Levaduras cerveceras: Cómo transformar un ingrediente en una herramienta vital para la mejora de la calidad,
productividad, rentabilidad y diferenciación productiva
Laboratorio de Microbiologia Aplicada y Biotecnología Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente (INIBIOMA), CONICET-UNComahue, Bariloche, Argentina.
Diego Libkind
Levaduras cerveceras: Cómo transformar un ingrediente en una herramienta vital para la mejora de la calidad,
productividad, rentabilidad y diferenciación productiva
Laboratorio de Microbiologia Aplicada y Biotecnología Instituto de Investigaciones en Biodiversidad y Medioambiente (INIBIOMA), CONICET-UNComahue, Bariloche, Argentina.
Diego Libkind
¿Qué es una LEVADURA? Hongo Unicelular +
Saprófito, oportunistas, ambientes húmedos
(1 célula = 1 individuo) Microscópicos (3-10 µm)
Gemación Reproducción Asexual
Unicelular
¿Qué significa ser UNICELULAR? ¿Sencillo?
Esquema de la estructura interna de una célula de levadura
pH T°
Muy susceptibles a cambios del ambiente… físico y químico
¿Qué hacen?
Descomposición de materia orgánica para… comer y reproducirse
Energía Solar
Hongos y bacterias
DESCOMPONEDORES
Levaduras
OTROS: Compuestos químicos, vacunas, hormonas, prebióticos, etc.
¿Para qué las usamos?
Cerveza
Biocombustibles
Pan
Pizza
Chocolate Cafe
Champagne
Sidra Vinos
Salsa Soja
Bebidas destiladas: Whisky, Vodka,
Tequila, Pisco, etc.
OTROS: Compuestos químicos, vacunas, hormonas, prebióticos, etc.
¿Para qué las usamos?
Cerveza
Biocombustibles
Pan
Pizza
Chocolate Cafe
Champagne
Sidra Vinos
Salsa Soja
Bebidas destiladas: Whisky, Vodka,
Tequila, Pisco, etc.
Levaduras
Levaduras cerveceras
Saccharomyces
(hongos unicelulares)
(excelentes fermentadoras= hongo del azúcar)
(levaduras DOMESTICADAS para hacer cerveza)
DOMESTICACION
Adaptadas a las condiciones de fermentación a través de la
constante re-utilización y selección por los maestros
cerveceros
1800 especies conocidas Solo ~ 20% fermentan
Saccharomyces cerevisiae (ALE) Saccharomyces pastorianus (LAGER)
Ale Lager
Levaduras domesticadas =
Ingredientes: Agua, Malta, Lúpulo, Levaduras
…oxígeno, sales, adjuntos…
Levaduras cerveceras: Cómo transformar un ingrediente en una herramienta vital para la mejora de la calidad,
productividad, rentabilidad y diferenciación productiva
«… es el alma de la cerveza». «El cervecero hace el mosto y la levadura la cerveza»
«…pongo la levadura y la dejo hacer su magia»
Expresiones comunes que minimizan el rol del cervecero!
¿Ingrediente?
Rol transformante - Participación activa pero transitoria
- Ser vivo (unicelular) Proceso biotecnológico Necesidades fisiológicas…
Comer y Reproducirse
A la levadura no le interesa hacer cerveza
- Se multiplica Subproducto -> Reutilización*
¿y entonces? ¿Levadura cervecera? - Un organismo vivo unicelular del reino de los hongos que se reproduce preferentemente de manera asexual que ha sido domesticado a lo largo del tiempo por el hombre para realizar la transformación biotecnológica del mosto cervecero en un bebida alcohólica que llamamos cerveza.
¿Como podemos lograr un mejor manejo de las levaduras cerveceras?
Entendiendo a qué se enfrenta la levadura cuándo la empleamos para hacer cerveza
Permite adoptar criterios adecuados para el control de la levadura
Estrés Oxidativo y Osmótico Estrés nutricional y por etanol
Shock frio Anaerobiosis
Densidad levaduras
Densidad mosto Oxigeno
Temperatura
Etanol
¿A qué se enfrenta la levadura?
Oxigeno
Temperatura
Densidad levaduras
Densidad mosto
Etanol
Tiempo
Cant
idad
Estrés Oxidativo y Osmótico Estrés nutricional, por etanol, pH
Shock frio Anaerobiosis
Densidad levaduras
Densidad mosto Oxigeno
Temperatura
Etanol
Etapas de la fermentación
Tiempo
Cant
idad
LAG (<15 hs)
EXPONENCIAL (4hs-4días)
ESTACIONARIA (3-10 días)
-Remueve acetaldehído y
precursor diacetilo. -Recupera reservas
energéticas
¿qué puedo controlar y cómo?
Levaduras cerveceras: Cómo transformar un ingrediente en una herramienta vital para la mejora de la calidad, productividad, rentabilidad y diferenciación productiva
-Cantidad y calidad de levadura a inocular -Temperatura fermentación Nutrientes mosto
Cepa de levadura
-Micronutrientes (vitaminas, Zn, etc.)
Características organolépticas deseadas
Intensidad factor
Dese
mpe
ño
-Oxígeno
- +
+
-
No son los únicos, si no los que se abordaran en el curso. Existen muchos mas como: limpieza y sanitización, pH, etc.
Tasa de inoculación
Sub-inoculación
INICIO
FINAL
Menor atenuación (azúcares residuales)
Exceso crecimiento levadura para alcanzar densidad crítica
Retraso inicio fermentación (Lag: 24-48 hs)
Menor retención de espuma
Contaminación!!
Mayor estrés levadura
Baja calidad de levadura para re-utilización (Células estresadas!)
Contaminación!!
Freno en fermentación
¿Por qué la cantidad de levadura es importante?
Exceso ésteres, alcoholes superiores, diacetilo, comp. azufrados
INICIO
FINAL Falta de cuerpo
Fermentaciones muy rápidas y violentas
Aromas y sabores por autolisis levadura (goma, sulfuro)
Baja calidad de levadura para re-utilización (Células Viejas!)
Sobre-inoculación
Autolisis por muerte de levaduras
¿Por qué la cantidad de levadura es importante?
Bajos esteres
Tasa de inoculación
INICIO
FINAL Cervezas de alta calidad
Fermentaciones eficientes y rápidas (Lag <12 hs)
Aromas y sabores deseados
Alta calidad levadura para re-utilización (jóvenes y no estresadas)
Inoculación apropiada
Unas pocas duplicaciones (2-4 divisiones)
Menor estrés levadura
¿Por qué la cantidad de levadura es importante?
Tasa de inoculación
TASAS INOCULACION
Cantidades sugeridas de levaduras para inoculación
Células a inocular = 0,75 millones de células* x mL mosto x grados Plato mosto
Células a inocular = 1,5 millones de células* x mL mosto x grados Plato mosto
ALE: 18-19 °C
LAGER: 10-12 °C
12° Plato = 1.048
Valores recomendados a la hora de re-utilizar levadura. En el caso de utilizar startes frescos obtenidos apropiadamente, los valores recomendados pueden reducirse a la mitad.
0,75 x 106
1,5 x 106
Valores de referencia!!!
Efecto Temperatura
¿Cuánta levadura tengo?
Comparación de métodos para evaluar cantidad de levadura
Método Inversión Tiempo Contras Ventajas Placa de cultivo (UFC)
Media (Lab) >24hs Esterilidad, personal entrenado.
Cuento Vivas
Cámara Neubauer
Media ( ) 30 min Requiere entrenamiento
Tinciones vitales
Turbidez (espectrofotometría)
Alta 30 min Calibrar, partículas no levadura
Simple
Automáticos Coulter counter Citómetro de flujo
Muy alta <10 min No diferencia viables, gemas ni flóculos.
Preciso
Rango de inversión necesario: 2.500-6.000$
Se recomienda la realización de cursos práctico para la correcta implementación de la técnica
Control Calidad Levadura
La calidad de la levadura también es importante
No alcanza solo con tener el número de levaduras apropiado 1) Vivas (Viabilidad) 2) Vitales (Vitalidad)
Viabilidad vs. Vitalidad
% Levaduras vivas Condición fisiológica de las Levaduras vivas ó
Tinción vital !No existe método estándar! ej. Test poder de acidificación
Azul de metileno (Azul) Leuco-metileno
(Incoloro)
Célula Viva
Reacción en Célula viva
Tinción Vital – Azul metileno
Azul de metileno (Azul)
Azul de metileno (Azul)
Célula Muerta
Reacción en Célula Muerta
Tinción Vital – Azul metileno
Ventajas adicionales del uso Microscopio
Células saludables Células viejas
Permite evaluar estado de la levadura a partir de su forma y de la proporción células en gemación
Cristal Oxalato de calcio
Microscopio permite determinar causas turbidez en producto terminado…
Precipitado frio
Ventajas adicionales del uso Microscopio
Curso teórico-práctico de microscopia y recuento para productores de cerveza INIBIOMA (CONICET – UNComahue), Marzo 2013, San Carlos de Bariloche
34 productores capacitados 7 productores equipados 4 en implementación
Temperaturas de fermentación
Temperaturas óptimas de fermentación:
¿Cuál es la temperatura óptima? Tipo de levadura Estilo de cerveza Flavor buscado
Levadura Ale: ~32°C Levadura Lager: ~ 27°C
Temperaturas óptimas de fermentación para
elaboración de cerveza
Levadura Ale: 18-20°C Levadura Lager: ~ 10°C
Crecimiento celular moderado Mejor contribución al Flavor de la cerveza Temp.
fermentación
-1 o 2°C
Temp. Inoculación
Temp. maduración
Enfriado
Tiempo
Tem
pera
tura
(1-2°C)
Recomendaciones generales (con inoculación apropiada):
Acondicionamiento
Alternativa: -Agregado de 0,2-0,3 ppm Zinc (ZnCl2 o ZnSO4). - 0,02% de extracto de levadura
Nutrientes del mosto Un mosto «pura malta» debería proveer todos los nutrientes necesarios para la fermentación excepto:
Aditivos nutricionales para levaduras:
Fuente balanceada de nitrógeno, minerales (Zn) y vitaminas.
División celular Co-factor enzimas responsables producción alcohol
1) ZINC
Nutrientes del mosto Un mosto «pura malta» debería proveer todos los nutrientes necesarios para la fermentación excepto:
1) Oxígeno (O2) Las levaduras no son organismos estrictamente anaerobios, necesitan oxigeno para reproducirse.
Valores deseables de Oxígeno Disuelto: 8-10 ppm (solo al inicio!)
Interior
Exterior
El oxígeno es fundamental para la síntesis de ácidos grasos y ergosterol, compuestos indispensables para la constitución de membranas celulares adecuadas (estrés).
Es muy difícil alcanzarlo sin oxígeno Puro
Fundamental para asegurar una buena calidad de levadura para reutilizar
Factores de Control:
Levaduras cerveceras: Cómo transformar un ingrediente en una herramienta vital para la mejora de la calidad, productividad, rentabilidad y diferenciación productiva
-Cantidad y calidad de levadura a inocular -Temperatura fermentación Nutrientes mosto
Cepa de levadura
-Micronutrientes (vitaminas, Zn, etc.)
Características organolépticas deseadas
-Oxígeno
Fuentes de levadura: Laboratorio especializado
Levadura seca Levadura liquida
Levadura re-utilizada
-Propia -Otra cervecería
Producción levadura seca
0
1
2
3
4
5
6
7
0
2
4
6
8
10
12
14
16
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Leva
dura
[%
pes
o se
co];
Etan
ol [
% v/
v]
Azúc
ar [B
rix]
Tiempo de propagacion (Horas)
Propagacion de levadura
Molasses Feed
• Propagación en lote (Batch) – Todos los nutrientes al inicio – Se produce alcohol y poca levadura
• Propagación en lote alimentado (Fed Batch) – Se agregan nutrientes a medida que se consumen – Propagación aeróbica => se reduce alcohol y se produce mucha levadura Aireación: síntesis PUFAs y ergosterol, nitrógeno limitante: Trealosa (estres)
Azúcar Alcohol Levadura
Pasos de rehidratación (1) (Levadura Ale)
• Esparcir la levadura en la superficie de agua limpia y esterilizada a 30-35°C (Ale), 20-25°C (Lager)
• No mezclar !!!
• Dejar reposar 15 Min. sin mover a 30 – 35 °C (tapado)
• La presencia/ausencia de espuma no es indicador de vitalidad
• Sanitizar todos los elementos que entren en contacto con el agua o la levadura con alcohol 70% y exponer lo menos posible al aire.
• Después de 15 Min. mezclar gentilmente hasta que la levadura esté en suspension
• Dejar reposar 5 min.
• Atemperar gradualmente, cada 5 min agregando alicuotas de mosto, evitando los cambios de temperatura mayores a 7°C.
• Sanitizar todos los elementos que entren en contacto con el agua o la levadura con alcohol 70% y exponer lo menos posible al aire.
Pasos de rehidratación (2) (Levadura Ale)
Pasos de rehidratación (3) (Levadura Ale)
• Una vez atemperado inocular inmediatamente
• Tiempo total proceso: 30-60 min
• Aireación del mosto no es necesaria*
• Tasa de inoculación:
0,8 - 1 g/L (Ale) el doble para Lagers
0 24 48 72 96 120 144 168 192 216 240 264 288 312 336 0
2
4
6
8
10
12
14
20C 1g/l .
20C 0.5g/l
15C 1g/l
15C 0.5g/l
10C 1g/l
10C 0.5g/l
Tiempo [h]
Gra
veda
d [ºP
lato
]
Efecto de usar la mitad de la levadura seca sugerida Levadura Ale - Rehidratada
A > gravedad > diferencias
Retrasos de al menos 24 hs para alcanzar atenuación
Fuentes de levadura: Laboratorio especializado
Levadura seca Levadura liquida
Levadura re-utilizada
-Propia -Otra cervecería
Baja floculación, posibles mutantes respiratorias
Floculación y atenuación promedio
Baja atenuación, alta floculación, células muertas Trub y restos lúpulo
Alcohol pH
Nutrientes Presión
Re-utilización de levaduras
Estratificación
Colectar lo antes posible… -Atenuación deseada -Remoción de acetaldehído y precursores diacetilo
Cosechar al 1er - 2do día
Inicio de enfriado
Para uso inmediato:
Para almacenado en frio:
Antes de llegar a los 10-12°C
Control de temperatura en el cono (independiente!) Levadura = aislante
Re-utilización de levaduras
Re-Limpio y re-Sanitizado
Airlock o equivalente
Alcohol 70%
1 semana
Z
Almacenado en frio (1-2°C)
Inoculación Mosto
Oxigeno Nutrientes
¿Cuánto?
Valor referencia: 0,7-1 Kg cada 100 lts
¿Cuántas veces?: 3-5 (8-10)
El lavado acido debe considerarse como ultima recurso, dado que implica un estrés fuerte para las levaduras.
Manipulación y control adecuados
Reducción de off-flavors Reducción de tiempos de fermentación Reducción de contaminaciones Aumento estabilidad producto
Estandarización del proceso, repetitividad
Calidad
Calidad constante Previsibilidad,
Anticipación a problemas
Beneficios: Aparece el arte!
Productividad y rentabilidad
Algunas Conclusiones: Las levaduras cerveceras por su naturaleza unicelular y por las condiciones de fermentación sufren múltiples tipos de estrés que generan la síntesis de productos secundarios indeseables. La reducción del estrés de las levaduras a través de una correcta manipulación y control del proceso es fundamental para lograr cervezas de calidad... entre muchas otras cosas!.
Estrés LEVADURA
Felicidad CONSUMIDOR
Felicidad CERVECERO
ESTRES FELICIDAD
Aplicable a todo ser vivo…. también a las LEVADURAS.
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