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Íconos recientes del mundo de la electrónica, presentes en pantallas de televisores o monitores de computadoras, o incluso usados para reemplazar a las lámparas comunes, los LEDs acaban de obtener una función nueva e insólita. Ahora también sirven para acelerar la fase de fermentación en la producción de cerveza, reduciendo el tiempo empleado en ese proceso entre un 15% y un 20% sin alterar la calidad de la bebida. Esto ocurre cuando fuentes de luz LED, diodos emisores de luz fabricados con material semiconductor en forma de dispositivos similares a linternas, son sumergidos en las cubas donde las levaduras Saccharomyces cerevisiae se nutren con los carbohidratos de la malta de cebada para producir alcohol, anhídrido carbónico y consecuentemente, cerveza. La novedad se desarrolló en el Instituto de Física de São Carlos de la Universidad de São Paulo (IFSC-USP) y ya se encuentra en uso en la microcervecería Kirchen, de esta ciudad.
Los investigadores de la USP descubrieron que, en determinadas longitudes de onda características de una banda del espectro rojo y otra del infrarrojo, el metabolismo de la levadura se acelera. “La luz mejora la permeabilidad de la membrana celular de la Saccharomyces y eso favorece el intercambio entre el medio interno y el externo de la levadura. Así, ésta metaboliza en forma más rápida el azúcar contenido en la malta y excreta etanol y CO2 hacia el exterior del medio celular”, dice el investigador Éverton Estracanholli. Él concibió la idea de utilizar la luz en el proceso de fabricación de cerveza mientras hacía su doctorado en el IFSC, desarrollando investigaciones en compañía de los profesores Vanderlei Bagnato, su director de tesis, e Igor Policarpov. Su objetivo era usar la luz para cuantificar carbohidratos en muestras del mosto cervecero en la fase de fermentación.
El mosto está compuesto por agua y malta, además de otros cereales, dependiendo del tipo de cerveza, que se mezclan y se calientan hasta que se forma un jugo azucarado. Luego de la separación de los granos, se le adiciona el lúpulo (la inflorescencia de una planta aromática, en forma de pellets), el cual le confiere el amargor y parte de su aroma a la bebida, y se lo hierve. Entonces, pasa a fermentación donde se adicionan las levaduras. “La incidencia de la luz en las células de la levadura facilita el intercambio de electrones en el ciclo de Krebs, que consiste en una secuencia de reacciones químicas asociada al proceso respiratorio de las células. Así, los electrones quedan saltando de una cadena hacia otra y aceleran las reacciones”, dice el investigador.
“Al interactuar con la luz, varios tipos de moléculas presentan estados electrónicos excitados, lo cual altera el proceso biológico a nivel molecular”, dice Bagnato. “La reacción química que ocurre dentro del mosto cervecero comprende grandes transferencias de electrones de ciertas moléculas hacia otras y la luz aumenta la velocidad de esas transferencias”, explica. “Pero no cualquier luz sirve, se necesitan determinar los parámetros, porque existen dosis y rangos de luz que matan a las levaduras. Nuestro estudio identificó los colores [longitudes de onda], la intensidad de luz utilizada, la dosis suministrada y el tiempo de iluminación necesaria”, explica Estracanholli.
La fotoestimulación en sistemas biológicos es un fenómeno conocido. La utilización de láser y LEDs en levaduras como la propia Saccharomyces o Endomyces magnusii, o en bacterias tales como la de la especie Escherichia coli, ha demostrado ser estimulante de la actividad respiratoria de esos microorganismos propiciando la reproducción celular. “Con todo, hasta ahora, no hemos encontrado en la literatura científica citas sobre el uso de radiación electromagnética [la luz visible o infrarroja] para acelerar los procesos de fermentación, ya sean alcohólicos o no alcohólicos”, dice el investigador. El nuevo proceso generó un depósito de patente con los tres científicos como inventores y la USP como proveedora. El físico, que ya tenía el hobby de elaborar cerveza en su casa heredado de su padre, resolvió utilizar los LEDs en su producción casera que enseguida se transformó en la microcervecería Kirchen. Estudioso del tema, él incluso ganó un premio por la mejor cerveza del tipo Irish Red Ale –una cerveza de color rojo oscuro con sabor seco y a malta muy acentuado– en la edición 2012 del Certamen Nacional de Acervas, las asociaciones regionales de cerveceros artesanales.
Otro experimento llevado a cabo en el IFSC y con depósito de patente por los mismos tres investigadores y la USP, consiste en la aplicación de técnicas de análisis para monitorear y cuantificar la presencia de carbohidratos y alcohol, en un breve espacio de tiempo, durante la producción de cerveza. La técnica que ellos desarrollaron determina la cantidad de azúcares y alcohol presentes en el mosto en fermentación. “Actúa a partir de la absorción obtenida por la reflexión de la luz que incide sobre una muestra de cerveza o cualquier alimento industrial, tal como la pulpa de tomate, por ejemplo”. Los investigadores también creen que se podrá utilizar en la industria sucroalcoholera, tanto para monitorear la producción de etanol como para verificar la cantidad de azúcar presente en la caña de azúcar en el propio campo. La emisión de luz sobre el tallo, el análisis de la respuesta espectral, que es la parte de luz absorbida por el material, y el consiguiente procesamiento de las informaciones mediante una computadora, en pocos segundos, pueden revelar el momento exacto para cosechar la caña. Los primeros prototipos de esos dispositivos comenzarán a elaborarse ya este año.
“En el contexto de la elaboración de su tesis doctoral, Estracanholli demostró la factibilidad del monitoreo en tiempo real del alcohol y de los carbohidratos. Ahora, mediante el convenio de la USP con la empresa que él constituyó, se dará un paso adelante para demostrar la funcionalidad de tal concepto. En la producción piloto que él está montando, que ya es algo diferente a un pequeño prototipo de laboratorio, la idea consiste en generar un dispositivo que pueda emplearse para la fabricación de varios tipos de bebida”, dice Bagnato. “El objetivo es utilizar haces de fibra óptica que conducirán la luz hasta el material por analizar y reflejarán los componentes de la luz que no se absorbieron. Así será posible monitorear en tiempo real el proceso productivo”, agrega. El sistema también utiliza redes neurales artificiales, que son programas basados en neuronas biológicas capaces de aprender mediante ejemplos, utilizando interconexiones computacionales y matemáticas.
En tiempo real
Entre los procesos de fermentación pasibles de analizar con dispositivos LED en la franja de luz visible e infrarroja se encuentran la fermentación del jugo de caña de azúcar para la obtención de etanol combustible o productos destilados, tales como la cachaça, además de vinagres y derivados. En la producción específica de cerveza, el nuevo sistema de análisis en tiempo real en la línea de producción podrá cuantificar los principales carbohidratos presentes en la fermentación del mosto de la bebida, tales como glucosa, maltosa, maltotriosa y dextrina, además del etanol.
La actual práctica fabril en todo el mundo consiste en la recolección de muestras en la línea de producción y su posterior análisis en laboratorio, que casi siempre se encuentra dentro de la propia fábrica. “La realización de esos análisis en la propia línea de producción es de uso escaso o casi nulo”, dice Bagnato. Para el profesor Waldemar Venturini Filho, de la Facultad de Ciencias Agronómicas de la Universidad Estadual Paulista (Unesp) en la ciudad de Botucatu, quien trabaja desde hace más de 20 años con fermentación y estudios sobre la cerveza –y también participó en el tribunal examinador del doctorado de Estracanholli–, el nuevo dispositivo para análisis en tiempo real de la producción es fantástico y propiciará fundamentalmente el control de la fermentación alcohólica, que se considera elemental en el procesamiento de la cerveza. “Es un sistema prometedor e incluso podrá utilizarse en la academia para el estudio de los procesos fermentativos”, dice Venturini.
EDUARDO CESARArriba, los difusores en el extremo de los LEDs iluminan todo el líquido. Al lado, el experimento en la empresa Kirchen, en São CarlosEDUARDO CESAR
Con la ayuda de la universidad
El profesor Bagnato considera que el proyecto conjunto de la USP con Kirchen podrá generar un producto innovador. “A lo mejor, en un futuro, la combinación del análisis en tiempo real con la estimulación fotónica podría generar una forma totalmente diferente de promover y controlar la fermentación. De tal modo, la luz inserta en el sistema se convertirá en un nuevo parámetro en el área”, dice. “Mi filosofía consiste en que las empresas nacientes deben contar con la ayuda de los laboratorios que las produjeron, en este caso el IFSC. La empresa de Estracanholli no podrá contar de inmediato con toda la infraestructura que poseemos en la USP. De esa forma, resulta esencial que mantengamos la colaboración, aportando nuestros equipamientos para que él realice las caracterizaciones y otros estudios que de otra manera se tornarían difíciles. Ésa es la verdadera forma de generar un spin-off en el ambiente académico”, considera Bagnato, quien también es coordinador general de la Agencia USP de Innovación.
Los dispositivos de control y estimulación fotónica servirán, principalmente al comienzo, para las microcervecerías, un sector que crece en el país impulsado por la curiosidad de los consumidores brasileños y por la mejor aceptación de cervezas premium o gourmet. Ellas son más caras, pero están elaboradas con ingredientes más refinados, mayores porcentajes de malta y lúpulos especiales, más allá del mayor tiempo de maduración, la fase final de la fermentación de la cerveza, que es la que le confiere armonía al sabor y al aroma de la bebida. En Brasil existen unas 180 microcervecerías, además de 30 cervecerías de porte mediano con más de 60 marcas. En conjunto, ellas aún se ubican lejos de la producción de las grandes cervecerías, tales como Ambev –que posee las marcas Brahma, Antarctica, Skol y Bohemia–, Schincariol y Heineken, que también es propietaria de las marcas Kaiser y Bavaria. “Nuestro mercado futuro, tanto para el equipamiento que cuenta con el LED para acelerar la fermentación como el que realiza el análisis en tiempo real de la producción está dirigido principalmente a las microcervecerías, aunque también llegará a las sucursales de la gran industria”, vaticina Estracanholli.
Al conocer el potencial de la estimulación por LED en las levaduras durante el proceso de fermentación, André Oliveira, socio de la microcervecería Mão na Roda, de Botucatu, desde hace dos años en el mercado, dijo que sería muy bueno contar con ese equipamiento porque la producción podría crecer sin necesidad de aumentar el área de producción. “Creo que para las grandes empresas, el uso de los LEDs en la fermentación también podría constituir una buena novedad”, dice Estracanholli. “No existe nada similar en el mercado”.
Eduardo CesarMicrocervecerías que producen cervezas especiales o Premium podrían ser las primeras fábricas en experimentar con los LEDs en su producciónEduardo Cesar
Según el informe Global Beer Consumption by Country in 2010, del Instituto de Alimentación y Estilo de Vida, de la empresa de bebidas Kirin de Japón, que en 2011 adquirió a la brasileña Schincariol, Brasil es el tercer productor de cerveza del mundo, con 12.100 millones de hectolitros producidos en 2010, detrás de China, con 44.600 millones, y de Estados Unidos, con 24.100 millones, y por delante de Rusia y Alemania.
En cuanto al consumo per cápita anual de cerveza, los brasileños se ubican en el 27º puesto, con 65 litros por habitante, mientras que los líderes son la República Checa, con 131 litros, seguida por Alemania, con 106, Austria, con 105, e Irlanda, con 103. El líder en producción, China, se ubica en el puesto 49º con un consumo anual de 31 litros. Según Kirin, el crecimiento de la producción cervecera en Brasil fue de un 16% en relación con 2009. En total, la facturación por las ventas totales de cerveza en el país alcanzó la marca de 62 mil millones de reales en 2010.
Frutas tropicales y miel
La relación entre la cerveza y la universidad también ha abierto otros caminos, más allá de la presencia de la bebida en los centros académicos. Los estudios se han concentrado en hallar fórmulas innovadoras y aportar nuevos adjuntos cerveceros, tal como se denomina a los otros ingredientes que reemplazan parte de la malta de cebada y sirven para disminuir el costo de producción y lograr una bebida más liviana. Las grandes cervecerías usan para ello maíz y arroz. Éstos figuran en las etiquetas como cereales no malteados. En Brasil, el camino más reciente en la investigación de adjuntos cerveceros en el ámbito académico proviene de Bahía. Un grupo de investigadores en la Universidad Estadual de Feira de Santana (UEFS) estudia la producción de cerveza con frutas autóctonas del semiárido nordestino, tales como umbú [Spondias tuberosa], cajá o jobo [Spondias mombin] y cacao [Theobroma cacao], entre otras. “Queremos aprovechar la gran fuente de carbohidratos contenidos en esas frutas y también sus compuestos aromáticos que pueden añadirse a las cervezas producidas en esta región del país”, dice el profesor Giovani Brandão Carvalho, coordinador del grupo.
EDUARDO CESAR / FÁBIO COLOMBINI / IACBanana, cajá, umbú-cajá y arroz negro están entre los ingredientes que pueden sustituir parte de la malta de cebada en las cervezas y son objeto de investigación académicaEDUARDO CESAR / FÁBIO COLOMBINI / IAC
Para estudiar esas composiciones, él montó una microcervecería en el Laboratorio de Fermentación de la UEFS, en el marco del Programa de Ayuda a Núcleos Emergentes (Pronem) con recursos aportados por la Fundación de Apoyo a la Investigación Científica del Estado de Bahía y el Consejo Nacional de Desarrollo Científico y Tecnológico (CNPq). “Deseamos estimular las microcervecerías y promover la agricultura familiar en la región”, dice Carvalho. Los estudios con cerveza comenzaron durante su doctorado en la Escuela de Ingeniería de Lorena, en la USP. Bajo la supervisión del profesor João Batista de Almeida e Silva, él desarrolló una cerveza tipo Pilsen con banana como adjunto mezclado en forma de jugo con el mosto cervecero. Más allá de un leve sabor de la fruta en la bebida, la misma posee un alto tenor de potasio. “Contiene 600 miligramos [mg] de potasio por litro, frente a 200 mg de una Pilsen común”, dice Carvalho. “Publicamos dos artículos en revistas científicas internacionales y actualmente se la elabora en Costa Rica”, dice el profesor, revelando que pecó de inocencia al no depositar la patente del proceso. Para las próximas, está protegiendo la propiedad intelectual. El profesor Almeida e Silva considera que este tipo de cerveza sería ideal si tuviera hasta un 1% de alcohol, porque les serviría para reponer nutrientes a los deportistas. También ha realizado experimentos utilizando arroz negro, del Instituto Agronómico (IAC) de Campinas, como adjunto de cerveza. “Nuestro objetivo fue aprovechar la pérdida de hasta un 25% del arroz negro durante su industrialización, el cual se parte con facilidad y no tiene valor de mercado. El resultado fue una cerveza tipo Pilsen algo oscura, casi marrón, que cuenta con patente de proceso”, dice.
En un proyecto con la Universidad Estadual de Amazonas, ha experimentado con buenos resultados, con la semilla de la palmera pupuña o pijuayo [Bactris gasipaes], muy utilizada para la extracción del palmito. “La semilla es poco aprovechada y contiene un alto tenor de almidón”, dice. Entre los actuales experimentos del profesor Almeida e Silva se encuentran el uso del piñón y de jugo de caña, también como adjuntos. Otro experimento, en esta ocasión conducido por el profesor Waldemar Venturini Filho, de la Unesp de Botucatu, dio como resultado una cerveza con miel entre sus ingredientes. “Para que una bebida sea considerada cerveza por la legislación brasileña es necesario que contenga al menos un 55% de malta. Así, entre las cervezas del tipo común, extra y fuerte, que se definen por el tiempo de maduración y tenor alcohólico creciente, tan sólo la última presentó sabor y aroma más acentuado en relación con la miel” dice Venturini Filho. “En las cervecerías industriales, los adjuntos, tales como maíz y arroz, deben ser neutros y no aportar sabor ni aroma a la cerveza. En las microcervecerías, los adjuntos, tales como frutas, miel y otros, se utilizan para enriquecer el aroma y el sabor de la cerveza”.
Proyectos
1. Estímulo del proyecto de innovación en biofotónica (nº 1998/14270-8); Modalidad Centros de Investigación, Innovación y Difusión (Cepid), Centro de Investigación en Óptica y Fotónica de São Carlos; Coordinador Vanderlei Bagnato – USP; Inversión R$ 180.000,00 tan sólo para el subproyecto que demandó tres años (FAPESP)
2. Utilización de miel como adjunto de malta en la elaboración de cerveza (n° 2011/21823-0); Modalidad Ayuda Regular al Proyecto de Investigación; Coordinador Waldemar Venturini Filho – Unesp; Inversión R$ 17.921,50 y US$ 13.290,00 (FAPESP)
3. Obtención de cerveza mediante el proceso de alta densidad, utilizando como adjunto al arroz negro IAC 600 (Oryza sativa) (n° 2007/01347-3); Modalidad Ayuda Regular al Proyecto de Investigación; Coordinador João Batista de Almeida e Silva – USP; Inversión R$ 102.818,27 y US$ 26.708,00 (FAPESP).
