Lunes, 21 de Agosto del 2017
Revista MASH | Ciencia Cervecera
Fermentación
09/01/2013 | Visitas: 47797

Comprender los conceptos metabólicos importantes de la fermentación nos hará más fácil interpretar la influencia que tienen los diversos cambios en las condiciones de procesamiento, sobre el crecimiento y el metabolismo de la levadura y que efectos pueden tener estos, en la calidad de la cerveza terminada.

Se sabe que tanto las levaduras como los cereales anteceden al hombre por miles de años, entonces no sería descabellado suponer que la cerveza apareció en este mundo mucho antes que él también. El azar pudo lograr esto de varias formas.
Como en muchas otras cosas, a los humanos les tocó descubrir lo que el azar les venía insinuando. Al principio trataban de reproducir, a prueba y error, lo que les resultaba útil o agradable pero sin darse cuenta muy bien de cómo sucedían las cosas. Lograron domesticar los cereales pero de las levaduras, que estaban en todas partes, nada sabían. La fermentación resultaba, por entonces, algo reservado a la magia.
Este fenómeno se mantuvo así, en mayor o menor medida, hasta fines del siglo XVII, cuando Leeuwenhoek, gracias a sus microscopios, consiguió clasificar las levaduras entre los vegetales. 200 años más tarde, después de que varios estudiosos trabajaran en el tema, Louis Pasteur define exactamente la naturaleza del proceso fermentativo y la de las levaduras, acelerando muchísimo los pasos que terminaron con la domesticación definitiva de la levaduras que permitó, el cultivo selectivo y controlado de las distintas cepas útiles.

Podemos decir que la fermentación es un fenómeno químico-biológico que se produce por la acción anaeróbica (sin oxígeno) de ciertos organismos microscópicos sobre los azúcares contenidos en un medio determinado. Por lo general, estos microorganismos, son levaduras pero también existen otros, como algunas bacterias, que son capaces de actuar del mismo modo.
Hay distintos tipos de fermentaciones que varían dependiendo de cómo y que produce cada una. Por ejemplo, la fermentación alcohólica genera etanol; la láctica, ácido láctico; la butírica, ácido butírico y la acética, ácido acético; entre otras.
La fermentación es el proceso que más tiempo requiere en la elaboración de una cerveza y en este caso, se busca obtener una fermentación del tipo alcohólica. Normalmente identificamos este tipo de fermentación con la conversión de azúcar (glucosa, maltosa, etc) en alcohol y CO2, pero remitirnos sólo a eso sería simplificar un proceso que en la realidad es algo más complejo y delicado.

Complejo: Porque la levadura no sólo procesa los azúcares y expele alcohol y dióxido de carbono. Necesita de varios componentes que deben estar presentes en el mosto y, además, como fruto de su crecimiento y su metabolismo, produce otros subproductos (algunos no son deseables), aparte de CO2, que influyen directamente en el sabor, aroma y calidad de la cerveza terminada.
Delicado: Porque según como realicemos la fermentación dependerá el resultado obtenido. Cualquier falla que tengamos en el proceso tendrá consecuencias siempre negativas en la cerveza. Si bien podremos solucionar, posiblemente, algunas de esas fallas, en todos los casos el carácter del producto final no será el que buscamos originalmente.
Sabemos que para obtener producciones consistentes, es imperativo mantener, en cada lote, características constantes en todos los procesos. La fermentación no escapa a esto.
Comprender los conceptos metabólicos importantes de la fermentación nos hará más fácil interpretar la influencia que tienen los diversos cambios en las condiciones de procesamiento, sobre el crecimiento y el metabolismo de la levadura y que efectos pueden tener estos, en la calidad de la cerveza terminada.

 

 

El Proceso


Si se han realizado correctamente, hasta aquí, todos los procesos, terminada la ebullición, se tiene en la olla de hervor el mosto terminado, completamente estéril, conteniendo cantidades más que suficiente de nutrientes para cubrir todos los requerimientos de la levadura, a excepción del oxígeno..
Antes de pasar al fermentador se deben separar del mosto lo que se conoce como turbio caliente (Trub) formado por conjuntos proteínas/polifenoles, materiales ricos en lípidos, componentes insolubles del lúpulo, etc, que coagulan durante el hervor. Inmediatamente después de esto, se enfría el mosto en el menor tiempo posible hasta llevarlo a la temperatura de inoculación que dependerá de la cepa y la variedad de levadura que se vaya a usar. Durante el enfriado comienza la formación de otro tipo de materia insoluble (turbios fríos) que continuará aún durante la fermentación.

Al separar los turbios se eliminan sustancias indeseables, amargas; se mejora la estabilidad física y la eficiencia de extracto. De todos modos muchos cerveceros permiten que el trub permanezca en el fermentador, porque se ha demostrado que produce fermentaciones más vigorosas, gracias a los nutrientes que se concentran en él.
Una vez clarificado y enfriado el mosto está listo para llenar el fermentador.

 

Aireación del mosto

Como se ha dicho anteriormente, el oxígeno es el único nutriente que un mosto, correctamente elaborado, no puede suministrarle a la levadura.
Es esencial para el crecimiento de ésta y por lo tanto para una correcta fermentación. La cantidad requerida dependerá de la cepa de levadura y de sus requerimientos, por ejemplo, si se necesita una mayor tolerancia al alcohol será preciso sintetizar más ácidos grasos insaturados y esteroles, tarea que requiere una mayor cantidad de oxígeno.
Después de enfriado, el mosto es generalmente aireado en su camino hacia el fermentador por medio de la inyección de aire estéril, que al hacerse a presión disuelve más oxígeno. El uso de oxígeno puro para airear el mosto, es una forma de incrementar la concentración de éste, si fuera necesario.

El crecimiento celular durante la fermentación influye en gran medida en el sabor y en otros atributos de la cervezas. En un mosto normal, rico en nutrientes, el crecimiento de la levadura está limitado por oxígeno. Por lo tanto, variando las dosis de oxígeno se puede tener un control del crecimiento de la levadura y, por consiguiente, de ciertos perfiles en la cerveza.

 

Inoculación del mosto

Una de las formas de incorporar la masa de levadura al mosto es agregándola en línea camino al fermentador una vez que el mosto este frío y aireado, y respetando un factor de dilución calculado. Otra, es mezclar el mosto frío y la levadura en un tanque iniciador (starter) antes de ser transferido al fermentador. En este tanque se mide y se ajusta la concentración de levadura y si se mantiene el mosto en él por alrededor de 24hs, se pueden remover sólidos indeseables por decantación o flotación.
Normalmente se busca para inocular, una concentración de unas 10 millones de células vivas por mililitro de mosto de 12 ºPlato, pero esta proporción se debe incrementar a medida que aumenta la densidad del mosto.
La tasa de inoculación, no depende únicamente de la densidad del mosto, sino que también se tienen que considerar, la temperatura de fermentación, la cepa de levadura y la atenuación, entre otras cosas.
Se debe tener en cuenta, siempre, que conocer, controlar y mantener estable la concentración de levaduras en el mosto se traduce por lo general en una fermentación estable.
Para eso, las grandes cervecerías realizan un conteo de células para medir dicha concentración usando distintos métodos, algunos de los cuales precisan equipos sofisticados.
También es importante garantizar que la levadura esté en condiciones adecuadas para la fermentación. Por medio de controles periódicos se buscan contaminaciones bacterianas comunes en cervecería, como Pediococcus spp., Lactobacillus spp y levaduras salvajes como Hansenula, Dekkera, Brettanomyces, Candida y Pichia además de otras Saccharomyces.

Además, estos controles, pueden detectar una excesiva cantidad de partículas extrañas que pueden interferir en el desempeño adecuado de levadura o causar errores en la medición de las concentraciones de inóculo. Estas partículas podrían ser tierra de diatomeas, trub, partículas de grano, etc.,que se mezclan con la levadura cuando ésta se recupera y se reutiliza en forma repetida.

 

 

Fases de la fermentación.

 

Una vez inoculado el mosto la levadura empieza un proceso de adaptación a las nuevas condiciones que le brinda un mosto rico en nutrientes, que se extiende desde que se activa la levadura hasta el comienzo de una actividad fermentativa apreciable. En condiciones normales, no se prolonga más allá de las 12 horas, un tiempo mayor (más de 24 horas) nos estaría indicando algún tipo de problema. A esta etapa se la conoce también como “ Lagtime, fase lag o de adaptación”. Durante este tiempo, la levadura, pone en marcha su maquinaria metabólica para poder crecer. Inicialmente, sintetiza enzimas y otros componentes necesarios para poder utilizar los nutrientes que el nuevo hábitat le ofrece y para soportar su crecimiento.

La asimilación de oxígeno se torna importante en esta primera etapa, porque es usado por la levadura para producir los ácidos grasos insaturados y los esteroles esenciales para lograr que las paredes de sus células se vuelvan permeables a los nutrientes del mosto, tales como amino-nitrógenos y azúcares.
Sabemos que debemos oxigenar el mosto una vez frío antes de la inoculación pero cuando este es de una densidad muy alta suele se beneficioso un segundo aporte de oxígeno entre 12 y las 18 horas posterior a la activación de la levadura. De esta manera se asegura
Toda esta actividad celular inicial, necesita una fuente de energía que la levadura encuentra en sus propias reservas de glucógeno ya que, en esta fase, los azúcares del mosto no son asimilados.
El glucógeno es un polímero de glucosa que, en condiciones adecuadas, se descompone en glucosa, y produce la energía necesaria para las funciones metabólicas de la célula antes de que ésta comience la asimilación de la glucosa del mosto.
Terminada la adaptación, la levadura empieza a reproducirse, dando comienzo a lo que se conoce como fase de Crecimiento Exponencial o Atenuativa. Se denomina así porque el crecimiento de la población celular aumenta a un ritmo logarítmico debido a la abundancia de nutrientes. La levadura, comienza a asimilar y metabolizar esos nutrientes para convertirlos en la energía que necesita para su crecimiento y reproducción y como resultado de esos procesos metabólicos, produce subproductos que devuelve al mosto.
La levadura requiere, además de vitaminas y minerales, fuentes de carbono, que encontrará en los azúcares fermentables, y de nitrógeno, que le será proporcionado por los aminoácidos, conocidos como amino nitrógeno libre (FAN). Dependiendo de la cepa a la que pertenece, estos requerimientos pueden variar en su proporciones.

Cuando la levadura comienza a asimilar los carbohidratos fermentables, lo hace en un orden específico empezando por los azúcares simples, primero la glucosa, luego la fructosa y la sucrosa. Después le toca el turno a la maltosa que es el azúcar que más abunda en el mosto (casi un 60% del total de carbohidratos) y que tiene gran influencia en la formación de compuestos de sabor en la cerveza.
Por último, está la maltotriosa, que es la más difícil de asimilar y su utilización dependerá de la cepa de levadura, cuanto más atenuativa sea ésta, más fácil metabolizará este azúcar. La Sacarosa no es asimilable por la levadura que debe producir una enzima (invertasa) para poder dividirla en glucosa y fructosa y, así, poder procesarla.
Para poder convertir todos estos nutrientes en energía para sus procesos metabólicos, la levadura se vale de la glucólisis, que consiste en una serie de reacciones enzimáticas que convierten la glucosa en piruvato. Luego, en presencia de oxígeno suficiente, la célula oxida el piruvato resultante, generando CO2 y agua.
Cuando el oxígeno falta, la levadura comienza a metabolizar los azúcares de forma anaeróbica convirtiendo el piruvato, principalmente, en etanol y CO2. (fermentación alcohólica)
Para producir nuevas células y sintetizar las enzimas necesarias para las reacciones bioquímicas, la levadura asimila aminoácidos e iones de amonio y tal como ocurre con los azúcares, lo hace en un orden específico que, en este caso, puede variar de una cepa a otra.
En esta etapa podemos observar una actividad vigorosa que se manifiesta formando, en la parte superior del fermentador, una corona o cresta de espuma conocida como “krausen”, formada por levadura viva y muerta, proteínas del mosto, resinas del lúpulo entre otros compuestos, que de disolverse en el mosto, le darían un sabor desagradable. Por suerte estas sustancias son poco solubles y cuando el krausen va desapareciendo, al final de la fermentación, quedan adheridas en las paredes del fermentador separándose del mosto..

Toda esta actividad aumenta la temperatura (aproximadamente 140 kcals por kilogramo de extracto fermentado) del mosto a unos grados encima de la temperatura de inoculación, alcanzando el pico máximo al mismo tiempo que se llega el punto máximo en la tasa de crecimiento y en la generación de espuma (krausen). Hay que tener en cuenta que debemos tener un control de la temperatura interna del fermentador para mantenerla dentro del rango óptimo.
Durante el crecimiento, la levadura produce precursores de dos componentes, el diacetil y 2,3- pentanodiona son conocidas como dicetonas vecinales. Debemos saber que una tasa de crecimiento desmedida provocará altas concentraciones de estos dos componentes, con sabores indeseables en la cerveza. Por lo tanto, es importante dar el tiempo suficiente para que el total de las dicetonas vecinales y sus precursores puedan ser reducidos hasta debajo del su umbral de sabor o a concentraciones aceptables antes del retiro completo de la levadura. La reducción de dicetonas es tradicionalmente tratada como un problema de maduración.
Se produce, también en esta fase, la mayor parte de la atenuación. La densidad de la cerveza disminuye llegando a medir de 1/3 a 1/4 de la densidad inicial. El tiempo que requiere dependerá de la cepa de levadura utilizada y de las condiciones reinantes. Puede ir de los 2 a los 6 días en el caso de las ales, o entre 4 y 10 días cuando se trate de variedades lagers.
A medida que los nutrientes se agotan, la actividad pierde fuerza, la levadura comienza, en su mayoría, a asentarse en el fondo, y el "krausen" desaparece progresivamente. Al finalizar esta fase, la mayor parte de los compuestos de aroma y sabor de la cerveza, estará formada, los buscados y algunos no deseados (levadura, manteca, manzana verde, sulfuroso etc) que deberán desaparecer en la siguiente etapa si ésta se realiza correctamente. Este es el momento de transferir la cerveza a un segundo recipiente, si es que se planea hacerlo, separando la mayor parte de levadura que debe quedar en el primer fermentador. Siempre cuidando de airear la cerveza lo menos posible para evitar una contaminación o la oxidación que arruinaría el sabor de la cerveza.

Comienza, entonces lo que se conoce como Fase Estacionaria o de Acondicionamiento.
La efusiva actividad desaparece y, a pesar que, la mayoría de las células de levadura se han inactivado y han sedimentado, quedan algunas todavía activas.
La función de esta etapa es la de reducir todo el fermentable remanente y eliminar los subproductos originados en las fases anteriores tales como acetaldehído, ésteres, aminoácidos, cetonas (diacetil, pentanodiona), dimetil sulfuro, etc.
La mayoría de los azúcares fácilmente fermentables se han convertido en alcohol, y la levadura comienza a trabajar sobre los azúcares más pesados (como la maltotriosa) y a absorber mucho del diacetil (manteca) y el acetaldehído (manzana verde) producido en la etapa anterior, mientras que el sulfuro de hidrógeno, causante de característico olor a huevo podrido, se libera del fermentador junto con otros gases.
Los alcoholes Fuseles (alcoholes de mayor peso molecular) producidos en la etapa anterior son transformados por la levadura en ésteres aportando un carácter frutal mucho más agradable que el sabor similar al solvente que dan los primeros.
La fase Estacionaria se puede extender varias semanas pero la cerveza no debe quedar más de 3 en contacto con el sedimento. La levadura podrá consumir, bajo ciertas condiciones, algunos de los componentes del sedimento produciendo sabores extraños. Si el contacto del sedimento con la cerveza se prolonga, la levadura inactiva comienza a morir y produce lo que se conoce como “autolisis”, transmitiendo aromas y sabores desagradables (a levadura, goma, grasas o carne)
Muchos cerveceros experimentados aseguran que el trasvase a un segundo fermentador no mejora el sabor mientras que los riesgos de contaminación superan a los beneficios, pero muchos otros, también, afirman que la realización de la fase secundaria en un recipiente distinto beneficia a casi todos los estilos de cerveza.
Una vez que se ha alcanzado el máximo de atenuación se empieza a enfriar el mosto para facilitar la floculación (sedimentación) de la levadura que había quedado en suspensión. Hay que tener en cuenta que este enfriamiento se debe hacer en forma progresiva para darle tiempo a la levadura a que termine de limpiar el mosto de compuestos indeseables, principalmente del diacetil.


Lagers y Ales.

Si comparamos los procesos de elaboración de cervezas Lagers y Ales veremos que las diferencias se encuentran en la fermentación. Estas diferencias se deben fundamentalmente a la cepa de levadura que usan unas y otras. En el caso de las Lagers, se utiliza la cepa Saccharomyces uvarum o la Saccharomyces carlsbergensis que tiene la particularidad de formar flóculos o grumos, que al ser más densos que la cerveza, tienden a depositarse en el fondo del tanque hacia el final de la fermentación. Por esto último se conoce a esta cepa de levadura como de “fermentación baja”.

El rango de temperatura óptimo para esta levadura va de los 7 a 14 ºC aproximadamente. Si bien fermenta más rápido a temperaturas altas, los subproductos producidos no son de sabor y aroma deseables. Tradicionalmente la duración del proceso oscila entre 8 a 20 días, pero con prácticas modernas, se ha llegado a reducir ese tiempo hasta aproximadamente 7 días.
Para las cervezas ales, se usa la levadura Saccharomyces cerevisiae, una cepa conocida como de “fermentación alta” porque sube a la superficie del mosto al final de la fermentación debido a que los grumos que forma atrapan CO2 y flotan.
Los mostos de la Ales son inoculados a una temperatura más alta (sobre 15ºC) que los de la Lager y permiten que la temperatura pueda elevarse a aproximadamente 20ºC o más. Normalmente, este tipo de fermentación tarda entre 4 y 6 días pero con prácticas tales como la de mezclar y airear el mosto, mientras la fermentación es aún activa (24-36 hr), es posible el proceso se complete en menos tiempo ( 3 días ).

 

 

Subproductos de la fermentación



Las distintas variedades de levaduras aportan, según su comportamiento en la fermentación, diferentes subproductos que afectan la estabilidad biológica, aromas, sabor y estabilidad de la espuma en la cerveza terminada. Para lograr un producto de calidad se debe controlar la formación y la transformación de esos subproductos para poder llevarlos a concentraciones adecuadas, por debajo del umbral de percepción.
Tanto una fermentación como una maduración defectuosa, harán que estos subproductos no se eliminen correctamente produciendo otros menos deseados aún. Los subproductos más característicos que se forman son: alcoholes superiores, ésteres, diacetilo (dicetonas vecinales), acetaldehídos, componentes sulfurosos y acidos orgánicos.

Alcoholes Superiores : Se producen cuando se fermenta a temperaturas que son demasiado altas para la cepa de levadura usada. También cuando se agita la cerveza verde (recién fermentada), o bien cuando el mosto a fermentar tiene una concentración mayor al 13,5% de azúcares o cuando se oxigena por demás antes de iniciada la fermentación.
El umbral de percepción de estos alcoholes varia dependiendo del tipo de cerveza. En las Ales se encuentra entre los 50 y 100 miligramos por litro en cervezas mientras que en la Lagers está entre los 100 y 150 miligramos por litros.
Fermentar a temperaturas más bajas y el uso de un buen starter (gran cantidad de levadura) ayuda a evitar la producción de alcoholes superiores.



Ésteres: Los ésteres resultan de la esterización de ácidos grasos y de alcoholes superiores que producida principalmente durante la fermentación primaria. Son un factor esencial en la configuración del aroma final de la cerveza.

Se reconoce porque otorgan un carácter afrutado que, en exceso, pueden conferir sabores demasiado pronunciados. El cuidado en la última etapa de la fermentación es muy importante para evitar el aumento en la cantidad de ésteres.
Los mostos de densidades más altas (concentraciones de azúcares superiores al 12%) son proclives a producir un nivel superior de ésteres. Pasa lo mismo cuando el oxígeno disuelto al momento de la inoculación es pobre.

 

Diacetilo: Se produce normalmente durante la fermentación, en cantidades que dependerá de la cepa utilizada y que tiende a eliminarse al final de la misma si no ocurren problemas durante el proceso.
El sabor dulce y a manteca que imparte es considerado un defecto en la mayoría de los países fuera del Reino Unido, donde tienden a tener un nivel superior de diacetilo que es escencial perfil de muchos estilos británicos. El aumento de la temperatura durante unas horas al final de la fermentación y una buen número de células de levadura en suspensión aseguran la eliminación de este subproducto.

 

Acetaldehído: Se forma en la primera etapa de la fermentación y su sabor, a manzanas verdes, es característico de las cervezas sin madurar.

Una buena fermentación, que alcance el límite de atenuación máximo, junto con un tiempo de maduración adecuado, asegurarán la conversión del del acetaldehído en etanol y evitará la presencia de este subproducto en la cerveza final.

 



Dimetilo de sulfuro (DMS): Es un componente de carácter sulfuroso que, aún en pequeñas concentraciones, imparten aromas y sabores fuertes y desagradables, similar al de las verduras cocidas o coliflor.
Se produce en todas la etapas de la elaboración de la cerveza. Materias primas de baja calidad, por ejemplos granos mal malteados, y un mosto pobre en nutrientes provocan la formación de estos componentes sulfurosos.
Un malteado correcto, una cocción larga y un enfriado del mosto corto (menos de 45 min) evitarán las formación del para nada agradable DMS.

 

Autólisis: Se produce cuando la levadura se mantiene en contacto con la cerveza por un tiempo prolongado, una vez finalizada la fermentación. Hay diferentes opiniones sobre cuan largo puede ser ese tiempo. Los casos más extremistas dicen que un tiempo superior a 24 horas es suficiente para dejar huella en la cerveza. Otros aseguran que se puede extender bastante más pero no debe superar las 3 semanas.
Terminada la fermentación la levadura comienza a metabolizar algunos de los componentes del sedimento para generar las proteínas que necesita, produciendo con ello ácidos orgánicos que son los responsables del aroma parecido al del queso rancio o al de la grasa, conocido como “yeast bite”.

 

 

Factores que afectan la fermentación.

 

Se sabe que parte del perfil de sabor de la cerveza se basa en metabolismo de la levadura durante la fermentación. En consecuencia, la composición del mosto y las condiciones de proceso que afectan el rendimiento de la levadura en fermentación también afectará la calidad de la cerveza. Estos factores se interrelacionan tan de cerca, que a menudo resulta difícil destacar claramente la influencia que un solo factor ejerce sobre la calidad del producto o sobre el desarrollo de la fermentación. Intentar modificar un parámetro del proceso para influir en un resultado casi siempre causa otros resultados, alguno los cuales puede no ser el deseado.

 

La levadura


La levadura es la gran protagonista de este proceso y la industria cervecera ha seleccionado y clasificado durante siglos sus cepas de manera que pudieran adaptarse al proceso de elaboración de cerveza, logrando una gran variedad de las mismas.
Por si sola, la levadura, es uno de los mayores contribuyentes de sabor en la cerveza y el cervecero debe tener en cuenta el perfil producido por cada cepa (compuestos de azufre, ésteres, alcoholes de fusel, etc..) a la hora de elegir. En esta elección entrarán en juego también, otras características de la cepa consideradas importantes: la importancia relativa de los requerimientos de oxígeno, métodos de cultivo, límites de atenuación, tasa de fermentación, entre otras. Si bien son muchas las cepas disponibles, algunas son inaceptables para la elaboración de cerveza por lo que le aportan al producto final. Otra cosa que se debe tener en cuenta es que cada cepa de levadura se puede desempeñar de forma diferente bajo un determinado conjunto de condiciones de fermentación.

La levadura debe ser manejada cuidadosamente porque su condición en el momento de la inoculación ha demostrado influir de formas notable en la fermentación. Por ejemplo, la levadura almacenada bajo condiciones extremas no puede responder normalmente, debido a que reduce su glucógeno en respuesta al estrés. También, una mala aireación, deficiencias de zinc, o residuos de fermentaciones anteriores pueden causar un retraso excesivo en fase lag o bien atenuaciones incompletas.
Otra característica importante de la cepa es la floculación. La levadura ideal debería decantar tan rápidamente como el mosto alcance el límite de atenuación pero en la práctica no es así. Una cepa de floculación lenta dejará demasiada levadura en suspensión al final de la fermentación y hará más difícil la separación de la cerveza. Una de floculación rápida, en cambio, no puede completará la fermentación.
Si se planea una fermentación secundaria, sería deseable el uso de una cepa de floculación más lenta, que pueda dejar un mayor número de las células en suspensión al momento de transferir.

 

Inoculación y crecimiento de la levadura


La cantidad de levadura con la que se inocula influye directamente en la tasa de fermentación, que depende de la temperatura y la población celular. Más células utilizando azúcares a un ritmo constante resultan en un aumento general en la velocidad de utilización de los hidratos de carbono. Una mayor masa en la inoculación produce fases “lag” más cortas, mayores tasas de fermentación y tiempos más cortos para alcanzar la máxima atenuación.
Un volumen típico de inoculación, para una densidad normal de un mosto lager (alrededor de 12º Plato) es de unas 10 – 15 x 106 células por mililitro, pero la concentración exacta elegida dependerá, entre otras cosas, de la cepa de levadura y de que características se busquen en la fermentación.
Se sabe que en un mosto rico en nutrientes, el crecimiento de la levadura está limitado sólo por el oxígeno, por lo que se podría decir que bajo condiciones fijas de oxígeno disuelto en el mosto, la población celular crecerá hasta que éste de agote, no dependiendo, casi, de la concentración de levadura inicial (starter). Pero si se comparan los resultados obtenidos con diferentes volúmenes de inoculación, se observará que los starter mayores conducen a un menor número de duplicaciones de la célula, entonces, en algún punto, el crecimiento de la levadura depende del volumen del inóculo.

En inóculos demasiado pobres, la cantidad de oxígeno que se utiliza para generar los esteroles necesarios para la formación de nuevas células será menor ocasionando así una reducción del crecimiento general.
Un crecimiento celular insuficiente conducirá a fermentaciones más lentas y tal vez incompletas además de posibilitar altas concentraciones de SO2 (dióxido de azufre).
La variación de otros factores en el mosto, tales como esteroles o zinc, puede producir variaciones en el crecimiento celular y en la tasa de fermentación, aun con starters y oxígeno disuelto óptimos.
Patrones de crecimiento de levaduras diferentes influirán en el sabor de la cerveza cambiando las proporciones de compuestos volátiles de sabor. Por esta razón, el crecimiento consistente de células en cada fermentación debe ser un objetivo primordial

 

Temperatura


La temperatura afecta decisivamente a la levadura e influye directamente en la velocidad de fermentación, cuanta más alta sea, mas rápida será la fermentación y si es demasiado baja las levaduras se inactivarían y la fermentación se vería interrumpida. Las altas temperaturas favorecen la formación de alcoholes superiores (de mayor peso molecular), conocidos como fúseles y que le dan a la cerveza aromas y gustos vinosos. Muchos de estos alcoholes se convierten luego en ésteres durante la segunda fermentación, llegando a dominar el perfil de la cerveza terminada. Un claro ejemplo de esto es la presencia muy notoria de aroma y gusto a banana en la cerveza.

Un nivel muy alto de diacetil puede ser producto, también, de las altas temperatura en la fermentación. Muchas veces se inocula a una temperatura más alta que la recomendada y al enfriarse lentamente el mosto, cuando se lo intenta llevar a la temperatura indicada, se produce diacetil en cantidades que la levadura no podrá reabsorber en pasos posteriores quedando presente en la cerveza.
La actividad celular inicial produce una reacción exógena, es decir genera calor. La temperatura dentro del fermentador puede ascender hasta 5 ºC más que la del ambiente que lo rodea. Por tal motivo el exceso de calor debe ser eliminado enfriando el fermentador y mantener así la temperatura dentro de los límites deseados.

Estos límites dependerán fundamentalmente de la cepa que se esté utilizando y de los perfiles de sabor y aroma que se busquen. Por ejemplo, las temperaturas a las que normalmente se fermentan las cervezas de tipo Ale harán que la levadura produzca ésteres y otros subproductos muchas veces buscados ( en su justa medida) en este tipo de cervezas. En cambio, en las Lagers una temperatura mayor a la recomendada para estas cervezas, acortará el proceso de fermentación pero los subproductos producidos, en este caso, no son deseables...



Oxígeno


La concentración de oxígeno disuelto en el mosto influirá en la multiplicación celular ya que la levadura requiere de éste componente para producir compuestos esenciales para la formación de nuevas células, tarea que requiere una gran cantidad de energía que obtiene más eficientemente cuando el proceso se realiza de forma aeróbica. Por lo tanto una cantidad adecuada de oxígeno en el mosto disminuye el tiempo de adaptación (lag time) y aumenta la tasa de crecimiento de la levadura asegurando una buena fermentación.
Cuanto mayor sea la tasa de crecimiento, más vigorosa será la fermentación inicial debido a la vitalidad de las células nuevas.

Si la cantidad de oxígeno disuelta en el mosto es pobre, al momento de la adición de levadura, se tiende a producir una cantidad de ésteres mayor, la levadura perderá viabilidad y la fermentación será lenta o incompleta.
Por lo general, la saturación del mosto con aire le proporciona el suficiente oxígeno para el crecimiento correcto de la levadura. Sin embargo, un control exacto del oxígeno disuelto en el mosto es esencial para obtener un crecimiento uniforme en cada fermentación y lograr así compuestos de aroma y sabor constantes.



Zinc


El zinc, es requerido como cofactor en reacciones enzimática dentro de la célula y por lo tanto es un requisito para el crecimiento de la misma. la adición de zinc ha sido claramente vinculada al aumento de la tasa de fermentación
Se pueden dar fermentaciones incompletas debido a la carencia de zinc. Normalmente, la malta de cebada, contiene el zinc necesario pero ciertas cepas de levadura pueden requerir más de lo normal, por lo que podrá ser necesario suplementar el mosto con sales de zinc. Una concentración de 0,3 ppm es adecuada pero por encima de 1 ppm puede inhibir la actividad de la levadura


Sedimento Arrastrado


Debido a la naturaleza amorfa del turbio ( trub) y las características variables de sedimentación en el tanque de mosto caliente, puede ser difícil controlar exactamente la calidad y cantidad de sedimentos que pasaron al fermentador. Estos sedimentos pueden influir en la tasa de fermentación ya que contienen una mezcla de sustancias que pueden ser beneficiosos para el rendimiento de la levadura: zinc, lípidos y esteroles y otros minerales y nutrientes esenciales para el crecimiento celular. También proporciona sitios de nucleación para la formación de burbujas, aumentando la turbulencia del mosto favoreciendo el crecimiento de la levadura y la tasa de fermentación.


Geometría del Fermentador


El CO2 producido durante la fermentación provoca corrientes que mezclan el mosto más homogéneamente y mantienen en suspensión las células de levadura, facilitando el contacto de éstas con los nutrientes del mosto. Aquí, la geometría del fermentador desempeña un papel importante, fundamentalmente por la cabeza hidrostática (columna líquida) que forma el mosto en su interior. Cuanto más pesada sea esta columna más presión habrá en el parte inferior del tanque y por lo tanto será más difícil la liberación del CO2 en forma de burbujas. Las corrientes que se forman en dicha liberación tienden a subir a la superficie por el centro del fermentador haciendo que el mosto de los bordes descienda por los laterales.
Las fermentación será distinta si se realiza en tanques horizontales o verticales, diferenciándose en el resultado de la agitación natural producida por corrientes de convección y por las burbujas de CO2, y en la cantidad de CO2 disuelto en el mosto. Conforme aumenta la proporción altura y diámetro del fermentador, lo hace también la agitación natural y la tasa de fermentación mientras que altas concentraciones de CO2 disminuyen el crecimiento de la levadura y la producción de sabor. Además, los tanques horizontales dan fermentaciones más lentas y producen cervezas con más ésteres, que los tanques verticales.
Otra diferencia significativa entre ambos tipos de fermentadores son los procedimientos de recolección de levadura que a diferencia de los tanques verticales, los horizontales generalmente requieren la extracción manual de la levadura.


El PH


Para su óptima multiplicación, la levadura necesita un mosto con un PH entre 5,1 y 5,5. Difícilmente haya que controlar este parámetro si se hicieron las cosas bien en los procesos anteriores a la fermentación, por ejemplo usando agua que no sea demasiado alcalina o pesada.

Como consecuencia del metabolismo celular de la levadura, el pH desciende durante los primeros días de fermentación, fundamentalmente por la producción de ácidos orgánicos, a la vez que se consumen aminoácidos básicos y fosfatos primarios (compuestos buffers). El pH mínimo alcanzado durante la fermentación depende del pH mosto elaborado, de su capacidad buffer y del crecimiento de levadura. Normalmente, un bajo pH en la cerveza final, se asocia a un mosto de bajo pH y de menor capacidad buffer y al aumento en el crecimiento celular. El pH alcanza un mínimo de 3.8-4.4 y sube ligeramente hacia el final de fermentación. Un pH bajo inhibe el deterioro bacterial.

 


Interrelaciones


Todos los factores anteriores están interrelacionados, y parte del arte de elaborar cerveza es encontrar la combinación adecuada de condiciones de proceso que produzcan el producto óptimo. El cambio de un proceso a veces puede ser compensado por un cambio en otro. Sin embargo, en la mayoría de los casos, el perfil de sabor en la cerveza se verá afectado.
Por ejemplo, ácidos grasos insaturados y esteroles adicionales, en el sedimento arrastrado al fermentador, pueden disminuir el requerimiento de oxígeno; un starter insuficiente puede ser compensado por una temperatura más alta y así otros casos.
Para cada cepa de levadura en particular, los requisitos de nutrientes específicos (composición del mosto) y la sensibilidad a diferentes entornos, determinarán las condiciones de proceso para que esa cepa funcione bien.



FERMENTACIONES ANORMALES



Las fermentaciones industriales de cerveza toleran grandes variaciones en las condiciones del proceso y aunque procesos anormales son raros, fermentaciones lentas o incompletas
ocurren incluso en las más modernas cervecerías que utilizan elaborados procesos control y seguimiento de sus equipos.
Síntomas de una fermentación incompleta pueden ser una larga fase lag acompañada por una tasa de fermentación muy lenta, seguida por ninguna actividad de fermentación.
En otros casos, después de una fase lag normal, la actividad fermentativa puede simplemente detenerse antes de que todos los carbohidratos fermentables sean consumidos.



CAUSAS


Variaciones de proceso


La tasa de inoculación, la viabilidad de la levadura, el nivel de aireación y la fermentabilidad del mosto deben ser las primeras áreas a ser investigadas cuando se tienen fermentaciones anormales; estas condiciones de proceso están entre el más fácil de controlar. Por lo general, una comprobación de la configuración y la calibración de medidores, verificación de los registros de Tiempo-Temperatura, el conteo de células de levadura (incluyendo las células muertas) y un examen microbiológico apuntarán al problema.
El mosto con aireación insuficiente y las bajas tasas de inoculación son las causas comunes de fermentaciones anormales.
Fermentaciones sucesivas en mostos con deficiencia de nutrientes pueden llevar gradualmente al deterioro de la levadura y a fermentaciones lentas. Controles de la levadura mediante el conteo de células en el fermentador pueden alertar sobre una floculación temprana de levadura o su incapacidad de asimilar completamente maltosa o maltotriosa. Una prueba de almidón positiva indicará un problema de conversión en la elaboración del mosto.


Deficiencias de nutrientes del mosto


Una situación más difícil se presenta cuando hay una deficiencia de nutrientes en el mosto. Si fermentaciones lentas o incompletas son un problema constante, las deficiencias del mosto pueden ser la causa. En condiciones normales, el mosto tiene un superávit de nutrientes para el crecimiento de la levadura, pero ante un manejo inadecuado de ésta, puede aumentar la exigencia de un nutriente determinado, y el mosto puede no ser capaz de suministrarlo. Además, la composición del mosto puede verse afectada por cambios en la malta u otra materia prima y también por variaciones en algunos de los procesos elaboración del mosto, dando como resultado una deficiencia de nutrientes.
Las más comunes de estas deficiencias son de oxígeno, zinc, biotina, ácidos grasos insaturados y esteroles. Como se sabe, la levadura requiere oxígeno, ácidos grasos y esteroles, requisitos que están relacionados entre si. Por lo general, suficiente oxígeno reducirá la necesidad de ácidos grasos no saturados y de esteroles en el mosto y viceversa. La biotina es una vitamina obtenida de la malta durante la maceración y es un factor de crecimiento requerido por la mayoría de las levaduras cerveceras.
Al usar altos porcentajes de adjuntos, otra posible deficiencia de nutrientes es un reducido contenido de nitrógeno en el mosto. Aminoácidos insuficientes dificultará el crecimiento adecuado de la levadura.
En mostos con concentraciones altas de glucosa, en relación con los otros azúcares, se pueden dar fermentaciones incompletas consecuencia de lo que se denomina “represión de glucosa”. En este caso, la presencia de altas concentraciones de glucosa impide la levadura sintetizar la enzimas necesarias para asimilar los otros azúcares. Una afección similar puede surgir si hay una alta concentración de fructosa causando un "bloqueo de fructosa".
Estas situaciones son más probables en mostos para cervezas de baja en calorías (baja en carbohidratos) porque el adjunto puede ser glucosa exclusivamente.

Cambios en la levadura.


Otra causa de fermentaciones anormales es la posibilidad de que el rendimiento de la levadura haya cambiado debido a sucesivas reutilizaciones. Dicho cambio puede ser el resultado de varias cosas, por ejemplo por una acumulación en las células de nutrientes normales en cantidades tóxicas; por la adsorción de lúpulo y compuestos del turbio en la superficie de la levadura; por una mutación que afecte la utilización del azúcar; o, como se descubrió durante la década de 1970, por una contaminación con alguna cepa que mate a la levadura.


Tratamiento


Si se descubre que la variación de un proceso es la causa de una fermentación incompleta, es evidente que se deben realizar las modificaciones necesarias en dicho proceso para asegurar un buena fermentación.
Cuando el motivo es una contaminación de la levadura requiere una investigación más cuidadosa para encontrar las fuentes posibles, accionar correctamente y solucionar el problema.
El déficit de nutrientes en el mosto se puede solucionar agregando extracto de levadura o, también, alimento para levadura. Estas preparaciones tienen una variedad de nutrientes beneficiosos para el crecimiento de la levadura. En caso que persistan los problemas de fermentación debido a las deficiencias de nutrientes en el mosto, será necesarios análisis más complejos para determinar qué compuesto es necesario.
El deterioro de la levadura se soluciona utilizando un lote nuevo de levadura recién propagado.
Si una fermentación está estancada, no todo está perdido. Se puede recuperar el producto con la adición de un 10-20% del volumen de otra cerveza en fermentación activa ( con que muestre un krausen alto). En casos severos, la mezcla puede necesitar hasta un 50%. Otro remedio, aunque es más riesgoso, puede ser airear la fermentación. Esto puede activar nuevamente la levadura, pero también aumenta la posibilidad de contaminación o puede causar reacciones de oxidación y sabores no deseados.
Si los azúcares fermentables en el mosto son demasiado bajos, la adición de una enzima amilolíticas en el fermentador puede sustituir un pobre proceso de maceración.

 

Pablo Gigliarelli

 

Fuentes:

 

  • Handbook of Brewing - James H. Munroe
  • Tecnología para Cerveceros y Malteros - Kunze
  • Manual Práctico del Cervecero - Broris de Mesones
  • How to brew - Palmer