Enzimas en el proceso cervecero:
¿ Que es una Enzima ?
Los enzimas son proteínas complejas que tienen en común la particularidad de catalizar reacciones biológicas en otras palabras son catalizadores biológicos.
Catalizar: producir una catálisis, favoreciendo o acelerando el desarrollo de un proceso.
Catálisis: transformación química motivada por sustancias que no se alteran en el curso de la reacción.
Catalizadores: son sustancia que alteran la velocidad de una reacción química sin sufrir en si ningún cambio químico.
Proteínas: son macromoléculas complejas que constituyen más del 50% del peso seco de las células, son las macromoléculas de mayor importancia dado que sin ellas es imposible la existencia de vida y además desde punto de vista funcional y estructural son las proteínas, el instrumento a través del cual se expresa la información genética.
Los enzimas como catalizadores son capaces de acelerar reacciones en factores de 1012 - 1020 sobre la reacción no catalizada en igualdad de condiciones.
Por ejemplo: se hace referencia a la descomposición del agua oxigenada por acción del enzima catalasa que ocurre 10 millones de veces más rápido que cuando la reacción es catalizada por platino coloidal a la misma temperatura.
Por otro lado la actividad molar de los enzimas es también muy elevada, siendo una molécula de enzima capaz de transformar hasta 600.000 moléculas de sustrato por segundo.(Sustrato: sustancia sobre la que actúa una enzima).
Otra característica muy importante es la que ocurre en el proceso cervecero que es su especificidad, es decir cada tipo o grupo de encima ataca solamente un determinado sustrato y un solo tipo de enlace.
El ejemplo más específico en cervecería es la hidrólisis del almidón.
Diastasas
Se denominan diastasas a los enzimas que degradan el almidón como la alfa amilasa y la beta amilasa.
Ambas son producidas durante la germinación del grano de cebada cuando se realiza el proceso de malteo.
La alfa amilasa es generada en el embrión y la capa aleurona del grano mientras que la beta amilasa ya se encuentra presente en forma inactiva en la cebada y es activada en el malteado.
Otra de la enzima que surge en este proceso es la dextrinasa límite.
El maltero debe tener en cuenta en la operación la producción de niveles adecuados de poder diastásico (niveles adecuados de enzimas), pero también debe conservar niveles óptimos de almidón dentro del grano para que el rendimiento de la malta se mantenga en niveles normales.
La degradación de almidón en el proceso de malteado para elevar el nivel de enzimas en el grano es inevitable, contribuye a las mermas en los rendimiento de la maltas demasiadas modificadas, partes de estas mermas también se deben a la formación de compuestos de color y sabor durante el secado.
No obstante el nivel enzimático de estas es excelente y se utilizan generalmente en microcervecerías para realizar cocimiento por método de infusión simple, sin escalonamiento y a una sola temperatura.
Las maltas pocos modificadas generalmente se utilizan en métodos escalonados de cocción.
Beta Amilasa
Su actividad enzimática es optima entre los 60 y 65 grados centígrados (su actividad arranca desde los 52 grados centígrados), tiene la habilidad de cortar (hidrolizar) las moléculas de amilosa desde el extremo no reductor e inclusive las cadenas antes de los enlaces alfa 1- 6 de la amilopectina partiendo del extremo no reductor, corta las cadenas en los enlaces alfa 1- 4 cada 2 unidades de glucosa, formando Maltosa.
No puede atacar los enlaces alfa 1- 6 de las ramificaciones de la molécula de amilopectina por lo tanto está limitada a cortar cadenas lineales (desde extremo no reductor).
Tiene la capacidad de formar rápidamente maltosa.
Se la suele llamar encima de fermentabilidad.
Representación gráfica de la hidrólisis de la amilosa por medio de la beta amilasa
transformando la cadena lineal en trozos de maltosa
(dos unidades de glucosa unidas entre sí)
Resultado de la hidrólisis
Representación hidrólisis de la amilosa por la beta amilasa (diagrama de Haworth)
Resultado de la hidrólisis
Representación grafica de la hidrólisis de la molécula de amilopectina por acción de la beta amilasa
Como muestra la gráfica, la beta amilasa corta los enlaces 1- 4 desde los extremos no, reductores formando maltosa de las cadenas lineales sin poder hidrolizar los enlaces 1- 6.
Alfa amilasa
Su actividad enzimática es optima entre los 68 a 70 grados centígrados, tiene la habilidad de cortar (hidrolizar) las cadenas tanto lineales de la amilosa como las ramificadas de la amilopectina en cualquier punto al azar transformándolas en varias cadenas más cortas.
No puede cortar los puntos de ramificación (enlaces alfa 1- 6).
A esta enzima se la denomina enzima de Liquefacción, este termino se lo suele observar cuando se trabaja con adjuntos, ya que la alfa amilasa ataca las cadenas al azar.
Cuando se mezcla una porción de harina de malta junto con un cereal no malteado esta enzima hace que el almidón sea hidrolizado en cadenas mas sencillas bajando la viscosidad de la mezcla, de ahí el termino de liquefacción.
También se la suele llamar enzima dextrinogenica ya que en forma muy lenta puede transformar dextrinas en maltosa y glucosa.
Representación grafica de la hidrólisis de la molécula de amilopectina por acción de la alfa amilasa
Resultado de la hidrólisis de la amilopectina por acción de la alfa amilasa
Como resultado de la hidrólisis de la amilopectina por acción de la alfa amilasa se obtiene restos de cadenas de azúcares denominados dextrinas.
Las dextrinas por lo general son las que le dan carácter o cuerpo a las cervezas.
Generalmente suelen haber cadenas lineales entre las dextrinas que tranquilamente podrían ser hidrolizadas por la beta amilasa pero a esta temperatura la misma está totalmente desnaturalizada (destruida) por lo tanto no puede haber actividad e inclusive si se enfría la maceración a temperatura optima para la beta amilasa la desnaturalización es totalmente irreversible, por lo tanto es imposible de que exista actividad.
En otras palabras, si se quiere obtener una cerveza altamente fermentable, con alto grado de alcohol y seca al paladar se debe realizar pausas o escalonamientos mas prolongados a temperatura entre 60 y 65 grados centígrados que es el rango optimo para la beta amilasa..
Por el contrario si se quiere obtener una cerveza con carácter o cuerpo, se deben realizar pausas o escalonamientos mas prolongados a temperaturas entre los 68 y 70 grados centígrados que es el rango optimo de la alfa amilasa
Existe en la maceración el hecho de que cuando hay alta actividad de una enzima haya una mínima actividad de la otra pero para que tenga influencia en conjunto se necesita grandes períodos de tiempos.
Este aspecto se da a la practica en la elaboración de cerveza baja en carbohidratos o baja calorías (mayormente las cervecerías para producir este tipo de cerveza utilizan encimas exógenas como la glucoamilasa que hidrolizan o atacan los enlaces alfa 1- 6 en la dextrina límite transformándola en glucosa).
Representación de la hidrólisis de una molécula de amilopctina
(diagrama de Haworth) por acción de la alfa y beta amilasa
Representación de la molécula de dextrina límite (diagrama de Haworth)
En la grafica se muestra como la glucoamilasa ataca los enlace alfa 1- 6 de la dextrina limite para transformarlo en glucosa.
Otras enzimas que participan en la maceración:
Fosfatasas
Son de gran importancia para la calidad del mosto, es responsable de que el pH establecido al principio de la maceración sea mantenido durante todo el proceso.
Este control natural del pH en la mezcla se produce bajo la influencia catalíticas de las enzimas fitasa y nucleasa, éstas bajo condiciones de pectonización causan la descarga del ión de fosfato de los fosfatos orgánicos de la malta.
Dextrinasa limite
Es una enzima desramificadora que ataca los enlaces 1- 6 y puede degradar las dextrinas limite, sin embargo su temperatura optima es de 40 grados centígrados, por lo tanto tiene poco efecto en la maceración.
Proteasas (enzimas proteolíticas)
Convierten grandes moléculas de proteínas en moléculas más pequeñas.
Las proteasas de la malta están constituidas por un grupo de enzimas las cuales actúan sobre un sustrato específico de proteína.
La mayor cantidad de proteínas se encuentran en la malta cervecera que en los adjuntos que en algunas cervecerías se utilizan (cereal) en estas cantidades son relativamente pequeñas.
Aproximadamente el 35 % al 40 % del total de la proteína de la malta es solubilizada en el proceso de maceración.
Debido a la incidencia de la misma en el proceso ya que es de gran importancia por el impacto que se suele producir sobre la levadura y sobre la cerveza terminada.
Se debe hacer referencia a tres tipos de actividad proteolítica a saber:
1) La solubilización de proteínas que previamente son insolubles ya que una porción es soluble reversible y es finalmente coagulada por calor y precipitada por ebullición del mosto en la olla de cocción.
De todas formas hay una parte de proteínas que queda permanentemente soluble durante la ebullición en el mosto.
2) La degradación de proteína soluble, estas proteínas altamente complejas junto con otras de alto peso molecular son enzimáticamente degradadas a proteínas de peso molecular intermedio.
Estas juegan un papel importante en el sabor de la cerveza y en la espuma de la misma.
Es importante que las grandes moléculas de proteínas soluble sean degradadas a mas pequeñas para que no reaccionen y lleven a la formación de turbidez en la cerveza terminada.
Los dos procesos citados están bajo la acción de las proteinasas que tienen una temperatura óptima en el rango de 50 a 60 grados centígrados y a un pH de 4,2 a 5,3.
3) La degradación de proteínas de peso molecular intermedio lleva a la formación de proteínas más sencillas y aminoácidos que son de vital importancia para el normal desenvolvimiento de la levadura, ya que pasa a ser parte del nitrógeno asimilable por la misma contribuyendo a la calidad de la cerveza.
Es importante la cantidad de nitrógeno aportado por medio de los aminoácidos en el mosto.
Este proceso está bajo la acción de las peptidasas que tienen un rango de temperatura optimo de 45 a 50 grados centígrados y a un pH de 4,2 a 5,3.
La beta glucanasa
Los beta glucanos son carbohidratos como gomas, forman parte de las células de la pared de la cebada y parte es degradada en el malteo.
En maltas poco modificadas o cuando se utiliza cebada cruda como adjunto la presencia de beta glucanos en la mezcla lleva a viscosidades elevadas al medio y se presentan dificultades a la hora de la clarificación (clarificación muy lenta), así como también problemas en la filtración de la cerveza.
Parte de este problema puede ser corregido en la maceración en las pausas de descanso de proteínas.
La beta glucanasa de la malta tiene una temperatura optima de 40 grados centígrados y se desactiva a los 60 grados centígrados.
