolos más estables.

Primero se debe descarbonatar la muestra durante 5 minutos con ayuda de un

baño de ultrasonido, durante este tiempo se deben realizar una solución de 4 µM de 4-

hidroxi-1-oxil-2,2,6,6-tetrametilpiperidina (TEMPOL) que servirá de referencia en el

ensayo y asegurar que no ocurren variaciones durante el transcurso del mismo;

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también se debe preparar una solución 25 mM de α-fenil-N-tert-butilnitrona (PBN) en

etanol al 50% v/v, su papel en el análisis es el de enlazarse con los radicales libres

presentes en la cerveza y formar los aductos detectables por el espectrómetro. Se

toman 10 ml de cerveza, 100 µL de la solución de PBN en un vial ámbar de 15 ml y

se agita para homogenizar; se coloca en el calienta-muestra en el compartimiento

respectivo y se inicia el experimento.

Al final del ensayo, se observará una curva en la cual se determinara el valor

de “Lag-time”, cuyo significado es el valor del potencial antioxidante que tiene la

cerveza ante el deterioro oxidativo en dicha prueba expresada en minutos, este valor

es análogo al tiempo de aparición del segundo pico en quimioluminiscencia. A

continuación se aprecia una gráfica típica emitida por el equipo de resonancia spin

electrónico:

Figura N° 15. Evaluación del valor de potencial antioxidante de la cerveza

(Fuente: Elaboración Propia)

Análisis sensorial

La evaluación sensorial se lleva a cabo utilizando una prueba discriminativa

cualitativa en la cual se compara la calidad organoléptica del producto degustado con

el perfil de calidad establecido para ese producto (comparación), considerándose

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como “aceptado” si concuerda con el perfil de calidad, “aceptado bajo observación”

si se percibe alguna alteración, la cual no comprometa el perfil de calidad del

producto y “rechazado” si se percibe una alteración que comprometa el perfil de

calidad del producto o una contaminación. Para este proyecto se tomará como punto

de referencia aquellas cervezas embotelladas elaboradas con el proceso de filtración

actual, a partir de ese punto se compara en cada intervalo de almacenamiento la

cerveza elaborada habiendo aplicado el lavado de la tierra diatomea con la referencia.

La evaluación debe ser realizada por al menos dos jueces sensoriales. Se debe

asegurar la participación de tres jueces sensoriales para validar la decisión de empleo

en los casos en los cuales las dos primeras evaluaciones tengan resultados diferentes.

Lavado de Tierra con H2SO4

En vista que el proyecto se centra en el retiro de metales con poder oxidativo

que se encuentran presentes en la tierra diatomea, es de suma importancia tener un

esquema metodológico bien detallado acerca de cómo se realizará el lavado con

H2SO4.

Escala de laboratorio:

1. Preparar una solución de 1L de tierra de diatomeas al 20% en una fiola de 2L,

añadir un agitador magnético y mantener en agitación constante.

2. Dosificar la cantidad de H2SO4 requerida, con ayuda de un pH-metro. Anotar pH

y volumen de ácido dosificado

3. Mantener en contacto el ácido con la tierra durante 4 horas, para determinar el

porcentaje de extracción.

4. Durante el lavado, tomar 50 ml de la suspensión en intervalos de tiempo en

específico.

5. Centrifugar los 50 ml a 3000 rpm durante 10 minutos.

6. Con ayuda de una jeringa, tomar una alícuota de 10 ml del sobrenadante.

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7. Realizar el procedimiento de la sección “Determinación de hierro por

espectrofotometría” para calcular la concentración de hierro extraído de la tierra.

8. Realizar todos los pasos anteriores para cada tipo de tierra.

Escala Industrial:

1. Asegurarse de llevar el equipo de protección adecuado para la manipulación de

sustancias corrosivas (guantes de hule, chaqueta de protección, lentes de

seguridad, careta de acetato y botas de seguridad).

2. Luego de haber fijado el pH de lavado a escala de laboratorio, se puede

determinar cuánto ácido sulfúrico se dosificará por kilogramo de tierra de

diatomeas, el volumen dependerá de la concentración; al tener este valor dosificar

la cantidad correspondiente en el tanque dosificador.

3. Tomar muestra de la suspensión de tierra de la primera precapa, en el tanque

dosificador directamente. Almacenar la muestra en un recipiente para realizar el

método “Determinación de metales por espectroscopia de emisión atómica”.

4. Añadir la cantidad de ácido correspondiente en el tope del tanque.

5. Al haber determinado el tiempo óptimo de lavado, mantener durante dicho tiempo

el contacto de la tierra con el ácido sulfúrico en la primera precapa.

6. Al transcurrir el tiempo requerido, tomar muestra de la tierra lavada.

7. Luego que el operario termine de adherir la suspensión en cada una de las velas

del filtro, tomar muestra del agua de recirculación de la precapa en él toma-

muestra de la salida del filtro. Almacenar la muestra en un recipiente.

8. Realizar el muestreo de la segunda precapa en el tanque dosificador repitiendo los

pasos 3, 4, 5, 6 y 7

9. Luego que el operario haya conformado la segunda precapa en las velas del filtro,

desplazar el ácido con los metales disueltos de la mezcla de tierra de diatomeas y

perlita, mediante la adición de agua fresca.

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10. Para garantizar que se haya desplazado totalmente el ácido empleado con los

metales extraídos, utilizar un pH-metro portátil y hacer fluir agua fresca hasta

alcanzar un pH cercano al de la cerveza (cercano a 4,3).

11. Al haber retirado todos los metales extraídos de la tierra de diatomeas, iniciar el

proceso de filtración y comenzar a llevar a cabo el muestreo de cerveza filtrada,

tal y como estipula la sección III.7.1.2 “Cerveza madurada y cerveza filtrada”.

12. Trasladar las muestras al laboratorio y determinar la concentración de metales en

las muestras de cerveza filtrada tal y como se estipula en la sección III.7.6

“Determinación de metales por espectroscopia de emisión atómica”.

Afinidad del reactivo DPPH

Para analizar la reactividad del reactivo DPPH empleado en el primer objetivo

específico, se debe preparar 100 ml de una solución buffer de acetato 0,1 M a un pH

de 4,3 para simular el pH característico de la cerveza (ver Apéndice A.1 para su

preparación). Luego se procede a preparar 100 ml de la solución del reactivo DPPH a

una concentración de 1,86×10-4

mol/L en etanol (ver Apéndice A.2 para su

preparación), esta concentración fue tomada de acuerdo a experiencias de la literatura

[24,25]; y finalmente se preparan soluciones de metabisulfito de sodio (Na2S2O5) en

agua con una concentración 170 ppm de dióxido de azufre, y otra en cerveza a la

misma concentración.

Desarrollo experimental tratamiento ácido de la tierra de diatomeas en el área

de filtración de cerveza.

Luego de haber lavado la tierra de diatomeas empleada en la formación de

precapas del filtro de velas, es necesario formar dos precapas con los medios

filtrantes, por lo que el comienzo de la formación del filtro se caracteriza por la

adición de las suspensiones de tierras ubicadas en los tanques KG que conforman la

primera precapa del filtro en el tanque de precapas, allí se hacen pasar un volumen

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total de 650 litros de mezcla de suspensiones que están conformadas en un 80% de

tierra de diatomeas fundida y en un 20% de perlita.

Luego que el filtro se encuentre a una presión de 1,65 bar, comienza la adición

de la suspensión de la primera precapa al filtro de velas con volumen de 100 hL, la

adhesión de la tierra en las superficies de cada una de las velas se realiza mediante

una recirculación de la suspensión en el equipo, este proceso dura aproximadamente

10 minutos, durante este tiempo se envía las suspensiones almacenadas en los tanques

KG y se hacen pasar hacia el tanque de precapas para realizar la segunda precapa, la

cual está conformada por 6,5 hL de mezcla de suspensiones donde un 80% es tierra

de diatomeas fundida y un 20% es tierra de diatomeas calcinada. Al igual que en la

primera capa de medio filtrante, se hace fluir la mezcla al filtro de vela para

conformar la segunda precapa, para este caso la adhesión se lleva a cabo durante 15

minutos. Al finalizar la formación del medio filtrante, se procede a realizar la

filtración de cerveza madurada cuyo caudal es de 750 hectolitros por hora. La

cantidad de medio filtrante utilizado para la formación de precapas representa el 22%

de la masa total destinada a la filtración de cerveza, y que el 88% restante se dosifica

de manera continua conforme se realiza la filtración. En el caso de la filtración actual

se realizó el muestreo tal y como se describen en las secciones “Mezcla de Precapas

y Agua de recirculación”, y las muestras de cerveza filtrada se tomaron cada 50 hL a

la salida del filtro siguiendo las indicaciones de la sección “Cerveza madurada y

cerveza filtrada”

Lavado de tierra en la planta

El desarrollo de esta parte del proyecto se llevó a cabo según lo estipula la

sección “Lavado de Tierra con H2SO4, Escala industrial”, para la primera precapa se

adicionaron 500 ml de ácido sulfúrico al 98% grado analítico, mientras que para la

segunda precapa se dosificaron 400 ml de ácido, con esa cantidad se garantiza

alcanzar un pH cercano a 2,00. Cuando se hayan formado las dos precapas del filtro,

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el próximo paso es el desecho del ácido sulfúrico con los metales solubilizados que

están presentes en el filtro de velas, no solo para que no estén en contacto con la

cerveza sino para normalizar el pH del flujo cercano a 4,30 y no afecte las

características del producto final. En esta experiencia se adicionó agua grado plato

(°P) durante 30 minutos a un caudal cercano a 700 hL/h hasta alcanzar un pH=4,01

luego se envía el agua con el ácido empleado y los metales extraídos a plantas de

tratamiento de agua o para reutilizarla en otros lavados o limpieza de equipos.

Posteriormente se realizó el muestreo de cerveza filtrado tal y como se describe en la

sección “Cerveza madurada y cerveza filtrada”. Es importante mencionar que tanto

en el ácido sulfúrico como en el agua de proceso no presentaron trazas metálicas.

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CAPITULO IV

ANÁLISIS Y DISCUSIÓN DE RESULTADOS

IV.1 Efecto de la adición del 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl (DPPH) en el ensayo de

deterioro oxidativo de la cerveza por Quimioluminiscencia.

Para este análisis se tomaron muestras de cerveza Polar ICE®

almacenadas a

28°C durante 2 meses, ya que es el punto donde comienzan a surgir descriptores no

deseados, también es importante señalar que estos productos terminados pertenecían a

un mismo lote. Se realizaron los análisis estipulados en las secciones “Determinación

de dióxido de azufre en cerveza”; “Determinación de color azul en cerveza”; y

“Potencial antioxidante por quimioluminiscencia”. Cabe destacar, que para este

objetivo no se realizó la cuantificación de metales en cerveza en vista que el

propósito de este ensayo es el de plantear una mejora de la técnica predictiva de

quimioluminiscencia, su fin es optimizar la intensidad emitida por el equipo y por

otro lado el de acortar el tiempo de análisis que inicialmente es de 24 horas.

IV.1.1 Reactividad del DPPH en cerveza

El 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl se caracteriza por ser un radical libre estable

con un color purpura característico, cualquier cambio que ocurra en soluciones de

este compuesto se observará colorimétricamente. Su adición en la cerveza significa

una aceleración al proceso de envejecimiento en la bebida, posiblemente reacciona al

igual que los radicales ·OH, degradando primero el dióxido de azufre y

posteriormente los compuestos de la cerveza. En el desarrollo de este objetivo, es

importante validar dicha afirmación ya que a partir de esto se conocerá cual es la

afinidad del DPPH.

En esta experiencia se realizó la metodología descrita en el apartado “Afinidad

del reactivo DPPH”, para ello se tomaron 7 alícuotas de 5 ml de la solución

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preparada del reactivo DPPH y se colocaron en tubos de ensayo; a la primera (A) se

le añadió 0,5 ml agua destilada (blanco); a tres de ellas (B, C y D) se le dosificaron

0,1; 0,2 y 0,5 ml de la solución de metabisulfito en agua; y a las últimas tres (E, F y

G) se le dosificaron los mismos volúmenes con la diferencia que en lugar de solución

en agua fue de la solución de metabisulfito en cerveza, tal y como se muestra en la

Tabla N° 11:

Tabla N° 11. Muestras para la descripción del efecto del DPPH en cerveza

Muestra

Solución de

DPPH (±0,1

ml)

Solución de

Na2S2O5 en

agua (±0,1 ml)

Solución de

Na2S2O5 en

cerveza

(±0,1 ml)

Agua

destilada

(±0,1 ml)

Volumen

total (±0,1

ml)

A 5,0 0,0 0,0 0,5 5,5

B 5,0 0,1 0,0 0,4 5,5

C 5,0 0,2 0,0 0,3 5,5

D 5,0 0,5 0,0 0,0 5,5

E 5,0 0,0 0,1 0,4 5,5

F 5,0 0,0 0,2 0,3 5,5

G 5,0 0,0 0,5 0,0 5,5

Al mezclar las muestras, se observó rápidamente un cambio de color en las

mismas; la muestra A es el blanco y punto de referencia en esta experiencia su color

no cambia ya que solo se le adicionó agua destilada. Las muestras B, C y D

cambiaron a un color marrón con una mayor intensidad en la muestra D. En las

muestras E, F y G se observaron cambios más notables donde a mayor cantidad de

cerveza la muestra paso de color púrpura a color amarillo. En vista que en todos los

casos se aprecian cambios en el color, se determinó la absorbancia de cada muestra

por espectrofotometría para observar que muestra posee una concentración final más

baja. La longitud de onda en la cual presenta una mayor absorbancia del DPPH es a

525 nm.

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Figura N° 16. Degradación del 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl con alícuotas diferentes.

En la Figura N° 16 se observa una disminución de la absorbancia debido a la

adición de alícuotas de la solución de metabisulfito de sodio tanto en agua como en

cerveza. Al realizar una comparación entre las muestras a las que se les añadieron un

mayor volumen de las soluciones con SO2 con agua y cerveza, a las muestras D y G

respectivamente. Se puede apreciar una mayor disminución de absorbancia para el

caso de la muestra G que es la que contiene dióxido de azufre diluido en cerveza, lo

cual confirma la afinidad que tiene el radical DPPH hacia los compuestos

característicos de la cerveza, por encima de la presencia antioxidante del dióxido de

azufre.

IV.1.2 Influencia del radical DPPH en el análisis del potencial antioxidante de la

cerveza por quimioluminiscencia

Ya conociendo la afinidad del reactivo de reaccionar primero con los

compuestos de cerveza, se procedió a realizar el estudio del efecto que tiene el

reactivo DPPH en el resultado emitido por el equipo, se planteó realizar esta

experiencia variando la relación cerveza/DPPH en vol/vol, y se manejaron las

0

0,4

0,8

1,2

1,6

2

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Ab

sorb

an

cia

(u

nid

ad

es d

e a

bso

rba

nci

a)

Volumen de solución añadido (ml)

Solución de metabisulfito en agua Solución de metabisulfito en cerveza

A

B

C

D E

F

G

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relaciones 7/93 (tomado de la literatura); 25/75; 50/50; 75/25 y 100% cerveza como

punto de referencia. En lugar de añadir la alícuota de 10 ml necesaria en la bandeja de

análisis con solo cerveza, se disminuyó el volumen de ésta para poder añadir la

solución del reactivo a evaluar de acuerdo a las proporciones indicadas anteriormente.

Tabla N° 12. Indicadores de envejecimiento en las cerveza utilizadas para los ensayos

Indicador de

envejecimiento en la

cerveza

Ensayo Cerveza:DPPH Promedio

± SD

Probabilidad

(> 0,05)

Hipótesis

Nula: Válida 7/93 50/50 75/25

100%

Cerveza

[SO2] (±0,1 mg/L) 12,8 12,1 11,6 11,7 12,1 ± 0,5 0,338

Color Azul (±0,1 Unidades

de intensidad) 70,8 69,3 68,7 69,6 69,6 ± 0,9 0,536

Luego de observar la tabla N° 12 se puede apreciar que la hipótesis nula es

válida. Todas las muestras de cervezas presentan concentraciones de dióxido de

azufre e índices de color azul estadísticamente iguales con P > 0,05. Estos resultados

reflejan que las cervezas empleadas para el análisis presentan las mismas condiciones

de envejecimiento, y que en efecto ninguna de estas variables tuvo influencia en la

comparación de resultados del estudio de la dosificación del radical DPPH a

diferentes proporciones. A continuación se presenta en la tabla N° 13 la

quimioluminiscencia generada en los distintos ensayos, para la comprensión de cómo

se obtuvieron los datos y su significado, se recomienda revisar el procedimiento

“Potencial antioxidante por quimioluminiscencia”.

Tabla N° 13. Determinación de quimioluminiscencia en muestras de cerveza con el radical libre

DPPH

Proporción

(Cerveza/DPPH)

[SO2]

(±0,1

mg/L)

ΣI = I1 + I2 (Intensidad de

quimioluminiscencia)

Tiempo de aparición de segundo pico

o Potencial antioxidante

(min)

Blanco (DPPH) - 13098 1182

7/93 12,8 32767 17

50/50 12,1 108513 412

75/25 11,6 54814 637

100% Cerveza 11,7 29243 560

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El reactivo DPPH genera una mayor oxidación en la muestra, donde se originó

un aumento en la intensidad en los dos picos de quimioluminiscencia. Por otro lado,

también se observa en la tabla N° 13 que en efecto hubo una reducción más acelerada

de la aparición del segundo pico, el mismo está determinado por la cantidad de

antioxidantes que estén presentes en la cerveza, en otras palabras, a una cantidad

mayor de éstos disminuirá la intensidad generada ya que la reacción entre los

antioxidantes y los radicales libres producen una quimioluminiscencia muy baja, y

que, cuando se hayan agotado estos compuestos, la cerveza queda expuesta a los

radicales envejeciéndola completamente. Al añadir el reactivo se observa en primer

lugar una reducción drástica en la proporción recomendada en la literatura

(Cerveza/DPPH = 7/93), a pesar que logra el efecto deseado de reducción del tiempo

de análisis no se aprecia una buena lectura en la muestra impidiendo describir el

fenómeno ocurrido en ella.

Se puede afirmar que no hay una correlación entre las proporciones

experimentadas y el potencial antioxidante o tiempo de aparición del segundo pico.

La muestra 75/25, la cual posee una cantidad de radicales libres mayor debido a la

presencia del DPPH, registró un tiempo de aparición del segundo pico de la curva

mayor en comparación a la muestra 100% cerveza, esto es contradictorio ya que se

esperaba que el valor de tiempo fuese menor por su carga adicional de radicales

libres.

En base a los fenómenos observados, se aprecia que el radical 1,1-difenil-2-

picrylhydrazyl tiene una afinidad reactiva hacia los compuestos característicos de la

cerveza por encima de los antioxidantes, lo cual representa un punto positivo ya que

puede ser un aporte hacia el análisis de materias primas que aportan dichos

compuestos tales como la cebada malteada, lúpulo y adjuntos.

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IV.2 Implementación de variables de proceso para la innovación del tratamiento

químico del lecho filtrante.

IV.2.1 Determinación de metales solubles en tierra de diatomeas y perlita

La tierra de diatomeas y la perlita presentan contenido metálico tanto soluble

como insoluble. El porcentaje de metales solubles es aquel que al estar en un medio

ácido pueden ser extraídos en solución. Estos al incorporarse en la cerveza, son los

responsables de catalizar las reacciones oxidativas y acelerar el proceso de

envejecimiento. Para realizar esta experiencia se aplicaron los procedimientos

“Lavado de Tierra con H2SO4 a escala de laboratorio” y “Determinación de metales

por espectroscopia de emisión atómica”, para cuantificar la máxima contenido de

metales que se pueden extraer en medio ácido. A continuación en la figura N° 17 se

presentan los contenidos de cromo, cobre, hierro y manganeso en ppm (p/p) luego del

tratamiento acido de la tierra de diatomeas y perlita:

Figura N° 17. Cantidad máxima de metales que pueden ser extraídos de los medios filtrantes

Tierra de

diatomeas

calcinada

Tierra de

diatomeas

fundida

Perlita

Cobre 0,89 0,23 0,12

Cromo 0,47 0,89 0,47

Manganeso 6,85 2,36 4,73

Hierro 106,60 91,00 55,63

0,00

30,00

60,00

90,00

120,00

Co

nce

ntr

aci

ón

0,0

1 m

g/K

g d

e T

ierr

a)

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Se puede observar en la figura N° 17, que la concentración de hierro en los

medios filtrantes la concentración de hierro está por encima de los otros metales (Cu,

Cr y Mn) en el orden de 15 veces para la diatomita calcinada, 38 veces para la

diatomita fundida y 11 veces para la perlita. La variación del contenido metálico entre

los diferentes tipos de tierra se debe a las características propias del yacimiento y a

los tratamientos propios de cada tipo de tierra. La diatomita calcinada posee una

mayor cantidad de hierro ya que en su estructura se encuentra oxido férrico. Por otro

lado, la diatomita fundida tiene un contenido menor de este elemento ya que cuando

se obtiene de las canteras recibe un tratamiento con sales de carbonato de calcio. La

perlita posee un contenido metálico menor con respecto a la diatomita, debido que es

una roca sedimentaria y acumula metales producto de la meteorización y erosión de

los suelos y/o rocas cercanas.

IV.2.2 Determinación de pH y tiempo de lavado a escala de laboratorio

A continuación se presenta en la Tabla N° 14 los resultados de la extracción

de hierro expresada en mg de hierro, por Kg de tierra de diatomeas lavada, utilizando

como medio de lavado H2SO4 0,1 N.

Tabla N° 14. Concentración de hierro en función del pH y del tiempo de contacto

Prueba 1 Prueba 2 Prueba 3 Prueba 4 Prueba 5

Vol.

H2SO4

(ml)

t(h)

0 11 22 33 44

pH

±0,01

[Fe]

±0,05

mg/Kg

Tierra

pH

±0,01

[Fe]

±0,05

mg/Kg

Tierra

pH

±0,01

[Fe]

±0,05

mg/Kg

Tierra

pH

±0,01

[Fe]

±0,05

mg/Kg

Tierra

pH

±0,01

[Fe]

±0,05

mg/Kg

Tierra

0 7,09 0,07 4,25 0,13 3,41 0,36 3,02 0,71 2,35 1,36

1,25 7,09 0,55 4,91 0,65 4,05 0,65 3,56 1,00 3,21 1,84

2,25 7,19 0,25 4,9 0,50 4,05 0,65 3,57 1,50 3,23 2,23

2,75 7,26 0,25 4,93 0,30 4,08 0,60 3,6 1,50 3,25 2,40

3,25 7,27 0,12 4,96 0,05 4,1 0,50 3,62 1,50 3,32 2,54

3,75 7,29 0,05 4,98 0,20 4,12 0,60 3,65 1,65 3,33 2,66

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En la Tabla N° 14 se puede apreciar que mientras la suspensión de tierra se

mantenga durante más tiempo en agitación, habrá una mayor extracción del contenido

de hierro presente en la tierra. Se observó que mientras la suspensión se mantenga

con un pH más bajo será mayor la extracción de hierro en la tierra. En la Figura N°

18 se representa los mg de hierro extraídos por cada kg de tierra en función del

tiempo de lavado a diferentes pH.

Figura N° 18. Extracción de hierro en función del tiempo de lavado a diferentes pH.

Se observa una mejor linealidad en la extracción de contenido de hierro a

medida que el pH del lavado es más bajo. Considerando que la formación de las pre-

capas en el filtro de velas dura aproximadamente 30 minutos, se usó este tiempo para

comparar los valores de hierro en solución para identificar el pH óptimo para el

proceso de reducción de metales.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 1 2 3 4

mg

de

hie

rro

/ K

g d

e T

ierr

a

Tiempo de lavado (h)

pHo = 7,09

pHo = 4,25

pHo = 3,41

pHo = 3,02

pHo = 2,35

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Figura N° 19. Concentración de hierro en solución luego de 30 minutos de extracción a distintos pH en

tierra de diatomeas calcinada

Si asumimos un pH inicial = 4,25, similar al proceso actual de preparación del

filtro y además un pH similar al de la cerveza, se extraen 0,34 mg/Kg de hierro, al

disminuir el pH hasta 2,35, es posible quintuplicar la extracción de metales,

específicamente el hierro y de esta manera disminuir la incorporación de dichos

elementos durante la filtración de cerveza. Mediante estos resultados, fue posible

fijar el tiempo de lavado para lograr una extracción óptima de 30 minutos, a un pH ≤

2,5 tal y como se refleja en la Figura N° 19.

En base a las variables fijadas, se determinó la cantidad de ácido sulfúrico al

1,84 % p/p que corresponde a un 2 – 2,5 para cada litro de mezcla de los medios

filtrantes. Para este caso se simularon las condiciones en planta, donde las

suspensiones que se preparan para la formación de precapas son al 20% p/v. Además

se reporta la cantidad de hierro extraído de dichas suspensiones de los diferentes tipos

de tierras. En la tabla N° 15 se expresan los resultados obtenidos:

0,26 0,34

0,47

0,87

1,56

0

0,5

1

1,5

2

7,10 4,25 3,40 3,00 2,35

Fe,

mg

/Kg

pH

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Tabla N° 15. Volumen necesario para la extracción de hierro en 1 litro de suspensión de tierra de

diatomeas calcinada

Tierra de diatomeas calcinada

VH2SO4 (1,84% p/p)

(ml) 50 18

t (min) pH ±0,01 [Fe] ±0,01 mg/Kg

Tierra* pH ±0,01

[Fe] ±0,01 mg/Kg

Tierra*

0 2,03 62,00 2,46 51,70

30 2,17 90,40 2,81 67,60

60 2,22 98,10 2,95 70,80

Tierra de diatomeas fundida

VH2SO4 (1,84% p/p)

(ml) 57 30

t (min) pH ±0,01 [Fe] ±0,01 mg/Kg

Tierra* pH±0,01

[Fe] ±0,01 mg/Kg

Tierra*

0 1,99 76,10 2,45 47,05

30 2,05 77,35 2,6 51,15

60 2,07 81,30 2,7 61,00

Perlita

VH2SO4 (1,84% p/p)

(ml) 60 32

t (min) pH ±0,01 [Fe] ±0,01 mg/Kg

Tierra* pH ±0,01

[Fe] ±0,01 mg/Kg

Tierra*

0 2,00 37,00 2,49 44,09

30 2,12 66,49 2,52 52,72

60 2,17 82,01 2,57 57,33

* Se aplicó una dilución 1:100 ya que estaban muy concentradas las muestras con hierro extraído.

Se observa que, en efecto, se logra una mejor extracción de hierro mientras se

aplique un tratamiento con un pH más bajo. A los 30 minutos (tiempo en el que se

forman cada una de las precapas en el área de filtración), hay un porcentaje mayor de

extracción en los tres tipos de medios filtrantes con un pH cercano a 2, con un 34%

adicional para el caso de la tierra de diatomeas calcinada, 51% para la tierra de

diatomeas y 26 % para la perlita. Se aprecia que en todos los casos el pH sube a

medida que el ácido se encuentra en contacto durante más tiempo con los medios

filtrantes, esto se debe a un proceso de neutralización del ácido por la alcalinidad de

la tierra.

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Tomando los volúmenes de ácido que se emplearon para llegar a un pH cercano a

2,00 en las suspensiones; se procedió a calcular cuánto ácido concentrado se necesita

por cada Kg de tierra y aplicar el tratamiento a escala industrial (ver Apéndice B.1),

la siguiente tabla expresa las cantidades que se requieren para ello:

Tabla N° 16. Cantidad de H2SO4 al 98% se debe dosificar por cada Kg de Tierra

Medio filtrante Volumen de ácido concentrado (±0,1ml)

Tierra de diatomeas calcinada 4,7

Tierra de diatomea 5,3

Perlita 5,6

La experiencia de laboratorio fue de gran ayuda, ya que se pudo fijar

satisfactoriamente los parámetros para aplicar el tratamiento ácido en el área de

filtración de la planta de elaboración de cerveza de Cervecería Polar. Mientras la

suspensión de tierra de diatomeas y perlita se encuentre con un pH más bajo, la

extracción será más efectiva en un tiempo corto de contacto.

IV.3 Comparación de concentraciones de cromo, cobre, hierro y manganeso en

la cerveza clarificada tanto en la filtración actual y la propuesta del lavado

de tierra.

En primer lugar se realizará la comparación de las muestras pre-filtración, las

cuales son las muestras de las precapas que conforman el medio filtrante. Esto con el

fin de observar los metales extraídos antes de comenzar ambos procesos de filtración.

En la tabla N° 17 se indican los resultados de los contenidos de los metales (Cr, Cu,

Fe y Mn) de la primera y segunda precapa expresados en mg/kg de tierra.

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Tabla N° 17. Concentraciones de cromo, cobre, hierro y manganeso en las suspensiones de precapa.

Filtración con lavado de

tierra Filtración actual

Muestra 1a precapa 2a Precapa 1a precapa 2a Precapa

pH ± 0,01 2,00 2,00 8,03 7,15

[Cr] (±0,01mg/Kg de tierra) 1,05 0,85 < l.c.(a)

0,1

[Cu] (±0,01mg/Kg de tierra) 0,60 0,55 0,05 0,05

[Fe] (±0,01mg/Kg de tierra) 59,35 62,95 1,2 0,6

[Mn] (±0,01mg/Kg de tierra) 3,60 2,85 1,85 1,85 (a)

menor al límite de cuantificación de cromo en el AES-ICP (0,03 mg/Kg).

Se puede apreciar que la extracción de metales en la filtración propuesta se

realizó de manera efectiva, donde se logró retirar el 60 veces más de lo que se extrae

únicamente con agua grado plato (°P), esto se traduce en una extracción del 68% del

contenido metálico que está presente en las tierras; los cambios más notorios se

reflejan en la extracción de hierro del medio. Al aplicar el lavado se garantiza que la

cantidad de metales extraídos ya no se encuentran adheridos en la tierra de diatomeas

y perlita, que se traduce en la eliminación de estos metales que pudiesen estar en

contacto con la cerveza en fase sólida (contacto de la cerveza con la tierra de

diatomeas), o en forma soluble (disuelta en la bebida).

En el proceso actual de filtración, se comienza a clarificar la cerveza una vez

se haya formado la segunda precapa en el filtro de velas. Para el caso de la filtración

propuesta, la clarificación de la bebida inicia luego de haberse formado la segunda

precapa y haber realizado el desecho del ácido con los metales extraídos. A

continuación se presentan las siguientes gráficas, las cuales servirán para comparar

las concentraciones de metales obtenidas en cada intervalo de hectolitro de cerveza

filtrada en ambos procesos de filtración. (Para ver los valores obtenidos consultar el

Apéndice B.2.).

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Figura N° 20. Concentración de cobre durante la filtración de cerveza

Figura N° 21. Concentración de hierro durante la filtración de cerveza

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

aci

ón

Cu

(m

g/L

)

hL cerveza filtrada

Filtración propuesta con lavado de tierra

Filtración Actual

Cerveza madurada (filtración propuesta)

Cerveza madurada (filtración actual)

0,00

0,10

0,20

0,30

0,40

0,50

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

aci

ón

Fe

(mg

/L)

hL cerveza filtrada

Filtración propuesta con lavado de tierra

Filtración Actual

Cerveza madurada (filtración propuesta)

Cerveza madurada (filtración actual)

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Figura N° 22. Concentración de manganeso durante la filtración de cerveza

Luego de analizar las concentraciones de cobre y manganeso en ambos

procesos de filtración no se aprecian cambios atribuibles al lavado de tierra de

diatomea, al principio de ambas filtraciones se observa una disminución de la

concentración por el efecto de dilución entre el agua de proceso y la cerveza filtrada.

Posteriormente llega a una concentración constante conforme se filtra la cerveza, esto

se debe a que la cerveza madurada sin filtrar posee concentraciones de estos metales

provenientes de la materia prima (cebada y adjuntos cerveceros), y que, cuando la

cerveza alcanza el estado estacionario en el flujo de filtración, las concentraciones de

cobre y manganeso se vuelven similares al de la cerveza madurada. Se observó una

mayor concentración de cobre y de manganeso, en los hectolitros de cerveza filtrados

con el lavado de tierra en comparación al proceso de filtración actual, esto se debe a

que la cerveza madurada en este proceso tenía una concentración inicial de éstos

metales mayor a aquella utilizada para el proceso de filtración actual. Por otro lado,

no se detectó contenido de cromo en las muestras.

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500

Co

nce

ntr

aci

ón

M

n (

mg

/L)

hL cerveza filtrada

Filtración propuesta con lavado de tierra

Filtración Actual

Cerveza madurada (filtración propuesta)

Cerveza madurada (filtración actual)

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Respecto a la concentración de hierro, se observó una incorporación mayor de

este elemento en la filtración propuesta con lavado de tierra, la razón de esta

variación desfavorable para los propósitos de este proyecto, fue que el indicador que

se utilizó para conocer cuando se daba por terminado la adición de agua fresca para el

desecho del ácido con los metales extraídos no fue el más apropiado, es decir, el pH

indica solo el desecho del ácido mas no la cantidad de metales extraídos; por lo que

no se realizó un desecho total de los metales extraídos de la tierra.

Luego de haber analizado las figuras N°20, 21 y 22 es importante mencionar

que el lavado ácido no tuvo efecto en la variación de la concentración de cobre y

manganeso debido a que estas provienen de materia prima y que el aporte que puede

tener la solubilización de estos metales de la tierra de diatomeas y perlita es

despreciable, por lo que se afirma que el efecto de dicho tratamiento se evidencia en

la variación de hierro durante el volumen de cerveza filtrada.

En vista de esto, se planteó realizar nuevamente esta experiencia, con la

diferencia de añadir otro indicador en el proceso de purga de metales extraídos, el

cual es el reactivo utilizado en el análisis de hierro por espectrofotometría, el ácido

tioglicólico. Al utilizar éste indicador fue posible tomar muestra de la corriente de

salida del filtro y al adicionar gotas de éste reactivo su cambio de color indicará si

hay presencia de hierro en la corriente de filtración (metal con mayor concentración

con respecto a los otros metales).

IV.4 Análisis del grado de envejecimiento en la cerveza embotellada en ambos

procesos de filtración

IV.4.1 Homogeneidad del lote de muestras

Para asegurar que cualquiera de las cervezas escogidas para los análisis

presenta las mismas condiciones iniciales, es importante determinar la homogeneidad

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del lote de producción tanto en las cervezas filtradas con tierra de diatomeas lavada

como las cervezas referencia. El estudio se basó en la determinación de las

concentraciones de dióxido de azufre en muestras representativas de cada población,

éstas se midieron en condiciones de repetibilidad (el mismo día) sobre al menos diez

muestras tomadas al azar de un lote producido.

Se comprobó que todas las cervezas de ambos lotes son estadísticamente

iguales con una probabilidad mayor a 0,05 realizando la prueba de comparación de

Tukey donde indica un solapamiento de ambos lotes de muestras, esto valida la

hipótesis nula (Ho): Las cervezas de ambos lotes de producción son estadísticamente

iguales.

Source DF SS MS F P

Factor 1 0,59 0,59 0,28 0,602

Error 24 50,40 2,10

Total 25 50,98

S = 1,449 R-Sq = 1,15% R-Sq(adj) = 0,00%

Individual 95% CIs For Mean Based on

Pooled StDev

Level N Mean StDev ---+---------+---------+---------+------

SO2 Prueba 13 21,001 1,877 (----------------*---------------)

SO2 Comparación 13 20,701 0,822 (----------------*----------------)

---+---------+---------+---------+------

Pooled StDev = 1,449 20,00 20,50 21,00 21,50

Figura N° 23. Prueba de Tukey validación de la Hipótesis Nula: Concentración de SO2 en cervezas

prueba y comparación son estadisticamente iguales.

Source DF SS MS F P

Factor 1 0,00711 0,00711 4,48 0,045

Error 24 0,03812 0,00159

Total 25 0,04523

S = 0,03986 R-Sq = 15,72% R-Sq(adj) = 12,21%

Individual 95% CIs For Mean Based on

Pooled StDev

Level N Mean StDev -------+---------+---------+--------+-

Extracto real Pr 13 3,0023 0,0423 (---------*---------)

Extracto real Co 13 2,9692 0,0373 (-----------*----------)

-------+---------+---------+--------+-

Pooled StDev = 0,0399 2,960 2,980 3,000

Figura N° 24. Prueba de Tukey validación de la Hipótesis Nula: Extracto real en cervezas prueba y

comparación son estadisticamente iguales.

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IV.4.2 Estabilidad Fisicoquímica

Se determinaron las concentraciones de aquellos compuestos que estén

relacionados con el proceso de envejecimiento de la cerveza a lo largo del tiempo de

consumo preferible. Entre ellos están el dióxido de azufre, la concentración inicial de

oxígeno en las líneas de llenado, y la concentración de metales con poder oxidativo

(cromo, cobre, hierro y manganeso) que están presentes en la cerveza embotellada en

forma soluble. Se debe tener en cuenta que estos últimos cumplen un papel de

catalizador durante el envejecimiento. Como se explicó en el capítulo III, este estudio

se realizó durante 16 semanas donde cada intervalo era a cada 4 semanas de

almacenamiento.

Tabla N° 18. Concentración de oxígeno en llenadoras

Prueba Comparación Límite establecido por Norma Polar

O2 (±0,1µg/L) 88,2 101,7 160,0

(Fuente: Laboratorio de envasado, Cervecería Polar Planta Los Cortijos)

El oxígeno es el agente que tiene mayor influencia en el deterioro de la

cerveza embotellada, el reto de toda cervecería es asegurarse que el nivel de oxígeno

disuelto se mantenga lo más bajo como sea posible. Mientras menor sea dicha

concentración en el producto final, el tiempo de consumo preferible y la estabilidad

del sabor serán mayores.

Al realizar una comparación de las concentraciones de oxigeno que están

presentes en la cerveza embotellada descritas en la Tabla N° 18, ambas se encuentran

por debajo del límite establecido que es 160 µg/L, por otro lado se observa que la

cerveza comparación se llenó en la botella con un mayor contenido de oxígeno

disuelto en comparación con la prueba. La presencia de este compuesto en la bebida

no se ve relacionada con el lavado de tierra de diatomeas, y sus valores son de

carácter informativo para esta investigación, sin embargo, es importante expresarlos

ya que como se dijo anteriormente, su contenido influencia directamente el

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envejecimiento de la cerveza. En base a estos valores, es posible afirmar que la

cerveza con menor oxígeno disuelto preservará durante un mayor periodo de tiempo

sus características organolépticas originales (cuerpo, aroma y amargor).

Figura N° 25. Concentración de metales solubilizados en cervezas embotelladas de ambas filtraciones

A pesar que hubo una incorporación adicional de hierro proveniente de la

tierra de diatomeas y perlita utilizada durante la filtración con el lavado ácido de la

tierra de diatomeas; los productos finales de ambas filtraciones presentan las mismas

concentraciones metálicas tal y como se observa en la Figura N° 25, esto puede

significar un punto favorable al proyecto ya que se parte de las mismas condiciones

iniciales, y que la posible mejora organoléptica del producto se verá relacionada a

fenómenos ocurridos dentro de las precapas formadas en el filtro de velas, surgiendo

la hipótesis de catálisis heterogénea que puede ocurrir por el contacto de la cerveza

madurada con los metales que están comúnmente adheridos a los esqueletos de las

tierras de diatomeas, y que debido al lavado ácido éstos fueron removidos, lo que

puede inducir una reducción de éste tipo de catálisis.

0,014 0,015

0,029 0,024

0,102 0,106

0,000

0,020

0,040

0,060

0,080

0,100

0,120

Prueba Comparación

Co

nce

ntr

aci

ón

(m

g/L

)

Hierro

Cobre

Manganeso

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Figura N° 26. Degradación del dióxido de azufre en cervezas embotelladas de ambos proceso de

filtración

El compuesto más abundante que protege la cerveza ante la oxidación es el

dióxido de azufre, generalmente éste es dosificado en cerveza en forma de

metabisulfito de sodio luego de la filtración por tierra de diatomeas. Es común ver

que a lo largo del proceso de envejecimiento su concentración disminuya debido a su

alta reactividad con los radicales libres hidroxilos, etoxilos y carbonilos. Al observar

la Figura N° 26 y realizar una comparación de la degradación de este compuesto en

las cervezas elaboradas con ambas filtraciones, no se evidencia diferencias

significativas entre ellas, describiendo una reactividad con los radicales libres similar.

Sin embargo, las concentraciones determinadas serán usadas como base para los

demás análisis realizados en la investigación.

IV.4.3 Color azul como indicador de envejecimiento

Como se especificó en el capítulo II, durante el envejecimiento de la cerveza

ocurren fenómenos aparte de las numerosas reacciones que se desarrollan entre los

compuestos presentes en la bebida y que participan en el deterioro oxidativo por

envejecimiento. En investigaciones anteriores, se determinó que la medición del color

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

0 4 8 12 16

Co

nce

ntr

aci

ón

(m

g/L

)

Semanas de almacenamiento

Prueba Comparación

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azul representa un indicador que describe con certeza el envejecimiento de la cerveza

debido a su sensibilidad en el análisis, además la bebida presenta un color

característico amarillo, y que, por la teoría de la colorimetría ésta absorbe las

longitudes de onda de su color complementario que en este caso es el color azul.

Figura N° 27. Variación del color azul en cervezas embotelladas

En la Figura N° 27 se observó claramente que a medida que la cerveza se

envejece, suceden cambios en la intensidad de color, donde se ve reflejado en una

disminución en el valor de intensidad a lo largo de las semanas de almacenamiento.

Esto se debe a que los azucares, compuestos fenólicos, isohumulonas, etc. presentes

en la cerveza, reaccionan con los radicales libres hidroxilos, etoxilos y carbonilos

formando complejos cuya presencia hace que la tonalidad amarilla brillante inicial

vaya tendiendo a la opacidad y cambiando su tonalidad.

Al determinar el color azul en las cervezas prueba y comparación a lo largo de

las semanas de almacenamiento, se observa una disminución de éste indicador similar

entre ellas. Por lo cual, no se evidencian cambios en las cervezas producto del lavado

ácido y esto puede atribuirse a la dosificación adicional de antioxidantes luego de la

filtración.

y = -0,2001x + 75,201

R² = 0,8695

y = -0,2398x + 75,507

R² = 0,7985

70,00

71,00

72,00

73,00

74,00

75,00

76,00

0 4 8 12 16

Un

idad

es a

rb

itra

ria

s

Semanas de almacenamiento

Prueba Comparación

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IV.4.4 Potencial antioxidante por quimioluminiscencia

El desarrollo de esta técnica representa un aporte, no solo por el avance en

tecnología cervecera sino también por los resultados confiables que se obtienen de la

misma. El objetivo fundamental de este análisis es construir bases predictivas, que

permitan establecer correlaciones con otros indicadores analíticos y descriptivos a lo

largo de las semanas de envejecimiento de la cerveza, con el propósito final que

cuando se aplique esta técnica en futuras investigaciones y mediante el uso de dichas

correlaciones se pueda predecir el resultado obtenido en otras técnicas y paneles

sensoriales.

(a) (b)

Figura N° 28. Potencial antioxidante o tiempo de aparición del segundo pico (a), sumatoria de las

intensidades reportadas en los dos picos (b).

De los resultados reportados de las figuras 28a y 28b se puede apreciar que a

medida que la cerveza se envejece ocurren cambios que son percibidos por el equipo.

En la figura N° 26a se describe una disminución del potencial antioxidante o tiempo

de aparición del segundo pico conforme la cerveza se va deteriorando a lo largo de las

semanas de almacenamiento. Esta variable se asocia a la resistencia que tiene la

cerveza en contra de la oxidación, la cual está relacionada directamente con la

presencia de antioxidantes principalmente del dióxido de azufre descrita

0

200

400

600

800

1000

1200

0 4 8 12 16

Po

ten

cia

l a

nti

oxid

an

te

(min

uto

s)

Semanas de almacenamiento

Prueba Comparación

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 4 8 12 16

Inte

nsi

da

d x

10

3

Semanas de almacenamiento

Prueba Comparación

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anteriormente, por lo que, a medida que disminuye la concentración de este

compuesto, la cerveza queda desprotegida de la oxidación más rápidamente.

En la figura N° 28b se observó un incremento en la intensidad a lo largo de las

semanas de almacenamiento. Esto es producto de las reacciones que ocurren entre los

radicales libres y los compuestos característicos de la cerveza tal y como se describe

en el capítulo II. Conforme transcurre el tiempo de almacenamiento, la protección de

la cerveza va disminuyendo, lo que origina un incremento de la intensidad producto

de las reacciones oxidativas mencionadas anteriormente.

Al comparar los resultados del producto terminado de ambas filtraciones, no

se perciben diferencias entre ellos tanto en el análisis de tiempo como en el de

intensidad, por lo que es necesario realizar una corrección en base a variables

analíticas ya calculadas tales como dióxido de azufre en aras de obtener

diferenciaciones más notables.

Figura N° 29. Resistencia de las cervezas ante la oxidación a lo largo de las semanas en base a las

concentraciones de SO2 determinadas.

El significado de esta corrección se atribuye al rendimiento que tiene cada

mg/L de dióxido de azufre para proteger la cerveza ante la oxidación, y cuyo efecto

40,00

45,00

50,00

55,00

60,00

65,00

70,00

0 4 8 12 16

t/[S

O2] (m

in.L

/mg

)

Semanas de almacenamiento

Prueba Comparación

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86

se ve reflejado en el tiempo de aparición del segundo pico en el análisis de

quimioluminiscencia, que define el tiempo de oxidación de la cerveza; en otras

palabras la corrección significa la cantidad de minutos que tarda en degradarse cada

mg/L de SO2 en la cerveza.

Al realizar la corrección del tiempo de oxidación descrita en la Figura N° 29

se aprecia una mejor diferenciación entre las muestras producto de las filtraciones

estudiadas, con un mejor rendimiento de SO2 para el caso de la cerveza prueba de

alrededor del 14%. Esto se debe a que hubo una mejor preservación de los

compuestos que caracterizan a la cerveza y que son sensibles al deterioro por

envejecimiento, se debe recordar que las concentraciones metálicas fueron las mismas

en el producto terminado. Esta mejora puede atribuirse a la hipótesis planteada

anteriormente de una reducción catálisis heterogénea por el retiro de los metales que

están en la tierra de diatomeas y que están en contacto con la cerveza madurada.

IV.4.5 Potencial antioxidante por resonancia spin electrónico.

Como un aporte adicional a la investigación se llevó a cabo la implementación

de una nueva técnica predictiva similar a la quimioluminiscencia con la principal

ventaja que emite resultado en un tiempo más corto. La resonancia de spin

electrónico es un método eficaz para la determinación de la actividad antioxidante

endógena de la cerveza. Este parámetro se expresa como el tiempo de retraso (Lag-

time) para la generación de radicales hidroxilo durante la prueba de oxidación

forzada. El valor de tiempo de retraso es un índice total que se refiere al equilibrio de

pro-oxidantes y antioxidantes en la cerveza. Este método puede ser un indicador

eficaz de la estabilidad del sabor de la bebida, donde caracteriza de manera rápida el

estado antioxidante general en cada etapa de elaboración y en cada tipo de cerveza.

También permite establecer correlaciones entre distintos compuestos presentes en el

producto y el valor de la actividad antioxidante. Por último, a través de los diferentes

parámetros emitidos por el equipo de RSE, se puede predecir el grado de

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envejecimiento de la cerveza y llevar a cabo una relación directa entre el análisis

realizado por el panel sensorial y los valores obtenidos aplicando el método RSE,

reduciendo significativamente el tiempo de evaluación de la actividad antioxidante de

la bebida con respecto a la técnica de quimioluminiscencia.

Tabla N° 19. Resultados obtenidos del análisis de resonancia spin electrónico

Semanas

SO2 (±0,1 mg/L) Lagtime ± SD

(minutos)

Lagtime/[SO2]

(min.L/mg)

Prueba Comparación Prueba Comparación Prueba Comparación

0 16,30 16,37 213 ± 8 216 ± 19 13,07 13,19

4 10,51 10,71 193 ± 7 191 ± 3 18,40 17,80

8 9,06 8,43 172 ± 8 164 ± 11 18,95 19,45

12 8,05 8,00 154 ± 7 157 ± 12 19,13 19,63

16 6,78 7,28 154 ± 8 163 ± 8 22,75 22,44

Los valores de Lag-time (Ver que se obtuvieron en este equipo son resultados

análogos a los tiempos de aparición del segundo pico en quimioluminiscencia, por lo

que también se corrigieron estos valores con la concentración de dióxido de azufre

para apreciar una mejor diferencia entre las muestras.

Figura N° 30. Corrección del Lag-time con las concentraciones de SO2 determinadas.

0

5

10

15

20

25

0 4 8 12 16

La

gti

me/

[SO

2]

(min

.L/m

g)

Semanas de almacenamiento

Prueba Comparación

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A pesar de haber realizado la corrección de los valores de Lag-time obtenidos a

lo largo de las semanas de almacenamiento, en la figura N° 30 no se puede establecer

diferencias del efecto que tuvo el lavado de tierra de diatomeas en las cervezas

filtradas con respecto a la referencia, esto puede deberse a la exposición que tienen

las muestras al oxigeno de la atmósfera; a la interferencia que pueden tener la adición

de metabisulfito de sodio luego de filtrar la cerveza, en la respuesta del equipo; a la

variabilidad del método de ensayo; o a la inestabilidad que puede tener el agente

secuestrante de radicales libres (PBN) con respecto al pH de la cerveza.

IV.5 Correlación del grado de envejecimiento de la cerveza obtenido

analíticamente con la evaluación sensorial en producto terminado de

ambas filtraciones a las 0, 4, 8, 12 y 16 semanas de almacenamiento

La evaluación sensorial contribuye directa e indirectamente a la calidad del

producto, el éxito de la marca, la lealtad de los consumidores y a la rentabilidad del

producto. Al realizar la evaluación sensorial en una cervecería es importante entender

que las pruebas sensoriales de expertos y pruebas de consumo no son lo mismo, ya

que el contexto para ambos tipos de pruebas es diferente. El consumidor proporciona

respuestas a las variables, y proporciona información sobre las preferencias y la

intención de compra. Los expertos de la evaluación sensorial proporcionan

información sobre las diferencias de cerveza de sabor, los tipos y magnitudes de los

atributos de sabor, y las relaciones entre variables. A partir de calificación otorgada se

rige si el producto cumple o no con los requerimientos establecidos, y su posible

mejora o desmejora en comparación a la referencia.

A continuación se presentan las calificaciones emitidas por el panel de jueces

sensoriales donde se comparan las cervezas elaboradas de ambos procesos de

filtración. Los atributos a evaluar son: oxidación, calidad de amargor y estabilidad

organoléptica. Es importante mencionar que se degustaron las cervezas durante 16

semanas en almacenamiento.

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Figura N° 31. Grado de oxidación determinado por el panel sensorial

(Fuente: Gerencia de Nutrición y Sensorial, Centro Tecnológico Polar)

Figura N° 32. Calidad de amargor determinada por el panel sensorial

(Fuente: Gerencia de Nutrición y Sensorial, Centro Tecnológico Polar)

Figura N° 33. Estabilidad organoléptica determinada por el panel sensorial

(Fuente: Gerencia de Nutrición y Sensorial, Centro Tecnológico Polar)

4,2 3,8

3,4 3,8

3,5 4,2

3,8 3,4 3,5

3,1

0

1

2

3

4

5

0 4 8 12 16

Pu

ntu

iació

n

Semanas de almacenamiento

Prueba

Comparación

4,2

3,8

3,6 3,7 3,7

4,1

3,9

3,4 3,5 3,4

0

1

2

3

4

5

0 4 8 12 16

Pu

ntu

iaci

ón

Semanas de almacenamiento

Prueba

Comparación

4,2

3,7

3,5 3,6 3,5 4,2

3,9

3,3 3,4 3,3

0

1

2

3

4

5

0 4 8 12 16

Pu

ntu

iaci

ón

Semanas de almacenamiento

Prueba

Comparación

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Según los resultados estadísticos descritos en las figuras N° 56, 57 y 58, se

aprecia que en las semanas 0, 4 y 8 no se encontraron diferencias estadísticamente

significativas entre las cervezas evaluadas, donde la cerveza elaborada con la

filtración propuesta fue descrita inicialmente con ligero sabor rancio, con amargor

escaso y poco remanente con desarrollo de sabor a dulce, papel y cartón conforme

transcurría su almacenamiento a 28 °C; por otro lado la cerveza referencia fue

evaluada al principio con notas azufradas, con amargor áspero y escaso con

tendencias aumentar sabor dulce, papel y cartón a lo largo de las 8 primeras semanas

de envejecimiento

A partir de la semana 12 hasta la 16 se encuentran diferencias

estadísticamente significativas entre las muestras evaluadas en calidad del amargor,

estabilidad organoléptica y oxidación, con preferencia hacia la cerveza de prueba en

todas las comparaciones. Donde la cerveza obtenida de la filtración con tierra de

diatomeas lavada fue descrita con sabor dulce y notas hacia papel y cartón, y con un

amargor con tendencias ásperas. La cerveza con la filtración actual fue evaluada con

sabor dulce y notas intensas hacia rancio y papel y cartón, con amargor áspero y

progresión de notas a madera lo cual indica su alto grado de envejecimiento con

respecto a la cerveza prueba.

A continuación en una tabla el resumen de las calificaciones de las pruebas de

almacenamiento, lugares de preferencia y presencia de diferencias significativas:

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Tabla N° 20. Calificación de las cervezas degustadas en la evaluación sensorial

Semana 0 Semana 4 Semana 8 Semana 12 Semana 16

Evaluación Prueba Comparación Prueba Comparación Prueba Comparación Prueba Comparación Prueba Comparación

Parecer

General 4,2 4,1 3,8 3,9 3,5 3,4 3,7 3,5 3,6 3,3

Categoría B – MB B S – B S – B S – B S – B S – B S – B S – B S – B

Lugar de

Preferencia 1 2 2 1 1 2 1 2 1 2

Diferencia

Significativa NO NO NO SI SI

Descriptores

Rancio

(Muy

ligero).

Notas

azufradas

hacia

levadura.

Ligeros

cambios

a dulce y

papel

cartón.

Cambios

a dulce y

rancio.

Dulce

Notas

hacia

MFDS

y papel

cartón.

Dulce

Notas

hacia

papel

cartón y

rancio.

Dulce

Notas

hacia

papel

cartón

Cambios

hacia

rancio.

Dulce

Notas

intensas

a papel

cartón y

rancio.

Dulce

Notas

hacia

papel

cartón

Dulce y

cambios

hacia

caramelo

y madera

B – MB: de buena a muy buena

B: buena

S – B: de satisfactoria a buena

Este análisis afianza aún más que, a pesar que hubo una adición parcial de

hierro en forma soluble en el lavado ácido, esto no afectó la calidad del producto final

y que por el contrario hubo un efecto positivo en él, que puede estar relacionado con

la hipótesis de la reducción de catálisis heterogénea que se ha mencionado durante

esta investigación.

Al haber obtenidos resultados sensoriales y analíticos a lo largo de las

semanas de almacenamiento, se puede afirmar que hay una relación bastante estrecha

entre los mismos, por lo que se propone realizar una correlación que mediante la

agrupación de los parámetros analíticos obtenidos simulen la evaluación obtenida en

la semana respectiva indicando el factor de envejecimiento en cerveza.

La correlación se llevó a cabo de acuerdo a la proporcionalidad de las

variables analíticas con respecto a la calificación sensorial. La calificación es

directamente proporcional a la concentración de dióxido de azufre, al color azul y al

tiempo de aparición del segundo pico en quimioluminiscencia; y es inversamente

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proporcional a la sumatoria de intensidades de quimioluminiscencia y a la

concentración de hierro en el producto final. Por lo que la relación entre estas

variables se expresa en la siguiente ecuación:

Ecuación N° 7: Proporcionalidad entre la calificación sensorial y los resultados analíticos

Dónde:

C.S.: Calificación sensorial (1 al 5).

[SO2]: Concentración de dióxido de azufre en cerveza.

B: Intensidad de color azul.

∆tQL: tiempo de aparición del segundo pico en quimioluminiscencia.

ΣI: Sumatoria de intensidades en quimioluminiscencia.

[Fe]: Concentración de hierro.

A partir de la ecuación N° 7 se puede elaborar un factor de correlación que

describa el comportamiento de los indicadores analíticos entre sí.

Ecuación N° 8: Factor de correlación de los resultados analíticos

Dónde:

F.C.: Factor de Correlación

Al graficar dicha expresión a lo largo de las semanas de almacenamiento,

queda de la siguiente manera:

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Figura N° 34. Factor de correlación a lo largo de las semanas de almacenamiento

Luego de analizar la figura N° 34 se aprecia que las curvas de la filtración

propuesta y actual donde los valores del eje “Y” del factor de correlación poseen

valores que tienden a disminuir con el tiempo y con una tendencia anti-logarítmica.

Al aplicar la función logaritmo en base 2,35 de estos resultados; se propone que el

significado de estos valores corresponda al nivel de frescura de las muestras, donde el

número 5 es la ponderación a una cerveza fresca y 0 a una cerveza deteriorada.

(

)

Ecuación N° 9: Factor de envejecimiento calculado en cerveza.

Dónde:

F.E.: Factor de envejecimiento en cerveza.

Al graficar la ecuación N° 9 sustituyendo los variables con los resultados

obtenidos a lo largo de la investigación finalmente se obtiene:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 4 8 12 16

FC

Semanas de almacenamiento

Prueba Comparación

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Figura N° 35. Comparación entre las calificaciones sensoriales calculadas y las experimentales.

1

2

3

4

5

0 4 8 12 16

FE

Semanas de almacenamiento

Prueba Comparación

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CAPITULO V

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

En este capítulo se presentan las conclusiones y recomendaciones que se

derivan de los resultados obtenidos.

V.1 CONCLUSIONES

Se logró mejorar la estabilidad del sabor de la cerveza, los resultados analíticos y

sensoriales evidenciaron dicha mejora.

No se observó un mejoramiento en el análisis de quimioluminiscencia agregando

el radical 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl, ya que no existe una correlación entre la

concentración del radical en la muestra y el tiempo de aparición del segundo pico

del ensayo.

En todos los medios filtrantes la concentración de hierro en la tierra predomina

por encima del cromo, cobre y manganeso (15 veces para la diatomita calcinada,

38 veces para la diatomita fundida y 11 veces para la perlita), esto significó que

todas los cambios propuestos tienen relación directa con dicha concentración.

Se logra una mejor extracción de metales cuando el lavado ácido a la tierra de

diatomeas se realiza a pH menor a 2,50 y durante un mayor tiempo.

La extracción de metales en la filtración propuesta se realizó de manera efectiva

donde se logró retirar el 68% del contenido de hierro en la tierra de diatomeas

utilizada para las precapas (metal más abundante).

Se incorporó 38% del hierro extraído de la tierra utilizada para las precapas a la

cerveza.

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La cerveza filtrada con la tierra de diatomeas lavada presentó una mayor

estabilidad del sabor en comparación con la referencia. El potencial antioxidante

por quimioluminiscencia corrobora la mejora de la estabilidad fisicoquímica en

un 14 %.

En la evaluación sensorial, hubo preferencia hacia la bebida filtrada con la tierra

lavada. Donde se logró retardar la aparición de descriptores de envejecimiento

avanzado (caramelo y madera).

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V.2 RECOMENDACIONES

Realizar el lavado ácido en los tanques de preparación de la suspensión de tierra

de diatomeas y perlita (KG) para contar con toda la tierra a usar en filtración con

un bajo contenido metálico, y verificar la hipótesis de la catálisis heterogénea.

Reutilizar el agua empleada en el enjuague de la tierra lavada, para otros

propósitos industriales.

Realizar el lavado ácido en pruebas piloto con otras cervezas elaboradas por la

cervecería y estudiar el efecto que pudiera tener en la estabilidad del sabor.

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APENDICES

APENDICE A: Preparación de Soluciones

A.1 Buffer Acetato 0,1 M

1. Pesar 0,44 ± 0,01 g de acetato de sodio en un beaker de 250 ml, y disolver en

75 ml de agua destilada.

2. Añadir 0,45 ± 0,01 ml de Ácido acético glacial a la solución.

3. Ajustar el pH a 4,3 añadiendo acetato de sodio o ácido acético dependiendo

del pH al que se encuentre.

4. Trasvasar la solución obtenida a un balón aforado de 100 ml

5. Añadir con agua destilada hasta la línea de aforo.

A.2: Solución de 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl (DPPH)

1. Pesar 0,0073 ± 0,0001 g de 1,1-difenil-2-picrylhydrazyl (DPPH) en un beaker

de 100 ml.

2. Añadir 66,67 ± 0,01 ml de etanol absoluto para disolver.

3. Transvasar cuantitativamente la solución y aforar con la solución buffer de

acetato 0,1 M,

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APENDICE B: Lavado de Tierra

B.1 Dosificación de ácido en el área de filtración

Tierra Celite Standard

pH V sol tierra (ml) V H2SO4 1,84% (ml)

2,5 300 15

Para 1 L de Sol de tierra 50 ml de H2SO4 1,84 %

Por cada Kg de Tierra 250 ml de H2SO4 1,84 %

Por cada Kg de Tierra 4,7 ml de H2SO4 al

98%

Tierra Perlita

pH V sol tierra (ml) V H2SO4 1,84% (ml)

2,5 200 12

Para 1 L de Sol de tierra 60 ml de H2SO4 1,84 %

Por cada Kg de Tierra 300 ml de H2SO4 1,84 %

Por cada Kg de Tierra 5,6 ml de H2SO4 al

98%

Tierra Celatom

pH V sol tierra (ml) V H2SO4 1,84% (ml)

2,5 300 17

Para 1 L de Sol de tierra 56,66666667 ml de H2SO4 1,84 %

Por cada Kg de Tierra 283,3333333 ml de H2SO4 1,84 %

Por cada Kg de Tierra 5,3 ml de H2SO4 al

98%

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APENDICE B.2: Concentraciones metálicas en filtración

Filtración propuesta con lavado de tierra

Muestra Cromo Cobre Fe Manganeso

Cerveza madurada (filtración propuesta) 0,0308 0,0718 0,0000 0,1625

1a Precapa sin Lavar 0,0021 0,0000 0,0100 0,3667

1a Precapa Lavada 0,2110 0,1199 11,8651 0,7210

Agua de la 1a Precapa 0,0075 0,0172 0,2820 0,0259

2a Precapa sin Lavar 0,0130 0,0015 0,0000 0,3232

2a Precapa Lavada 0,1746 0,1077 12,5866 0,5686

Agua de la 2a Precapa 0,0156 0,0191 0,7520 0,0504

0 0,0156 0,0037 0,3986 0,0100

50 0,0133 0,0024 0,2315 0,0300

100 0,0224 0,0415 0,0902 0,1196

150 0,0145 0,0563 0,0242 0,1511

200 0,0276 0,0696 -0,0013 0,1722

250 0,0222 0,0738 0,0000 0,1737

300 0,0068 0,0779 0,0000 0,1747

350 0,0080 0,0746 0,0000 0,1761

400 0,0175 0,0697 0,0000 0,1742

450 0,0165 0,0819 0,0000 0,1747

500 0,0352 0,0722 0,0000 0,1795

600 0,0112 0,0810 0,0000 0,1718

Filtración Actual

Cerveza madurada (filtración actual) 0,0000 0,0344 0,0000 0,0842

0 0,0073 0,0047 0,0744 0,0177

50 0,0095 0,0189 0,0523 0,0531

100 0,0017 0,0200 0,0257 0,0679

150 0,0030 0,0327 0,0070 0,0738

200 0,0022 0,0265 0,0000 0,0780

250 0,0046 0,0270 0,0000 0,0793

300 0,0063 0,0432 0,0000 0,0803

400 0,0000 0,0350 0,0000 0,0803

500 0,0000 0,0250 0,0000 0,0816

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APENDICE C: Gráficas de quimioluminiscencia de las cervezas elaboradas.

Figura A: Semana 0 de almacenamiento

Figura B: Semana 4 de almacenamiento

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Figura C: Semana 8 de almacenamiento

Figura D: Semana 12 de almacenamiento

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Figura E: Semana 16 de almacenamiento

Figura F: Semana 24 de almacenamiento

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APENDICE D: Generación de radicales libres por resonancia spin electrónico

Figura G: Semana 0 de almacenamiento

Figura H: Semana 4 de almacenamiento

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15000

20000

25000

30000

35000

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Figura I: Semana 8 de almacenamiento

Figura J: Semana 12 de almacenamiento

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30000

40000

50000

60000

70000

80000

0 50 100 150 200 250 300 350

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30000

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60000

70000

0 50 100 150 200 250 300 350

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Figura K: Semana 16 de almacenamiento

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30000

35000

40000

45000

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