Levaduras activas secas ermentis para todo tipo de cervezas Marcelo. Cerdán Seminario para Microcervecerías San José, Costa Rica 20 de noviembre de 2014
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ERMENTIS 2014 Unidad de negocios del grupo Lesaffre, a cargo del desarrollo, márketing y ventas de productos innovadores y servicios para las industrias enológica, cervecera y destilados.. ermentis - All rights reserved.
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ERMENTIS 2014 Nuestra visión: (Ser) La opción obvia para la fermentación de bebidas Nuestra misión: Crear y vender productos innovadores a base de levaduras y sus derivados, que ofrecen soluciones técnicas sustentables, a nuestros clientes y asociados. ermentis - All rights reserved.
Contenido Introducción a la levadura activa seca Cinética de fermentación Los azúcares en cervecería y su utilización loculación Resistencia al alcohol Refermentación en botellas
Introducción a la levadura activa seca Qué es una levadura Evolución de cepas cerveceras Preparación de levaduras en microcervecerías Levaduras activas secas
Qué es una levadura 1. Las levadura son hongos, cuya forma predominante es unicelular y que se dividen por gemación o fisión. 2. Es un microorganismo eucariota, muy robusto, que puede sobrevivir a condiciones muy estresantes, aunque no siempre en condiciones óptimas. 3. El género Saccharomyces es el más conocido y utilizado a nivel industrial, en las industrias de la panificación, cervecera, vino, destilados y etanol industrial. Saccharomyces Yeast Schizosaccharomyces
Evolución de cepas cerveceras La evolución de las cepas cerveceras se dio en las propias cervecerías a partir de cepas salvajes. Hubo un proceso de domesticación. Las levaduras siempre estuvieron sometidas a un proceso de selección; Necesidades impuestas por el proceso (clarificación, temperatura) Cualidades organolépticas En las cervecerías siempre se descartó las levaduras de malas fermentaciones, mientras que se reutilizaron las provenientes de buenas fermentaciones. Los cerveceros fueron moldeando las cepas en diferentes regiones y generaron las variantes actuales. El género Saccharomyces también ha contribuido a generar variabilidad debido a los eventos de hibridación interespecíficos naturales.
Producción de biomasa en plantas cerveceras Etapa de laboratorio Sólido Líquido 50 ml 48 hs 25-28 C 48 hs 25-28 C 24 hs 25-28 C 24 hs 25-28 C 10 ml 100 ml 1 lt 10 lt Se mantiene la esterilidad Los cultivos se crecen con aireación Se utiliza mosto con suplementos nutricionales
Producción de biomasa en plantas cerveceras Etapa en planta Cultivo estéril x 10 lts Propagador Batch x 50 lts Propagador Batch x 200 lts eed batch 50 lts Unitanque x 2000 lts Medio de propagación: Mosto lupulado
Producción de biomasa Cuál es el mejor lugar para producir biomasa? Producir biomasa de levadura en una fábrica de cerveza? Producir biomasa de levadura en fábricas especializadas?
Producción de levadura a escala industrial La levadura es propagada en un ambiente aeróbico en forma feed batch. No se produce alcohol y sólo se produce biomasa de alta calidad para lograr máxima peformance en fermentaciones industriales. Las cepas de cerveza son extremadamente delicadas y pueden ser secadas gracias a tecnología desarrollada por ermentis - Lesaffre
Levadura seca - ventajas Propagación en planta Si se desea trabajar sin riesgo se convierte en un proceso costoso (costo del mosto, personal, implementación de un sistema de control de calidad) En general es altamente riesgoso e incómodo en microcervecerías (requiere coordinar la producción minuciosamente para obtener mosto fresco. Problemas microbiológicos frecuentes Dificultad para emplear más de una cepa a la vez Levadura seca Su costo es menor Calidad microbiología asegurada Es sencillo Es posible ajustar el número de células simplemente pesándolas No se requiere laboratorio Reduce la dependencia de oxígeno disuelto en mosto al inicio de fermentación Posibilidad de utilizar varias cepas a la vez (cervezas estacionales)
Rehidratación de levadura seca
Utilización de producto Unitanque x 2000 lts Levadura seca x 2 kg Hidratación
Cinética de fermentación Cinéticas clásicas de levaduras ale y lagers Relación con el Extracto Orginal
Atenuación Perfiles de fermentación: Safale 100% 15 P, 14 C 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 15 S04 15 US05 15 K97
Perfiles de fermentación: Safbrew
Perfiles de fermentación: Todas las cepas ales Safbrew Abbaye
Atenuación Perfiles de fermentación: Saflager 100,0% 90,0% 80,0% 70,0% 60,0% 50,0% 40,0% 30,0% 20,0% 10,0% 0,0% 15 P, 14 C 0 5 10 15 20 15 S23 15 S189 15 W34/70
Utilización de azúcares Conversión del almidón Perfil de azúcares Utilización de azúcares Azúcares residuales (atenuación)
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
Degradación de Almidón: amilosa
Degradación de Almidón: amilosa
Degradación de Almidón: amilosa
Degradación de Almidón: amilosa
Degradación de Almidón: amilopectina Amilosa
Degradación de Almidón: amilopectina Amilosa
Degradación de Almidón: amilopectina Amilosa
Degradación de Almidón: amilopectina Amilosa
Degradación de Almidón: amilopectina Amilosa
Degradación de Almidón: amilopectina Amilosa
Actividad enzimática Enzima Producto ph Óptimo Temp. Óptima Temp. de Inactivación - Amilasa Cortes al azar Dextrinas y maltotriosa 5,3-5,8 67-75 ºC 80 ºC - Amilasa Ataque desde le extremo reductor Maltosa 5,0-5,5 60-65 ºC 70 ºC
Azúcares derivados del almidón ermentables No ermentables lucosa Maltosa Maltotriosa Dextrinas DPI > 3 unidades de glucosa DP1 DP2 DP3 >DP3
Composición del mosto cervecero 100 90 Desperdicio, bagazo 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Beta-glucanos, proteínas, inorgánicos y otros Dextrinas Maltotriosa Maltosa Sacarosa lucosa y fructosa Extracto no fermentable Extracto fermentable 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 Adaptación del libro Technology Brewing and Malting (Kunze 1996)
La utilización de los azúcares El entendimiento de la dinámica de la utilización de los azúcares permite diseñar estrategias de fermentación correctas y afrontar situaciones difíciles. Con un manejo adecuado de la fermentación alcohólica es posible llegar hasta 16% v/v de alcohol con levaduras comunes. 37
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 uente: The alcohol textbook
ermentando monosacáridos lucosa ructosa Transportador lucosa ructosa Membrana plasmática Aldehídos Etanol Etanol Alcoholes superiores Compuestos de azufre CO 2 CO 2 Ésteres Ácidos orgánicos uente: The alcohol textbook
Transporte de glucosa y fructosa por la familia Hxt
Transporte de glucosa y fructosa por la familia Hxt
Transporte de glucosa y fructosa y sacarosa por la familia Hxt I I
Transporte de glucosa y fructosa y sacarosa por la familia Hxt I I
Transporte de glucosa y fructosa y sacarosa por la familia Hxt I I
ermentando mosto de cerveza lucosa ructosa Transportador Hexosas lucosa lucosidasa Maltosa ructosa Maltosa Maltotriosa Membrana plasmática Maltotriosa Aldehídos Maltosa Etanol Etanol Alcoholes superiores Compuestos de azufre CO 2 CO 2 Ésteres Ácidos orgánicos uente: The alcohol textbook
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. 46
Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-
Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-
Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-
Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-
Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-
Utilización de maltosa y maltotriosa α- α- α-
Utilización de azúcares en los mostos cerveceros Orden de utilización de azúcares en un mosto cervecero (Stewart, 2009)
Atenuación Atenuación aparente (%AA): indica el grado de fermentación de un mosto: (EO E)/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
rado de atenuación aparente Atenuación aparente (%)
Maltotriose residual Maltotriosa residual (g/l) (18 P / tubos EBC) *Depende de la calidad del mosto
17,5+5 P 22,5 P 13,5-18 P Tabla de utilización de azúcares Ales Maltosa Maltotriosa Sacarosa S-04 +++++ ++ +++ US-05 ++++++ ++++ +++++ K-97 ++++++ +++++ +++ T-58 +++++ ++ ++++ S-33 +++++ ++ +++ WB-06 ++++++ ++++++ ++++++ Maltosa Maltotriosa Sacarosa S-04 +++++ + +++++ US-05 ++++++ + +++ K-97 +++++ +++++ ++++++ T-58 +++++ + ++++ S-33 +++++ + ++ WB-06 ++++++ ++++++ ++++++ Lagers Maltosa Maltotriosa Sacarosa S-23 ++++++ ++++ ++++ S-189 ++++++ +++++ +++++ W 34/70 ++++++ +++++ +++++ Maltosa Maltotriosa Sacarosa S-23 ++++++ ++++ +++ S-189 ++++++ ++++ +++++ W 34/70 ++++++ ++++ ++++ Maltosa Maltotriosa Sacarosa S-04 +++++ + +++++ US-05 +++++ + ++++++ K-97 +++++ ++++ ++++ T-58 ++++++ + ++++++ S-33 +++++ + ++++++ WB-06 ++++++ +++ ++++++ 57 Maltosa Maltotriosa Sacarosa S-23 +++++ +++ +++++ S-189 +++++ + ++++++ W 34/70 +++++ + ++++++
loculación loculacón y sedimentación
loculación Activador Ca 2+ Residuos de manosa de paredes Proteína lo inactiva Proteína lo (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. 2011 Jan;110(1):1-18. E.V. Soares: J Appl Microbiol. 2011 Jan;110(1):1-18.
loculación 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). loculación y sedimentación son cosas diferentes. Las cepas ale siempre terminan sedimentando.
loculación y sedimentación loculación Sedimentación
Resistencia al alcohol
Etanol final Alcohol máximo alcanzado en ensayos en tubos EBC
Resistencia al alcohol: Abbaye versus K97 15 P / malta pura 20 P / malta pura 25 P / malta pura 20 P + 5 P / malta pura
Acondicionamiento en botella Levaduras para refermentación Carbonatación en botella Lagering en botella
Refermentación: requisitos Alcohol 10,5 % v/v ermentación en 15 días Temperatura : 30 C Buena sedimentación Buena adherencia en el fondo de la botella No formar agregados al resuspender Respetar el perfil aromático de la cerveza base
Extracto Real (% p/p) Refermentación vs. contenido alcohólico inicial 5,5 5,0 7,7 % v/v @ pitch 9,4 % v/v @ pitch 10,4 % v/v @ pitch Initial extract 4,5 4,0 0 5 10 15 Tiempo (días)
Concentración de glucosa vs tpo (variación respecto a dosis y alcohol incial)
Adherencia 2 11 Bottle shake Bottle shake A1 11 2 11
Alteración del perfil sensorial Acetato de etilo (ppm) Acetato de Isoamilo (ppm) Propanol (ppm) Isobutanol (ppm) Alcohol isoamílico (ppm) Cerveza 1 23.1 1.4 24.5 28.6 55,6 T58-2g/hl 21.8 1.3 24.1 28.3 55,2 10b-2g/hl 23.0 1.3 26.7 29.0 56,0 Cepa 2-2g/hl 22.8 1.3 25.0 29.2 56,3 Cerveza 3 30.0 1.9 16.7 19.2 72,6 10b-2g/hl 30.7 2.0 17.5 19.3 73,0 10b-7g/hl 29.5 1.8 17.7 19.5 72,9 Cepa 2-2g/hl 29.0 1.8 16.6 19.1 72,5 Cepa 2-7g/hl 30.0 1.9 16.7 19.3 72,7
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 yeast 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. 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 + 0.96g 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.
Concentración de levaduras 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 autólisis.
Lagering Proceso de autólisis, ph, T Alcohol alta nutrientes Estrés Levadura activa Levadura inactivada Levadura autolisada Levadura totalmente autolisada Paredes celulares Extracto de levadura Redondez Sensación en boca
Proteínas, péptidos (dulzor / amargor) Lagering 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 osfolípidos
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 ermentación en 15 días Temperatura : 28 C Buena sedimentación Buena adherencia No formar agregados al resuspender Respetar el perfil aromático de la cerveza base Safbrew -2 Aprovechar los beneficios de una autólisis controlada.
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