UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO ESCUELA DE POSGRADO UNIDAD DE POSGRADO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA MAESTRÍA EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS “ELABORACIÓN DE CERVEZA ARTESANAL FUNCIONAL UTILIZANDO LA QUINUA COMO AGREGADO” TESIS PARA OPTAR EL GRADO ACADÉMICO DE MAESTRO EN CIENCIA Y TECNOLOGÍA DE LOS ALIMENTOS AUTOR: JUAN GERARDO HURTADO GARCÍA Callao, 2020 PERÚ HOJA DE REFERENCIA DEL JURADO La presente tesis fue sustentada ante el jurado conformado por los siguientes Profesores Ordinarios: Dra. Lida Carmen Sanez Falcón PRESIDENTE Dr. Carlos Alejandro Ancieta Dextre SECRETARIO Mg. María Estela Toledo Palomino MIEMBRO Dra. Carmen Gilda Avelino Carhuaricra MIEMBRO Dr. Julio César Calderón Cruz ASESOR Según figura en el Acta N° 015 de fecha DIECISIETE DE JULIO DEL DOS MIL VEINTE, para obtener el Grado Académico de Maestro en la modalidad de Sustentación virtual de Tesis, de acuerdo a lo normado por el Reglamento de Estudios de Posgrado vigente. DEDICATORIA Esta tesis está dedicada a: A mis Padres: Papá Juan que desde el cielo me ilumina, mi Mamá Nancy, quienes con su compresión, paciencia y esfuerzo me han permitido llegar a cumplir hoy, un sueño más, gracias por inculcar en mí el ejemplo de esfuerzo y valentía, de no temer a las adversidades porque Dios está conmigo siempre. A mi esposa Rosario y a mis hijos por su cariño y apoyo incondicional, durante todo este proceso, por estar conmigo en todo momento. Gracias a toda mi familia porque con sus oraciones, consejos y palabras de aliento hicieron de mí a esforzarme siempre para ser, cada día una mejor persona y me acompañan en todos mis sueños y metas. AGRADECIMIENTO En el presente trabajo le agradezco a Dios, por ser mi guía y acompañarme en el transcurso de mi vida, brindándome paciencia y sabiduría para culminar con éxito mis metas propuestas. 1 ÍNDICE ÍNDICE DE FIGURAS ................................................................................ 4 ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................. 6 RESUMEN ............................................................................................... 12 ABSTRACT ............................................................................................. 13 INTRODUCCIÓN ..................................................................................... 14 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA .................................... 15 1.1. Descripción de la realidad problemática .................................. 15 1.2. Formulación del problema ....................................................... 15 1.2.1. Problema general ............................................................... 15 1.2.2. Problemas específicos ....................................................... 15 1.3. Objetivos .................................................................................. 15 1.3.1. Objetivo general ................................................................. 15 1.3.2. Objetivos específicos .......................................................... 16 1.4. Limitantes de la investigación .................................................. 16 II. MARCO TEÓRICO… ...................................................................... 17 2.1. Antecedentes ............................................................................... 17 2.1.1. Antecedentes internacionales… ............................................. 17 2.1.2. Antecedentes nacionales… ..................................................... 28 2.2. Bases teóricas… ................................................................................... 28 2.2.1 Fermentación alcohólica ........................................................... 28 2.2.2 Producción de la cerveza .....................................................31 2.3. Conceptual… .......................................................................................... 36 2 2.3.1. El agua ........................................................................................... 36 2.3.2. Cebada .......................................................................................... 41 2.3.3. Adjuntos. ............................................................................. 44 2.3.4. Levadura. ...................................................................................... 50 2.3.4. Fabricación de la malta ............................................................... 52 2.4. Definición de términos básicos… ........................................................ 54 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES ............................................................ 58 3.1 Hipótesis ........................................................................................ 58 3.1.1 Hipótesis general ................................................................ 58 3.1.2 Hipótesis específicas .......................................................... 58 3.2 Definición conceptual de variables… ................................................... 58 3.3 Operacionalización de variables… ........................................................ 59 IV. DISEÑO METODOLÓGICO ........................................................... 61 4.1 Tipo y diseño de investigación ....................................................... 61 4.2 Método de investigación ................................................................ 63 4.3 Población y muestra ...................................................................... 77 4.4 Lugar de estudio y período desarrollado ............................................. 78 4.5 Técnicas e instrumentos para la recolección de la información ..................................................................................................... 78 4.6 Análisis y procesamiento de datos .................................................. 82 4.6.1 Análisis ANOVA ................................................................. 83 V. RESULTADOS ................................................................................ 84 VI. DISCUSIÓN DE RESULTADOS .................................................. 116 3 6.1 Contrastación y demostración de la hipótesis con los resultados .......................................................................................... 116 6.2 Contrastación de los resultados con otros estudios similares ........................................................................................... 117 6.3 Responsabilidad ética de acuerdo a los reglamentos vigentes ............................................................................................. 117 VII. CONCLUSIONES ....................................................................... 118 VIII. RECOMENDACIONES .............................................................. 119 IX. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA ................................................. 120 ANEXOS ...................................................................................................... 128 4 ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Proceso de fermentación de la glucosa .......................................... 30 Figura 2. Proceso de producción de cerveza ............................................ 35 Figura 3. Conductividad de algunos líquidos ........................................... 38 Figura 4. Apariencia de un grano de cebada (A: ventral y B: dorsal) .............................................................................. 41 Figura 5. Siembra de cebada ................................................................... 43 Figura 6. Plantaciones de Quinua ............................................................ 45 Figura 7. Quinua blanca, roja y negra ....................................................... 46 Figura 8. Composición nutricional de quinua ............................................ 47 Figura 9. Humulus lupulus ........................................................................ 49 Figura 10. Producción de malta ................................................................ 54 Figura 11. Diseño de la investigación ....................................................... 62 Figura 12. Equipos del sistema de producción de cerveza artesanal I ................................................................................................ 64 Figura 13. Equipos del sistema de producción de cerveza artesanal II ............................................................................................... 64 Figura 14. Molienda de la malta ............................................................... 66 Figura 15. Esquema de maceración escalonada ..................................... 67 Figura 16. Homogenización en la maceración .......................................... 67 Figura 17. Medición de la densidad .......................................................... 69 Figura 18. Producto final del proceso ........................................................ 70 Figura 19. Equipo de destilación ............................................................... 72 5 Figura 20. Medición del grado alcohólico .................................................. 73 Figura 21. Procedimiento para encontrar las unidades de amargor ......... 74 Figura 22. Tipos de malta utilizadas en el proceso .................................... 79 Figura 23. Tipos de lúpulo utilizadas en el proceso .................................. 80 Figura 24. Levadura utilizada en el proceso de elaboración de Cerveza artesanal .................................................................................... 80 Figura 25. Curva de calibración para el análisis de proteínas Totales. ............................................................................................................... 97 Figura 26. Resultados de la ANOVA de un factor para el parámetro “color” .............................................................................................. 105 Figura 27. Prueba de Tukey para el parámetro “color” ............................... 106 Figura 28. Gráfico de intervalos para Color vs Lote ..................................... 106 Figura 29. Resultados de la ANOVA de un factor para el parámetro “amargor” ........................................................................................ 107 Figura 30. Prueba de Tukey para el parámetro “Amargor” ........................ 108 Figura 31. Gráfico de intervalos para Amargor vs Lote ............................... 108 Figura 32. Resultados de la ANOVA de un factor para el parámetro “cantidad de proteínas” ............................................................. 109 Figura 33. Prueba de Tukey para el parámetro “cantidad de proteínas” ..................................................................................................... 110 Figura 34. Gráfico de intervalos para Cantidad de proteínas vs Lote .............................................................................................. 110 6 ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Efecto final sobre la cerveza de los principales iones disueltos en el agua ........................................................................................... 40 Tabla 2. Comparación nutricional de la quinua y otros cereales .............. 48 Tabla 3. Tipos de lúpulo y su origen .......................................................... 51 Tabla 4. Operacionalización de variables ................................................ 60 Tabla 5. Composición de los diferentes agregados de quinua .................. 66 Tabla 6. Parámetros de la cerveza artesanal y su método de análisis ................................................................................... 71 Tabla 7. Escala hedónica de nueve puntos .............................................. 77 Tabla 8. Materias primas utilizadas en la preparación de cerveza artesanal funcional ................................................................................... 79 Tabla 9. Equipos componentes del sistema de producción de cerveza artesanal funcional ................................................................. 81 Tabla 10. Equipos utilizados para el análisis de las muestras ................... 82 Tabla 11. Instrumentos utilizados para el análisis de las muestras ............ 82 Tabla 12. Composición del lote 1 de cerveza artesanal funcional .............. 84 Tabla 13. Composición del lote 2 de cerveza artesanal funcional ............. 84 Tabla 14. Composición del lote 3 de cerveza artesanal funcional ............. 85 Tabla 15. Composición del lote 4 de cerveza artesanal funcional ............. 85 Tabla 16. Composición del lote 5 de cerveza artesanal funcional ............. 85 Tabla 17. Composición del lote 6 de cerveza artesanal funcional ............. 86 7 Tabla 18. Composición del lote 7 de cerveza artesanal funcional ............. 86 Tabla 19. Composición del lote 8 de cerveza artesanal funcional .............86 Tabla 20. Valores de los parámetros densidad, pH y porcentaje de alcohol del lote 1 de cerveza artesanal funcional ................................. 87 Tabla 21. Valores de los parámetros densidad, pH y porcentaje de alcohol del lote 2 de cerveza artesanal funcional ................................. 87 Tabla 22. Valores de los parámetros densidad, pH y porcentaje de alcohol del lote 3 de cerveza artesanal funcional ................................. 88 Tabla 23. Valores de los parámetros densidad, pH y porcentaje de alcohol del lote 4 de cerveza artesanal funcional ................................. 88 Tabla 24. Valores de los parámetros densidad, pH y porcentaje de alcohol del lote 5 de cerveza artesanal funcional ................................. 88 Tabla 25. Valores de los parámetros densidad, pH y porcentaje de alcohol del lote 6 de cerveza artesanal funcional ................................. 89 Tabla 26. Valores de los parámetros densidad, pH y porcentaje de alcohol del lote 7 de cerveza artesanal funcional ................................. 89 Tabla 27. Valores de los parámetros densidad, pH y porcentaje de alcohol del lote 8 de cerveza artesanal funcional ................................. 89 Tabla 28. Valores de absorbancia a 430nm de las muestras del lote 1 y el valor calculado de los grados de color ...................................... 90 Tabla 29. Valores de absorbancia a 430nm de las muestras del lote 2 y el valor calculado de los grados de color ...................................... 90 Tabla 30. Valores de absorbancia a 430nm de las muestras del 8 lote 3 y el valor calculado de los grados de color ....................................... 91 Tabla 31. Valores de absorbancia a 430nm de las muestras del lote 4 y el valor calculado de los grados de color ....................................... 91 Tabla 32. Valores de absorbancia a 430nm de las muestras del lote 5 y el valor calculado de los grados de color ....................................... 91 Tabla 33. Valores de absorbancia a 430nm de las muestras del lote 6 y el valor calculado de los grados de color ....................................... 92 Tabla 34. Valores de absorbancia a 430nm de las muestras del lote 7 y el valor calculado de los grados de color ...................................... 92 Tabla 35. Valores de absorbancia a 430nm de las muestras del lote 8 y el valor calculado de los grados de color ....................................... 92 Tabla 36. Valores de absorbancia a 275nm de las muestras del lote 1 y el valor calculado de los grados de amargor .................................93 Tabla 37. Valores de absorbancia a 275nm de las muestras del lote 2 y el valor calculado de los grados de amargor .................................93 Tabla 38. Valores de absorbancia a 275nm de las muestras del lote 3 y el valor calculado de los grados de amargor ..................................94 Tabla 39. Valores de absorbancia a 275nm de las muestras del lote 4 y el valor calculado de los grados de amargor ................................. 94 Tabla 40. Valores de absorbancia a 275nm de las muestras del lote 5 y el valor calculado de los grados de amargor ................................. 94 Tabla 41. Valores de absorbancia a 275nm de las muestras del lote 6 y el valor calculado de los grados de amargor ..................................95 9 Tabla 42. Valores de absorbancia a 275nm de las muestras del lote 7 y el valor calculado de los grados de amargor ................................. 95 Tabla 43. Valores de absorbancia a 275nm de las muestras del lote 8 y el valor calculado de los grados de amargor ................................. 95 Tabla 44. Valores de absorbancia a 595nm de los patrones de la curva de calibración para analizar proteínas totales ............................. 96 Tabla 45. Valores de absorbancia a 595nm de las muestras del lote 1 y el valor calculado de la cantidad de proteínas en 100 mL de cerveza artesanal funcional ...................................................................... 97 Tabla 46. Valores de absorbancia a 595nm de las muestras del lote 2 y el valor calculado de la cantidad de proteínas en 100 mL de cerveza artesanal funcional ..................................................................... 98 Tabla 47. Valores de absorbancia a 595nm de las muestras del lote 3 y el valor calculado de la cantidad de proteínas en 100 mL de cerveza artesanal funcional ..................................................................... 98 Tabla 48. Valores de absorbancia a 595nm de las muestras del lote 4 y el valor calculado de la cantidad de proteínas en 100 mL de cerveza artesanal funcional ..................................................................... 99 Tabla 49. Valores de absorbancia a 595nm de las muestras del lote 5 y el valor calculado de la cantidad de proteínas en 100 mL de cerveza artesanal funcional ...................................................................... 99 Tabla 50. Valores de absorbancia a 595nm de las muestras del lote 6 y el valor calculado de la cantidad de proteínas en 100 mL de 10 cerveza artesanal funcional ................................................................... 100 Tabla 51. Valores de absorbancia a 595nm de las muestras del lote 7 y el valor calculado de la cantidad de proteínas en 100 mL de cerveza artesanal funcional ................................................................... 100 Tabla 52. Valores de absorbancia a 595nm de las muestras del lote 8 y el valor calculado de la cantidad de proteínas en 100 mL de cerveza artesanal funcional ................................................................... 101 Tabla 53. Resultado de la cata de la cerveza artesanal funcional del lote 1 ................................................................................................ 102 Tabla 54. Resultado de la cata de la cerveza artesanal funcional del lote 2 ................................................................................................ 102 Tabla 55. Resultado de la cata de la cerveza artesanal funcional del lote 3 ................................................................................................ 102 Tabla 56. Resultado de la cata de la cerveza artesanal funcional del lote 4 ................................................................................................ 103 Tabla 57. Resultado de la cata de la cerveza artesanal funcional del lote 5 ................................................................................................ 103 Tabla 58. Resultado de la cata de la cerveza artesanal funcional del lote 6 ................................................................................................ 103 Tabla 59. Resultado de la cata de la cerveza artesanal funcional del lote 7 ................................................................................................ 104 Tabla 60. Resultado de la cata de la cerveza artesanal funcional del lote 8 ................................................................................................ 104 11 Tabla 61. Valores de densidad, pH y grado de alcohol para muestras de cada lote ............................................................................ 111 Tabla 62. Valores de color para muestras de cada lote .......................... 112 Tabla 63. Valores de amargor para muestras de cada lote .................... 113 Tabla 64. Valores de proteínas totales para muestras de cada lote ........................................................................................... 114 Tabla 65. Evaluación sensorial de cada lote de cerveza artesanal funcional ................................................................................. 114 12 RESUMEN El presente trabajo de investigación consistió en la elaboración de una cerveza artesanal funcional a base de quinua en una planta semi industrial. Se elaboraron ocho tipos de cerveza de aproximadamente 20 litros cada uno, los cuales tuvieron recetas diferentes y siguieron el proceso siguiente: maceración, añadido de adjunto nutritivo de quinua, cocción, enfriamiento, fermentación, maduración, gasificación y embotellado. Se analizaron muestras de cada tipo para los parámetros de densidad, pH, grado alcohólico, color, amargor y proteínas totales. Además, pasaron por un análisis sensorial. El análisis de datos de los parámetros mencionados y los resultados de la cata de la cerveza determinaron la mejor receta, que tuvo la siguiente composición: 20L de agua, 2kg de malta Caraamber, 2 kg de malta Pale, 11.5 g de levadura Safale American, 7.24g de lúpulo Citra, 9.65g de lúpulo Chinook y 6.5L de agregado de quinua. La cerveza con mejores características tuvo un grado alcohólico de 4.7%, densidad de 1.044 SG, pH de 5.6, color de 29.3 EBC, amargor de 31.2 °IBU y una cantidad de proteínas totales de 3.676 g/100mL. PALABRAS CLAVE: cerveza artesanal, quinua, malta, semi industrial 13 RESUMO O presente trabalho de pesquisa consistiu na elaboração de uma cerveja artesanal funcional à base de quinoa em uma planta semi-industrial. Foram elaborados oito tipos de cerveja de aproximadamente 20 litros cada, que tinham receitas diferentes e seguiram o seguinte processo: maceração, adição de adjunto nutricional de quinoa, cozimento, resfriamento, fermentação, maturação, gaseificação e engarrafamento. Amostras de cada tipo foram analisadas quanto aos parâmetros de densidade, pH, teor alcoólico, cor, amargor e proteína total. Além disso, eles passaram por uma análise sensorial. A análise dos dados dos parâmetros citados e os resultados da degustação da cerveja determinaram a melhor receita, que teve a seguinte composição: 20L de água, 2kg de malte Caraamber, 2kg de malte Pale, 11,5 g de levedura Safale americana, 7,24 g de lúpulo Citra, 9,65 g de lúpulo Chinook e 6,5 L de quinoa adicionados. A cerveja com as melhores características apresentou teor alcoólico de 4,7%, densidade de 1,044 SG, pH de 5,6, cor de 29,3 EBC, amargor de 31,2 °IBU e teor de proteína total de 3,676 g/100mL. PALAVRAS-CHAVE: cerveja artesanal, quinoa, malte, semi-industrial 14 INTRODUCCIÓN La cerveza es, desde tiempos antiguos, una de las bebidas más populares, y también es la bebida alcohólica más consumida a nivel nacional y mundial. En el Perú, el consumo de cerveza fabricada industrialmente es masivo, pero en los últimos años la cerveza elaborada de manera artesanal ha captado muchos seguidores. Estas cervezas artesanales son producidas por empresas (pequeñas y medianas) que realizan diversas formulaciones, por lo que la variedad actual es amplia (se realizan variaciones en el sabor, la textura, la brillantez, el grado alcohólico, por ejemplo). En relación a la cerveza artesanal, el presente trabajo busca presentar una forma alternativa de ver la cerveza artesanal, mediante el uso de quinua, para convertir esta bebida en una cerveza funcional, es decir, una bebida alcohólica que beneficie a quien la consuma. El aporte de la quinua a una cerveza es notable, ya que es una planta oriunda de nuestro país que provee un alto nivel proteico, de minerales (calcio, hierro), por citar algunos de sus beneficios. 15 I. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA 1.1. Descripción de la realidad problemática Nuestro país cuenta con un consumo muy elevado de cerveza, y no solo de cerveza preparada industrialmente, sino que el consumo de cerveza artesanal se ha incrementado de manera notable en los últimos años. Un problema con la cerveza, en general, es que no tiene un aporte considerable de nutrientes, por lo que su consumo no representa mucho desde el punto de vista nutricional. Por ello, el presente trabajo buscó elaborar una cerveza que resulte ser funcional para quien la consuma. En este trabajo se utilizó la quinua como agregado, ya que su aporte proteico es alto, y además provee un sabor y olor agradable a esta bebida alcohólica. 1.2. Formulación del problema 1.2.1. Problema General ¿Cómo debe ser la elaboración de una cerveza artesanal funcional utilizando la quinua como agregado? 1.2.2. Problemas específicos a) ¿Cuál es el proceso productivo de la cerveza artesanal funcional? b) ¿Cuáles son los parámetros de producción de cerveza artesanal funcional? 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General Elaborar cerveza artesanal funcional utilizando la quinua como agregado. 16 1.3.2. Objetivos Específicos a) Determinar el proceso productivo de cerveza artesanal funcional. b) Identificar los parámetros de producción de cerveza artesanal funcional que tiene como agregado la quinua. 1.4. Limitantes de la investigación Entre las limitantes encontradas, durante el desarrollo del trabajo planteado, se puede considerar lo listado a continuación: a) La preparación de muestra para los análisis instrumentales. b) La falta de trabajos similares a nivel nacional, para hacer la contrastación de resultados. 17 II. MARCO TEÓRICO 2.1 Antecedentes A continuación, se presentan los antecedentes, estudios que guardan relación directa o indirecta con el objeto de estudio de esta investigación. 2.1.1 Antecedentes internacionales Capece, Angela; Romaniello, Rossana; Pietrafesa, Angela; Siesto, Gabriella; Pietrafesa, Rocchina; Zambuto, Marianna Y Romano, Patrizia (2018). Universitá degli Studi della Basilicata – Italia, “Uso de Saccharomyces cerevisiae var. Boulardii en co-fermentaciones con S. cerevisiae para la producción de cervezas artesanales con potencial de valorización saludable”. Recientemente, se observó un aumento en el interés del consumidor por la cerveza, como consecuencia de los altos antioxidantes fenólicos y el bajo contenido de etanol presente en esta bebida. Entre todos los tipos de cerveza, en los últimos años, el consumo de cervezas artesanales ha ganado popularidad. Al ser una cerveza artesanal sin pasteurizar y sin pasteurizar, es potencialmente un nuevo vehículo para generar efectos en la salud. Si bien los beneficios para la salud de las bacterias del ácido láctico como probióticos son bien conocidos, hay pocos datos disponibles sobre las levaduras probióticas en alimentos fermentados. Por lo tanto, este estudio tuvo como objetivo analizar el efecto de la integración de la conocida cepa de levadura probiótica de S. cerevisiae var. boulardii (S.b) en cultivos mixtos con cepas de S. cerevisiae para la producción de 18 cervezas con beneficios saludables aumentados. La cepa probiótica de S.b se probó en cultivos mixtos con cepas seleccionadas de S. cerevisiae, durante la fermentación del mosto. Como la viabilidad durante las operaciones de procesamiento es uno de los criterios para seleccionar cepas adecuadas de microorganismos probióticos, se evaluó la supervivencia de las levaduras probióticas durante la fermentación y la presencia de células altamente viables al final de las fermentaciones. En casi todas las fermentaciones mixtas, al final del proceso, la levadura probiótica predominó en la cepa de S. cerevisiae, y las cervezas experimentales contenían un alto número de células viables de la cepa Sb. El análisis de cervezas experimentales para el contenido de compuestos volátiles principales mostró que la inclusión de la cepa S.b en el iniciador mixto no afectó negativamente el aroma de la cerveza. Además, la inclusión de la cepa S.b en iniciadores mixtos determinó un aumento en la actividad antioxidante y el contenido de polifenoles, en comparación con las cervezas de fermentaciones de un solo iniciador, lo que indica la influencia de la cepa S.b en estos parámetros. Algunos cultivos de inicio mixtos probados en este estudio dieron como resultado una herramienta muy prometedora para aumentar la calidad saludable del producto, como mejorar la actividad antioxidante y el contenido de polifenoles de la cerveza. 19 Yan, Dan; Foo, Yong; Shellie, Robert; Marriott, Philip; Whittock, Simon y Koutoulis, Anthony (2018). Australian Centre for Research on Separation Science – Australia, “Evaluación de los perfiles fitoquímicos de nuevos cultivares de lúpulo (Humulus lupulus L.): una ruta potencial para la elaboración de cerveza”. Este estudio investigó la diversidad fitoquímica volátil de 30 muestras obtenidas de plantas híbridas experimentales y comerciales de H. lupulus L. Los aceites esenciales destilados de estas muestras se analizaron mediante cromatografía de gases de alta resolución junto con espectrometría de masas de tiempo de vuelo de masa precisa. Se detectaron un total de 24 metabolitos en todas las muestras, pero los cultivares comerciales (seleccionados por su rendimiento en la elaboración de la cerveza) tenían menos compuestos identificados en comparación con los genotipos experimentales. Análisis de quimiometría permitió diferenciar claramente los híbridos experimentales de los cultivares comerciales, discutidos en términos de las diferentes clases de compuestos presentes en diferentes genotipos. Las diferencias entre los mono y sesquiterpenoides parecen estar relacionadas con: i) el origen genético de las plantas; o ii) los procesos de bioacumulación de los metabolitos secundarios identificados. 20 Gatrell, Jay; Reid, Neil Y Steiger, Thomas (2017). Bellamine University – USA, “Los espacios de marca: lugar, región, sostenibilidad y la industria cervecera artesanal estadounidense”. De acuerdo a los autores, el crecimiento de la industria de la cerveza artesanal reside en el nexo entre naturaleza, lugar e identidad, lo que se considera una geografía aplicada del crecimiento que está necesariamente informada por la sostenibilidad y los conceptos geográficos estrechamente relacionados de las interacciones entre el hombre y el medio ambiente. Además, examinamos la marca de la naturaleza y el lugar como mecanismos espaciales co-determinados para la diferenciación del mercado y el crecimiento económico, incluido el neo-localismo. Específicamente, examinamos ejemplos del mundo real de iniciativas de marca auténticas que se extienden a partir de interacciones dinámicas entre personas y ambiente que promueven la sostenibilidad general de las comunidades y la industria de la cerveza artesanal. Al hacerlo, proponemos un marco de desarrollo económico basado en una geografía aplicada organizada en torno a los conceptos de lugar, región y sostenibilidad. El marco se puede utilizar en una variedad de contextos de desarrollo económico y en múltiples industrias. 21 Gomez Corona, Carlos; Lelievre, Maud; Escalona, Héctor Chollet, Sylvie y Valentin, Dominique (2016). Universidad Autónoma Metropolitana – México, “Representación de la cerveza artesanal entre hombres en dos culturas diferentes”. El consumo de cerveza artesanal ha ido cambiando en todo el mundo. Pasó de un producto poco conocido a un producto común entre los consumidores. En los últimos años, las ventas de cerveza artesanal han crecido más rápido que el estilo dominante de cerveza en países con diferentes tradiciones cerveceras como México y Francia. Un cambio en los hábitos de consumo es una señal de que la representación del producto está cambiando. Por lo tanto, es valioso entender los elementos y la estructura de esta nueva representación. El presente estudio se realizó para comprender el impacto de la cultura y los hábitos de consumo en la representación de la cerveza. Trescientos consumidores masculinos (usuarios de cerveza artesanal e industrial) fueron entrevistados en México y Francia. Los resultados mostraron que los consumidores de la misma cultura comparten representaciones sociales similares de la cerveza artesanal, incluso cuando tienen diferentes hábitos de consumo (artesanal- industrial). Los consumidores mexicanos comparten el alcohol y el sabor como elementos centrales en sus representaciones, pero solo comparten un elemento periférico, la "tradición". Los consumidores franceses comparten dos elementos centrales: el gusto y la fiesta. Al comparar a los consumidores de diferentes culturas, los participantes de la artesanía 22 francesa y mexicana no comparten elementos centrales en sus representaciones hacia la cerveza; mientras que los consumidores de cerveza industrial comparten un elemento “alcohol”. Los consumidores de artesanías parecen tener una representación social más estructurada, sostenida o alimentada por los hábitos de consumo, mientras que la representación de los consumidores de cerveza industrial parece ser menos resistente o capaz de cambiar con el tiempo. Donadini, Gianluca Y Porretta, Sebastiano (2016). Experimental Station for the Food Preserving Industry – Italia, “Descubrir patrones de interés de los consumidores por la cerveza: un estudio de caso con cervezas artesanales”. Para descubrir patrones de interés del consumidor en las cervezas artesanales, los autores exploraron la percepción de la calidad de las cervezas artesanales en un panel de bebedores de cerveza industriales (n = 150) y examinaron las diferencias de interés para este segmento de cerveza entre hombres y mujeres. Los autores adoptaron un experimento de calificación conjunta en el que los encuestados recibieron cuarenta y nueve perfiles de cerveza para evaluar y se les pidió que puntuaran el grado de interés en cada perfil en una escala de 9 puntos. Cada perfil se describió en ocho atributos (tipo de cervecería, tecnología de elaboración de cerveza, caracterización de las materias primas, equipo de la cervecería, ubicación de la cervecería, tipo de envase, precio de venta al por menor, dónde 23 comprar) varió a diferentes niveles. Los resultados mostraron que los consumidores italianos le dieron mayor importancia al tipo de contenedor (30,49%) y en tecnología de elaboración de cerveza (17,64%). La caracterización de las materias primas (13.44%) y el tipo de cervecería (12.64) se ubicaron en los puestos 3 y 4 y se ubicaron en la misma banda por debajo de la tecnología de elaboración de cerveza. El precio de venta al público (9,87%) y dónde comprar (8,73%) fueron mucho menos importantes. La menor importancia de todas se atribuyó al equipo de la sala de cocción (4,44%) y a la ubicación de la cervecería (2,75%). En lo que respecta a los valores de utilidad, la botella de vidrio a nivel de factor + la tapa de corona y la microfiltración a nivel de factor son las utilidades que más aumentaron el interés de los consumidores. Fueron seguidos por los granos locales a nivel de factor, barril de acero inoxidable y monasterio. En contraste, el nivel de factor PET Keg, la lata de aluminio y la cervecería corporativa a gran escala mostraron el mayor impacto negativo en los intereses. Hombres y mujeres compartieron patrones de interés similares. Sin embargo, los hombres asignaron más importancia que las mujeres al precio minorista, la ubicación de la cervecería y dónde comprar. Las mujeres asignaron más importancia que los hombres al tipo de envase, la tecnología de elaboración de la cerveza y el tipo de cervecero. Estos hallazgos son relevantes para comprender el comportamiento de los consumidores en el mercado de la cerveza y para traducir las necesidades, deseos y expectativas de los consumidores en manufactura diseñada para 24 producir el mejor producto posible, competitivo en costo y ampliamente aceptado en un período relativamente corto. Sancho, Rubén (2015). Universitat Politécnica de Catalunya - España, “Diseño de una Micro-Planta de fabricación de cerveza y estudio de técnicas y procesos de producción”. En el presente proyecto se realizó un estudio económico y tecnológico para la implantación de una fábrica de cerveza artesanal, con una capacidad de producción inicial de 360 hl/año. La planta está situada en Albelda (Huesca). Se llevó a cabo un análisis exhaustivo de todos los aspectos que influyen en la elaboración de la cerveza, identificando los puntos críticos del proceso que finalmente determinaron la calidad del producto final. Para poder desarrollar estos conceptos contaron con una planta piloto de 100 litros de capacidad. La cerveza es una bebida fermentada preparada a partir de agua, cebada malteada y aromatizada con flores de lúpulo. El proceso de fabricación constó de las siguientes etapas: molturado del grano, maceración, filtrado, cocción, centrifugación, enfriamiento, fermentación, maduración y envasado. Aquilani, Barbara; Laureti, Tiziana, Poponi, Stefano y Secondi, Luca (2015). University of Tuscia – Italia, “La elección de la cerveza y los 25 factores determinantes del consumo cuando se prueban las cervezas artesanales: un estudio exploratorio de las preferencias de los consumidores”. El objetivo de este artículo es estudiar la emergente industria de la cerveza artesanal desde una perspectiva de preferencia del consumidor. La industria de la cerveza artesanal es uno de los segmentos en crecimiento en la industria de las bebidas y su creciente popularidad también afecta las preferencias comerciales de cerveza y las tendencias de consumo de las personas, aunque aún no se ha realizado un estudio empírico en Europa sobre este tema. Este estudio exploratorio tiene como objetivo comparar el perfil de los consumidores de cerveza comercial "puramente" con el de los consumidores de cerveza comerciales que ya han probado cervezas artesanales. Se observó que el aroma y la calidad percibida, así como la preferencia por la cerveza de barril, beber cerveza con frecuencia o uno mismo, son factores que explican la propensión de los bebedores de cerveza comerciales "puramente" a probar la cerveza artesanal. También se encontró que las evaluaciones de las características de los consumidores de cerveza y las marcas diferían dependiendo de si habían probado cerveza artesanal o no. Además, la cerveza artesanal se elige de acuerdo con las diferentes preferencias de sabor en comparación con la cerveza comercial, principalmente la consumen los bebedores de cerveza frecuentes en los pubs y sus familiares, y se percibe como de 26 mayor calidad que la cerveza comercial debido a las materias primas utilizadas para la elaboración de cerveza. y su calidad general. Estos resultados pueden ayudar tanto a los nuevos empresarios en el segmento de cerveza artesanal como a las grandes empresas manufactureras a tratar de comprender mejor esta nueva tendencia de consumo para satisfacer las nuevas necesidades y preferencias de los consumidores de cerveza. Grunde, John; Li, Siqui y Merl, Robert (2014). Blekinge Institute of Technology – Suecia, “Cervecerías artesanales y sostenibilidad: desafíos, soluciones e impactos positivos”. Esta investigación utiliza el Marco para el Desarrollo Estratégico Sostenible (FSSD) para evaluar los desafíos de sostenibilidad y los impactos positivos de una cervecería artesanal, así como soluciones viables para superar los desafíos que enfrentan estas cervecerías. Los datos fueron recolectados a través de literatura, informes de sostenibilidad y una encuesta. Nuestra investigación reveló cinco desafíos principales y cuatro impactos positivos principales de una cervecería artesanal; estos desafíos son la energía, el agua, la agricultura, el empaque y la distribución, y el consumo de alcohol, mientras que los impactos positivos son la conexión local, la economía local, la interacción social y la identidad cultural. Además, se desarrolló un prototipo de herramienta para ayudar a las cervecerías artesanales a ser 27 más sostenibles y podría ayudar a mover a la sociedad, en su conjunto, hacia la sostenibilidad. Esteve Saus, Marina (2013). Tampere University of Applied Sciences – Finlandia, “Diseñando una cervecería artesanal de energía neutral”. Este proyecto estudió las materias primas y los procesos de fabricación de cerveza. También especifica el equipo necesario para comenzar una microcervecería artesanal, capaz de producir 100 L de cerveza cada tres semanas. Además, este proyecto estima el espacio que necesita esta microcervecería, pero lo más importante es que estudia cómo la microcervecería puede ser neutra desde el punto de vista energético, utilizando un sistema de recolección y tratamiento de agua, y un sistema de paneles solares fotovoltaicos térmicos. Durante el proyecto, se produjeron dos tipos de cerveza para tener un conocimiento más amplio del proceso y para estimar las cantidades necesarias de ingredientes necesarios en una microcervecería artesanal. El proyecto se realizó utilizando el software BeerSmith. Este proyecto podría implementarse en cualquier bar u hogar que tenga el espacio requerido y, como tiene que ser de energía neutral, la microcervecería debería ubicarse en un lugar con un clima mediterráneo. 28 2.1.2 Antecedentes nacionales Echia, Diego (2018). Universidad San Ignacio de Loyola – Perú, “Elaboración de cerveza utilizando una mezcla de malta de cebada y papa nativa amarilla “tumbay””. La Cerveza se define como “una bebida resultante de fermentar mediante levaduras seleccionadas, el mosto procedente de malta de cebada sólo o mezclado con otros productos amiláceos transformables en azúcares por digestión enzimática, cocción y aromatizado con flores de lúpulo”. La investigación se realizó con la finalidad de Elaborar cerveza artesanal a base de malta de cebada y papa nativa amarilla “tumbay”, teniendo en cuenta tres variables. Las variables fueron la proporción entre malta de cebada y papa nativa amarilla ‘tumbay’, la cantidad de lúpulo por litro de mosto y la cantidad de azúcar por litro de cerveza. 2.2. Bases teóricas 2.2.1 Fermentación alcohólica La fermentación alcohólica es un proceso de oxidación bioquímica espontánea o inducida por el cual, bajo la acción de enzimas de levadura, los carbohidratos se convierten en alcohol etílico y CO2 como los principales productos acompañados por varios subproductos. La glucosa se convierte en ácido pirúvico durante la glucólisis. Cuando hay oxígeno disponible, el ácido pirúvico entra en una serie de reacciones químicas (conocidas como ciclo del ácido tricarboxílico) y procede a la 29 cadena respiratoria. Como resultado de la respiración, las células producen 36-38 moléculas de ATP por cada molécula de glucosa oxidada (Figura 1). En este proceso de fermentación, la levadura se usa principalmente como biocultivo y solución acuosa de monosacárido (materias primas) como medio de cultivo para la producción de bebidas. En el proceso de fermentación alcohólica, la levadura generalmente lleva a cabo el proceso de fermentación aeróbica, pero también puede fermentar las materias primas en condiciones anaeróbicas. En ausencia de oxígeno, se produce fermentación alcohólica en el citosol de la levadura. En condiciones anaeróbicas, el piruvato se puede transformar en etanol, donde primero se convierte en una molécula intermedia llamada acetaldehído, que libera aún más dióxido de carbono, y el acetaldehído se convierte en etanol. En la fermentación alcohólica, el aceptor de electrones llamado NAD+ se reduce para formar NADH. El intercambio de electrones que ocurre en el proceso ayuda a construir ATP (Santanu et al., 2020). 30 Figura 1. Proceso de fermentación de la glucosa Fuente: Researchgate, 2010 Desde el trabajo de Pasteur, varios tipos de microorganismos (incluida la levadura y algunas bacterias) se han utilizado para descomponer el ácido pirúvico para producir etanol en la fabricación de cerveza. El otro subproducto de la fermentación, el dióxido de carbono, se usa en la fabricación de pan y la producción de bebidas carbonatadas. Otros organismos vivos (como los humanos) metabolizan el ácido pirúvico en lactato porque carecen de las enzimas necesarias para la producción de alcohol, y en los mamíferos, el hígado recicla el lactato en glucosa (Segal, 2010). 31 2.2.2 Producción de la cerveza El primer paso del proceso es aplastar la malta. Esto rompe los granos, exponiendo la bola de almidón adentro y haciéndola accesible al fabricante. Los granos solo se trituran ligeramente, dejando el casco intacto para que sirva de lecho filtrante para el proceso de lavado posterior. Seguidamente se extrae azúcares de granos fermentables. Básicamente consiste en sumergir los granos en agua a temperaturas entre 140 ° y 160 ° Fahrenheit por un período de sesenta a noventa minutos con un espesor similar al de la avena. Esto activa enzimas naturales en el grano que convierte los almidones de grano en azúcares, como la maltosa, que la levadura puede metabolizar. Durante la filtración, los azúcares fermentables se enjuagan de los granos. A medida que el licor endulzado del puré, ahora llamado mosto (explicado en el punto anterior), se drena lentamente desde el fondo del túnel de puré, el agua caliente se bombea desde la parte superior a la misma velocidad lenta. A medida que el agua fluye a través de los granos, la temperatura aumenta a aproximadamente 170 ° Fahrenheit, lo que hace que los azúcares sean más solubles y más fáciles de eliminar. Como se mencionó anteriormente, las cubiertas de granos intactos forman un filtro natural, eliminando trozos de grano y proteína del mosto. En algunos sistemas de elaboración, la filtración ocurre en el túnel de maceración. En otros, todo el puré se bombea a un túnel de filtración especial (A.M.C.A, 1977). 32 Desde la etapa de lavado, el mosto se bombea al hervidor donde se hierve. Una ebullición vigorosa se mantiene durante sesenta minutos o más. Durante la ebullición, el mosto se esteriliza y se concentra a la densidad de azúcar adecuada, las proteínas que causan turbidez se eliminan (ruptura en caliente) y se produce una ligera caramelización que profundiza el sabor y el color de la cerveza. Una de las cosas más importantes que ocurre durante la ebullición es la adición de lúpulos. Los lúpulos para amargor se agregan temprano en el hervor, mientras que los de sabor y aroma se agregan más tarde. Después de hervir, el mosto se bombea a través de un intercambiador de calor para enfriarlo lo más rápido posible a la temperatura de fermentación. El enfriamiento rápido minimiza el peligro de contaminación bacteriana y causa más neblina que hace que las proteínas se precipiten fuera del mosto (rotura en frío) (A.M.C.A, 1977). La levadura se agrega una vez que el mosto ha alcanzado la temperatura deseada para la fermentación. Los cerveceros llaman liberación a la adición de levadura. La humanidad se ha beneficiado de los productos de fermentación, pero desde el punto de vista de la levadura, el alcohol y el dióxido de carbono son solo productos de desecho. A medida que la levadura continúa creciendo y metabolizando el azúcar, la acumulación de alcohol se vuelve tóxica y eventualmente mata las células. 33 La mayoría de las cepas de levadura pueden tolerar una concentración de alcohol del 10-15% antes de ser sacrificadas. Esta es la razón por la cual el porcentaje de alcohol en vinos y cervezas es típicamente en este rango de concentración. Sin embargo, al igual que los humanos, diferentes cepas de levadura pueden tolerar diferentes cantidades de alcohol. Por lo tanto, los fabricantes de cerveza y el vino pueden seleccionar diferentes variedades de levadura para producir diferentes contenidos de alcohol en sus bebidas fermentadas, que van del 5 por ciento al 21 por ciento de alcohol por volumen. Para bebidas con mayores concentraciones de alcohol (como licores), los productos fermentados deben destilarse (Segal, 2010). Continuando con el proceso de producción de cerveza, una vez que la levadura ha sido liberada, el mosto se puede llamar propiamente cerveza. La fermentación puede durar unos días o unas pocas semanas, dependiendo de la variedad de levadura y la fuerza de la cerveza. Durante el proceso, la levadura reproduce y luego metaboliza los azúcares, produciendo CO2, alcohol y una gran cantidad de otros compuestos sabrosos y aromáticos que agregan complejidad a la cerveza. Durante el apogeo de la fermentación, la cerveza está cubierta por una espuma gruesa y cremosa. Una vez que los azúcares disponibles se han consumido, las células de levadura se agrupan o floculan y caen al fondo del fermentador. Con la fermentación completa de la cerveza, se elimina la levadura y se bombea la cerveza a un tanque de acondicionamiento donde se almacena 34 a temperaturas cercanas a la congelación. También puede agregar lúpulos en este punto, un paso conocido como “lúpulo en seco” que da a la cerveza un sabor y aroma extra de lúpulo. Una vez la cerveza es clara, lista para filtrar y empacar (A.M.C.A, 1977). El proceso de fabricación de cerveza se muestra en la figura 2. 35 Figura 2. Proceso de producción de cerveza Fuente: Creative Commons, 2015 36 2.3 Conceptual 2.3.1 El Agua El agua es la materia prima en mayor proporción utilizada para la fabricación de cerveza. Sin embargo, solamente una parte de la cantidad de agua requerida es usada directamente en la cerveza, mientras que otra parte se requiere para limpieza, enjuague y otros propósitos. El consumo de agua fresca en las fábricas de cerveza varía en promedio entre 4 y 6 hl/hl de cerveza lista para la venta. Es por ello muy importante reducir el consumo de agua tanto como sea posible, puesto que no es usual que las micro-cervecerías cuenten con una planta depuradora de aguas (Esteve, 2013). Todas las cervezas de color claro, generalmente tienen un pH entre 4.4 y 4.7. Cuanto menor es el pH, mejor es la estabilidad biológica. Por lo tanto, uno debe esforzarse por obtener el pH más bajo posible. Sin embargo, es más fácil decirlo que hacerlo. En particular, no es posible disminuir el pH por medio de una simple descarbonatación del agua de preparación con cal. El contenido de calcio del agua se reduce durante la descarbonatación. El resultado de esto es la reducción de la precipitación de fosfato de calcio en el macerado y, con ello, un aumento en la amortiguación. La descarbonatación también causa una disminución del pH en el macerado y, en consecuencia, una acción más fuerte de las enzimas proteolíticas que luego provoca un aumento en la creación de tampones. La descarbonatación con cal da así un mosto más ácido pero más fuertemente 37 tamponado. De ello se deduce que con un pH reducido como en el mosto de agua descarbonatada, se producirá menos ácido durante la fermentación que en el mosto de agua no tratada. En el análisis final uno tiene lo que a menudo experimentamos en la práctica: cervezas que apenas difieren en pH. El ejemplo del Pilsners original demuestra que la situación es realmente así. El agua de Pilsner contiene poca dureza de carbonato y es, con respecto al pH, un agua en su mayoría libre de carbonato con baja dureza permanente (Kohlbach, 2008). a. Calidad del agua El agua es el elemento vital de cualquier cerveza y por volumen comprende el 90 - 97% de cada litro, botella y lata de cerveza que bebemos. Como tal, la calidad del agua es de suma importancia en el proceso de elaboración de la cerveza y un factor determinante crítico en el sabor, la calidad y la repetibilidad del producto final que sale de la puerta de cualquier operación de la cervecería. Al depender tanto de la calidad del agua que entra en nuestra cerveza, solo parece apropiado que el agua que ingresa a una fábrica de cerveza se controle y se pruebe de forma consistente para garantizar la pureza, la calidad y la consistencia antes de que se convierta en el componente más importante de elaborar cerveza. Pero el 100% del agua que se usa en la cervecería hace que pase por la línea de envasado. Cientos, si no miles de litros pueden salir de la cervecería como desechos en lugar de cerveza y 38 este flujo de efluentes puede tener un impacto ambiental significativo si no se tratan adecuadamente. b. Conductividad La conductividad es un parámetro crítico en el monitoreo de la calidad del agua (figura 3) que puede tener un gran impacto en el sabor de la cerveza. Los iones disueltos, como el calcio, el magnesio, el sulfato, el sodio, el bicarbonato y el cloruro, contribuyen a la conductividad del agua de elaboración entrante y contribuyen de manera acumulativa al nivel de conductividad de esta agua. Junto con el carbonato de calcio, estos iones también contribuyen a la dureza del agua, una medida que es análoga a la conductividad y puede tenderse para ayudar a perfeccionar la burtonización y, por lo tanto, distintos perfiles de sabor indicativos de varios estilos de cerveza (Burkert, 2015). Figura 3. Conductividad de algunos líquidos Fuente: Selectech, 2015 Agua: Agua ultra pura Agua pura Agua de proceso Comida: Agua de beber Cerveza Leche Jugo de naranja Proceso: Ácido fosfórico Ácido sulfúrico 39 c. pH El pH es un parámetro clave para medir y controlar la química del agua, sin embargo, su impacto en la cerveza se retrasa un poco más allá de la entrada. Donde el pH realmente cuenta está en la masa y, de hecho, es altamente dependiente de los iones que establecen la conductividad mencionados anteriormente. A medida que la mezcla reacciona al agua de entrada ajustada según la medición de conductividad, el monitoreo en línea del pH puede ayudar a eliminar el método de prueba y error / papel tornasol y aumentar la eficiencia y la repetibilidad de su proceso de mezcla. El pH es un componente circular del sistema de monitoreo de salida. La fusión de productos químicos CIP, soluciones de limpieza, levadura, cerveza desechada y otros fluidos produce un efluente que debe neutralizarse antes de enviarse a los flujos de tratamiento municipal (Burkert, 2015). En la tabla 1 se presentan los efectos finales sobre la cerveza de los principales iones disueltos en agua. 40 Tabla 1 Efecto final sobre la cerveza de los principales iones disueltos en el agua Ion Niveles típicos en partes por millón (ppm) Elaboración / Influencia en el sabor Calcio 50 ppm Estabiliza la actividad de la enzima alfa amilasa durante la maceración, ayuda a reducir el pH mediante la precipitación de fosfatos, precipita los oxalatos, desempeña un papel clave en la floculación y la sedimentación de la levadura. Magnesio No más de 30 ppm Más soluble que el calcio, puede causar un sabor amargo en altas concentraciones. Sodio / Potasio Raramente presente a altas concentraciones Se cree que el sodio tiene un sabor agrio / salado a niveles> 200 ppm. No tiene efecto sobre el pH porque los fosfatos son solubles. Hierro Fe3+ / Fe 2+ Debería ser menos de 0.2 ppm Da un sabor amargo al hash y juega un papel importante en la oxidación de polifenoles y la formación de turbidez. Cobre Menos de 0.1 ppm Un ion importante en la nutrición de la levadura. Zinc 0.1 - 0.15 ppm Un oligoelemento más importante en el mosto, ayuda a la síntesis de proteínas en las células de levadura. La deficiencia de zinc causa fermentaciones lentas / pobres. Manganeso Menos de 0.05 ppm Un ion importante en la nutrición de la levadura. Sulfato Niveles bajos en lager de hasta 600 ppm en IPA tradicionales. Los niveles altos de hasta 600 ppm en el agua Burton realzan el sabor amargo seco en las ales, pero la dureza en las lagers. Niveles más normales en cervezas son 2-300 ppm Cloruro Por encima de 300 ppm Contribuye a dar un paladar más suave y lleno. Bicarbonato Como regla general, el agua para la lager debe ser <50 ppm, ales <150 ppm, aunque los niveles han sido más altos en cervezas oscuras y stouts. Los altos niveles de bicarbonato conducen a niveles más altos de pH durante todo el proceso. Nitrato El nivel legal máximo es de 50 ppm en agua potable y cerveza. Los niveles altos indican el ingreso de agua superficial de las tierras agrícolas; Puede venir de malta y lúpulo; implicado en la formación de Compuestos Nitrosos Totales Aparentes (ATNCs) por bacterias reductoras de nitrato. Nitrito Nivel máximo legal de 0.1 ppm. Puede indicar la contaminación del agua por aguas residuales y es tóxica para las levaduras. Fuente: Buttrick, 2009 41 2.3.2 Cebada En términos botánicos, el grano de cebada representa un tipo de fruto indehiscente llamado cariopsis. Las cariopsis se desarrollan a partir de espiguillas, que están unidas al raquis del pico por estructuras cortas llamadas rachillas. El grano de cebada tiene una forma alargada y se divide longitudinalmente a la mitad por un pliegue que se extiende sobre el conjunto longitud del grano (Figura 4A). El pliegue marca el lado ventral del grano, y el lado opuesto se llama lado dorsal. El final del grano donde el embrión se encuentra conectado al raquis. Figura 4. Apariencia de un grano de cebada (A: ventral y B: dorsal) Fuente: Grunde, 2014 42 La cebada (figura 4) puede ser de dos hileras o de seis hileras y descascarada o sin cáscara. El tipo de cebada utilizado puede dar lugar a diferencias en el consumo de alimento, la eficiencia del alimento y la calidad del malteado. Las variedades de cebada de dos hileras producen menos granos, pero más grandes por planta que las variedades de seis hileras, por lo que la cebada de dos hileras generalmente resulta en una mejor eficiencia de alimentación en la calidad del ganado y del malteado. Estas diferencias pueden, en cierta medida, estar relacionadas con la gordura del núcleo. Los granos de variedades de seis hileras tienden a ser menos gruesos, especialmente cuando se producen en condiciones relativamente secas. Esto puede dar como resultado un contenido reducido de almidón con un mayor contenido de proteínas y fibra. Esto se debe a que el almidón representa una parte inferior del peso total del kernel. Los carbohidratos fibrosos son menos digestibles que el almidón y, por lo tanto, producen menos energía disponible para el ganado y las aves de corral. Las variedades de dos filas han tendido a producir rendimientos de grano en general más bajos que sus contrapartes de seis filas; sin embargo, esto está cambiando con el desarrollo de variedades de dos hileras de alto rendimiento tanto para los mercados de malteado como de alimentación (Collazos et al., 2014). Las partes más importantes del grano de cebada son el endospermo, el embrión y sus capas de cobertura de origen materno (Figura 4B). El endospermo consiste en un endosperma amiláceo y una capa de aleurona 43 circundante. El endosperma amiláceo forma la parte morfológica más grande del grano de cebada que comprende el 75% de su peso. La función del endosperma almidonado es servir como un almacenamiento de nutrientes para el embrión en crecimiento durante la germinación. Es compuesto de células muertas que carecen de núcleos y contienen gránulos de almidón incrustados en una matriz de proteínas de almacenamiento (Meale, 2015). La forma de la celda varía en los diferentes partes del endospermo amiláceo, siendo irregular en los flancos, prismático entre el pliegue y el lado dorsal del grano y más pequeño y regular en tamaño en la subaleurona, que es la capa más externa del endospermo amiláceo. Las células de subaleurona contienen más proteína de almacenamiento que otras células endospermas amiláceas (Holopainen, 2015). Figura 5. Siembra de cebada Fuente: Meale, 2015 44 En general, la cebada se almacena durante un corto período de tiempo en refugios o depósitos para no verse afectada por la lluvia u otros eventos climáticos adversos. Generalmente entre el 90 - 97.6% de los agricultores almacenan cebada bajo techo, 1.9 - 2.4% dejan el cultivo fuera de las áreas cerradas. La cebada se almacena en bolsas (0- 3.8% de los agricultores) o en bruto (96.2 -100%) (F.A.O, 2004). 2.3.3 Adjuntos Los adjuntos son fuentes de almidón o azúcares simples. Se distinguirán los cereales que están malteados de los que no. Los cereales adjuntos malteados utilizados en la fabricación de cerveza artesanal son el trigo, la avena y el centeno. Todos ellos poseen poder diastástico. El trigo es el único que se utiliza en porcentajes elevados, pudiendo llegar hasta el 75% en cervezas de trigo. También se pueden utilizar estos cereales además del maíz y arroz crudos o en copos. El porcentaje máximo de estos adjuntos sin maltear no debe superar el 20% del peso total de los cereales utilizados en la receta, para que todo el almidón pueda ser convertido por las enzimas aportadas por la malta de cebada. Por otro lado, están los adjuntos líquidos que son los caramelos, jarabes, azúcar invertido, etc. Normalmente se encuentran presentes en ciertos estilos de cerveza, pero no son muy habituales. Normalmente son añadidos después de la maceración durante el proceso de cocción (Almajano, 2015). 45 a. La quinua Según investigaciones científicas, el origen de la quinua está en las proximidades del lago Titicaca y desde allí el cultivo se extendió a todos los países andinos (figura 6). Durante 7000 años, los pueblos indígenas han mantenido, controladas, protegidas y preservadas diferentes variedades de quinua en diversas zonas ecológicas en bancos naturales de germoplasma. Debido a su alto valor nutricional para la alimentación, los pueblos indígenas y los investigadores lo llaman "el grano de oro de los Andes". En Perú, estudiando la diversidad genética de la colección de germoplasma de quinua se identificaron cinco subcentros de diversidad, uno ubicado en el altiplano de Puno, que alberga la mayor diversidad genética de tamaños, colores y sabores, y los otros cuatro en los valles de las regiones de Junín, Cusco, Ayacucho y Apurímac (I.N.I.A., 2015). Figura 6. Plantaciones de quinua Fuente: El país, 2017 46 En las tierras altas de los Andes, las variedades más extendidas son las quinuas amargas y dulces, de grano pequeño a mediano, porque la quinua se consume comúnmente en sopa, gachas y "pesk'e" (un plato típico hecho con quinua, leche y queso). Las variedades preferidas en los mercados nacionales e internacionales son las que tienen granos grandes y colores claros. Sin embargo, existe una demanda creciente de granos amarillos, rojos y negros. Para la quinua que está perlada y en escamas, es crucial que el grano debe ser grande. Sin embargo, para la producción de harina, el tamaño del grano es importante pero no decisivo (I.N.I.A., 2015). Los tipos de quinua antes mencionados se describen a continuación y se pueden observar en la figura 7. Figura 7. Quinua blanca, roja y negra Fuente: I.N.I.A., 2015 - Quinua blanca: Este es el tipo de quinua más común disponible en las tiendas, por lo que a menudo lo verá simplemente llamado quinua. A veces también se llama quinua de marfil. 47 - Quinua roja: Los cocineros informan que la quinua roja mantiene su forma después de cocinarla un poco mejor que la quinua blanca, por lo que es más adecuada para ensaladas frías u otras recetas donde es especialmente deseable un grano distinto. - Quinua negra: Un poco más terrosa y más dulce que la quinua blanca, la quinua negra mantiene su llamativo color negro cuando se cocina.  Composición nutricional de la quinua El contenido nutricional de la quinua se muestra en la figura 8. En la tabla 2 se tiene una comparación nutricional de la quinua con otros cereales (en 100 g), podemos darnos cuenta que si bien, el arroz y el trigo tienen un mayor aporte energético, el contenido proteico de la quinua es superior. Además, se muestran los índices de grasa, carbohidratos y fibra dietética, respectivamente. Fuente: Peso Justo, 2017 Figura 8. Composición nutricional de quinua 48 Tabla 2 Comparación nutricional de la quinua y otros cereales 100 gr Quinua Arroz Trigo Energía (Kcal) 306 387 314 Proteína (g) 13.8 7 11.7 Grasa (g) 5.5 0.9 2 Carbohidratos (g) 49.2 86 61 Fibra dietética (g) 7.9 0.2 10.3 Fuente: Nutrición y Cocina, 2017 b. Lúpulo Hop o lúpulo (Humulus lupulus – Figura 9) es una vid trepadora perteneciente al género Humulus de la familia Cannabaceae, orden Urticacales. Los antiguos taxónomos incluían el género Humulus en la familia de las moreras (Moraceae). El nombre del género Humulus tiene su origen en el término eslavo para lúpulo, que luego fue latinizado. El lúpulo es una planta perenne dioica perteneciente al hemisferio norte. Crece vigorosamente desde fines de abril hasta principios de julio en la zona de clima templado (Koetter, 2010). De la inmensa producción de biomasa, las inflorescencias (strobiles) son la única parte de la planta de lúpulo que se utiliza. Excepto por el uso de brotes jóvenes, que se comen en ensaladas, no hay uso humano para los tallos, las hojas, los rizomas y las raíces. Las partes aéreas (aéreas) se compostan y se utilizan para la fertilización de los campos. Las partes bajo 49 tierra (raíces, rizomas) permanecen en el suelo para la próxima temporada de crecimiento (Koetter, 2010). Cuando la elaboración de la cerveza no se realiza de acuerdo con la ley de pureza alemana para la cerveza, la adición de lúpulos modificados es posible al final del proceso. Durante el proceso de elaboración de cerveza, los compuestos de lúpulo se someten a isomerización. Las sustancias han sido identificadas y se sabe que estos isómeros se pueden formar por modificación catalítica fuera de la fábrica de cerveza. Alrededor del 10% de la cosecha anual de estróbilos del lúpulo se utiliza para este fin en la actualidad. Figura 9. Humulus lupulus Fuente: Koetter, 2010  Tipos de lúpulo En la tabla 3 se lista una amplia variedad de lúpulos, de los cuales algunos son utilizados para darle aroma a la cerveza, así como otros para darle aroma. También existe un grupo que sirve en ambos casos. 50 2.3.4 Levadura Se ha dicho que la levadura es más conocida por lo que puede hacer que por lo que es. Hasta hace relativamente poco, este era ciertamente el caso y, por lo tanto, los primeros cerveceros debían, en general, contentarse con medir la condición de levadura sobre la base de las relaciones observadas entre el comportamiento y la apariencia morfológica. El tamaño celular promedio de una cepa de levadura particular no es constante, pero varía según la etapa en el ciclo de crecimiento, las condiciones de crecimiento y la edad de la célula individual (Poveda, 2018). a. Tipos de levadura Principalmente se diferencian por el uso que se les da en la elaboración de cerveza. La clasificación se detalla a continuación. - Levadura Ale Su nombre científico es Saccharomyces Cerevisiae. Técnicamente hablando, las levaduras Ale se definen más ampliamente como "levadura de fermentación máxima". Esto significa que la levadura trabaja para metabolizar y fermentar la cerveza en la parte superior del tanque de fermentación (cerca de la superficie del mosto). Vamos a entrar en más detalles en breve (The Brew Enthusiast, 2018). 51 Tabla 3 Tipos de lúpulo y su origen Nombre Origen Tipo Nombre Origen Tipo Admiral UK Amargor Magnum Alemania Amargor Ahtanum US Aroma Mt. Hood US Aroma Amarillo Gold US Aroma Northdown UK Ambos Aquila US Aroma Northern Brewer Alemania Ambos Banner US Amargor Nugget US Amargor Bramling Cross UK Aroma Orion Alemania Ambos Brewers Gold UK Amargor Pacific Gem Nueva Zelanda Amargor Bullion UK Amargor Pearle Alemania Amargor Cascade US Ambos Phoenix UK Amargor Centennial US Amargor Pilgrim UK Amargor Challenger UK Aroma Pioneer UK Ambos Chinook US Amargor Pride of Ringwood Australia Amargor Columbus Progress UK Aroma (Tomahawk) US Amargor Saaz República Checa Aroma Comet US Amargor Santiam US Aroma Crystal US Aroma Select Spalt Alemania Aroma Eroica US Amargor Southern Cross Nueva Zelanda Ambos First Gold UK Ambos Spalter Alemania Aroma Fuggles UK Aroma Sterling US Ambos Galena US Amargor Sticklebract Nueva Zelanda Ambos Glacier US Aroma Strisselspalt Francia Aroma Goldings, B. C. Canadá Aroma Styrian Goldings Eslovenia Aroma Goldings, East Kent (EK) UK Aroma Sun US Amargor Green Bullet Nueva Zelanda Amargor Super Alpha Nueva Zelanda Amargor Hallertauer, Alemania Aroma Target UK Amargor Hersbrucker Tettnang Alemania Aroma Hallertauer, Alemania Aroma Tradition Alemania Amargor Mittelfrueh Ultra US Aroma Hallertauer, Nueva Zelanda Ambos Vanguard US Aroma New Zealand Warrior US Ambos Herald UK Amargor Whitbread Horizon US Amargor Golding Var (WGV) UK Aroma Liberty US Aroma Willamette US Aroma Lublin Polonia Amargor Zeus US Amargor Fuente: BeerSmith, 2017 http://www.beersmith.com/hops/admiral.htm http://www.beersmith.com/hops/magnum.htm http://www.beersmith.com/hops/ahtanum.htm http://www.beersmith.com/hops/Mt%20Hood.htm http://www.beersmith.com/hops/Amarillo%20Gold.htm http://www.beersmith.com/hops/Northdown.htm http://www.beersmith.com/hops/aquila.htm http://www.beersmith.com/hops/Northern%20Brewer.htm http://www.beersmith.com/hops/Northern%20Brewer.htm http://www.beersmith.com/hops/banner.htm http://www.beersmith.com/hops/nugget.htm http://www.beersmith.com/hops/Bramling%20Cross.htm http://www.beersmith.com/hops/orion.htm http://www.beersmith.com/hops/Brewers%20Gold.htm http://www.beersmith.com/hops/Pacific%20Gem.htm http://www.beersmith.com/hops/bullion.htm http://www.beersmith.com/hops/pearle.htm http://www.beersmith.com/hops/cascade.htm http://www.beersmith.com/hops/phoenix.htm http://www.beersmith.com/hops/Centennial.htm http://www.beersmith.com/hops/phoenix.htm http://www.beersmith.com/hops/Challenger.htm http://www.beersmith.com/hops/pioneer.htm http://www.beersmith.com/hops/chinook.htm http://www.beersmith.com/hops/Pride%20of%20Ringwood.htm http://www.beersmith.com/hops/Pride%20of%20Ringwood.htm http://www.beersmith.com/hops/Columbus%20-%20Tomahawk.htm http://www.beersmith.com/hops/progress.htm http://www.beersmith.com/hops/Columbus%20-%20Tomahawk.htm http://www.beersmith.com/hops/saaz.htm http://www.beersmith.com/hops/comet.htm http://www.beersmith.com/hops/santiam.htm http://www.beersmith.com/hops/crystal.htm http://www.beersmith.com/hops/Select%20Spalt.htm http://www.beersmith.com/hops/eroica.htm http://www.beersmith.com/hops/Southern%20Cross.htm http://www.beersmith.com/hops/Southern%20Cross.htm http://www.beersmith.com/hops/First%20Gold.htm http://www.beersmith.com/hops/spalter.htm http://www.beersmith.com/hops/fuggles.htm http://www.beersmith.com/hops/sterling.htm http://www.beersmith.com/hops/galena.htm http://www.beersmith.com/hops/Sticklebract.htm http://www.beersmith.com/hops/glacier.htm http://www.beersmith.com/hops/Strisselspalt.htm http://www.beersmith.com/hops/Goldings%20B%20C.htm http://www.beersmith.com/hops/Styrian%20Goldings.htm http://www.beersmith.com/hops/Styrian%20Goldings.htm http://www.beersmith.com/hops/Goldings%20EK.htm http://www.beersmith.com/hops/Goldings%20EK.htm http://www.beersmith.com/hops/sun.htm http://www.beersmith.com/hops/Green%20Bullet.htm http://www.beersmith.com/hops/Super%20Alpha.htm http://www.beersmith.com/hops/Hallertauer%20Hersbrucker.htm http://www.beersmith.com/hops/target.htm http://www.beersmith.com/hops/Hallertauer%20Hersbrucker.htm http://www.beersmith.com/hops/tettnang.htm http://www.beersmith.com/hops/Hallertauer%20Mittelfrueh.htm http://www.beersmith.com/hops/Tradition.htm http://www.beersmith.com/hops/Hallertauer%20Mittelfrueh.htm http://www.beersmith.com/hops/ultra.htm http://www.beersmith.com/hops/Hallertauer%20New%20Zealand.htm http://www.beersmith.com/hops/vanguard.htm http://www.beersmith.com/hops/Hallertauer%20New%20Zealand.htm http://www.beersmith.com/hops/warrior.htm http://www.beersmith.com/hops/herald.htm http://www.beersmith.com/hops/Whitebread%20Goldings%20Variant.htm http://www.beersmith.com/hops/horizon.htm http://www.beersmith.com/hops/Whitebread%20Goldings%20Variant.htm http://www.beersmith.com/hops/Whitebread%20Goldings%20Variant.htm http://www.beersmith.com/hops/liberty.htm http://www.beersmith.com/hops/Williamette.htm http://www.beersmith.com/hops/lublin.htm http://www.beersmith.com/hops/zeus.htm 52 - Levadura Lager El nombre científico de esta levadura es Saccharomyces Ovarum. Por el contrario, las levaduras Lager se definen más ampliamente como "levadura de fermentación inferior". Esto significa que la levadura metaboliza y fermenta el mosto en el fondo del tanque de fermentación, lejos de la superficie. Al igual que Ales, todos los Lager son hechos así (The Brew Enthusiast, 2018). 2.3.5 Fabricación de la malta Después de la cosecha, la cebada debe prepararse para el almacenamiento durante su período de inactividad, antes de la conversión a la malta, en condiciones que minimicen el riesgo de infestación insectos, ataque de hongos, etc. Para lograr esto, es necesario secar el grano verde húmedo de los campos, para el almacenamiento a largo plazo, hasta un contenido de humedad del 12%. Los granos con niveles de humedad entre 10% y 12% pueden almacenarse durante largos períodos, aunque el secado inicial de hasta 15% a 16% podría ser aceptable, siempre que el grano sea almacenado por períodos cortos, y preferiblemente enfriado. Cuando la cebada llega a una planta de malteado, se prelava rápidamente para eliminar impurezas antes de pasar al secador o a los silos de almacenamiento. La limpieza previa consiste en proceso de tamizado aproximado combinado con, o seguido por, aspiración de la corriente de grano con un flujo de aire. En esta etapa, elementos como 53 hojas, paja, piedras, terrones de tierra, las arcillas de cebada y otros materiales ligeros se eliminan (Guido et al., 2015). El material ligero se elimina con la ayuda de limpiadores y separadores, cuyos tamices tienen una mayor eficiencia que aquellos instalados en la etapa de prelimpieza. Finalmente, en el equipo de tamizado, la cebada para maltear es clasificada por tamaño (ancho) en diferentes categorías, por ejemplo, tamaños de grano de más de 2,5 mm, 2.2 a 2.5 mm, y menos de 2.2 mm. Granos rotos y granos de menos de 2,2 mm ancho, son eliminados como pruebas de detección, se pueden recoger en un silo para su uso final como alimento animal. Es importante que todas estas tecnologías estén equipadas con un sistema de extracción de polvo para minimizar el riesgo de explosiones de polvo. La cebada que se ha procesado lista para maltear se almacena en contenedores circulares de acero de gran capacidad, dando la máxima versatilidad en la separación de variedades. Una pesadora automática en esta sección controla la cantidad de cebada y ayuda con los registros de existencias. Si se almacena durante períodos más largos, se pueden usar silos de hasta 4000 m3 (figura 10). 54 Figura 10. Producción de malta Fuente: ClubDarwin, 2012 2.4 Definición de términos básicos - Anaerobio Microorganismo capaz de metabolizar sin consumir oxígeno. Está presente en el proceso de elaboración de cervezas con levaduras de baja fermentación o Lagers (A.M.C.A, 1977). - Burtonización Preparación del agua para cerveza con una adición de sulfato cálcico para endurecerla de modo que se aproxime a las características del agua de Burton on Trent en Inglaterra, donde nació́ el estilo Pale Ale (Los Cervecistas, 2017). 55 - Cepas Distintas variantes dentro de una misma especie de levaduras con cierto tipo de nutrientes (azúcares y otros) y diferente capacidad fermentativa, que dan a la cerveza un perfil sensorial característico (A.M.C.A, 1977). - Desmineralizar El agua desmineralizada es agua completamente libre (o casi) de minerales disueltos como resultado de uno de los siguientes procesos: destilación, desionización, filtración por membrana (ósmosis inversa o nanofiltración), electrodiálisis u otras tecnologías. La cantidad de sólidos disueltos en el agua que ha seguido uno de estos procesos podría ser tan baja como 1 mg / L y, en cualquier caso, siempre es inferior a 10 mg / L. La conductividad eléctrica es generalmente inferior a 2 mS / m y puede ser incluso menor (<0.1 mS / cm) (Lenntech, 2016). - Dureza El agua dura es agua que contiene cationes con una carga de +2, especialmente Ca2+ y Mg2+. Estos iones no representan una amenaza para la salud, pero pueden participar en reacciones que dejan depósitos minerales insolubles. Estos depósitos pueden hacer que el agua dura sea inadecuada para muchos usos, por lo que se han desarrollado diversos medios para "ablandar" el agua dura; es decir, eliminar los iones de calcio y magnesio (Casiday et al., 2014). 56 - Enzimas Una sustancia que actúa como un catalizador en organismos vivos, regulando la velocidad a la cual las reacciones químicas proceden sin que se altere en el proceso (A.M.C.A, 1977). - Maceración La maceración es un proceso enzimático, ya que son las enzimas en la malta las cuales convierten el almidón en azúcar fermentable. Dentro de la maceración se emplean diferentes rangos de temperaturas, cada rango activa y desactiva diferentes enzimas y es por medio de las temperaturas que el cervecero controla el proceso para obtener los resultados que se esperan. Todo esto lo explicare a detalle más adelante (Verema, 2015). - Pasteurización La pasteurización, es un proceso al que son sometidos ciertos líquidos como la leche, para eliminar agentes patógenos que podrían enfermar a las personas al consumirlos. Gracias a su uso, las infecciones e intoxicaciones alimentarias cada vez son menores (Verema, 2015). - Turbidez La turbidez de la cerveza es un parámetro que se monitorea constantemente en muchas cervecerías. Varias sustancias pueden causar turbidez en la cerveza, pero el problema más frecuente se debe a una reticulación de micronutrientes conocidos como polifenoles y proteínas. http://nutrition.about.com/od/askyournutritionist/f/pasteurized.htm http://www.vix.com/es/btg/curiosidades/2010/08/26/diferencias-entre-virus-y-bacterias?utm_source=internal_link 57 Estos elementos están siempre presentes en la cerveza y contribuyen a la turbidez cuando se combinan para formar partículas insolubles (Hanna Instruments, 2018). 58 III. HIPÓTESIS Y VARIABLES 3.1 Hipótesis 3.1.1 Hipótesis General La elaboración de una cerveza artesanal funcional es posible en función a las etapas del proceso productivo y a los parámetros de producción de la cerveza. 3.1.2 Hipótesis específicas a) El proceso productivo consta básicamente de las siguientes etapas: maceración, cocción, fermentación, maduración y embotellado. b) Los parámetros que influyen en la producción de la cerveza artesanal cuentan con un pH entre 5.2 y 5.5, un grado alcohólico entre 4 y 4.5%, un tiempo de maduración entre 7 y 14 días, una densidad entre 1.005 y 1.015 g/mL y deberá ser elaborada con quinua blanca como agregado funcional. 3.2 Definición conceptual de variables La presente investigación se caracterizó por ser longitudinal, estudiando la variable a lo largo del tiempo establecido, por ser éste el determinante en la relación causa efecto. 59 Por su naturaleza, todas las variables identificadas fueron del tipo cualitativo, por su dependencia, Y es dependiente, y las variables X1 y X2 son independientes. Es decir: Y=f (X1, X2). 3.3 Operacionalización de variables La operacionalización de las variables de investigación se muestra en la tabla 4. Y1 = Elaboración de cerveza artesanal funcional utilizando la quinua como agregado X1 = Etapas del proceso productivo de cerveza artesanal funcional X2 = Parámetros de producción de cerveza artesanal funcional 60 Tabla 4 Operacionalización de variables VARIABLE DEP. DIMENSIONES INDICADORES MÉTODO Y = Elaboración de cerveza artesanal funcional utilizando la quinua como agregado - Descripción - Descripción - Descripción - Descripción - Descripción - Descripción Experimentación Pruebas organolépticas VARIABLE IND. DIMENSIONES INDICADORES MÉTODO X1 = Etapas del proceso productivo de cerveza artesanal funcional - Descripción - Descripción - Descripción - Descripción - Descripción - Descripción Experimentación X2 = Parámetros de producción de cerveza artesanal funcional - Potencial de hidrógeno - Grado alcohólico - Densidad - Masa - Tiempo - Volumen - pH - % - slug/pie - L - Cantidad de quinua en Kg - Días - %CO2 Experimentación Fuente: Elaboración propia Donde: Ecuación: Y=f (X1, X2) 61 IV.- DISEÑO METODOLÓGICO 4.1. Tipo y diseño de investigación Según los objetivos del presente trabajo, el propósito de la investigación y la naturaleza de los problemas, este estudio reunió antecedentes suficientes para ser calificado como una investigación experimental pues propuso experimentaciones para obtener rangos adecuados, usando el análisis de los mismos con un método de cálculo apropiado. La presente investigación obedeció a un modelo experimental. Aquí se buscó relacionar a las variables a través de un proceso sistemático y controlado. Se estableció un programa para el recogimiento de datos: a. Recolección de la información bibliográfica. b. Selección del método. c. Trabajo de pruebas experimentales. d. Presentación. El diseño experimental se resume en la figura 11 62 Figura 11. Diseño de la investigación Fuente: Elaboración propia PRIMERA ETAPA Identificar X1 Experimentación Pruebas organolépticas SEGUNDA ETAPA Identificar X2 -Experimentación TERCERA ETAPA Identificados X1 y X2 -Experimentación TESIS ELABORADA 63 4.2 Método de investigación Primera etapa: Proceso productivo de cerveza artesanal funcional a. Limpieza de los equipos Esta etapa inicial constó del calentamiento de 30 L de agua en el equipo 1, para luego agregar 750 g de soda caustica. Luego se procedió a mover lentamente con una espátula de acero, para lograr homogenizar. Para poder remover la soda, se hizo un enjuague con agua fría. Seguidamente, se agregó como agente antimicrobiano, una solución de ácido peracético (4mL por cada 15 L de agua). Se realizó un último enjuague con agua fría para poder dar inicio a la producción. Finalmente, este procedimiento fue utilizado para todos los equipos (figuras 12 y 13), excepto el intercambiador de calor. 64 Figura 12. Equipos del sistema de producción de cerveza artesanal I. De izquierda a derecha: hervidores de 30 y 50 L, macerador y Whirlpool Fuente: Elaboración propia Figura 13. Equipos del sistema de producción de cerveza artesanal II. De izquierda a derecha: tanque de agua y filtros, fermentador y chiller Fuente: Elaboración propia 65 b. Calentamiento de agua Se calentó 20 L de agua en el equipo 1 hasta 35°C. En el equipo 2 se calentaron 45 L a 80°C para el enjuague de los equipos. c. Preparación del grano Se molieron los granos (figura 14). El fin es reducir el interior de los granos, pero manteniendo la integridad de la cáscara. Esta es una etapa paralela a la anterior (calentamiento de agua). d. Maceración En esta etapa se utilizó la técnica de maceración escalonada Esto consiste inicialmente en mezclar el agua del equipo 1, a 35°C, con la malta molida hasta lograr una mezcla homogénea (en el equipo 3). Como se aprecia en la figura 15, se debe llevar la mezcla a fuego lento y por tiempos específicos hasta 72°C. En este momento se realizó la prueba de lugol, que sirvió para verificar la conversión completa del almidón de la malta. Cuando el test resultó positivo (tinción color marrón para positivo y violáceo cuando es negativo) se agregaron los adjuntos (se extrajo 1L del mosto y se disolvieron 4 sobres de levadura en él, que regresaron al macerador, además se añadieron el agregado de quinua a 30°C). El agregado de quinua que se agregó en los 8 lotes tuvo diferentes cantidades, y se muestran en la tabla 5. Posteriormente, la mezcla se llevó hasta 76 °C, a partir de donde se llevará a cabo la siguiente etapa (figura 16). 66 Tabla 5 Composición de los diferentes agregados de quinua Número de lote Volúmen de agua (L) Masa de quinua (kg) 1 3 0.5 2 3 0.5 3 3 0.5 4 4.3 0.7 5 5.5 1 6 6.8 1.2 7 7.7 1.3 8 8.6 1.4 Fuente: Elaboración propia Figura 14. Molienda de la malta Fuente: Elaboración propia 67 Malta Adjuntos 30 min Cocción Figura 15. Esquema de maceración escalonada Fuente: Elaboración propia Figura 16. Homogenización en la maceración Fuente: Elaboración propia 35 °C 10 min 52 °C 20 min 62 °C 20 min 72 °C 76 °C 68 e. Cocción En esta etapa, la mezcla debe llevarse al equipo de cocción y mantenerse a 100°C por 60 minutos. Esta es la etapa en la cual se agregó el lúpulo Chinook a inicios de la cocción. A los 55 minutos se añadió el lúpulo Citrac, para luego realizar el Whirlpool por 1 minuto. Al final de esta etapa se asentó la mezcla (reposo) por 10 minutos. f. Enfriamiento Se realizó un enfriamiento rápido entre 25 a 30°C a través del intercambiador de placas, para luego llevar la mezcla al fermentador. g. Medición de la densidad En esta etapa se tomaron muestras, y se midió la densidad con un densímetro (figura 17). La densidad de las muestras debió estar entre 1045 y 1060 SG (slug/pie3). Cuando la densidad sobrepasó este último valor, se procedió a agregar agua filtrada, según el nivel del fermentador. h. Adición de la levadura Luego de verificar la densidad, se debe agregar la levadura inoculada y se debe cerrar la tapa del fermentador. Seguidamente, se colocó una botella airlock con alcohol (3/4 de botella) y se abrió la llave de liberación de CO2. 69 Figura 17. Medición de la densidad Fuente: Elaboración propia i. Fermentación y maduración Finalmente, se dejó la cerveza en reposo por alrededor de 15 días. Los 6 primeros días se mantuvo la temperatura del fermentador a 24°C, los días 7 y 8 a 20°C, los días 9 y 10 a 15°C, los días 11 y 12 a 10°C y, por último, los días 13, 14 y 15 a 2°C (variando la temperatura del chiller en cada día). Cumplido este tiempo se procedió a retirar la levadura asentada en el recipiente y a realizar las mediciones correspondientes a la segunda etapa. j. Embotellado de la cerveza Realizadas las medidas de los parámetros correspondientes a la segunda etapa de la investigación, se procedió a embotellar la cerveza. Para ello, se 70 utilizó un barril Cornelius de 20 L, que fue desinfectado con ácido peracético, al igual que sus conectores. El barril fue cargado con la cerveza helada y se le inyectó CO2 a una presión de entre 60 y 70 psi, para una adecuada absorción del gas. Estas inyecciones se hicieron 3 veces y cada una duró aproximadamente 60 segundos. Entre cada intervalo se agitó el barril. El barril fue enfriado nuevamente hasta 0°C, se bajó la presión entre 30 y 40 psi. Se realizaron las conexiones respectivas con el equipo de embotellado y se empezó el llenado de las botellas. Luego de ello, las botellas fueron enchapadas (figura 18). Figura 18. Producto final del proceso Fuente: Elaboración propia 71 Segunda etapa: Determinación de las características fisicoquímicas de la cerveza artesanal En esta etapa se utilizaron diferentes métodos de análisis (se detallan en la tabla 6). Para ello se tomaron muestras de acuerdo a lo calculado en el punto 4.3.2 (376.94 mL), de cada lote. Tabla 6 Parámetros de la cerveza artesanal y su método de análisis Parámetro Método de análisis % de alcohol AOAC 1 (1980) Densidad Lectura directa pH Lectura directa Color AOAC 1 (1980) Amargor AOAC 1 (1980) Fuente Rodríguez, 2003 a. Determinación del grado alcohólico de la cerveza artesanal Para la determinación de este parámetro se hizo uso del método siguiente:  Preparación de la muestra. Fue necesaria la eliminación del CO2 de la cerveza. Para ello se colocaron 100 mL de cerveza en un matraz Erlenmeyer de 250 mL, y se agitó hasta que quedó sin gas. 72  Procedimiento. Sobre los 100 mL de muestra se añadieron 50 mL de agua de enjuague, 0.1g de CaO para evitar el exceso de espuma. Toda la mezcla se trasvasó a un balón de destilación, que se colocó sobre un mechero de bunsen y estuvo conectado a un condensador (figura 19). El alcohol destilado se recogió en una probeta. Finalmente, se realizó la medición del porcentaje de alcohol con la ayuda de un alcoholímetro (figura 20). Figura 19. Equipo de destilación Fuente: Elaboración propia 73 Figura 20. Medición del grado alcohólico Fuente: Elaboración propia b. Densidad y pH En ambos casos se realizó la lectura directa de la densidad y pH en las muestras. Para ello se hizo uso de un densímetro y un pHmetro digital, respectivamente. c. Amargor Se siguió el procedimiento presentado en “AOAC: Official Merhods of Analysis (1980)”, y se muestra en la figura 21 En la etapa inicial se realizó la extracción de las sustancias amargas de la cerveza. Para ello, se centrifugaron 10 mL de cerveza helada (10°C) con 74 20 mL de iso-octano, acidificado con 1 mL de HCl 3N, a 3000 rpm, por aproximadamente 15 minutos. Se tomó la fase orgánica y se midió la absorbancia a una longitud de onda de 275 nm. Las unidades de amargor se hallaron mediante la siguiente relación: °𝑰𝑩𝑼 = 𝟓𝟎𝒙𝑨𝟐𝟕𝟓 Figura 21. Procedimiento para encontrar las unidades de amargor Fuente: Elaboración propia d. Color De acuerdo al procedimiento del manual “AOAC: Official Merhods of Analysis (1980)”, para este análisis se utilizó también un método espectrofotométrico. Cálculo de las unidades de amargor Análisis espectrofotométrico de la fase orgánica Extracción de sustancias amargas de la cerveza 75 Se desgasificó un poco de muestra en un matraz Erlenmeyer y se realizó la medición de absorbancia en una celda de 1cm a 430 y 700 nm. Cuando la relación 𝐴430 fue superior a 25, se pudo decir que la muestra estuvo libre 𝐴700 de turbidez, y por lo tanto se realizó una medición real del color. Las unidades de color se calcularon de acuerdo a la relación siguiente: °𝑬𝑩𝑪 = 𝟐𝟓𝒙𝑨𝟒𝟑𝟎 e. Contenido proteico de la cerveza artesanal funcional Para verificar si realmente la cerveza artesanal elaborada presentaba un aporte nutricional, diferenciándola de una cerveza tradicional, se realizó un análisis de proteínas totales. Se siguió la metodología de: Métodos de Cuantificación de Proteínas, de la Universidad de Córdova. Se hizo uso del método de Bradford, que consiste en acomplejar el Cu 2+ con los enlaces peptídicos de las proteínas totales presentes en la muestra de cerveza, y que forman un complejo coloreado que absorbe radiación UV a 595 nm. El reactivo acomplejante fue el reactivo de Bradford, que es una combinación de Azul de Coomasie G-250, ácido fosfórico (medio) y etanol.  Procedimiento La curva de calibración estuvo representada por cinco puntos de patrones de albúmina con las concentraciones siguientes: 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1 mg/mL. Todas estas cantidades fueron disueltas en agua destilada hasta 100 mL y acomplejadas con 1 mL del reactivo de Bradford. 76 Por otro lado, se tomaron 10mL de muestra y fueron disueltos hasta 50mL con agua desionizada, para luego tomar 1mL de la solución preparada y diluirlo hasta 100 mL, también en agua desionizada. Finalmente, el factor de dilución es 100. A partir de las absorbancias obtenidas para cada punto de la curva de calibración, se realizó una regresión lineal para la curva, a partir de la cual se realizó el cálculo para obtener la cantidad de proteína en 100mL de cerveza artesanal funcional. Tercera etapa: Análisis sensorial y estadístico Los datos obtenidos para cada muestra fueron sometidos al procesamiento estadístico que se menciona en el apartado 4.5. También, se realizó un análisis sensorial a cargo de un panel de cata de cerveza (conformado por siete especialistas de la Universidad Le Cordon Bleu). Las cualidades calificadas en base a la Escala Hedónica de nueve puntos (tabla 7) fueron las siguientes:  Vista - Sensaciones visuales: Color, limpidez, fluidez, efervescencia.  Olfato - Sensaciones olfativas: Aroma, buqué.  Gusto - Sensaciones olfativas: Aroma de boca. 77 - Sensaciones gustativas: Sabor o gusto. - Sensibilidad química: Astringencia, causticidad, picante. - Sensaciones táctiles: Consistencia, liquidez, untuosidad, fluidez. Tabla 7 Escala hedónica de nueve puntos Descripción Valor Me gusta muchísimo +4 Me gusta mucho +3 Me gusta bastante +2 Me gusta ligeramente +1 Ni me gusta ni me disgusta 0 Me disgusta ligeramente -1 Me disgusta bastante -2 Me disgusta mucho -3 Me disgusta muchísimo -4 Fuente: Castañeda, 2013 4.3. Población y muestra Debido a la naturaleza de la investigación, la población fue igual a la muestra, representada por la cerveza artesanal a base de quinua. Cada 78 lote preparado fue de 20L de cerveza, del cual se tomaron las alícuotas para el respectivo análisis. Muestra = Población = 20 L preparados 4.4 Lugar de estudio y período desarrollado Las pruebas experimentales se desarrollaron en la miniplanta de cerveza artesanal ubicada en Calle Lambda 144, Mz: C19 Lt:8, AA. HH, Bocanegra Callao, El período de desarrollo estuvo comprendido entre los meses de enero y julio del año 2019. 4.5 Técnicas e instrumentos para la recolección de la información Técnicas a. Revisión de bibliografía b. Observación c. Experimentación Materiales y equipos a. Materia prima Las materias primas utilizadas en el proceso experimental se detallan en la tabla 8. En las figuras 22, 23 y 24 se pueden apreciar dichas materias primas. 79 Tabla 8 Materias primas utilizadas en la preparación de cerveza artesanal funcional Materias Primas Unidades Malta Pale Ale kg Malta Cara Amber kg Lúpulo Chinook kg Lúpulo Citra kg Levadura Fermentis g Agregado de Quinua L Agua L Fuente: Elaboración propia Figura 22. Tipos de malta utilizadas en el proceso. De izquierda a derecha: Malta Pale Ale y Cara Amber Fuente: Elaboración propia 80 Figura 23. Tipos de lúpulo utilizadas en el proceso. De izquierda a derecha: Lúpulo Chinook y Citra Fuente: Elaboración propia Figura 24. Levadura utilizada en el proceso de elaboración de cerveza artesanal Fuente: Elaboración propia 81 b. Equipos El sistema utilizado para la elaboración de cerveza artesanal funcional está compuesto por los equipos listados en la tabla 9. Tabla 9 Equipos componentes del sistema de producción de cerveza artesanal funcional N° de equipo Nombre del equipo 1 Hervidor de agua de 30L 2 Hervidor de agua de 50L 3 Macerador de 50L 4 Cocción – Whirpool de 80L 5 Enfriador de placas 6 Fermentador de 80 L 7 Chiller de 120 L Fuente: Elaboración propia Los equipos utilizados en los análisis de las muestras fueron los que se enlistan en la tabla 10. 82 Tabla 10 Equipos utilizados para el análisis de las muestras Análisis Especificaciones del equipo Color Varian serie Cary 50 Amargor Varian serie Cary 50 Fuente: Elaboración propia c. Instrumentos Del mismo modo, los instrumentos utilizados en los análisis de las muestras fueron los que se enlistan en la tabla 11. Tabla 11 Instrumentos utilizados para el análisis de las muestras Análisis Especificaciones del equipo Densidad Densímetro marca Sera pH pHmetro digital marca Hitech Grado de alcohol Alcoholímetro marca Boeco Fuente: Elaboración propia 4.6 Análisis y procesamiento de datos Para hacer una correlación adecuada entre los datos experimentales y los datos de las ecuaciones generadas, se utiliza un análisis que se compone del análisis de varianza o ANOVA y una prueba estadística de Tukey para la comparación de grupos de datos. 83