De la UREA a la espuma

Resumen

Desde que se planteó el tema a investigar, se fueron buscando datos e información de manera general, y se fueron confeccionando borradores. A medida que se notó la falta de información en áreas específicas se profundizó la investigación en éstas. Se recurrió a Internet, en primer lugar, de donde se consiguió la información general, a continuación, se buscó en libros, se realizaron entrevistas a profesionales y expertos en los temas requeridos, además se llevaron adelante experimentos propios surgidos de la información obtenida. Finalmente fue resumido y volcado en el presente informe, con la correspondiente evaluación y análisis de los datos obtenidos.

Introducción

En el siguiente trabajo se busca encontrar la relación entre la fertilización de la cebada con la calidad de la espuma de la cerveza. A lo largo de la investigación se quiere armar una cadena de factores, en la que se ubique el fertilizante nitrogenado en un extremo y la espuma de la cerveza en otro.

Esta investigación es de interés especial para personas encargadas de los procesos que involucran: la producción de cebada y la comercialización de ésta, como así también de la fabricación de la bebida, sin dejar de lado al consumidor de este producto.

Con este informe pretendemos arrojar datos y conocimientos que tiendan a mejorar los procesos antes mencionados, fijando objetivos y generando conciencia de lo que involucra el proceso completo de elaboración de una bebida tan compleja como lo es la cerveza.

El proceso de investigación consta de diversas partes y métodos. Hemos recurrido, en primer lugar, a la lectura y búsqueda de información externa acorde al tema, luego de esto se prosiguió con la recolección primaria de datos, es decir, entrevistando a expertos en el tema, y realizando experimentos. En el desarrollo se presentarán los datos obtenidos organizados por medio de capítulos, estos, siguiendo el orden de la cadena de relaciones, comenzando por la fertilización nitrogenada de la cebada cervecera.

Agradecemos desde ya, la colaboración de todos aquellos que desinteresadamente permitieron que la investigación se lleve adelante con éxito.

DESARROLLO

Cebada

La cebada es una gramínea monocotiledonea anual. La cebada cervecera, Hordeum Distichum L., es la utilizada en la fabricación de la malta, que junto con el agua, la levadura y el lúpulo componen la cerveza.

Siendo el quinto cereal mas cultivado en el mundo, se presenta como un cultivo de gran interés en el sudeste, centro oeste y últimamente también en el norte de la provincia de Buenos Aires, Argentina. Esto es así porque su ciclo es suficientemente corto como para permitir cultivos de segunda, ya que es cosechado unos 10 días antes que el trigo. También cuenta con rindes elevados, y comercialmente ahí mejoras en las condiciones. Así también, la cebada deja en el sistema productivo residuos beneficiosos en la rotación de cultivos, dado que, como todas las gramíneas, ayudan a aumentar el nivel de carbono en el suelo y dejan el llamado "rastrojo" que evita la evaporación, y por tanto la perdida de agua del suelo.

La producción mundial de cebada es aprovechada en su mayoría como forraje para camellos y otros animales en el norte de África y en China, convirtiéndose así en el principal competidor comercial del maíz. Por el contrario, en nuestro país tiene un destino casi exclusivo: la cerveza. Esto, determina ciertas condiciones del cultivo, una de ellas es el nivel proteico del grano, este nivel debe encontrarse entre el 10% y 12%. Además, los granos deben ser grandes, "de buen calibre". Esto es controlado por el comprador que aplica descuentos económicos en caso de no cumplir con estas regulaciones necesarias para un buen malteado.

La variedad más difundida en la argentina, y en el mundo, es la cebada Scarlett dado su alto rendimiento, su baja tendencia al vuelco y más allá de alguna enfermedad de hoja puntual, no suele tener problemas sanitarios. Sus desventajas: en nivel de proteínas es generalmente bajo, lo que económicamente afecta al productor y el cultivo necesita de la aplicación de tecnología para desarrollar su potencial.

Por otro lado variedades más antiguas como Quilmes, Palomar, Pampa, presentan menores rendimientos, mayor tendencia al vuelco, mayores problemas sanitarios, por esa razón se han dejado de sembrar en gran escala. Pero manteniendo un nivel de proteínas alto y un costo de aplicación de tecnología mucho menor.

Fertilización

El diccionario de la RAE define fertilización como: "Disponer la tierra para quede más frutos". En este informe utilizamos fertilización como el proceso mediante el cual se enriquece el suelo por medio de una sustancia o mezcla química, natural o sintética, para favorecer el desarrollo vegetal. Más aun, nos centraremos en la fertilización nitrogenada, que es la destinada a incrementar el nivel de nitrógeno en suelo. Los fertilizantes más comunes en cultivos extensivos son: Urea, UAN, CAN y sulfato de amonio.

En cultivos de cereales, como lo es la cebada, este tipo de fertilización, es sumamente importante para elevar los rindes y niveles proteicos. La fertilización se da al momento de la siembra, o en algunos casos en periodos de macollaje.

El momento en que se aplica el N al suelo es determinante, también lo es la cantidad.

Ilustración 1

Existe una relación entre rendimiento y n disponible pata la planta, que tiene como consecuencia el contenido proteico de los granos. Esta relación se puede expresar matemáticamente por medio de la siguiente ecuación:

Donde y equivale al nivel de proteína en grano, y x a la relación del nitrógeno disponible por tonelada de grano cosechado. Esta ecuación puede ser utilizada para calcular la cantidad de fertilizantes necesaria por tonelada de grano cosechado y determinar el nivel de proteína.

Para su mejor comprensión, tomaremos el caso hipotético de un lote en la localidad de Cascallares. Se aplican 100Kg de UREA, y 85 Kg de fosfato de amoniaco, distribuido estratégicamente entre siembra y macollaje. En total estamos aplicando 90 Kg de nitrógeno por fertilización. El análisis de suelo arroja 40 Kg/Ha de Nitrógeno en forma de nitratos en los primeros 60 cm de suelo. Esto quiere decir que al N total disponible suma 130kg/Ha, estimamos el rendimiento del cultivo en base de datos históricos, en 5000Kg/Ha, volcamos los datos en la ecuación y obtenemos el nivel de proteína esperado en grano.

Vemos así, que a medida que el rendimiento aumenta en el lote hipotético, el nivel de proteína baja. Esto también es demostrable en la realidad. Un equipo de ingenieros del INTA, hicieron mapeos de un lote en la localidad de Ts. As. Y en base a ello, sacaron las siguientes conclusiones

Esta investigación también tuvo es cuenta el nitrógeno cosechado, es decir, la cantidad de N que se caso en grano por hectárea. El nitrógeno cosechado tuvo sus más altos valores en las zonas de alto rendimiento, que a su vez son las que menor rendimiento proteico tuvieron. Para calcular este valor se utilizo el siguiente cálculo

Donde n es el nitrógeno cosechado, p es el porcentaje de proteína en grano y r es el rendimiento en Kg/Ha. Se calcula el 16 %, ya que se sabe que el nitrógeno compone solo este porcentaje de las proteínas en la cebada. Así, establecemos que a mayor rinde, mayor N pero menor proteína y donde has menores rindes bajo el nitrógeno cosechado, pero aumenta la proteína. Vamos a ejemplificar esto con el lote hipotético utilizado anteriormente:

De esta manera sabemos que la extracción de nitrógeno es de 88 Kg/Ha.

El sistema de fertilización consta de tres tipos de fertilización: en la siembra, irrelevante en este caso ya que consiste en la aplicación de fosfato di amónico (DAP) que solo aporta un 10% de N. En el macollaje, donde se dan aplicaciones solidas en el suelo cómo UREA o la foliar que es una aplicación líquida de UAN. Esta última, solo es utilizada en campos que utilizan alta tecnología

Comercialización

La Cebada

La empresa cervecera que compre las semillas de cebada entregada por el productor, debe hacer los controles de calidad de cada una de las cargas que llegan a la planta en camiones con una capacidad de aproximadamente 30 Tn.

En primer lugar se pesan 100 Gr de una mezcla y se la criba, con movimientos giratorios, logrando que las impurezas se separen para poder pesarlos y calcular el porcentaje de impurezas

Donde p es el peso volumétrico en Kg/hL, P es el peso de la muestra, en granos, y v, representa el volumen de la muestra en el.

Posteriormente, se calcula el material extraño, es decir, semillas de mezcla o cultivos de ciclos anteriores. El porcentaje de este material no debe superar el 5%, ya que de lo contrario sería perjudicial para la calidad y producción de la malta.

Otra determinación de calidad, es el nivel de humedad. Esto es sumamente importante desde el almacenamiento, ya que los niveles demasiados altos de humedad facilitaran el desencadenamiento de procesos biológicos durante la conservación. El máximo permisible en cebada es de 13,5% de humedad, aunque se suelen exigir niveles más bajos según el tiempo que se planea conservarla.

Para determinar el porcentaje de germinación, se utiliza un método químico, dado que la semilla es demasiado inmadura para realizar el procedimiento tradicional.

La Cerveza

La cerveza es en la argentina, la 2º bebida mas tomada después de la gaseosa, su consumo viene en aumento desde 1983, desplazando al vino de mesa del menú de los argentinos. En 2010, el consumo total de cerveza en nuestro país alcanzo los 1980 millones de litros, poniéndose así en el primer puesto de la lista de bebidas alcohólicas más consumidas del país. De esta manera el consumo de cerveza per cápita en la Argentina llega a su record de 49 litros anuales, esto significa un 160% más que 20 años atrás

La Cerveza

Historia

La primera mención de la cerveza se encuentra en unas tablas sumerias que datan de 4000 años AC. En estas habla de una bebida elaborada por medio de la cocción de pan, se lo mezcla con agua, consiguiendo una bebida que transforma la gente en "alegre, extrovertida y feliz". Los sumerios la denominaban "siraku"

Los egipcios toman los métodos sumerios y elaboran "zythum". El método sin embargo es mejorado, descubren la malta, y le añaden azafrán, miel, jengibre y comino para darle aroma y color.

Entre los romanos y griegos se consideraba una bebida del vulgo, mientras que en los pueblos nórdicos la cerveza tenía lugar en fiestas familiares, solemnidades religiosas y los festejos de triunfos sobre el enemigo.

Entre los siglos XIV, XV y XVI surgen las grandes factorías cerveceras como las de Hamburgo y Zirtau. En 1516 Guillermo IV de Baviera promulga la que se considera primera regulación de alimentos de la historia por medio de la "ley de pureza" que dictara: "señores, hagan la bebida que quieran y si además quieren bebérsela, adelante, pero si quieren llamarla cerveza deberá estar echa de malta de cebada, agua y lúpulo". Este edicto no incluía la levadura ya que no se descubrió su existencia hasta 1856 (unos 300 años más tarde) por el científico Luis Pasteur.

En la argentina, el 15 de febrero de 1880, el alemán Emilio Bieckert pone a la venta su cerveza, y es considerado el primer fabricante argentino de cerveza. L 31 de octubre de 1890, Otto Bemberg, y la Brasseire Argentine S.A., con sede en el país, comienza la producción y venta empleando la marca que identificaba a la unidad donde se asentó Otto, su familia y la fabrica, Quilmes.

Hoy en día Quilmes, produce más de 500 millones de botellas por año es su planta a 23 kilómetros de Buenos Aires

En Tres Arroyos, hay varias malterias, la principal es la Malteria Quilmes donde se produce la totalidad de la Malta para esta empresa.

Producto

Hoy en día, se determina cerveza a una bebida alcohólica, no destilada, de sabor amargo que se fabrica con granos de cebada u otros cereales. Generalmente presenta un color ambarino con tonos que van del amarillo oro al negro pasando por los marrones rojizos. Se la considera "gaseosa" (contiene CO2 disuelto en saturación que manifiesta un forma de burbujas a presión ambiente) y suele estar coronada de una espuma más o menos persistente. Su aspecto puede ser cristalino o turbio.

Su graduación alcohólica puede alcanzar hasta cerca de 30% vol., aunque principalmente se encuentra entre los 3 y los 9 % vol.

Fabricación

El proceso de fabricación de la cerveza es largo y complejo y sus etapas son:

MALTEADO, HORNEADO, MEZCLA, COCCION, FERMENTACION Y MADURACION.

En el primer paso, el malteado, se hacen germinar las semillas de cebada, sumergiéndolas en agua. De este modo se logra que el grano produzca muchos compuestos. Enzimas y proteínas quedan entonces liberados.

Una vez que estas fueron liberadas, para conservarlas es necesario interrumpir el proceso de germinación, esto se logra con el horneado. De esta manera se llega al 4% de humedad, a esto se lo denomina malta.

Luego, se muele la malta, en este paso las enzimas se unen a las unidades básicas del almidón dividiéndolo en azucares fermentables y azucares no fermentables. Entre los primeros se encuentra la maltosa. La cantidad de azucares fermentables determinan el nivel de alcohol, en cambio, los no fermentables contribuirán al cuerpo de la cerveza.

El mosto obtenido es filtrado y cocido. Durante este paso el mosto es aromatizado con lúpulo, después es enfriado preparándolo así para la siguiente fase.

Cuando el mosto esta frio se le inyecta levadura pura y aire microbiológicamente estéril. En esta etapa las levaduras transforman Los azúcares fermentables en alcohol y Dióxido de carbono. Así, el mosto se va transformando en cerveza. Dado que este proceso es exotérmico, se debe ir controlando la temperatura. Una vez finalizada esta parte, se enfría la "cerveza virgen", sacando las levaduras que, dependiendo el tipo, han quedado arriba o abajo del líquido.

A partir de aquí se debe comenzar con el añejamiento. Este será de unas pocas semanas a unos 15ºC en cervezas de fermentación alta, o de meses a entre -1º y 2ºC para cervezas de fermentación baja. Después de un filtrado, la cerveza es carbonatada, dándole así el último brillo y espuma.

Por último tiene lugar el envasado. La cerveza está ahora en tanques, de donde pasará a las botellas, latas o barriles.

Espuma

La espuma de la cerveza, es lo que en física se conoce como sistema coloidal, con el líquido como medio de dispersión, y el gas como fase dispersa. Por su morfología, es un coloide globular. Dado que la principal proteína formadora de micelas en la cerveza es la proteína de Transporte de Lípidos 1 (LPT1, por sus siglas en inglés), en cuyo extremo hay un grupo polar que formará un enlace puente hidrógeno con las moléculas de agua de la cerveza, mientras que la parte hidrocarbonada de la proteína, al no ser atraídas por el agua, quedan dentro de la partícula.

A continuación se muestra un esquema y una reconstrucción 3D de una micela.

Cuanto mayor sea la proporción de LPT1 en la cerveza, mayor estabilidad tendrán las micelas.

La LPT1 se encuentra originalmente en los granos de cebada, pero en forma inactivas. Esta se encuentra en lo que se denomina "estructura cuaternaria", esta estructura significa una disposición espacial distinta de la que se presenta en la estructura "primaria". La estructura cuaternaria deriva de la conjunción de varias cadenas peptídicas formando un multímero, el cual posee propiedades distintas de las de las unidades que lo conforman.

Durante el proceso de mateado, esta proteína se desnaturaliza, es decir, se rompen los enlaces que mantienen la conformación globular y de esta manera la LPT1 adopta una conformación filamentosa. Es esta estructura la que permite la formación de micelas, que formarán a su vez la espuma de la cerveza.

En cuanto a la calidad de la espuma, hay varios aspectos a tener en cuenta. La uniformidad de las burbujas, la estabilidad, la textura, el color y el "lacing" (rastro de espuma en la pared del vaso) entre otros.

Según los expertos, la espuma debe tener entre 1 y 2 dedos de grosor.

La uniformidad en el tamaño de las burbujas está dada por el peso molecular, la cantidad y los tipos de proteína en la cerveza, al igual que para la estabilidad y la textura.

El color de la espuma depende principalmente de los componentes y color de la cerveza

El "lacing" uniforme y regular, significa una buena calidad.

A partir de allí, se realizó una investigación (ver Anexo) práctica de calidad con seis marcas de cerveza comercializadas en la Argentina.

Los resultados fueron analizados y se les otorgó un puntaje de 1 a 4 a cada marca a partir de los datos obtenidos:

Los valores corresponden al promedio de los valores del lacing, color y espuma.

Servir y Degustar

Si bien cada tipo de cerveza requiere diferentes modos de servir, se pueden aplicar ciertos conceptos generales a todos los casos.

En primer lugar se debe inclinar el vaso entre los 20º y los 45º, volcando la cerveza a la mitad de la altura del vaso. Cuando la bebida ocupe ya más de la mitad del vaso, se debe ir llevando este paulatinamente hasta su posición vertical, evitando así, perder aromas y propiedades de la bebida, y logrando una espuma abundante

Para medir la calidad de la cerveza, se deben hacer controles, en los que participan los sentidos.

Para degustar la cerveza se recomienda seguir estos pasos:

Observar la cerveza – El color de la cerveza no es un reflejo de su calidad, pero sí de su composición y elaboración.

La nitidez de la cerveza es importante. No debe ser turbia (a excepción de las cervezas blancas) y no debe tener sedimentos. La espuma debe estar conformada por burbujas uniformes de diámetro no mayo a 1mm. Debe ser blanca, y durar entre 2 y 4 minutos. Al ir disminuyendo el nivel de líquido en el vaso, debe ir quedando un rastro de la espuma, este encaje o "lacing" debe ser homogéneo y regular.

Oler la cerveza – Se debe determinar primero el olor dominante, sin mover la cerveza. Después se la puede remover para liberar aromas secundarios.

Saborear la cerveza – El gusto de la cerveza se aprecia, tomando un primer trago y haciendo que la cerveza entre en contacto con todas las regiones de la lengua. Así se trazan las sensaciones del gusto. Para apreciar aun mas los aromas, se puede respirar al mismo tiempo.

El regusto es el sabor que se percibe una vez que la cerveza ya pasó por la boca. Estos sabores pueden ser diferentes de los que predominan en el gusto.

Conclusión

Tomando en cuenta lo expuesto hasta aquí, se considera, que si bien tanto la calidad de la espuma como la de la cerveza se ven afectadas por numerosos y diversos factores, la fertilización en el cultivo de la cebada cervecera es fundamental para el logro de una espuma de alta calidad.

De lo investigado se concluye lo siguiente:

Un déficit de Nitrógeno en la nutrición del cultivo, reducirá la cantidad total de proteínas en el grano, reduciendo así también la cantidad de LPT1, de esta manera la cerveza, no sólo perdería cuerpo en sí misma, sino que también contaría con una espuma de burbujas grandes, irregulares, e inestables, de esta manera la duración de la corona será muy inferior al esperado de una cerveza de alta calidad. Por el contrario, si el nivel de proteína fuese demasiado alto, sea por un rendimiento bajo, o excesos en la disponibilidad de Nitrógeno, el nivel de proteína sería demasiado elevado, y la matriz proteica del grano, en el malteado, no dejaría a las enzimas actuar sobre el almidón contenido dentro de dicha matriz, de manera que las enzimas no podrían cumplir su función, y el proceso de elaboración de la cerveza sería infructuoso desde el comienzo mismo. Una fertilización con nitrógeno, aplicada en forma de UREA y/o UAN, que junto al nitrógeno disponible en suelo y el nitrógeno aportado secundariamente por otras fertilizaciones, dispongan al cultivo de entre 100 y 200 Kg/ha de Nitrógeno, propiciarán la cebada a tener un nivel de entre 10 y 12% de proteína en grano. Así se logra un potencial en la cebada para una cerveza de espuma de muy alta calidad.

Por lo dicho, consideramos sumamente importante, por parte de las personas e instituciones intervinientes en el proceso de fabricación de la cerveza, el compromiso para con la calidad del producto, en este caso especifico, desde la fertilización del cultivo.

Bibliografía

Informes

Fertilización en cebada cervecera, Facultad de agronomía de la universidad de la republica del Uruguay, Mayo 2001

Fertilización en cebada cervecera. Pautas de manejo para la obtención de

altos rendimientos con calidad, Gustavo N. Ferraris, Lucrecia Couretot, Pablo Prystupa y F.H. Gutiérrez Boem

Mapeo de la proteína de un lote de cebada cervecera, Ing. Agr. José Massigoge, Ing. Agr. Andrés Méndez y Téc. Diego Villaroel

Internet

La espuma de tu cerveza ¿de qué está hecha! ¿Cómo se forma?, http://www.cosasquesealpedo.com.ar/la-espuma-de-tu-cerveza-%C2%BFde-que-esta-hecha-%C2%BFcomo-se-forma-eso-si-para-mi-sin-por-favor/

Estudio proteómico de la cerveza, http://http://www.biounalm.com/2010/09/estudio-proteomico-de-la-cerveza.html

Técnicas para conseguir una buena espuma en la cerveza, http://www.cerveceroscaseros.com.ar/interior/proc_gasificado.php?aj_go=more&id=1137630537&archive=&start_from=&ucat=24&

Personal

Entrevistas a:

Antonio Alberto Aguinaga, Ing. Agrónomo, Magister en Ciencias Agrarias

Marcelo di Napoli, Ing. Agrónomo, primer asistente del Dr. en agronomía Jorge Gonzales Montaner

Participación de Recorrida de Ensayos, CREA Mar y Sierras, a cargo de los Ings. Agrs. Mariana Porsborg y Fredi Dodorico y Col. Diego Friederichs y mesa de asesores de AACREA, Noviembre 2011

Experimentos propios

Documentales

Cerveza Divina, Discovery Channel

Hecho en Latinoamérica, Discovery Channel

Química y Cerveza, Autor desconocido

Anexo

El experimento realizado, fue reproducido con el fin de comparar diferentes cervezas disponibles en el mercado. La observación estuvo centrada de en la calidad de la espuma.

Este experimento consistió en servir cerveza desde una ampolla de decantación a un tubo de ensayo, desde la misma altura, con una inclinación del tubo constante, una temperatura de 6,5ºC la cerveza, y 16ºC en la atmósfera. Los datos obtenidos fueron volcados en la siguiente tabla.

Para otorgar el puntaje expuesto en el desarrollo, se promediaron los valores correspondientes a lacing, color y espuma de las respectivas cervezas.

Autor:

Rybner C. Ruso M. A.