Como Ahorrar Costos Suprimiendo
la Estabilización por Frío

PROCESO COMPLEJO | DSM Food Specialties comercializa desde 2005 un preparado con una proteasa específica de prolina. Este producto, denominado Brewers Clarex™, es una solución muy concentrada de una enzima estable en ácidos apta para uso alimentario que presenta una fuerte preferencia por escindir cadenas de proteínas junto a los restos de prolina. La enzima se añade durante la fase de fermentación primaria, y actualmente se comercializa como alternativa a los tratamientos con PVPP y/o Gel de Sílica.

La eficacia de la enzima se refleja en el hecho de que se necesitan cantidades inferiores a 2 ml por hectólitro de mosto para evitar la formación de turbidez por frío y producir cervezas completamente estables.

AUNQUE LOS PROCESOS de elaboración de la cerveza varían de un país a otro, la producción de cerveza incluye habitualmente una fase de fermentación, otra de maduración y otra de estabilización por frío. Durante el proceso tradicional de elaboración de cerveza, el mosto extraído de la malta se inocula con levadura de cerveza y se deja que fermente durante aproximadamente una semana a temperaturas entre 8 ºC y 15 ºC. Una vez finalizada la fermentación y convertidos en alcohol la mayor parte de los azúcares fermentables, la levadura se separa. La cerveza «verde» que resulta de esta primera fermentación contiene aún algo de levadura, y niveles relativamente altos de componentes aromáticos no deseados, particularmente dicetonas como el diacetilo o el acetilaldehído. La transformación de estos componentes en compuestos de sabor más neutro es un aspecto importante de la fase siguiente de maduración de la cerveza. Cuando las dicetonas vecinales residuales han alcanzado unos niveles aceptables, la cerveza se enfría y se almacena a temperaturas bajo cero. Durante la fase de estabilización por frío, se aglomeran y precipitan precursores de la turbidez por frío, como proteínas ricas en prolina y polifenoles extraídos de la malta. Por último, el tratamiento con polivinilpolipirrolidona (PVPP) y/o Gel de Sílica, junto con la filtración de flujo transversal o mediante tierra de diatomeas, permiten obtener una cerveza completamente clara en la que no se producen cambios visibles hasta su fecha de caducidad comercial. Esto hace que el proceso habitual de producción de cerveza lager dure aproximadamente entre 17 y 20 días.

Para aumentar la flexibilidad de la producción y evitar gastos de capital, se han llevado a cabo numerosos estudios para simplificar y acelerar este complejo proceso de elaboración de la cerveza. Se han obtenido resultados positivos, en particular en las fases de fermentación y maduración [1].

Fig. 1 Modelo informático de una posible red de
proteínas-polifenol que es formada a temperaturas bajas

En el proceso de «fermentación a presión», por ejemplo, aumentan las temperaturas a las que se realiza la fermentación y maduración, lo que acorta todo el proceso de producción a poco más de dos semanas. En el proceso alternativo de «fermentación en frío y maduración en caliente» sólo se aumenta la temperatura en la fase de maduración, lo que permite reducir el periodo de maduración a 2 o 3 días. En una técnica más avanzada, la cerveza verde pasa por biorreactores que contienen elevadas densidades de levaduras inmovilizadas en las que todo el diacetilo se reduce a acetoína en tan solo unas horas [2]. Además, existe una vía enzimática para un proceso de maduración más corto.

		La enzima α-acetolactato descarboxilasa se puede añadir al mosto al que se ha inyectado levadura, para prevenir la formación de diacetilo durante la fermentación de la cerveza [3]. Esto acorta el periodo de maduración en al menos dos días [4]. En cambio, se ha avanzado poco a la hora de simplificar el largo proceso de estabilización por frío. Esta parte del proceso exige una capacidad considerable de almacenamiento y un gasto de energía significativo, si bien existen métodos acelerados, que se basan en una reducción aún mayor de la temperatura de estabilización por frío [5]. La endoproteasa específica de prolina y sus efectos sobre el enturbiamiento. Durante la fase de estabilización por frío, se precipitan y eliminan la mayor parte de los polifenoles y proteínas generadores de turbidez. La eliminación de las cantidades residuales de proteínas generadoras de turbidez requiere una adsorción posterior en Gel de Sílica, mientras que los polifenoles residuales se adsorben en PVPP. Los polifenoles generadores de turbidez suelen ser dímeros de catequinas, como la procianidina B3 o la prodelfinidina B3, y trímeros de catequinas, como la procianidina C2, que suponen el 80 por ciento aproximadamente del contenido fenólico de la cebada [6]. Las proteínas generadoras de turbidez se originan en su mayoría a partir de la fracción de la α-gliadina
Fig. 2 Representación esquemática de lotes de cerveza preparados para probar protocolos simplificados de estabilización por frio. La fermentación y maduración se Ilevaron a cabo con o sin proteasa especifica de prolina ("enzima" o "E"). La estabilización por frio se realizó bien a 0 °C o bien a 7 °C. Los tiempos de retención fueron unas pocas horas ("0") o cuatro dias ("4"). Los códigos de las muestras indican el tratamiento posterior con PVPP ("P") o silice ("S"), seguido de la temperatura de estabilización por frío ("0°"o "7°") y el tiempo de retención
(hordeína) de la cebada malteada y se caracterizan por su elevado contenido en prolina [7]. Esta elevada presencia de residuos de prolina es necesaria para una buena aglomeración de proteínas y polifenoles. Los resultados de estudios de simulación por ordenador han revelado que una única molécula de polifenol puede tener la capacidad de unir dos proteínas diferentes mediante un puente de hidrógeno con los residuos de prolina presentes [8]. Al mismo tiempo, las proteínas generadoras de turbidez unidas mediante enlaces cruzados son recubiertas progresivamente por polifenoles mediante autoasociaciones hidrófobas polifenol-polifenol [9]. La combinación de los dos constituyentes marginalmente solubles en agua parece dar lugar a una estructura precipitante insoluble en agua (Figura 1). Se ha demostrado que una enzima proteolítica capaz de escindir las cadenas de proteínas precisamente en el sitio en el que están los residuos de prolina es ideal para limitar la interacción entre los polifenoles y las proteínas generadoras de turbidez [10].

Los fragmentos de proteínas formados tras la escisión mediante dicha proteasa específica de prolina incorporarán previsiblemente sólo unas pocas prolinas (en algunos casos, solamente una), lo que da lugar a interacciones escasas y, por lo tanto, débiles con los polifenoles presentes. Los muchos sitios de escisión posibles garantizan que las proteínas generadoras de turbidez ricas en prolina sean muy degradadas por dicha enzima.

Esto aumenta significativamente la solubilidad en agua de las proteínas y sus aglomerados. Al mismo tiempo, se hacen más lentas las autoasociaciones polifenol-polifenol.

Cabe destacar que las proteínas con actividad espumante tienen un bajo contenido en prolina [11], apenas se ven afectadas por la enzima específica de prolina. Las enzimas proteolíticas más tradicionales utilizadas para evitar la turbidez por frío, como la papaína, la bromelaína, la ficina o enzimas deácidobacilos no tienen estas propiedades tan favorables. Como estas enzimas pueden escindir diversos enlaces peptídicos, pero no los que contienen prolinas, los fragmentos de proteínas generados por estas enzimas aún contienen zonas largas ricas en prolina.

Como consecuencia, se mantienen los enlaces de hidrógeno entre los polifenoles y los fragmentos de proteínas generados por estas enzimas. Además, estas enzimas también pueden escindir las proteínas con actividad espumante por su mayor espectro de actuación.

Simplificación del proceso de estabilización por frío.

La eficacia de Brewers Clarex en evitar la turbidez por frío se basa en una hidrólisis completa de todas las proteínas generadoras de turbidez durante las fases iniciales de la producción de cerveza. En experimentos recientes, se ha investigado la solubilidad aumentada de estas proteínas generadoras de turbidez tan hidrolizadas, así como la posibilidad de aprovechar esta mayor solubilidad para un proceso más económico de estabilización por frío. Por ello se comparó la eficacia de diversos métodos de estabilización por frío, con periodos de almacenamiento más cortos a temperaturas elevadas. Se estudió el efecto de la adición de Brewers Clarex, PVPP y hidrogel de Gel de Sílica (SHG), empezando con mostos de malta al 100 por ciento y utilizando protocolos fijos de maceración, fermentación y maduración. Todos estos experimentos se llevaron a cabo a una escala de 20 hl en las instalaciones de la planta piloto del IFBM (Institute Francais de la Brasserie et de la Malterie, Vandoeuvre-les-Nancy, Francia). A las fermentaciones (3,5 días a 12 ºC) y la maduración (4,5 días a 14ºC) de la cerveza en ausencia o presencia de la enzima específica de prolina les siguió una fase de estabilización por frío a una temperatura de 0 ºC o 7 ºC. Se utilizó una temperatura de 0 ºC como referencia, dado que esta es la temperatura tradicional de estabilización. La temperatura de 7 ºC se seleccionó porque, para el embotellado en frío, es bastante frecuente una temperatura comprendida entre 5 ºC y 10 ºC. En seis experimentos se aplicaron periodos de estabilización de cuatro días, mientras que en otros dos se omitió por completo este periodo de almacenamiento. En estos dos últimos experimentos, la cerveza verde procedente de la fase de maduración se continuó procesando tan pronto como alcanzó la temperatura deseada de 0 ºC o 7 ºC. Los tratamientos posteriores correspondieron con los procedimientos industriales habituales: es decir, algunos lotes recibieron un tratamiento con PVPP, y otros con SHG. Dos lotes tratados con la enzima fueron procesados sin utilizar PVPP ni SHG. Antes del embotellado y la pasteurización, todos los lotes fueron sometidos a una filtración normal mediante tierra de diatomeas. El diseño del experimento está representado en la Figura 2 mediante un gráfico. Como se observa en dicha figura, los lotes P0º/0 (tratado con PVPP y almacenado a 0 ºC durante 0 días, es decir, filtrado inmediatamente después de alcanzar una temperatura de 0 ºC) y EP7º/0 (con adición de la enzima, tratado con PVPP y almacenado a 7 ºC durante 0 días, es decir, filtrado inmediatamente después de alcanzar una temperatura de 7 ºC) son los dos únicos lotes que fueron únicamente enfriados, no almacenados, cuando alcanzaron la temperatura deseada.

En la Tabla 1 se indican las dosis exactas de enzima, PVPP y SHG utilizadas en los diversos lotes. La Tabla 2 ofrece los resultados de una primera impresión visual de la claridad de las cervezas recién embotelladas después de mantenerlas a 1 ºC durante 24 horas («Visual»). Se obtuvieron lecturas de la prueba de envejecimiento forzado (valores de H90 según la norma EBC 9.30) de las botellas recién embotelladas utilizando un turbidímetro Haffmans VOS ROTA 90/25. Como era de prever, los datos de envejecimiento forzado pronostican una buena estabilidad durante el almacenamiento del lote tratado con PVPP (P0°/4) que recibió el tratamiento de estabilización por frío más largo (4 días a 0 ºC).

Los tres lotes que contienen la enzima (E0°/4, E7°/4 y EP7°/0) también presentan datos favorables de envejecimiento forzado. Sorprendentemente, esta prueba pronostica la estabilidad máxima para el lote EP7°/0, que, tras la maduración, fue enfriado hasta la temperatura de embotellado (7 ºC) y a continuación entró en contacto inmediatamente con PVPP y fue filtrado y embotellado. De hecho, el lote EP7°/0 se obtuvo sin una fase de estabilización por frío.

Estabilidades de almacenamiento

Para confirmar los datos obtenidos en las pruebas de envejecimiento forzado, las diversas cervezas embotelladas se almacenaron durante cinco meses a temperatura ambiente, después de lo cual se midió su turbidez a 1 ºC.

Fig. 3 Valores de la turbidez (H90) de los diversos lotes de cerveza almacenados durante 5
meses a temperatura ambiente. Tras la inspección visual, sólo los lotes E0°/4, E7°/4 y EP7°/0
se consideraron «brillantes»

Como se puede observar en la Figura 3, los valores mínimos de turbidez (H90) se obtuvieron para los tres lotes que contenían enzima. En un experimento simultáneo, se examinó la claridad de todas las cervezas almacenadas después de un periodo de enfriamiento de 24 horas a 1 ºC, utilizando la terminología propuesta en el método 9.29 de EBC. En consonancia con los primeros datos de envejecimiento forzado, todos los lotes con enzima (lotes E0°/4, E7°/4 y EP7°/0) se consideraron visualmente «brillantes» (Figura 3). Cabe destacar que las cervezas tratadas con Brewers ClarexTM pueden ser visualmente claras, a pesar de unos valores de turbidez medidos relativamente elevados [12]. Como los dos últimos lotes tratados con enzima se obtuvieron utilizando métodos de producción significativamente truncados, es un resultado bastante sorprendente. El lote E7°/4 recibió un tratamiento de estabilización en el que la cerveza se mantuvo a 7 ºC durante 4 días y no se aplicó tratamiento con PVPP ni SHG. Sin embargo, después de un periodo de almacenamiento de cinco meses, el aspecto visual de la cerveza resultante es «brillante». El lote EP7°/0 dio lugar a un resultado aún más sorprendente: sin estabilización por frío de ningún tipo, tan sólo con la enzima y el tratamiento habitual con PVPP previo a la filtración y el embotellado, la cerveza sigue siendo «brillante» a 1 ºC después de 5 meses a temperatura ambiente. Este periodo de cinco meses supera con creces la estabilidad de almacenamiento de 110 días exigida en muchos mercados. Por lo tanto, los datos de los lotes E7°/4 y EP7°/0 demuestran que Brewers Clarex permite la producción de cervezas estables durante el almacenamiento con un proceso de producción que omite por completo la fase habitual de estabilización por frío. Dado que estos datos fueron obtenidos para cervezas 100 por ciento de malta, cabe esperar que también sean válidos para cervezas que incorporen cereales no malteados. El arroz o el maíz utilizados en estas cervezas en sustitución de una parte de la malta incorporan menos proteínas generadoras de turbidez, y por lo tanto resulta más fácil su estabilización.

Un grupo de expertos en cerveza con certificación ISO 17025 también comparó la calidad del sabor y la espuma de las diversas cervezas. Según su valoración, después de periodos de almacenamiento de tres y cinco meses no se observaban diferencias organolépticas significativas entre las distintas cervezas. La puntuación de la calidad de la espuma de las diversas cervezas sólo puso de manifiesto efectos insignificantes.

Conclusión

La competencia, el aumento de los precios energéticos y la presión para aumentar la rentabilidad obligan a las fábricas de cerveza de todo el mundo a examinar detalladamente todas las posibilidades de reducción de precios. Se han hecho muchos esfuerzos para simplificar y acortar el complejo proceso de elaboración de la cerveza sin reducir la calidad del producto final.

En los procesos actuales de elaboración de cerveza, es esencial tener una fase de estabilización por frío para la producción de cervezas brillantes y estables durante el almacenamiento. Aunque la duración de esta fase de estabilización varía enormemente de unas fábricas de cerveza a otras, las temperaturas bajo cero necesarias y las grandes cantidades que se tratan suponen una gran inversión y elevados precios energéticos en esta parte del proceso de elaboración de la cerveza. Los datos industriales existentes reflejan que el tratamiento obligatorio con PVPP/Gel de Sílica se puede omitir si se utiliza Brewers Clarex.

Según los datos actuales, Brewers Clarex hidroliza las proteínas generadoras de turbidez en un grado tal que impide la aglomeración y precipitación de dichas proteínas y de los polifenoles.

Como consecuencia, las cervezas obtenidas son visualmente transparentes y estables durante el almacenamiento, incluso si se elaboran sin una fase de estabilización por frío. Como el sabor y la espuma de la cerveza no se ven afectados significativamente por este espectacular acortamiento del proceso de producción de cerveza, el proceso de estabilización por frío en su forma habitual pasaría a ser innecesario. Ni qué decir que este acortamiento del proceso de elaboración de la cerveza supone un ahorro sustancial de costes de capital y de energía. Asimismo, si se combina con procesos acelerados de maduración, unos periodos de producción de cerveza inferiores a una semana son ya un objetivo realista.

Literatura

1. Narziss, L.: "Rapid fermentation and/or maturation in German lager beers", Ferment. 1990,3:54-62.

2. Pajunen, E.: "Immobilized yeast lager beer maturation: DEAE-cellulose at Sine brychoff ", European Brewery Convention, Monograph XXIV, EBC Symposium Immobilized Yeast Applications in the Brewing Industry, Espoo, Finland, Fachverlag Hans Carl, Nürnberg 1995, p. 24-40.

3. Godtfredsen, S.E. and Ottesen, M.: "Maturation of beer with alpha-acetolactate- decarboxylase", Carlsberg Res. Res. Commun. 1982,47:93-102

4. Hannemann, W.: "Reducing beer maturation time and retaining quality", MBAA TQ, 2002, 39(3): 149-155.

5. Miedl, M. and Bamforth, C.W.: "The relative importance of temperature and time in the cold conditioning of beer", J. Am. Soc. Brew. Chem. 2004, 62(2):75- 78.

6. Goupy, P.; Hugues, M.; Boivin, P. and Amiot, M.J.: "Antioxidant activity of barley (Hordeum vulgare) and malt phenolic compounds", In 2nd International Electronic Conference on Synthetic
Organic Chemistry (ECSOC-2) 1-30 de Septiembre , 1998.

7. Asano, K.; Shinagawa, K.; Hashimoto, N.: "Characterization of haze-forming proteins of beer and their roles in chill haze formation", J. Am. Soc. Brew. Chem. 1982, 40: 147-154.

8. Edens, L.;Van der Laan, J.M. and Craig, H.D.: "Chill-haze formation: mechanisms and prevention by proline-specific proteases", Brauwelt International 2005, 23:157-162.

9. Charlton, A.J.; Haslam, E. and Williamson, M.P.: "Multiple conformations of the proline-rich protein/epigallocatechin gallate complex determined by time-averaged nuclear Overhauser effects", J. Am. Chem. Soc. 2002,124: 9899-9905.

10. Lopez, M. and Edens,L.: "Effective prevention of chill-haze in beer using an acid proline-specific endoprotease from Aspergillus niger", J. Agric. Food Chem. 2005, 53: 7944-7949.

11. Leiper, K.A.; Stewart, G.G.; McKeown I.P.: "Beer polypeptides and silica gel, Parte II. Polypeptides involved in foam formation", J. Inst. Brew. 2003, 109: 73-79.

12. Roon-van, J; Craig, H D; Nguyen, M-T.: "Studies of particle sizes in beer treated with a proline-specific protease which prevents haze in beers" EBC Proceedings, Venice 2007..

Fuente: BRAUWELT EN ESPAÑOL | 2008/II.