Estudio sobre la concentración ideal de cebada para la producción de cerveza American pale ale

La cerveza es uno de los productos más consumidos por el peruano. Se estima que aproximadamente una persona consume 46 litros de cerveza al año (Perú21, 2022), por lo que su impacto en la economía es en su mayoría positivo al ser extremadamente popular. Su producción, por otro lado, supone un proceso químico complejo en el que, por medio de 4 pasos -aproximadamente-, se termina elaborando esta bebida alcohólica a partir de la malta, el lúpulo, el agua y la levadura.

Tengo interés por su producción, especialmente la parte de la fermentación, gracias a que mi papá se ha dedicado a la elaboración de la cerveza desde la época de la pandemia del COVID-19 al ver que sería más dificultoso obtenerla. Como resultado de mi interés inculcado por mi papá, nace el compromiso de investigar cuál sería la concentración ideal de cebada necesaria para la elaboración de un tipo de cerveza deliciosa, pero compleja. Un dato que brotará a partir de la fase de fermentación de la levadura Saccharomyces cerevisiae, que es especialmente utilizada para la producción de la cerveza American Pale Ale, ya que al no ser capaz de metabolizar todos los azúcares de la malta termina por darle ese sabor dulce tan característico.

¿Cuál es la concentración ideal de cebada que debe ser utilizada en la fermentación de la levadura Saccharomyces cerevisiae para la producción de cerveza American Pale Ale?

• Medir el nivel de alcohol en la producción de la cerveza American Pale Ale
• Contabilizar los resultados de la prueba sensitiva de sabor de la cerveza American Pale Ale
• Contabilizar los resultados de la prueba sensitiva de aroma de la cerveza American Pale Ale

La concentración de cebada tiene un gran efecto sobre las cualidades sensoriales y en una menor cantidad en las físicas. Se espera que sea la concentración inicial y la concentración 2 las que se demuestren como ideales. Ya que, mientras más cebada, más cantidad de azúcares serán liberados durante la maceración y por lo tanto mayor nivel de alcohol; y el nivel ideal de la cerveza American Pale Ale debería estar entre 4,5% y 6,2% (Strong, 2021, p. 33), es decir entre los bajos e intermedios, similares a sus concentraciones de cebada. Y por otro lado, justamente porque “En el mosto, la concentración de compuestos nitrogenados afecta tanto al crecimiento de las levaduras como a la generación de compuestos volátiles responsables del aroma y el sabor durante la fermentación” (Loviso & Libkind, 2018), es que , se espera que los resultados ideales provengan de la concentración inicial y la concentración 2; ya que son las concentraciones intermedias que, por lo tanto, deberían dar los datos intermedios que van acorde con el “Aroma a lúpulo de moderado a moderadamente alto” (Strong, 2021, p. 33), y el “Amargor moderado a alto” (Strong, 2021, p. 33) que deberían tener las American Pale Ale.

La Universidad Nacional de la Plata, afirma que “La elaboración de cerveza es una de las prácticas biotecnológicas más antigua de la humanidad”. (2020, p. 2). Es esta una bebida alcohólica elaborada a partir de 4 elementos básicos: agua, lúpulo, malta -cebada- y levadura. Es, a su vez, considerada una de las bebidas más antiguas del mundo y su proceso de elaboración ha sido modernizado a través de los años; sin embargo, el proceso sigue siendo el mismo a grandes rasgos. La diferencia principal radica en el cereal utilizado para poder obtener diferentes sabores y aromas.

El proceso se puede resumir en 6 etapas. Comenzando con la molienda parcial del grano malteado y la maceración de la malta previamente molida. Luego se pasa al filtrado para conseguir una malta libre de granos y el hervor que contiene diversos objetivos esenciales para la elaboración de la cerveza. Posteriormente, se pasa a la fermentación en donde se agregan las levaduras que convertirán los azucares en alcohol y CO₂. Y finalmente, la carbonatación con el fin de lograr una cantidad de CO₂ adecuada.

Dentro del proceso descrito anteriormente, la fermentación es un proceso clave, ya que este convierte los azucares, provenientes del mosto, en alcohol y CO₂, a través del metabolismo de las levaduras, las cuales son adicionadas sobre el mosto cocido y enfriado. En este proceso, se hace uso de la levadura. Diferentes tipos de levadura darán como resultado diferentes tipos de cerveza.

Su proceso puede ser resumido en -

• El despertar de la levadura - Esto puede tomar varias horas y el tiempo variará según diferentes factores como la temperatura, la riqueza del mosto y de la calidad de la propia levadura y de su estado. Aquí, la levadura absorberá oxígeno, vitaminas y minerales provenientes del mosto.
• Formación del krausen - Cuando ya ha despertado la levadura, esta consume o rompe los azúcares presentes en el mosto. Para esto consta de unas enzimas llamadas alfa y beta amilasa, que catalizan la conversión de glucosa en 2 moléculas de etanol y 2 de CO₂.
• Fermentación o maduración - En esta fase el crecimiento de la levadura disminuye y el mosto se queda sin oxígeno.
• Sedimentación - Como bien dice su nombre, la levadura genera el sedimento, ya que ha producido casi todos los sabores y olores que la cerveza requiere.

Existen diversos tipos de levadura que se clasifican según la cantidad de tiempo que toman para llegar a la fermentación. Las dos familias más grandes de levadura utilizadas para la elaboración de la cerveza son las “larger” o las “ale”. Las larger llevan el nombre científico de Saccharomyces uvarum y esta necesita temperaturas bajas para poder fermentarse, esta deja cervezas ligeras de aroma y sabor. Por otro lado, las Ale (Saccharomyces cerevisiae) necesitan altas temperaturas para fermentar y no son capaces de digerir todos los azúcares presentes en el mosto, por lo que producen una cerveza más dulce con olores más fuertes. Esta es utilizada para la cerveza “American Pale Ale”.

La malta es indispensable para la elaboración de cerveza, ya que esta contiene los azúcares que la levadura luego metaboliza para fabricar el alcohol. La cebada al hervir suelta un mosto -un líquido extraído del proceso de remojado de malta durante la etapa de fabricación de la cerveza- que contiene todos los azúcares -además de pH y minerales- liberados durante la infusión, un proceso en el cual la cebada se convierte en malta. Su alto contenido en azúcares es precisamente metabolizado por las levaduras para generar el alcohol de la bebida.

Se le llama malta, al grano de cebada después de ser sometido un proceso de germinación y posterior secado. Existen diversos tipos de malta, por ejemplo, la malta base es un tipo de malta clara utilizada en la producción de algunos tipos de cerveza, entre ella la Pale Ale, esta es una de las maltas que mayor cantidad de almidones hidrolizables aporta. De alguna forma u otra, la malta aporta sabor y color a la cerveza.

El tipo de cerveza American Pale Ale es un tipo de cerveza elaborada a partir de la levadura Saccharomyces cerevisiae y su proceso de fermentación tiene lugar en la superficie del mosto, por lo que se les conoce como cervezas de alta fermentación. Según De Clerk (1957) citado por Gutierrez, Llave, Quinte, y Valderrama (2019), “la fermentación de la cerveza Ale se da de manera más pronta y bajo una temperatura de 20 °C aproximadamente,16 actuando la levadura en la superficie del mosto. Además, tienen un elevado porcentaje de alcohol y son muy aromáticas.” (p. 16-17). Por otro lado, el término “Ale” indica como esta se caracteriza por el intenso sabor a malta, contiene una sensación de dulce cuando recién la pruebas; sin embargo, después el amargor se intensifica, pero es bastante regulable.

Guerberoff, Lopez, Marchesino y Olmedo (2020) afirman que “La calidad de la cerveza hace referencia a parámetros sensoriales relacionados con el estilo, como el amargor, dulzor, sequedad, carácter de la malta, intensidad del lúpulo y similares”. (p.52).  Para ello es necesario saber qué tipo de sabores o aromas son los requeridos según el tipo de cerveza que se desea elaborar.

Para esta investigación se han escogido 3 parámetros de los distintos que existen, los cuales son el nivel de alcohol, el sabor y el aroma de la cerveza. En el caso específico de la cerveza American Pale Ale los parámetros ideales son -

• Sabo - En cuanto al sabor, se indica que “Hop flavor and bitterness often linger into the finish, but the aftertaste should generally be clean and not harsh. [El sabor a lúpulo y el amargor a menudo persisten hasta el final, pero el regusto generalmente debe ser limpio y no áspero]” (Strong, 2021, p. 33).
• Nivel de alcohol: En la sección estadística, la guía del Programa de Certificación de Jueces de Cerveza (BJCP) indica que el nivel de alcohol debe encontrarse entre 4,5% y 6,2% (Strong, 2021, p. 33).
• Aroma - Se indica que el aroma puede contener una amplia cantidad de características según la personalización de la cerveza, sin embargo “(…) but a hoppy aroma should be apparent [pero debe ser evidente un aroma a lúpulo]” (Strong, 2021, p. 33).

• Concentración ideal de cebada en la producción de cerveza - kg de cebada/litros de agua utilizados durante la maceración
• Cantidad de levadura y lúpulo - Utilicé una balanza electrónica
• Tiempo en días de la fermentación - Utilicé un calendario
• pH del mosto - Utilicé un sensor de pH
• Cantidad de azúcar utilizada para la carbonatación de la cerveza - Utilicé una balanza electrónica

• Antes de comenzar, desinfectar todos los utensilios con el ácido peracético.
• Partir el total de 1600 g cebada Pale Ale en el molinillo de grano
• Calentar 3.5 litros de agua hasta alcanzar una temperatura de 70 °C en una olla.
• Agregar una malla coladora a la olla.
• Maceración - Agregar la cebada partida a la olla, mezclar bien para evitar grumos y tapar la olla. Mantener la temperatura en 66-67 °C durante 60 minutos. Luego, subir la temperatura a 76 °C y dejar reposar durante 10 minutos.
• Mientras tanto, calentar a 70 C otros 3.5 litros de agua en otra olla.
• Una vez pasados los 70 minutos en la olla anterior, usar la espumadera y una jarra pequeña para limpiar el mosto.
• Con el mosto limpio, realizar tanto la prueba del yodo, donde el mosto debe salir marrón claro.
• Vaciar la mezcla con una manguera atóxica e ir añadiendo los 3.5 litros de agua restantes y previamente calentados.
• Transferir el mosto a la segunda olla donde se calentó previamente el agua; una vez se obtenga el mosto final, medir el nivel de pH.
• Una vez colado, hervir el mosto y agregar 9 g de lúpulo a la olla. Dejar hervir por 45 minutos sin tapar la olla. Luego, adicionar los 9 g lúpulo restantes y esperar 15 minutos antes de sacarlo del fuego.
• Transferir el mosto a un fermentador previamente desinfectado y dejar enfriar el mosto para bajar la temperatura.
• Cuando el mosto llegue a 30 C agregar la levadura seca y mezclar bien.
• Tapar el fermentador y llenar la válvula airlock con agua hasta la marca indicada para permitir la liberación de dióxido de carbono.
• Dejar reposar el líquido en el fermentador por aproximadamente 7 días a temperatura ambiente. Luego, mover el fermentador a la refrigeradora por otros 7 días.
• Separar 35 g de azúcar impalpable y poner a hervir 75 ml de agua para diluir el azúcar en un recipiente por separado.
• Una vez disuelta, agregar la mezcla al fermentador que contiene la cerveza fermentada para lograr la carbonatación. Con ayuda de una cuchara, mezclar bien.
• Desinfectar las botellas una por una con ácido peracético y llenarlas con la cerveza con ayuda de una manguera atóxica, es importante dejar 2 dedos de espacio. Cerrar las botellas con sus respectivas chapas y la ayuda de un enchapador. Etiquetar las botellas con la cantidad de cebada con la que fue elaborada.
• Guardar las botellas en un lugar alejado del sol por 15 días para que puedan carbonatar correctamente y puedan ser probadas por la muestra de personas que participarán en la prueba de sensibilidad para el aroma y sabor de la cerveza.
• Repetir la receta otras 4 veces con las diferentes concentraciones de cerveza establecidas. Concentración de cebada referente a utilizar para la producción de 5 litros de cerveza - Receta inicial -1600 g de cebada para 7 litros de agua durante la maceración (229gr/L)
  • Concentración 1 - 684 g de cebada para 7 litros de agua durante la maceración (97gr/L)
  • ​​​​​​Concentración 2 - 1350 g de cebada para 6 litros de agua durante la maceración (223gr/L)
  • Concentración 3 - 1250 g de cebada para 10 litros de agua durante la maceración (250gr/L)
  • Concentración 4 - 1900 g de cebada para 8 litros de agua durante la maceración (238gr/L)
• Una vez se tengan todas las botellas de diferentes cantidades de cebada, se realizarán las pruebas de calidad.
  • Para calcular el nivel de alcohol, se utilizó un alcoholímetro que mide en % ABV (Porcentaje de alcohol por volumen) con 12 botellas diferentes después de la carbonatación por separado en cada concentración de cerveza.
  • Para el sabor y el aroma, se realizó pruebas sensitivas con una muestra de personas ajenas al experimento, que puntuaron la cerveza en rangos del 1-10 para determinar la información con más precisión.
  • En este testeo, se convocó a 15 personas y se les informó sobre el procedimiento y las bases de lo que se iba a realizar; sin embargo, no se les brindó detalle sobre que muestra era cual, con el objetivo de no afectar su calificación.
  • Se comenzó con la concentración original y luego se prosigió con las siguientes, en orden. Entre cada testeo, se les ofreció un vaso de agua para no alterar el sabor de la siguiente cerveza y al finalizar, se les informó por completo de que concentración era la que habían consumido. La encuestra se realizó verbalmente.
• Los restos del lúpulo y la levadura fueron desechados y los restos de la cebada fueron reciclados para realizar otras recetas culinarias, como el pan de cebada.

Considerando que se está trabajando con alimentos, para el procedimiento de toda la cerveza se utilizó una red de cabello y una mascarilla para evitar la contaminación, y para el proceso del embotellado se utilizaron guantes, ya que se estaba manipulando directamente el producto. Además, se desinfectaron todos los materiales que se utilizarían en el proceso, evitando posibles enfermedades en los sujetos que testearan las cervezas y posible contaminación microbiológica. Por último, se tuvo alto cuidado con la alta temperatura de las ollas y el agua, y se trabajó con ingredientes de alta calidad para evitar posibles inconvenientes en los sujetos de testeo.

En cuanto al testeo, se desinfectaron los vasos a utilizar y se utilizaron nuevos en cada uno de los sujetos, evitando la propagación de gérmenes. Además, se les informó previamente sobre el testeo y su procedimiento para tener en cuenta su consentimiento.

La tabla ilustra los resultados procesados de las mediciones al nivel de alcohol utilizando el alcoholímetro % ABV, cada dato es el promedio obtenido de los resultados en la tabla de datos en bruto 1. Aquí se observó como el menor nivel de alcohol le correponde a la concentración de 97gr/L, seguida por la concentración 229gr/L, luego la 223gr/L,  posteriormente 250gr/L y por último 238gr/L.

La tabla muestra los resultados procesados de la prueba sensorial del aroma, de manera que es posible comparar y analizar los datos de una mejor manera. Cada dato es el promedio de los resultados obtenidos en la tabla de datos brutos 2. Aquí se observó que el menor puntaje le corresponde a la concentración 238gr/L, seguido por la concentración 250gr/L, luego la de 97gr/L, posteriormente la de 223gr/L y por último, con el mejor puntaje 229gr/L.