La cerveza, junto con el Huangjiu y el vino de uva, es conocida como las tres principales bebidas alcohólicas del mundo, y su ciclo de vida se ha prolongado durante miles de años. Con el desarrollo de la industria cervecera, debido a las diferencias en el proceso de elaboración y las cepas de producción, la cerveza moderna se divide principalmente en cerveza Ale (cerveza de fermentación alta) y cerveza Lager (cerveza de fermentación baja) [2]. En comparación con la cerveza Ale, la cerveza Lager tiene una temperatura de fermentación más baja y un ciclo más largo; no sólo tiene una espuma delicada y rica y un sabor refrescante y puro, sino que también tiene una calidad uniforme y es adecuada para la producción industrial a escala [3]. Por lo tanto, la cerveza Lager es muy apreciada por los consumidores por su sabor ligero y refrescante y su calidad estable, y ha ido sustituyendo gradualmente a la cerveza Ale como producto principal de la cerveza industrial moderna. Los compuestos volátiles de sabor más comunes en la cerveza incluyen alcoholes, ésteres, aldehídos y cetonas, etc. La calidad y el contenido de estos compuestos no sólo determinan el gusto y el sabor de la cerveza, sino que también afectan en cierta medida a su calidad [5]. En los últimos años, como las exigencias de los consumidores en cuanto a la calidad y el sabor de la cerveza son cada vez más elevadas, la forma de mantener y mejorar el sabor de la cerveza se ha convertido en el centro de preocupación habitual de muchas empresas productoras [6].
La malta es la principal materia prima para elaborar cerveza. Como «columna vertebral» de la cerveza, los defectos de calidad de la malta provocarán directamente anomalías en la sacarificación y la filtración, reducirán la eficacia de la producción y aumentarán el coste del producto [7]. Por tanto, la composición y la calidad de la malta están relacionadas con el sabor y la calidad de la cerveza. Al mismo tiempo, en los últimos años, con el aumento constante de la producción de cerveza en China, la calidad y el rendimiento de las maltas nacionales han disminuido gradualmente, lo que ha agravado la demanda de materias primas de alta calidad por parte de la industria cervecera china [8]. En cuanto a la investigación sobre el impacto de la malta en la calidad de la cerveza, en la actualidad se centra principalmente en el análisis de componentes como el β-glucano y las proteínas [9], o en la optimización de parámetros clave de elaboración, como la temperatura de fermentación y el proceso de maceración [10], mientras que los estudios sobre la selección y el control de las materias primas cerveceras en origen son relativamente escasos.
Con el fin de controlar la producción de cerveza desde el origen, mediante un sistema de simulación de fermentación de cerveza en laboratorio, este estudio exploró la calidad de tres tipos distintos de malta y sus efectos en la calidad de la cerveza y su sabor. Midiendo los índices de calidad de la malta, como la tasa de extracción, el nitrógeno α-aminoácido, el poder sacarificante y el índice de Kolbach, así como los índices fisicoquímicos de la cerveza elaborada, como el contenido de alcohol y la concentración original del mosto, y utilizando la microextracción en fase sólida del espacio de cabeza (HS-SPME) combinada con la cromatografía de gases-espectrometría de masas (GC-MS) para analizar las diferencias en los componentes del aroma, se seleccionó finalmente la variedad de malta más adecuada para la fermentación de la cerveza, con el fin de elaborar cerveza Lager de alta calidad y proporcionar una referencia teórica para su producción industrializada.
1 Materiales y métodos
1.1 Materiales y reactivos
1.1.1 Cepa
Levadura de cerveza(Saccharomyces cerevisiae) Lager 497: cepa de laboratorio.
1.1.2 Reactivos químicos
Extracto de levadura, peptona, polvo de agar (todos los reactivos bioquímicos): Bioengineering (Shanghai) Co., Ltd.; glucosa anhidra, yodo, yoduro potásico (todos de grado analítico): Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; 3-octanol (grado cromatográfico): Sigma-Aldrich, EE.UU.; malta británica (Eng), malta canadiense (Can), malta alemana (Ger) y lúpulo SAAZ: compra comercial importada.
1.1.3 Medio nutritivo
Medio de extracto de levadura peptona dextrosa (yeast extract peptone dextrose, YPD): extracto de levadura 10 g/L, peptona 20 g/L, glucosa anhidra 20 g/L, esterilizar a 115 ℃ durante 20 min.
Medio de mosto: mosto de elaboración propia, esterilizar a 105 ℃ durante 10 min.
1.2 Instrumentos y equipos
Molino de malta DLEUW22050: Bühler-Miag, Suiza; sacarímetro BGT-8A: Hangzhou BoRi Technology Co., Ltd.; cromatografía de gases-espectrometría de masas Trace1310-ISQ LT: Columna capilar TG-WAXMS A (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm), muestreador automático de espacio de cabeza TriPlus RSH, fibra de microextracción en fase sólida de espacio de cabeza (50/30 μm DVB/Carboxen/PDMS): Thermo Scientific, EE.UU.
1.3 Métodos de prueba
1.3.1 Establecimiento del sistema de simulación de fermentación de cerveza Lager en laboratorio
Pesa una cantidad adecuada de malta, añade agua para la maceración y, una vez finalizada la sacarificación, filtra y recoge el mosto claro. Hierve durante 60 min, durante los cuales se añade una cantidad adecuada de lúpulo. Filtrar de nuevo, ajustar la concentración del mosto, obtener mosto claro. Esteriliza a 105 ℃ durante 10 min, enfría y dispensa.
Cultivo de activación de levadura: inocula un bucle de una sola colonia en 1 mL de medio de mosto, cultiva a 25 ℃, 220 r/min durante 12 h; transfiere el cultivo anterior a 9 mL de medio de mosto, cultiva a 20 ℃, 220 r/min durante 12 h; luego transfiere el cultivo anterior de 10 mL a 90 mL de medio de mosto, cultiva a 15 ℃, 220 r/min durante 12 h. Deja reposar, toma la suspensión de células de levadura; inocula en medio de mosto a 1×10⁶ UFC/mL, luego tapa con un tapón de goma y sella asépticamente [13].
Fermentación simulada en laboratorio: cultivo estático a 12 ℃ durante 8 d. Cuando el grado de azúcar de fermentación es de unos 4 °Bx, termina la fermentación primaria. Colócalo estáticamente a 4 ℃ durante 7 d; cuando no haya un sabor a diacetilo evidente en el vino, la fermentación habrá finalizado [14].
1.3.2 Método de ensayo del índice de calidad de la malta
Toma una cantidad adecuada de malta y determina los índices de calidad, como la tasa de extracción, el nitrógeno α-aminoácido, el poder sacarificante y el índice de Kolbach (también llamado valor KI), según el método analítico de la norma de la industria ligera QB/T 1686-2008 «Malta cervecera».
1.3.3 Método de prueba del índice fisicoquímico de la cerveza
Tras la fermentación, toma muestras para analizarlas y determina los índices fisicoquímicos de la cerveza, como el contenido de alcohol y la concentración original del mosto, según la norma nacional GB/T 4928-2008 «Métodos de análisis de la cerveza».
1.3.4 Método de detección GC-MS de las sustancias aromatizantes de la cerveza
(1) Condiciones cromatográficas: TG-WAXMS Columna capilar A (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm), programa de temperatura: mantener a 40 ℃ durante 1 min, aumentar la temperatura a 3 ℃/min hasta 180 ℃, después aumentar a 20 ℃/min hasta 230 ℃, mantener durante 15 min. Temperatura de la cámara de vaporización 250 ℃, el gas portador es helio de alta pureza (pureza >99,99%), flujo del gas portador 1,0 mL/min, sin inyección dividida, tiempo de retardo del disolvente 1 min.Condiciones de espectrometría de masas: Modo de ionización EI, temperatura de la fuente de iones 230 ℃, temperatura del cuadrupolo 150 ℃, energía de electrones 70 eV, corriente de emisión 34,6 μA, temperatura de la interfaz 280 ℃, rango de barrido de masas 29～500 amu.
(2) Preparación de la muestra: tomar 7,5 mL de muestra de cerveza en un vial de espacio de cabeza de 20 mL, añadir 0,5 mL de solución de patrón interno de 3-octanol (0,3 mg/L), cerrar herméticamente, engarzar con tapón de aluminio. Guárdalo en un baño de agua de 60 ℃, extrae el espacio de cabeza durante 40 min; retrae la fibra, introdúcela en el inyector GC para desorberla durante 5 min [15].
(3) Análisis cualitativo y cuantitativo
Mediante el análisis GC-MS para detectar el cromatograma de iones totales de las sustancias de sabor en la muestra de cerveza, utiliza la búsqueda de la biblioteca espectral de masas estándar de 2014 del Centro Nacional de Información Biotecnológica (National Center of Biotech-nology Information, NIST), combinada con el índice de retención (índice de retención, RI) para calificar los componentes volátiles de sabor en el líquido de fermentación, y utiliza el método de normalización del área de pico para el análisis cuantitativo [16].
2 Resultados y análisis
2.1 Principales índices de calidad de los distintos tipos de malta
2.1.1 Índice de Kolbach de los distintos tipos de malta
El índice de Kolbach de la malta cervecera refleja principalmente el grado de disolución de la proteína de la malta durante el proceso de malteado, y conviene mantenerlo en un 40%～45% [17-18]. Entre los tres tipos diferentes de malta, los índices de Kolbach de las maltas Can y Ger eran moderados, 45% y 40% respectivamente; mientras que el índice de Kolbach de la malta Eng era relativamente alto (50%), y había una diferencia significativa entre las tres (P<0,05).
(nota de la figura) Letras distintas indican diferencias significativas entre las distintas maltas (P<0,05). Igual que abajo.
Fig. 1 Índices de Kolbach de diferentes tipos de maltas
2.1.2 Poder sacarificante de los distintos tipos de malta
El poder sacarificante también se denomina actividad enzimática sacarificante del almidón; cuanto mayor sea la actividad enzimática sacarificante del almidón, mayor será el valor del poder sacarificante y mejor será la calidad de la malta [19]. El poder sacarificante de la malta se expresa en unidades Windisch-Kolbach (WK): en condiciones de 20 ℃ y pH 4,3, 100 g de malta anhidra descomponen el almidón soluble durante 30 min para producir 1 g de maltosa, lo que equivale a 1 WK. Según el método de análisis de la norma QB/T 1686-2008 «Malta cervecera», los poderes sacarificantes de las tres muestras de malta eran de 357 WK, 414 WK y 392 WK respectivamente, todos ellos significativamente superiores a la norma premium (>260 WK), y no había diferencias significativas entre las tres (P>0,05).
Fig. 2 Poder sacarificante de distintos tipos de malta
2.1.3 Velocidad de extracción y nitrógeno α-aminoácido de distintos tipos de malta
La tasa de extracto de la malta refleja en cierta medida la pérdida de sustancias durante el proceso de germinación de la cebada. Según el método de análisis de QB/T 1686-2008 «Malta cervecera», los resultados medidos de la tasa de extracto de distintos tipos de malta se muestran en la Fig. 3. De la Fig. 3 se desprende que la tasa de extracción de la malta Ger (en base seca) es ≥79%, perteneciente a la malta pálida de primera calidad; la tasa de extracción de la malta Can (en base seca) es ≥77%, perteneciente a la primera calidad; la tasa de extracción de la malta Eng (en base seca) es ≥75%, perteneciente a la segunda calidad.
Fig. 3 Velocidad de extracción y contenido en nitrógeno α-aminoácido de distintos tipos de malta
El nitrógeno α-aminoácido refleja el grado de degradación de la proteína de malta y la actividad de las enzimas proteolíticas, y determina la cantidad de nitrógeno amino libre en el mosto durante el proceso de malteado. Generalmente, la producción industrial requiere que el contenido de nitrógeno α-aminoácido en el mosto durante la fermentación sea ≥160 mg/L, y conviene controlarlo en unos 180～220 mg/L. De la Fig. 3 se desprende que, entre las distintas muestras de malta, salvo que el contenido de nitrógeno α-aminoácido de la malta Ger es relativamente moderado (186 mg/L), los contenidos de nitrógeno α-aminoácido de las maltas Eng y Can son relativamente bajos, 125 mg/L y 118 mg/L respectivamente.
2.2 Efecto de los tipos de malta en los índices fisicoquímicos del líquido de fermentación de la cerveza
2.2.1 Efecto de los tipos de malta sobre el grado alcohólico y la concentración de mosto original del líquido de fermentación de la cerveza
Compara el contenido de alcohol y la concentración de mosto original de la cerveza elaborada con tres tipos diferentes de malta, y los resultados se muestran en la Fig. 4.
Fig. 4 Efecto de los distintos tipos de malta sobre el grado alcohólico y la concentración de mosto original de la cerveza Lager
Durante la elaboración de la cerveza, la levadura absorbe y metaboliza diversos azúcares fermentables del mosto, y finalmente produce etanol y CO₂ [20]. De la Fig. 4 se desprende que, entre los tres productos de fermentación de la malta, la cerveza elaborada con malta Can tiene el mayor contenido de alcohol, 2,97%vol; la cerveza elaborada con malta Eng es la segunda, con un contenido de alcohol de 2,91%vol; el contenido de alcohol de la cerveza elaborada con malta Ger es significativamente inferior al de las cervezas Eng y Can (2,19%vol) (P<0,05).
La concentración de mosto original se refiere al contenido porcentual de extracto en el mosto. Cuanto mayor sea el contenido de alcohol de la cerveza, mayor será la concentración original de mosto [21]. De la Fig. 4 se desprende que la concentración original de mosto de la cerveza Ger es baja (7,56 °P), con una calidad estable y buena capacidad de almacenamiento; las concentraciones originales de mosto de las cervezas Eng y Can son moderadas (8,55 °P y 8,63 °P respectivamente), con cuerpo y mejor calidad.
2.2.2 Efecto de los tipos de malta en la concentración real y el grado de fermentación del líquido de fermentación de la cerveza
La concentración de la cerveza se refiere al porcentaje másico de extracto (azúcares, aminoácidos y otras sustancias orgánicas e inorgánicas solubles) en la cerveza o el líquido de fermentación, incluyendo la concentración real y la concentración aparente [22]. La concentración aparente se refiere a la concentración obtenida midiendo directamente la concentración en el líquido de fermentación; la concentración real se refiere a la concentración obtenida destilando el alcohol del líquido de fermentación y midiendo después la concentración.
El grado de fermentación se refiere al porcentaje de extracto de mosto consumido por la levadura, y como índice importante para juzgar si la fermentación es normal, puede dividirse en grado de fermentación aparente y grado de fermentación real. Concretamente, el grado de fermentación aparente se calcula por la concentración aparente, mientras que el grado de fermentación real se calcula por la concentración real (también llamado grado de fermentación real) [23]. Generalmente, el grado de fermentación aparente es mayor que el grado de fermentación real. Compara las concentraciones y los grados de fermentación de la cerveza elaborada con tres tipos diferentes de malta, y los resultados se muestran en la Fig. 5.
Fig. 5 Efecto de los distintos tipos de malta sobre la concentración (A) y el grado de fermentación (B) de la cerveza Lager
De la Fig. 5A se desprende que, entre las cervezas elaboradas con tres tipos de malta, la concentración real de la cerveza Ger (3,22%) es la más alta, que difiere significativamente de la Eng y la Can (P<0,05), y no hay diferencia significativa entre la Eng y la Can (P>0,05). Entre las cervezas elaboradas con tres tipos de malta, la concentración aparente de la cerveza Ger (1,64%) es la más alta, que no tiene diferencia significativa con la cerveza Eng (P>0,05), mientras que la cerveza Can tiene la concentración aparente más baja, y hay diferencia significativa con las otras dos cervezas (P<0,05). Comparada con las cervezas Eng y Ger, la cerveza Can tiene un bajo contenido en extracto y un sabor refrescante sin dulzor.
De la Fig. 5B se desprende que, entre las cervezas elaboradas con tres tipos de malta, los grados de fermentación real de las cervezas Eng y Can son relativamente altos, 67,21% y 67,97% respectivamente, y no hay diferencias significativas entre ellos (P>0,05); el grado de fermentación real de la cerveza Ger es el más bajo (57,44%), lo que concuerda con su alta concentración real (P<0,05). Entre las cervezas elaboradas con tres tipos de malta, el grado de fermentación aparente de la cerveza Can es el más alto (86,41%), seguida de la cerveza Eng (81,21%), y la cerveza Ger es el más bajo (78,30%), y hay una diferencia significativa entre ellas (P<0,05). Los resultados muestran que, en comparación con las maltas Eng y Ger, la levadura tiene una mayor tasa de utilización del extracto en el mosto preparado con malta Can, lo que favorece el crecimiento de la levadura y la producción de etanol, y concuerda con los resultados del análisis del contenido de alcohol.
2.3 Efecto de los tipos de malta en las sustancias aromatizantes de la cerveza
Los componentes del aroma son factores clave para juzgar la calidad de la cerveza. En este experimento, se realizó un análisis GC-MS de las muestras de cerveza fermentada con tres tipos diferentes de malta, y los resultados de las sustancias aromáticas se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1 Contenido en componentes aromáticos de la cerveza fermentada con distintos tipos de malta
| Muestra | Eng cerveza contenido relativo/% | Desviación estándar de la cerveza Eng | Contenido relativo/% de cerveza en lata | Desviación típica de la cerveza de lata | Contenido relativo de cerveza Ger/%. | Desviación típica de la cerveza Ger |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Alcohol fenílico | 35.16 | 8.98 | 46.37 | 5.92 | 41.07 | 15.64 |
| Alcohol isoamílico | 21.90 | 6.08 | 39.01 | 0.92 | 27.01 | 9.18 |
| Etanol | 0.20 | 0.25 | 8.41 | 4.22 | 3.62 | 0.79 |
| Isobutanol | 1.44 | 0.49 | 2.11 | 0.15 | 2.03 | 0.81 |
| Octanol | 0.70 | 0.13 | 1.24 | 0.04 | 0.52 | 0.12 |
| 1-Decanol | 0.57 | 0.22 | 1.09 | 0.29 | 0.17 | 0.07 |
| Linalool | 0.51 | 0.09 | 0.88 | 0.04 | 0.52 | 0.21 |
| trans-Nerolidol | 0.49 | 0.14 | 0.93 | 0.07 | 0.79 | 0.33 |
| Geraniol | 0.24 | 0.04 | – | – | – | – |
| n-Propanol | 0.28 | 0.08 | 0.47 | 0.02 | 0.41 | 0.16 |
| (R)-3,7-Dimethyl-6-octen-1-ol | 0.17 | 0.05 | 0.31 | 0.01 | 0.40 | 0.16 |
| Alcohol n-amílico | 0.17 | 0.16 | 0.39 | 0.06 | 0.25 | 0.06 |
| 1-Hexadecanol | 0.10 | 0.01 | 0.27 | 0.04 | 0.27 | 0.10 |
| 3-(Metiltio)-1-propanol | 0.16 | 0.07 | 0.31 | 0.05 | 0.13 | 0.06 |
| 9-Hexadecen-1-ol | 0.10 | 0.06 | 0.33 | 0.03 | 0.05 | 0.02 |
| 1-Butanol | 0.16 | 0.02 | 0.27 | 0.02 | 0.11 | 0.04 |
| Alcohol furfurílico | 0.08 | 0.01 | 0.16 | 0.04 | 0.22 | 0.13 |
| 2,3-Butanodiol | – | – | 0.14 | 0.03 | – | – |
| Linalool | 0.07 | 0.02 | 0.08 | 0.01 | 0.13 | 0.04 |
| 1-Dodecanol | 0.04 | 0.01 | 0.08 | 0.02 | 0.07 | 0.03 |
| n-Butanol | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| 2-Hexadecanol | 0.02 | 0.01 | – | – | 0.02 | 0.01 |
| Nerol | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.03 | 0.01 |
| Alcohol bencílico | – | – | 0.02 | 0.00 | 0.01 | 0.01 |
| Alcoholes totales | 62.59 | 16.93 | 102.91 | 11.98 | 77.88 | 27.99 |
| Octanoato de etilo | 20.64 | 1.49 | 34.52 | 8.22 | 13.01 | 6.98 |
| Hexanoato de etilo | 7.03 | 1.91 | 13.78 | 2.01 | 4.29 | 0.99 |
| Acetato de etilo | 3.65 | 0.93 | 7.16 | 0.46 | 4.34 | 1.35 |
| Acetato de isoamilo | 2.59 | 0.55 | 7.96 | 1.32 | 2.13 | 0.61 |
| Benzoato de etilo | 2.69 | 0.28 | 6.09 | 1.70 | 3.35 | 1.50 |
| Fenilacetato de etilo | 1.80 | 0.08 | 4.41 | 1.25 | 5.71 | 3.63 |
| Caprato de etilo (decanoato de etilo) | 1.14 | 0.26 | 3.62 | 1.20 | 1.53 | 0.66 |
| 9-hexadecenoato de etilo | 1.57 | 0.76 | 2.15 | 0.85 | 1.12 | 0.86 |
| Butirato de etilo | 0.42 | 0.11 | 0.77 | 0.06 | 0.29 | 0.06 |
| Lactato de etilo | – | – | 0.66 | 0.08 | 0.42 | 0.22 |
| Butirato de etilo (éster oleoso) | 0.16 | 0.06 | 0.58 | 0.02 | 0.44 | 0.23 |
| Octadecanoato de etilo | 0.10 | 0.03 | 0.26 | 0.00 | 0.18 | 0.06 |
| Diisobutirato de 2,2,4-trimetil-1,3-pentanodiol | 0.14 | 0.06 | 0.28 | 0.03 | 0.08 | 0.01 |
| Tetradecanoato de etilo | 0.06 | 0.01 | 0.20 | 0.02 | 0.09 | 0.05 |
| Ester del ácido ciclohexil sulfámico | 0.06 | 0.04 | 0.26 | 0.08 | 0.10 | 0.02 |
| Nonanoato de etilo | 0.04 | 0.01 | 0.17 | 0.05 | 0.09 | 0.04 |
| 2-hexenoato de etilo | 0.06 | 0.01 | 0.12 | 0.01 | 0.10 | 0.05 |
| Acetato de isobutilo | 0.06 | 0.02 | 0.13 | 0.02 | 0.07 | 0.02 |
| 3-fenilpropionato de etilo | 0.04 | 0.00 | 0.10 | 0.01 | 0.05 | 0.02 |
| Ftalato de dimetilo | 0.06 | 0.02 | 0.10 | 0.01 | 0.04 | 0.01 |
| Ftalato de dietilo | 0.05 | 0.01 | 0.07 | 0.02 | 0.08 | 0.03 |
| Ftalato de diisobutilo | 0.05 | 0.01 | 0.07 | 0.00 | 0.04 | 0.01 |
| 9-hexadecenoato de etilo | 0.02 | 0.01 | 0.10 | 0.03 | 0.06 | 0.02 |
| Acetato de propilo | 0.04 | 0.01 | 0.07 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| Butirato de etilo | 0.02 | 0.00 | 0.08 | 0.01 | 0.05 | 0.02 |
| Isovalerato de etilo | – | – | 0.06 | 0.01 | – | – |
| Acetato de etilo | – | – | 0.06 | 0.01 | – | – |
| Fenilacetato de etilo | – | – | 0.06 | 0.00 | – | – |
| Benzoato de metilo | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| Caprato de isobutilo | – | – | 0.03 | 0.01 | 0.07 | 0.03 |
| 2-metilpropanoato de 3-metilbutilo | 0.02 | 0.00 | 0.09 | 0.01 | – | – |
| 2-metilbutirato de etilo | 0.02 | 0.01 | 0.05 | 0.00 | 0.03 | 0.01 |
| Linoleato de etilo (cadena ramificada cadena recta) | 0.01 | 0.00 | 0.05 | 0.01 | – | – |
| Fenilacetato de etilo | 0.01 | 0.00 | – | – | 0.02 | 0.01 |
| Acetato de metilo | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | – | – |
| Acetato de amilo | – | – | 0.02 | 0.00 | 0.01 | 0.00 |
| Ésteres totales | 42.57 | 6.68 | 84.11 | 17.5 | 37.89 | 17.52 |
| Benzaldehído | 0.19 | 0.05 | 0.43 | 0.07 | 0.29 | 0.14 |
| Acetaldehído | 0.10 | 0.09 | 0.23 | 0.04 | 0.46 | 0.25 |
| Furfural | 0.05 | 0.01 | 0.22 | 0.03 | 0.20 | 0.08 |
| Valeraldehído | 0.07 | 0.01 | 0.12 | 0.03 | 0.06 | 0.01 |
| Isovaleraldehído | – | – | 0.05 | 0.01 | 0.03 | 0.01 |
| 4-hidroxi-3-metoxibenzaldehído | 0.03 | 0.01 | 0.05 | 0.00 | – | – |
| Hexanal | – | – | 0.03 | 0.00 | 0.02 | 0.00 |
| Aldehídos totales | 0.44 | 0.17 | 1.13 | 0.18 | 1.06 | 0.49 |
| 2-Octanona | 0.02 | 0.00 | – | – | 0.22 | 0.28 |
| 4,6-Dimetil-2-heptanona | 0.05 | 0.01 | 0.06 | 0.01 | 0.07 | 0.02 |
| 4-metil-2-heptanona | 0.04 | 0.01 | 0.04 | 0.01 | – | – |
| Acetona | 0.02 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.03 | 0.00 |
| Metil octenona | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.02 | 0.00 |
| 2-Nonanona | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.00 |
| 2-Hexanona | 0.01 | 0.00 | 0.01 | 0.00 | 0.01 | 0.00 |
| Cetonas totales | 0.16 | 0.02 | 0.19 | 0.03 | 0.36 | 0.30 |
| Ácido caproico | 32.16 | 5.44 | 66.03 | 9.41 | 46.23 | 15.99 |
| Ácido octanoico | 5.75 | 1.32 | 10.51 | 2.61 | 23.20 | 9.54 |
| Ácido hexanoico | 2.55 | 0.48 | 5.04 | 0.73 | 3.20 | 0.93 |
| Ácido 9-decenoico | 3.32 | 1.40 | 0.78 | 0.84 | 4.33 | 1.78 |
| Ácido acético | 0.50 | 0.13 | 0.96 | 0.12 | 0.69 | 0.27 |
| Ácido 2-metilbutírico | – | – | 0.16 | 0.07 | 0.25 | 0.09 |
| Ácido butírico | 0.11 | 0.06 | – | – | 0.06 | 0.03 |
| Ácido isobutírico | 0.02 | 0.00 | – | – | 0.12 | 0.04 |
| Ácido valérico | – | – | – | – | 0.04 | 0.01 |
| Ácidos totales | 44.41 | 8.83 | 83.48 | 13.78 | 78.12 | 28.68 |
Nota: «-» indica que no se ha detectado.
Como puede verse en la Tabla 1, los tipos de sustancias aromáticas volátiles de las tres muestras de cerveza son, en general, similares. Se detectó un total de 82 sustancias aromáticas, incluidos 35 alcoholes, 24 ésteres, 9 ácidos, 7 aldehídos y 7 cetonas. Entre ellas, se detectaron 71, 75 y 73 sustancias aromáticas en la cerveza Eng, la cerveza de lata y la cerveza Ger, respectivamente, y el contenido relativo total de componentes aromáticos volátiles fue de 150,17%, 271,82% y 195,31%, respectivamente.
Se detectó un total de 24 sustancias alcohólicas en las tres cervezas. La cerveza Eng, la cerveza Can y la cerveza Ger detectaron 22 sustancias alcohólicas cada una, de las cuales 20 alcoholes eran comunes; el contenido relativo total de alcoholes era del 62,59%, 102,91% y 77,88%, respectivamente, lo que representaba el 41,68%, 37,86% y 39,88% del total de sustancias aromatizantes de las muestras de cerveza correspondientes. Entre ellas, las principales sustancias alcohólicas son el alcohol fenílico, el alcohol isoamílico, el etanol, el isobutanol, etc. Los alcoholes proceden principalmente del metabolismo de la levadura durante la fermentación, y en segundo lugar también proceden de la descomposición de azúcares y sustancias éster en el mosto, etc. [24]. Los resultados de la fermentación de distintos tipos de malta mostraron que el alcohol fenetílico y el alcohol isoamílico tenían los contenidos más altos en las tres muestras de cerveza, y los contenidos de ambos representaban el 82,97%-91,16% del contenido total de alcohol.
Como componente importante de los alcoholes superiores de la cerveza, el alcohol fenetílico y el alcohol isoamílico dotan a las bebidas alcohólicas de un aroma y un sabor plenos, y aumentan la armonía del vino, constituyendo el aroma principal del cuerpo de la cerveza. El alcohol fenílico se sintetiza principalmente a partir de la fenilalanina por la vía de Ehrlich, bajo la acción de la aminotransferasa, la descarboxilasa y la deshidrogenasa [25], y procede de la cáscara de la malta, más que del endospermo y la cebada entera [26]. Entre las tres muestras de cerveza, el contenido relativo de alcohol fenetílico era el más alto en la muestra Can (46,37%), seguida de la muestra Ger (41,07%), y el más bajo en la muestra Eng (35,16%). El butanol, un alcohol superior, confiere un fuerte sabor acre al cuerpo de la cerveza [27]. En comparación con otras muestras de cerveza, el contenido relativo de isobutanol en la muestra Eng era el más bajo, lo que influye relativamente poco en el sabor de la cerveza. Los alcoholes superiores son sustancias precursoras de ciertos compuestos de éster, que aumentan los tipos de ésteres formados durante la fermentación de la cerveza, lo que desempeña un papel importante en el sabor de la cerveza y puede mejorar su calidad sensorial [28]. La cerveza de lata tiene un contenido relativo rico en sustancias éster totales, y la malta canadiense es más adecuada para elaborar cerveza con mayor contenido alcohólico.
2.3.2 Análisis comparativo de las sustancias éster
Los compuestos volátiles de éster adecuados no sólo enriquecen la coordinación del sabor y el aroma de la cerveza, sino que también tienen cierto efecto de enmascaramiento de las sustancias de envejecimiento de la cerveza [29]. Se detectó un total de 35 sustancias éster en las tres muestras de cerveza, principalmente octanoato de etilo, hexanoato de etilo, acetato de etilo, etc. En la cerveza Eng, la cerveza de lata y la cerveza Ger se detectaron 30, 34 y 30 sustancias éster, respectivamente, de las cuales 26 ésteres eran comunes; los contenidos relativos de ésteres totales eran del 42,57%, 84,11% y 37,89%, respectivamente, y representaban el 28,35%, 30,94% y 19,40% del total de sustancias aromatizantes de las muestras de cerveza correspondientes.
Los ésteres volátiles son sustancias de sabor importantes en la cerveza y también el principal portador del aroma de la cerveza [30]. Unas cantidades adecuadas de ésteres confieren a la cerveza aromas florales y afrutados, haciendo que el sabor sea armonioso [31]. Entre ellos, el octanoato de etilo, el hexanoato de etilo, el acetato de etilo y el acetato de isoamilo son sustancias éster típicas de la cerveza [32]. En la cerveza Eng, la cerveza de lata y la cerveza Ger, la concentración relativa de octanoato de etilo era la más alta, con un 48,48%, un 41,04% y un 34,34% del total de ésteres respectivamente, lo que daba al cuerpo de la cerveza un aroma dulce y meloso. Al mismo tiempo, el hexanoato de etilo, con aroma a piña y manzana, el acetato de etilo, con aroma dulce, y el acetato de isoamilo, con aroma a plátano, tienen contenidos relativamente altos, dotando a la cerveza de un rico aroma afrutado [33].
Entre ellas, la cerveza de lata tiene el mayor contenido relativo total de ésteres y los tipos de ésteres más ricos; al mismo tiempo, contiene acetato de etilo con una concentración relativamente alta, que tiene aromas afrutados de manzana y melocotón y una fragancia agradable, y puede aliviar adecuadamente la irritabilidad provocada por el alcohol fenetílico de la cerveza.
Los ésteres y los alcoholes son los componentes más importantes de las sustancias aromáticas de la cerveza. Si el contenido relativo de ésteres es alto o la proporción entre ésteres y alcoholes es adecuada, la cerveza tendrá un aroma más rico; mientras que un alto contenido de alcoholes puede aliviar eficazmente los dolores de cabeza, y la proporción entre ésteres y alcoholes es una base importante para evaluar los puntos de sabor de la cerveza [34]. En general, una proporción éster-alcohol de 3～4 es más ideal, pero en la actualidad la mayoría de las cervezas tienden a tener un sesgo más bajo [35].
Los resultados de la relación éster-alcohol en las tres muestras de cerveza se muestran en la Tabla 2. Como puede verse en la Tabla 2, la relación éster-alcohol de la cerveza Ger es la más alta, entre 2～3, mientras que las relaciones éster-alcohol de las otras dos muestras de cerveza están ambas entre 1～2. Por tanto, se observa que los distintos tipos de malta siguen presentando grandes diferencias en la relación éster-alcohol de la cerveza elaborada.
Tabla 2 Efecto de los distintos tipos de malta sobre la relación entre alcoholes y ésteres
| Muestra | Alcoholes totales | Ésteres totales | Relación alcoholes/ésteres |
|---|---|---|---|
| Cerveza Eng | 62.59 | 42.57 | 1.47 |
| Cerveza en lata | 102.91 | 84.11 | 1.22 |
| Cerveza Ger | 77.88 | 37.89 | 2.06 |
2.3.3 Análisis comparativo de las sustancias aldehídicas
Los aldehídos son la principal clase de compuestos de envejecimiento de la cerveza. Los compuestos aldehídicos de la cerveza fresca se forman principalmente durante la ebullición del mosto o la filtración; con la prolongación del periodo de almacenamiento, el contenido de compuestos aldehídicos de envejecimiento aumenta gradualmente, provocando finalmente la inestabilidad y el deterioro del sabor de la cerveza [36]. En las tres muestras de cerveza, se detectaron un total de 7 sustancias aldehídicas, entre ellas benzaldehído (aromas de almendra amarga, cereza y 坚果), acetaldehído (aroma de hierba verde), etc. La cerveza Eng, la cerveza de lata y la cerveza Ger detectaron 5, 7 y 6 sustancias aldehídicas respectivamente, de las cuales 4 aldehídos eran comunes; los contenidos relativos de aldehídos totales eran del 0,44%, 1,13% y 1,06% respectivamente, y representaban el 0,29%, 0,42% y 0,54% de los componentes aromáticos totales.
El benzaldehído es el aldehído de baja volatilidad con mayor contenido en la cerveza, con un aroma a nuez de almendra amarga [37]. El contenido relativo de benzaldehído en la muestra de lata (0,43%) era significativamente superior al de otras muestras de cerveza. El benzaldehído formado en la fermentación dará a la muestra de cerveza un sabor a hierba verde, y acortará su vida útil. Como característica destacada del componente aromático de la cerveza, el contenido de etanol de la muestra de Ger es significativamente más alto que el de otras muestras de cerveza, formando un prominente sabor a mosto crudo.
Entre las tres muestras de cerveza, el contenido relativo de sustancias aromáticas aldehídicas en la cerveza Eng es relativamente bajo; el contenido relativo de sustancias aromáticas aldehídicas en la cerveza Can es el más alto, y los aldehídos totales son los más altos, manteniendo la tipicidad de la cerveza; la muestra Ger tiene un contenido relativamente bajo de sustancias aromáticas aldehídicas en comparación con la muestra Can, pero el porcentaje de esta muestra en los componentes aromáticos totales es el más alto.
2.3.4 Análisis comparativo de las sustancias cetónicas
Entre las tres muestras de cerveza, se detectó un total de 7 sustancias cetónicas. La cerveza Eng, la cerveza Can y la cerveza Ger detectaron 6, 7 y 6 sustancias cetónicas respectivamente, de las cuales 5 cetonas eran comunes; el contenido relativo total de cetonas era del 0,16%, 0,19% y 0,36% respectivamente, lo que representaba el 0,11%, 0,07% y 0,18% del total de componentes del aroma.
Entre las tres muestras de cerveza, la muestra Eng tiene los tipos más ricos de sustancias aromáticas cetónicas, la muestra Ger tiene el contenido relativo más alto de sustancias aromáticas cetónicas. Aunque no hay diferencias significativas en el contenido de cetonas, el contenido relativo en la muestra Ger es el más alto (0,22%), lo que confiere a la muestra de cerveza un fuerte «aroma fermentado, aroma de arroz cocido», y va acompañado de aromas de leche, queso y setas, mientras que no se detectaron cetonas en la cerveza Can.
2.3.5 Análisis comparativo de sustancias ácidas
Entre las tres muestras de cerveza, se detectaron 9 sustancias ácidas, como ácido caproico, ácido octanoico y ácido hexanoico. En la cerveza Eng, la cerveza de lata y la cerveza Ger se detectaron 7, 6 y 9 sustancias ácidas respectivamente, de las cuales 5 ácidos eran comunes; el contenido relativo total de ácidos era del 44,41%, 83,48% y 13,78%, y representaban el 29,56%, 30,70% y 39,99% de los componentes aromáticos totales.
En la cerveza Eng, la cerveza de lata y la cerveza Ger, el contenido relativo de ácido caproico era el más alto, con un 72,42%, un 79,10% y un 59,18% del total de ácidos respectivamente; el ácido octanoico era el segundo, con un 12,95%, un 12,59% y un 29,70% del total de ácidos respectivamente. Ambos son sustancias representativas del «mal sabor ácido» de la cerveza. Forman fácilmente el olor rancio del cuerpo de la cerveza, provocando una disminución de la calidad de la cerveza, entre las cuales el contenido relativo de ácido caproico en la muestra de Lata (66,03%) y el contenido relativo de ácido octanoico en la muestra de Ger (23,20%) son significativamente superiores a los de otras muestras de cerveza. Al mismo tiempo, se detectó ácido hexanoico en las tres muestras de cerveza, y la muestra Can tiene el contenido relativo más alto (5,04%), que es fácil que forme un sabor amargo astringente del cuerpo de la cerveza, aumentando la acidez del cuerpo de la cerveza. El contenido total de ácidos de las muestras Can y Ger es más del doble que el de la muestra Eng, lo que demuestra que las diferencias en las materias primas durante el proceso de elaboración causarán directamente diferencias significativas en el contenido de ácidos grasos libres de la cerveza acabada.
Según los resultados del análisis exhaustivo de los componentes del aroma, el alcohol fenílico (aroma de rosa), el alcohol isoamílico (aroma dulce), el octanoato de etilo (aroma suave) y el hexanoato de etilo (aroma de piña, aroma de manzana) son los principales componentes del aroma del cuerpo de la cerveza. Comparada con otras muestras de cerveza, la muestra de lata tiene los tipos más ricos de sustancias aromáticas (75 tipos), el contenido relativo más alto (271,82%), los tipos de aroma más ricos y un cuerpo de cerveza suave y redondo. En concreto, los contenidos totales de alcohol y éster son elevados, el aroma del cuerpo de la cerveza es complejo, suave y armonioso, lo que demuestra que la malta canadiense es más adecuada para la elaboración de cerveza Lager que otras maltas.
3 Conclusiones
En este estudio, midiendo el extracto de mosto, el nitrógeno α-aminoácido, el poder sacarificante, el índice de Kolbach y otros índices de calidad de tres tipos diferentes de malta, así como el contenido de alcohol, la concentración original de mosto, el extracto real, el extracto aparente y otros índices fisicoquímicos de las cervezas elaboradas, y utilizando GC-MS para analizar las diferencias en los componentes del sabor de la cerveza, los resultados mostraron que, en comparación con la malta británica y la malta alemana, la malta canadiense tenía un índice Kolbach (45%) y una tasa de extracto (≥77%) moderados, un poder sacarificante más alto (414 WK) y un nitrógeno α-aminoácido relativamente bajo (118 mg/L); Mientras tanto, los índices fisicoquímicos de la cerveza elaborada con malta canadiense eran moderados (contenido de alcohol 2.97%vol, concentración original del mosto 8,63 °P), con menor extracto (extracto real 2,76%, extracto aparente 1,17%) y mayor grado de fermentación (grado de fermentación real 67,97%, grado de fermentación aparente 86,41%). Finalmente se determinó que la malta canadiense es más adecuada que otras maltas para la elaboración/producción de cerveza Lager en el sistema simulado de laboratorio.
Referencias
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- Alex Chen
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