La cerveza tiene un complejo de aroma y sabor, lo que la convierte en una de las bebidas más apreciadas y consumidas a nivel mundial. Definida como una bebida carbonatada y de bajo contenido alcohólico, preparada a partir de la fermentación con levaduras de malta de cebada, que contiene lúpulo y agua de buena calidad, u otras materias primas/aditivos, como arroz, trigo o maíz. Tiene en su composición más de 450 constituyentes y macromoléculas como proteínas, ácidos nucleicos, polisacáridos y lípidos.

Para la producción de cerveza de alta calidad es fundamental un mosto consistente y de calidad, siendo necesaria la regulación de diferentes parámetros durante el proceso para lograr este resultado. Se pueden analizar varios parámetros para indicar la eficiencia del proceso de producción del mosto y predecir su impacto en la fermentación y etapas posteriores y, en consecuencia, en el producto final. Las fracciones de nitrógeno, como el nitrógeno total y el nitrógeno coagulable son algunos de los parámetros evaluados de extrema importancia.

IMPORTANCIA DEL NITRÓGENO

Las principales sustancias nitrogenadas del mosto (mezcla azucarada para fermentación) son aminoácidos, péptidos, polipéptidos, proteínas, derivados de ácidos nucleicos, sales de amonio, nitratos y aminas alifáticas y aromáticas. Los aminoácidos y las sales de amonio son fuentes importantes de nitrógeno para la nutrición de la levadura, lo que afecta la extensión y atenuación del crecimiento y la formación de sabor. Los compuestos nitrogenados de peso molecular medio y alto influyen en la estabilidad coloidal (o físico-química), la palatabilidad y la duración del "collar" en el vaso (se originó a partir de la expresión inglesa "head retention").

Los principales pasos hacia una estabilidad coloidal adecuada implican la selección optimizada de la materia prima, la composición del agua de la cerveza, un proceso de maceración controlado (combinación de una mezcla de granos y agua), fermentación y tiempo de almacenamiento en frío. La mejora de la estabilidad coloidal de la cerveza mediante aditivos sólo puede tomarse como medida final.

Las proteínas se derivan principalmente de la malta, siendo influenciadas, modificadas y agregadas a lo largo del proceso de malteado y fabricación de la cerveza (Figura 1), lo que hace que la determinación de proteínas sea un indicador importante de calidad en los laboratorios de cervecería y malta para la inspección de rutina de entrada y control del proceso, siendo muestreados generalmente las materias primas malta, mosto y cerveza.

Figura 1. Etapas de la producción de la cerveza (Carneiro,2010)                                                                                

FRACCIÓN NITROGENADA

El contenido de nitrógeno total y sus diversas fracciones están influenciados principalmente por la calidad de la materia prima, principalmente por la degradación enzimática de las proteínas a lo largo del proceso de elaboración de la cerveza. El método Kjeldahl es el método más común para la determinación de nitrógeno, cuyo proceso se basa en la digestión previa de la muestra (oxidación de agua, dióxido de carbono y compuestos de amoniaco), seguida de la destilación de NH3 (amoniaco) en una solución de ácido bórico  y finalmente la titulación para determinar el contenido de amoniaco (MEBAK, 2012).

La fracción de nitrógeno total (950-1150 mg/l) en el mosto está compuesta por 22% de nitrógeno de alto peso molecular (2% de nitrógeno coagulable), 18% de medio y 60% de bajo peso molecular con 34% de formaldehido de nitrógeno y 22% de nitrógeno amínico libre (ANF).

Entre las modificaciones de las fracciones nitrogenadas a lo largo del proceso, se encuentra la aparición de nitrógeno soluble, descompuesto en el proceso de maceración del nitrógeno total. Cuanto mayor sea la actividad enzimática en la degradación de proteínas durante el malteado, mayor será el valor del nitrógeno soluble.

NITRÓGENO COAGULABLE

La fracción de nitrógeno coagulable está compuesta básicamente por proteínas de alto peso molecular, principalmente albúmina y globulina, siendo que la eliminación de estos compuestos es deseable para la calidad del producto final. La remoción ocurre principalmente durante la ebullición del mosto, con la coagulación del material nitrogenado (también llamado proteína térmica coagulable) que se refiere a la formación de copos a través del proceso de ebullición. La coagulación se ve afectada por factores físicos y tecnológicos como la temperatura e intensidad de la ebullición del mosto, el pH, la dosificación del lúpulo y la agitación.

En general, cuanto mayor sea el tiempo y la intensidad de la ebullición, más eficiente será la coagulación, lo que hace que el nivel de nitrógeno coagulable en el mosto terminado sea un indicador importante para la caracterización de la eficiencia del proceso de ebullición del mosto. Los mostos con valores de pH ácido (alteraciones por crecimiento microbiano), proporcionan mayores resultados de nitrógeno coagulable.

El contenido de nitrógeno coagulable en el mosto antes del calentamiento está en el rango de 35-70 mg/l, y se reduce durante la ebullición a 15-25 mg/l con un valor óptimo recomendado de 15-18 mg/l (Willaert & Baron, 2001). El bajo contenido de nitrógeno coagulable es beneficioso para una buena estabilidad coloidal de la cerveza, sin embargo, un alto contenido contribuye a reducir su estabilidad, a pesar de promover la estabilidad de la espuma (debido a la precipitación de proteínas con polifenoles). Además de perjudicar el producto final, los altos niveles de nitrógeno coagulable pueden causar la obstrucción de los poros de la membrana de la levadura en las siguientes etapas de fermentación y maduración.

ESTÁNDAR DE CALIDAD PARA ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS

La EBC (European Brewery Convention) o Convención Europea de Cervezas es una asociación creada en 1947 para estimular o desarrollo técnico y científico de las cervezas. Los análisis desarrollados por la EBC tienen como objetivo establecer estándares para la industria cervecera, garantizando la calidad, consistencia y seguridad de las bebidas a base de malta y sus ingredientes. En asociación con la EBC, la American Society of Brewing Chemists (ASBC) y la Mitteleuropãische Brautechnische Analysen Komission (MEBAK) se dedican a lograr métodos de análisis aprobados y certificados.

Los métodos internacionales se basan en los métodos analíticos de ASBC y MEBAK, elaborados en acuerdos entre ASBC y EBC. Estos métodos están certificados y validados mediante pruebas de aptitud establecidas por la EBC. Los análisis físico-químicos realizados en las cervecerías para el control de calidad de la producción industrial de cerveza siguen los métodos internacionales establecidos por la EBC y son aprobados por el órgano fiscalizador de cada país.

DETERMINACIÓN DE NITRÓGENO COAGULABLE

La determinación del nitrógeno coagulable se basa en el principio de precipitación del nitrógeno de alto peso molecular presente en el mosto hirviendo la muestra durante 5 horas a 105-108°C. Después de este procedimiento, la muestra se analiza mediante el método Kjeldahl (Bamforth, 2016).  

El principio de prueba se basa en el hecho de que la ebullición prolongada del mosto promueve la coagulación de los compuestos orgánicos nitrogenados, que después de la separación por filtración, el nitrógeno coagulable se determina según el método Kjeldahl. Algunas cervecerías utilizan un agente acelerador de la coagulación para reducir el tiempo de ebullición.

Para hervir la muestra, se usa el baño de glicerina, modelo TE-182, que fue desarrollado para calentar muestras a una temperatura superior a 100°C (temperatura de ebullición del agua). El equipo tiene circulación interna a través de una bomba de bronce, lo que garantiza un calentamiento eficiente y homogéneo (rango de temperatura: Ambiente + 7°C a 150°C), lo que asegura la precisión del resultado del análisis final.

Posteriormente, para la determinación de nitrógeno, la muestra se digiere utilizando el bloque de digestión macro, modelos TE-0081/50 o TE-008/50-04,  y la galeria exaustora, modelo TE-008/50-GE, neutralizador de gases – scrubber, modelo TE-152, seguida de la destilación en el destilador automático de nitrógeno, modelo TE-0366, o destilador de nitrógeno, modelo TE-0364.

Después de la digestión y destilación, se obtiene nitrógeno amoniacal por titulación, con una bureta o un titulador automático.

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REFERENCIAS

Bamforth, C. W. (Ed.), Brewing Materials and Processes: A Practical Approach to Beer Excellence. 2016. Elsevier.

Carneiro, Diego Dias. Estudo Computacional da Etapa Fermentativa da Produção de Cerveja e Proposta de Uma Estratégia de Controle para o Processo. Universidade Federal Rural do Rio de Janeiro. Instituto de Tecnologia Programa de Pós-Graduação Em Ciência e Tecnologia de Alimentos. 2010

MEBAK Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1st Edition 2012.

Willaert, Ronnie. (2001). Wort boiling today. Cerevisia - Belgian Journal of Brewing and Biotechnology. 26. 217-230.