Tradicionalmente, la cerveza se elabora a partir de cebada malteada como fuente de azúcares fermentables, levadura (Saccharomyces cerevisiae) microrganismo biológico responsable de llevar a cabo la fermentación, reacción que consiste en transformar los nutrientes de mosto en alcohol y CO₂, lúpulo responsable del sabor amargo característico y agua. La cerveza es una bebida alcohólica que se consume ampliamente en todo el mundo y por volumen se ubica después del agua y el té como la tercera bebida más popular [1].

Recientemente, cereales como maíz, trigo y sorgo, incluso frutas, han sido incorporados en el proceso con la finalidad de hacer modificaciones en los atributos sensoriales, esto obedece como respuesta a la tendencia de consumir productos con mayores beneficios para la salud denominados alimentos y bebidas funcionales [2]. La modificación de cervezas tradicionales mediante la adición de adjuntos, como trigo, maíz, arroz y frutas, puede agregar nuevas características sensoriales a la bebida, pero también aumentar los niveles de compuestos bioactivos. Por lo tanto, los cerveceros e investigadores buscan fuentes alternativas de materias primas para integrar al proceso de elaboración con el fin de mejorar el perfil sensorial de la cerveza [3].

En muchos países utilizan el maíz como complemento en la elaboración de cerveza por ser de los cereales con mayor disponibilidad en el mundo. Las variedades de maíz pigmentado se distinguen por su elevado contenido de compuestos fenólicos del grupo de los flavonoides, sobre todo antocianinas [4]. En la estructura del grano, las antocianinas pueden estar presentes tanto en el pericarpio como en la capa de aleurona [5]. Varios estudios resaltan que las antocianinas están asociadas con la capacidad antioxidante, con beneficio para la salud de las personas.

El objetivo de esta investigación fue evaluar propiedades físico-químicas de estilos de cerveza artesanal elaboradas utilizando como adjunto cascarilla de maíz azul y fuentes diversas azúcares.

Fundamentos teóricos

La cerveza se elabora utilizando agua, malta, levadura y lúpulo. La composición de una cerveza oscila entre 88% a 95% de agua, por lo que contribuye en parte a las características sensoriales de la cerveza, su pureza y dureza son claves para una cerveza de excelente calidad [6]. La malta es el resultado de un proceso de transformación del almidón de cebada u otro cereal, consiste en modificar el almidón a azúcares simples fácilmente fermentables por levaduras. El Lúpulo es la responsable del amargor de la cerveza debido a los componentes en α-ácidos (humulonas), β-ácidos (lupulonas) y la oxidación productos de los ácidos amargos, su aporte depende de su solubilidad [7]. La levadura Saccharomyces cerevisiae es la responsable directa de la fermentación en diferentes productos tradicionales ampliamente conocidos (pan, vino y cerveza), las condiciones de pH más favorables para su actividad oscilan entre 4.5 a 6.5 [7].

La fermentación tiene lugar entre 7 a 13 oC para la cerveza tipo “Lager” y entre 16 a 23 oC para la cerveza tipo “Ale”. La levadura se mezcla con el mosto enfriando por debajo de 30 oC y es colocado en fermentador, durante la fermentación la levadura capta los azúcares y aminoácidos del mosto los cuales son metabolizados hasta producción de dióxido de carbono y etanol en condiciones anaerobias. También, los aminoácidos son utilizados para el crecimiento de las células de modo que al final de la fermentación las levaduras habrán aumentado su masa unas 10 veces, las células de las levaduras floculan cundo se forman agregados o bien suben y flotan en la superficie del líquido [8].

Materiales y métodos

El experimento se realizó bajo un diseño en arreglo en bloques. El bloque 1 y 2, fueron denominados como Fo-1 y Fo-2. En su formulación, el primero utilizó levadura Imexa®, México y sacarosa, y el segundo levadura Fermentis S-33®, Francia y piloncillo. La Tabla 1, muestra las combinaciones para cada estilo propuesto.

Proceso tecnológico de elaboración de cerveza.

La cebada utilizada fue malteada previamente por el equipo de trabajo, como adjunto se utilizó cascarilla de maíz azul para enriquecer el producto con fenoles totales. La cebada malteada fue macerada (65 oC, 1 h), el residuo se retira para que se incorpore la cascarilla de maíz azul (60 oC, 30 min). También, el residuo se retira y el mosto obtenido se ajusta en volumen y en sólidos solubles de ensayo. El lúpulo americano cascade con 4-6% de alfa-ácidos se incorpora cuando el mosto se encuentra a 80 oC, 1 h. Posteriormente, se enfría a temperatura (28-30º) para inocular la levadura. La fermentación se mantiene por 15 días a temperatura ambiente (18-25 oC). Se envasa en botella de vidrio ámbar y se mantiene en maduración, igualmente a temperatura ambiente por otro período más de 15 días para que se produzca el gas dentro de botella que se requiere para una buena corona de espuma cuando esta sea analizada o consumida según sea el caso. Las variables fisco-químicas evaluadas fueron: alcohol, fenoles totales, amargor y color.

Evaluación de contenido de alcohol. La cerveza fue destilada con un equipo de evaporación rotatorio (IKA® RV10, Alemania). Cada muestra de cerveza fue de 250 mL. Se utilizó un densímetro a escala Gay-Lussac (G.L) para medir el contenido de etanol en el líquido evaporado y recuperado. El contenido de etanol (%, G.L) se determinó con la ecuación (1):

Concentración de etanol en cerveza (C₁) y líquido evaporado (C₂). Volumen de muestra de cerveza (V₁), de líquido evaporado (V₂).

Medición de fenoles totales. El contenido fenoles totales de la cerveza se determinó mediante el método espectrofotométrico de Folin-Ciocalteu (F-C) [9]. Se agregaron 0.5 mL de muestras de cerveza o estándar de ácido gálico en un matraz aforado de 10 mL conteniendo 2 mL de agua destilada y 2.5 mL de reactivo F-C. Después de 3 min, se añadieron 2.5 mL de una solución acuosa al 20% de carbonato de sodio. La reacción se mantuvo 1 hora en la oscuridad a temperatura ambiente. Se midió la absorbancia a 765 nm en un espectrofotómetro (Vela Quin UV-Vis modelo 5600BV, México). Se realizó el mismo procedimiento para cuatro concentraciones de estándares de ácido gálico (0, 100, 200, 300 y 400 mg/L), y se construyó una curva de calibración por regresión lineal. El contenido de fenoles totales se expresó como mg Equivalentes de Ácido Gálico (mg EAG/L).

Determinación de amargor . Las sustancias amargas se extrajeron según el método EBC 9.8 o también conocido como IBU [10]. La cerveza fue desgasificada previamente, en un tubo de centrífuga se colocan 10 mL de cerveza sin filtrar, 1 mL de ácido clorhídrico (3N) y 20 mL de iso-octano, el tubo se agitó durante 5 minutos a temperatura ambiente a 250 rpm y luego se centrifugó durante 15 minutos a 4000 rpm. La fase transparente del iso-octano se decantó en un tubo de ensayo limpio y seco, el tubo de muestra se cubrió y se dejó reposar en la oscuridad durante 30 minutos, se mide la absorbancia a 275 nm (A₂₇₅) en una celda de cuarzo con iso-octano puro como referencia. Los resultados son expresados como IBU, y su cálculo se obtiene con la ecuación (2):

Medición de color. Se utilizó The Standard Reference Method (Unidades SRM) adoptado en 1958 por la American Society of Brewing Chemists (ASBC). Se midió la absorbancia a una muestra de cerveza desgasificada a una longitud de onda de 430 nm [6], el contenido de SRM se obtuvo con la ecuación (3):

Absorbancia de la muestra a 430 nm (A₄₃₀) y dilución de la muestra (D).

Evaluación sensorial. Los atributos sensoriales evaluados para muestras de estilos de cerveza artesanal fueron aroma, sabor y cuerpo. Se utilizó una escala hedónica de cinco puntos (1=desagrada mucho, 2=desagrada, 3= me es indiferente, 4=gusta, 5 = gusta mucho). Las muestras fueron evaluadas por 20 jueces (10 hombres y 10 mujeres) entre 19-23 años de edad. A cada panelista se le proporcionaron cuatro muestras de cerveza a una temperatura de 15°C en vasos transparentes, conteniendo un volumen de 50 mL.

Resultados y discusión

La Tabla 2, muestra resumen del Análisis de Varianza (ANOVA) de las características evaluadas en este estudio. Para la característica contenido de alcohol, fenoles, amargor y color se obtuvieron diferencias estadísticas significativa (0.05≤P) para las fuentes de variación, en el modelo considerado.

Evaluación del contenido de alcohol. La Figura 1 muestra el porcentaje de alcohol promedio por estilo y su correspondiente nivel de sólidos solubles ajustados al inicio de la fermentación medidos como grados Brix.

El contenido de alcohol porcentual (v/v) promedio para la formulación 1 y 2 fueron 2.57b±0.25 y 6.24a±0.45 respectivamente. Fue evidente que la levadura S-33 Fermentis® de uso especial para cerveza utilizada en el estudio y representada en los estilos 4, 5 y 6, fue superior en la cantidad de alcohol que genera.

La mayoría de las cervezas producidas tienen un contenido de alcohol entre 3 a 6% (v/v). Sin embargo, este ha dejado de ser de los componentes importantes. Actualmente, la producción de cerveza sin alcohol (<0.5%) y con bajo contenido de alcohol (0.5-1.2%) está en aumento en todo el mundo debido a necesidades de productos alternativos para grupos espaciales de consumidores [11]. Las cervezas sin alcohol se recomiendan para grupos específicos de personas como mujeres embarazadas, profesionales del deporte, personas con patologías cardiovasculares y hepáticas y personas medicadas, los consumidores en tales condiciones están dispuestos a tomar una cerveza lo más cercana posible a los tipos convencionales desde el punto de vista sensorial [12].

Evaluación del contenido de fenoles totales. La Figura 2, muestra el contenido de fenoles totales por estilo. El contenido de fenoles totales expresados en mg equivalente al ácido gálico/L registrados para las formulaciones 1 y 2 fueron 526^a ±26 y 139^b±16. Para este análisis se resalta que la formulación uno fue cuatro veces superior. Se resalta que un elevado contenido alcohol afecta negativamente la cantidad de fenoles totales y que una cerveza artesanal es más valorada nutricionalmente por su contenido de fenoles totales.

Los componentes fenólicos en la cerveza pueden inhibir el desarrollo de cáncer en próstata, mama, intestino, ovario y sangre [13]. El contenido de polifenoles en la cerveza es muy variado que depende de las materias primas utilizadas y del proceso.

Piazzon, et al. [14] reporta contenido de polifenoles de 366 ± 73 en cervezas sin alcohol, 452 ± 86 en lager y 563 ± 52 en ale, con concentraciones de hasta 875 ± 168 mg ac. gálico/L en una cerveza estilo Bock. A su vez, Zhao, et al. [15] en 34 cervezas lager comerciales de los mercados chinos reporta entre (152–339 mg EAG/L).

Una nueva área de exploración esta asociada a utilizar frutas como adjuntos y potenciar propiedades asociadas a una mejor nutrición. Se evaluaron ocho estilos de cerveza con fruta como adjunto, encontrando polifenoles totales en rango de (399 - 767) mg EAG /L, mientras que en las cervezas convencionales sin frutas el rango fue de (321 - 482) mg EAG/L. Para cerveza con cereza (747-767), frambuesa (465-536), durazno (510), chabacano (454), uva (621), ciruela (598), naranja (639) y manzana (399), valor en mg EAG/L [16].

Evaluación de amargor. Para la evaluación del amargor evaluado como IBU, los valores obtenidos para las formulaciones 1 y 2 fueron 13.4^b±0.61 y 14.6^a±0.53. La Figura 3, muestra el contenido de amargor por estilo de cerveza. Se observa una mínima diferencia, posiblemente porque se utilizó la misma cantidad de lúpulo en todos los estilos propuestos. Las diferencias son asociadas a las reacciones que se producen durante la tapa de calentamiento del mosto (80 oC, 1 hora).

La aparición de características amargas y aromáticas en la cerveza está fuertemente relacionada con la composición química del lúpulo, la cantidad añadida, el tipo de lúpulo y el momento de la dosificación del lúpulo al mosto. Convencionalmente, el amargor de la cerveza se consigue añadiendo lúpulo al mosto caliente al comienzo de la ebullición. La razón principal para una adición de lúpulo en este momento es asociada al que se produzca reacción térmica de los ácidos amargos del lúpulo (α-ácidos) en amargos de sabor (iso-α-ácidos) y solubles en agua; el rendimiento de iso-α-ácidos aumenta con el tiempo de ebullición, y la mayoría de los volátiles se pierde por evaporación [17].

Evaluación de color. Para el color evaluado en SRM en la formulaciones 1 y 2 se obtuvieron 5.3^b±0.73 y 13.7^a±1.89. Los efectos en los diferentes estilos derivados en las proporciones de malta:maíz azul (cascarilla) utilizados en las formulaciones se muestran en la Figura 4.

El maíz azul es considerado una excelente fuente de antocianinas con hasta 1989.9 μg/g. Los mayores porcentajes son cianidina 3-glucósido, pelargonidina 3-glucósido y peonidina 3-glucósido. Estos compuestos son solubles en agua, dependiendo del pH le dan tonalidad azul – morado al producto. La percepción del color es un atributo sensorial poco utilizado en descriptores sensoriales para elaborar un perfil de cerveza [4].

Preferencia de los estilos de cerveza. En base a la escala hedónica previamente establecida, se obtuvo mayor valoración para Fo-2 en los atributos evaluados (Tabla 3). Los atributos sensoriales evaluados están muy ligados a las materias primas utilizadas y a su proceso tecnológico. Un cambio mínimo en sus variantes, estadísticamente puede ser de poca importancia, pero sensorialmente puede ser definitivo en la preferencia y gusto de los consumidores. El sabor y aroma son los atributos sensoriales que más influyen en la elección de una cerveza en el mercado. Además de que el consumo de cerveza sin alcohol está en aumento, esta tendencia desafía a la industria cervecera en ofrecer productos más saludables con mejores características sensoriales para los consumidores [18].

Conclusiones

Los estilos de cerveza artesanal propuesto mejoran en la calidad nutritiva en cuanto a fenoles disueltos. Se demostró que la cascarilla de maíz azul es una excelente fuente de antocianinas que contribuyen a mejorar la apariencia del producto final. Además, el piloncillo contribuyó a incrementar los sólidos solubles totales iniciales con la para mejorar la fuente energética y de minerales que favorecen el metabolismo anaerobio de las levaduras utilizadas. Una combinación de diferentes levaduras y lúpulos también puede mejorar los atributos sensoriales de este tipo de bebidas.

Agradecimientos

Al Tecnológico Nacional de México campus Instituto Tecnológico del Altiplano de Tlaxcala. Proyecto de Investigación calve: 5551.19-P, financiado en convocatoria 2019.

Referencias

[1] Donadini, G., Fumi, M. D., Kordialik-Bogacka, E., Maggi, L., Lambri, M., and Sckokai, P. (2016) Consumer interest in specialty beers in three European markets, Food Res. Int. 85, 301–314.

[2] Mayer, H., Ceccaroni, D., Marconi, O., Sileoni, V., Perretti, G., & Fantozzi, P. (2016). Development of an all rice malt beer: A gluten free alternative. LWT – Food Science and Technology, 67, 67–73.

[3] Zapata, P. J., Martinez-Esplá, A., Gironés-Vilaplana, A., Santos-Lax, D., Noguera-Artiaga, L., & Carbonell-Barrachina, A. A. (2019). Phenolic, volatile, and sensory profiles of beer enriched by macerating quince fruits. LWT-Food Science And Technology, 103, 139–146.

[4] Hernández-Quintero, J.; Rosales-Nolasco, A.; Molina-Macedo, A.; Miranda-Piliado, A.; Willcox, M.; Hernández-Casillas, J. M.; Palacios, N. (2017). Cuantificación de antocianinas mediante espectroscopía de infrarrojo cercano y cromatografía líquida en maíces pigmentados. Revista Fitotecnia Mexicana.40(2), 219-225.

[5] Salinas-Moreno, Y., Pérez-Alonso, J., Vázquez-Carrillo, G., Aragón-Cuevas, F., and Velázquez-Cardelas, G. (2012). Anthocyanins and antioxidant activity inmaize grains (Zeamays L.) of Chalqueño, Elotes Cónicos and Bolita Races, Agrociencia 46, 693–706.

[6] Álvarez, B.D y Araque, C.A. (2020). Elaboración de cerveza artesanal tipo golden ale con cebada (hordeum vulgare) y arroz (Oryza sativa l.). TesisUniversidad Agraria del Ecuador. Guayaquil, Ecuador.

[7] Suárez-Machín, C., Garrido-Carralero, N. A., Guevara-Rodríguez, C. A. (2016). Levadura Saccharomyces cerevisiae y la producción de alcohol. Revisión bibliográfica ICIDCA, Sobre los Derivados de la Caña de Azúcar, vol. 50, núm. 1, pp. 20-28.

[8] Flores-Calderón, A., Luna, H., Escalona-Buendía, H., Verde-Calvo, J. (2017). Chemical characterization and antioxidant capacity in blue corn (Zea mays L.) malt beers. Journal Institute Brewing. 123: 506–518. DOI 10.1002/jib.444

[9] Vieira, B.; Silva, K.; Kleveston, J.; Lessa, I.; de Abreu, G.; Batista, T.; Souza, B.; Druzian, I.; Canielas, L.; da Costa, M.; Ferreira, F. (2020). Physicochemical and sensory profile of Beauregard sweet potato beer. Food Chemistry, 312, 126087. doi.org/10.1016/j.foodchem. 2019.126087.

[10] Popescu, V.; Soceanu, A.; Dobrinas, S.; Stanciu, G. (2013). A study of beer bitterness loss during the various stages of the Romanian beer production process. Journal Institute Brewing, 119:111-115.

[11] Brányik, T., Silva, D. P., Baszczyňski, M., Lehnert, R., and Almeida e Silva, J. B. (2012). A review of methods of low alcohol and alcohol-free beer production, J. Food Eng. 108, 493–506.

[12] Sohrabvandi, S., Mousavi, S. M., Razavi, S. H., Mortazavian, A. M. and Rezaei, K. (2010) 'Alcohol-free Beer: Methods of Production, Sensorial Defects, and Healthful Effects. Food Reviews International, 26: 4, 335 — 352. DOI: 10.1080/87559129.2010.496022

[13] Sohrabvandi, S., Mortazavian, A.M. Rezaei, K. (2012). Health-Related Aspects of Beer: A Review. International Journal of Food Properties, 15:2, 350-373, DOI: 10.1080/10942912.2010. 487627.

[14] Piazzon, A., Forte, M., and Nardini, M. (2010) Characterisation of phenolics content and antioxidant activity of different beer types, J. Agric. Food Chem. 58, 10677–10683.

[15] Zhao, H., Chen, W., Lu, J., and Zhao, M. (2010) Phenolic profiles and antioxidant activities of commercial beers. Food Chem. 119, 1150–1158.

[16] Nardini, M.; Garaguso, I. (2020). Characterization of bioactive compounds and antioxidant activity of fruit beers. Food Chemistry. 305: 125437. Doi.org/10.1016/j.foodchem.2019. 125437.

[17] Rettberg, N.; Biendl, M.; Garbe, L. (2018). Hop Aroma and Hoppy Beer Flavor: Chemical Backgrounds and Analytical Tools—A Review. Journal of the American Society of Brewing Chemists, 76:1, 1-20, DOI: 10.1080/03610470. 2017.1402574.

[18] Andrés-Iglesias, C.; Montero, O; Sancho, D. A Blanco, C. (2015). New trends in beer flavour compound analysis. J Sci Food Agric.,95: 1571–1576.

Notas de autor

Contacto: jh.castorena@gmail.com