¿ Que es un Almidón ?
Es un polisacárido que se encuentra como reserva energética en grandes cantidades en tejidos vegetales, en las semillas de los cereales, en los bulbos y los tubérculos.Polisacárido : es un hidrato de carbono formado por una larga cadena de monosacáridos.
Monosacárido: es un polialcohol con un grupo adicional aldehídico o cetónico, puede tener 3, 4, 5, 6 ó 7 átomos de carbono.
Como monosacáridos libres uno de los más importante es la Glucosa.
Hidratos de carbono: son los productos principales formados en la fotosítesis clorofiliana y bajo diferentes formas constituyen más de la mitad de la materia orgánica terrestre.
Son los constituyentes principales de los vegetales y en el reino animal se encuentra en proporciones relativamente pequeñas.
Son hidratos de carbono el azúcar común, la glucosa, el almidón, la celulosa, las pectinas, las gomas y los mucílagos.
En los vegetales aparecen cumpliendo funciones de reserva alimenticia como el almidón, formando tejidos estructurales como la celulosas y las pectinas y como producto de desechos como gomas y mucílagos.)
Se presentan en forma de gránulos que poseen una forma redondeada, irregular con tamaño de 2 a 100 micrones. La forma y tamaño son característicos de cada especie.
Algunas clases de Almidones:
Almidón de Arroz
Almidón de Maiz
Almidón de Mandioca
Almidón de Papa
Almidón de Trigo
El almidón está constituido por 2 tipos de polímeros de la glucosa, un polímero lineal llamado Amilosa y un polímero ramificado llamado Amilopectina.
Polímero: compuesto químico, natural o sintético, formado por polimerización y que consiste esencialmente en unidades estructurales repetidas, en este caso las unidades estructurales repetidas serían la glucosa.
Polimerización: reacción química en la que dos o más moléculas se combinan para formar otra molécula en la que se repite unidades estructurales de las primitivas.. . en nuestro caso la glucosa... y su misma composición porcentual cuando estas son iguales.).
Amilosa:
La misma está compuesta por unidades de glucosa unidas por enlaces alfa 1- 4 (o sea el carbono número 1 de una glucosa con el número 4 de la otra) originando cadenas lineales de varios cientos de glucosa.Poseen un extremo no reductor y otro reductor.
La amilosa representa aprox. el 25% del almidón de la cebada malteada
Representación gráfica de una Macromolécula de Amilosa
Representación de la Amilosa (diagrama de Haworth )
Molécula de alfa glucosa con sus átomos de carbono numerados en rojo
Hélice formada por la Amilosa en solución
Amilopectina:
Son cadenas de amilosa con ramificaciones hechas por medio de enlaces alfa 1- 6 (o sea el carbono número 1 de una amilosa con el carbono número 6 de la otra).Las ramificaciones se suceden 1 cada 20 – 25 unidades de glucosa.
La molécula de amilopectina tiene en la actualidad bastante aceptación, es un esqueleto ramificado compuesto aproximadamente por 25 moléculas de glucosa que tienen enganchadas cadenas lineales de aprox. 15 glucosas de longitud.
Representa aproximadamente el 75 % en los almidones.
Relación entre Amilosa y Amilopectina en algunos cereales:
Cereales
|
Amilosa
|
Amilopectina
|
Maíz
|
24
|
76
|
Maíz Waxy
|
1
|
99
|
Maíz Alta Amilosa
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75
|
25
|
Trigo
|
25
|
75
|
Arroz
|
18
|
82
|
Arroz Waxy
|
1
|
99
|
Sorgo
|
25
|
75
|
Sorgo Waxy
|
1
|
99
|
Siempre los almidones de cereales son más ricos en amilosa que los de tubérculos y raíces.
Las amilosas y las amilopectinas son hidroxilados y pueden unirse entre si mediante enlaces puente hidrógeno, las moléculas de la amilosa se unen entre si mediante enlace puente hidrógeno, en cambio las amilopectinas son más difíciles por las ramificaciones pero entre ellas puede haber este tipo de enlace.
Intercambiadas entre ellas forman una red como la de pescar debido a la unión que presentan, lo cual da a lugar a una organización molecular.
Cadenas de Amilosas
Puente hidrógeno
Molécula de Amilopectina
Enlaces alfa 1-6 Puente hidrógeno
Pero en el grano hay zonas que aparece este orden y en otras no hay orden molecular entonces el grano tiene zonas cristalinas y zonas amorfas. 
Cuando realizamos la mezcla de la harina de malta con el agua al comienzo de un cocimiento la agitación mecánica más la energía calórica que se suministra permite romper esta malla o red, se comienzan a debilitar los puentes hidrógenos y hace que comience a penetrar el agua en el grano de almidón provocando un hinchamiento del mismo.
A este proceso se lo denomina gelatinización.
La penetración del agua comienza por la zona amorfa donde los enlaces son más débiles, a medida que aumenta la temperatura comienza a debilitarse los enlaces en la zona cristalina hasta quedar totalmente hidratado y saturado en solución (en este caso el grano pierde la cruz de polarización o cruz de malta, pero este tema requiere otra explicación más compleja y por el momento la dejo de lado).
A esta temperatura en la cual el grano queda totalmente hidratado o saturado en solución de la denomina temperatura de gelatinización, si bien no se puede hablar de temperatura si no, de un rango de gelatinización que es característico para cada uno de los almidones de distinta fuentes, a saber:
Almidón
|
Temperatura inicial
|
Temperatura final
|
Maíz
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62
|
72
|
Sorgo
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68
|
78
|
Trigo
|
58
|
64
|
Arroz
|
68
|
78
|
Papa
|
59
|
68
|
Mandioca
|
49
|
64
|
Retrogradación de Almidones:
Si a una solución de almidón se la deja reposar durante un tiempo determinado, se observará que la misma comienza primero a ponerse opaca o a enturbiarse y gradualmente va aumentando su viscosidad.
Eso se debe a que el almidón que se había solubilizado en la solución tiende a unirse nuevamente a través de los enlaces puente hidrógeno.
Esto es importante en cervecerías que utilizan adjuntos.
Generalmente cuando se tratan granos crudos por separados se le agrega un porcentaje de harina de malta para que las enzimas de la misma hidrolicen una parte del total del almidón en azúcares haciendo la mezcla menos viscosa y más fluida antes que la misma pase al macerador y se transforme en su totalidad.
Almidones Pregelatinizados:
Forman parte de los almidones modificados se pueden utilizar directamente en el macerador .
El 80 % de los mismos han perdido la cruz de malta, los mismos son pregelatinizados en una precocción.
Estos empastan fácilmente a baja temperatura y necesitan muy poca cocción, pueden ser transformados en azúcares directamente en el macerador sin tener que llevarlos a altas temperaturas.
Son muy utilizados los copos de maíz o avena precocida y son los más usados en microcervecerías.
Enzimas en el proceso cervecero:
¿ Que es una Enzima ?Los enzimas son proteínas complejas que tienen en común la particularidad de catalizar reacciones biológicas en otras palabras son catalizadores biológicos.
Catalizar: producir una catálisis, favoreciendo o acelerando el desarrollo de un proceso.
Catálisis: transformación química motivada por sustancias que no se alteran en el curso de la reacción.
Catalizadores: son sustancia que alteran la velocidad de una reacción química sin sufrir en si ningún cambio químico.
Proteínas: son macromoléculas complejas que constituyen más del 50% del peso seco de las células, son las macromoléculas de mayor importancia dado que sin ellas es imposible la existencia de vida y además desde punto de vista funcional y estructural son las proteínas, el instrumento a través del cual se expresa la información genética.
Los enzimas como catalizadores son capaces de acelerar reacciones en factores de 1012 - 1020 sobre la reacción no catalizada en igualdad de condiciones.
Por ejemplo: se hace referencia a la descomposición del agua oxigenada por acción del enzima catalasa que ocurre 10 millones de veces más rápido que cuando la reacción es catalizada por platino coloidal a la misma temperatura.
Por otro lado la actividad molar de los enzimas es también muy elevada, siendo una molécula de enzima capaz de transformar hasta 600.000 moléculas de sustrato por segundo.(Sustrato: sustancia sobre la que actúa una enzima).
Otra característica muy importante es la que ocurre en el proceso cervecero que es su especificidad, es decir cada tipo o grupo de encima ataca solamente un determinado sustrato y un solo tipo de enlace.
El ejemplo más específico en cervecería es la hidrólisis del almidón.
Diastasas
Se denominan diastasas a los enzimas que degradan el almidón como la alfa amilasa y la beta amilasa.Ambas son producidas durante la germinación del grano de cebada cuando se realiza el proceso de malteo.
La alfa amilasa es generada en el embrión y la capa aleurona del grano mientras que la beta amilasa ya se encuentra presente en forma inactiva en la cebada y es activada en el malteado.
Otra de la enzima que surge en este proceso es la dextrinasa límite.
El maltero debe tener en cuenta en la operación la producción de niveles adecuados de poder diastásico (niveles adecuados de enzimas), pero también debe conservar niveles óptimos de almidón dentro del grano para que el rendimiento de la malta se mantenga en niveles normales.
La degradación de almidón en el proceso de malteado para elevar el nivel de enzimas en el grano es inevitable, contribuye a las mermas en los rendimiento de la maltas demasiadas modificadas, partes de estas mermas también se deben a la formación de compuestos de color y sabor durante el secado.
No obstante el nivel enzimático de estas es excelente y se utilizan generalmente en microcervecerías para realizar cocimiento por método de infusión simple, sin escalonamiento y a una sola temperatura.
Las maltas pocos modificadas generalmente se utilizan en métodos escalonados de cocción.
Beta Amilasa
Su actividad enzimática es optima entre los 60 y 65 grados centígrados (su actividad arranca desde los 52 grados centígrados), tiene la habilidad de cortar (hidrolizar) las moléculas de amilosa desde el extremo no reductor e inclusive las cadenas antes de los enlaces alfa 1- 6 de la amilopectina partiendo del extremo no reductor, corta las cadenas en los enlaces alfa 1- 4 cada 2 unidades de glucosa, formando Maltosa.No puede atacar los enlaces alfa 1- 6 de las ramificaciones de la molécula de amilopectina por lo tanto está limitada a cortar cadenas lineales (desde extremo no reductor).
Tiene la capacidad de formar rápidamente maltosa.
Se la suele llamar encima de fermentabilidad.
Representación gráfica de la hidrólisis de la amilosa por medio de la beta amilasa
transformando la cadena lineal en trozos de maltosa
(dos unidades de glucosa unidas entre sí)
Resultado de la hidrólisis
Alfa amilasa
Su actividad enzimática es optima entre los 68 a 70 grados centígrados, tiene la habilidad de cortar (hidrolizar) las cadenas tanto lineales de la amilosa como las ramificadas de la amilopectina en cualquier punto al azar transformándolas en varias cadenas más cortas.No puede cortar los puntos de ramificación (enlaces alfa 1- 6).
A esta enzima se la denomina enzima de Liquefacción, este termino se lo suele observar cuando se trabaja con adjuntos, ya que la alfa amilasa ataca las cadenas al azar.
Cuando se mezcla una porción de harina de malta junto con un cereal no malteado esta enzima hace que el almidón sea hidrolizado en cadenas mas sencillas bajando la viscosidad de la mezcla, de ahí el termino de liquefacción.
También se la suele llamar enzima dextrinogenica ya que en forma muy lenta puede transformar dextrinas en maltosa y glucosa.
Las dextrinas por lo general son las que le dan carácter o cuerpo a las cervezas.
Generalmente suelen haber cadenas lineales entre las dextrinas que tranquilamente podrían ser hidrolizadas por la beta amilasa pero a esta temperatura la misma está totalmente desnaturalizada (destruida) por lo tanto no puede haber actividad e inclusive si se enfría la maceración a temperatura optima para la beta amilasa la desnaturalización es totalmente irreversible, por lo tanto es imposible de que exista actividad.
En otras palabras, si se quiere obtener una cerveza altamente fermentable, con alto grado de alcohol y seca al paladar se debe realizar pausas o escalonamientos mas prolongados a temperatura entre 60 y 65 grados centígrados que es el rango optimo para la beta amilasa..
Por el contrario si se quiere obtener una cerveza con carácter o cuerpo, se deben realizar pausas o escalonamientos mas prolongados a temperaturas entre los 68 y 70 grados centígrados que es el rango optimo de la alfa amilasa
Existe en la maceración el hecho de que cuando hay alta actividad de una enzima haya una mínima actividad de la otra pero para que tenga influencia en conjunto se necesita grandes períodos de tiempos.
Este aspecto se da a la practica en la elaboración de cerveza baja en carbohidratos o baja calorías (mayormente las cervecerías para producir este tipo de cerveza utilizan encimas exógenas como la glucoamilasa que hidrolizan o atacan los enlaces alfa 1- 6 en la dextrina límite transformándola en glucosa).
(diagrama de Haworth) por acción de la alfa y beta amilasa
En la grafica se muestra como la glucoamilasa ataca los enlace alfa 1- 6 de la dextrina limite para transformarlo en glucosa.
Otras enzimas que participan en la maceración:
Fosfatasas
Son de gran importancia para la calidad del mosto, es responsable de que el pH establecido al principio de la maceración sea mantenido durante todo el proceso.
Este control natural del pH en la mezcla se produce bajo la influencia catalíticas de las enzimas fitasa y nucleasa, éstas bajo condiciones de pectonización causan la descarga del ión de fosfato de los fosfatos orgánicos de la malta.
Dextrinasa limite
Es una enzima desramificadora que ataca los enlaces 1- 6 y puede degradar las dextrinas limite, sin embargo su temperatura optima es de 40 grados centígrados, por lo tanto tiene poco efecto en la maceración.
Proteasas (enzimas proteolíticas)
Convierten grandes moléculas de proteínas en moléculas más pequeñas.
Las proteasas de la malta están constituidas por un grupo de enzimas las cuales actúan sobre un sustrato específico de proteína.
La mayor cantidad de proteínas se encuentran en la malta cervecera que en los adjuntos que en algunas cervecerías se utilizan (cereal) en estas cantidades son relativamente pequeñas.
Aproximadamente el 35 % al 40 % del total de la proteína de la malta es solubilizada en el proceso de maceración.
Debido a la incidencia de la misma en el proceso ya que es de gran importancia por el impacto que se suele producir sobre la levadura y sobre la cerveza terminada.
Se debe hacer referencia a tres tipos de actividad proteolítica a saber:
1) La solubilización de proteínas que previamente son insolubles ya que una porción es soluble reversible y es finalmente coagulada por calor y precipitada por ebullición del mosto en la olla de cocción.
De todas formas hay una parte de proteínas que queda permanentemente soluble durante la ebullición en el mosto.
2) La degradación de proteína soluble, estas proteínas altamente complejas junto con otras de alto peso molecular son enzimáticamente degradadas a proteínas de peso molecular intermedio.
Estas juegan un papel importante en el sabor de la cerveza y en la espuma de la misma.
Es importante que las grandes moléculas de proteínas soluble sean degradadas a mas pequeñas para que no reaccionen y lleven a la formación de turbidez en la cerveza terminada.
Los dos procesos citados están bajo la acción de las proteinasas que tienen una temperatura óptima en el rango de 50 a 60 grados centígrados y a un pH de 4,2 a 5,3.
3) La degradación de proteínas de peso molecular intermedio lleva a la formación de proteínas más sencillas y aminoácidos que son de vital importancia para el normal desenvolvimiento de la levadura, ya que pasa a ser parte del nitrógeno asimilable por la misma contribuyendo a la calidad de la cerveza.
Es importante la cantidad de nitrógeno aportado por medio de los aminoácidos en el mosto.
Este proceso está bajo la acción de las peptidasas que tienen un rango de temperatura optimo de 45 a 50 grados centígrados y a un pH de 4,2 a 5,3.
La beta glucanasa
Los beta glucanos son carbohidratos como gomas, forman parte de las células de la pared de la cebada y parte es degradada en el malteo.En maltas poco modificadas o cuando se utiliza cebada cruda como adjunto la presencia de beta glucanos en la mezcla lleva a viscosidades elevadas al medio y se presentan dificultades a la hora de la clarificación (clarificación muy lenta), así como también problemas en la filtración de la cerveza.
Parte de este problema puede ser corregido en la maceración en las pausas de descanso de proteínas.
La beta glucanasa de la malta tiene una temperatura optima de 40 grados centígrados y se desactiva a los 60 grados centígrados.
Actividad enzimática de las levaduras:
Las levaduras cuenta con un complejo sistema enzimático localizado en mayor medida en la membrana celular de la misma.
En la fermentación de la cerveza por medio de Saccaromyces Cerevisiae (levadura de fermentación alta) la levadura utiliza los azúcares sacarosa (azúcar común), fructuosa, maltosa y maltotriosa en este orden.
Estos azúcares son transportados a través de la membrana celular por medio de enzimas llamadas permeasas hacia el interior de la célula.
La maltosa y la maltotriosa son hidrolizadas por las enzimas de la levadura intracelularmente por la alfa glucosidasa.
La Saccaromyces Uvarum o Saccaromyces Carlsbergensis (levadura de fermentación baja) se distingue de la anterior porque también utiliza melibiosa.
Excepto la Saccaromyces Diastaticus que no son adecuadas para la elaboración de cerveza, todas las demás son incapaces de hidrolizar el almidón y las dextrinas y por consiguiente el material utilizado como fuente de almidón deberán ser hidrolizados por la alfa y beta amilasas en la fabricación del mosto.
Las levaduras también tiene la capacidad de reducir el diacetilo enzimáticamente, el problema radica en que el alfa acetolactato aparece en una etapa en la que las levaduras ya han sedimentado o han perdido la capacidad de reducir el diacetilo a acetoína.
Esta actividad enzimatica de las levadura puede ser aprovechada para realizar controles en aquellas microcervecerías que pasteurizan sus cervezas.
Dentro del sistema ezimático de la levadura se halla la invertasa que una enzima que hidroliza la sacarosa (azúcar común) en glucosa y fructuosa (o también llamado azúcar invertido).
Test de Invertasa:
Si en una producción de cerveza pasteurizada se tiene dudas del efecto pasteurizador se puede realizar el siguiente test:
Se toman 20 mililitros de sacarosa al 40 % (preparar la sacarosa con agua destilada mas azúcar común, se debe hervir la mezcla para eliminar bacterias) + 5 mililitros de cerveza pasteurizada y se mezclan, luego se incuba a baño maría 30 minutos a 45 grados centígrados.
Por medio de una tira de glucocinta (se compra en farmacias y se utiliza para medir glucosa en orina) se procede a embeber la cinta en la solución.
Si después de unos minutos la cinta vira e indica presencia de glucosa la pasteurización a sido defectuosa por el hecho que la invertasa realiza la hidrólisis estando la levadura activa (no ha sido eliminada la levadura por pasteurización).
Representación grafica de la hidrólisis de la sacarosa
por acción de la invertasa (diagrama de Haworth)
Autor: Hugo Walter SCHAUFLER
Bibliografía consultada y referencias:
Manual de Cervecería de E. G. Lanuza
Determinación de Almidones (Química de los alimentos) por Ing. Héctor C. Fabre.
Almidones (Química de los alimentos) por Ing. Héctor C. Fabre.
Hidratos de Carbono (Química de los alimentos) por Ing. Héctor C. Fabre.
Enzimas (Química de los alimentos) por Ing. Héctor C. Fabre.
Manual de Biotecnología de los Enzimas por A. Wiseman (University of Surrey, Guidford, England).
Biotecnología de la Fermentación por Owen P. Ward
Referencias de Rice as a Brewing Adjunct, Vorgel, E.H.
Referencia Brewer Digest, Lieberman, C.E.
Gráficas, Representaciones, adaptación sobre consultas y referencias en base a experiencias personales, Hugo W. Schaufler.
