fermentacion cerveza
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Producción de cerveza
1. Malteado2. Macerado3. Cocción 4. Fermentación5. Decantación
Cebadamalteada
Tonel demaceración
ollafermentador
filtro
tanque de almacenamiento
El MALTEADO
Los granos de cebada, no contienen azúcares fermentables. Por lo tanto el almidón de los granos debe ser SACARIFICADO antes de su fermentación por las levaduras.
El malteado corresponde a las primeras etapas de la germinacióny su objetivo es la germinación controlada del grano de cebada mediante la cual se producen enzimas –amilasas, β-glucanasas y proteasas- que sirven para hidrolizar materiales de reserva del grano.
matrizproteica
gránulos dealmidón
Célula delendospermo
pared celular
Pared celular de unaCélula del endospermo
glucosa
β-glucano
β-glucano + pentosanoproteína
pared
β-1,4
o1 4 o1 4
o o
1 3 31 1β
β-1,3
β-glucanos
Estructura del grano de cebada
tegumento
El malteado comienza empapando la cebada en agua durante 2 días a 10-16ºC, para aumentar su contenido en agua hasta un 45%.
Después del empapado, la cebada se germina parcialmente durante 3-5 días bajo condiciones controladas de temperatura(16-19ºC) y aireación que ayudan a la respiración del grano yevitan que se acumule el calor.
El MALTEADO
SECADO u HORNEADO
Primero se seca a 50-60ºC hasta reducir la humedad al 12%, luego se somete a temperaturas de 80-110ºC hasta un 1-5% de humedad.
El horneado suele durar dos días y tiene como objetivo detener las transformaciones bioquímicas para que el grano sea estable para almacenarse.
Inhibe la actividad enzimática
Refuerza la coloración y produce sustancias que influencian el sabor
lagerstout
MACERADOObjetivo: la preparación de un extracto con azucares fermentables,aminoácidos, vitaminas etc, a partir de la cebada malteada. ---La cebada malteada se tritura y se mezcla con agua a temperatura controlada para lograr la hidrólisis de almidón por las amilasas y también de las proteínas por proteasas activadas durante la germinación.---A veces se añade cebada no malteada y otros granos como maíz,arroz, harina de trigo etc. A estos sustratos se les llama ADJUNTOS.
Proceso de maceración
InfusiónDecocciónTemperatura programada
Bioquímica de la maceraciónβ-amilasasα-amilasadextrinasa limite (enzima desramificante)α-glucosidasa
Hidrólisis del β-glucano carboxipeptidasa ácida endo-β-glucanasas
Hidrólisis de proteínas proteasas
Hidrólisis del almidón
Amilopectina
Amilosa
la amilosa está constituida por varios cientos deunidades de glucosa unidas entre sí por enlaces α1-4
la amilopectina es de peso molecular mucho más elevado y tiene de 10.000 a 100.000 unidadesde glucosa. Los segmentos que se encuentran entre los puntos de ramificación tienen aproximadamente17-25 unidades de glucosa con enlaces semejantes a los de la amilosa, mientras que las ramificaciones
están unidas por enlaces α1-6 y algunas en α-1,3.
Bioquímica de la maceración
Almidónα-1,4 terminales
α-glucosidasaglucosa
Almidónβ-amilasa maltosa,
dextrinasα-1,4
Almidónglucosa,maltosa,maltotriosadextrinas
α-amilasaα-1,4
Almidónα-1,6
dextrinasa dextrinasα-1,4
maltosa
β-amilasa
amilosa
amilosaglucosa
dextrina
glucosa
α-amilasa
α-amilasa
maltosa
maltotriosa
dextrinasa
dextrinas α-1,4
β-amilasa
maltosa
dextrinalímite (β) amilopeptina
amilopeptina
α-amilasa
dextrinalímite (α)
glucosa
maltosa
maltotriosa
α- amilasa 60-70ºC (muy alta) mezcla de oligosac. y dextrinasβ- amilasa 57-65ºC (alta) maltosa y dextrinas limitedextrinasa inestable a 65ºC α- 1,4 dextrinasα-glucosidasa inestable a 65ºC glucosa
β−glucanasas 38-50ºC (moderada) tri y tetrasacáridosinestables a 65ºC
Carboxipeptidasa termoestable a 65ºC β-glucano soluble
Peptidasas 38-50ºC (moderada) péptidos y aminoácidosinactivadas a 65ºC
PRODUCTOESTABILIDAD
Enzimas comercialesPullulanasa Bacillus acidopullulycus, Thermus acuaticus…… desramificanteAmiloglucosidasa Aspergillus niger, Rhizopus niveus… ……aumenta la fermentabilidad
Endo- β-glucanasa Bacillus subtilis, Trichoderma mejora la recuperaciónen el macerado y el filtradoProteasas Aspergillus niger, B. subtilis impide el enturbiamiento
por los polifenoles/proteínaGlucosa oxidada A. niger elimina O2, estabiliza el saborAcetolactato descarboxilasa B. licheniformis maduración, elimina diacetilo
alm
idón
gluc
ano
prot
eína
Proceso de maceración:1) infusión 2) decocción y 3) tempertura programada
Infusión: es el proceso clásico que se usa en las cervezas británicas.Tª 62-65ºC, 1-2 h, en depósitos de 7-9 m de diámetro por 2 m de profundidad.Utiliza malta muy bien tratada y modificada puesto que a esta temperaturalas β–glucanasas y las proteasas son inactivadas rápidamente.
Caldo macerado
brazo aspersorrotatorio
Malta y adjuntos molidos Agua caliente (70ºC)
Cama de granoBase falsa
COCCIONUna vez que la sacarificación ha llegado al punto deseado,el extracto acuoso se separa del residuo del grano y se cuece,tradicionalmente con lúpulo en un recipiente de cobre.
El lupulo contiene compuestos terpenoides,α-ácidos y β-ácidos, humulonas y lupulonas(sabor amargo)
La cocción produce:Isomerización de los α-ácidos a iso-α-ácidos que son más amargos.Esterilización y concentración del caldo.Inactivación de enzimasDesnaturalización y precipitación de proteínasno deseadasEliminación de compuesto volátiles no deseados (sabor)Desarrollo de compuestos que dan sabor y color
Humulus lupulusFam. cannavinaceas
Saccharomycescerevisiae
FERMENTACION
1-7μm5-10μm
Ciclo de vida de S. cerevisiae
ESPORULACIONESPORULACIONHaploideHaploide
CONJUGACIONCONJUGACION
DiploideDiploide
FERMENTACION
*Las levaduras son las responsables de la fermentación alcohólica
Louis Pasteur, 1866
Emil Christian Hansen, 1883*Desarrolló la técnica de cultivo puro*Aisló cultivos puros de levadurascerveceras
FERMENTACIONLas fermentaciones de cerveza son fuertemente inoculadas con cepas especiales de levaduras derivadas de una fermentación previa.Antes de Pasteur, la selección y el mantenimiento de las cepas era un arte empírico.
LAGERALE
Laboratorio, W303LAGER-
levaduras de FONDOfermentadores lentoscervezas ligerasTª 10-15ºC7-14 días
ALES y STOUT-levaduras de SUPERFICIEfermentadores vigorososcervezas fuertesTª 20ºC2-7 días
Sacarosa
Invertasa
Maltotriosa
Fructosa
Glucosa
Permeasa
Maltosa
α-glucosidasa
Glucosa
Melibiasa
Glucosa
Galactosa
Melibiosa
Glucosa
Fructosa
Célula de levadura
Toma de azúcares en Saccharomyces cerevisiae
(solo en las cepaslager )
FERMENTACION
CO2
visor Respiradero, colector de CO2
suelo
chaqueta derefrigeración
Salida delrefrigerante
refrigeranteentrada/salida
Vasija de fermentación cilíndrica
FERMENTACION
Fermentación alcohólica
Alcohol deshydogenase
Pyruvatedescaboxylase
FERMENTACION
FERMENTACION
2) SUBPRODUCTOS DE LA FERMENTACION:
1) PRODUCTOS DE LA FERMENTACIÓN: etanol, CO2 y glicerol
Ácidos: ácido acéticoácido succinicoácido láctico ácido caproico
Dicetonas: diacetilo y 2,3 pentano dionaÉsteres: (acetato de etilo), aldehidos (acetaldehido)
Alcoholes superiores : Alifáticos--------- propilico (treonina) aromáticos------- 2-fenil-etanol.
butílico e isobutílico (valina)amílico (isoleucina)hexanol
COCH3
COCH3
CH3
COCH3
COHCH3
HOOC
CH3
CO
α-acetolactato
CO
HOOC
CH3
2 Piruvato
Roturaquímica
Descarboxilaciónoxidativa
CHOHCH3
CHOHCHOH
CH3
2,3-butanodiol
Acetoinreductasa
Diacetilo Acetoína
Diacetilreductasa
α-acetolactatodescarboxilasa
2-oxo-3 metil butanoato
valina
FERMENTACION
Glucosa
Piruvato
Ciclo TCA
Energía
CO2
Etanol
Acetaldehido
Ácidos orgánicos
Aminoácidos
Aminoácidos
Azúcares
Acidos grasos InsaturadosEsteroles
Alcoholessuperiores
Esteres
Membranas
Oxígeno
Dicetonas
CompuestosVolátiles de S
Metabolismo de las levaduras durante la fermentaciónFERMENTACION
MADURACIÓN
3) Control de la turbidez. Se añaden proteasas4) Prevención de la oxidación. Se añade ácido ascórbico o SO2 y enzimas: glucosa oxidasa y catalasa5) Acelerando la maduración. Se añade alfa-acetolactato descarboxilasa bacteriana6) Acabado. Cervezas sin alcohol7) Empaquetado8) Contaminación
1) Carbonatación.Se realiza una fermentación secundaria para carbonatar la cerveza
*se añade azúcar (ales)*se añade caldo de fermentación fresco, 10% (con azucares y levaduras, krausening)*se mantiene a 8ºC durante semanas o meses (lager).
2) Envejecimiento, no se añaden azucares ni levaduras. La cerveza se mantiene a 1-4º C durante 7-10 días y se filtra. Los recipientes se purgan con CO2 para eliminar compuestos volátiles no deseados. La carbonatación se realiza durante el envasado en botellas o latas.
Después de la fermentación la levadura se separa de la cerveza por sedimentación en la base cónica y se obtiene la “cerveza verde”
Para reducir la necesidad de enzimas comerciales y reducir la dependencia de enzimas de la malta se han ideado sistemas para introducir los genes para determinados enzimas y la capacidad para secretarlas.
*) Enzimas amilolíticas para facilitar la hidrólisis del almidón y beta glucanasas…
*) Enzimas que capten oxígeno, que transformen el α–acetolactato a acetoína.
*) Enzimas que permitan la utilización de otros carbohidratos, como celobiosa, lactosa y xilosa.
*) Levaduras con mayor tolerancia a etanol, CO2 y osmótica.
1*) Cepas de levaduras que no estén sometidas a represión catabólica, con mayor velocidad de fermentación.
La tendencia es a emplear enzimas inmovilizadas, que no introducen proteínas extrañas en el producto y se pueden reutilizar, por ejemplo para reducir el nivel de dextrinas alfa-glucosidasa o eliminar el oxígeno con glucosa oxidasa y catalasa o prevenir la formación de diacetilo con alfa-acetolactato descarboxilasa
PERSPECTIVAS
LeffeLeffe is a Belgian brand of Abbey beer. Leffebeers are marketed as premium ales.
AleAle is a type of beer brewed from barley maltwith a top-fermenting brewers yeast thatferments quickly, giving a sweet, full body and a fruity, and sometimes butter-like, taste. Many types of ale include pale ale, brown ale, dark ale, Belgian ale, German ale, and creamale.
LagerLager beer, which was first brewed in Germany some 500 years ago. The word Lager comes from German and means“to store”. Traditionally, the beer is stored in barrels forseveral weeks or longer before being served. Lager is also a general name that includes several variations or styles, suchas Pilsner, Vienna and Märzen.
GuinnessA dry stout that originated in Arthur Guinness’s St. James’s Gate Brewery in Dublin, Ireland. Thedistinctive feature in the flavour is the roastedbarley which remains unfermented. It is extremelypopular with the Irish and is the best sellingalcoholic drink of all time in Ireland, whereGuinness & Co. makes almost €2billion annually.
Stout
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