A menos de un mes para que empiece oficialmente el verano, hoy toca hablar sobre una bebida ampliamente degustada en muchas terrazas, bares o chiringuitos durante la época estival: la cerveza. Las hay de muchos tipos y sabores, pero sin duda lo que más llama la atención, es su proceso de fabricación, puesto que, implica procesos biotecnológicos muy interesantes y con mucho recorrido en el tiempo. Ahí os dejo un pequeño repaso a la fabricación de la «rubia/pinta/birra/chela» más famosa en el mundo.

La cerveza (del celtolatino cerevisĭa) es una bebida alcohólica no destilada procedente de la fermentación alcohólica de los hidratos de carbono de cereales. La más conocida es la cerveza procedente de la fermentación alcohólica de la cebada pero, también existen cervezas procedentes de la fermentación alcohólica del sorgo (cerveza africana), del maíz (la conocida chicha de América Latina), del arroz o del trigo sarraceno (cerveza sin gluten). De la germinación de la cebada, surge la malta de cebada sobre la cuál tendrá lugar la fermentación por acción de ciertas levaduras (la más conocida Saccharomyces cerevisiae), produciendo como resultado final la bebida alcohólica.

El proceso de elaboración de la cerveza se remonta a hace 6.000 años, cuando pueblos de la Antigua Mesopotamia empezaron a producir de la germinación de trigo Emmer (forma antigua del trigo actual) la cerveza primitiva. Esta cerveza tenía un sabor ligeramente agrio, que provenía de una fermentación láctica paralela, hecho que aumentaba la durabilidad de la cerveza, porque en un medio tan ácido los microorganismos no podían prosperar. La siguiente cerveza que apareció fue la fabricada por los egipcios, quienes sabían que la fermentación empezaba más rápido, si se utilizaban de nuevo los restos de una cerveza fabricada anteriormente; el resultado era una cerveza más oscura y con un grado alcohólico mayor (12 -15%). El primero en ser consciente de la presencia de levaduras, como seres vivos implicados en la fermentación, fue Antonie van Leeuwenhoek, quién encontró perlas amarillas de levadura en una muestra de cerveza (en su época, empezaron a utilizarse levaduras de forma concentrada y purificada). Los pasos que regulan la fabricación de la cerveza aún a día de hoy, parten de lo estipulado en la redacción de la ley de la pureza promulgada por el duque Guillermo IV de Baviera.

El primer paso para la fabricación de la cerveza es el llamado malteado de la cebada,proceso de germinación de la cebada donde se obtiene la malta, sustancia que contiene enzimas (amilasas) implicadas en la conversión de los polisacáridos (almidón) de la cebada en material fermentable por parte de las levaduras: maltosa y glucosa. 

Una vez germinada la cebada (a 15 – 18ºC durante 7 días), se tritura la malta, se cuece y se deja macerando con agua templada en un tanque. Las enzimas presentes en la malta, degradan la pared celular (beta-celulasas), extraen y descomponen el almidón del interior del cereal (alfa-amilasas, beta-amilasas y proteasas), liberando azúcares, proteínas y aminoácidos que pasan al líquido, igual que ocurre con otros nutrientes necesarios para el crecimiento de la levadura durante la fermentación. Se filtran los componentes sólidos de la malta y se lleva la parte líquida, a la mezcla. Se añade entonces el lúpulo, ingrediente aromatizante (procedente de flores femeninas de la planta con mismo nombre) con propiedades antimicrobianas, aceites esenciales y resinas, responsables del sabor amargo característico de la cerveza. Se origina así el mosto de la cerveza que se somete a determinados procesos de secado, cocción, filtrado y eliminación de proteínas y otros componentes, perjudiciales para el mantenimiento de la cerveza.

El mosto de cerveza así elaborado, se vierte en un tanque de fermentación en el que previamente, se han incorporado las levaduras del género Saccharomyces spp. En este paso, sólo se degraden la glucosa y la maltosa, pero no la dextrina, (fragmentos de almidón cortos no deseados). Es aquí donde surge una aplicación de la ingeniería genética en el proceso de fabricación de la cerveza, consistente en la introducción en el genoma de S. cerevisiae de genes DEX de una cepa de Saccharomyces spp.  que dan lugar a enzimas glucoamilasas, enzimas termolábiles implicadas en la menor eficacia de la degradación de las dextrinas y otros polisacáridos de cadena corta. Como resultado de todo este proceso biotecnológico, surge una cerveza con un menor contenido de hidratos de carbono en su composición, formando así parte de las conocidas como cervezas light.

Otras aplicaciones de la ingeniería genética implicadas en el proceso de la fermentación destacables son la generación de cervezas con variedades de cebada modificadas genéticamente para evitar la aparición de leucoantocianinas, responsables de una mayor turbidez en la cerveza; la modificación del gen de la ALDC (alfa-acetolactato descarboxilasa) implicada en la transformación del acetaldehído en diacetilo, cuya modificación evita la transformación a diacetilo y con ello, la aparición de un sabor «a mantequilla» en la bebida fabricada.

La fermentación que se produce por parte de las levaduras, es fundamentalmente de dos tipos: en superficie y en el fondo. La principal diferencia que existe entre estas dos clases de fermentación es que, en la fermentación en superficie, las levaduras permanecen disueltas homogéneamente en el mosto y son transportadas a la superficie por el dióxido de carbono que se genera durante la fermentación, mientras que en la fermentación en el fondo, se depositan en la parte inferior del tanque. Según el tipo de fermentación producida, se habla de dos tipos de cerveza distintas:

a) cervezas ligeras o tipo ale -> aquellas que experimentan una fermentación en superficie. Suelen emplearse para la fabricación de este tipo de cervezas levaduras de la especie S. cerevisiae que realizan la fermentación a temperaturas entre los 14ºC  a los 23ºC y requiere de un período de tiempo igual a 7 días. Este tipo de cerveza se corresponde con cervezas bock, vienna o la stout (cerveza negra). 

b) cervezas tipo lager -> aquellas que experimentan una fermentación en el fondo. Para fabricar este tipo de cerveza suelen utilizarse levaduras de la especie S. carlsbergensis. Estas levaduras realizan una fermentación a temperaturas bajas (entre 6ºC – 12ºC) y en un período de tiempo equivalente a 8 o 14 días. Este tipo de cerveza es la que corresponde a los tipos de cerveza corriente: británicas, belgas, alemanas.

En dicha fermentación, se trata proporcionar energía en forma de ATP (adenosín trifosfato) a las levaduras a partir de los hidratos de carbono procedentes del proceso de malteado de la cebada, sin requerir para ello la presencia de oxígeno obligatoriamente. Para ello, utilizan el piruvato como aceptor de electrones procedentes de la oxidación de NADH a de NAD+ (nicotinamida adenina dinucleótido), dando como resultado de la reacción, etanol y dióxido de carbono (CO2). Debido a la liberación de este gas, es necesario ventilar correctamente los recipientes o tanques de fermentación para evitar bolsas de CO2, formadas por desplazamiento del oxígeno en dichos recipientes. Esta medida también sirve para evitar que se produzca una penetración de levaduras silvestres o bacterias en el recipiente.

Ciertos estudios afirman que el uso de fuentes de luz con ciertas longitudes de onda, características del las bandas del espectro rojo e infrarrojo (ej. luces LED) pueden aumentar la velocidad de fermentación (aumento de un 15-20%) y otros procesos metabólicos de S. cerevisiae, sin afectar a la calidad final del producto de la fermentación. Otros factores que intervienen en la fermentación alcohólica, sin embargo sí pueden afectar a la calidad final de la cerveza elaborada: proporción de malta, del lúpulo y de los cereales, así como la cantidad de azúcares fermentables, el tipo de levadura, los compuestos volátiles que se liberen en la fermentación, la temperatura ,la duración de la fermentación o la forma en la que se realice el proceso de malteado de la cebada y el envejecimiento de la cerveza. Entre ellos, destaca el efecto de la temperatura de la fermentación sobre las cualidades de la cerveza: a menor temperatura, se observa un mejor sabor y aroma resultante; a mayor temperatura, se liberan más ácidos grasos que impiden la correcta formación de la corona de espuma, característica de la cerveza. Otro aspecto que afecta a las cualidades organolépticas de la cerveza es la presencia de dextrinas, que además de determinar junto con el alcohol el valor calórico de la cerveza, juegan un papel destacable en la determinación de la sensación que provoca la degustación de la cerveza (en relación con la viscosidad o las propiedades de textura de la cerveza); una baja presencia de dextrinas, contribuye a una mayor gradación alcohólica de la cerveza.

Una vez finalizada la fermentación, la cerveza resultante se pasa a un tanque para su almacenamiento y envejececimiento. Se vuelven a observar diferencias en este paso, según la cerveza sea fabricada por medio de fermentación en superficie o en el fondo. Si se ha obtenido una cerveza de tipo lager, tras el almacenamiento a bajas temperaturas (alrededor de -1ºC) durante varias semanas, se filtra y se deposita en tanques hasta su envasado. Si se ha elaborado una cerveza de tipo ale, ésta se debe almacenar a una temperatura entre los 4ºC – 8ºC, durante un breve período de tiempo. Cuanto mayor sea el tiempo de envejecimiento de la cerveza mayor será su calidad y la suavidad en su percepción en boca.

Parece ser que además de la adicción del lúpulo como agente antimicrobiano, la gradación alcohólica final de la cerveza (entre 3 y 6 grados) también actúa como mecanismo inhibitorio del crecimiento bacteriano, al provocar el etanol, producido por las levaduras en la fermentación, un aumento de la permeabilidad de la membrana plasmática de las células procariotas, impidiendo con ello que se puedan colonizar el medio de fermentación. No obstante, para conseguir una cerveza de buena calidad, es necesario realizar una esterilización muy estricta del material que entra en contacto con el mosto de la cerveza.

Hoy en día se trabaja en el remplazamiento de la malta de la cebada para la fabricación de la cerveza, por otros ingredientes así. Además de los descritos al inicio de la entrada, destacan también la formulación de un cerveza tipo lager con plátano de sabor frutado y con un mayor contenido en potasio, la cerveza con miel en su formulación (parecida a la hidromiel ácida de los antiguos pueblos celtas y germanos) o cervezas gourmet con una mayor proporción de malta de cebada y lúpulos especiales que permitan alcanzar un aroma o sabor muy definido.

Por hoy, creo que ya es información suficiente amig@s. Para la siguiente entrada, más y mejor.

Nos «leemos» en la próxima entrada!

TatianaDC

Fuentes

Madigan, M.T, et al. «Brock. Biología de los microorganismos» Ed. Prentice Hall, 2004 pp 980-983 ; Nottingham, S. «Come tus genes: Cómo los alimentos transgénicos están en nuestra dieta» Ed. Paídos Ibérica, 2004 pp 62-63 ; Rennenber, R, et al. «Biotecnología para principiantes» Ed. Reverté, 2008 pp 2-8 ; Thieman, W.J «Introducción a la biotecnología» Ed. Pearson Educación, 2010 pp 128-130 ; Francoise Ragot “The contribution of dextrins to beer sensory properties part. 1 Mouthfeel” J. Insl. Brew., November-December, 1989, Vol. 95,pp. 427-430 427 ; Frank Vriesekoop et al. “The evolution of wort dextrins during the production of malt whisky” School of Science and Engineering, University of Ballarat- Australia