Cómo se producen grandes cervezas por refermentación? Acondicionamiento en botellas Creando valor

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1 Cómo se producen grandes cervezas por refermentación? Acondicionamiento en botellas Creando valor Marcelo. Cerdán Reunión Anual Somos Cerveceros Tandil, 8 al 10 de noviembre de 2013

2 Contenido Nanocervecerías y creación de valor Refermentación en botellas Carbonatación y utilización de azúcares Sensorial: aromas, sensación en boca, sabor, aspecto visual Estabilidad de la cerveza Desarrollo de una levadura activa seca Ejemplo

3 Nanocervecerías y creación de valor

4 Según Wikpedia Nanocervecerías Una nanocervecería es un cervecería en operación muy pequeña, culturalmente definida por poseer sistemas de producción menores a 470 l (cocimiento). Son reconocidas por el Alcohol and Tobacco Tax and Trade Bureau (TTB) y están contenidas dentro de la ley. En USA una cervecería de 8000 l/mes, podría ser considerada nano En LATAM, más del 90% de las pequeñas cervecerías entran en esta categorías Son nano o picocervecerías?

5 - c r e a t i v i d a d + Pirámide de la felicidad cervecera Industriales Regionales Microcerveceros Nanocerveceros Ho Cerveceros caseros

6 En LATAM Nanocervecerías Extremadamente pequeñas (pico???) Empresas unipersonales Necesitan crear valor por una cuestión de supervivencia y diferenciarse de micros. Refermentación en botella, una gran alternativa

7 Refermentación en botellas Carbonatación y utilización de azúcares Sensorial: aromas, sensación en boca, sabor, aspecto visual Estabilidad de la cerveza Desarrollo de una levadura activa seca Ejemplo

8 Refermentación: A Yeast Job! Objetivos principales: Carbonatación Sensorial: aromas, sensación en boca, sabor, aspecto visual Estabilidad de la cerveza

9 Refermentación en botellas Carbonatación Fermentación primaria Maduración Adición de CO 2 Fermentación secundaria Refermentación en barriles Refermentación en botellas Presión regulada Presión regulada + azúcares Inyección de CO 2 en línea Levaduras + azúcares Levadura Levaduras + otros microorganismos S. cerevisiae, no S. Cerevisiae.

10 Ajuste del nivel de carbonatación H+ or enzyme (C 6 H 10 O 5 ) n + H 2 O C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Enzimas levadura Starch ( 162 g/ mole ) + Water (18g/ mole) lucose ( 180 g/ mole) Ethanol (46g/ mole ) + Carbon Dioxide ( 44 g/ mole ) Almidón (162 g/mol) Agua (18 g/mol) lucosa (180 g/mol) Etanol (46 g/mol) Dióxido de carbono (44 g/mol) Decidir el nivel de carbonatación del la cerveza a producir: Ejemplo: una cerveza lager posee normalmente tiene un nivel de CO 2 de 5 g/l. Una ale acondicionada en barriles (cask ale) posee normalmente 2,5 a 3 g/l de CO 2. yeast Cálculo de la concentración azúcar o mosto a adicionar: + CO 2 final deseado en la cerveza : 5 g/l 180 g de glucosa producen 92 g de etanol + 88 g de CO 2 (eficiencia aprox 95%) 2 g extracto fermentable 1.04 g Etanol g CO 2 (ecuación simplificada) Es posible considerar que 2g de azúcar producen 1 g de CO 2 Ejemplo: Para llegar con el CO 2 a 5 g/l, se debe llevar el extracto fermentable a 10 g/l.

11 Enzimas Hacia dónde van los azúcares? Almidón Etanol licerol Lactato Azúcares fermentables Fermentación Acetato Succínico Biomasa Azúcar residual DP1, DP2, DP3

12 Hacia dónde van los azúcares? Etanol Producto mayoritario de la fermentación alcohólica licerol Subproducto principal: Regula balance redox y resp al estrés Lactato Infecciones bacterianas Azúcar Fermentación Acetato Succínico Biomasa Regula balance redox / Infecciones bacterianas Subproducto e la fermentación / infecciones bacterianas redox y Multiplicación de la levadura Azúcar residual Azúcares no fermentados DP1, DP2, DP3 Fermentis - All rights reserved

13 Perfiles de HPLC para detectar productos de fermentación

14 Azúcares derivados del almidón Fermentables No Fermentables lucosa Maltosa Maltotriosa Dextrinas DPI > 4 unidades de glucosa DP1 DP2 DP3 >DP3

15 6 OH H 2 C 5 H C O H H C 1 OH HO C C 2 3 H OH O 6 OH H 2 C 5 H C O H H OH C 1 C C 2 3 H OH O Almidón Esta formado por dos tipos de cadenas de glucosas Amilosa, cadena lineal con uniones 1-4 Amilopectina, cadena ramificadas con uniones 1-4 y 1-6 C H C H H 4C HO 6 H 2 C 5 C H OH C 3 H OH O H C 2 OH H C 1 O H 4C 6 H 2 C 5 C H OH C 3 H O H H C 1 C 2 OH O H 4C 6 H 2 C 5 C H OH C 3 H OH O H H C 1 C 2 OH O H 4C 6 H 2 C 5 C H OH C 3 H OH O H C 2 OH H COH 1

16 Actividad enzimática Enzima Producto ph Óptimo Temp. Óptima Temp. de Inactivación - Amilasa Cortes al azar Dextrinas y maltotriosa 5,3-5, ºC 80 ºC - Amilasa Ataque desde le extremo reductor Maltosa 5,0-5, ºC 70 ºC

17 Degradación de Almidón: amilosa

18 Degradación de Almidón: amilopectina Amilosa

19 Composición del mosto cervecero Desperdicio, bagazo Beta-glucanos, proteínas, inorgánicos y otros Dextrinas Maltotriosa Maltosa Sacarosa lucosa y fructosa Extracto no fermentable Extracto fermentable Adaptación del libro Technology Brewing and Malting (Kunze 1996)

20 Composición del mosto cervecero Desperdicio, bagazo Beta-glucanos, proteínas, inorgánicos y otros Dextrinas Maltotriosa Maltosa Sacarosa lucosa y fructosa Adaptación del libro Technology Brewing and Malting (Kunze 1996)

21 Qué hace una levadura? Azúcar Azúcar Transportador Azúcar Azúcar Membrana plasmática Aldehídos Etanol Etanol Alcoholes superiores Compuestos de azufre CO 2 CO 2 Ésteres Ácidos orgánicos Fuente: The alcohol textbook

22 Fermentando mostos de uva lucosa Fructosa Transportador lucosa Fructosa Membrana plasmática Aldehídos Etanol Etanol Alcoholes superiores Compuestos de azufre CO 2 CO 2 Ésteres Ácidos orgánicos Fuente: The alcohol textbook

23 Transporte de glucosa y fructosa por la familia Hxt F F F F F F F F F F F

24 Transporte de glucosa y fructosa y sacarosa por la familia Hxt F F I F F F F F F F F I F

25 Utilización de glucosa y fructosa Hay un orden secuencial en el uso de azúcares. Los monosacáridos (glucosa y fructosa se utilizan inicialmente), interviniendo los sistemas de transporte Htx. La glucosa es el monosacárido preferido. La glucosa causa un retraso en la utilización de otros azúcares por un mecanismo denominado represión catabólica, que inactiva enzimas y transportadores necesarios para la utilización de otros azúcares. La sacarosa no es utilizada directamente: debe ser degradada por una invertasa presente en el espacio periplásimico (codificada por el gen SUC) a fructosa y glucosa. 25

26 Fermentando mosto de cerveza lucosa Fructosa Transportador Hexosas lucosa lucosidasa Maltosa Fructosa Maltosa Maltotriosa Membrana plasmática Maltotriosa Aldehídos Maltosa Etanol Etanol Alcoholes superiores Compuestos de azufre CO 2 CO 2 Ésteres Ácidos orgánicos Fuente: The alcohol textbook

27 Utilización de maltosa y maltotriosa La maltosa y maltotriosa utilizan sistemas de transporte independientes del utilizado por monosacáridos. La maltotriosa no tiene transportadores específicos. Es transportado por algunos de los transportadores de maltotriosa. La mayoría de los transportadores que pueden ingresar maltosa y maltotriosa en la célula tienen más afinidad por la maltosa. La utilización de maltosa sólo comienza cuando el 60% de la glucosa ya fue consumido. La competencia entre maltosa y maltotriosa por los mismos transportadores ocasiona que el consumo de maltotriosa queda para el final. 27

28 Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-

29 Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-

30 Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-

31 Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-

32 Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-

33 Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-

34 Utilización de azúcares en los mostos cerveceros Orden de utilización de azúcares en un mosto cervecero (Stewart, 2009)

35 17,5+5 P 22,5 P 13,5-18 P Tabla de utilización de azúcares Ales Maltosa Maltotriosa Sacarosa S US K T S WB Maltosa Maltotriosa Sacarosa S US K T S WB Lagers Maltosa Maltotriosa Sacarosa S S W 34/ Maltosa Maltotriosa Sacarosa S S W 34/ Maltosa Maltotriosa Sacarosa S US K T S WB Maltosa Maltotriosa Sacarosa S S W 34/

36 Atenuación Atenuación aparente (%AA): indica el grado de fermentación de un mosto: (EO EF)/EO Cuanto > %AA, entonces, < cantidad de azúcares residuales El % de AA depende de: Proporción de azúcares fermentables vs. No fermentables Capacidad de la levadura de fermentar maltotriosa

37 Comparación entre levaduras ale ADF (%) Safale and Safbrew S 04 US 05 K 97 T 58 S 33 WB ,5 P 18 P 17,5+5 P 22,5 P 37

38 Comparación entre levaduras ale Residual sugars (g/l) Safale and Sabrew S 04 US 05 K 97 T 58 S 33 WB ,5 P 18 P 17,5+5 P 22,5 P 38

39 Comparación de levaduras lager ADF (%) Saflager S23 S 189 W 34/ ,5 P 18 P 17,5+5 P 22,5 P 39

40 Comparación de levaduras lager Saflager Residual sugars (g/l) ,5 P 18 P 17,5+5 P 22,5 P S 23 S 189 W 34/70 40

41 Ajuste del nivel de carbonatación H+ or enzyme (C 6 H 10 O 5 ) n + H 2 O C 6 H 12 O 6 2C 2 H 5 OH + 2 CO 2 Enzimas levadura Starch ( 162 g/ mole ) + Water (18g/ mole) lucose ( 180 g/ mole) Ethanol (46g/ mole ) + Carbon Dioxide ( 44 g/ mole ) Almidón (162 g/mol) Agua (18 g/mol) lucosa (180 g/mol) Etanol (46 g/mol) Dióxido de carbono (44 g/mol) Decidir el nivel de carbonatación del la cerveza a producir: Ejemplo: una cerveza lager posee normalmente tiene un nivel de CO 2 de 5 g/l. Una ale acondicionada en barriles (cask ale) posee normalmente 2,5 a 3 g/l de CO 2. yeast Cálculo de la concentración azúcar o mosto a adicionar: + CO 2 final deseado en la cerveza : 5 g/l 180 g de glucosa producen 92 g de etanol + 88 g de CO 2 (eficiencia aprox 95%) 2 g extracto fermentable 1.04 g Etanol g CO 2 (ecuación simplificada) Es posible considerar que 2g de azúcar producen 1 g de CO 2 Ejemplo: Para llegar con el CO 2 a 5 g/l, se debe llevar el extracto fermentable a 10 g/l.

42 Es importante conocer cómo se comportan las levaduras Es muy importante conocer el comportamiento de las levaduras respecto a los azúcares residuales. O sea, cómo fermentan la maltotirosa. Se debe tener en cuenta la concentración de azúcares residuales y la levadura de refermentación para calcular la carbonatación correcta

43 Concentración de levaduras Azúcar residual (g/l) CO 2 potencial (g/l) Safale S Safale K Safale US ,5 Safbrew WB Safbrew S Safbrew T ,5 Saflager S Saflager S Saflager W 34/70 2 1

44 Safale S-04 Maltotriosa (g/l) Alcohol potencial Maltotriosa (g/l) final Consumo (g/l) % de utilización inicial (g/l) S 04 13, % 3.18 S % 3.89 S 04 17, % S 04 22, % 1.42 Maltosa (g/l) inicial Maltosa (g/l) final Consumo (g/l) % de utilización Alcohol potencial (g/l) S 04 13, % S % S 04 17, % S 04 22, % Sacarosa (g/l) inicial Sacarosa (g/l) final Consumo (g/l) % de utilización Alcohol potencial (g/l) S 04 13, % 2.13 S % 2.55 S 04 17, % S 04 22, % 3.80 Monosacáridos (g/l) inicial Monosacáridos (g/l) final Consumo (g/l) % de utilización Alcohol potencial (g/l) S 04 13, % S % S 04 17, % S 04 22, % Azúcares totales Azúcares totales Alcohol potencial Consumo (g/l) % de utilización (g/l) inicial (g/l) final (g/l) S 04 13, % S % S 04 17, % S 04 22, %

45 Calidad sensorial y refermentación El exceso de levadura en refermentación, conduce a aromas no deseados, producto de autólisis no controlada. Cuando se refermenta con levaduras frescas y a baja concentración, se pueden obtener efectos positivos de la autolisis. ran secreto de las cervezas belgas de refermentación

46 Oganoléptico - Sabor Sabor: Salado Dulce Amargo Acidico Levadura: No Si Si Si S. cerevisiae, depende de la cepa No S. cerevisiae Láctico Acético Acidos orgáncios débiles

47 Organoléptico Sensación en boca Sensación en boca: Cuerpo Redondez Levadura: Sí Sí Maduración REDONDO: equilibrio y armonía, sin extremos duros. RASO: de tacto untuoso. CUERPO: sensación de plenitud en la boca, de intensidad y complejidad al paladar.

48 Organoléptico Sensación en boca Proceso de autólisis, ph, T Alcohol Falta nutrientes Estrés Levadura activa Levadura inactivada Levadura autolisada Levadura totalmente autolisada Paredes celulares Extracto de levadura Redondez Sensación en boca

49 Organoléptico Sensación en boca Proteínas, péptidos (dulzor / amargor) Ácidos nucleicos (flavors) Amino ácidos (aroma, antioxidante) Lípidos Polisacáridos (redondez, sensación en boca) Pared celular Espacio periplásmico Manoproteínas Beta-glucanos Quitina Proteínas periplásmicas Membrana Proteínas Esteroles Fosfolípidos

50 Organoleptic Mouth feel Posibles macromoléculas ejerciendo el efecto coating en complejos polifenoles (taninos) - proteínas Insoluble Proteínas Taninos astringentes Soluble Macromoleculas Soluble Los nuevos coplejos formados son más hidrfílicos y menos reactivos a proteínas redondez, suavidad, grasitud

51 Desarrollo de aromas VOLÁTILES Ácidos grasos Ácido acético Ácido butírico Ácido 3-methyl butírico Ésteres Acetato de etilo Isoamil acetato Etil-caproato Etil-vapilato Etil-laurato Etil-hexanoato Aldehídos Acetaldehído 2-nonenal 3-Metil-butanal Trans-2-heptanal Isobutiraldehído Alcoholes Etanol 2-Metil-butanol 3-Metil-butanol 2-Fenil-butanol 3-Fenil-etanol 4-Etil-fenol Hexanol Isoamylalcohol Isobutylalcohol Octanol

52 Producción y reducción de VDKs Treonina Azúcares del mosto Objetivo: reducir VDKs Piruvato α-acetohidroxibutirato α-acetolactato α-acetohidroxibutirato 2-3-pentanediona Isoleucina 2-3-pentanediol Valina 2-3-butanodiol α-acetolactato diacetilo

53 Floculación Activador Ca 2+ Residuos de manosa de paredes Proteína Flo inactiva Proteína Flo (activa) Proceso reversible, asexual, calcio dependiente, donde miles de células se adhieren formando flóculos, que luego sedimentan (fermentación baja) o emergen a la superficie (fermentación alta tradicional) E.V. Soares: J Appl Microbiol Jan;110(1):1-18. E.V. Soares: J Appl Microbiol Jan;110(1):1-18.

54 Floculación de cepas ales y lagers Normalmente las cepas tipo ale floculan y suben a la superficie del fermentador (fermentación alta), probablemente al adherirse burbujas de CO 2 a los sitios hidrofóbicos de los flóculos (arrastre). Las cepas lager floculan y luego sedimentan (fermentación baja). Floculación y sedimentación son cosas diferentes. Las cepas ale siempre terminan sedimentando.

55 Floculación

56 Organoléptico Visual. Cerveza: No turbia Turbia Levadura: Se debe adherir al fondo Powdery

57 Refermentación en botella Desarrollo de una levadura activa seca Objetivos: Alcohol 10,5 % v/v Fermentación en 15 días Temperatura : 28 C Buena sedimentación Buena adherencia Que no forme agregados al resuspender Sensorial: lo más neutral posible

58 Saturación de CO 2 (g CO 2 /L) Selección de una levadura de refermentación Desempeño de 7 cepas seleccionadas en la refermentación de 3 cervezas diferentes, con una concentración inicial de 11,5% alcohol por volumen. Tasa de inoculación: 2 g/hl, fermentación por 14 días a 18 C. 4 3,5 10b> 2 > A1 > 3 > Safbrew T58 > 1 > 6 3 2,5 2 1,5 1 0,5 S b A1 2 T 58 10b b 2 A1 Cepa de levadura

59 Refermentación en botella; Performances con la cepa 10b La cepa10b fue seleccionada y evaluada: Con varias concentraciones crecientes de etanol Inoculaciones de 2 g/hl y 7 g/hl En cervezas belgas Blond, Ámbar y oscuras Protocolo: Se removió el CO 2 de cervezas comerciales Se agregó azúcar u levadura rehidratada Refermentación at 28 C

60 Extracto Real (% p/p) Refermentación vs. contenido alcohólico incial 5,5 5,0 7,7 % pitch 9,4 % pitch 10,4 % pitch Initial extract 4,5 4, Tiempo (días)

61 Concentración de glucosa vs tpo (variación respecto a dosis y alcohol incial)

62 Adherencia Cepa 10b 2 11 Bottle shake Bottle shake A

63 Alteración del perfil sonsorial Acetato de etilo (ppm) Acetato de Isoamilo (ppm) Propanol (ppm) Isobutanol (ppm) Alcohol isoamílico (ppm) Cerveza ,6 T58-2g/hl ,2 10b-2g/hl ,0 Cepa 2-2g/hl ,3 Cerveza ,6 10b-2g/hl ,0 10b-7g/hl ,9 Cepa 2-2g/hl ,5 Cepa 2-7g/hl ,7

64 PPM PPM PPM PPM Blond A Refermentación en botella Performances con la cepa 10b Control 20 Trial 0 Blond B Control Trial Amber Control Trial 0 Dark Control Trial Flavor profile similar to control

65 PPM PPM PPM PPM Bottle refermentation of high alcohol-beers; Performances of strain 10b: Blond A Control Trial 7g/l Blond B Control Trial Amber Control Trial 0 Dark Control Trial Flavor profile similar to control even at high pitching rate

66 Refermentación en botella; Performances con la cepa 10b Diferencia en concentraciones de fenoles antes y después de la refermentación. Yeast 4-Vinyl guaiacol µg/l 10b <15 (*) (*) Límite de detección A b no produce fenoles durante la refermentación

67 2 11 Se lanzó 10b en el Mercado con el nombre commercial Safbrew F-2 A1 11 2

68 Conclusiones sobre refermentación Remover la levadura de la fermentación primaria Utilizar levadura fresca para la refermentación y a bajas concentraciones Utilizar la cepa adecuada Alcohol 10,5 % v/v Fermentación en 15 días Temperatura : 28 C Buena sedimentación Buena adherencia No formar agregados al resuspender Respetar el perfil aromático de la cerveza base Safbrew F-2 Aprovechar los beneficios de una autólisis controlada.

69 Receta Biere de Saison Características del estilo: Estilo con fuerte arraigo entre homebrewers Producida por campesinos de Valonia (Bélgica) y difícil de distonguir por la Saison francesa. Pueden tener especias o no: coriandro, anís, comino, jengibre (adicionadas al inicio del hervor a en el whirlpool). Imposible crear una receta típica para esta cerveza Malta base tipo Pilsen. Suele contener malta tipo que aporta tonos rojizos (Munich o Viena), trigo malteado o sin maltear y alguna malta oscura.

70 Receta Biere de Saison Estadísiticas generales del estilo: EO: 1,048 1,065 EF: IBUs: SRM: 5 14 ABV:5 7% Seco

71 Receta Biere de Saison EO 15,00 P EF 2,25 P IBU 25 Color SRM ABV 6,80% Malta % Pilsen nacional 55,0% Trigo pálida (Weyermann) 20,0% Carawheat Weyermann 5,0% Munich Type II Weyermann 20,0% Mix de especias Cáscara de naranja y coriandro en el Whirlpool (40 g/hl mezclar 50% y 50%)

72 Temperatura en C Receta Biere de Saison 80 Maceración Tiempo en minutos Infusión simple Alta proporción de fermentables

73 Hervor y lupulación Hervor: 60 minutos Lupulación Magnum: 40 g/hl al inicio del hervor Styrian oldings: 110 g/hl cuando falten 15 min para finalizar el hervor Adición del mix de especias en el whrilpool

74 Levadura y fermentación Levadura Safbrew WB-06 Perfil de ésteres y fenólico (clavo de olor) Muy atenuante (fermenta 100% de la maltotriosa Fermentación Fermentar a 27 C (favorece los ésteres) y la buena atenuación Ni bien llega a atenuación descender a 12 C y dejar madurar por una semana Enfriar a 4 C por dos semanas y filtrar

75 Refermentación en botella Agregar 3 g/hl de Safbrew F2 (previamente hidratada según protocolo) Agregar 8 g/l de dextrosa (glucosa) Incubar a C por dos semanas Madurar 2 meses a 15 C antes de liberar el producto en el mercado

76 Muchas gracias!

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