• Author / Uploaded
• Haydee Ticona

Citation preview

UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUIMICA

“EVALUACIÓN, PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA COCIMIENTO -

FERMENTACIÓN DE UNA PLANTA PILOTO DE ELABORACIÓN DE CERVEZA” TESIS PRESENTADO POR:

Bach. Alexander Barry CALLA ZEVALLOS Bach. Raul Elisban PILCO CORTEZ Bach. Moises ALVAREZ APAZA Bach. Lourdes Agueda RAMOS TORRES

PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE: INGENIERO QUÍMICO

PUNO - PERU 2012

Universidad Nacional del Altiplano FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA QUÍMICA “EVALUACIÓN, PUESTA EN MARCHA DEL SISTEMA COCIMIENTO -

FERMENTACIÓN DE UNA PLANTA PILOTO DE ELABORACIÓN DE CERVEZA ”

TESIS PRESENTADO A LA DIRECCIÓN DE INVESTIGACIÓN DE LA FACULTAD DE INGENIERIA QUÍMICA DE LA U.N.A. – PUNO PARA OPTAR EL TÍTULO PROFESIONAL DE:

INGENIERO QUÍMICO APROBADO POR EL JURADO REVISOR CONFORMADO POR: PRESIDENTE

: ......................................................................... Ing. M. Sc. Higinio A. ZUÑIGA SANCHEZ

PRIMER MIEMBRO

: .......................................................................... Ing. M. Sc. Jorge ARIZACA OBLITAS

SEGUNDO MIEMBRO

: ............................................................................ Ing. M. Sc. Salomón TITO LEON

DIRECTOR DE TESIS

: ........................................................................... Ing. M. Sc. Teófilo DONAIRES FLORES

Dedicatoria A Dios, A la memoria de mi padre A mi madre, hermanos y hermanas Familiares, maestros, amigos y compañeros Quienes supieron inculcar en mi el sentimiento de amor Responsabilidad, trabajo para que pueda lograr con éxito lo propuesto en mi vida.

RAUL

Dedicatoria A DIOS, por ser el que me dio la vida y me cuida en todo momento. A mi Madre HONORATA, quien me apoya y me da las fuerzas para seguir luchando en esta vida tan dura. A mis hermanos JUAN y DANIELA por el apoyo incondicional que me han dado durante todo este tiempo, igualmente a toda

mi

familia

que

siempre

están

apoyándome

incondicionalmente en todo. A

mi Hija LUANITA, quien es la razón para seguir

superándome

y lograr

todas mis metas

trazadas,

a

MARITZA quien me comprende y me apoya en todo. A mis amigos MOISES Y CESAR por brindarme su amistad más sincera y darme buenos consejos. Y no puedo irme sin antes decirles, que sin ustedes a mi lado no lo hubiera logrado, tantas desveladas sirvieron de algo y aquí está el fruto. Les agradezco a todos ustedes con toda mi alma el haber llegado a mi vida y el compartir

momentos agradables y momentos tristes, pero esos momentos son los que nos hacen creer y valorar a las personas que nos rodean. Los quiero mucho y nunca los olvidaré. Alexander Barry

Dedicatoria A ti DIOS que me diste la oportunidad de vivir y de brindarme una familia maravillosa Con mucho cariño principalmente a mis Padres, FERNANDO ALVAREZ PILCO Y EUGENIA APAZA SUCARI por darme una carrera para mi futuro y creer en mi, apoyándome y brindándome todo su amor, por todo esto les agradezco de todo corazón el que estén conmigo a mi lado. A mis hermanos LUCIO, NELSON, ANA CECILIA Y MARY gracias por estar conmigo y apoyarme siempre, los quiero mucho

A mi hijo MATIAS que es el motor de mi vida para seguir Adelante. A mi esposa ANALY por su apoyo incondicional Moisés Alvarez

Dedicatoria A DIOS por ser nuestro creador, amparo y fortaleza. A la memoria de mis padres ASUNTA y ALBERTO gracias por haberme dado la vida, por sus enseñanzas y

sabios

consejos. A los docentes de la Facultad quienes en todo momento se esforzaron para brindarme sus conocimientos que me sirvieron para la culminación de mi carrera. A mis hermanos: FLORENTINO, ANDREA, SABINA, CESAR, EDGAR, ROBERTO, ZAIDA, TERESA y JOSE RAUL, quienes en todo momento me brindan su apoyo incondicional. A mis sobrinos

e

hijos que Dios me dio, que son parte

importante de mi vida. A mis amigos y amigas que en todo momento me dan las fuerzas necesarias para seguir adelante y no desmayar, y por último. A mis estudiantes que son mi inspiración para seguir superándome día a día y lograr mis metas trazadas. LOURDES

AGRADECIMIENTOS A nuestra Alma Mater “Universidad Nacional del Altiplano”, a la Prestigiosa Facultad de Ingeniería Química, Pilar fundamental del desarrollo intelectual, moral y ético donde nos vio formar como hombres del bien y habernos brindado la formación profesional.

-

Al Ing. M.Sc. HIGINIO ZUÑIGA SANCHEZ, por su accesibilidad y apoyo incondicional quien nos ha incentivado y fortalecido en la ejecución y desarrollo del presente proyecto.

-

Al Ing. M.Sc. JORGE ARISACA OBLITAS, Ing. M.Sc. SALOMÓN TITO LEÓN por su apoyo y consejos durante la realización del proyecto.

-

A nuestro director de tesis; Ing. M.Sc. TEÓFILO DONAIRES FLORES, por su observación y contribuciones realizadas en las cuales enriquecieron el presente proyecto.

-

A todos nuestros catedráticos, familiares, amigos y demás personas que de una u otra manera brindaron su apoyo para la finalización de este proyecto.

INDICE

CAPÍTULO I......................................................................................................................................1 CONSIDERACIONES GENERALES...........................................................................................1 1.1

LA CERVEZA EN EL PERU.............................................................................................1

1.2 PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.............................................2 1.2.1 FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.............................................................................2 1.2.2 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.........................................................................3 1.3 OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES.....................................................................4 1.3.1 Variable Independiente (Vi) Causa:...........................................................................4 1.3.2 Variable Dependiente (Vd) Efecto:............................................................................4 1.3.3 Variable Interviniente (Vinter):..................................................................................4 1.4. OBJETIVOS......................................................................................................................6 1.4.1. OBJETIVOS GENERALES..........................................................................................6 1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS........................................................................................6 1.5. JUSTIFICACIÓN...............................................................................................................6 1.5.1. EN LO ACADÉMICO....................................................................................................6 1.5.2. EN LO TECNOLÓGICO...............................................................................................7 1.4.

ALCANCES......................................................................................................................8

1.5.

BENEFICIARIOS..............................................................................................................8

1.6.

FINES................................................................................................................................8

1.7. PROPÓSITO.....................................................................................................................8 1.7.1. ANTECEDENTES.........................................................................................................8 1.8.

UBICACIÓN DEL PROYECTO......................................................................................10

CAPÍTULO II...................................................................................................................................11 MARCO CONCEPTUAL.............................................................................................................11 2.1. CERVEZA.......................................................................................................................11 2.1.1. Definición...................................................................................................................11 2.1.2. Historia de la cerveza...............................................................................................11 2.1.3. TIPOS DE CERVEZA.................................................................................................14 2.1.3.1. CERVEZAS SEGÚN EL TIPO DE FERMENTACIÓN.......................................15 2.1.3.2. BAJA FERMENTACIÓN....................................................................................15 2.1.3.3. ALTA FERMENTACIÓN.....................................................................................15 2.1.3.4. FERMENTACIÓN ESPONTÁNEA.....................................................................16 2.1.3.5. OTROS TIPOS DE CERVEZA...........................................................................17 2.2. MATERIA PRIMA E INSUMOS EMPLEADOS EN LA CERVEZA................................17 2.2.1. LA MALTA..................................................................................................................17 2.2.1.1. LA CEBADA.......................................................................................................18 2.2.1.2. MALTEADO DE LA CEBADA..........................................................................20 2.2.1.3. ANÁLISIS Y CALIDAD DE LA MALTA.............................................................22 2.2.2. ADJUNTOS CERVECEROS......................................................................................23 2.2.3. LÚPULO.....................................................................................................................23

2.2.4. LEVADURA CERVECERA.........................................................................................25 2.2.4.1. Ciclo Vital de la Levadura................................................................................27 2.2.4.1.1. El período del retraso.................................................................................27 2.2.4.1.2. La fase del crecimiento..............................................................................28 2.2.4.1.3. La fase de la fermentación........................................................................28 2.2.4.1.4. La fase de la sedimentación......................................................................29 2.2.5. AGUA CERVECERA..................................................................................................29 2.3. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO....................................................................................32 2.3.1. RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA...........................................................................32 2.3.1.1. MOLIENDA.........................................................................................................32 2.3.1.2. PRODUCCIÓN DEL MOSTO.............................................................................32 2.3.2. INTERCAMBIADOR DE CALOR...............................................................................35 2.3.3. FERMENTACIÓN DE LA CERVEZA.........................................................................37 2.3.4. MADURACIÓN...........................................................................................................39 2.3.5. SISTEMA DE ENFRIAMIENTO..................................................................................41 2.3.6. FILTRACIÓN...............................................................................................................41 2.3.6.1. CLASES DE FILTROS.......................................................................................42 2.3.6.1.1. FILTROS DE SEPARACIÓN GRAVITACIONAL..........................................42 2.3.6.1.2. FILTROS MECÁNICOS.................................................................................42 2.3.6.1.3. FILTROS QUÍMICOS.....................................................................................43 2.3.7. TURBIDEZ..................................................................................................................46 2.3.8. CLARIFICACION........................................................................................................46 2.3.9. CARBONATACIÓN....................................................................................................47 2.3.9.1. DIOXIDO DE CARBONO EN LA CERVEZA.....................................................48 2.3.9.2. PRESIÓN............................................................................................................49 2.3.9.3. TEMPERATURA Y BALANCE DE CO 2 ....................................................50 2.3.9.4. PROBLEMAS DE DERRAME DEL LÍQUIDO Y CO 2 ...............................52 2.3.10. LLENADOR Y ENCHAPADOR..............................................................................54 2.3.10.1. TIPOS DE LLENADO.........................................................................................54 2.3.10.1.1. LLENADO POR GRAVEDAD......................................................................54 2.3.10.1.2. LLENADO POR GAS CARBÓNICO (CO2).................................................55 2.3.10.1.3. Llenado por vacío.......................................................................................55 2.3.10.1.4. Llenado volumétrico..................................................................................55 2.3.10.2. PROCESO DE LLENADO Y CORONADO DE LA CERVEZA.........................55 2.3.10.3. SALÓN DE ENVASE..........................................................................................57 2.3.11. PASTEURIZACIÓN................................................................................................58 2.3.11.1. Proceso VAT......................................................................................................58 2.3.11.2. Proceso HTST....................................................................................................58 2.3.11.3. Organismos reguladores del estándar...........................................................60 2.3.12. FACTORES QUE AFECTAN AL PROCESO.........................................................61 2.3.12.1. La acidez del alimento......................................................................................61 2.3.12.2. Organismos resistentes...................................................................................61 2.3.12.3. Forma del alimento...........................................................................................62 2.3.12.4. Propiedades térmicas del alimento................................................................62 2.3.12.5. Esterilización con rayos uv.............................................................................62 LA TECNOLOGÍA ULTRAVIOLETA..........................................................................................64 ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO:.......................................................................................64 PASTEURIZACIÓN Y ESTERILIZACIÓN..................................................................................66

CAPÍTULO III..................................................................................................................................68 DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE COCCIÓN INTERCAMBIADOR DE CALOR Y FERMENTADOR DE CERVEZA................................................................................................68 3.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE COCCIÓN...............................................................68 3.1.1. PAILA DE ADJUNTOS..............................................................................................68 3.1.2. PAILA DE AGUA CALIENTE.....................................................................................71 3.1.3. PAILA DE MACERACION..........................................................................................73 3.1.4. PAILA DE COCCIÓN..................................................................................................75 3.2.

INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO....................................................77

3.3. FERMENTADOR – MADURADOR CILINDRO CÓNICO..............................................78 3.3.1. Cálculos en el Proceso de Fermentación..............................................................80 3.3.2. Cálculos en el Enchaquetado..................................................................................82 CAPÍTULO IV..................................................................................................................................86 METODOLOGÍA Y EVALUACIÓN DE LOS EQUIPOS.............................................................86 4.1.

METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN..............................................................................86

4.2. MATERIALES Y EQUIPOS............................................................................................86 4.2.1. EQUIPOS Y MATERIALES EXPERIMENTALES......................................................86 4.2.1.1. EQUIPOS............................................................................................................86 4.2.1.2. INSTRUMENTOS...............................................................................................87 4.2.1.3. MATERIALES.....................................................................................................87 4.2.1.3.1. INSUMOS.......................................................................................................87 4.2.1.3.2. REACTIVOS..................................................................................................87 4.3. MÉTODOS DE ANÁLISIS..............................................................................................88 4.3.1. Determinación de pH................................................................................................88 4.3.2. Determinación de la Densidad................................................................................89 4.3.3. Determinación del Grado Alcohólico......................................................................89 4.3.4. Determinación de los oBrix.....................................................................................90 4.3.5. Determinación de la Humedad................................................................................91 CAPÍTULO V...................................................................................................................................92 PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.........................................................................................92 5.1. METODOLOGÍA EXPERIMENTA..................................................................................92 5.1.1. DIAGRAMA DE FLUJO CUALITATIVO....................................................................92 5.1.2. DIAGRAMA DE FLUJO CUANTITATIVO..................................................................93 5.1.3. COCCIÓN DE LA MALTA (Cerveza Lager)..............................................................94 5.1.3.1. MOLIENDA.........................................................................................................94 5.1.3.2. MACERACIÓN...................................................................................................94 PROPORCIONES EN MATERIAS PRIMAS PARA EL MACERADO...........................95 Preparación de adjuntos por separado: (primera paila)..............................96 Agua de Enjuague: (segunda paila)...............................................................96 Maceración de la Malta: (tercera paila)..........................................................96 5.1.3.3. FILTRACIÓN......................................................................................................96 5.1.3.4. EBULLICIÓN Y LUPULADO. (Cuarta Paila)....................................................97 5.1.4. ENFRIAMIENTO Y AIREACIÓN: (Intercambiador de calor)..................................97 5.1.5. FERMENTACIÓN.......................................................................................................98 5.1.6. MADURACIÓN O REPOSO.......................................................................................98 CAPÍTULO VI................................................................................................................................100

CÁLCULOS DE INGENIERIA..................................................................................................100 6.1. a) b) c) d) e) f)

BALANCE DE MATERIA.................................................................................................100 Balance de Materia en la Paila de Adjuntos. ...........................................................100 Balance de Materia en la Paila de Agua de Lavado................................................101 Balance de Materia en la Paila de Maceración........................................................102 Balance de Materia en la Paila de Cocción..............................................................103 Balance de Materia en el Intercambiador de Calor................................................103 Balance de Materia en el fermentador......................................................................104

6.2. a) b) c) d) e) f)

BALANCE DE ENERGIA.............................................................................................105 Cálculo de Energía Necesaria para la Paila de Adjuntos.......................................105 Balance de Energía en la Paila de Agua de Lavado................................................106 Cálculo de la Energía Necesaria para la Paila de Maceración...............................107 Cálculo de la Energía Necesaria para la Paila de Cocción....................................109 Cálculo de la Energía Necesaria para el intercambiador de calor.........................110 Cálculo de la Energía para el Fermentador..............................................................111

6.3. CÁLCULO DE LA POTENCIA DE LA BOMBA PARA TRANSPORTAR EL MOSTO DESDE EL INTERCAMBIADOR DE CALOR HASTA EL FERMENTADOR.........................113 6.3.1. Datos Operativos....................................................................................................113 6.3.2. Datos del Circuito de Flujo....................................................................................113 6.3.3. Accesorios en Línea...............................................................................................114 6.3.4. Cálculos de la Velocidad Media de Flujo (v)........................................................114 6.3.5. Cálculo del Número de Reynolds (NRe).................................................................115 6.3.6. Cálculo de la Rugosidad Relativa (/D)...............................................................115 6.3.8. Cálculo De La Pérdida De Carga En Las Tuberías (h t)........................................115 6.3.9. Cálculo de la Pérdida de Carga en Accesorios (h a).............................................116 6.3.10. Cálculo de la Pérdida de la Carga Estática (h e)...................................................116 6.3.11. Cálculo de la Pérdida de la Carga Total del Sistema (h L)....................................116 6.3.12. Potencia De La Bomba...........................................................................................117 6.4. COSTOS DE PRODUCCIÓN.......................................................................................117 6.4.1. COSTOS DE EVALUACIÓN DEL EQUIPO.............................................................117 CAPÍTULO VII ..............................................................................................................................122 EXPOSICIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.......................................................................122 7.1. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN............................................................................122 7.1.1. Estudio de los parámetros que influyen en la etapa de Cocción......................122 7.1.2. Estudio de los parámetros que influyen en la etapa de Fermentación............124 VIII.

CONCLUSIONES.............................................................................................................129

IX.

SUGERENCIAS................................................................................................................131

X.

BIBLIOGRAFÍA....................................................................................................................132

XI. ANEXOS

INDICE DE CUADROS

CUADRO N° 1: OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES........................................................................5 CUADRO N° 2: CLASIFICACIÓN CIENTÍFICA DE LA CEBADA.............................................................18 CUADRO N° 3 : COMPOSICIÓN NUTRICIONAL DE LA CEBADA..........................................................19 CUADRO N° 4: ANÁLISIS DE ADJUNTOS CERVECEROS.....................................................................23 CUADRO N° 5: COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL LÚPULO........................................................................25 CUADRO N° 6: ENZIMAS INVOLUCRADAS DURANTE LA MACERACIÓN...........................................35 CUADRO N° 7: TIPOS DE RADIACION UV...............................................................................................65 CUADRO N° 8: COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DE UV-C A 254 NM PARA..........................................66 CUADRO N° 9: DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS EN EL PROCESO DE COCCIÓN Y........................84 CUADRO N° 10 BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DE ADJUNTOS.............................................101 CUADRO N° 11: BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DE AGUA DE LAVADO...............................101 CUADRO N° 12: BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DE MACERACIÓN.......................................102 CUADRO N° 13: BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DE COCCIÓN...............................................103 CUADRO N° 14: BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DEL FERMENTADOR..................................104 CUADRO N° 15: BALANCE DE ENERGÍA NECESARIA PARA LA PAILA DE......................................105 CUADRO N° 16: BALANCE DE ENERGÍA NECESARIA EN LA PAILA DE AGUA DE LAVADO..........106 CUADRO N° 17: BALANCE DE ENERGÍA NECESARIA EN LA PAILA DE MACERACIÓN.................107 CUADRO N° 18: BALANCE DE ENERGÍA NECESARIA EN LA PAILA DE COCCIÓN.........................109 CUADRO N° 19: RECURSOS MATERIALES..........................................................................................117 CUADRO N° 20: COSTO DE ACCESORIOS...........................................................................................119 CUADRO N° 21: OTROS COSTOS..........................................................................................................120 CUADRO N° 22: COSTO TOTAL..............................................................................................................121 CUADRO N° 23: RESULTADOS OBTENIDOS........................................................................................123 CUADRO N° 24: ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LA DENSIDAD EN.....................................124 CUADRO N° 25: VARIACIÓN DEL PH CON EL TIEMPO.......................................................................125 CUADRO N° 26: VARIACIÓN DE °BRIX CON EL TIEMPO....................................................................126 CUADRO N° 27: CONCENTRACIÓN DEL GRADO ALCOHÓLICO EN LA..........................................127

INDICE DE FIGURAS

FIGURA N° 1: Bebiendo cerveza en la época de la civilización babilónica ........................................12 FIGURA N° 2: Estatuilla de una mujer fabricando cerveza....................................................................12 FIGURA N° 3: Planta de Cebada...............................................................................................................18 FIGURA N° 4: Grano de cebada................................................................................................................19 FIGURA N° 5 : Tipos de malta...................................................................................................................22 FIGURA N° 6: Hoja de Lúpulo...................................................................................................................24 FIGURA N° 7: Lúpulo en Pellets...............................................................................................................25 FIGURA N° 8: Levadura de cerveza..........................................................................................................26 FIGURA N° 9: Ciclo Vital de la Levadura.................................................................................................27 FIGURA N° 10: Contenedores de Cartucho.............................................................................................45 FIGURA N° 11: Filtro de Placas.................................................................................................................45 FIGURA N° 12: Sistema de Refrigeración...............................................................................................49 FIGURA N° 13: Presión de

CO 2 en Equilibrio .............................................................................50

FIGURA N° 14: Poca presión de

CO 2 ..............................................................................................51

FIGURA N° 15: Demasiada Presión de

CO 2 ...................................................................................51

FIGURA N° 16: Cerveza con Poca carbonatación...................................................................................52 FIGURA N° 17: Cerveza sobre carbonatada............................................................................................53 FIGURA N° 18: Radiación ultravioleta o Radiación UV..........................................................................64 FIGURA N° 19: Radiación UV -C...............................................................................................................65 FIGURA N° 20: Paila De Adjuntos.............................................................................................................69 FIGURA N° 21: Paila De Agua Hervida.....................................................................................................71 FIGURA N° 22: Paila De Maceración........................................................................................................73 FIGURA N° 23: Paila De Cocción..............................................................................................................75 FIGURA N° 24: Intercambiador de Calor..................................................................................................77 FIGURA N° 25: Configuración en Contra flujo........................................................................................78 FIGURA N° 26: Fermentador.....................................................................................................................79 FIGURA N° 27: Esquema experimental cualitativo de la elaboración de la cerveza..........................92 FIGURA N° 28: Esquema experimental cuantitativo de la elaboración de la cerveza........................93 FIGURA N° 29: Maceración Con Adjuntos Por Separado......................................................................95 FIGURA N° 30: Diagrama de Hidrolisis Enzimática del Almidón.........................................................123 FIGURA N° 31: Formación de los azúcares fermentables en el proceso de hidrólisis del..............124 FIGURA N° 32: Comportamiento de la densidad respecto al tiempo.................................................125 FIGURA N° 33: Comportamiento de pH en el proceso de la fermentación........................................126

FIGURA N° 34: Comportamiento de los °Brix respecto al tiempo en la fermentación del mosto.. .127 FIGURA N° 35: Evolución de la concentración de alcohol en la fermentación del mosto...............128

RESUMEN

La Cerveza se define como una bebida resultante de fermentar mediante levaduras seleccionadas, el mosto procedente de malta de cebada sólo o mezclado con otros productos amiláceos transformables en azúcares por digestión enzimática, cocción y aromatizado con flores de lúpulo. En esta tesis, se utilizó materia prima como la malta de cebada, agua, lúpulo, levadura, azúcar, adjunto como gritz de maíz y arrocillo, en la que se determinó el comportamiento de las variables: densidad, pH, grado alcohólico, tiempo, °Brix Tanto en la cocción como en la fermentación. En la cocción: la variable que se midió fue los °Brix con el refractómetro, aquí se observa que a la temperatura inicial de 14 oC se tiene 2.06 °Brix y la máxima se alcanza a la temperatura de 86.5°C corresponde a 10.3 °Brix. Esta concentración de azúcar máxima, indica que en el proceso de fermentación se alcanza un % de alcohol de entre 4.5 y 5.5 % de grado alcohólico, también se midió el pH el cual tuvo un pH inicial de 6.5 y un pH final de 6.0. En la fermentación: el proceso duró entre 8-9 días dependiendo de las materias primas utilizadas, y sobre todo afecta el tipo de levadura; en nuestra caso se utilizó levadura Saaz, dicho esto se midió la densidad inicial de 1.050 kg/L. y una densidad final de 1.010 kg/L. El cual se mantuvo constante, indicando de esta manera que el proceso de fermentación ha terminado y da paso al siguiente proceso que es la maduración. También se obtuvo a partir del segundo día un grado alcohólico inicial de 0.26% de alcohol y uno final de 5.25% al cabo de 9 días. A partir de aquí tanto la densidad como él % de alcohol se mantiene constante. En el proceso de maduración, solo se consideró una temperatura de 2ºC y se mantuvo constante por 1 semana, es aquí donde el mosto de cerveza adquiere el cuerpo, olor, sabor, luego de esto pasa a ser filtrado, carbonatado, enchapado y pasteurizado.

La fase experimental de este trabajo se realizó en la Planta Piloto de Alimentos de la Facultad de Ingeniería Química UNA-PUNO (salcedo). INTRODUCCIÓN

La cerveza es una bebida, desarrollada por pueblos de los imperios mesopotámicos y egipcios, es el producto obtenido de la fermentación de cereales germinados en agua en presencia de levaduras.

Para lograr una cerveza con buenas características es ideal que las materias primas cuenten con controles de proceso en sus tecnologías. En el tiempo se ha comprobado experimentalmente que el manejo adecuado de la malta y el lúpulo determinan las cualidades finales de la cerveza.

Uno de los insumos más importantes del proceso es la cebada malteada, procedimiento que está rodeado de muchos secretos. No obstante, en teoría sólo se adiciona agua a la cebada y se deja que el grano germine, condición que genera azúcares solubles que van a servir de base para la generación de etanol. Una vez conseguido este proceso se seca y tuesta, según se quiera obtener una cerveza pálida, dorada o negra.

Por otra parte, para conseguir el sabor amargo característico de la cerveza se agrega lúpulo, esta es una flor de pétalos dorados que contiene resinas y aceites aromáticos.

La elaboración de la cerveza es un proceso fabril que compete enormemente a la Ingeniería Química. El agua cervecera tiene que ser adecuadamente tratada para que sus iones y demás componentes químicos se ajusten a las condiciones necesarias para la elaboración de una buena cerveza. La materia prima recepcionada como el arroz, el maíz o la malta deben ser pasar por un proceso de preparación física como es la molienda de la misma. Esta materia prima después de molida es tratada en pailas con el agua cervecera en donde mediante tiempos y temperatura se busca la conversión de los almidones en azúcares fermentesíbles, para luego

separar el líquido así obtenido de los sólidos mediante una filtración, este líquido llamado Maische es hervido y mezclado con lúpulo para convertirse en un mosto cervecero, el cual después de enfriado le será inoculado levadura para llevarlo a una fermentación que produzca la conversión de los azúcares fermentesibles en alcohol y gas carbónico. Una vez llevada a cabo la conversión, se produce la separación de la cerveza y de la levadura, para ser llevada esta cerveza aún verde a un segundo reposo en donde podrá adquirir las características necesarias que la lleven a transformarse en una cerveza estable y agradable al paladar. Ya al final se le volverá a filtrar con la finalidad de eliminar todos los rastros de levadura y pueda recién ser entregada a embotellado. Durante cada una de las etapas citadas se producen cambios bioquímicos que son importantes controlar en base a parámetros determinados de temperatura, tiempo y en función de múltiples actividades enzimáticas que se encuentran íntimamente relacionadas con los parámetros fijados de temperatura y tiempo. Debido a la variedad de reacciones químicas y bioquímicas aquí presentes es imperioso un control químico y biológico en forma constante y detallada en cada una de las etapas de la elaboración como son las de cocinas, fermentación y reposo. El control químico y biológico debe ir de la mano con la producción no debiendo existir en ningún momento un divorcio entre ambas partes. El Perú es un país que consume cerveza en grandes cantidades. En el mercado peruano actualmente existe mucha competencia entre las cuales tenemos a la Unión Cervecera Backus &Johnston S.A. y Grupo Ambev Perú.

CAPÍTULO I CONSIDERACIONES GENERALES 1.1

LA CERVEZA EN EL PERU Desde tiempos remotos los incas tenían una visión vana de lo que ellos bebían en ese entonces la chicha de jora era sólo una bebida que se utilizaba para acallar la sed en las labores cotidianas que ejercían. Cuando Darwin llegó al Perú a mediados del siglo XIX, se sorprendió del alcoholismo imperante, que predominaban en el consumo popular de las chichas y cañazos, ambos elaborados al margen de normas técnicas e higiénicas y por último con un alto grado alcohólico. No es posible medir estadísticamente su impacto como barrera antialcohólica, por ser una bebida con el aliciente y relajante del alcohol, pero en dosis mínima: 3.5%, frente al 8% a 12% de los vinos de mesa hasta 22% de vinos generosos y más del 30% de los licores. M. Jellinek, famoso especialista el alcohol, afirmó que a mayor consumo de cerveza es menor el alcoholismo en un país y a menos consumo de cerveza, consiguientemente, existe mayor consumo de vino y licores, entonces, es mayor el alcoholismo. (Jellinek, 1960) La industria cervecera peruana, es tecnológicamente autónoma, descentralizada a lo largo y ancho de todo el país, con las más modernas instalaciones y técnicas, con accionariado ampliamente difundido, con un severo control de calidad y con un prestigio que coloca sus marcas al nivel de las mejores cervezas del mundo. . El problema alcohólico en el Perú, en la proporción en que existan o se debe ciertamente a la cerveza o a los vinos o licores elaborados noblemente, sino a las chichas y cañazos y a la serie de los llamados “preparados”, bebidas criminales que se elaboran al margen de toda norma sanitaria y técnica y que resultan venenos sumamente baratos por elaborarse y venderse al margen de cualquier impuesto. Hace pocos años los Drs. Caravedo y Almeida afirmaron que el Perú es el primer país alcohólico del mundo en el consumo de bebidas tóxicas, de chichas, cañazos y bebidas combinadas. La solución a

este problema es promover el consumo de bebidas elaboradas noblemente, como la cerveza, que es nutritiva, sana y de mínimo grado alcohólico. (Jellinek, 1960) 1.2

PLANTEAMIENTO Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA.

1.2.1

FORMULACIÓN DEL PROBLEMA. La carrera profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Altiplano tiene como objetivo académico, formar ingenieros competitivos en sus diferentes ramas, pero para lograr este objetivo no cuenta con todos los implementos necesarios, además, en el laboratorio de alimentos existe la necesidad de instalar plantas piloto para la producción de diferentes tecnologías, es por esta razón que la instalación de la planta piloto de elaboración de cerveza, favorecerá enormemente en la formación de estudiantes especialistas en la elaboración de bebidas alcohólicas, los que deben ser demostrados y experimentados en laboratorios de tecnología de alimentos de la Facultad de Ingeniería Química. Con esta implementación se está contribuyendo al desarrollo académico en las asignaturas de: tecnología de alimento (cerveza) y así mismo con la implementación de la

planta piloto de alimentos de la Facultad de Ingeniería Química de la

Universidad Nacional del Altiplano – Puno. El desarrollo del presente proyecto será implementado con equipos y maquinarias básicas y prioritarias, para la elaboración de cerveza a nivel de producción de planta piloto y así mismo busca desarrollar simultáneamente trabajos para la elaboración de cerveza en sus distintas variedades. Así mismo con esta implementación se busca contribuir en el desarrollo curricular académico y ser competentes en el mercado profesional como egresado de la Facultad de Ingeniería Química. 1.2.2

PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA La carencia de equipos y maquinarias para el desarrollo de las asignaturas de tecnologías de alimentos, en forma particular en tecnología de bebidas, nos permiten realizar las prácticas de laboratorio, y de trabajos de investigación de acuerdo a los contenidos considerados en la programación curricular de la carrera profesional de Ingeniería Química de la UNA – PUNO. Esta fundamentación crea la necesidad de plantear el problema en la siguiente interrogante:

¿En qué medida la instalación, puesta en marcha y evaluación del sistema de cocimiento, fermentación de la planta piloto de elaboración de cerveza, contribuirá a la producción de cerveza?

Por lo cual este trabajo tiene las siguientes interrogantes secundarias: 

¿Qué variables y parámetros de operación influirán en el cocimiento, maceración, fermentación de la cerveza?



¿Cuáles son los costos de operación del proceso para obtener un alto rendimiento en la producción de cerveza?

1.3

OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES.

1.3.1

1.3.2

1.3.3

Variable Independiente (Vi) Causa: Evaluación de los parámetros de operación de los equipos del proceso de cocción – fermentación de la cerveza.  Temperatura.  Tiempo.

[ °C ] [ min ]

Variable Dependiente (Vd) Efecto:  Concentración de alcohol  Concentración de azúcar

[ mg/L ] [ ºBrix ]

Variable Interviniente (Vinter): Determinación de los factores de operación.

  

pH. Granulometría. Presión atmosférica

[ mg/L ] [ Micras ] [ mm Hg ]

CUADRO N° 1: OPERACIONALIZACIÓN DE VARIABLES. Variables

Dimensiones

Indicadores

Índices

valoración

Variable Independiente V(i) Evaluación de los parámetros de operación de los equipos de cocción, Intercambiador de calor y fermentador.

1. Sistema de cocción.

Parámetros de

2. Sistema

Parámetros de

intercambiador

operación.

operación.

Temperatura. Tiempo.

min.



Temperatura.

º C.

‘

de calor 3. Sistema de fermentación.

Parámetros de operación.

º C.

 

º C.

  

Temperatura. Tiempo Concentración

min.



Concentración

º Brix



de azúcar Tiempo

%

Variable Dependiente V (d) Evaluación de La calidad del producto fermentado

1. Tiempo de

Parámetro de medida

fermentación

s

2. Tiempo fuera de

Grado



alcohólico Temperatura

°C



pH.

g-mol/L

Parámetro de medida

fermentación.

(ºG.L) 1



Variables Intervinientes V (inter) Determinación de los factores de

Sistema de cocción

operación. FUENTE: Elaboración Propia.

Factores de operación.

1.4. OBJETIVOS. 1.4.1. OBJETIVOS GENERALES. 

Evaluar y poner en marcha del sistema cocimiento – fermentación de la planta piloto de elaboración de cerveza en la planta piloto de alimentos de la Facultad de Ingeniería Química de la UNA-PUNO.

1.4.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS. 

Determinar los ingredientes en el proceso de elaboración de la cerveza



tipo lager. Determinar los parámetros de operación en los equipos de cocimiento y



fermentación. Obtener y determinar la concentración de grado alcohólico del producto derivado de la fermentación a escala piloto.

1.5. JUSTIFICACIÓN. 1.5.1. EN LO ACADÉMICO La evaluación y puesta en marcha del sistema cocimiento – fermentación (pailas de cocimiento, maceración; fermentador) de la planta piloto de producción de cerveza, en el laboratorio de procesos y operaciones unitarias de la Facultad de Ingeniería Química puede ser de suma importancia, pues con ellos se podrán realizar diferentes tipos de prácticas de laboratorio para las futuras generaciones.

1 grados

Gay Lussac

En el área de balance de materia se podrán practicar y obtener las cantidades de materia ingreso-salida según al tiempo de operación, y de esa manera podemos calcular la cantidad de producto generado en unidades de volumen/tiempo, como también se podrán realizar mediciones de caudal entrada-salida. En el área de transferencia de calor, se podrán hacer prácticas en tiempo real, pues el equipo requiere de energía (energía eléctrica) para su operación, y también cuenta con un sistema de tubos y chiller donde se realizará en ella intercambio de calor, se puede aprovechar para realizar un balance de energía y obtener resultados donde podremos conocer la cantidad de energía requerida por el equipo para producir una determinada cantidad (volumen de producto). Sobre todo en el área de cinética y catálisis de reacciones, en el equipo fermentador se pueden hacer pruebas en tiempo real, para poder obtener un mejor rendimiento y calidad del producto, que a su vez cuenta con un sensor que nos permitirá optimizar este proceso. Coadyuvar en el desarrollo académico e industrial en el campo de procesamiento de alimentos de la carrera. Incentivar el aprendizaje en los estudiantes sobre la investigación, diseño, instalación, puesta en marcha y evaluación de parámetros sobre los diferentes equipos, y así lograr un mejor desenvolvimiento profesional en el manejo de equipos. 1.5.2. EN LO TECNOLÓGICO La escuela profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Altiplano - Puno, no cuenta con un presupuesto destinado para la implementación del laboratorio de alimentos o de plantas pilotos referidos al área de alimentos, es por eso uno de los motivos de instalación y evaluación del sistema cocimiento – fermentación, de la planta piloto para la elaboración de cerveza. Con la instalación del sistema: cocimiento - fermentación y refrigeración se complementa al sistema filtración - reposo; para así la planta piloto este completa, para la producción de cerveza. En estos equipos se podrán realizar investigaciones en las diferentes áreas y materias primas propias de nuestra región, así también innovar nuevos productos y mejoras relacionadas con esta planta piloto. Es un objetivo de la carrera en el perfil del egresado, innovar la tecnología como producir diversos productos acordes con su comunidad, lo cual ha hecho que este

trabajo, sea indispensable, porque así los estudiantes podrán tener visiones empresariales y aplicar la tecnología cervecera en nuestra región. ALCANCES.

4

Con la instalación de los equipos de cocimiento, intercambiador de calor y fermentador se podrán obtener diversos tipos de cervezas. 5

BENEFICIARIOS. Docentes, estudiantes, egresados y/o

profesionales de la Escuela Profesional de

Ingeniería Química y carreras afines a la tecnología de alimentos de la Universidad Nacional del Altiplano y de la Región. 6

FINES. De investigación: Para desarrollar trabajos de investigación en la tecnología de alimentos y bebidas alcohólicas (cerveza). De desarrollo: Instalar, desarrollar, perfeccionar

la tecnología de elaboración de

bebidas alcohólicas (cerveza) en nuestra Región de Puno. 7

PROPÓSITO. Motivar a los estudiantes de Pre-grado a tener mentalidad empresarial y ser emprendedores para el desarrollo industrial. 1

ANTECEDENTES La Facultad de Ingeniería Química no cuenta con una planta piloto de elaboración de cerveza, es por eso que para el desarrollo del presente proyecto tomamos como referencia a muchas empresas que son reconocidas en este campo como la compañía The Backus & Johnston, Ambev Perú, Grupo Aje. La fabricación de la cerveza se remonta a épocas tan remotas como la de los asirios y los egipcios, aunque hace solo unos 100 años que se empezó a estudiar de forma rigurosa. La fabricación de cerveza se considera una industria agrícola, dentro de ellas está situada entre las industrias de fermentación porque la transformación principal, conversión de azúcar en alcohol, se produce como resultado de una fermentación alcohólica, la producción mundial de cerveza es de unos 1000 millones de hectolitros, 3 a 4 millones de toneladas de cereales y 100 millones de kilos de lúpulo. (López, 2010) Los estadounidenses Jacobo Backus y Howard Johnston, dedicados anteriormente a fabricar hielo, incursionaron en la industria cervecera al fundar en el Rímac la compañía “The Backus & Johnston Brewery Ltd.”, en 1879 y después de que en

1890 traspasaron la firma a una sociedad en Londres, en 1954 es adquirida por peruanos y se convierte en Cervecería Backus & Johnston S.A. Después de casi cinco años sin competencia en el mercado cervecero peruano, el país es participe de una mega guerra regional la construcción de la planta de Compañía Cervecera Ambev Perú, con capacidad para producir un millón de hectolitros al año, la cervecera belga Interbrew, tercera compañía productora a nivel mundial, adquirió el 57% de la compañía Brasileña Ambev, formando el mayor holding cervecero del mundo, Ambev rompe el monopolio que la unión de cervecerías peruanas Backus & Johnston controlaba. (Semana Económica, 2004) La cerveza cuzqueña se empezó a escribir el 1 de octubre de 1908, cuando Ernesto Gunther y un grupo de hombres emprendedores fundo en la ciudad del Cuzco, en el año de 1939, cervecería alemana cambio su nombre a Compañía Cervecera del Sur (CERVESUR) ahora BACKUS, incremento su producción la planta de cerveza cuzqueña está ubicada en la ciudad de Cusco, cuenta con una capacidad de producción de 600 mil hectolitros al año. (Comercio, 2009) Estudios

de mercado para la organización de una PYME para la industria

cervecera en la tesis: Estudio de mercado para la organización de una PYME de bases biotecnológicas: cerveza de elaboración artesanal. (Alejo, 2006) Siendo la cebada la materia prima necesaria para la elaboración de cerveza, hizo Investigaciones sobre las variedades de cebada cervecera en su tesis: Elaboración de cuatro variedades de cebada cervecera (Isia Larico,2000) 1.6.

UBICACIÓN DEL PROYECTO. La instalación, puesta en funcionamiento y desarrollo del trabajo de investigación y evaluación de los equipos de cocimiento, intercambiador de calor y fermentación se efectuaran en las instalaciones de la escuela profesional de Ingeniería Química, ubicado en: Región Provincia Distrito Institución Lugar

: Puno : Puno : Salcedo : Universidad Nacional del Altiplano Puno. : Laboratorio de tecnología de alimentos de la Escuela Profesional de Ingeniería Química

CAPÍTULO II MARCO CONCEPTUAL 2.1. CERVEZA. 2.1.1. Definición Se define como “una bebida resultante de fermentar mediante levaduras seleccionadas, el mosto procedente de malta

de cebada sólo o mezclado con otros productos

amiláceos transformables en azúcares por digestión enzimática, cocción y aromatizado con flores de lúpulo” (AETCM, 2002) 2.1.2. Historia de la cerveza La cerveza es una de las bebidas más antiguas del mundo, junto con el vino. Desde hace miles de años el ser humano viene disfrutando de cervezas de todo tipo, sabores y colores. La cerveza es uno de los productos más antiguos de la civilización. Los historiadores creen que ya existía en Mesopotamia y Sumeria en el año 10.000 a.C. En 1981 se encontró una tablilla de piedra que describe un tipo de cerveza elaborada en Babilonia en el 6.000 a.C. En la antigüedad, los chinos también elaboraban cerveza, del mismo modo que las civilizaciones precolombinas de América, que utilizaban maíz en lugar de cebada. De manera similar, en la antigua Britania se elaboraba cerveza a base de trigo malteado antes de que los romanos introdujeran la cebada. (Garcia, 2002)

FIGURA N° 1: Bebiendo cerveza en la época de la civilización babilónica (2.400 antes de Cristo). Tomado de 100 Jahre Fakultátfür Brauwesen Weihenstephan 1865-1965, Verlag Hans Cari: Núremberg. No existen datos sobre quienes inventaron la cerveza, pero los registros más antiguos sobre este sabroso producto, nos remontan a 6.000 años atrás, en la zona de la Mesopotamia, específicamente en Sudan, los Sumerios ya hacían cerveza e incluso dejaron registros escritos sobre la elaboración de este producto. Los Sumerios preparaban cerveza de la siguiente manera, tomaban pan hecho con harina de trigo, lo cortaban en pedazos y metían esos pedazos en vasijas a las cuales les agregaban agua, dejando esas vasijas al sol durante varios días. El calor del sol hacia fermentar la harina de trigo y gracias a este proceso obtenían una bebida alcohólica que luego filtraban y bebían. (Garcia, 2002) Ellos llamaron a esa cerveza Siraku según el antiguo Egipto que remonta a 4.000 años A. C.

FIGURA N° 2: Estatuilla de una mujer fabricando cerveza.

En Egipto los arqueólogos que estudian las pirámides, durante años han sabido que la cantidad de obreros utilizados en la construcción de las mismas sobrepasaba las 20.000 personas, pero la gran duda que tenían era, en donde vivían esas personas, dónde descansaban, dónde se alimentaban. Se suponía que para construir semejantes monumentos debía existir cerca de las pirámides un campamento que pudiera albergar a tanta gente para darles dicho descanso y comida. Durante años buscaron ese campamento hasta que finalmente lo hallaron y grande fue su sorpresa al descubrir que en éste lugar, además de albergues, había panaderías y fábricas de cerveza. Así los egipcios daban a sus obreros pan y cerveza, para alimentarlos y que tuvieran la energía suficiente para poder mover los enormes bloques de piedra que conforman las pirámides.

Este era un buen alimento para los obreros ya que el pan que por un lado era económico, aportaba carbohidratos y la cerveza, nutrientes para generar energía. La cerveza era considerada como el pan líquido, por lo que se podría afirmar que las majestuosas pirámides de Egipto fueron construidas gracias a este maravilloso elixir que los egipcios llamaron Zythum. (Alva, 1999) En la antigüedad era común que existieran pueblos que traspasaban sus fronteras e invadían a otros pueblos y los conquistaban, llevando consigo su cultura, sus costumbres, religión y gastronomía ocasionando de esta manera la difusión de la fabricación y consumo de cerveza de un país o de una región a otra. De esta manera, por medio de las conquistas existen vestigios de fábricas de cervezas de 4.000 años de antigüedad en España. Sin embargo fueron los alemanes los que le dieron mayor impulso a la fabricación de esta bebida, sobre todo los monjes monacales quienes mejoraron el aspecto, el sabor y el aroma de la cerveza Ya por la edad media, existían en Alemania, gran cantidad de fábricas de cerveza, e incluso ya se comenzaba a realizar mezcla de cereales para obtener productos diferentes. A finales del siglo XV se promulga la primera cerveza alemana, la cual indica que la cerveza 100% pura, debe elaborarse exclusivamente con tres ingredientes: agua, malta de cebada y lúpulo, de esta manera los alemanes protegieron la pureza del producto, según el Duque de Raviera Guillermo IV. La ley no menciona la levadura, la cual fue descubierta en 1880 por Luis Pasteur. “Tecnología de Fermentación”. Antes de conocer el mecanismo de la fermentación, los cerveceros usualmente tomaban el sedimento de una fermentación previa y lo agregaban a una nueva. Actualmente se siguen elaborando cervezas que cumplen con esta ley, las cuales son una garantía de calidad y no tiene aditivos químicos añadidos, aunque, la mayoría de las cervezas que se industriales que lamentablemente están muy lejos de parecerse a una legítima cerveza hecha exclusivamente con malta de Cebada. (Garcia, 2002) 2.1.3. TIPOS DE CERVEZA Se diferencian en dos grandes tipos, de acuerdo a su levadura de fermentación Ale y Lager, algunos de nosotros conocemos las características generales de cada estilo. Nosotros reconocemos cerveza Lager tan típicamente suave y más elegante que la cerveza Ale; nosotros conocemos la cerveza Ale como una cordial, robusta e infusión frecuentemente sabrosa. Aunque la cerveza Lager sea todavía mucho más popular en el

mundo, Todas las cervezas, desde la Porter a la Weizen, pueden definirse como una cerveza Ale o una cerveza Lager, A veces sorprendentemente. Quien habría pensado una rica Malta bock clasificaría como una cerveza Lager, o esa Like Lambic como una cerveza Ale. Las diferencias comienzan con el tiempo de infusión. Si la cerveza es Ale o Lager es definida por la temperatura usada en la infusión y la temperatura de la fermentación y la levadura empleada. La fermentación alta propia de levadura, Saccharomyces cerevisiae produce cervezas Ale; La fermentación baja propia de levadura, Saccharomyces carlsbergensis, produce cervezas Lager. Las cervezas Ale fermentan rápidamente y a temperaturas más cálidas, Cerveza Lager más lentamente y a temperaturas más frías. (Hughes, 2003)

2.1.3.1. CERVEZAS SEGÚN EL TIPO DE FERMENTACIÓN Existen muchísimos tipos de cerveza. Teniendo en cuenta el modo de fermentación, podemos distinguir tres categorías: fermentación baja, fermentación alta y fermentación espontánea. Existen también unos tipos especiales de cerveza. (Sanchez, 2011) 2.1.3.2. BAJA FERMENTACIÓN Son cervezas generalmente claras, (rubias) con algunos matices dorados oscuros, marcado sabor a lúpulo y refrescantes. Elaboradas con malta clara por el método de cocción. Para estas cervezas se utiliza levadura que actúa a baja temperatura (de 6 a 10ºC) y pasando de 8 a 10 días se depositan en el fondo de la cuba. Viene a ser la cerveza corriente de consumo más extendido, también en España. Las llamadas cervezas "especiales" se refieren a un mayor contenido de lúpulo o de alcohol, aunque sin dejar de ser tipo "Pils". El 75% de las cervezas belgas son de fermentación baja. Se le denomina cerveza de baja fermentación a casi todas las rubias: Pils, Bock, Export, Especial. (Sanchez, 2011) 2.1.3.3. ALTA FERMENTACIÓN

Generalmente elaborada con malta más oscura por el método de infusión. En este caso la levadura empieza a actuar (entre 14 a 20ºC) fermentando un máximo de 5 días. Reconocibles en general por su tono oscuro, son ejemplos típicos las cervezas de Abadía, Trapenses, Ales, Reserva, Weizenbier Se puede decir que hay tantos tipos como marcas, albergando la Región Valona de Bélgica algunas de las más prestigiosas. (Beltran F. & Wise, 1965) 

Trapenses: Elaboradas a partir de recetas muy antiguas por los monjes trapenses o del cister. Solamente seis abadías cerveceras tiene derecho a esta denominación de origen, pues se elaboran en el mismo monasterio. Cinco de ellas están en Bélgica y tres de ellas en Valonia, como son Chimay, Orval y Rochefort.



De abadía: Se usa para las cervezas cuyo origen, a menudo aunque no siempre, tiene que ver con una abadía, aunque no se elaboren en un monasterio sino industrialmente. En Valonia destacan Abadía Val Dieu; Saint Benoit y Triple Moine; Abadía Floreffe y Abadía des Rocs.



Blancas: Cervezas turbias elaboradas con trigo y muy refrescantes, como son Blanche de Bruxelles.



Saison: Cervezas de temporada muy extendidas en Bolonia, de color ambarino, existiendo numerosas cervecerías con estas especialidades. También se elaboran "Cuvées" especiales de Navidad.



Artesanales: Cuyos colores y aromas excepcionales provienen de la adición de especias, frutas o ingredientes raros como miel, trigo sarraceno, o desconocidos. Destacan las cervezas de Blaugies, la Binchoise, la Brasserie Fantome, Achouffe, la Caracole, etc. (Sanchez, 2011)

2.1.3.4. FERMENTACIÓN ESPONTÁNEA Se elaboran dentro y en los alrededores de Bruselas únicamente. Esta denominación cubre las cervezas típicamente belgas, que sólo se elaboran en el

valle del río Senne en Bruselas. Son cervezas de trigo candeal compuestas de un 70% de malta y un 30% de trigo. No se les agrega levadura ya que la recibe por contacto con el aire ambiente, un micro fauna natural existente en la cervecería da lugar a una fermentación espontánea, semejante a la del vino. Es la forma de fermentación arcaica, pero no anacrónica, está en los orígenes de las cervezas de fuerte personalidad. Comúnmente se llama a esta cerveza "Gueuze". Pueden encontrarse también cervezas cuya segunda fermentación ocurre después de la adición de cerezas o frambuesas, obteniéndose la "Kriek". Espontánea o Lambic , Gueuze, Kriek, Frambuesa y Melocotón. Hasta 3 años de fermentación. (Sanchez, 2011)

2.1.3.5. OTROS TIPOS DE CERVEZA La mayor parte de las cervezas se elaboran con cebada malteada a la que se da sabor con lúpulo. Aunque existen en el mercado cervezas de trigo, mijo y arroz, la más habitual es la obtenida a partir de la fermentación de la cebada. En Japón, China y Corea, la cerveza se hace con arroz, y recibe el nombre de sake, samshu y suk respectivamente. En África se usan mijo, sorgo y otras semillas; mientras que el kvass ruso se hace con pan de centeno fermentado. El saque es un tipo especial de cerveza originaria de Japón que normalmente se bebe caliente o templada. A menudo se hace referencia al saque, que también se escribe sakí, llamándolo, de forma errónea, vino de arroz, debido a su elevado contenido alcohólico. En Japón desempeña un importante papel en actos religiosos y sociales. El proceso de elaboración de cerveza, que tiene muchos siglos de antigüedad, dura alrededor de seis semanas y comienza con la mezcla y amasado de arroz al vapor, llamado koji, con un moho cultivado y agua. Esta mezcla se calienta y posteriormente se hace fermentar en grandes cubas, a veces en presencia de una levadura. La contaminación del producto se evita añadiéndole ácido láctico. A continuación se filtra. (Gorostiaga, 2008) 2.2. MATERIA PRIMA E INSUMOS EMPLEADOS EN LA ELABORACIÓN DE CERVEZA. En la elaboración de cerveza se requiere las siguientes materias primas:

    

La malta de cebada. Los adjuntos. Lúpulo. La levadura. El agua cervecera.

2.2.1. LA MALTA. Se entiende por malta a la cebada seleccionada que se sometió a un proceso de germinación y secado para activar los procesos enzimáticos del grano que ocurren durante la germinación, para luego utilizarlo en el proceso de elaboración. 2.2.1.1. LA CEBADA.

FIGURA N° 3: Planta de Cebada

La cebada (Hordeum Vulgare) es una planta monocotidilonea anual perteneciente a la familia de las poaceas (gramiceas), a su vez, es un cereal de gran importancia para el consumo humano y animal. Actualmente el cuarto cereal más cultivado en el mundo después del trigo, arroz y maíz. (AETCM, 2002) CUADRO N° 2: CLASIFICACIÓN CIENTÍFICA DE LA CEBADA. Reino: Plantea División: Magnoliophyta Clase: Liliopsida Orden: Poales Familia: Poaceae Subfamilia: Pooideae Tribu: Triticeae Género: Hordeum Especie: H.Vulgare Nombre binomial: Hordeum vulgare L. Fuente: Ruiz Camacho, Rubén [1981] Cultivo del Trigo y la Cebada

GRANO DE CEBADA. Es el cereal más empleado en la elaboración de la cerveza. Esta planta de espigas formadas por espiguillas uniformes y grano aguzado en los extremos, tiene un porcentaje de entre un 60 % - 65 % de almidón que le confiere a la cerveza un sabor suave y dulce. (AETCM, 2002) NOMBRE CIENTÍFICO

: Hordeum vulgare

FAMILIA

: L. POACEAE

NOMBRE COMÚN

: Cebada

FIGURA N° 4: Grano de cebada Son dos los tipos de cebada de malteo que se utilizan mayormente: Hexístico (6-hileras) y dístico (2-hileras). Existen opiniones diversas con relación a los méritos respectivos de cada tipo. En general, las 2 hileras es la más gruesa y con una cáscara más ajustada y delgada que la de 6-hileras. Produce malta que tiene una mayor cantidad de extracto, color más claro y menor contenido de enzimas que la hexística (Gajon sanchez, 1943) CUADRO N° 3 : COMPOSICIÓN NUTRICIONAL DE LA CEBADA COMPONENTES Materia seca Energía metabolizable (aves) Energía digestible (cerdos) Proteína Metionina Metionina + cistina Lisina Calcio Fósforo disponible Acido linoleico

UNIDAD % Mcal/kg Mcal/kg % % % % % % %

CANTIDAD 89,00 2,55 3,10 1,60 0,17 0,36 0,40 0,03 0,10 0,65

Grasa % Fibra % Ceniza % Almidón % Fuente: Jackson, M. (1999). “El libro de la cerveza”.

1,80 5,10 2,40 5,00

2.2.1.2. MALTEADO DE LA CEBADA. Las principales etapas del malteo comprenden los siguientes:  Limpieza de grano  Remojo.  Germinación.  Secado. Las etapas secundarias comprenden como:  Tostación.  Limpieza  Molienda o partida.  Almacenamiento. En todas estas etapas resulta necesario un control completo de la temperatura, de la humedad y flujo de aire. (Isia Larico, 2000) Limpieza de Grano Proceso.- Se realiza para: - Remover cascaras, polvo, paja palos etc. Proveniente de la -

cosecha de grano. Remover piedras, trozos metálicos. Remover semillas extrañas.

Remojo.- Se hidrata y airea el grano

a un 40%, para iniciar la

germinación mediante la activación del embrión. Germinación.- El grano remojado es trasladado a un envase donde en condiciones controladas de temperatura, humedad y oxígeno, se produce el desarrollo de enzimas. Se llaman enzimas a las sustancias de naturaleza proteica que catalizan reacciones químicas. En este caso serán las encargadas de catalizar la conversión de almidón en azucares. Después del remojo viene la germinación el cual está marcado por cuatro fases 1.- Absorción del agua por el embrión. 2.- Activación de enzimas. 3.- Desarrollo de tejidos embrionarios. 4.- Ruptura de la pared del embrión por el germen.

Siendo la activación enzimático la clave de la germinación. Para detener la germinación se recurre al tostado 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 poli péptidos y péptidos, y las péptidasas que desdoblan los péptidos hasta el estado de aminoácidos. 

Fitásas.- Que desdobla la fitina es fosfatos e inositol.



Oxidasas.- Son enzimas del grupo respiratorio, se distinguen tres, las verdaderas oxidasas que activan el oxígeno molecular, las per oxidasas que activan sólo el oxígeno de los peróxidos y la catalasa que desdobla el peróxido de hidrógeno. (Sanchez, 2011)

Secado.- La malta verde es secada en una secadora de simple plato, mediante el flujo controlado de aire caliente proveniente de un intercambiador de calor de combustión indirecta. El objetivo de la reducción. Del contenido de humedad del grano es para detener la germinación y retener enzimas activas. De otro modo la germinación continuaría y consumiría los azúcares (Vogel, 1994) Tostado.- El objetivo es desarrollar colores más intensos y sabores que no son posibles mediante el secado convencional a expensas de la degradación de la actividad enzimática. En esta etapa se utiliza un equipo tostador rotativo, que permite el contacto de aire caliente con el grano. (Vogel, 1994)

Malta Munich

Malta Viena

Malta Cristal

Malta Chocolate

FIGURA N° 5 : Tipos de malta. 2.2.1.3. ANÁLISIS Y CALIDAD DE LA MALTA. El cervecero juzga la calidad de la malta de acuerdo a la manera en que se conforma sus especificaciones y por su rendimiento durante el proceso de fabricación de cerveza. Las especificaciones reflejan la filosofía individual de la cervecería y por lo tanto difieren entre sí. Todas las cervecerías especifican malta bien modificada y esto se controla fijando límites a la diferencia de fino-grueso, a los grados de desarrollo y a los rangos de proteínas soluble. También especifican la retención de grano en la malta 7/64 pulgadas y a la cantidad de granos que retine y deja pasar la malla de laboratorio de 5/64 pulgadas con el objeto de controlar el proceso de su molienda. Normalmente se especifican niveles de enzimas fijando mínimos o rangos de alfa y betaamilasa. Se fijan límites para el color y para la humedad. (Hough, 2002) 2.2.2. ADJUNTOS CERVECEROS. Son cereales de alto contenido de almidón, que no necesita tener poder enzimático, utilizando para su conversión el poder enzimático de la malta. EL uso de adjuntos produce cervezas de un color más claro, con un sabor menos saciado, más vigorizante, con mayor luminosidad, mejor estabilidad física y superiores cualidades de aceptación de enfriamiento. Aparte de la malta, los materiales cerveceros que actualmente que más se utilizan son los que derivan de los cereales de maíz y del arroz aunque se usan a veces granos de sorgo, trigo y cebada. (Isia Larico, 2000). CUADRO N° 4: ANÁLISIS DE ADJUNTOS CERVECEROS. ANÁLISIS Humedad Extracto Aceite Proteínas Cenizas Mat

Maíz % 10.9 60.0 00.8 10.0 00.2 05.0

Arroz % 12.0 70.0 00.9 07.7 00.3 00.4

Sorgo % 11.7 63.0 00.7 10.4 00.4 01.7

Trigo % 11.1 65.0 00.4 00.2 00.4 01.7

Nitrogenad as Celulosa 03.6 02.0 02.0 Fuente: Ortuño Vian A., Compendio Tecnológico Industrial. (Madrid 1980)

02.5

2.2.3. LÚPULO. El lúpulo es una planta trepadora de la cual se utilizan las flores femeninas para dar el amargor. El lúpulo se añade en diferentes proporciones de manera que genere el sabor, amargor y aroma dependiendo de tiempo en que el lúpulo está en contacto con el mosto en ebullición. El lúpulo es utilizado en cervecerías por su poder de amargor. El lúpulo se encuentra en la lupulino (gránulos de color amarillo que se encuentra en la flor) siendo estos unos ácidos amargos cristalizables que confieren el poder de amargor, estos fenómenos son acelerados por el oxigeno, temperatura y humedad. Siendo importante que para su conservación deban ser colocadas en lugares adecuados a 0o C donde el grado hidrométrico no pase de 70 a 75 %. (Carbajal & Insuasti, 2010)

FIGURA N° 6: Hoja de Lúpulo. El lúpulo cumple varias funciones importantes, como: amargor, sabor aroma y conservación. Amargor: La adición de lúpulo en la cerveza logra que tenga un mayor o menor grado de amargo, según la cantidad de lúpulo que se adicione y el estilo de cerveza a elaborar. Sabor: El lúpulo también otorga sabor a la cerveza. Existen variedades de lúpulo que se utilizan sólo para dar sabor, porque son muy pobres en amargor y aroma. Aroma: Se puede intensificar el aroma de la cerveza gracias al agregado de lúpulo. Existen lúpulos que sólo se utilizan para proporcionar un mejor aroma, ya que son muy aromáticos y baja concentración de amargor y sabor. Conservación: El lúpulo es un gran bactericida, por lo que ayuda a la cerveza a prolongar el tiempo de vida la descomposición a causa de bacterias. (Gorostiaga, 2008).

El lúpulo se distribuye para su uso en cervecería de tres formas fundamentales. Cada una tiene sus inconvenientes y sus desventajas. Lúpulo natural desecado: Si está fresco es la forma que mejor conserva sus propiedades. Para que no pierda calidad debe ser conservado en recipientes libres de oxígeno. Por otra parte, es la forma de distribución más voluminosa. Pellets: Lúpulo desecado, triturado y compactado en bolitas o barritas. Ofrecen una mejor protección al aire, aunque su alto

grado de mecanización y

comprensión afectan negativamente a los componentes naturales del lúpulo. Esencias (o aceites) de lúpulos aromáticos: Forma de

distribución

recientemente introducida que requiere conservarlo a la temperatura más baja posible y preferiblemente al vacio. (Labanca & otros, 2008)

FIGURA N° 7: Lúpulo en Pellets. CUADRO N° 5: COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL LÚPULO COMPONENTES QUÍMICOS PORCENTAJE (%) Materias Nitrogenadas 17,5 Materias No Nitrogenadas 27,5 Celulosa Bruta 13,3 Aceites Esenciales 0,4 Taninos 3,0 Extracto al Éter (Resinas) 1,3 Agua 1,5 Cenizas 7,5 Fuente: Proceso de elaboración de cerveza, José Alva Salazar, 1999 2.2.4. LEVADURA CERVECERA. Las levaduras son organismos vivos unicelulares que pertenecen al reino de los hongos. Se alimenta de los azúcares provenientes de la malta, transformándolos en alcohol y CO2 (gas) durante un proceso llamado fermentación que se realiza en ausencia de oxígeno, (Carbajal & Insuasti, 2010)

FIGURA N° 8: Levadura de cerveza

Entre cientos de especies las dos más utilizados son: 

Levadura de alta fermentación denominada Saccharomyces cerevisiae. Esta variedad actúa a temperaturas de entre 12 a 24 o C y se sitúa en la superficie del mosto. A las cervezas que se consiguen con este tipo de fermentación se les llama ales.



Levadura de baja fermentación denominada Saccharomyces uvarum (antes denominado Saccharomyces carlsbergensis). Estos hongos actúan a temperaturas de entre 9 y 15 o C y se suele situar en el fondo del fermentador. Las cervezas que se elaboran con esta variedad son llamados lager. (Sanchez, 2011)

Todos

los

demás

tipos

de

levaduras

(especies

de

los

géneros

schizosaccharomyces, Hansenula, Pichia, Torulopsis, Cándida, Brettanonomyces, etc. Y otras especies de género saccharomyces) han sido asociadas con el deterioro de la cerveza y comúnmente se le denominan levaduras “salvajes” o no cultivadas. Como producen velo y sabores extraños, su presencia en la cervecería es considerada como una infección peligrosa que plantea una grave amenaza a la calidad de la cerveza. La aplicación rutinaria de pruebas para detectar levaduras salvajes debe ser una parte indispensable del programa de control microbiológico de cualquier cervecería moderna bien administrada. (Turto, Sánchez, Vidal, & Puigande, 2004) 2.2.4.1. Ciclo Vital de la Levadura

El ciclo vital de la levadura se activa cuando es inoculado al mosto. El crecimiento de la levadura sigue cuatro fases, las cuales son algo arbitrarias porque todas las fases pueden trasladarse en su tiempo y estas cuatro fases son las siguientes. (Kunze, 1996).

FIGURA N° 9: Ciclo Vital de la Levadura. 2.2.4.1.1.

El período del retraso. La reproducción es la primera gran prioridad que tiene nuestro "starter" y la levadura no empezará a reproducirse y crecer, hasta que no acumulen sus reservas de alimento. Esta etapa es marcada por una baja en el pH debido a la utilización del fosfato y una reducción en oxígeno.

La

sustancia llamada glicógeno, es una reserva intracelular de carbohidratos, es esencial como fuente de energía para la actividad de la célula puesto que los azúcares del mosto no se asimilan temprano en la fase de retraso. La célula de la levadura trae el glicógeno almacenado, éste se analiza en la glucosa, el cuál es utilizado por la célula para la reproducción. Los niveles bajos de glicógeno producen niveles anormales de los diketones del vecinal (especialmente el diacetyl) y dan lugar a fermentaciones más largas. (Kunze, 1996). 2.2.4.1.2.

La fase del crecimiento.

La fase del crecimiento, designada a menudo como la fase de la respiración, sigue a la fase de retraso una vez que las suficientes reservas se acumulen dentro de la levadura. Esta fase es evidente en la cubierta de la espuma en la superficie del mosto debido al bióxido de carbono liberado. En esta fase, las células de la levadura utilizan el oxígeno en el mosto para oxidar una variedad de compuestos ácidos, dando por resultado una baja significativa en el pH. En esta conexión, algunas cepas de levadura darán lugar a una caída mucho mayor en el pH que otras dentro del mismo mosto de la fermentación. (Kunze, 1996) 2.2.4.1.3.

La fase de la fermentación. La fase de fermentación sigue rápidamente a la fase del crecimiento en que las levaduras han agotado la fuente del oxígeno, es lo que se denomina, un proceso anaeróbico. "La sobre oxigenación no puede afectar mucho dado que el oxígeno es rápidamente consumido por la levadura en los primeros estados de la fermentación". De todas formas, otros autores agregan también, que si el nivel de sobre oxigenación es muy alto se producirá un crecimiento muy vigoroso de la levadura que podría afectar en contra de la calidad de la cerveza, por el incremento de la producción de esteres y acetaldehídos. Esta fase es caracterizada por la reducción de la densidad del mosto y la producción del dióxido de carbono, etanol, y los sabores de la cerveza. Durante este período, la levadura está sobre todo en suspensión, permitiéndose que la dispersión y el contacto máximo con el mosto de la cerveza se conviertan rápidamente fermentables. En el caso de las levaduras ALE`s la mayoría de las levaduras permanecerán en suspensión a partir de los 3 a los 7 días, después de lo cual comenzarán la floculación y la sedimentación. (Kunze, 1996)

2.2.4.1.4.

La fase de la sedimentación. La fase de sedimentación es el proceso con el cual la levadura flocula y se ubica en el fondo del fermentador después de la fermentación.

La levadura comienza a experimentar un proceso que preserve su vida, porque se alista para la inactividad, produciendo la sustancia llamada glicógeno. El glicógeno es necesario para el mantenimiento de la célula durante inactividad y, según lo mencionado, es una fuente de energía durante la fase de retraso de la fermentación. (Kunze, 1996). 2.2.5. AGUA CERVECERA. La calidad del agua ha sido reconocida durante siglos como un factor importante para determinar la calidad cervecera. El agua para el proceso de fabricación de cerveza no solo debe satisfacer los requerimientos específicos para asegurar el debido pH de la masa, la debida extracción del lúpulo, buena coagulación en la paila u olla de cocción, sana fermentación y el debido desarrollo del color y sabor dentro de la cerveza terminada. (Prescott, 1962). Una cantidad suficiente de calcio resulta esencial dentro del agua cervecera, particularmente durante la maceración. El calcio protege la alfa amilasa contra la destrucción térmica y ayuda así a la licuefacción de la masa. El calcio ayuda a obtener y mantener el debido pH de la masa, ayuda en la floculación del material proteico dentro de la paila u olla de cocción. (Perry & Green, 1998) El pH es el de más importancia para las reacciones bioquímicas que se desarrollan durante el proceso; en todos los pasos de la fabricación hay disminución del pH y los amortiguadores minerales del agua contrarrestan en parte este cambio. El Calcio es necesario para la debida floculación de la levadura y eliminación del oxalato En suma, un nivel apropiado de calcio dentro del agua cervecera resulta importante para obtener una cerveza estable y de buen sabor. El Magnesio sirve como una coenzima importante durante la fermentación. Normalmente, la malta contiene suficiente magnesio como para proveer la cantidad requerida. Donde se emplea un elevado porcentaje de adjuntos, resulta aconsejable la adición de pequeñas cantidades de magnesio al agua cervecera. La elevada alcalinidad contrarresta los efectos beneficiosos del calcio y del magnesio. Por lo tanto, debe controlarse. La utilización del agua alcalina para el lavado del soutuche debe evitarse también, debido al peligro de contraer del grano polifenoles indeseables.

El Sodio y el Potasio Se hallan en todas las aguas naturales, predominando el ion sodio. La mayor parte del potasio presente en la cerveza se deriva de la malta. Estos iones rara vez están presentes en una concentración lo suficientemente elevada como para tener cualquier efecto sobre el sabor de la cerveza. Los cerveceros prefieren restringir la utilización de aguas con un elevado contenido de hierro únicamente a operaciones de refrigeración. Las aguas que tienen un elevado contenido de hierro, frecuentemente contiene también manganeso. El sulfato contribuye a darle a la cerveza un sabor “más seco” o más “amargo” durante la fermentación El cloruro. Se considera generalmente que da a la cerveza un sabor más “suave” o “lleno” es una práctica bastante común añadir cloruros a las cervezas oscuras. El nitrato. En el agua, se considera como una etapa final de oxidación de materia orgánica que contiene nitrógeno, se considera ahora que una elevada concentración de nitrato sea perjudicial para la fermentación, salvo que el nitrato quede reducido a nitrito por acción bacteriana durante la fermentación. La formación de nitrito puede generar una reducción en el grado de fermentación y tener efectos dañinos sobre la levadura. El contenido de sílice en el agua cervecera no tiene mayor importancia, ya que provienen cantidades muchos mayores de la malta y del grano. No obstante, deben vigilarse los niveles de sílice porque pueden afectar la utilidad del agua, debido a que en elevadas niveles, contribuye a la formación de incrustaciones en la caldera de vapor. La materia orgánica disuelta causa ocasionalmente desagradables sabores a pescado o moho de cerveza. La eliminación de materia orgánica es una labor de especialista, que requiere técnicas tales como la super cloración, tratamiento con dióxido de cloro, floculación con alúmina y tratamiento de carbón activado. Está bien documentado que cantidades pequeñísimas de cloro fenoles presentes en la cerveza pueden tener un efecto desastroso sobre el sabor. Ahora se redacta una lista de requerimientos básicos para una buena agua cervecera:

 

Debe satisfacer las normas de agua potable. Debe ser transparente, incolora, inodora y libre de cualquier sabor

 

objetable. La alcalinidad en la fuente debe reducirse a 50 ppm. o menos. Si la alcalinidad es de 50 ppm. o menos el pH no es importante y



resulta aceptables valores que van desde un pH 4 hasta un pH 9. El nivel de cloruros como (NaCl) puede variar según la preferencia



del sabor. El agua base del macerado. debe tener aproximadamente 50 ppm. de calcio. Poco más de la mitad de calcio, ya sea proveniente de la malta o de adición de sales se pierde durante la maceración. - Un nivel de calcio de 40 a 70 ppm. Dentro del cocedor y de la masa principal ayudara a preservar las enzimas y mejorar el -

rendimiento del extracto. Un nivel de 80 a 100 ppm. De calcio dentro del mosto, ayudará a controlar el pH, mejorar el rendimiento de la levadura, La floculación de la levadura, la eliminación del oxalato y a reducir

-

el color del mosto. Resulta deseable un contenido de calcio de aproximadamente 60 – 80 ppm. En la cerveza terminada. (Wheaton Frederick, 1969)

2.3. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO. 2.3.1. RECEPCIÓN DE MATERIA PRIMA.

2.3.1.1. MOLIENDA. Para obtener la harina es necesario moler los granos de cebada malteada. La cáscara debe quedar lo más entera posible sin que tenga partículas adheridas de harina. Si las cáscaras fueran molidas la filtración será más difícil y se extraerán sustancias amargas, volátiles y dañinas (provocara un gusto desagradable y una menor estabilidad coloidal por una mayor extracción de taninos). (Carbajal & Insuasti, 2010) 2.3.1.2. PRODUCCIÓN DEL MOSTO. El objetivo principal del proceso en la sala de cocimientos; es la producción eficiente de mosto con la formulación y calidad que permita producir la cerveza deseada. las operaciones que se realizan aquí son: 

MACERACIÓN.

La maceración consiste en empastar la malta con agua, con el objetivo de transformar el almidón que contiene la misma en azúcares fermentables y dextrinas, además de convertir las proteínas en aminoácidos péptidos, cuyos nutrientes son necesarios para la levadura durante la etapa de fermentación. (Prescott, 1962) La mezcla se calienta gradualmente hasta una temperatura de 48 oC por aproximadamente 20 minutos, en la que se activan principalmente las proteasas, las β - glucanasas y las β-amilasa. Se continúa el calentamiento progresivo por etapas a temperaturas de 60ºC por 30 minutos y posteriormente a 72ºC por 30 minutos más, estas temperaturas corresponden a las temperaturas de activación de las amilasas (Revista de Cerveza y Malta, 2002) Las proteasas hidrolizan las proteínas de la malta, dando como resultado la formación de péptidos y

aminoácidos, que más adelante, durante la

fermentación servirán como nutriente para la levadura. Las β - glucanasas hidrolizan los glucanos presentes en la cebada; la degradación de estos polímeros es importante para disminuir la viscosidad del mosto. La βamilasa hidroliza la amilasa y la amilopectina originando maltosa y dextrinas. Las amilasas que se activan entre 60 y 70 oC hidrolizan los enlaces α (1-4) de la amilasa y la amilopectina en diferentes puntos del polímero sin acercarse a los puntos de ramificación y a los extremos de la cadena. (Holle, 2003) Los procesos de malteado y maceración en la fabricación de cerveza se llevan a cabo de tal manera que solo el 60% del almidón se transforma en azúcares fermentables .El 40% restantes son dextrinas no fermentables que convierten a la cerveza en una bebida rica en calorías. Estos son los responsables también de impartir cuerpo o viscosidad a la cerveza. (Jagnow & David, 1991) 

FILTRACIÓN DEL MOSTO. El filtrado consiste en separar el líquido que contiene los azúcares disueltos que se encontraban presentes en las cáscaras y materiales sólidos. La filtración está fuertemente ligada al tamaño de la molienda, ya que si la misma es demasiado fina la filtración será imposible. Los primeros líquidos que se extraen por filtrado se vuelcan de nuevo hacia la parte no filtrada. Este paso se denomina recirculación y tiene el doble

propósito de armar la “torta de filtración” por un lado y por el otro, que el filtrado sea lo más claro posible. En general se debe recircular un 10% del contenido de la aceración para lograr sacar un líquido claro. Una vez agotada la “torta” se comienza a agregar lentamente agua sobre la superficie de la misma, a una temperatura de 75 –78 oC. Este paso se denomina rociado y tiene por objeto extraer los azúcares que han quedado retenidos en la “torta”. El volumen de agua de rociado oscila entre el 7090% del volumen del primer mosto. (Gorostiaga, 2008) 

EBULLICIÓN DEL MOSTO. Al llevarse la cocción del mosto se cubren 7 objetivos tecnológicos      

Concentración de los sólidos del mosto. Extracción de los componentes del lúpulo. Inactivación de las enzimas de la malta. Esterilización del mosto. Eliminación de los compuestos volátiles indeseables. Formación de los compuestos responsables del aroma, sabor y color de

la cerveza.  Coagulación de proteínas y favorecimiento de la reacción entre taninos y proteínas para la formación de compuestos insolubles que precipitan clarificando así el producto. (Varman & Sutherland, 1997) 

TRATAMIENTO Y ENFRIAMIENTO DEL MOSTO. El enfriamiento del mosto se realiza en un intercambiador de calor de doble tubo de acero inoxidable. Viene

ser el intercambiador más simple y

consiste de dos tubos concéntricos. Dos tés conectores, un cabezal de retorno y un codo en U. El fluido circula en el tubo interior y otro en el espacio anular entre ambas superficies. El fluido puede circular en paralelo o en contracorriente con el fin de bajar la temperatura a 23 ± 1 oC. Después de haber realizado el enfriamiento se traspasa hacia los estanques de fermentación. Los objetivos del enfriamiento son: - La reducción de la temperatura del mosto desde aproximadamente -

86o C hasta la temperatura de siembra de 9- 10 o C. Aireación adecuada del mosto para permitir que opere debidamente la levadura. (Hough, 2002)

CUADRO N° 6: ENZIMAS INVOLUCRADAS DURANTE LA MACERACIÓN.

ENZIMAS Actividad

Productos de

Temperatura

biológica Degradación

reacción

óptima

Inactivación

pH Óptimo.

45 - 55oC

+ 100oC

4.5 - 5.5

30 - 45oC

60oC

63 - 65oC

80oC

5.3 - 5.8

no fermentables 55 - 65oC del almidón) Fuente: Biotecnología de la cerveza y de la malta (Hough, 2002)

70oC

5.0 - 5.5

Enzimas

Proteasas

de las proteínas Degradación

Glucanasas

de β-glucanos

Β-glucanos de

(reducen la

menor peso

viscosidad del

molecular

mosto) Degradación Amilasas α-amilasa β-amilasa

Aminoácidos oligo péptidos Y poli péptidos

del almidón (conversión

4.6 6.3

Azúcares fermentables y

2.3.2. INTERCAMBIADOR DE CALOR. La función básica del intercambiador es la transferencia de energía térmica entre dos o más fluidos a diferente temperatura. El calor fluye como resultado de gradiente de temperatura, desde el fluido caliente hacia el frío a través de una pared de separación, la cual se le denomina superficie o área de transferencia de calor es decir, no existe fuente de energía térmica en un intercambiador de calor. (Karlekar & Desmond, 1985) Por otro lado, si los fluidos son inmiscibles, el área física de transferencia de calor puede ser eliminada, y la interface formada entre los fluidos puede servir como área de transferencia de calor. En resumen, las funciones típicas de un intercambiador de calor en los procesos industriales son las siguientes: Recuperación de calor: La corriente fría recupera parte del calor contenido en la corriente caliente, es decir, calentamiento

y enfriamiento de las corrientes

involucradas, las cuales fluyen simultáneamente a ambos lados del área de transferencia de calor. Evaporación: Una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor cambia de fase líquida a vapor. Condensación: Una de las corrientes involucradas en el intercambio de calor cambia de fase vapor a fase líquida. (Perry & Green, 1998)

CLASIFICACIÓN EN BASE A SU FORMA CONSTRUCTIVA. a) Intercambiador de doble tubo (tubos Concéntricos). Es el tipo más sencillo de intercambiador de calor, está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contracorriente y flujo paralelo. b) Intercambiador de carcasa y tubos. Están compuestos por tubos cilíndricos, montados dentro de una carcasa también cilíndrica, con el eje de los tubos paralelos al eje de la carcasa. Un fluido circula por dentro de los tubos, y el otro por el exterior (fluido del lado de la carcasa). Son el tipo de intercambiadores de calor más usado en la industria. (Lorenzo, 2007) c) Intercambiador de placas. Es un dispositivo diseñado para intercambiar la máxima cantidad de calor por unidad de área mediante la generación de tanta turbulencia como sea posible. d) Serpentín. El serpentín también forma parte de los equipos de aire acondicionado y/o refrigeración. El serpentín es un equipo intercambiador de calor que al estar en contacto con el aire de retorno el cual regresa caliente, enfría el aire gracias al refrigerante a baja temperatura que circula por su interior, y lo envía de nuevo mediante los ductos transportadores a las instalaciones y mediante este proceso la temperatura del aire presente en las instalaciones se mantiene bajo condiciones de confort. 2.3.3. FERMENTACIÓN DE LA CERVEZA. La fermentación es el proceso más importante de la elaboración de la cerveza y permite obtener a partir de los azúcares contenidos en el cereal, en este caso la cebada, la obtención de cerveza auténtica con alcohol y CO 2 .

La descripción tradicional cuantitativa de la fermentación cervecera se ha expresado como el proceso anaeróbico, mediante el cual la levadura convierte la glucosa en etanol y dióxido de carbono. (Sanchez, 2011) C6 H12 O6 Glucosa

2 CH3 – CH2OH + 2 CO2 + E Etanol + Dióxido de Carbono.+ Energia

Un proceso de fermentación típico es esencialmente un proceso que se lleva a cabo en un recipiente llamado fermentador o en general, bioreactor, mediante el cual determinados sustratos que componen el medio de cultivo son transforma dos por acción microbiana en metabolitos y biomasa. El microorganismo va aumentando en su concentración en el transcurso del proceso al mismo tiempo que el medio se va modificando y se forman productos nuevos como consecuencia de las actividades catabólicas y anabólicas. Los dos fenómenos crecimiento y formación de producto, tienen lugar durante el desarrollo del proceso simultáneamente o no según los casos. (Leventhal, 2008) - Aquí se generan las principales características organolépticas de la cerveza. - La composición del mosto y los parámetros del proceso que afectan el desempeño fermentativo de la levadura, afectan también la calidad de la cerveza. HISTORIA La primera explicación bioquímica del proceso por el cual el azúcar en solución acuosa es descompuesto en alcohol y gas carbónico, en virtud de la acción de células vivas de levadura, le dió el químico francés Louis Pasteur (1822-1895). Descubrió, que mientras se descompone el azúcar en ausencia de aire, las células de levadura viven y se propagan en el líquido de la fermentación y llamó al proceso de la fermentación alcohólica "vida sin oxigeno". En el año 1897 la explicación al proceso de fermentación de Pasteur fue modificada por Eduard Buchner (1860-1917), que en el año 1907 recibió el premio Nobel de Química por su descubrimiento de la fermentación en ausencia de células vivas. Sus descubrimientos acerca de la fermentación se encuentran en la obra Die Zymasegährung (1903), escrita en colaboración con su hermano Hans Buchner. En dicha obra demuestra, que puede realizarse la fermentación en una solución acuosa de azúcar por el jugo que se obtiene prensando células muertas de levadura. Se observó, entonces, que el jugo filtrado de esas células de levadura de panadería que habían sido molidas con arena, contenían una sustancia eficaz para

descomponer los azúcares, y a esta sustancia activa o mezcla catalizadora se le dió el nombre de fermento o enzima. Con este experimento demostró que la fermentación alcohólica se debe a la acción de unas enzimas llamadas zimasas y no a la simple acción fisiológica de las células de la levadura. (Labanca & otros, 2008) De acuerdo con la interpretación bioquímica hecha por Pasteur, la fermentación se conoce como la desasimilación anaeróbica de compuestos orgánicos por la acción de microorganismos u otras células o de extractos celulares. Esto es un conjunto de reacciones bioquímicas a través de las cuales una sustancia orgánica se transforma en otras por acción de ciertos microorganismos (bacilos, bacterias, células de levadura) y que en general van acompañadas de un desprendimiento gaseoso y de un efecto calorífico. El proceso de fermentación no sólo incluye la desasimilación anaeróbica como la formación de alcohol, butanol-acetona, ácido láctico, y además otros componentes. Análogamente, el término fermentador no sólo hace referencia a los recipientes en los cuales se realiza la fermentación con exclusión de aire, sino también a los tanques en los cuales se producen oxidaciones microbianas aeróbicas y a los tanques de propagación de levaduras y otros microorganismos en presencia del aire. La diferencia de la fermentación con la putrefacción radica, en que mientras la putrefacción descompone la materia de origen animal y/o vegetal que contiene compuestos nitrogenados, la fermentación realiza descomposición únicamente de material vegetal que no contiene compuestos nitrogenados. (Verhoef, 2004) 2.3.4. MADURACIÓN Con el nombre de maduración se distingue la etapa siguiente a la fermentación y comprende todo el tiempo a que dure la cerveza en los tanques a baja temperatura antes de ser filtrada. La maduración se puede hacer en dos etapas, reposo y acabado y durante el reposo hacer una segunda fermentación, en el paso de reposo a acabado la temperatura es de 2 a 3 ºC. Y en acabado se puede enfriar a -1 ºC. Fermentar hasta el extracto límite Este sistema es americano y en el paso de fermentación a reposo se efectúa el enfriamiento y entre reposo y acabado, pre carbonatación, pre filtración y pre enfriamiento y durante la filtración final se hace también enfriamiento. (Sanchez, 2011)

Los objetivos de la maduración son 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 verde, separación por precipitación de los compuestos que se forman al ser enfriada la cerveza, es muy importante considerar que la cerveza se enturbia al ser enfriada después de haber sido filtrada, otro de los objetivos es completar la atenuación límite que no ha sido alcanzada en la fermentación y también se busca carbonatar la cerveza. Al recibir la cerveza en un tanque de maduración es necesario contra presionar para evitar la salida de gas y la formación de espuma. Es un factor que puede contribuir a la deficiencia de espuma. Durante la maduración la cerveza debe mantenerse bajo presión de 0.3 a 0.5 atmósferas para evitar la oxidación y facilitar la clarificación (la levadura con presión tiende a sedimentarse y más con frío) y se evita el exceso de purga. Al recibir la contrapresión puede ser con aire o con gas carbónico. Después se deja bajar la presión con el objeto de efectuar purga y eliminar aire en la parte vacía del tanque. Luego se cierra y se sostiene algo de presión porque si no, hay eliminación de muchas sustancias volátiles y se afecta el aroma de la cerveza. El tanque no se llena completamente Si la maduración es muy larga o prolongada el sabor se suaviza demasiado, pierde cuerpo, pierde amargo y queda muy simple aparte de que es muy costoso tener maduraciones largas, pues se necesitan muchos tanques. Generalmente se deja un 2 a 5 % de cámara libre. (Perry & Green, 1998) 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 3 ºC. Y cuando se pasa al acabado se enfría a -2 ºC. Si es mayor de 0 ºC. 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, también por esta temperatura alta no se obtiene una buena clarificación y por lo tanto cervezas muy turbias al final de la maduración que causan problemas en la filtración. Al subir la temperatura se puede aumentar el efecto de la oxidación. En referencia al tiempo de la maduración cuando se hace en una sola etapa se deja de 2 a 3 semanas. Cuando es en dos etapas el tiempo de la primera etapa dura comúnmente 2 semanas y el tiempo de acabado o segunda etapa dura aproximadamente una semana.

La producción debe ser programada de tal manera que la cerveza tenga una maduración uniforme. Si el tiempo es corto menos de 15 días es posible que se obtenga un sabor verde, no precipiten las sustancias que causan estabilidad química deficiente, no se clarifique bien la cerveza originando problemas de filtración. (Turto, Sánchez, Vidal, & Puigande, 2004)

2.3.5. SISTEMA DE ENFRIAMIENTO Necesitamos tener un sistema de enfriado rápido. Existen dos formas para realizar el enfriado: una es comprarse o construirse un enfriador de contracorriente y la otra es meter el bidón en un envase de plástico más grande lleno de agua con hielo. El sistema de enfriado en contracorriente se puede comprar en tiendas para laboratorios, son unos aparatos de vidrio que se utilizan para destilar, pero son caros. La alternativa es construirse uno, más adelante te enseño como construir uno utilizando los siguientes materiales: 6 o 7 metros de manguera que no sea de esas muy finitas (por que va a tener contacto con metal caliente y se puede derretir) 5 o 6 meros de cañería de cobre de ½", la que es finita (tiene que caber con soltura dentro de la manguera) Conectores plásticos. (Perry & Chilton, 1986) 2.3.6. FILTRACIÓN La filtración es la operación y/o un proceso de la separación de una mezcla o solución en sus partes componentes. Los componentes resultantes pueden ser soluciones o mezclas compuestas de dos o más constituyentes. La filtración tiene como objetivo separar el mosto de la parte insoluble, el orujo o afrecho. Esta operación consta de dos etapas: en la primera, se separa el mosto del soutuche; en la segunda, se lava este soutuche con el agua de lavado que previamente se había reservado para esta parte, en la cantidad de acuerdo a las proporciones de agua y malta del proceso: si en la mezcla se añadieron 13 litros de agua, para el lavado se tienen 12 litros, ya que se prepararon 25 litros de cerveza. Debido a la molienda realizada obteniendo una harina demasiado fina, la filtración fue dificultosa ya que los filtros de gasas utilizados se colmataban tras filtrar unos cuantos mililitros de mosto, siendo además una operación muy lenta. Por ello, se decidió únicamente 6 litros de mosto filtrado, desechar el resto y no lavar el soutuche. Sobre estos 6 litros, se continuó el proceso y las respectivas pruebas.

Una vez que se han identificado las diferentes en las propiedades, se debe encontrar una técnica que diferencia las propiedades. Si se dispone de varias técnicas, se debe escoger la mejor, basada en el rendimiento (la cantidad de materia que debe pasar a través del filtro por unidad de tiempo), economía o algunos otros parámetros importantes. (Martinez Flores, 2003)

2.3.6.1. CLASES DE FILTROS. 2.3.6.1.1.

FILTROS DE SEPARACIÓN GRAVITACIONAL La separación gravitacional utiliza la fuerza de gravedad para extraer partículas de un fluido. La diferencia de densidad entre las partículas y el fluido (por ejemplo, las partículas más densas causan que dichas partículas viajan hacia abajo en una columna de fluido). (Martinez Flores, 2003)

2.3.6.1.2.

FILTROS MECÁNICOS. Los filtros mecánicos en sistemas de tratamiento de agua se utilizan principalmente para la separación de líquidos y sólidos. Bajo circunstancias especiales, así las diferencias en el tamaño de la partícula de los componentes de una solución (o mezcla) para extraer una parte de la otra. Por lo general son simples en su operación y se usan correctamente y son de fácil mantenimiento. Se pueden diseñar para extraer partículas de un cierto tamaño. No separan un tamaño específico, mientras que dejan pasar partículas del tamaño especificado. (Ortuño, 1980)

TIPOS DE FILTROS MECÁNICOS: 

CRIBAS. La forma más simple consiste de una criba fija puesta, cruzando en ella la trayectoria del flujo de fluidos, de tal forma que el fluido debe

pasar a través de ella. Las partículas más grandes que los orificios de la criba no pueden pasar a través de ella acumulándose en esta. Las cribas fijas se utilizan raramente para partículas menores de 1.5 mm. De diámetro en circunstancias de alta concentración de partículas. Las cribas se tapan muy rápidas si la concentración de materiales en suspensión es muy alta el limpiado consiste en quitar la criba de su posición de operación y lavarla (por ejemplo, forzando agua a través de la malla en dirección inversa) con agua a presión o limpiándola mecánicamente. (Norton, 1999) 

FILTROS DE ARENA. Los filtros de arena consisten en una capa de arena o cualquier otro material particulado a través del cual se fuerza el paso de agua. El filtrado es un proceso mecánico mediante el cual las partículas muy grandes. El tamaño máximo de partícula que pasará a través del filtro está determinado por el tamaño del grano de arena. Mientras más grande sea los granos de arena, permitirán el paso de partículas más grandes a través del filtro. Comúnmente, los tamaños de partículas de arena varían desde 2.0 a 0.02 mm. Sin embargo, si se reemplaza la arena por rocas, grava o cualquier otro material; se puede utilizar tierras de diatomeas, arcilla o materiales similares para reducir el tamaño de las partículas hasta el nivel de micrones. (Norton, 1999)

2.3.6.1.3.

FILTROS QUÍMICOS.

Los filtros químicos son principalmente unidades de adsorción. La adsorción se puede definir como un proceso de acumulación o concentración de sustancias en una superficie o interface. La interface puede ser entre dos líquidos, entre un líquido y un gas, entre un líquido y un sólido y así sucesivamente. En el tratamiento de agua, generalmente la absorción ocurre en una interface de agua-intercambiadores de iones. (Martinez Flores, 2003)

TIPOS DE FILTROS

Existen dos tipos. Aunque existen algunos más que conoceremos en el siguiente dosier Filtrado II. Más caros y profesionales. (Wheaton Frederick, 1969) 

Los

contenedores

de cartucho. (Económicos y asequibles). 

Los filtros de placas. (Más caros y más mantenimiento). Antes de filtrar hay que procurar que la cerveza este lo más limpia posible, y siempre usaremos en los hervidos Iris Mosto, entre 20 o 25 minutos antes de parar la cocción, excepto en las cervezas de trigo. (Wheaton Frederick, 1969)



Se realizara una fermentación secundaria prolongada.



Siempre filtraremos la cerveza antes de carbonatar, de lo contrario, las burbujas de CO 2 se van a encargar de taponarnos los filtros y no conseguiremos nuestro propósito.



También es mucho mejor filtrar con la cerveza en frío, yo recomiendo que sea la misma temperatura a la que se consuma ese estilo. (Wheaton Frederick, 1969)

 Contenedores de Cartucho. Los más sencillos. Un simple vaso de polipropileno, el cual es desmontable y se le pueden adaptar diferentes tipos de cartuchos filtrantes. Además de usarlos para quitar olores desagradables con carbón activo (Alvaro & Romero, 2005)

FIGURA N° 10: Contenedores de Cartucho.

 Filtro de Placas. Al igual que el anterior tenemos posibilidad de usar diferentes calibres de filtrado, Pudiendo colocar hasta 12 placas según modelo. Con la ventaja de que la cerveza pasará más rápidamente y evitaremos que se obstruya el filtro. (Alvaro & Romero, 2005)

FIGURA N° 11: Filtro de Placas

2.3.7. TURBIDEZ

Hay varios tipos de turbidez: La permanente es la más complicada de eliminar y es debida a un alto contenido de almidones. Esto se puede evitar controlando el macerado. Bien prolongándolo o realizando la prueba de Yodo. (James A., 1984) Otra seria por presencia de levaduras. Más fácil deshacernos de ella, si usamos el filtrado en el caso de que estén en suspensión, o por trasiego si se depositan en el fondo. (James A., 1984) La del frío. Esta es curiosa, aparece cuando enfriamos la cerveza y desaparece cuando se calienta.. Es producida por la presencia de taninos, y lo peor es que aumenta con el tiempo. Parte se puede eliminar con el filtrado, pero hay veces que tendremos que usar productos filtrantes o coagulantes. (James A., 1984) 2.3.8. CLARIFICACION En los procesos clásicos la obtención de una cerveza brillante se lograba Mediante un proceso de sedimentación por gravedad que se efectuaba durante la guarda prolongada y a temperaturas muy frías. Para lograr un mejor resultado en este proceso de sedimentación se utilizaban algunos productos “acabadores” (innings). Entre los más usados se encuentran las bentonitas, el yeso hectorita, el ácido tánico, unas escamas de ciertos peces (isinglass), unas algas marinas (seaweed), el “Irishmoss”, los silicatos y el gel de sílice. En la actualidad y con vistas a los procesos de guarda mucho más cortos se recurre fundamentalmente al uso de centrífugas girando a velocidades entre 4.000 y 8.000 veces la aceleración de la gravedad. Con ello se consigue una rápida separación de la levadura y de los sólidos en suspensión de la cerveza ya fermentada. Se reducen con ello las mermas, los costes son menores al no necesitarse tanques para conseguir la misma clarificación por gravedad. La cerveza se puede clarificar a un nivel constante y además se puede eliminar la levadura de los tanques de guarda fría finalmente, con vistas a obtener las cervezas brillantes que el mercado quiere, se recurre a la filtración de la cerveza de guarda. Entre los sistemas de filtración modernos citaremos de pasada los más habituales y que son: filtración con tierra de diatomeas; filtración con placas de celulosa, tierra

de diatomeas o de otros materiales; filtración con pulpa de algodón o celulosa; y como último señalar la filtración con cartuchos de diversos materiales. En este punto cabe también señalar los estudios que se están llevando a cabo en diversos institutos para aplicar nuevas tecnologías en la filtración con vistas a lograr una eliminación de las tierras de diatomeas por los problemas ecológicos que presentan entre los más o menos en fase final de aplicación señalaremos: la filtración tangencial Con membranas de diferentes materiales, la filtración con arenas de diferentes tamaños, etc. (James A., 1984) 2.3.9. CARBONATACIÓN En el proceso clásico ésta se conseguía por medio de cerrar y someter a una fermentación secundaria, con lo que el

CO2

generado se disolvía en el propio

líquido y con ello se llegaba a una saturación del mismo. (Forran L., 1959) En la actualidad sino hacemos una fermentación secundaria no hay posibilidad de carbonatar, por lo que la tendencia es a recolectar el

CO2

generado durante la

fermentación principal y después de un proceso de secado, purificación con carbón activo y licuefacción el

CO2

se inyecta de nuevo a la cerveza en el momento

que el cervecero desee por medio de diferentes técnicas: Carbonatación en línea: ya sea en el trasiego de un tanque a otro o bien lo más habitual después de su filtración y previamente a su envasado; Carbonatación en el tanque: por medio de inyectar

CO2

en la base del mismo con un difusor hasta que se consigue una

sobrepresión en el mismo. (Forran L., 1959)

2.3.9.1. DIOXIDO DE CARBONO EN LA CERVEZA.

Sobre carbonatación es ¡QUÉ ES CARBONATAR! El dióxido de carbono es un gas que se disuelve fácilmente en agua y cerveza. (Norton, 1999) La cantidad de gas disuelta en cerveza se mide en volúmenes. Si un litro de cerveza se carbonata con 2.5 volúmenes, eso significa que hay 2.5 litros de CO2

disueltos en la cerveza.

El dióxido de carbono en sí no tiene sabor o por lo menos no es detectable, pero como gas saliendo de la solución (burbujas, espuma), sí incide en la percepción de aromas y sabores característicos de la cerveza, afectando su percepción general. (Norton, 1999) Cuando un home brewer produce cerveza debe tomar control del nivel de carbonatación de forma de lograr obtener los sabores y aromas, pero de forma controlada. Usualmente, las cervezas con un fuerte amargor y perfume no están tan carbonatadas como las cervezas con menos sabor y aroma. (Norton, 1999) Por ejemplo, la Bass Ale se carbonata con 2.2 volúmenes de

CO2

La

Bass tiene un sabor frutado y una buena cantidad de amargor y aroma a lúpulo. Un nivel relativamente bajo de 2.2 volúmenes de

CO2

la

complementa de forma perfecta. (Norton, 1999) Esto hace que la cerveza se sienta suave en la boca y despida justo la cantidad exacta del complejo aroma del lúpulo y la malta. Por otro lado, la Coors Light tiene 2,8 volúmenes de

CO2

disuelto. La

Coors Light no es muy lupulada o con mucho gusto a malta, por ese motivo tiene más dióxido de carbono para ayudar a "sacar" las cualidades que tiene.

FIGURA N° 12: Sistema de Refrigeración. 2.3.9.2. PRESIÓN La presión, medida en libras por pulgada cuadrado (pounds per squareinch, PSI) se define como la fuerza a la cual las moléculas de

CO2

en la parte

superior del envase presionan a la cerveza (algo así como si se sentaran arriba). A medida que la presión aumenta, el gas golpea a la cerveza con mayor fuerza y se disuelve dentro de la cerveza más fácilmente. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) A medida que la presión disminuye, el gas no se disuelve dentro de la cerveza tan fácilmente y sale del líquido. Las altas presiones incrementan los niveles de carbonatación, las presiones bajas reducen los niveles de carbonatación. La correcta cantidad de presión en un envase (metálico o botella) mantendrán el correcto nivel de carbonatación. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) La mayoría de los fabricantes de cerveza o distribuidores pueden darte sus niveles sugeridos de presión para las cervezas que ellos venden. Si haces tu propia cerveza utiliza un cuadro de carbonatación para determinar la presión adecuada. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997)

2.3.9.3. TEMPERATURA Y BALANCE DE

CO2

La temperatura de la cerveza afecta la cantidad de presión necesaria en el envase para controlar el nivel de carbonatación. A medida que la temperatura se incrementa, las burbujas de

CO2

se

expanden y "salen" de la cerveza. Si la temperatura cae, el gas se disuelve más fácilmente. Por ejemplo, a 3.5 ºC la Coros Light necesita 15 psi para mantener su nivel de

CO2

. A 4.5 ºC necesita 16 psi. A 2 ºC necesita 14 psi. (Doyle M.,

Beuchat L., & Montville T., 1997) Generalmente, un incremento de 2 grados en la temperatura necesita una libra de incremento de presión (ojo que esta escala es en Fahrenheit). Un descenso de dos grados en la temperatura requiere de una pulgada de menos de presión (misma aclaración que antes). (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997)

FIGURA N° 13: Presión de La Fig. 13. representa la presión de

CO2

CO2 en Equilibrio

correctamente ajustada para la

temperatura de guarda y nivel de carbonatación de la cerveza. Hay una cantidad igual de

CO2

L., & Montville T., 1997)

disuelta y suelta en el tanque. (Doyle M., Beuchat

FIGURA N° 14: Poca presión de

CO2

La Fig.14. Representa demasiada poca presión. El gas sale de la cerveza y ocupa la "cabeza" del envase y en las mangueras. "Bolsillos" de gas se acumularán en las mangueras formando derrames además de una cerveza de sabor chato. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997)

FIGURA N° 15: Demasiada Presión de La Fig. 15. representa demasiada presión de

CO2

CO2

, hay más dióxido de

carbono disolviéndose en la cerveza que el que sale. La carbonatación de la bebida se incrementa. Problemas de derramamiento y una cerveza de gusto "chispeante" serán los resultados cuando el envase esté más vacío y sirva la cerveza sobre carbonatada. La sobre carbonatación por lo general es percibida como un sabor extra-amargo. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997)

2.3.9.4. PROBLEMAS DE DERRAME DEL LÍQUIDO Y

CO2

Los problemas de derrame son resultado de una cerveza "chata" que es expuesta a mucha presión en las mangueras o el envase durante mucho tiempo.

Estos problemas pueden ser resueltos teniendo suficientes

reguladores secundarios

para tirar cada cerveza a su presión ideal y

siendo cauteloso al guardar la cerveza a

una

temperatura

adecuada.

(Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) BAJA PRESIÓN Si tu cerveza se "achata" en las mangueras eso está causado por una presión ajustada muy baja. Esto será fácilmente perceptible porque la línea de cerveza (la manguerita, bah!) tendrá bolsillos de gas. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) Estos bolsillos irán siendo peores cuanto más largas sean las pausas en las que utilices la canilla para servir. También será malo cuando el envase tenga mucha cerveza dentro, pero a medida que el gas salga del líquido, éste se tornará eventualmente más "chato" y el problema se detendrá. Vas a notar este problema por lo general en la primera mitad del Cornelius o barril. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997)

FIGURA N° 16: Cerveza con Poca carbonatación. Los bolsillos o cavidades de gas se forman justo sobre el barril y justo detrás de la canilla, por lo tanto, cuando la abras vas a tener un disparo de espuma, seguido por cerveza clara, seguida de otro tiro de espuma, luego de lo cual la cerveza caerá clara hasta que se tape durante diez minutos o más, permitiendo que se formen nuevamente bolsillos de gas.

Debe recordarse que a medida que la temperatura de la cerveza se incrementa, requerirá mayor presión ya que de lo contrario ocurrirán los mismos síntomas de los que hablábamos si la temperatura del enfriador o la cerveza están a más de cuatro grados que la presión a la que fueron ajustados. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) Es por esto que es muy importante mantener la cerveza a una temperatura constante. No importa si usas una conservadora, una heladera o una serpentina, es importante mantener las puertas cerradas de lo que uses así la temperatura no fluctúa. El gas también saldrá de la cerveza detrás de la canilla si la torre de dispersión no está enfriada correctamente. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) ALTA PRESIÓN Si tu envase está expuesto a mucha presión o ha estado en uso por mucho tiempo, vas a experimentar problemas causados por la sobre carbonatación. Los síntomas de este problema aparecen cuando el nivel de carbonatación se incrementa por motivo de un ajuste de presión muy alto. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997)

FIGURA N° 17: Cerveza sobre carbonatada. Los síntomas leves de sobre carbonatación usualmente se parecen bastante a aquellos causados por el achatamiento en las cañerías. La diferencia es que aparecerán cuando el tanque esté casi vacío (el último tercio, más o menos). A medida que la temperatura de la cerveza cae, necesita menos presión para mantener el apropiado nivel de carbonatación. Por este motivo, se puede ver estos problemas si tu cerveza está guardada a temperaturas menores de 2 ºC. El rango ideal de temperatura para guardar tanques o Cornelius es entre 2ºC y 4. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997)

La cerveza en contacto directo con el gas, primero levanta el

CO2

. Toma

mucho tiempo para el gas ser absorbido de forma profunda por la cerveza, por eso la sobre carbonatación usualmente es lo más evidente cuando se llega al fondo del barril. Si se cierra un barril nuevo y está muy espumoso, hay un 99,9% de chances de que el problema no sea sobre carbonatación. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) 2.3.10. LLENADOR Y ENCHAPADOR La forma del llenado depende mucho del tipo de producto que se desea sacar al mercado, de manera que la forma de llenado se puede dividir en los siguientes grupos: 2.3.10.1.

TIPOS DE LLENADO

2.3.10.1.1. LLENADO POR GRAVEDAD. Este se produce por la diferencia de presiones entre la tubería que va del tanque principal del líquido hasta la válvula de llenado, sin que exista empuje mecánico, ni gaseoso del líquido que escapa. En el presente trabajo se utilizará este tipo de llenado. (Rosenau M., 1913)

2.3.10.1.2. LLENADO POR GAS CARBÓNICO (CO2). La utilización de CO2 en los líquidos produce efervescencia en los mismos y a estas bebidas se las conoce como bebidas carbonatadas. Las válvulas que operan en éste tipo de llenado son muy elaborarlas pues generalmente se busca que exista un equilibrio en el tanque de llenado. Este equilibrio se da entre el líquido y el gas carbónico de modo que cuando esto ocurre se produce la salida del líquido por la válvula. Este tipo de válvula son muy especiales el uso del

CO2

aumento en la velocidad de llenado. (Rosenau M., 1913)

produce un

2.3.10.1.3. Llenado por vacío. Para este fin se usa una bomba de vacío la cual crea una diferencia de presiones entre la válvula de llenado, la botella y el líquido entrante; de ésta operación se produce un vaciado del líquido al pasar por la válvula. (Perry & Chilton, 1986) 2.3.10.1.4. Llenado volumétrico. El llenado volumétrico se da cuando las válvulas de llenado están compuestas por un actuador neumático, el mismo que a través de una válvula de retención en una posición absorben la cantidad necesaria de líquido para llenar al botella y en otra posición del actuador expulsa el líquido a través de una válvula al envase o recipiente. (Rosenau M., 1913) 2.3.10.2.

PROCESO DE LLENADO Y CORONADO DE LA CERVEZA

a) Para las cervezas de baja fermentación y las de alta fermentación sin segunda fermentación en botella/lata/barril: Antes de llevar la cerveza a la máquina de llenado se inyecta

CO2

en los

tanques hasta conseguir la saturación deseada, para que la cerveza salga de su recipiente con una buena capa de espuma. (Alvaro & Romero, 2005) Para alargar el tiempo de conservación de una cerveza, sin que cambie de aspecto, se esteriliza la cerveza por medio de la pasteurización después del envasado (las botellas pasan por un túnel con agua a 70º C), o con una flashpasteurización antes de envasar (durante el recorrido del tanque a la cadena de envasado la cerveza se calienta hasta 65º C). (Alvaro & Romero, 2005) b) Para las cervezas con segunda fermentación en botella/barril: Antes de embotellar se puede añadir una pequeña cantidad de azúcar, aunque la cerveza todavía contiene azúcar sobrante de la primera fermentación. Se añade también una dosis de levadura y se asegura una buena mezcla de los nuevos ingredientes con la cerveza. (Alvaro & Romero, 2005)

Una vez llenas, las botellas/barriles son trasladadas a unas cámaras calientes por las que circula aire a 25 ºC aproximadamente, para asegurarse de que la segunda fermentación se produzca La segunda fermentación en las cámaras calientes dura hasta dos semanas y es el mejor seguro de calidad que existe para la cerveza. El proceso químico es el siguiente: azúcar + levadura + aire se transforma en más alcohol +

CO2

+ el residuo de la levadura que se

deposita en el fondo de la botella. Como el poco aire que puede quedar en la botella y que podría dar lugar a una oxidación en el futuro se ha absorbido durante la segunda fermentación, no hace falta ni pasteurización, y la cerveza sigue evolucionando y madurando dentro de la botella, dando lugar al uso justificado de términos como "Reserve" o "Grand Cru" para definir sus características parecidas al vino añejo. (Alvaro & Romero, 2005) Los dos sistemas de envasado descritos muestran que existen suficientes garantías de calidad para asegurar un plazo hasta su consumo preferente de mínimamente un año sin que la cerveza se altere, por lo que no es necesario de ninguna manera añadir conservantes, estabilizante de espuma o antioxidantes. La pasteurización para las cervezas sin fermentación en botella las garantiza un año de vida, y las que han sufrido fermentación en botella tienen una vida que, aunque no siempre es recomendable, se puede extender hasta los diez años. (Alvaro & Romero, 2005) El envejecimiento para las cervezas sería más o menos igual que para los vinos: la cerveza rubia (como el vino blanco) no envejece bien, la cerveza tostada algo mejor, pero la cerveza negra (como el vino tinto) evoluciona muy bien, y cuanto mejores sean las circunstancias de conservación, mejor saldrá la cerveza. (Alvaro & Romero, 2005) 2.3.10.3.

SALÓN DE ENVASE

Las Desestibadora y Estibadora tienen por objeto desarmar y armar el arrume de cajas vacías y llenas, respectivamente, que se encuentran colocadas sobre estibas o tarimas. La Desempacadora y la Empacadora cumplen similar función a las anteriores como es la de sacar o meter, según el caso, las botellas vacías o llenas que están contenidas en las canastas plásticas. La Lavadora de botellas es una máquina múltiple con varios tanques de acero

ubicados en línea secuencial a través de los cuales van viajando las botellas. Cada tanque contiene una solución cáustica de distinta concentración y temperatura ascendentes hasta un tope de 4 % de soda cáustica y 70 ºC de temperatura y luego, gradualmente, descendentes para el correcto lavado y esterilización del envase retornable sin que experimenten bruscos cambios de temperatura obviando así roturas por choque térmico. La Llenadora ,Tapadora y Rotuladora se explican por su nombre y el Pasteurizador es también un equipo complejo que maneja varias secciones de agua acondicionada con diferentes temperaturas con ascensos y descensos graduales para evitar rotura de envases por choque térmico pero que deben garantizar que todas las botellas producidas sean sometidas a un estricto régimen de 15 minutos sostenidos a 60 ºC para garantizar la inactivación de cualquier microorganismo especialmente levaduras que hubieren podido llegar hasta esta etapa del proceso productivo. (Wheaton Frederick, 1969) La soda cáustica de la Lavadora de Botellas es reutilizable y las etiquetas viejas que son desprendidas durante el proceso de lavado se evacúan a través de un dispositivo tipo sinfín para luego ser dispuestas adecuadamente de acuerdo a un Plan Sanitario Ambiental de Manejo de Residuos Sólidos de acuerdo a las leyes ambientales que regulan la materia en cada país (Wheaton Frederick, 1969). 2.3.11. PASTEURIZACIÓN. La pasteurización es un proceso térmico realizado a los alimentos: los procesos térmicos se pueden realizar con la intención de disminuir las poblaciones patógenas de microorganismos o para desactivar las enzimas que modifican los sabores de ciertos alimentos. No obstante, en la pasteurización se emplean generalmente temperaturas por debajo del punto de ebullición (en cualquier tipo de alimento), ya que en la mayoría de los casos las temperaturas superiores a este valor afectan irreversiblemente ciertas características físicas y químicas del producto alimenticio; así, por ejemplo, si en la leche se sobrepasa el punto de ebullición, las micelas de la caseína se “coagulan” irreversiblemente (o dicho de otra forma, se "cuajan"). El proceso de calentamiento de la pasteurización, si se hace a bajas temperaturas, tiene además la función de detener los procesos enzimáticos. Hoy en día, la pasteurización realizada a los alimentos es un proceso industrial continuo aplicado a alimentos viscosos, con la intención de ahorrar energía y costos de producción. (Hayes P., 1993)

Existen tres tipos de procesos bien diferenciados: pasteurización VAT o lenta, pasteurización a altas temperaturas durante un breve período (HTST, High Temperatura/Short Time) y el proceso a altas temperaturas (UHT, Ultra-High Temperatura). (Hayes P., 1993) 2.3.11.1.

Proceso VAT. Fue el primer método de pasteurización, aunque la industria alimenticia lo ha ido renovando por otros sistemas más eficaces. El proceso consiste en calentar grandes volúmenes de leche en un recipiente estanco a 63 °C durante 30 minutos, para luego dejar enfriar lentamente. Debe pasar mucho tiempo para continuar con el proceso de envasado del producto, a veces más de 24 horas. (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

2.3.11.2.

Proceso HTST. Este método es el empleado en los líquidos a granel, como la leche, los zumos de fruta, la cerveza, etc. Por regla general, es el más conveniente, ya que expone al alimento a altas temperaturas durante un período breve y además se necesita poco equipamiento industrial para poder realizarlo, reduciendo de esta manera los costos de mantenimiento de equipos. Entre las desventajas del proceso está la necesidad de contar con personal altamente cualificado para la realización de este trabajo, que necesita controles estrictos durante todo el proceso de producción. (Fraizer w. & Weshoff, 1993) Existen dos métodos distintos bajo la categoría de pasteurización HTST: en "batch" (o lotes) y en "flujo continuo". Para ambos métodos la temperatura es la misma (72 °C durante 15 segundos).



En el proceso "batch" una gran cantidad de leche se calienta en un recipiente estanco (autoclave industrial). Es un método empleado hoy en día, sobre todo por los pequeños productores debido a que es un proceso más sencillo.



En el proceso de "flujo continuo", el alimento se mantiene entre dos placas de metal, también denominadas intercambiador de calor de placas (PHE) o bien un intercambiador de calor de forma tubular. Este método es el más aplicado por la industria alimenticia a gran escala, ya que permite realizar la pasteurización de grandes cantidades de alimento en relativamente poco tiempo. (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

El proceso UHT es de flujo continuo y mantiene la leche a una temperatura superior más alta que la empleada en el proceso HTST, y puede rondar los 138 °C durante un período de al menos dos segundos. Debido a este periodo de exposición, muy breve, se produce una mínima degradación del alimento. La leche cuando se etiqueta como "pasteurizada" generalmente se ha tratado con el proceso HTST, mientras que para la leche etiquetada como "ultra pasteurizada" o simplemente "UHT", se debe entender que ha sido tratada por el método UHT. (Fraizer w. & Weshoff, 1993) El reto tecnológico del siglo XXI es poder disminuir lo más posible el período de exposición a altas temperaturas de los alimentos, haciendo la transición de altas a bajas temperaturas lo más rápida posible, disminuyendo el impacto en la degradación de las propiedades organolépticas de los alimentos; por esta razón, se está investigando la tecnología basada en microondas, que permite este tipo de efectos (es empleado incluso en carnes). Este método es muy adecuado para los alimentos líquidos ligeramente ácidos (la acidez se mide con el pH), tal como los zumos de frutas y los zumos de verduras (como el gazpacho), ya que permite períodos de conservación de 10 a 45 días si se almacenan refrigerados a 10 °C. (Fraizer w. & Weshoff, 1993) 2.3.11.3.

Organismos reguladores del estándar. Los métodos de pasteurización corresponden a una serie de métodos estandarizados por los responsables de alimentación de cada pais y son controlados por las agencias encargadas de vigilar la calidad de la alimentación (algunos ejemplos son la USDA en Estados Unidos y la Food Standards Agency en el Reino Unido) mediante la implementación de un derecho alimentario específico. Estas agencias requieren y vigilan que, por ejemplo, los lácteos pasteurizados mediante HTST lleven la etiqueta alimentaria adecuada.12 Por regla general existen diferentes estándares en función de los lácteos a procesar. El principal factor a tener en cuenta es el contenido graso del producto. De esta forma, los estándares de pasteurización de la nata difieren de los estándares empleados para la leche desnatada, y los estándares para pasteurizar queso se diseñan e implementan de tal forma que no se destruyan las enzimas que procesan los fosfatos, útiles para mantener las propiedades de corte y textura de los quesos. (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

Los métodos estándares de pasteurización HTST han sido designados para alcanzar una extensión del periodo de caducidad de cerca de 5 días (es decir 0,00001 veces el período original) reduciendo el número de microorganismos en la leche y otros alimentos. Este método es considerado adecuado para la reducción de poblaciones de casi todas las bacterias patógenas, esporas y cualquier otro microorganismo resistente a las altas temperaturas (incluyendo particularmente aquellas de las especies Mycobacterium tuberculosis, causante de la tuberculosis, y Coxiellaburnetii, causante de la fiebre Q. El proceso de pasteurización HTST se diseña para que los productos sean calentados uniformemente, evitando que sólo algunas partes sean sometidas a esterilización mientras que otras no. (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

2.3.12. FACTORES QUE AFECTAN AL PROCESO 2.3.12.1.

La acidez del alimento La acidez determina el grado de supervivencia de un organismo bacteriano. [] La principal clave para averiguar este parámetro es el pH; cabe decir que históricamente los alimentos se han considerado ácidos o poco ácidos. Hay que considerar que la mayoría de las bacterias tóxicas como las de la especie Clostridium botulinum ya no están activas por debajo de un valor de 4,5 (es decir que un simple zumo de limón las desactiva)[. ]Los alimentos se pueden considerar como bases si están por debajo de este valor de pH (la mayoría de los glúcidos se encuentran en este rango, sobre todo los monosacáridos. En el caso de alimentos con un pH superior, es necesario un tratamiento térmico de 121 °C durante 3 minutos (o un proceso equivalente) como procesamiento mínimo (es decir, la leche, las verduras, las carnes, el pescado, etc.). No obstante, muchos de estos alimentos se convierten en ácidos cuando se les añade vinagre, zumo de limón, etc., o simplemente fermentan cambiando su valor de acidez. La causa de este efecto reside en la desactivación de la actividad microbiana debida a la simple influencia que posee por el valor de la acidez, indicada por el pH, sobre la condición de vida de estos microorganismos. (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

2.3.12.2.

Organismos resistentes

Algunos organismos y bacterias cultivados en los alimentos son resistentes a la pasteurización, como los bacilos de las especies Bacilluscereus (pudiendo llegar a prosperar cultivos de éstos incluso a bajas temperaturas), y Bacillusstearo thermophilus. No obstante la resistencia a la eliminación térmica depende en gran medida del pH, actividad acuosa, o simplemente de la composición química de los alimentos, la facilidad o probabilidad de volver a ser contaminados (en lo que se denomina en inglés "postprocessing contamination", o PPC) (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

2.3.12.3.

Forma del alimento Mencionar la forma como un factor a tener en cuenta en la pasteurización del alimento es equivalente a decir que lo que influye es la superficie exterior del alimento. Cabe pensar que el principal objetivo del proceso de pasteurización es el incremento de la razón entre la capacidad de enfriamiento y la superficie del mismo. De esta forma, el peor ratio corresponde a los alimentos similares a una esfera. En el caso de los alimentos líquidos, se procura que tengan formas óptimas para que la variación de temperatura, tanto en calentamiento como en enfriamiento, pueda obtener ratios óptimos. (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

2.3.12.4.

Propiedades térmicas del alimento Algunas propiedades térmicas del alimento afectan de forma indirecta al rendimiento final de la pasteurización sobre el mismo, como la capacidad calorífica (la cantidad de energía que hay que "inyectar" por unidad de masa de alimento para que suba de temperatura), la conductividad térmica (garantiza la homogeneidad del proceso en el alimento), la inercia térmica (los alimentos con menor inercia térmica son más susceptibles de ser pasteurizados que los que poseen mayor inercia). (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

2.3.12.5.

Esterilización con rayos uv. Para los productos envasados con riesgo de infección microbiológica como los productos alimenticios de consumo humano, deben de ser esterilizados con la finalidad de eliminar todo tipo

agentes patógenos que podrían causar

alteraciones en nuestro producto final y lo que más importante en la salud del consumidor. (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

Además debemos de indicar su importancia para la estimación del tiempo de conservación, puesto que una mala esterilización promoverá a la formación de hongos, mohos

así como otros tipos de algas,

bacterias y

agentes

microbiológicos no deseados, que a la larga influirá negativamente en la conservación de la cerveza. Los productos cerveceros

pueden ser desinfectados utilizando diversos

métodos. La radiación con rayos UV, es un método ecológico y económico en comparación con otros procesos químicos y térmicos. Además de que se llegaría a un ahorro del 90% de energía con este método denominado también pasteurización fría de 3 rayos UV, además éste método se denomina globalmente como tecnología limpia. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) En consecuencia podemos decir que La desinfección con rayos UV puede ser usada como un proceso simple, rápido y confiable en operaciones continuas, por lotes,

en equipos de llenado de recipientes así como también en la

pasteurización final del recipiente con contenido. (Doyle M., Beuchat L., & Montville T., 1997) En general podemos indicar que La luz ultravioleta (UV) es una alternativa que provee desinfección efectiva sin producción de subproductos de desinfección problemáticos. Se presenta información sobre el mecanismo de aplicación de UV para desinfección de agua potable, bebidas entre otros. Se discuten las ventajas y desventajas de la técnica con miras a su comparación con la desinfección química. Se indica información práctica acerca del diseño del sistema UV, su operación y mantenimiento así como costos de capital, operación y mantenimiento para un rango de estrategias de desinfección. (Hayes P., 1993) ¿CÓMO FUNCIONA LA UV CONTRA LOS PATOGENOS? La luz ultravioleta destruye el ADN de todos los microorganismos: los virus se inhabilitan en cuestión de segundos y microorganismos tales como bacterias, levaduras y hongos, son eliminados de una manera ambientalmente amigable, sin la adición de productos químicos. (Hayes P., 1993) La luz UV artificial -longitud de onda 254 nm- es más rica en energía que la luz UV del sol. Para toda una serie de microorganismos, se conoce la dosis letal de radiación UV con las que las células no pueden mantener su metabolismo

ni multiplicarse. Debido a la diferente estructura celular de los patógenos, la dosis letal ha de ser alta. Así, las bacterias Salmonella y E. coli, quienes tienen una pared celular relativamente delgada, y por lo tanto no ofrecen barreras que bloqueen la radiación de rayos UV, son muy vulnerables y fáciles de eliminar. (Hayes P., 1993) Por otro lado, las esporas del moho poseen una gruesa pared celular, que incluso en muchos casos puede estar pigmentada. Para eliminar estos, es necesaria una dosis de 10 a 100 veces superior a la exigida para las bacterias. La cantidad de radiación para que sea efectiva la desinfección depende del tipo de patógeno. (Hayes P., 1993) LA TECNOLOGÍA ULTRAVIOLETA. Se llama Radiación ultravioleta o Radiación UV a la radiación electromagnética cuya longitud de onda está comprendida aproximadamente entre los 400 nm (4x10−8 7 m) y los 15 nm (1 1.5 x 10 m) Su nombre proviene que su rango de emisión

comienza desde longitudes de onda más cortas a la que los humanos identificamos como el color violeta. (Hayes P., 1993)

ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO:

FIGURA N° 18: Radiación ultravioleta o Radiación UV

CUADRO N° 7: TIPOS DE RADIACION UV. Nombre

Abreviación

Longitud de Onda

Energía en Fotón (eV)

Onda Larga

UV - A

400 - 320 nm

3,10 - 3,87

Onda Media

UV - B

320 – 280

3,87 - 4,43

Onda Corta UV- C 280 - 200 nm 4,43 - 6,20 Fuente: Radiación UV (2009) http://www.nyfdecolombia.com/uv.html El rango germicida se encuentra entre 240 y 280 nm (nanómetros) y se obtiene la máxima eficiencia desinfectante cerca de los 260 nm. ACCIÓN GERMICIDA DE LA RADIACIÓN UV-C El poder de desinfección también se observa en el siguiente gráfico:

FIGURA N° 19: Radiación UV -C De acuerdo al gráfico podemos observar que la luz ultravioleta C (UV-C, en el rango de longitud de onda de 200–280 nm) es una forma de radiación no ionizada que no penetra más allá de las superficies y es generalmente conocida como germicida (particularmente a longitudes de onda cercanas a 250 nm). El mecanismo

de desinfección se basa en un fenómeno físico por el cual las ondas cortas de la radiación ultravioleta inciden sobre el material genético (ADN) de los microorganismos y los virus, y los destruye en corto tiempo, sin producir cambios físicos o químicos notables en el agua tratada. (Fraizer w. & Weshoff, 1993) Varios Estudios, han demostrado que la inactivación por luz ultravioleta se produce mediante la absorción directa de la energía ultravioleta por el microorganismo y una reacción fotoquímica intracelular resultante que cambia la estructura bioquímica de las moléculas (probablemente en las nucleoproteínas) que son esenciales para la supervivencia del microorganismo. Está demostrado que independientemente de la duración y la intensidad de la dosificación, si se suministra la misma energía total, se obtiene el mismo grado de desinfección. (Fraizer w. & Weshoff, 1993) CUADRO N° 8: COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DE UV-C A 254 NM PARA ALIMENTOS LÍQUIDOS ALIMENTO LIQUIDO RANGO DE MEDIDA α(cm-1) Agua destilada 0.007-0.01 Agua para beber 0.02-0.1 Jarabe clarificado 2-5 Vino blanco 10 Vino tinto 30 Cerveza 10-20 Jarabe oscuro 20-50 Leche 300 Fuente: (mundo alimentario, julio/agosto 2009, [email protected])

PASTEURIZACIÓN Y ESTERILIZACIÓN Tanto la pasteurización Como la esterilización son técnicas de conservación de los alimentos por calor. Su fin es la destrucción de patógenos y sus esporas. La diferencia básicamente radica en el tiempo y temperatura de calentamiento. (Fraizer w. & Weshoff, 1993) En la PASTEURIZACIÓN se calienta un alimento a 72 ºC durante unos 15 o 20 segundos y se enfría rápidamente a 4 ºC. Este método se utiliza en muchos productos, sobre todo en leche y derivados, zumos aromatizados y cervezas, ya que las bajas temperaturas permiten que los aromas no se volatilicen demasiado. Estos alimentos se conservan solo unos días, ya que aunque se destruyen los

gérmenes, las modificaciones físicas y químicas siguen produciéndose. (Fraizer w. & Weshoff, 1993) La ESTERILIZACIÓN se realiza con alimentos más diversos, como carne, pescado, verduras, frutas; consiste en colocar el alimento en un recipiente y someterlo a temperaturas elevadas, superiores a 100 ºC durante bastante tiempo. En este caso, el valor nutricional del producto final es menor, ya que con las temperaturas, además de destruirse los microorganismos patógenos, se destruyen también compuestos termolábiles como vitaminas, proteínas, aromas. (Fraizer w. & Weshoff, 1993)

CAPÍTULO III DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE COCCIÓN INTERCAMBIADOR DE CALOR Y FERMENTADOR DE CERVEZA. 3.1. DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO DE COCCIÓN. 3.1.1. PAILA DE ADJUNTOS. Es la primera paila de cocción de adjuntos, (que son las materias primas que sustituyen parcialmente a la malta, o al extracto de la malta en la elaboración de cerveza). El material utilizado para su construcción es acero inoxidable AISI 304 2B espesor 1.8 mm, cilíndrico con fondo plano, con una capacidad de 45 litros, y consta de un termómetro de acero inoxidable en la parte lateral. Tapa plana de acero inoxidable y conexión para salida de agua y/o solución de adjuntos, está apoyada en el fondo de la olla con tres patas de tubo redondo de 1 1/2 pulgada y 0.45 m. de altura, apoyada sobre una base rectangular de tubo cuadrado de 2 pulgadas. Función.- Constituye la primera paila en el cocimiento, su función es cocer los adjuntos y acondicionarlos para la etapa de maceración.

FIGURA N° 20: Paila De Adjuntos Características de diseño: 

Temperatura

: 86.5 ºC



Volumen nominal

: 45 L.



Volumen de operación

: 35 L.

Características geométricas: 

Diámetro Interno

:35.7 cm.



Altura

: 45 cm.



Salida de adjunto al macerado

: ¾ pulg. - 1.905 cm.

V   *r 2 * h

Ecuación de Volumen

............................................ (a)

AT  2* * r * h r 

Ecuación de Área Donde: V = Volumen. D = Diámetro. r = Radio. h = Altura. Cálculo de Volumen en la Paila de Adjuntos Datos: D= 0.357m r = 0.178 m h = 0.45 m. Reemplazando en la ecuación (a):

V   *  0178 . m2  * 045 . m V  0045 . m3

AT  2* *0.178m 045 . m 0.178m

............................... (b)

AT  0.702 m2

3.1.2. PAILA DE AGUA CALIENTE. Depósito de agua cervecera: construido de acero inoxidable AISI 304 2B, pulido interior sanitario, tapa plana, capacidad de 57 Litros, conexiones de entrada y salida para trasladar el agua a la olla de maceración impulsado por una bomba de transvase de alta temperatura.

G as Propano

PAILA DE AGUA HERVIDA

FIGURA N° 21: Paila De Agua Hervida Características de diseño: 

Temperatura

: 86.5 o C



Volumen nominal

: 57 L



Volumen de operación

: 47 L

Características geométricas: 

Diámetro Interno

: 0.357 m.



Altura

: 0.57 m.



Salida de adjunto al marceador

: 3/4 pulg - 0.1905 m.

Cálculo de Volumen en la Paila de Agua Hervida

Datos: D = 0.357 m. r = 0.178 m. h = 0.57 m. Reemplazando en la ecuación (a):

V   *  0178 . m2  * 057 . m V  0057 . m3

AT  2* *0.178m 057 . m 0.178m

AT  0830 . m2

3.1.3. PAILA DE MACERACION Construido de material inoxidable AISI 304 2B espesor 1.8 mm. Con capacidad de 71 Litros, La temperatura de operación se controla en las diferentes etapas de proceso con un termómetro que se encuentra en la pared lateral e inferior de la paila. El macerado aloja en su interior al falso fondo que actúa como tamiz de retención de granos durante el filtrado, es removible está apoyado al fondo de la

olla por platinas de ½ pulg. De acero inoxidable, con conexiones de carga y descarga en la parte superior e inferior del fondo respectivamente, por medio de recirculación del mosto se logra el clarificado de mismo.

G as P ro pano

PAILA DE MACERACiON FILTRACION

Salida de Mosto Caliente

FIGURA N° 22: Paila De Maceración Falso fondo: AISI 304-2B de 1.8 mm de espesor de 0.34 m. de diámetro se apoya con platinas al fondo de la paila, tiene una manija encima y en la parte media del mismo. El perforado del tamiz es malla 4 (4.75 mm de diámetro). Función: La paila tiene como función degradación de almidón en azúcares por medio de las enzimas hidrolíticas a temperatura y pH controlado y separar el mosto del soutuche. Características de diseño:



Temperatura



Volumen nominal

: 71 L.



Volumen de operación

: 61 L.

: 86.5 o C

Características geométricas: 

Diámetro

: 0.39 m



Altura

: 0.71 m.



Salida de mosto a la paila de cocción

: ¾ pulg.



Diámetro de tamiz



Diámetro del perforado de tamiz

: 0.34 m. : 4.75 mm.

Cálculo de Volumen en la Paila de Maceración Datos: D= 0.357m. r = 0.178 m. h = 0.57 m. Reemplazando en la ecuación (a):

V   *  0178 . m2  * 071 . m V  0.071 m3

AT  2* *0.178m 071 . m 0.178m

AT  0993 . m2 3.1.4. PAILA DE COCCIÓN. Al igual que los otras pailas es de acero inoxidable 304-2B de 1.8 mm de espesor de 76 Litros de Capacidad, con una salida esférica de 3/4 pulg. En la parte inferior, tapa plana de acero inoxidable, termómetro incorporado en la parte lateral del mismo. Entrada y salida del mosto tangencial para realizar whirpool accionada por una bomba de alta temperatura.

tee de 1/2

M o s to

G a s P ro p a n o

PAILA DE COCCION

Salida del Mosto

FIGURA N° 23: Paila De Cocción Función: Cumple las siguientes funciones. 

Coagulación de las proteínas.



Esterilización del mosto y destrucción de las enzimas.



Extracción de las sustancias del lúpulo.



Evaporación del agua excedente y alteración general de la composición del mosto por medio del cocimiento.

Características de diseño: 

Temperatura

: 86.5 o C



Volumen Nominal

: 76 L.



Volumen de operación

: 66 L.

Características geométricas: 

Diámetro

: 0.354 m.



Altura

: 0.78 m.



Salida de mosto a la paila de cocción

: 3/4 pulg.



Altura del punto tangencial.

: 0.24 m.

Cálculo de Volumen en la Paila de Cocción Datos: D= 0.354 m. r = 0.177 m. h = 0.78 m. Reemplazando en la ecuación (a):

V   *  0177 . m2  *078 . m V  0076 . m3

AT  2* *0.177m 0.78m 0.177m

AT  106 . m2

3.2. INTERCAMBIADOR DE CALOR DE DOBLE TUBO Construido con tubos de acero inoxidable sanitarias para enfriar el mosto durante la transferencia desde el tanque de cocción al fermentador. Es el tipo más sencillo de intercambiador de calor, está constituido por dos tubos concéntricos de diámetros diferentes. Uno de los fluidos fluye por el tubo de menor diámetro y el otro fluido fluye por el espacio anular entre los dos tubos. En este tipo de

intercambiador son posibles dos configuraciones en cuanto a la dirección del flujo de los fluidos: contracorriente y flujo paralelo. En la configuración en contra corriente los fluidos entran el por los extremos opuestos y

Salida de Mosto Frio

fluyen por los sentidos opuestos.

INTERCAMBIADOR DE CALOR

Entrada de Mosto Caliente Salida de Agua Caliente Entrada de Agua Fria

FIGURA N° 24: Intercambiador de Calor

FIGURA N° 25: Configuración en Contra flujo Nota: Es el que se utiliza para el proyecto

3.3. FERMENTADOR – MADURADOR CILINDRO CÓNICO 

Tipo cilindro cónico construido de acero inoxidable calidad AISI 304 2B pulido interior sanitario.



Conexiones para entrada y descarga de mosto/cerveza,



válvulas de acero inoxidable para entrada y salida de mosto/cerveza.



chaqueta de acero inoxidable para flujo de refrigerante.



Chaqueta térmica para el aislamiento térmico.



Cerrado hermético.



Purga de gases en la parte superior.



Estructura de soporte tres ruedas.

FERMENTADOR

Airlock Entrada de aire Entrada de Mosto Frio

Salida de Refrigerante Programador de Temperatura Swich de encendido

Termopozo

Salida de Cerveza Verde Entrada de Refrigerante

Purga

FIGURA N° 26: Fermentador

Características de diseño. 

Capacidad máxima

: 110 L.



Presión de operación

: Atmosférica.

Características geométricas.

 Cuerpo cilíndrico 

Altura

: 97 cm.



Diámetro Interior

: 34 cm.



Volumen cuerpo

: 0.088 m3.

Fondo Toricónico

 

Altura del cono.

: 35 cm.



Diámetro interior

: 34 cm.



Volumen del fondo toricónico : 0.0112 m 3

3.3.1. Cálculos en el Proceso de Fermentación. Cuerpo del Cilindro Datos: D= 0.34 m r = 0.170 m h = 0.97 m. V   *r2 * h

............................................(a) AT  2* * r *  h  r  ...............................(b) Donde: V= Volumen. D=Diámetro. r= Radio. h= Altura. Reemplazando en la ecuación (a):

V   *  0170 . m2  *097 . m V  0.088m3

AT  2* * 0.170m 0.97m 0.170m

AT  121 . m2

Cálculo de volumen del Fondo Cilindro Cónico

V

1 * * h R2  r 2  R * r  3

........................................(c)

Donde: V= Volumen. D=Diámetro. R= Radio mayor. r =Menor h= Altura. Datos: D= 0.34 m. R= 0.177 m. r = 0.0095 m. h= 0.35 m. Reemplazando en la ecuación (c): V





1 2 2 * * 0.35 m*  0.17m   0.0095 m  0.17 m* 0.0095 m 3

V  0.0112 m3

Entonces VT=Vcilindro+ VCuerpo Cilindro cónico VT=0.088 m3+0.0112 m3 VT= 0.099 m3

3.3.2. Cálculos en el Enchaquetado

a) Calculo del Volumen del Cuerpo Cilíndrico del Fermentador y Enchaquetado hasta la altura del Enchaquetado. Datos. D= 0.38 m. R= 0.19 m. h =0.865 m. Reemplazando en la ecuación (a):

V   *  019 . m2  *0.865 m V  0.098m3

Reemplazando en la ecuación (b): AT  2* * 0.190m 0865 . m 0.190m

AT  1259 . m2 b) Calculo del Volumen del Cuerpo Cilíndrico del Fermentador hasta la Altura del Enchaquetado. Datos. D= 0.34 m. R= 0.17 m. h =0.865 m. Reemplazando en la ecuación (a): V   * 017 . m2 *0.865 m V  0.079m3

Reemplazando en la ecuación (b): AT  2* *0170 . m 0865 . m 0.170m

AT  1105 . m2 Entonces el volumen del cuerpo cilíndrico del Enchaquetado es: V= 0.0981 m3 - 0 0785 m3 V= 0.0196 m3 ≈ 19.6 L

c) Calculo del Volumen del Fondo Cilindro Cónico del Enchaquetado y Cilindro Cónico del Fermentador. Datos D= 0.38 m. R= 0.19m. r = 0.0095 m. h= 0.375 m. Reemplazando en la ecuación (c): V





1 2 2 * * 0.375 m*  019 . m   0.0095 m  0.19 m* 0.0095 m 3

V  00149 . m3

Entonces el volumen del cilindro cónico del enchaquetado es; V =0.0149 m3+0.0119 m3 V = 0.003 m3 ≈ 3 L d) Volumen total del Enchaquetado. VT=0.0196 m3+0.003m3 VT= 0.022m3 ≈ 22.6 L

CUADRO N° 9: DESCRIPCIÓN DE LOS EQUIPOS EN EL PROCESO DE COCCIÓN Y

FERMENTACIÓN EN LA ELABORACIÓN DE LA CERVEZA. NOMBRE DEL EQUIPO

PAILA DE ADJUNTOS

PAILA DE AGUA DE LAVADO

PAILA DE MACERACIÓN

ESPECIFICACION ES  Acero inoxidable AISI 304 2B  Pulido interior sanitario.  Tapa plana.  Espesor: 1.8 mm  Válvulas de acero inoxidable para salida del mosto.  Acero inoxidable AISI 304 2B  Pulido interior sanitario.  Tapa plana.  Espesor: 1.8 mm  Válvulas de acero inoxidable para salida del agua.

CARACTERÍSTICA CARACTERÍSTICA S DE DISEÑO S GEOMETRICAS  Volumen nominal: 45  Diámetro Interno: L. 0.357 m.  Volumen de  Altura: 0.45 m. operación: 35 L.





         

PAILA DE COCCIÓN





Acero inoxidable AISI 304 2B Pulido interior sanitario. Tapa plana. Válvulas de acero inoxidable para entrada y salida del mosto. Espesor: 1.8 mm Termómetro Bimetálico Dial máx. Acero inoxidable AISI 304 2B Pulido interior sanitario. Tapa plana. Espesor: 1.8 mm Termómetro Bimetálico Dial máx.

Salida y Entrada tangencial para realizar Whirlpool accionada por una bomba de alta temperatura. Válvulas de acero inoxidable para entrada y salida del mosto.

 



Volumen nominal: 57 L. Volumen de operación: 47 L.



Volumen nominal: 71 L. Volumen de operación: 61 L.





  

 

Volumen nominal: 76 L. Volumen de operación: 66 L.

  

Diámetro Interno: 0.357 m. Altura: 0.57 m.

Diámetro Interno: 0.357 m. Altura: 0.57 m. Diámetro del tamiz: 0.34 m. Diámetro del perforado de tamiz: 4.75 mm

Diámetro Interno: 0.357 m. Altura: 0.78 m. Altura del punto tangencial: 0.24 m.

INTERCAMBIA  DOR DE CALOR      FERMENTADO  R  

Acero inoxidable AISI 304 2B Acero inoxidable AISI  304 2B Pulido interior sanitario.  Válvulas de acero inoxidable para entrada y salida del mosto. Cerrado hermético Chaqueta térmica para el aislamiento térmico. Conexiones para entrada y salida del mosto. Purga de gases en la parte superior. Estructura de soporte de tres ruedas.



Tiene 6 horquillas

Volumen de operación: 110 L. Presión de operación: Atmosférica

Fuente: Elaboración propia.

CAPÍTULO IV METODOLOGÍA Y EVALUACIÓN DE LOS EQUIPOS

 Cuerpo cilíndrico  Altura: 0.97 m.  Diámetro interior: 0.34 m.  Volumen del cuerpo: 0.88 m.  Fondo toricónico  Altura del cono: 0.35 m.  Radio mayor: 0.34 m.  Radio menor: 0.0095 m.  Volumen del fondo toricónico: 12 L.

4.1. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN. La evaluación se ha realizado en la ciudad de Puno, a condiciones ambientales de 482 mmHg. de presión atmosférica, ubicada a 3820 m.s.n.m. y una temperatura variable entre 10 a 18oC registrados durante la ejecución de las pruebas experimentales. En las siguientes instalaciones. planta piloto de alimentos de la Escuela Profesional de Ingeniería Química ubicado en salcedo donde se ha realizado la instalación y puesta en marcha de la planta piloto de elaboración de cerveza. 4.2. MATERIALES Y EQUIPOS. 4.2.1.

EQUIPOS Y MATERIALES EXPERIMENTALES. 4.2.1.1. EQUIPOS.  Tanque de agua.  Molino de rodillos.  Paila de adjuntos.  Paila de calentamiento de agua.  Paila de maceración.  Paila de cocción-coagulación.  Intercambiador de calor.  Fermentador. 4.2.1.2. INSTRUMENTOS.  Densímetro. (Kessler / Chase-Usa)  Refractómetro. (Modelo RHb - 18)  Probetas graduadas de 100 ml.  Balanza analítica.  Balanza electrónica.(Accents/XLK)  PH-metro digital  Soluciones de calibración. (Solución Tampón pH 4 y pH 7)  Termómetro de Mercurio.  Aireador de mosto ( Air-Look)  Pipeta de 10 ml.  Jarra medidora de 1L.  Balde de 20 L. 4.2.1.3. MATERIALES. 4.2.1.3.1.

INSUMOS.  Malta de cebada.  Lúpulo.  Azúcar (Rubia y Blanca)  Levaduras de cerveza.  Agua.  Gritz de maíz.

 Arrocillo. 4.2.1.3.2.      4.3.

REACTIVOS. Alcohol Puro Hidróxido de sodio.(0.01M) Yodo. Agua destilada. Detergente.

MÉTODOS DE ANÁLISIS Para la determinación de los parámetros de operación; como son  pH  Densidad  Grado Alcohólico  Grados Brix  Determinación de la Humedad En el proceso de cocción y fermentación se utilizaron los siguientes equipos y métodos. 4.3.1.

Determinación de pH. Fundamento. Se determina la concentración de iones hidrógeno con un pH-metro ajustado de 4.0 y 7.0 con soluciones tampón. Material y Aparatos.  pH-metro con electrodo de vidrio calomelanos.  Vaso de precipitados de 250 ml.  Termómetro. Reactivos.  Solución tampón pH = 7,0  Solución tampón pH = 4,0 Procedimiento. Se calibra el pH-metro a pH 7.0 y 4.0 con las correspondientes soluciones tampón. Se pipetean 50 ml. de mosto de cerveza en el vaso de precipitados y se introduce el electrodo dentro del mosto, ajustando la temperatura del medidor de pH a la temperatura de la cerveza. Se procede a medir el pH del mosto.

4.3.2.

Determinación de la Densidad. Fundamento. El densímetro es un instrumento que sirve para medir la densidad o peso específico de un líquido.

Su funcionamiento se basa en que un determinado cuerpo, se hunde más, cuanto

menos denso es un líquido y flota más, cuanto más denso es el

mismo. El hidrómetro o Densímetro se usa para medir el progreso de la fermentación a través de una de sus características, la atenuación es la conversión del azúcar en alcohol (etanol) a través de las levaduras. Las cervezas normalmente tienen una densidad entre 1.015 kg/L. y 1.005 kg/L. final. Materiales y Aparatos.  Densímetro  Probeta de 250 ml. Procedimiento. Ponga una muestra de 200cc en una probeta y hunda el Densímetro cuidadosamente hasta que flote libremente. Remueva por si hubiera burbujas adheridas en la probeta. Luego procedemos a leer la escala del densímetro. 4.3.3.

Determinación del Grado Alcohólico. Como regla general, el peso del alcohol en nuestra cerveza, se puede calcular como la disminución de la densidad durante la fermentación, multiplicada por 105. Para calcular el % de alcohol en el volumen, multiplicamos la cantidad obtenida por 1,25. %Alcohol = (Df - Di) x 105 x 1.25

Según: Asociación de Cerveceros

Artesanales de la República Argentina (http://cervezas-

4.3.4.

argentinas.com.ar/). Dónde: Df : Densidad final en kg/L. Di : Densidad Inicialen kg/L. Determinación de los oBrix El oBrix sirve para determinar el cociente total de sacarosa disuelta en un líquido. Una solución de 25 oBrix contiene 25 g. de azúcar (sacarosa) por 100 g. de líquido. Dicho de otro modo, en 100 g. de solución hay 25 g. de sacarosa y 75 g. de agua. Los oBrix se cuantifican con un sacarímetro que mide la densidad (o gravedad específica) de líquidos o más fácilmente, con un refractómetro. Materiales y Aparatos. 

Refractómetro. (Modelo RHb - 18)



Gotero



Agua destilada



Paño seco o papel absorbente



Mosto

Procedimiento. Se utiliza primeramente el agua destilada para limpiar bien el lugar donde va la muestra, y para calibrar el aparato. Se colocan dos gotas de agua destilada sobre la superficie de vidrio del prisma. Tanto el agua destilada como el aparato deben estar a 20 ° C, para esto el aparato está dotado de canales de circulación de agua y de un termómetro. Se abre entonces la entrada de luz mirando en la lente superior se debe situar el cero de la escala coincidiendo con la línea de referencia utilizando para esto el regulador situado a la derecha del operador. Hecho esto, en la lente de abajo se debe visualizar una zona clara y otra oscura, la intersección de ellas debe coincidir con el punto de intersección de la cruz, el sistema para regular su posición se encuentra en la parte superior del aparato. Luego se procede a secar el agua y depositar en su lugar el mosto. Observando en la lente inferior y se debe situar el límite de los campos nuevamente en el punto de intersección de la cruz. A continuación sólo resta mirar en la lente de arriba el valor obtenido. 4.3.5.

Determinación de la Humedad. La determinación de la humedad se detalla. Según La A.O.A.C. (1998). Materiales y Equipos:  Crisol de Porcelana de 20 ml.  Mufla.  Balanza analítica de precisión 0.001 g.  Desecador con sílice gel. Procedimiento:  Se pesa 5 g de muestra previamente triturada en un crisol de porcelana 

bien tarado en la balanza analítica. La muestra se coloca en una mufla, a una temperatura de 75°C y por un tiempo de 8 horas.



Se retira de la estufa el crisol, se deja enfriar en un desecador a



temperatura ambiente. Se pesa el crisol, repetir 3 veces para tener un peso promedio. Cálculos:

Porcentaje de Humedad = Donde: m1 = Masa de la muestra recién extraída. m2= Masa de la muestra después de estar en la Mufla.

CAPÍTULO V .1.

PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL. METODOLOGÍA EXPERIMENTA 5.1.1. DIAGRAMA DE FLUJO CUALITATIVO

Malteo

Germinación de cebada hasta producir enzimas que actu

Lúpulo.

Agua tratada. Molienda Filtrada Trituración de la malta sin destrucción de la cáscara que serv Sin cloro.

Maceración Extracción de azúcares fermentesibles y proteínas que servirán

Adición de enzimas Cocción

Hervido de componentes de maceración con adición de lúpulo para dar s

Enfriamiento

Cambio brusco de temperatura para evitar contaminaciones c

Fermentación

Actuación de catalizadores enzimáticos (levaduras) que convertirán los az

Maduración

Segunda fermentación que limpiara los olores y sabo

FIGURA N° 27: Esquema experimental cualitativo de la elaboración de la cerveza

Fuente: Elaboración Propia. 5.1.2. DIAGRAMA DE FLUJO CUANTITATIVO

FIGURA N° 28: Esquema experimental cuantitativo de la elaboración de la cerveza Fuente: Elaboración Propia.

5.1.3. COCCIÓN DE LA MALTA (Cerveza Lager)

Las etapas que comprende la cocción son:  Molienda.  Maceración  Filtración.  Ebullición y lupulado. 5.1.3.1. MOLIENDA. La molienda tiene por objeto triturar la malta .Es necesario que la cascarilla permanezca tan entera como sea posible y que en cambio el endospermo se muela a un tamaño de partícula que permita la fácil liberación de extracto. Si se desintegra mucho la cascarilla no puede formar un filtro suficientemente eficaz y permeable durante la recuperación del mosto a partir de la masa. En cuanto a la trituración del endospermo es necesario que las partículas del mismo se hidraten bien y liberan fácilmente sus enzimas y otros constituyentes celulares para que pueda degradarse fácilmente. 5.1.3.2. MACERACIÓN. En la maceración se realiza las principales transformaciones bioquímicas llevando al mosto a contener los elementos necesarios para la fermentación. Los factores que influyen en la maceración son: El tiempo de duración de las operaciones, la temperatura, el pH y la concentración de la mezcla. Cada enzima tiene un pH y una temperatura óptima de actividad. Las enzimas que actúan sobre el almidón durante la maceración son la alfa y beta amilasa. Las funciones de la maceración son:  Disolver todos los productos que se han formado durante el malteado  Usar las enzimas liberadas en el malteado para transformar el almidón en azúcares más simples.  Usar las proteasas para continuar con la transformación de las proteínas en aminoácidos y péptidos.  Aromatizar el mosto con el lúpulo. PROPORCIONES EN MATERIAS PRIMAS PARA EL MACERADO Malta = X Agua de Malta = 4X Adjunto= 0.25*X Agua de Adjunto= 1.25*X Agua de Lavado=6X Para Nuestro proceso utilizaremos 8 Kg. de malta y en base a esta proporción aremos todos nuestros cálculos. Malta = 8 kg. Agua de Malta = (8*4)=32 L. Adjunto= (0.25*8)= 2 kg. Gritz de Maíz

Agua de Adjunto= (1.25*8)= 10 L. Agua de Lavado= (6*8)= 48 L. Procedimiento: Utilizaremos la Fig. 29. para guiarnos en los diferentes procesos de la cocción. Malta

30oC

30 min

30 min

30 min

46oC

55oC

63oC

66oC

63oC

30 min

67oC

30 min

86oC

25oC

Adjunto

FIGURA N° 29: Maceración Con Adjuntos Por Separado. -

Preparación de adjuntos por separado: (primera paila). En la primera paila se agrega 10 litros de agua y se lleva a una temperatura de 25°C, luego se adiciona 2 kg. De gritz de maíz y se hace hervir hasta que este forme una pasta viscosa, moviendo constantemente para evitar que se queme, una vez cocido este adjunto se mantiene la temperatura por unos 30 min. Y se deja enfriar hasta llegar a una temperatura de 66°C. Mantener esta temperatura hasta que

la paila de maceración llegue a una

temperatura de 63°C, para luego unirlo. -

Agua de Enjuague: (segunda paila). Se agrega 48 litros de agua y se lleva a una temperatura de 63°C, mantener esta temperatura hasta ser utilizada en la tercera paila.

-

Maceración de la Malta: (tercera paila). Se agrega 32 litros de agua en el cocedor, la que se lleva a una temperatura de 30 o C en seguida se agrega el grano triturado de cebada malteada que son 8 kg. Y se hace reposar por 30 min. Luego se eleva la temperatura a 46°C y se lleva a reposo durante 30 minutos manteniendo la temperatura

de la misma, luego se sube la temperatura a 55 oC y se hace reposar durante 30 minutos manteniendo la temperatura, a continuación se vuelve a subir la temperatura y la elevamos a 63°C, desde luego cuanto se llega a 63 oC se junta la mezcla de la paila de adjuntos con el mosto preparado de la tercera paila y se lleva a reposo durante 30 minutos al término de la última temperatura se debe realizar la prueba de yodo para poder verificar la sacarificación, (transformación del almidón en azúcar). Finalmente, se eleva la temperatura a 67 oC para producir a inactivación enzimática. 5.1.3.3. FILTRACIÓN. Se hace filtrar todo el mosto espeso quedando retenidos en el filtro los taninos, las proteínas coaguladas, el bagazo

de malta (restos de cáscaras). La

operación se realiza en dos fases, primero el flujo del mosto y luego la operación de lavado del extracto que contiene el soutuche. 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. Procedimiento Una vez realizada la maceración, se hace un traspaso a la cuarta paila, previamente filtrado, luego hacer un enjuague a la tercera paila con el agua de la segunda paila y repetir el paso hasta terminar el agua de enjuague. 5.1.3.4. EBULLICIÓN Y LUPULADO. (Cuarta Paila) Es un proceso de oxidación, donde se logra esterilizar el mosto, destruir las enzimas que pudieran haber quedado, mejorar la estabilidad coloidal de proteínas y taninos. Con el hervido se destruyen las enzimas para evitar una modificación del azúcar del mosto para la fermentación (el mosto debe ser estable para asegurar su composición). Procedimiento. (Cerveza Lager). En la paila el mosto va a sufrir una ebullición entre 86-87 °C durante 1 hora y 30 minutos. Al inicio del primer hervor se le agrega 17 g. de Lúpulo para darle el amargor y 5 g. CaSO4 2H20 para ayudar a que nuestra cerveza tenga un sabor dulce y controlar el pH, también se le agrega 2.5 kg. De azúcar rubia para enriquecer el mosto y 15 minutos antes de terminar la cocción se le agrega nuevamente 15 g de lúpulo para darle aroma y sabor.

Una vez terminada la ebullición se hace funcionar el sistema Whirlpool el cual envía el mosto esterilizado, el que entra en forma tangencial formando un remolino en su interior para que de este modo puedan precipitar los sólidos. 5.1.4. ENFRIAMIENTO Y AIREACIÓN: (Intercambiador de calor). Luego del proceso de decantación Whirlpool, el mosto se traspasa por el intercambiador de calor de doble tubo, con el fin de bajar la temperatura a 11-13°C. Después de haber realizado el enfriado, se traspasa hacia el tanque de fermentación. Pero antes de esto el mosto enfriado se oxigena con un aireador, de no ser aireado la tasa de mortalidad de levaduras aumentaría a tal punto de que ésta no podría ser reutilizada; la oxigenación del mosto antes del inicio de la fermentación permite a la levadura sintetizar ácidos grasos insaturados (oleicos, linoleícos y linolénicos), en ausencia de éstos ácidos grasos la pared celular está sujeta a alteraciones lo cual lo hace más permeable a los esteres correspondientes a los alcoholes superiores que ella misma forma. Finalmente, el mosto así preparado y enfriado debe ser sometido a un proceso de aireación fuerte con aire estéril para su posterior fermentación. 5.1.5. FERMENTACIÓN. Al mosto frío y oxigenado se le adiciona 33 g. de levadura. El tipo de levadura utilizada es de fermentación baja (Saccharomyces carlsbergensis) para fermentar mostos Bock y Lager a temperaturas de 11 – 13°C. El proceso de fermentación se caracteriza por tener una primera fase aeróbica de fuerte reproducción de la levadura y de alta generación de calor, que se controla con refrigeración. La segunda etapa de fermentación es de carácter anaeróbico y en ésta se consumen los azúcares del mosto, para la formación de alcohol y gas carbónico. •

Fermentación aeróbica. Presencia de oxigeno C6H12O6 + O2

•

CO2 + H2O + E

Fermentación anaeróbica. C6H12O6

2C 2H5 OH + CO 2 +E

Este proceso de fermentación dura aproximadamente 5-7 días, y en el transcurso se va purgando para deshacernos de los sólidos que van sedimentando, (levadura, lúpulo, malta). Una vez terminada la fermentación, se baja la temperatura entre 0 – 2°C para empezar con el proceso de la maduración, más conocido como “cerveza verde”. 5.1.6. MADURACIÓN O REPOSO. La maduración o reposo tiene por finalidad clarificar la cerveza, vía el decantamiento de partículas de levadura provenientes de la fermentación, y además lograr la maduración de la cerveza. En la maduración se distingue la etapa siguiente a la fermentación y comprende todo el tiempo a que dure la cerveza en los tanques a baja temperatura (0 - 2ºC) antes de ser filtrada. En la maduración se buscan y se producen transformaciones importantes, tales como: -

Resistencia al frío y estabilización (formación y precipitación de lazo coloidal proteína-tanino).

-

Clarificación (disminución del contenido de levaduras en suspensión).

-

Maduración o estabilidad del sabor (reducción del contenido de compuestos indeseables como ácido sulfhídrico, acetaldehído y di acetilo).

Al final de la maduración como se lleva a cabo una filtración y por lo tanto una eliminación de la levadura se tendrá que proteger la cerveza agregándole antioxidantes (ácido ascórbico) para que se combine con el oxígeno y evitar que se mezcle con la cerveza. El proceso de maduración se prolonga por tres o más semanas y se puede efectuar en los mismos estanques de maduración o reposo.

CAPÍTULO VI . CÁLCULOS DE INGENIERIA. .1. BALANCE DE MATERIA. El balance de materia se realizó sobre una base de producción de 80 L. De mosto, en los cálculos de materia se consideran los datos obtenidos a nivel de laboratorio en la planta piloto de elaboración de cerveza. El balance de materia es secuencial por cada etapa del sistema.

Flujos de Entrada = Flujos de Salida + Flujos Adicional Obtenido

a) Balance de Materia en la Paila de Adjuntos. Agua Blanda

Agua Vaporizada

B=9.98 kg. Gritz de Maíz A=2 kg

C=0.53kg Paila de Adjuntos

Masa de Adjuntos D=11.45 kg.

CUADRO N° 10 Balance de Materia en la Paila de Adjuntos. Componente

Entrada (kg.)

A

2

B C

9.98

Salida (kg.)

(% en Peso)

(% en Peso)

Entrada 16.69

Salida

83.31

D Total 11.98 Fuente: Elaboración propia.

0.53

4.42

11.45 11.98

95.58 100.00

100.00

b) Balance de Materia en la Paila de Agua de Lavado. Vapor de Agua F= 0.29 kg. Agua E= 47.95 kg.

Agua de Lavado

Agua G= 47.66 kg.

CUADRO N° 11: BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DE AGUA DE LAVADO Componente

Entrada (kg.)

E

47.95

Salida (kg.)

(% en peso) Entrada

(% en peso) Salida

100

F

0.29

0.3

G

47.66

49.70

Total

47.95

47.95

Fuente: Elaboración propia.

c) Balance de Materia en la Paila de Maceración.

100.00

100.00

. Masa de adjuntos D= 11.45 kg. Agua de Lavado

Agua I=31.97kg.

G= 47.66 kg.

Malta con 5 % de humedad

Paila de Maceración

H= 8 kg.

Masa de Crudos K=85.99 kg.

J= 13.09 kg. Afrecho

CUADRO N° 12: BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DE MACERACIÓN (% en Peso)

(% en Peso) Salida

8

Entrada 8.07

I

31.97

32.27

D

11.45

11.56

G

47.66

48.10

Componente

Entrada (kg.)

H

J K Total 99.08 Fuente: Elaboración propia.

Salida (kg.)

13.09

13.22

85.99 99.08

86.78 100.00

100.00

d) Balance de Materia en la Paila de Cocción.

Azúcar L=2.5 kg. Masa de Crudos K=85.99 kg.

Agua Vaporizada M= 3.88 kg. Paila de Cocción

Mosto Claro N= 84.61 kg.

CUADRO N° 13: BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DE COCCIÓN Componente

Entrada (kg.)

K L

85.99 2.5

Salida (kg.)

(% en Peso)

(% en Peso)

Entrada 97.17 2.83

Salida

M

3.88

4.38

N

84.61

95.62

Total 88.49 Fuente: Elaboración propia.

88.49

100.00

100.00

e) Balance de Materia en el Intercambiador de Calor Mosto Caliente

Intercambiador de Calor

N=84.61 kg/h

Mosto Frio Ñ =84.61 kg/h

f) Balance de Materia en el fermentador. Levadura O=0.033 kg. Mosto Frio

Fermentador.

Ñ=84.61 kg.

Cerveza Verde Q=81.023 kg.

P=4.5 kg. Purga (Levadura+ mosto frío)

CUADRO N° 14: BALANCE DE MATERIA EN LA PAILA DEL FERMENTADOR Componente

Entrada (kg.)

Salida (kg.)

(% en Peso)

Ñ

84.61

Entrada 99.96

O

0.033

0.04

P

4.5

(% en Peso) Salida

5.32

Q

80.143

Total 84.643 Fuente: Elaboración propia.

94.68

84.643

100.00

100.00

6.2. BALANCE DE ENERGIA. a) Cálculo de Energía Necesaria para la Paila de Adjuntos.

C=0.53 kg/h

B=9.98 kg/h Agua Blanda A=2 kg/h

Agua Vaporizada Paila de Adjuntos

D=11.45 kg/h Masa de Adjuntos

Gritz de Maíz

CUADRO N° 15: BALANCE DE ENERGÍA NECESARIA PARA LA PAILA DE ADJUNTOS. Componente

Entrada (kg.)

Salida (kg.)

A

2

B C

9.98

D Total Fuente: Elaboración propia. La ecuación es la siguiente: Dónde: TF =86.5 oC Ti = 12 oC

11.98

(% en Peso) Entrada 16.69

(% en Peso) Salida

83.31 0.53

4.42

11.45 11.98

95.58 100.00

100.00

Q1= (mA+mB) CPH2O (TF –Ti)....................... (1)

mA= Gritz de Maíz mB= Agua Blanda

CPH2O = 4.203KJ/kg oC = 1Kcal/kg oC (John Perry Tomo I) Reemplazando valores a la ecuación (1)

Q1  (2  9.98)

kg kcal *1 o *(86.5-12)o c h kg c

Q1  893

kcal h

b) Balance de Energía en la Paila de Agua de Lavado.

Agua Vaporizada F= 0.29 kg.

Agua de Lavado

Agua de Lavado

E= 47.95 kg.

Agua de Lavado G= 47.66 kg.

CUADRO N° 16: BALANCE DE ENERGÍA NECESARIA EN LA PAILA DE AGUA DE LAVADO Componente E F

Entrada (kg.)

Salida (kg.)

Entrada 100

47.95

G Total 47.95 Fuente: Elaboración propia. La ecuación es la siguiente:

(% en peso)

(% en peso) Salida

0.29

0.3

47.66

49.70

47.95

100.00

Q 2= (mE) CPH2O (TF –Ti)....................... (2)

Dónde: TF =86.5 oC Ti = 12 oC mE= Masa de agua de Lavado CPH2O = 4.203KJ/kg oC = 1kcal/kg oC (John Perry Tomo I) Reemplazando valores a la ecuación (2)

Q2  (47.95)

Kg Kcal *1 *(86.5-12)oc o h Kg c

100.00

Q2  3572.28

Kcal h

c) Cálculo de la Energía Necesaria para la Paila de Maceración.

Masa de adjuntos D= 11.45 kg. Agua de Lavado

Agua

G= 47.66 kg.

I=31.97 kg. Malta con 5 % de humedad

Paila de Maceración

K=85.99 kg. Masa de Crudos

H= 8 kg. J= 13.09 kg. Afrecho

CUADRO N° 17: BALANCE DE ENERGÍA NECESARIA EN LA PAILA DE MACERACIÓN. (% en Peso)

(% en Peso) Salida

8

Entrada 8.07

I

31.97

32.27

D

11.45

11.56

G

47.66

48.10

Componente

Entrada (kg.)

H

Salida (kg.)

J

13.09

13.22

K

85.99

86.78

Total 99.08 99.08 100.00 Fuente: Elaboración propia La ecuación es la siguiente: Q3= (mH+mI+mD+mG) CPH2O (TF –Ti)............ ( 3 ) Dónde: TF =67 oC Ti = 32 oC mH = Masa de malta con 5% de humedad. mI = Masa de Agua. mD = Masa de Adjuntos. mG = Masa de Agua de Lavado.

100.00

CPH2O = 4.184 KJ/kg oC = 1 Kcal/kg oC (John Perry Tomo I) Reemplazando valores a la ecuación (3)

Q3  (8  31.97  11.45  47.66) Q3  3467.8

kg kcal *1 o *(67-32)o c h kg c

kcal h

d) Cálculo de la Energía Necesaria para la Paila de Cocción.

Azúcar L=2.5 kg. Masa de Crudos K=85.99 kg.

Agua Vaporizada M= 3.88 kg. Paila de Cocción

Mosto Claro N= 84.61 kg.

CUADRO N° 18: BALANCE DE ENERGÍA NECESARIA EN LA PAILA DE COCCIÓN. (% en Peso) (% en Peso) Componente Entrada (kg.) Salida (kg.) Entrada Salida K 85.99 97.17

L

2.5

2.83

M

3.88

4.38

N

84.61

95.62

Total 88.49 Fuente: Elaboración propia

88.49

100.00

100.00

La ecuación es la siguiente: Q 4= (mK+mL) CPH2O (TF –Ti)............ (4) Dónde: TF =86.5 oC Ti = 67 oC m K = Masa de Crudos m L = Masa de Azúcar CPH2O = 4.192 KJ/kg oC = 1.0012 kcal/kg oC (John Perry Tomo I)

Reemplazando valores a la ecuación ( 4 ) Q4 =( 85.99+2.5 ) Q4 =1730.73

kg kcal ∗1.003 ∗(86.5−67) ˚ C h Kg ˚ C

kcal h

e) Cálculo de la Energía Necesaria para el intercambiador de calor.

Mosto Claro N=84.61 kg/h

Intercambiador de Calor

Mosto Frio Ñ =84.61 kg/h

Tce  86 oC  Tcs  12 oC Fluido Caliente (mosto)

T fs  ?

 T fe  24 C

Fluido Frio (agua) 1. Realizando Balance de Calor. mc Cpc  Tce  Tcs   mffCp  Tsff  T e   q U AMLDT

Donde: mc = Masa de fluido caliente. Cpc = Capacidad calorífica del fluido caliente. Tce = Temperatura de entrada de fluido caliente

........................(5)

Tcs =Temperatura de salida de fluido caliente. mf = Masa de fluido frio. Cpf = Capacidad calorífica del fluido frio. Tfe = Temperatura de entrada de fluido frio. Tfs =Temperatura de salida de fluido frio. Datos : Cp(49) = 0.91 kcal/kgoC m =Flujo másico del mosto = 81.9 kg/h m =Flujo másico del agua = 377.2 kg /h 12 86  49oC 2

Temperatura promedio del Mosto =

Tfs  Tfe 

mCp c c  Tce  Tcs  mffCp ....................................................( 6 )

Reemplazando en la ecuación (6) kg kcal * 091 . o h kg oC Tf s  14oC  86  12 C  kg 377.2 *1kcal h o Tf s  286 . C 81.9

Temperatura promedio del agua.=

28.6  14  21.3oC 2

Hallamos flujo calórico. kg kcal o q 81.9 *0.91 o  86  12 C h kg C q5515

kcal h

2. Calculo de Diferencia Media Logarítmica de Temperatura MLDT 

T

ce



 Tfs    Tcs  Tfe  ln

T T

ce cs

 Tfs 



Tfe 

................................................(7)

Reemplazando en la ecuación (7)

 86  28.6   12 14  359 . oC .   86  286 ln  12 14

MLDT 

f) Cálculo de la Energía para el Fermentador. La ecuación química que ocurre durante la fermentación de glucosa, se expresa de la siguiente manera: C6 H 12 O6 ( s)−−−−−−→2 C 2 H 5 OH (l )+ 2CO 2+ E Glucosa

Alcohol etílico + Dióxido de Carbono

No obstante durante la fermentación alcohólica vía microorganismos, existe una producción colateral de pequeñas cantidades de otros compuestos. Sin embargo, como el etanol es el producto que se genera en mayor proporción y es el que se monitorea a través del proceso, es por eso que los cálculos que se presentan son en base a este alcohol. Para calcular el calor generado por la reacción se hará uso de los calores de formación de los compuestos involucrados, los cuales fueron obtenidos de las tablas de calores de formación de los compuestos orgánicos e inorgánicos.

Δ H º form. C H 6

12

Btu ∗0.252 Kcal lb−mol O =−548285.66 1 Btu

=

-138167.99

6

Kcal lb−mol

Btu ∗0.252 Kcal lb−mol Δ H º form. CO =−169292.34 1 Btu 2

Kcal = -42661.67 lb−mol

Δ H º form. C H 2

5

Btu ∗0.252 Kcal lb−mol OH =−119017.22 1 Btu

= -29992.34

.

Kcal lb−mol

El calor de la reacción se expresa mediante la siguiente ecuación: Δ H º rxn=∑ n Δ H º productos −∑ n Δ H º reactivos

………………………..(6)

Sustituyendo calores de los compuestos:

{[ (

Δ H º rxn= 2 −42661.67

)]

kcal kcal kcal +2 −29992.34 — 138167.99 lb−mol lb−mol lb−mol

) (

Δ H º rxn=−7141.74

]

-

kcal lb−mol

Ahora necesitamos conocer el calor que se produce por cada lb de glucosa que se fermente y eso hace de la siguiente manera:

MC H 6

12

O6

=180

(

lb lb −mol

Q= −7141.74 Q=−39.68

kcal lb−mol

) * ( 180lb1lb−mol C H O ) 6

12

6

kcal lb C6 H 12 O6

6.3. CÁLCULO DE LA POTENCIA DE LA BOMBA PARA TRANSPORTAR EL MOSTO DESDE EL INTERCAMBIADOR DE CALOR HASTA EL FERMENTADOR. 6.3.1.

Datos Operativos.

    

      

Fluido a Bombear Flujo Volumétrico Densidad del Fluido Viscosidad del Fluido Temperatura del Fluido

: Mosto. : 0.0000216 m3/s. : 1050 kg/m3. : 1.15x10-3 kg/m.s. : 15 ºC.

6.3.2. Datos del Circuito de Flujo. Material de la tubería : Acero Inox. 1/4 pulg. Longitud de la Tubería : 4.66 m. Diámetro Nominal : 1/4” = 0,213 m. Diametro Exterior : 13.5 mm. ≈ 0.0135 m. Diámetro Interno : 12.3 mm. = 0,0123 m. Altura de Succión : 0.42 m. Altura de Impulsión : 1.60 m.

6.3.3. Accesorios en Línea.  Codos de 90º de 1/4”  Unión universal de 1/4”

: 05 : 01

6.3.4. Cálculos de la Velocidad Media de Flujo (v) Se tiene las siguientes ecuaciones: v

A

v

Q A

;

 * D2 4

;

4*Q  * D2

Reemplazando Valores, para hallar el área:  *  0.0123 m  A 4

2

A  0.000118 m 2

Reemplazando valores, para calcular la velocidad media de flujo:

v

4 *  0.0000216 m 3 / s 

 *  0.0123 m  2



0.0000864 m / s 0.000475 v  1.181 m / s v

6.3.5. Cálculo del Número de Reynolds (NRe) Se tiene la siguiente ecuación:  * D*v N Re  

Remplazando valores:

1050 kg / m  *  0.0123 m *  0.181 m / s   1.15x10 kg / m.s  3

N Re

3

N Re  2.032 *10 3 6.3.6. Cálculo de la Rugosidad Relativa (/D) Buscando tablas y haciendo las lecturas correspondientes para conductos Lisos, se tiene:  D    190  E

6.3.7. Cálculo del Coeficiente de Fricción (f) Según el Diagrama de Moddy – GEANKOPLIS N Re  2.032 x10 3

Para: , En diagrama de Moody Se lee un:

f = 0.031

6.3.8. Cálculo De La Pérdida De Carga En Las Tuberías (h t) Se tiene la siguiente ecuación:  L   v2   ht  f *  e  *   D   2* g 

Reemplazando valores se tiene:

2  4.66 m    0.181m / s  *  2  0.0123m   2 * 9.81 m / s ht  0.0196 m.

ht  0.031* 

   

6.3.9. Cálculo de la Pérdida de Carga en Accesorios (h a) Se tiene la siguiente ecuación: con Le/D = 168 m. Le v 2 ha  f * * D 2 g.

ha

2  0.181m / s   0.031*168m *





2 * 9.8m / s 2 .

ha  0.0087 m

6.3.10. Cálculo de la Pérdida de la Carga Estática (h e) Se tiene la siguiente ecuación:

he  Z a  Z i

( m)

he  0.42 m  1.60 m he  1.18 m 6.3.11. Cálculo de la Pérdida de la Carga Total del Sistema (h L). Se tiene la siguiente ecuación: hL  h( tuberías)  h( accesorios)  h( otras perdidas)  h( estática)

hL  0.0196 m  0.0087 m  1.18 m hL  1.20 m

6.3.12. Potencia De La Bomba Se tiene la siguiente ecuación: PB1 

Q*H * *g 1000 * E

0.0000216 PB1 

kg m3 m *1.20 m *1050 3 * 9.8 2 s m s 1000 * 0.8

PB1  0.033 kW

PB1  0.033 kW * 1.34102 PB1  0.044 HP. Redondeando

PB1  0.5 HP.

6.4. COSTOS DE PRODUCCIÓN 6.4.1. COSTOS DE EVALUACIÓN DEL EQUIPO Los costos del equipo han sido estimados en forma global, de acuerdo al precio del mercado nacional, regional y local e internacional, dado para cada etapa de la puesta en marcha de la planta piloto de elaboración de cerveza, el costo efectuado se muestra en los siguientes cuadros:  Proyecto: Evaluación y Puesta en Marcha del Sistema de CocimientoFermentación de una Planta Piloto de Elaboración de Cerveza. CUADRO N° 19: RECURSOS MATERIALES. cantidad 01 01 01 01

01

Equipo Sistema de control de temperatura bomba para filtración bomba de aspiración axial Paila de maceración

Paila de coccióncoagulación

Descripción técnica del equipo Sistema automático de control de temperatura para el fermentador con termocupla PT-100 0,5HP:inox alta presión

Costo $ 480 620

0,5HP:inox T.max=110°C

500

Construida en acero inoxidable calidad AISI 304 2B. Volumen total: 71 litros Volumen útil: 61 litros Termómetro incorporado Falso fondo Tapa o tubo aspersor Quemador de gas Construida en acero inoxidable calidad AISI 304 2B Volumen total: 76 litros Volumen útil: 66 litros

500

700

01

01

01

01

01

01 04 01 01

Termómetro incorporado Quemador de gas Paila de Construida en acero inoxidable calidad AISI sacarificación de 304 2B adjuntos Volumen total: 45 litros Volumen útil: 35 litros Termómetro incorporado Quemador de gas Paila de Construida en acero inoxidable calidad AISI calentamiento 304 2B de agua para Volumen total: 57 litros aspersión Volumen útil: 47 litros Termómetro incorporado Quemador de gas Intercambiador Serpentín de cobre ò acero recubierto con de calor manguera Boquillas de doble paso para el intercambio de fluido Fermentador – Tanque cónico construido de acero Madurador inoxidable calidad AISI 304 2B Cónico Volumen total: 110 litros Volumen útil: 100 litros Chaqueta de acero para el flujo del refrigerante con capacidad de 22 L Chaqueta térmica para el aislamiento térmico Sensor de nivel interior Cerrado hermético Purga de gases por la parte superior Chiller Chiller con unidad de frio de 1/3 hp cerrado Control de temperatura automático Bomba de recirculación del agua Motor agitador Serpentín interior incorporado Pasteurizador Control automático de tiempo Chaqueta de acero Cerrado hermético Mesa de soporte Base plana de acero inox. para el tanque Soportes de fierro galvanizado de agua Tanque de agua Capacidad de 350 L Tanque de polietileno Balón de gas Peso de 50 Kg propano

Total Total Fuente: Elaboración propia

$ S/.

360

520

850

950

720

1400 70 120 150 7940.00 22629.00

CUADRO N° 20: COSTO DE ACCESORIOS Descripción

Cantidad

Unidad

Precio

Importe

Unitario (S/.) Codos H-3 de 1/2” Codos de PVC de 1/2” Unión universal de PVC Niple de PVC 1/2” Tubos de PVC 1/2” Tubos de PVC de alta resistencia 1/2” Llaves de paso 1/2” Válvula de globo de bronce de 1/2” Cinta Teflón Manguera sanitaria de alta presión de 1/2” Manguera sanitaria de alta presión de 1/4” Espiga de 1” x 1” Espiga de ¼” x ¼” Abrazaderas 25 – 40 para 1/2” Abrazaderas 25 – 40 para 1/4” Empaques planos de alta presión Cuchilla automática Cable eléctrico Nª 16 Manómetros de presión extensiones Focos indicadores interruptor de encendido/ apagado Sub. Total Fuente: Elaboración propia

01 08 03 08 03 02 02 01 16 01 02 01 01 01 03 02 01 12 04 03 04 04

Unid. Unid. Unid. Unid. Unid. Unid. Unid. Unid. Unid. m. m Unid. Unid Unid. Unid Unid. Unid. m. Unid. Unid. Unid. Unid.

4.00 1.50 1.50 1.00 10.00 18.00 5.00 25.00 0.80 9.00 8.00 10.00 3.50 3.00 2.50 6.50 65.00 3.50 25.00 6.00 5.00 6.00

(S/.) 4.00 12.50 4.50 8.00 30.00 36.00 10.00 25.00 12.80 9.00 16.00 10.00 3.50 3.00 7.50 13.00 65.00 42.00 100.00 18.00 20.00 24.00 473.80

CUADRO N° 21: OTROS COSTOS Descripción

Cantidad

Costos de Mano de Obra Técnico 01 Instalación del equipo 01 Capacitación de producción en 10 lima Sub. Total Costos de Insumos Malta base tipo Pilsen Malta caramelo 60 Lúpulo carcade Lúpulo zaas Levadura diamond Levadura saflage S – 23 Maíz gritz Arroz desgranado Azúcar rubia nacional Sulfato de calcio di hidratado Cloruro de sodio

Unidad ----días

Precio

Unitario

(S/.) 100.00 50.00 200.00

Importe(S/.) 100.00 50.00 2000.00 2150.00

100 20 0.50 0.50 100 10 10 20 20 100 3

kg kg kg kg. g sobres kg kg kg g Unid.

800.00 300.00 150.00 200.00 250.00 25.00 4.50 2.00 4.00 2.00 0.50

800.00 300.00 150.00 200.00 250.00 250.00 45.00 40.00 80.00 2.00 1.50

Enzimas 3 Unid Sub total Costos de Transporte del Equipo (lima – Puno) Lima - Juliaca 2 días Arequipa - Juliaca 1 día Juliaca - Puno 1 día Traslado de los tesistas Lima 4 personas Arequipa Traslado de los tesistas Arequipa 4 personas -Puno Traslado de los equipos a planta 1 día de alimentos en salcedo Imprevistos Sub. Total Total Fuente: Elaboración propia

100.00

300.00 2518.5

300.00 250.00 100.00

300.00 250.00 100.00

400.00

1600.00

400.00

400.00

70.00

70.00

450.00

450.00 3170.00 7838.5

CUADRO N° 22: COSTO TOTAL Descripción

Importe (S/.)

Costo del equipo Costo de accesorios Costos de mano de obra Costos de insumos Costos de transporte del equipo (Lima – Puno) Total Fuente: Elaboración propia

22629.00 473.80 2150.00 2518.50 3170.00 30941.30

Para la Evaluación y Puesta en marcha del Sistema de Cocimiento-Fermentación de una Planta Piloto de Elaboración de Cerveza., se contó con un presupuesto de S/. 30941.30 nuevo soles. Este presupuesto se gastó durante la ejecución del proyecto de tesis. Cabe resaltar que hubieron otros gastos en la parte de implementación de la planta que están siendo obviados por no ser parte del proyecto, estos gastos son los del dictado del curso en el COPEIQ 2011 realizado en Puno, en el mes de octubre, entre otros por resaltar el de mayor trascendencia.

CAPÍTULO VII . EXPOSICIÓN Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. 7.1. METODOLOGÍA DE EVALUACIÓN Análisis de proceso de Elaboración de Cerveza a Nivel de Planta Piloto. La exposición de los resultados se va a realizar con representaciones gráficas. Las tablas de los resultados obtenidos se adjuntan en el trabajo como material complementario. 7.1.1. Estudio de los parámetros que influyen en la etapa de Cocción. Los azúcares reductores totales son todos los azúcares que contiene el almidón de la malta por lo que la gráfica con este tipo de azúcares nos ayuda a comprobar, que a lo largo del proceso de cocción el porcentaje de estos deberá permanecer casi constante. El criterio para seleccionar el tiempo y la temperatura óptima de cocción se tomó en base a la determinación de azúcares reductores disponibles ya que estos azúcares son aquellos que serán transformados en alcoholes por las levaduras del proceso de fermentación.

CUADRO N° 23: RESULTADOS OBTENIDOS Tiempo (Min.) 0 25 55 115 145 159 189 203 233 298 358 458 518 550

Temperatura (oC) 14 30 30 46 46 55 55 63 63 67 86,5 86,5 14 14

Densidad (kg/m3) 1019 1022

°Brix 2.06 2.86

1026

3.92

1031

5.27

1035

6.33

1038 1046 1050

7.2 9.2 10.3

Fuente: Elaboración propia. FIGURA N° 30: Diagrama de Hidrolisis Enzimática del Almidón

Fuente: Elaboración propia.

FIGURA N° 31: Formación de los azúcares fermentables en el proceso de hidrólisis del almidón.

Fuente. Elaboración propia La formación de azúcares se midió con el refractómetro en el cual el resultado se observa en el cuadro N° 23 aquí se observa que a la temperatura de 14 oC se tiene 2.06 °Brix y la máxima se alcanza a la temperatura de 86.5 oC corresponde a 10.3 °Brix 7.1.2. Estudio de los parámetros que influyen en la etapa de Fermentación.

CUADRO N° 24: ANÁLISIS DEL COMPORTAMIENTO DE LA DENSIDAD EN LA FERMENTACIÓN DEL MOSTO. Tiempo (Días) Densidad (kg/m3) 1 1050 2 1048 3 1042 4 1026 5 1019 6 1016 7 1017 8 1012 9 1010 10 1010 11 1010 12 1010 Fuente: Elaboración propia

pH 5,86 5,85 4,98 4,75 4,6 4,44 4,24 4,26 4,3 4,31 4,3 4,3

° Brix 10.3 9.8 8.2 3.92 2.06 1.26 1.53 0.2

° Alcohol 0 0.26 1.05 3.15 4.06 4.46 4.33 4.98 5.25 5.25

FIGURA N° 32: Comportamiento de la densidad respecto al tiempo.

Fuente: Elaboración propia En la fig.32: Observamos cómo la densidad varía con el transcurso del tiempo haciendo un seguimiento en la fermentación donde la densidad inicial es 1050 kg/m 3 llegando hasta una la densidad constante de 1010 (kg/m3) respectivamente esto indica que ha finalizado la fermentación, manteniéndose esta densidad constante durante la etapa de maduración. Análisis del Comportamiento del pH en la Fermentación del Mosto. CUADRO N° 25: VARIACIÓN DEL PH CON EL TIEMPO. Tiempo (Días)

pH

1

5,86

2

5,85

3

4,98

4

4,75

5

4,6

6

4,44

7

4,24

8

4,26

9

4,3

10

4,31

11

4,3

12 4,3 Fuente: Elaboración propia. FIGURA N° 33: Comportamiento de pH en el proceso de la fermentación.

Fuente : Elaboración propia En las evaluaciones que hemos realizado utilizando como instrumento de medición el PH- metro estandarizado con buffer 7 y 4 respectivamente se presenta el resultado en la Fig. 33. donde se tiene como pH inicial de 5.86 llegando hasta un pH de 4.3 respectivamente esto indica que el pH baja, además prueba que el pH es auto regulable y se hace constante lo que indica que la fermentación ha terminado. Analisis del comportamiento de los °Brix. CUADRO N° 26: VARIACIÓN DE °BRIX CON EL TIEMPO. Tiempo (Días)

Densidad (kg/m3)

°Brix

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

1050 1048 1042 1026 1019 1016 1017 1012 1010 1010 1010 1010

10.3 9.8 8.2 3.92 2.06 1.26 1.53 0.2

Fuente: Elaboración propia FIGURA N° 34: Comportamiento de los °Brix respecto al tiempo en la fermentación del mosto.

Fuente: elaboración propia Realizado el monitoreo de los

o

Brix en el proceso de la fermentación

con un

refractometro los resultados de la fig. 34. indica 10.3 oBrix como azucares reductores disponibles como maximo y 0.2

o

Brix como minimo este calculo demuestra en

porcentaje en peso,asi tenemos en 10.3 °Brix 10.3 g en 89.7 g de solucion y si tenemos 0.2 °Brix tendremos 0.2 g de azucar en 99.8 g de solucion esto nos indica que se a consumido todo los azucares contenidos en el mosto. 7.1.2.1. Análisis de la Concentración del grado alcohólico en la fermentación. CUADRO N° 27: CONCENTRACIÓN DEL GRADO ALCOHÓLICO EN LA FERMENTACIÓN RESPECTO AL TIEMPO. Tiempo (Días)

1 2

Densidad

Concentració

(kg/m3)

n de Alcohol

1050 1048

(%) 0 0.26

3 1042 4 1026 5 1019 6 1016 7 1017 8 1012 9 1010 10 1010 11 1010 12 1010 Fuente: Elaboración propia.

1.05 3.15 4.06 4.46 4.33 4.98 5.25 5.25

FIGURA N° 35: Evolución de la concentración de alcohol en la fermentación del mosto.

Fuente: Elaboración propia Terminada el proceso de fermentación hemos obtenido los resultados que se muestran en la tabla N° 35, lo que indica que lo más importante es la densidad inicial para saber cuánto de alcohol se puede obtener. Para determinar la concentración de etanol en el mosto se utilizó la fórmula de la ecuación.

% etanol =

(1050 - 1010) x 105 x 1.25 1000

% etanol= 5.25 De aquí se deduce que teniendo una densidad inicial de 1050 kg/m 3 y densidad final de 1010 kg/m 3 se obtiene una concentración de 5.25 g de VIII.

alcohol. CONCLUSIONES

En el desarrollo del presente trabajo de tesis ¨Evaluación y Puesta en Marcha del Sistema de Cocimiento y fermentación de la Planta Piloto de Elaboración de Cerveza¨ Se ha llegado a la siguiente conclusión: 1. Se ha realizado la instalación, puesta en marcha y evaluación de los equipos poniéndolo en un estado óptimo de operatividad en las instalaciones del Laboratorio de Alimentos de la Escuela Profesional de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Altiplano de Puno Ubicado en el Centro Poblado de Salcedo. 2. Se llegó a la siguiente conclusión con respecta a la materia prima y proceso de elaboración de Mosto de cerveza, como materia prima se tiene:     

La malta de cebada. Los adjuntos.(Gritz de Maíz, Arroz, Azúcar) Lúpulo. La levadura. El agua.

La variedad y calidad de las materias primas, afecta mucho las características Físico – Químicas del mosto de cerveza. Y esto influye mucho en la calidad de una Cerveza. 3. Se determinó los parámetros de operación en los sistemas de cocimiento y fermentación De ello se tiene los siguientes: Para el sistema de cocimiento los parámetros que se midió son (Temperatura, tiempo y o

Brix) la temperatura interviene en la hidrólisis enzimática del almidón y su evolución es

en forma progresiva respecto al tiempo teniendo intervalos de reposo por media hora en las temperaturas de 30oC, 46oC, 55oC y 63oC donde a cada uno le corresponde una determinada actividad biológica como sigue, degradación de los β-glucanos a 30 o C, degradación de las proteínas a 46 o C y degradación del almidón a 55 o C y 63 o C respectivamente .para la formación de azúcares

se

midió con un refractómetro

teniendo un o Brix inicial de 2.06 que llega a 10.3 oBrix final, que corresponde a una densidad de 1050 kg/m3 El cuál es la densidad Ideal para comenzar el proceso de fermentación. Para el sistema de fermentación Los parámetros que se monitoreo son; Tiempo, densidad, °Brix, pH, Concentración, todo este proceso se llevó a la Temperatura de 13°C -15 °C; en el cual se determinó que entre los días 8 y 9 la densidad, pH, °Brix son constantes el cual indica que la fermentación finaliza y continua el proceso de maduración.

Al término de la maduración se ha obtenido 5.25% de grado alcohólico, y este valor esta en el rango de 4.5% y 5.5% de alcohol, el cual es ideal para una buena una cerveza.

IX.

SUGERENCIAS

1.- Se sugiere realizar investigación con respecto al proceso de la elaboración de la malta de cebada y otros para aminorar costos de materia prima para la elaboración de cerveza con calidades mejoradas. 2.- Se sugiere controlar los parámetros de operación en proceso de cocimiento y fermentación para obtener un buen grado alcohólico. 3.- Realizar investigaciones con respecto al crecimiento microbiano de las levaduras en la fermentación del mosto. 4.- Es recomendable utilizar como alimento de animales, el soutuche de malta sobrante de la maceración.

5.- Utilizar la técnica empleada en esta investigación para elaborar otros estilos de cerveza artesanal como: rojizas, negras, ahumadas, porter. 6.- Se recomienda para un nuevo estudio, trabajar con otro tipo de materias primas que contengan almidón y puedan ser transformadas en azucares fermentables para la elaboración de este tipo de bebidas. 7.- No se recomienda el uso de alcoholes, agentes edulcorantes y saborizantes artificiales o sustitutos de lúpulo ya que afectan las características organolépticas.