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INTRODUCCION Los procesos químicos y físicos son muy utilizado en la industria, pues para la creación o la transformación industrial de un producto es necesario modificar su estado natural o incluso su composición química, es por ello que en este trabajo se ha seleccionado la industria cervecera, pues está más relaciona con este tipo de cambios. Es importante primero definir que es un cambio físico y que es un cambio químico Fenómeno físico: Las sustancias realizan un proceso o cambio sin perder sus propiedades características, es decir, sin modificar su naturaleza. Por el contrario, si unas sustancias se transforman en otras nuevas, de distinta naturaleza, se dice que ha tenido lugar un fenómeno químico. A medida que iniciemos la lectura de este documento podremos darnos cuenta de que los procesos de la industria cervecera están muy ligados a estos dos tipos de fenómenos. Se espera que una vez concluida la lectura de este artículo, el lector comprenda la importancia del estudio de los procesos físicos y químicos dentro de una empresa, pues diariamente intervienen para la transformación de diversos productos vigentes en el mercado.

PROCESOS FISICOS Y QUIMICOS UTILIZADOS EN LA INDUSTRIA CERVECERA

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PROCESO DE ELABORACION DE CERVEZA El proceso de Elaboración de Cerveza consta de tres etapas claramente definidas, que son Cocimiento, Fermentación y Reposo las cuales dependen exclusivamente del tipo de cerveza que se piensa elaborar, debido a que según la clase de cerveza varia la cantidad y tipo de Materia Prima. Esta es una de las causas principales por las cuales existen tantas variedades de cerveza. Siendo las otras el Tipo y naturaleza de Agua cervecera Tipo y naturaleza de levadura cervecera Tiempos y Temperaturas en Cocimiento Tiempos y Temperaturas en Fermentación

o o o o

MATERIAS PRIMAS Las principales materias primas que se emplean en la elaboración de la cerveza son: o o o o o

Malta de Cebada Adjuntos que pueden ser arroz, maíz, sorgo, trigo, cebada, etc. Lúpulo en sus variadas presentaciones Levadura Cervecera Agua Cervecera

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DIAGRAMA N°1.- PROCESO DE ELABORACIÓN DE CERVEZA

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PROCESO DE ELABORACION DE LA CERVEZA La fabricación de cerveza comprende multitud de procesos químicos, físicos y biológicos que se suceden unos a otros o marchan paralelamente e influyen unos sobre otros.

Grafico N°1

Grafico N°2 Grafico N°1 y N°2.-Elaboracion de la Cerveza Grafico N°3.- Cuadro de las diferentes sustancias químicas que reaccionan en el proceso de la elaboración de la Cerveza.

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Obtención de la malta La cerveza es un producto coloidal; por consiguiente, es sensible a los cambios en la manera de fabricarlo, es decir, se va desarrollando un proceso químico. Para transformar la cebada en malta es preciso dejarla que germine hasta que se haya producido la cantidad suficiente de enzimas y la actividad química de éstas alcance el grado necesario para elaborar cerveza. Cuando se llega a este punto se interrumpe la germinación. Y se lleva a temperatura más o menos elevada (desecación, torrefacción). Durante el malteo se forman una serie de enzimas, siendo las principales: • Amilasas.- Desdoblan el almidón, son dos la alfa amilasa y la beta amilasa. • Hemicelulasas.- Desdoblan las hemicelulosas • Proteolíticas.- Están agrupadas en dos grupos, las proteínasas que desdoblan las proteínas complejas hasta el estado de polipéptidos y péptidos, y las péptidasas que desdoblan los péptidos hasta el estado de aminoácidos. • Fitásas.- Que desdobla la fitina en fosfatos e inositol. • Oxidasas.- Son enzimas del grupo respiratorio, se distinguen tres, las verdaderas oxidasas que activan el oxígeno molecular, las peroxidasas que activan sólo el oxígeno de los peróxidos y la catalasa que desdobla el peróxido de hidrógeno. Operaciones de obtención de malta:

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Limpieza y clasificación o o o

Impurezas pequeñas son eliminadas con cilindros giratorios de tela fina. Las impurezas de mayor tamaño se separan por medio de cribas con movimiento de vaivén. Separar los granos partidos se utilizan las máquinas seleccionadoras, formadas por tambores ligeramente inclinados que giran muy despacio.

b) Remojo o o

Se eleva la cantidad de los granos desde un 11 % a un 44%-48% para iniciar la germinación. El proceso dura cuatro días y con una temperatura de agua que varía entre 5 a 18°C.

ACCIÓN ENZIMÁTICA DE LA AMILASA La fórmula bruta del almidón es: (C6H10O5)n. Las principales reacciones que ocurren durante el cocimiento por acción de las amilasas son: Formación de dextrinas. (C6H10O5)n ----------------> n(C6H10O5)n/x formación de maltosa : (C6H10O5)n + n/2 H2O -----> n/2(C12H22O11) y en menor proporción formación de glucosa (C6H10O5)n + n H2O --------> n(C6H12O6) El almidón contiene dos polisacáridos diferentes : amilosa y amilopéctina; la amilosa esta constituida por cadenas rectilineas de glucosa con uniones a 1-4; la amilopéctina esta constituida por cadenas ramificadas de uniones de glucosa en uniones a 1-4 y a 1-6 existiendo también uniones del tipo a 1-3. Para desdoblar el almidón se necesitan varias amilasas siendo las principales las α y β amilasas.

c) Germinación La germinación se realiza en tambores rotatorios lentos, bajo condiciones controladas de humedad, temperatura, tiempo de germinación y suministro de oxígeno.

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El CO2 y calor se retiran mediante el paso de aire forzado y saturado a una temperatura de 11º -16ºC. d) Desecación y torrefacción La desecación del malta se cumple en cámaras de horno, estufas de uno o varios pisos comenzando a temperaturas bajas y terminando a temperaturas altas, a las que se seca y se tuesta. La malta sufre modificaciones físicas ya sea la cantidad de agua, el volumen, el sabor, al olor y al color. Al subir la temperatura a 45ºC se produce una serie de fenómenos de reversión, el azúcar invertido se transforma de nuevo en sacarosa.

Proceso de sacarificación: Es el proceso de convertir malta y los ingredientes auxiliares en un caldo fermentable o mosto. Braceado o maceración: Los ingredientes tamizados (malta y el arroz) se introducen en recipientes de cobre en los que se introduce agua, con agitación mecánica y calentamiento, la mezcla se la hace hervir durante unos minutos para favorecer el ataque de las enzimas sobre el almidón.

Proceso de sacarificación: a) Filtración o clarificación: Se realiza en una cuba de filtración, la cual contiene en su fondo una malla metálica q retiene las partículas. Además de un sistema de paletas giratorias con cuchillo. El mosto llega desde la cuba de braceado con la ayuda de una bomba.

Molienda La molienda consiste en destruir el grano, respetando la cáscara o envoltura y provocando la pulverización de la harina. Estas dos condiciones, cáscara entera y harina fina no podrán respetarse si el grano no está seco (excepción molienda húmeda) y muy bien desagregado. La molienda debe ser también regulada según el cocimiento; si se utiliza un alto porcentaje de granos crudos o adjuntos es necesario moler groseramente. Sí para la filtración del mosto se utiliza un filtro prensa en lugar de una cuba-filtro o de falso fondo se puede moler más fino pues en el filtro prensa el espesor de la capa filtrante de orujo o afrecho es mucho más delgada.

Maceración

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En esta etapa, deberemos mantener el grano a una determinada temperatura, para que el almidón, se convierta en azúcar, la que una vez disuelta en agua, servirá de alimento a las levaduras que la convertirán en alcohol y dióxido de carbono. El método que más hemos utilizado es colocar agua en una cacerola y llevarla a 70ºC, para en este punto agregar el grano que hemos molido previamente. Al incorporar el grano bajará un poco la temperatura regulando la llama del fuego e inclusive apagándolo, deberemos mantener la temperatura constante en 65º, durante una hora o una hora y media, según la receta. En este punto, se supone que la totalidad del almidón contenido en el grano se ha convertido en azúcar y eso lo podremos comprobar haciendo un test con yodo Cocimiento Tiene por objeto extraer todos los principios útiles de la malta (extracto fermentesible), lúpulo (Amargos y aceites esenciales) y sucedáneos o materias auxiliares para preparar el mosto cervecero Comparte 5 fases que son : - Molienda - Proceso en Pailas - Filtración - Ebullición de mosto - Enfriamiento

Ebullición del mosto La finalidad de la ebullición es Estabilizar enzimática y microbiológicamente el mosto, buscar la coagulación de las proteínas. La esterilización del mosto es obtenida por simple ebullición, pues su reacción es ligeramente ácida. La coagulación de las materias proteínicas debe hacerse lo mejor posible, pues si subsisten en el mosto ocasionarían problemas en la fermentación y provocando fácilmente turbiedad en la cerveza embotellada. La coloración también aumenta sobre todo por la formación de melanoidinas, también por oxidación de taninos, estas dos reacciones son favorecidas por el pH elevado . Por último a lo largo de la ebullición se forman productos reductores que contribuyen a la calidad y estabilidad de cerveza. •

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PROCESO DE ELABORACIÓN DE CERVEZA: EL LUPULO Proporciona los taninos pirogalol y catecol, resinas y aceites esenciales y otros constituyentes con el objeto de precipitar las proteínas inestables durante la ebullición del mosto y originar el agradable y característico sabor amargo (ácidos ) de la cerveza y contribuye, entre otras propiedades, a la estabilidad del sabor y a la retención de la espuma . Es una flor femenina de la planta Humulus lupulus que se cultiva en campos especiales por lo que debe ser importada. El lúpulo es procesado y utilizado en forma de extracto de lúpulo, extracto isomerizado y pellets entre otros.

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Adición de lúpulos El Lupulado del mosto se realiza tradicionalmente durante esta operación, es decir en la paila de ebullición. El amargor es obtenido por isomerización de los ácidos y del lúpulo; esta isomerización es incompleta debido principalmente al pH del mosto, el pH óptimo de isomerización es 9. Como se ha visto existen muchas lupulonas y humulonas en el lúpulo; cada uno de estos compuestos donará su isómero respectivo; el conjunto es conocido como isohumulonas pues son esencialmente quienes donan el amargor deseado.

Cuantificación del amargor Desde que la elaboración de cerveza se ha industrializado, los expertos en cervecería han buscado la forma de cuantificar con una medida científica el potencial de amargor de un determinado cultivo de lúpulo. Este es un dato que resulta vital para poder saber cuánto lúpulo deben añadir a sus mostos. Por ello, la medida más directa que se utiliza para cuantificar el potencial de amargor del lúpulo es el llamado Alpha Acid Units (AAU). Esta unidad se calcula simplemente multiplicando el peso del lúpulo por el contenido en ácidos alfa expresado en porcentaje. En realidad, el potencial de amargor depende de otros muchos factores: el tiempo y vigor de la cocción, la densidad y el pH del mosto, la edad y condiciones del lúpulo, el tipo de presentación del lúpulo (natural, tabletas, concentrados, etc.), nivel de rendimiento del lúpulo y algunos otros factores no tan relevantes. Para tener todo esto en cuenta se definió el International Bittering Unit (IBU). El IBU es una medida de concentración de ácidos alfa isomerizados en la cerveza acabada. Esta medida se expresa en miligramos por litro o en partes por millón (ppm).

Filtración del mosto Habiendo ya disuelto las materias solubles por el cocimiento es necesario separar el mosto de la parte insoluble llamada orujo o afrecho. La operación se realiza en dos fases: primero el flujo del mosto y luego la operación de lavado del extracto que contiene el orujo. El mosto y el agua de lavado deben ser claros pues si se aporta durante la operación demasiadas sustancias mal disueltas, la clarificación de la cerveza será demasiado difícil. La calidad de la cerveza puede ser también alterada por un lavado de orujo con agua alcalina pues los polifenoles y sustancias amargas de la cáscara de la malta se disuelven muy fácilmente en agua alcalina aún más si se tiene en cuenta que el lavado se hace en agua a una temperatura máxima de 75 ºc. Es muy importante no excederse de 75 ºc pues se corre el riesgo de disolver almidón presente aún en el orujo, lo que causaría problemas de turbiedad y fermentación posteriores.

Enfriamiento del mosto El mosto obtenido por sacarificación de la malta o de los adjuntos y por proteólisis de las proteínas de la malta y ebullido durante hora y media con el lúpulo para otorgarle el amargo, es llevado a la temperatura de inoculación de la levadura, esta temperatura depende del tipo de levadura empleada y del tipo de cerveza a fabricar entre 6 a 20 ºC. .

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Durante el enfriamiento un nuevo precipitado de polifenoles-proteínas se forma, por un lado por enlaces de hidrógeno y también por la falta de solubilidad de las prolaminas. La presencia de este nuevo precipitado juega un rol esencial sobre la formación de H 2S por la levadura. El mosto enfriado, en principio estéril, debe ser aireado antes del inicio de la fermentación, de no ser airedo la tasa de mortalidad levuriana aumentaría a tal punto que la levadura no podría ser reutilizada.

Fermentación cervecera La fermentación juega un rol esencial en la calidad de la cerveza, en particular gracias a los productos secundarios como los alcoholes superiores y ésteres; es también la etapa de la fabricación más difícil de controlar. La levadura que es reutilizada de una fermentación a otra no tiene un metabolismo estable; ella degenera El principal producto obtenido durante la fermentación es el alcohol etílico.

Proceso fermentativo de la cerveza Se agrega al mosto frío, levadura en una cantidad calculada, para que quede en el mosto de 8 a 10 millones de células por CC. La cantidad total de levadura que se inyecta se calcula teniendo en cuenta el volumen de mosto que va contener la tina de fermentación. La temperatura inicial de fermentación puede variar entre 6 a 10 ºC. Una vez que se inicia la fermentación se aprecian como cambios notorios, el descenso del extracto, la producción de gas carbónico y el desprendimiento de calor. Para recolectar el gas carbónico que se desprende de la fermentación, comúnmente el tanque está conectado por la parte superior con dos tuberías; una que va a la intemperie y la otra que va a la planta de purificación de gas carbónico. A la cantidad de levadura obtenida en cada fermentación se le denomina cosecha de levadura, lo normal es obtener 4 veces la cantidad de levadura agregada.

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Levadura cervecera Diversas cepas de levadura tienen características diferentes e individuales de sabor, las levaduras que se usan en la fabricación de cerveza se pueden clasificar como pertenecientes a una u otra de las dos especies del género saccharomyces: -

saccharomyces cerevisiae

-

saccharomyces uvarum

Siendo los de fermentación alta las pertenecientes a la cerevisiae y a la de fermentación baja a la uvarum. Las demás especies se clasifican como levaduras salvajes como la candida, pichia, cloequera, pongue, etc. pues deterioran el sabor de la cerveza.

Maduración Acumular o almacenar cerveza, dejar sedimentar en forma natural la materia amorfa y la levadura que aún tiene la cerveza, refinación del sabor por eliminación de las sustancias volátiles que causan el sabor extraño, separación por precipitación de los compuestos que se forman al ser enfriada la cerveza, completar la atenuación límite que no ha sido alcanzada en la fermentación y también se busca carbonatar la cerveza. Con respecto a la temperatura de cerveza en maduración se especifica entre -2 y 0.ºC. Si se hace segunda maduración se pasa a la etapa de reposo de 2 a 3ºC. y cuando se pasa al acabado se enfría a -2ºC. Si es mayor de 0ºC.puede presentarse autolisis de la levadura que pasa a maduración afectando el sabor, se presentan coagulaciones de las sustancias que precipitan en frío (proteasas o peptonas - taninos) y por tanto se obtienen cervezas químicamente inestables.

Envasado Después de la maduración, la cerveza pasa por los más sofisticados procesos de filtración, lo que llamamos filtración en frio. Sigue el proceso por los tanques de gobierno, donde se guarda hasta el momento de ser envasada. Todo el proceso de fabricación, desde el análisis y preparación de la materia prima hasta la asepsia, control de calidad, inclusive las botellas y latas, son controladas por el laboratorio. Cuando las botellas y latas están sometidas a la pasteurización, se garantiza la vida de la cerveza por 6 meses en condiciones normales de almacenamiento sin alterar sus propiedades. El tiempo de la fabricación de la cerveza es de 15 días. Siendo 7 días para la fermentación, 7 días para la maduración y un día para el filtrado y envasado.

BILBIOGRAFIA 1.- Química Orgánica por MORRISON y BOYD 5ta Edición, Editorial PEARSON. 2.- Introducción a la Química Orgánica por LUIS LAFUENTE Y ALATAVA BENITO, Editorial UNIVERSITAT JAUME

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3.- Fundamentos Teórico-Prácticos de la Química Orgánica por ALICIA LAMARQUE, Editorial ENCUENTRO 4.-http://quimicaorganicaqu.blogspot.pe/