DETERMINACIÓN DE LAS CARACTERÍSTICAS DEL MOSTO ELABORADO CON MALTA CARAMELO PARA ELABORAR UNA CERVEZA ARTESANAL Q.A. Jaén Echeverría E. a *, Dra. Román Gutiérrez A. b a,b Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Área Académica de Química, Carretera Pachuca-Tulancingo Km 4.5 Ciudad Universitaria, Mineral de la Reforma, Hidalgo. México C.P. 42184 Tel: (01)771 72000 Ext 2201 Fax (01) 771 72000 Ext. 6502 a* (jaen_8610@hotmail.com, aroman@uaeh.edu.mx ) RESUMEN: El mosto es el líquido azucarado que se extrae de la malta mediante los procesos de molienda y macerado. Es una solución compleja y sutilmente equilibrada de carbohidratos fermentables, aminoácidos, fuente de nitrógeno y vitaminas. La malta, al igual que el agua, lúpulo y levadura, forma parte de los ingredientes básicos para la elaboración de la cerveza. La malta es el resultado del remojo, germinación y secado de cebada durante tiempos y temperaturas determinadas. De acuerdo a la temperatura de secado, existen diversos tipos de malta como son la malta clara, malta caramelo y malta chocolate, cada una presenta características especiales de color y sabor. Éste trabajo tiene el objetivo de determinar las temperaturas y tiempos óptimos de la elaboración del mosto a partir de malta caramelo. La malta caramelo se elabora entre 65-175 ºC, esta malta tienen la ventaja de que pueden mejorar la espuma, estabilidad y palatibilidad de la cerveza. ABSTRACT: Must is the liquid macerated chaptalisation that is extracted of malt by crushing and maceration. It is a complex solution and subtly balanced of fermentable carbohydrates, amino acids, source nitrogen and vitamins. The malt, like the water, hops and yeast, comprises of the basic ingredients for the brewing. Malt is the result of soaking, germination and drying of barley during certain times and temperatures. According to the drying temperature, there are various types of malt just like the clear malt, caramel and chocolate malt, each one features a special color and flavor. This work has to object to determine the temperatures and optimal times of the elaboration of must from malt caramel. The malt caramel is elaborated between 65-175 ºC, this malt has the advantage of which they can improve the foam, stability and palatibilidad of the beer. Palabras clave: Cebada, azúcares reductores, azúcares totales. INTRODUCCIÓN La cerveza es una bebida alcohólica de baja graduación, que resulta de la fermentación alcohólica del mosto que se procede de la malta de cebada. En la cual se utilizan levaduras seleccionadas, es aromatizada con lúpulo que da un amargor típico a la cerveza, la hace más ligera de digerir y sirve como conservante natural y finalmente es sometida a un proceso de cocción. (Cerveceros de España, 2001). La producción de cerveza es un proceso complejo que se lleva a cabo mediante los siguientes pasos: integración de la malta, maceración, ebullición, o cocción del DPN83 1
mosto, fermentación, filtración y operaciones finales (filtrado, embotellado y pasteurizado de la cerveza) (Linko y col., 1998). Se da el nombre de malta a los granos germinados y secados de cebada y cuya germinación a sido detenida en su comienzo. El malteado implica tres etapas; remojo del grano, que se realiza hasta que se alcance un porcentaje de humedad entre 41-45%; germinado, durante el cual los granos de cebada desarrollan y activan sus sistemas enzimáticos y finalmente el proceso de secado (Serna, 2001). Las temperaturas típicas para maltas caramelo claras están entre 65-175 C durante un par de horas. La cebada es el cereal que mejor se presta para elaborar cerveza. Una vez obtenida la malta, se muele para una adecuada hidratación y la liberación de enzimas y otros compuestos celulares (Hough, 1990). Posteriormente se realiza la maceración, la cual es la operación más importante en la producción del mosto su objetivo es solubilizar la mayor cantidad de materias hidrosolubles de la malta (Callejo, 2002) generando un mosto que contenga todos los ingredientes necesarios para la fermentación (Bamforth, 2005). El macerado es el primer paso en la degradación del almidón. El proceso de extracción, consta de dos partes; la sacarificación, a lo largo de la cual se activan los enzimas de la malta y la extracción de los compuestos solubles de la malta (Varman y col., 1994). Se requieren varias enzimas para conseguir la completa conversión del almidón a glucosa. La α-amilasa hidroliza enlaces α1-4 entre amilosa y amilopectina, la β- amilasa también hidroliza enlaces α1-4 pero del almidón intacto o dextrinas producidas por la α-amilasa por el extremo no reductor cortando unidades de dos glucosas (moléculas de maltosa), por otro lado la dextrinasa límite, ataca los enlaces α1-6 de las cadenas laterales de amilopectina (Bamforth, 2005). La tabla 1 muestra la temperatura y ph óptimos de las amilasas. Tabla 1. Acción de temperatura y ph sobre las amilasas Temperatura C ph Optima destrucción optima Destrucción α-amilasa 72 75 80 5.6 5.8 --- β-amilasa 62 65 70 5 5.7 Fuente: Callejo, 2002 Se le conoce como mosto a la extracción de los componentes solubles de la malta molida y de los componentes del lúpulo, mediante el macerado a un tiempo y temperatura determinados, en este proceso se transforma el almidón en azúcares fermentables (Vogel, 1999). Con la cocción del mosto dulce se cubren ocho objetivos tecnológicos; evaporación del exceso de agua (concentración), ebullición que permite el ajuste de la densidad y suele durar de 30 a 90 minutos (Callejo, 2002), extracción de los DPN83 2
componentes del lúpulo e isomerización de las humulonas, destrucción de los enzimas de la malta, esterilización del mosto, eliminación de los compuestos volátiles indeseables, formación de los compuestos responsables del aroma, del sabor y del color mediante la reacción de Maillard (Varman y col., 1994), y coagular y precipitar las proteínas y otros compuestos (Frazier, 1993). Típicamente la composición aproximada de los azúcares de un mosto sería 45%maltosa, 15% de maltotriosa, 10% de glucosa, 5% de sacarosa, 2% de fructosa y un 23% de dextrinas, β-glucanos, pentosas, y oligosacaridos, que al no haber en la levadura encimas que lo hidrolicen en azúcares más sencillos y por ende sean fermentadas por las levaduras pasan a formar parte del azúcar no fermentable (Bamforth, 2005). La mayor parte de las cepas de S. cerevisiae transportan y metabolizan primero la sacarosa, glucosa y fructosa (las primeras 24 a 48 horas), comenzando el transporte de maltosa sólo una vez que se ha metabolizado la glucosa (las siguientes 60 a 72 horas). De forma similar, la utilización de la maltotriosa empieza tarde durante la fermentación, cuando se ha consumido la mayor parte de la maltosa (después de las 72 horas). METODOLOGÍA Malteado de cebada Remojo; se toman 200 g de muestra, se lavan con agua potable, para el remojo se utiliza el Método Tradicional (Reyes, 2008), el cual consiste en colocar en recipientes herméticos cebada y agua (1:1.3), el recipiente se tapa y agita constantemente para que la muestra se oxigene y, alcance el 45% de humedad a las 24 hrs. Germinación; una vez finalizado el remojo, se elimina el agua de recipiente y se traspasa a otro recipiente rectangular cubierto con papel aluminio, (para conservar la humedad y evitar contaminación) durante 36 hrs, en este tiempo la raicilla de los granos incrementa un 75%. Secado; es la etapa final del secado, consiste en someter el grano germinado a temperatura de 55 C durante 58 hrs en una estufa de secado (FISHER SCIENTIFIC). Posteriormente se eleva la temperatura a 65 C por 1 h, a 77 C durante 30 min y finaliza aumentando nuevamente la temperatura a 175 C durante 1 h más. Elaboración de mostos La malta molida se mezclo con agua a una temperatura cuidadosamente controlada, para la extracción e hidrólisis enzimática de los componentes de la malta, sobre todo almidón pero también otros componentes, por ejemplo proteínas y β-glucanos (Linko, 1998). Se realizaron diferentes métodos de elaboración del mosto a diversas concentraciones de agua/malta y a diferentes temperaturas, para saber en cual de ellas se obtenía un mejor rendimiento y una mayor cantidad de azúcares fermentables, los mostos elaborados se muestran en los siguientes recuadros. DPN83 3
Para realizar el mosto se utilizaron parrillas simultáneas y vasos de precipitado de 4L, así como termómetros y frascos de vidrio con tapa para guardar las muestras (figura 1). Figura 1. Elaboración de mosto MOSTO 1 (relación malta/agua; 1/3) Condiciones del mosto (volumen constante). Temperatura gradual C Tiempo (h) Volumen de Agua (ml) % de malta clara (g) % de agua caramelo (g) 50 4 225-67.5 60 4 225-67.5 70 4 225-67.5 MOSTO 2 (relación malta/agua; 1/7) Condiciones del mosto (volumen constante). Temperatura constante C Tiempo (h) Volumen de Agua (ml) % de malta clara (g) % de agua caramelo (g) 50 4 350-50 60 4 350-50 70 4 350-50 MOSTO 3 (relación malta/agua; 1/5) Condiciones del mosto (volumen constante). Temperatura constante C Tiempo (h) Volumen de Agua (ml) % de malta clara (g) % de agua caramelo (g) 50 4 250-50 60 4 250-50 70 4 250-50 Una vez que se realizaron los 4 diferentes mostos con sus respectivas variantes, se analizaron los resultados de, azúcares reductores (AR), para elegir el mosto que presentara las mejores condiciones para la levadura en el momento de fermentar. El mosto se filtró con gasa estéril, y se refrigeró. DPN83 4
RESULTADOS Y DISCUSIÓN Malteado de cebada De acuerdo a las pruebas preliminares se obtuvo que el grano germinó en un 95%, lo cual quiere decir que es aceptable para maltear, debido a que cumple con la norma NMX-FF-043-SCFI-2003. Dicha norma indica que las muestras que presenten un 85% de germinación, son ideales para la elaboración de malta cervecera. Es importante señalar que el porcentaje de germinación se relaciona directamente con la viabilidad de germinación del grano de cebada. En cuanto al tamaño de raicilla, éste fue el adecuado ya que incremento el 80% del tamaño real del grano, a temperatura ambiente y dentro de las primeras 24 horas. Cuando la longitud de la raíz alcanza de ¾ a 1.5 veces el tamaño del grano (ó 75 a 150%), se dice que ha concluido la germinación, (Figueroa, 1985). Las condiciones óptimas de malteado para maltas claras son, 16 horas de remojo, 24 horas de germinación, 58 horas de secado a 55 C, posteriormente se realiza la malta caramelo aumentando la temperatura a 65 C por 1 ha, 77 C por 30 min y finaliza aumentando la temperatura a 175 C durante 1 h mas. Elaboración de mostos Los azúcares reductores son los que posteriormente serán utilizados por la levadura en el proceso de fermentación para poder producir alcohol. En el gráfico 1 se presentan las cinéticas de azúcares reductores de los tres diferentes mostos elaborados. El mosto 1 (verde), fue elaborado con una relación 1:3 malta/agua, el mosto 2 (azúl), con una relación 1:7 malta/agua y el mosto 3 (rojo), con una relación 1:5 malta/agua. Para las cinéticas de azucares reductores de los 3 diferentes mostos, se realizaron tres diferentes temperaturas constantes, como se indica en el gráfico 1: cuadro (50ºC), circulo (60ºC) y triangulo (70ºC) durante 4 horas. Se observa que el mosto 1, presenta una mayor cantidad de AR, principalmente a 50 C donde se obtiene 17.10g/L y a 70ºC el porcentaje de AR es mas bajo (7.98g/L). Esto se puede deber a que durante la maceración las enzimas β- amilasas tiene su intervalo optimo de desdoblamiento a 62-65º y estas enzimas hidrolizan las cadenas laterales de la amilopectina y sobre la amilosa actúa llevándola a maltosa y glucosa fundamentalmente (Callejo, 2002). Sin embargo, de éste mosto se obtuvo poco volumen de mosto final, con respecto al volumen empleado inicialmente, una consistencia muy espesa, además de que se emplea bastante materia prima, esto se debe a que el grano molido se hidrata y absorbe el agua dejando poco volumen. Gráfico 1. Comparación de los azúcares totales de los mostos DPN83 5
Típicamente un macerado tiene un espesor de tres partes de agua por una parte de malta (Bamforth, 2005), como se elaboro el mosto 1, sin embargo por razones ya explicadas, se decidió elaborar dos mostos mas, aumentando la concentración de malta/agua a, 1/5 y 1/7 respectivamente. En el gráfico 1, se muestran los valores de AR obtenidos de los mostos a las nuevas concentraciones de agua/malta. En dicho gráfico se observa que la cantidad de AR del mosto 2, para las tres diferentes temperaturas empleadas, es bajo en comparación con el mosto 1 donde la cantidad de agua era menor, esto debido a que se diluyó la concentración de AR al agregar mayor cantidad de agua, obteniendo a 50 C 4.96 g/l y a 70 C 1.69 g/l. El mosto que se elaboro con una relación de 1:5 (malta/agua), se obtuvo 10.03g/L de azúcares reductores a 50 C, mientras que a temperaturas de 60 y 70 C la cantidad de azúcares reductores obtenida es de 5.12 y 5.53 g/l respectivamente, (gráfico 1). Los resultados obtenidos de los tres mostos, a diferentes temperaturas (50, 60,70 ºC) y concentración de agua/malta, nos muestran un aumento en la concentración de azúcares reductores, dando un máximo de concentración en los 50 C en dichas gráficas al llegar a las 4 horas; debido a que el calentamiento del almidón a una temperatura de 50-65 C, rompe su ordenamiento molecular una vez que el almidón se ha roto, las moléculas de almidón son susceptibles a la digestión enzimática (Bamforth, 2005). Por esta razón la relación de 1:5 malta/agua, a 50 C, es la que se eligió como la óptima para realizar posteriores maceraciones de malta caramelo. DPN83 6
CONCLUSIONES Para obtener las condiciones optimas de maltas caramelo se realizan las maltas claras y posteriormente se vuelven a secar sometiendo las muestras a una temperatura de 65ºC por 1 h. Posteriormente aumentar la temperatura a 77ºC por 30 minutos, aumentar la temperatura a 175 C por 1 h. Las maltas caramelo, presentan valores de AR, menores en comparación con las maltas claras. De los métodos de elaboración de mosto caramelo, planteados en este trabajo de investigación, el elaborado a una concentración de 1:5 (malta caramelo: agua, respectivamente), presenta los mejores valores en cuanto a AR. A temperatura de 50 C durante un periodo de 4 horas de maceración se obtiene un mejor extracto de azúcares fermentables en mosto elaborado con malta caramelo. REFERENCIAS Bamforth, W. C. (2005). Food, Fermentation and Micro-organisms, 1 ed. Blackwell Science Oxford, UK. Callejo, G. M. J., (2002). Malteria en: Industria de cereales y derivados. Mundiprensa 1ra edición Madrid España. Cerveceros de España. (2001). Libro blanco de la cerveza. Madrid, España. 15-16pp. Figueroa, Cárdenas Juan de Dios. (1985). Métodos de Para evaluar la calidad maltera en cebada. Secretaría de Ganadería y Recursos Hidráulicos. Instituto Nacional de Investigaciones Agrícolas. México D. F. Pp. 30-67. Frazier, W. C., Westhoff D.C., (1993). Microbiología de los alimentos 4ta edición, editorial Acribia, S.A., Zaragoza España capitulo 21, producción de cultivos para la fermentación de alimentos. Hough, J.S.1990. Biotecnología de la cerveza y de la malta. Ed. Acribia. Zaragoza, España. Pp. 10-13. Linko, M., Haikara, A. et Ritala, A. (1998). Recent advances in the malting and brewing industry. Journal of Biotechnology. Vol. 65. Pp. 85-97. NMX-FF-043-SCFI-2003. Norma Mexicana. Productos Alimenticios no Industrializados para consumo humano- cereal-cebada maltera (Hordeum vulgare y Hordeum distichum). Especificaciones y métodos de prueba. Reyes, M. A. (2008). Comparación de tres métodos de malteado con diferentes variedades de cebada. Tesis de licenciatura. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo. Pachuca. DPN83 7
Serna (2001). Química e Idustrialización de los Cereales. AGT Editor. México, Editor. México D. F. Pp. 47-73 y 79-89. Varman, A. H. Sutherland J. P. (1994). Bebidas, tecnología, química y microbiología. Editorial acriaba, S.A. Zaragosa España. Vogel, W. (1999). Elaboración casera de la cerveza. Ed. Aribia. S. A. Zaragoza, España. DPN83 8