Introducción
La frescura de la cerveza es un atributo de calidad que preocupa mucho a los consumidores y un indicador clave para las grandes cerveceras. Dado que la fabricación china de cerveza adopta ampliamente tecnología de alta gravedad y alta adición, el cuerpo de la cerveza se hace cada vez más ligero y refrescante, lo que debilita el efecto de enmascaramiento de los sabores añejos y hace más prominentes las cuestiones de frescura.
La investigación sistemática sobre el envejecimiento de la cerveza se remonta a la década de 1960. Los mecanismos de envejecimiento actualmente reconocidos incluyen principalmente:
- Oxidación lipídica
- Degradación de aminoácidos
- Oxidación de alcoholes superiores
- Reacción de Maillard
- Esterificación y lactonización
Generalmente, las sustancias de envejecimiento existen por debajo de sus umbrales sensoriales, pero la acción combinada de múltiples compuestos puede dar lugar a la percepción del sabor a envejecimiento.
En este estudio, las sustancias de envejecimiento detectables se definen como indicadores de envejecimiento, cuyos cambios de concentración se correlacionan con la intensidad del sabor de envejecimiento y pueden indicar el grado de envejecimiento de la cerveza. Según los mecanismos de envejecimiento y las funciones indicativas, estos compuestos pueden clasificarse a su vez en:
- Indicadores de carga de oxígeno
- Indicadores de carga térmica
- Indicadores de oxidación lipídica
Se utilizan para evaluar la exposición al oxígeno, el estrés térmico y la frescura de la materia prima durante la elaboración de la cerveza.
Las investigaciones anteriores se centraron principalmente en:
- Métodos de detección de compuestos de envejecimiento
- Cambios durante el almacenamiento de la cerveza terminada
Los estudios sobre los cambios durante el propio proceso de elaboración de la cerveza siguen siendo limitados. Con la profundización de la investigación, el desplazamiento de la investigación a una fase más temprana del proceso de elaboración de la cerveza se ha convertido en una de las principales direcciones de la investigación sobre el control de la frescura en todo el mundo. Sin embargo, la mayoría de los estudios publicados se basan en la cerveza rubia, mientras que siguen faltando investigaciones sobre la cerveza de sabor ligero elaborada con levadura doméstica.
Por ello, este trabajo seleccionó 18 compuestos de envejecimiento representativos con diferentes funciones indicativas como objetivos de investigación. A partir de métodos de detección establecidos, se exploraron sus tendencias de variación durante el proceso de elaboración.
Materiales y métodos
1. Materiales e instrumentos
Se analizaron compuestos relacionados con el envejecimiento:
- Aldehídos: 2-metilpropanal, 2-metilbutanal, 3-metilbutanal, pentanal, hexanal, furfural, metional, fenilacetaldehído, trans-2-nonenal
- Otros indicadores de envejecimiento: éter furfurílico etílico, acetilfurano, metilfurfural, benzaldehído, nicotinato de etilo, acetato de fenetilo, acetato de fenetilo (OCR duplicado), γ-nonalactona, β-damascenona
Reactivos y material incluidos:
- Etanol (grado cromatográfico, Merck, Alemania)
- Sistema de agua ultrapura (Millipore, Alemania)
- Muestreador automático de microextracción en fase sólida (CTC, Suiza)
- Fibras SPME (Supelco, EE.UU.)
- Sistema GC-MS (PerkinElmer, EE.UU.)
- Columna capilar DB-5MS (Agilent, EE.UU.)
2. Métodos de determinación
2.1 Detección de aldehídos envejecidos
Puntos de muestreo durante la elaboración de la cerveza:
- Mosto frío
- Depósito lleno tras el lanzamiento de la levadura
- Fermentación principal
- Post-fermentación
- Almacenamiento en frío
- Cerveza terminada
Para la detección se empleó SPME-GC-MS de derivatización en fibra.
Condiciones clave:
- Gas portador helio
- Inyección sin división
- Aumento programado de la temperatura
- Ionización de electrones (70 eV)
- Análisis cualitativo de barrido completo + análisis cuantitativo de iones seleccionados
- Calibración de patrón externo mediante matriz de cerveza
2.2 Detección Integrada de Indicadores de Envejecimiento No Aldehídicos
Compuestos incluidos:
- Furfuril etil éter
- Acetilfurano
- Metilfurfural
- Benzaldehído
- Nicotinato de etilo
- Acetato de fenetilo
- γ-Nonalactona
- β-Damascenona
Éstas representan diferentes vías de reacción de envejecimiento. La detección también utilizó Extracción de espacio de cabeza SPME-GC-MS, con condiciones cromatográficas y espectrométricas de masas similares. En la cuantificación se aplicó una calibración estándar externa con iones específicos del compuesto.
2 Resultados y análisis
2.1 Tendencia de variación de los aldehídos de envejecimiento durante la elaboración de la cerveza
Siguiendo el proceso de elaboración de la cerveza industrial, el contenido de aldehídos de envejecimiento en:
- mosto frío
- depósito lleno tras el lanzamiento de la levadura
- fermentación principal
- post-fermentación
- almacenamiento frigorífico
- cerveza acabada
se analizaron.
Las condiciones de elaboración eran
- Gravedad del mosto: 13 °P
- Velocidad de siembra de la levadura 1,0 × 10⁷ células/mL
- Fermentación principal: 10 días
- Postfermentación: 12 días
- Almacenamiento en frío: 13 días
- Cerveza acabada obtenida tras la dilución de cerveza almacenada en frío a 8 °P
La comparación de aldehídos entre el mosto frío y las muestras de tanque lleno se muestra en Figura 1, mientras que la variación durante la fermentación se muestra en Figura 2. El gráfico de la página 3 ilustra que los aldehídos descienden bruscamente inmediatamente después del lanzamiento de la levadura y se mantienen en niveles muy bajos durante toda la fermentación.
en el mosto frío y la muestra de tanque lleno
Los aldehídos son productos de degradación de los aminoácidos y suelen considerarse como indicadores de carga de oxígeno durante el almacenamiento. Pueden formarse durante:
- cocción de la malta
- maceración
- ebullición del mosto
- esterilización
- almacenamiento
También pueden generarse en la cerveza acabada mediante la oxidación de alcoholes superiores.
En comparación con el mosto, todos los aldehídos disminuyeron a niveles extremadamente bajos en el etapa de depósito lleno. Por ejemplo:
- 2-metilpropanal
- 2-metilbutanal
- 3-metilbutanal
- metional
- fenilacetaldehído
disminuyeron notablemente tras el lanzamiento de la levadura.
Aldehídos insaturados como:
- trans-2-nonenal
- hexanal
- pentanal
proceden de degradación de ácidos grasos insaturados y se utilizan habitualmente como indicadores de frescura de la materia prima. Estos compuestos pueden aumentar durante el almacenamiento de la cerveza debido a la oxidación enzimática y no enzimática de los lípidos.
El furfural, formado mediante reacciones entre aminoácidos y azúcares reductores a alta temperatura, suele ser un indicador de carga térmica durante la elaboración. Su contenido disminuyó significativamente desde el mosto frío hasta la fase de tanque lleno, y los aldehídos totales también disminuyeron bruscamente.
La brusca disminución de aldehídos tras la siembra de la levadura se debe principalmente a reducción por la levadura de los aldehídos a los alcoholes correspondientes durante la fermentación temprana. A lo largo de las restantes fases de fermentación, los niveles de aldehídos se mantuvieron bajos, con sólo ligeros aumentos causados por el envasado y la esterilización antes de la formación final de la cerveza.
Por tanto, la vitalidad de la levadura y las características de la cepa desempeñan un papel decisivo en los niveles de aldehídos y la frescura general de la cerveza. Además de la capacidad de reducción, la levadura también aporta antioxidantes endógenos como:
- dióxido de azufre
- glutatión
- proteínas tiol
y puede absorber iones metálicos prooxidantes como el hierro y el cobre.
2.2 Tendencia de variación de los indicadores de envejecimiento detectados por el método integrado
La variación de los indicadores de envejecimiento sin aldehído durante el mismo proceso de elaboración se muestra en Figura 3 de la página 3, que presenta curvas de concentración a lo largo de las fases de fermentación. El diagrama indica que algunos indicadores de envejecimiento relacionados con el sabor aumentan notablemente durante la fermentación.
Variación de las nubes en el método de detección centralizado
en el proceso de fermentación
El acetato de fenetilo aumentó bruscamente durante la fermentación debido al aumento de los niveles de:
- ácido acético
- alcohol fenílico
Su aroma afrutado representa un sabor positivo de frescura en la cerveza. Tras alcanzar un pico en el almacenamiento en frío, disminuyó ligeramente en la cerveza acabada.
La γ-Nonalactona, un compuesto lactónico con aroma a coco, también aumentó significativamente durante la fermentación como resultado del metabolismo de los ácidos grasos de la levadura. Aunque no es desagradable en sí, su dulzor puede reducir la percepción de frescura y, por tanto, sirve como indicador de envejecimiento. Los efectos sinérgicos entre la γ-nonalactona y el trans-2-nonenal pueden intensificar el sabor de envejecimiento.
La β-damascenona, un compuesto carbonílico derivado de los carotenoides con aroma afrutado, aumentó ligeramente durante la fermentación y se sabe que aumenta aún más durante el almacenamiento de la cerveza.
El benzaldehído y el metilfurfural disminuyeron inicialmente debido a la reducción de la levadura, pero volvieron a aumentar durante la esterilización a alta temperatura en el envasado.
Otros compuestos, entre ellos:
- furfuril etil éter
- acetilfurano
- ésteres de acetato de fenetilo (trazas)
sólo mostraron pequeñas fluctuaciones sin tendencias claras. El nicotinato de etilo aumentó ligeramente. La levadura no puede metabolizar el furfuril etil éter; por tanto, la adición de levadura puede reducir los sabores de envejecimiento similares al cartón, pero no puede eliminar las notas similares al disolvente de este compuesto.
El acetilfurano, un producto de la reacción de Maillard, suele aumentar durante el almacenamiento y refleja la carga térmica, aunque su cambio de concentración durante la elaboración no es evidente.
Otros cambios de los compuestos relacionados con el envejecimiento durante la fermentación
Durante la fermentación, La β-damascenona mostró un ligero aumento, pasando de una concentración inicial más baja a un nivel más alto en la cerveza acabada. Este compuesto pertenece a los compuestos carbonílicos derivados de los carotenoides y presenta un aroma afrutado; se sabe que su contenido aumenta aún más durante el almacenamiento de la cerveza.
Benzaldehído y metilfurfural también son compuestos aldehídicos. Al igual que otros aldehídos, sus concentraciones disminuyeron en la fase inicial de la fermentación debido a la reducción de la levadura. Sin embargo, durante la etapa de envasado que conduce a la cerveza acabada, la esterilización a alta temperatura provocó un aumento significativo del metilfurfural.
Furfuril etil éter, acetilfurano, y Los ésteres de acetato de fenetilo sólo mostraron ligeras fluctuaciones durante la fermentación, sin una tendencia clara de variación. El nicotinato de e tilo mostró un ligero aumento. El propio furfuril éter etílico tiene olor a disolvente, y los experimentos confirmaron que la levadura no tiene capacidad de transformación hacia este compuesto. Por tanto, aunque la adición de levadura puede mejorar mucho los sabores de envejecimiento similares al cartón (como el trans-2-nonenal), no puede eliminar la nota a disolvente causada por el furfuril éter etílico.
El nicotinato de etilo y el acetato de etilo pertenecen ambos a los ésteres etílicos. Sus concentraciones son relativamente bajas durante la fermentación, pero pueden aumentar significativamente durante el almacenamiento debido a la presencia de abundante etanol. El acetilfurano, un producto de la reacción de Maillard, aumenta gradualmente durante el almacenamiento de la cerveza y está directamente relacionado con la carga térmica; sin embargo, debido a su baja concentración, su tendencia de cambio durante la elaboración no es evidente.
Interpretación global de los efectos de la fermentación en los indicadores de envejecimiento
En resumen, el proceso de fermentación de la cerveza se caracteriza por:
- Amplia reducción por levadura de los aldehídos, y
- Formación simultánea de indicadores de envejecimiento sabor-activos como
- acetato de fenetilo
- β-damascenona
- γ-nonalactona
La capacidad de la levadura para reducir los aldehídos depende de características de la tensión. Bajo tensiones industriales fijas, la vitalidad y el estado fisiológico de la levadura determinan directamente:
- capacidad de reducción de aldehídos
- potencial redox de la cerveza terminada
En el control de frescura de la cerveza, además de reducir:
- carga de oxígeno
- carga térmica
- contenido en iones de metales de transición
gestión de la levadura es otro factor regulador esencial. Cualquier operación que afecte a la vitalidad de la levadura influirá:
- capacidad de reducción de aldehídos
- producción de antioxidantes endógenos
- formación de compuestos aromáticos alcohol-éster
Una gestión inadecuada de la levadura puede incluso conducir a la autolisis de la levadura, liberando:
- iones de hierro y cobre (factores prooxidantes)
- ácidos grasos (precursores del envejecimiento)
que aceleran el envejecimiento de la cerveza.
Conclusión
Este estudio empleó un método de detección GC-MS desarrollado en nuestro laboratorio para rastrear la variación de 18 compuestos relacionados con el envejecimiento durante la elaboración industrial de cerveza y aclaró sus tendencias de cambio a lo largo del proceso.
Los resultados demostraron que:
- La levadura presenta una fuerte capacidad reductora
- Los aldehídos del mosto se reducen mucho en la fase inicial de la fermentación
- Sus niveles permanecen casi inalterados durante la fermentación posterior
- La vitalidad de la cepa de levadura afecta decisivamente a la distribución de aldehídos en la cerveza acabada
- El acetato de fenetilo, un compuesto aromatizante representativo del frescor,
- Se produce en grandes cantidades durante la fermentación
- γ-Nonalactona y β-damascenona,
- Como productos metabólicos de la levadura, aumentan significativamente durante la fermentación
- Otros compuestos detectados, como el furfuril etil éter
- No muestran un patrón de variación claro
En general, el estudio identifica la influencia crítica de la levadura en los indicadores de envejecimiento de la cerveza y aclara la importancia de reforzar la gestión de la levadura, proporcionando así un fuerte apoyo al control de la frescura en la producción industrial de cerveza.
Referencias
Yin, H., Tian, Y., Hao, J., & Dong, J. (2013). Cambios de 18 compuestos indicadores del envejecimiento durante la fermentación de la cerveza. Ciencia y Tecnología de la Cerveza, 34(1), xx-xx.
- Alex Chen
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