Sobre la cerveza desde la perspectiva de un químico. Parte 1

Hola, %username%.

Como te prometí anteriormente, he estado un poco ausente debido a mi viaje de negocios. No, aún no ha terminado, pero me ha inspirado a compartir algunos pensamientos contigo.

Vamos a hablar de cerveza.

No voy a hacer una defensa de ciertas variedades, ni discutir qué sabor y color cambian menos en el cuerpo desde el momento de su consumo hasta el momento... bueno, ya sabes a qué me refiero. Solo quiero hablar sobre cómo veo el proceso de producción, las diferencias y los efectos de la cerveza en nuestro cuerpo desde una perspectiva química.

Muchos creen que la cerveza es una bebida para el pueblo llano, y están muy equivocados; muchos piensan que la cerveza es perjudicial, y también se equivocan, al igual que aquellos que creen que la cerveza no es perjudicial. Y analizaremos eso.

A diferencia de los artículos anteriores, intentaré evitar los textos densos, y mejor dividiré esta historia en varias partes. Y si en algún momento el interés decae, simplemente dejaré de aturdir la mente del pobre lector.

Vamos allá.

Historia del tema

La historia de la cerveza en el mundo se remonta a varios miles de años. Las primeras menciones de ella datan de la era neolítica temprana. Hace 6000 años, los humanos ya utilizaban tecnologías que permitían convertir el pan en una bebida aromática; de hecho, se considera que la cerveza es la bebida alcohólica más antigua del mundo.

La historia del origen de la cerveza comenzó incluso antes de nuestra era, y los laureles de sus inventores pertenecen a los sumerios. Su escritura cuneiforme, descubierta por E. Huber en Mesopotamia, contenía alrededor de 15 recetas de esta bebida. Los habitantes de Mesopotamia utilizaban espelta para preparar la cerveza. La molían con cebada, la mezclaban con agua, añadían hierbas y la dejaban fermentar. A partir del mosto obtenido, hacían la bebida. Ten en cuenta: en esencia, se inventó la cerveza de trigo, pero nadie hablaba aún del lúpulo, es decir, en esencia, se estaba preparando gruit o cerveza de hierbas. Además, la malta no estaba germinada.

Un hito importante en la historia de la cerveza fue la civilización babilónica. Fueron los babilonios quienes idearon cómo mejorar la bebida. Germinaban granos y luego los secaban, obteniendo malta. La cerveza hecha de granos y malta no se conservaba más de un día. Para hacer la bebida más aromática, añadían especias, corteza de roble, hojas de árboles y miel; ya habían inventado aditivos alimentarios, después de todo, ya que aún faltaban unos 5000 años para la Reinheitsgebot o, más claramente, la ley alemana sobre la pureza de la cerveza.

Poco a poco, la cerveza se fue extendiendo en el antiguo Egipto, Persia, India y el Cáucaso. Sin embargo, en la Antigua Grecia no era popular, ya que se consideraba una bebida de los pobres. Así surgieron todos esos prejuicios.

La historia de la creación de la cerveza se desarrolló con el inicio de la Edad Media. Este período se conoce como el renacimiento de la cerveza. Se considera que ocurrió en Alemania. El nombre alemán Bier proviene del antiguo germánico Peor o Bror. Aunque el mismo inglés Ale supuestamente desciende etimológicamente de una raíz indoeuropea, presumiblemente con el significado de "embriaguez". La procedencia indoeuropea de esta raíz se confirma al compararla con el moderno danés y noruego øl, así como el islandés öl (grupo de lenguas germánicas al que pertenecía el antiguo inglés) y el lituano y letonio alus — cerveza (grupo báltico de la familia indoeuropea), el norte ruso ол (en el sentido de bebida alcohólica), así como el estonio õlu y el finlandés olut. En resumen, nadie sabe cómo se formaron estas palabras, porque alguien cometió un error en la Antigua Babilonia — y ahora cada uno llama a la cerveza de manera diferente. Sin embargo, también la elaboran de diferentes maneras.

Fue precisamente en la Edad Media cuando se comenzó a añadir lúpulo a la bebida. Con su aparición, mejoraron las cualidades del sabor de la cerveza y su vida útil se alargó. Recuerda, %username%: el lúpulo era principalmente un conservante para la cerveza. Ahora se podía transportar la bebida, y se convirtió en un objeto de comercio. Aparecieron cientos de recetas y variedades de cerveza. Algunos científicos de regiones comprensibles consideran que los eslavos fueron los pioneros en el cultivo del lúpulo, ya que en Rusia, desde el siglo IX, la elaboración de cerveza estaba muy extendida.

En la Edad Media, las cervezas ligeras se consumían ampliamente en Europa en lugar de agua. Hasta los niños podían permitirse una cerveza, y sí, se trataba de cerveza, no de kvass, como algunos creen. No bebían porque fueran oscuros y quisieran emborracharse, sino porque al probar el agua se corría el riesgo de morir a causa de un montón de enfermedades conocidas y otras aún desconocidas. Con el nivel de medicina de un plátano y una partera — eso era demasiado peligroso. Además, la llamada cerveza de mesa («small ale») era también nutritiva y se consumía en enormes cantidades en la mesa, ya que contenía aproximadamente un 1% de alcohol. La pregunta lógica «¿y qué mataba entonces todas las enfermedades?» también la abordaremos.

El siglo XIX marcó otro avance en la historia de la cerveza. Primero, Louis Pasteur descubrió la relación entre la fermentación y las células de levadura. Publicó los resultados de su investigación en 1876 y, cinco años después, en 1881, el científico danés Emil Christian Hansen obtuvo una cultura pura de levaduras cerveceras, lo que impulsó la cervecería industrial.

Hablando de la historia de la cerveza sin alcohol, el impulso para su aparición fue la Ley Volstead de 1919, que marcó el inicio de la era de la prohibición en los EE. UU.: de hecho, se prohibió la producción, el transporte y la venta de bebidas alcohólicas con un contenido superior al 0,5%. Así que esto ya no se considera «small ale». Todas las cerveceras comenzaron a producir estas bebidas prácticamente sin alcohol basadas en malta, aunque por ley tuvieron que llamarlas «bebida de cereales», que inmediatamente fue apodada «mujer de goma» como «casi cerveza» («near beer»). En realidad, para pasar de la cerveza normal, prohibida, a la nueva «casi cerveza», solo era necesario añadir un paso adicional al proceso de producción (y definitivamente lo recordaremos), lo que no encareció mucho el producto final y permitió volver rápidamente a la producción de la bebida tradicional: «Creo que será un gran momento para la cerveza», dijo el presidente de EE. UU. Franklin Roosevelt al firmar la Ley Cullen-Harrison el 22 de marzo de 1933, que permitió aumentar el grado en las bebidas hasta un 4%. La ley entró en vigor el 7 de abril, y desde entonces esta fecha es el Día Nacional de la Cerveza en los EE. UU. Se dice que ya el 6 de abril, los estadounidenses hacían fila en los bares, y cuando sonó la medianoche, bueno... estadísticamente, se bebieron 1,5 millones de barriles de cerveza solo el 7 de abril. ¿Y tú bebiste una jarra de cerveza el 7 de abril, %username%?


Por cierto, si te interesa, en una de las siguientes partes te hablaré sobre una prohibición aún más severa, y esto no es en la URSS, sino en Islandia.

En la actualidad, la cerveza no se elabora solo en la Antártida, aunque esto no es exacto. Existen decenas de categorías y cientos de estilos, y si te interesa, puedes consultar su descripción. aquí. La cerveza no es tan simple como se cree, a veces el precio de una botella puede superar el de una caja de vino, y no estoy hablando del vino de la variedad «Château de la Paquet».

Así que, %username%, si ahora has abierto una botella de cerveza mientras lees, exprésate con respeto y continúa leyendo.

Ingredientes

Antes de analizar de qué está compuesta la cerveza, recordemos brevemente la tecnología de producción de esta bebida.

La cerveza, al igual que muchas cosas en este mundo, es un producto de combustión incompleta. En realidad, la fermentación es el proceso gracias al cual disfrutamos de este placer, así como tu capacidad, %username%, de leer estas líneas es un producto de la combustión incompleta de azúcares, solo que en el caso de la cerveza, los azúcares no se queman en tu cerebro, sino en las levaduras dentro de la cadena metabólica.
Como en cualquier tipo de combustión, los productos son dióxido de carbono y agua. Pero, ¿recuerdas que dije 'incompleta'? Y es cierto: en la producción de cerveza, no se permite que las levaduras se saturen (aunque esto no es del todo correcto, pero sirve para entender el concepto) —por lo que, además del dióxido de carbono, también se produce alcohol.

Dado que la comida no es azúcar puro, sino una mezcla de diferentes compuestos, el resultado no es simplemente dióxido de carbono, agua y alcohol —sino todo un bouquet, gracias al cual existen estas cervezas. Ahora te contaré sobre algunos de los ingredientes principales, y también desmentiré algunos mitos sobre la cerveza.

Agua.

Recordando que en realidad soy químico, voy a cambiar a un lenguaje químico aburrido.

La cerveza es una solución acuosa de sustancias extractivas de la malta, que no han sufrido cambios durante la fermentación y la maduración de la cerveza, etanol y sustancias de sabor y aroma, que son metabolitos secundarios de las levaduras o provienen del lúpulo. Las sustancias extractivas incluyen carbohidratos no fermentables (α- y β-glucanos), compuestos fenólicos (antocianógenos, oligómeros y polifenoles), melanoidinas y caramelos. Su contenido en la cerveza varía de 2,0 a 8,5 g/100 g de cerveza, dependiendo de la fracción en masa de sólidos secos en el mosto inicial, la composición del mosto, los regímenes tecnológicos de fermentación y las características de las cepas de levadura. Estos mismos indicadores del proceso están relacionados con el contenido de alcohol, cuya fracción en masa en la cerveza puede variar entre 0,05 y 8,6%, y las sustancias de sabor y aroma (alcoholes superiores, ésteres, aldehídos, etc.), cuya síntesis depende tanto de la composición del mosto como, especialmente, de los regímenes de fermentación y la naturaleza de las levaduras. Por lo general, en la cerveza fermentada con levaduras de fermentación baja, la concentración de productos secundarios del metabolismo de las levaduras no excede los 200 mg/l, mientras que para la cerveza de fermentación alta, su nivel supera los 300 mg/l. Una proporción aún menor de la cerveza proviene de las sustancias amargas del lúpulo, que no superan los 45 mg/l.

Todo esto es muy aburrido, los números pueden variar en grandes y pequeñas proporciones, pero la esencia la has captado: hay muy poco de esto en comparación con el contenido de agua en la cerveza. Al igual que tú, %username%, la cerveza está compuesta aproximadamente en un 95% por agua. No es sorprendente que la calidad del agua influya directamente en la cerveza. Y por cierto, esta es una de las razones por las cuales una misma variedad de cerveza, producida por diferentes fábricas en diferentes lugares, puede diferir en sabor. Un ejemplo específico y quizás el más conocido es el Pilsner Urquell, que alguna vez intentaron elaborar en Kaluga, pero no resultó. Ahora esta cerveza se produce solo en Chequia debido a su agua especialmente suave.

Ninguna cervecería comenzará a elaborar cerveza sin antes revisar el agua con la que va a trabajar; la calidad del agua es demasiado importante para el producto final. Los principales actores en este aspecto son los mismos cationes y aniones que ves en la etiqueta de cualquier bebida gaseosa, aunque los niveles se controlan de manera mucho más precisa que en el rango de "50-5000" mg/l.

¿A qué afecta la composición del agua?

Primero que nada, el agua debe cumplir con las normativas de SanPiN, por lo que de inmediato descartamos metales pesados y otros tóxicos; esta porquería no debería estar presente en el agua. Las principales limitaciones para el agua utilizada directamente en la producción de cerveza (durante la maceración) se refieren a indicadores como el pH, la dureza, y la relación entre las concentraciones de iones de calcio y magnesio, que en el agua potable no está regulada. La cantidad de iones de hierro, silicio, cobre, nitratos, cloruros y sulfatos debe ser considerablemente menor en el agua para cervecerías. No se permite la presencia de nitritos en el agua, ya que son potentes toxinas para las levaduras. La cantidad de componentes minerales (residuo seco) en el agua debe ser la mitad, y el índice de DBO (demanda bioquímica de oxígeno — oxidabilidad) debe ser 2.5 veces más bajo. Se ha introducido un indicador de alcalinidad al evaluar la idoneidad del agua para la elaboración de cerveza, que no está presente en las normativas para el agua potable.

Además, se exige que el agua utilizada para ajustar la proporción de sólidos secos y alcohol en la elaboración de cerveza de alta densidad (high-gravity brewing) sea, en primer lugar, microbiólogicamente pura, y en segundo lugar, desaireada (es decir, prácticamente no debe contener oxígeno disuelto) y debe contener aún menos iones de calcio y bicarbonatos en comparación con el agua recomendada para la elaboración de cerveza en general. ¿Qué es la elaboración de cerveza de alta densidad?Si no lo sabías, la tecnología de alta densidad en la elaboración de cerveza consiste en que, con el fin de aumentar la productividad del taller de elaboración, se elabora un mosto con un porcentaje de sólidos secos que supera en un 4 a 6% el porcentaje de sólidos secos de la cerveza final. Luego, este mosto se diluye con agua hasta obtener el porcentaje deseado de sólidos secos, ya sea antes de la fermentación o con la cerveza terminada (sí, la cerveza se diluye, pero esto solo sucede en la fábrica, y también te contaré más sobre ello después). Para obtener una cerveza que no se distinga en sabor de la elaborada con el método clásico, no se recomienda aumentar la extractividad del mosto inicial más del 15%.

Es extremadamente importante mantener el pH correcto en el agua; no me refiero en absoluto al sabor de la cerveza terminada, sino al proceso de fermentación del mosto (por cierto, se ha encontrado que esto en realidad no afecta al sabor; simplemente no notarás una diferencia tan sutil). El hecho es que el pH influye en la actividad de las enzimas que las levaduras utilizan para alimentarse. Se considera óptimo un valor entre 5.2 y 5.4, pero a veces este valor se eleva para aumentar la amargor. El pH afecta la intensidad de los procesos metabólicos en las células de levadura, lo que se refleja en el coeficiente de aumento de biomasa, la velocidad de crecimiento celular y la síntesis de metabolitos secundarios. Así, en un entorno ácido se produce principalmente etanol, mientras que en uno alcalino se intensifica la síntesis de glicerina y ácido acético. El ácido acético tiene un efecto negativo en el proceso de reproducción de las levaduras, por lo que debe ser neutralizado, ajustando el pH durante la fermentación. Para diferentes 'alimentos' puede haber diferentes valores óptimos de pH: por ejemplo, para el metabolismo de la sacarosa se necesita un pH de 4.6, y para la maltosa, de 4.8. El pH es uno de los principales factores que influyen en la formación de ésteres complejos, de los que hablaremos más adelante, y que crean esos aromas afrutados de la cerveza.

El ajuste del pH siempre es un equilibrio entre carbonatos e hidrogenocarbonatos en la solución; son estos los que determinan este valor. Pero aquí las cosas no son tan simples, porque además de los aniones, también hay cationes.

En la elaboración de cerveza, los cationes minerales que componen el agua se dividen en cationes químicamente activos y cationes químicamente inactivos. Los cationes químicamente activos son todas las sales de calcio y magnesio: así, la presencia de calcio y magnesio (y, por cierto, sodio y potasio) en un fondo de alto contenido en carbonatos aumenta el pH, mientras que el calcio y el magnesio (aunque sodio y potasio no juegan aquí) — en conjunto con sulfatos y cloruros — disminuyen el pH. Jugando con las concentraciones de cationes y aniones, se puede lograr un valor óptimo de acidez del medio. En este sentido, los cerveceros prefieren el calcio al magnesio: primero, porque es el ion de calcio el que está relacionado con el fenómeno de la floculación de las levaduras, y en segundo lugar, porque al eliminar la dureza temporal mediante ebullición (como en una tetera) el carbonato de calcio precipita y puede ser eliminado, mientras que el carbonato de magnesio se precipita lentamente y se disuelve parcialmente nuevamente al enfriar el agua.

Pero en realidad, el calcio y el magnesio son solo la punta del iceberg. Para no sobrecargar el artículo, simplemente sintetizaré algunos efectos de las impurezas iónicas en el agua sobre diferentes factores de producción y calidad de la cerveza.

Influencia en el proceso de elaboración de cerveza

• Los iones de calcio — estabilizan la alfa-amilasa y aumentan su actividad, lo que resulta en un mayor rendimiento del extracto. Aumentan la actividad de las enzimas proteolíticas, con lo cual se incrementa el contenido de nitrógeno total y α-aminado en el mosto.
• Determinan el nivel de reducción del pH del mosto durante la maceración, la ebullición del mosto con lúpulo y la fermentación. Determinan la floculación de las levaduras. La concentración óptima de iones es de 45-55 mg/l de mosto.
• Los iones de magnesio — forman parte de las enzimas de la glucólisis, es decir, son necesarios tanto para la fermentación como para la multiplicación de las levaduras.
• Los iones de potasio — estimulan la multiplicación de las levaduras, forman parte de los sistemas enzimáticos y ribosomas.
• Los iones de hierro — tienen un efecto negativo en los procesos de maceración. A concentraciones superiores a 0,2 mg/l pueden provocar degeneración de las levaduras.
• Los iones de manganeso — actúan como cofactores en las enzimas de las levaduras. Su contenido no debe exceder 0,2 mg/l.
• Los iones de amonio — solo pueden estar presentes en aguas residuales. Absolutamente inaceptables.
• Los iones de cobre — a concentraciones superiores a 10 mg/l son tóxicos para las levaduras. Pueden ser un factor mutágeno para las levaduras.
• Los iones de zinc, en concentraciones de 0,1 a 0,2 mg/l, estimulan la reproducción de levaduras. A altas concentraciones, inhiben la actividad de la α-amilasa.
• Los cloruros reducen la floculación de las levaduras. A concentraciones superiores a 500 mg/l, desaceleran el proceso de fermentación.
• Los bicarbonatos, a altas concentraciones, elevan el pH y, por ende, reducen la actividad de las enzimas amilolíticas y proteolíticas, disminuyendo el rendimiento de extracto y promoviendo un aumento en la coloración del mosto. La concentración no debe exceder los 20 mg/l.
• Los nitratos, en concentraciones superiores a 10 mg/l, se encuentran en los efluentes. En presencia de bacterias del grupo Enterobacteriaceae, se genera el ion nitrito tóxico.
• Los silicatos reducen la actividad de la fermentación a concentraciones superiores a 10 mg/l. Los silicatos provienen mayormente de la malta, pero a veces, sobre todo en primavera, pueden incrementarse en la cerveza debido al agua.
• Los fluoruros, hasta 10 mg/l, no tienen efecto.

Influencia en el sabor de la cerveza.

• Los iones de calcio reducen la extracción de taninos, que dan a la cerveza un amargor áspero y un sabor astringente. Disminuyen la utilización de las sustancias amargas del lúpulo.
• Los iones de magnesio dan un sabor amargo a la cerveza, que se percibe a concentraciones superiores a 15 mg/l.
• Los iones de sodio, en concentraciones superiores a 150 mg/l, provocan un sabor salado. A concentraciones de 75 a 150 mg/l, reducen la plenitud del sabor.
• Los sulfatos aportan a la cerveza astringencia y amargor, definiendo el retrogusto. A concentraciones superiores a 400 mg/l, dan a la cerveza un "sabor seco" (¡hola, Guiness Draught!). Pueden preceder la formación de sabores y olores sulfurosos asociados a la actividad de microorganismos patógenos y levaduras.
• Los silicatos influyen en el sabor de manera indirecta.
• Los nitratos afectan negativamente el proceso de fermentación a concentraciones superiores a 25 mg/l. Posibilidad de formación de nitrosaminas tóxicas.
• Los cloruros aportan a la cerveza un sabor más suave y dulce (sí, sí, pero solo si no hay sodio). A concentraciones de iones alrededor de 300 mg/l, aumentan la plenitud del sabor y le dan un sabor y aroma a melón.
• Los iones de hierro, a una concentración en la cerveza superior a 0,5 mg/l, incrementan el color de la cerveza, apareciendo espuma marrón. Aportan un sabor metálico a la cerveza.
• Los iones de manganeso tienen un efecto similar al de los iones de hierro, pero mucho más fuerte.
• Los iones de cobre — Afectan negativamente la estabilidad del sabor. Suavizan el sabor azufroso de la cerveza.

Influencia en la estabilidad coloidal (turbidez)

• Los iones de calcio — Precipitan oxalatos, reduciendo así la posibilidad de turbidez por oxalatos en la cerveza. Aumentan la coagulación de proteínas durante la ebullición del mosto con lúpulo. Disminuyen la extracción de silicio, lo que beneficia la estabilidad coloidal de la cerveza.
• Silicatos — Disminuyen la estabilidad coloidal de la cerveza debido a la formación de compuestos insolubles con iones de calcio y magnesio.
• Los iones de hierro — Aceleran los procesos oxidativos, causando turbidez coloidal.
• Los iones de cobre — Afectan negativamente la estabilidad coloidal de la cerveza, actuando como catalizadores de la oxidación de polifenoles.
• Cloruros — Mejoran la estabilidad coloidal.

¿Y cómo es? De hecho, diferentes estilos de cerveza se han formado en distintas partes del mundo, en parte gracias a la variación en el agua. Los cerveceros de una región producían cervezas exitosas con un sabor y aroma a malta marcados, mientras que los productores de otra lograban una bebida notable con un perfil de lúpulo evidente; todo esto se debía a que en diferentes regiones el agua era diferente, lo que hacía que una cerveza resultara mejor que otra. Ahora, por ejemplo, la composición del agua para la cerveza se considera óptima de la siguiente manera:

Sin embargo, es evidente que siempre hay desviaciones — y estas desviaciones a menudo determinan que "Baltika 3" de San Petersburgo no es en absoluto "Baltika 3" de Zaporozhye.

Es bastante lógico que cualquier agua utilizada para la producción de cerveza pase por varias etapas de preparación, que incluyen análisis, filtración y, si es necesario, ajuste de la composición. Con frecuencia, la cervecería lleva a cabo un proceso de preparación del agua: el agua obtenida de una manera u otra se somete a eliminación de cloro, modificación de la composición mineral y ajuste de dureza y alcalinidad. Se puede prescindir de todo esto, pero entonces — y eso si se tiene suerte con la composición nominal del agua — la cervecería solo podrá elaborar un par de variedades. Por lo tanto, el control y la preparación del agua se llevan a cabo SIEMPRE.

Las tecnologías modernas, cuando se dispone de suficientes recursos, permiten obtener agua con prácticamente cualquier característica necesaria. La base puede ser tanto agua de la red municipal como agua extraída directamente de un manantial artesiano. Existen también casos exóticos: por ejemplo, una cervecería sueca elaboró cerveza a partir de aguas residuales purificadas, y artesanos chilenos hacen cerveza con agua recogida en el desierto a partir de la niebla. Pero está claro que en la producción en serie, un costoso proceso de tratamiento de agua afecta el costo final; y tal vez por eso la ya mencionada Pilsner Urquell solo se produce en su país natal, Chequia.

Creo que para la primera parte es suficiente. Si mi relato resulta interesante, en la siguiente parte hablaremos sobre otros dos ingredientes esenciales de la cerveza, y tal vez sobre uno no esencial, discutiremos por qué la cerveza huele de manera diferente, si existe cerveza 'clara' y 'oscura', y también tocaremos las extrañas letras OG, FG, IBU, ABV, EBC. Puede que haya algo más, o puede que falte algo que aparecerá en la tercera parte, en la que planeo pasar brevemente por la tecnología y luego desmentir mitos y malentendidos sobre la cerveza, incluido que se 'diluye' y se 'fortifica', además de hablar sobre si se puede beber cerveza caducada.

Y tal vez haya una cuarta parte... La decisión es tuya, %username%!

Fuente: habr.com