Impacto de la Temperatura en la Suspensión de Levadura

La temperatura es un factor crítico en cualquier proceso de fermentación que involucre levaduras, ya sea para la elaboración de cerveza, panificación u otras aplicaciones. Su control adecuado es fundamental para asegurar el éxito del proceso y la calidad del producto final.

La Fermentación y su Sensibilidad a la Temperatura

La fermentación es un proceso exotérmico, lo que significa que genera calor. Este calor provoca un aumento en la temperatura de fermentación. Al aumentar la temperatura, la fermentación se vuelve más vigorosa y, dependiendo de la temperatura que alcance, la producción de alcoholes superiores y ésteres aumentará.

Temperatura de Inoculación de la Levadura de Cerveza

Si se desea una cerveza limpia de sabores producidos por la levadura, la temperatura de inoculación o lanzamiento de la levadura (conocida como Pitching temperature) es muy importante. En el proceso de elaboración de bebidas alcohólicas, la fase de fermentación produce un subproducto que a menudo se pasa por alto: el calor. Un cervecero comentó que asistir a un seminario sobre levaduras de Jamil Zainasheff le reiteró que bajar la temperatura de inoculación es uno de los factores más importantes. Jamil señaló que la mayoría de los sabores desagradables se producen en las primeras 72 horas de fermentación, y que le gusta enfriar el mosto justo por debajo de la temperatura de fermentación prevista antes de lanzar la levadura.

El calor generado por la Fermentación

Debe tenerse en cuenta que el calor generado por las actividades normales de fermentación de la cerveza puede elevar la temperatura del proceso entre 10 y 15℃. La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma en calor. Si se toman moléculas que almacenaron energía y se consumen, al digerirlas, esas moléculas liberan la energía que contenían. Parte se consume para crear nuevas moléculas, pero otra parte se libera en forma de calor. Por lo tanto, a mayor tasa de actividad metabólica en el fermentador, más calor se generará, hasta el punto en el que este deje de generarse a niveles perceptibles cuando la actividad metabólica, prácticamente, cese.

Como ejemplo, la figura mostrada en la sección anterior ilustra el aumento de temperatura provocado por la fermentación de una cerveza de densidad 1040 cuya temperatura de inoculación fue de 16ºC. En este caso, se produjo un aumento de la temperatura de hasta 5ºC, llegando hasta los 21ºC aproximadamente, no disparándose la producción de alcoholes superiores y ésteres durante la fermentación. El aumento de temperatura dependerá de cuán vigorosa sea la fermentación. A mayor temperatura de inoculación, más activas están las levaduras y mayor será el incremento de temperatura producido. Asimismo, a mayor densidad del mosto, más azúcares fermentables, más actividad de la levadura y mayor aumento de la temperatura. En la cerveza anterior de densidad 1040 el aumento de temperatura fue de 5ºC, mientras que en una cerveza de densidad 1070 el aumento de temperatura puede ser de hasta 10ºC.

Un cervecero comentaba que tenía una Russian Imperial Stout que mantenía a 18,3 °C en el frigorífico con temperatura controlada. Sacó el fermentador del frigorífico para limpiarlo y alcanzó los 22 °C en cuestión de minutos. La fermentación puede generar bastante calor.

Consecuencias de Temperaturas Elevadas

En circunstancias ideales, el proceso de elaboración de cerveza debe ajustarse estrictamente dentro de un rango de temperatura relativamente pequeño para lograr los mejores resultados. No tomar las medidas adecuadas para regular el calor generado durante la elaboración de la cerveza puede dar lugar a productos insatisfactorios. Este es también un costoso error que cometen muchos cerveceros noveles.

El mayor problema que ocurre cuando la temperatura de fermentación es demasiado alta es el peculiar olor a lípidos y alcoholes fusel producidos por la levadura. La levadura experimentará una reacción metabólica relativamente fuerte, comiéndose todo lo que se le ponga por delante, pero se quedará sin nutrientes antes de comerse el azúcar. Un mal control de la temperatura de fermentación suele conducir a una temperatura de fermentación demasiado alta, lo que hace que la levadura sea demasiado sensible a la toxicidad del alcohol. La levadura podría morir al principio debido al estrés térmico, y solo la levadura restante podría hacer todo el trabajo.

• Fusel: Suele considerarse un sabor alcohólico picante, que casi sabe a alcohol o a vodka.
• Lípidos: Suelen considerarse un sabor afrutado, a plátano, pera o quitaesmalte. Aunque ciertos lípidos son deseables en determinados estilos, no deberían estar presentes en otros estilos de cerveza.
• Acetaldehído: Suele considerarse el sabor de la manzana verde, la calabaza cruda o la calabaza. El olor peculiar antes mencionado es un subproducto natural del proceso de fermentación, que aparecerá en todas las fermentaciones.

Una fermentación a altas temperaturas afectará negativamente el sabor de la cerveza. Por el contrario, a bajas temperaturas la levadura tiende a dormirse y no fermentar la cerveza. La levadura también puede tener diversos problemas cuando se elabora en climas más fríos o en invierno, cuando no hay control de la temperatura. Cuando la fermentación comienza en un ambiente más frío, el dióxido de carbono puede quedar atrapado en la cerveza. Normalmente, las especias "desgasificadas" permanecerán en la solución y pueden afectar el producto final formado durante todo el proceso de fermentación.

Control de la Temperatura en la Fermentación de Cerveza

Se debe intentar controlar la temperatura de fermentación. Uno de los métodos más sencillos es utilizar un frigorífico con un termostato que aporte frío o calor para intentar conseguir la temperatura deseada lo más rápidamente posible. La temperatura ideal de fermentación de la cerveza depende del estilo de cerveza que el cervecero esté intentando producir. Cada levadura tiene especificaciones de temperatura para lograr una fermentación ideal, pero en general, la levadura típica de malta funciona mejor en el rango de 19-22°C (66-72°F). Este es el mejor lugar para asegurar que la levadura de cervecero no produzca demasiado olor desagradable. La levadura prosperará en temperaturas cálidas y se reproducirá más rápido, pero en el proceso producirá más ésteres. Por ejemplo, en comparación con las Ale, algunas cervezas Lager deben tener una temperatura más baja para fermentar adecuadamente, como la Bock, que debe regularse entre 50 y 52℃ (aproximadamente 10-11°C).

Si se inocula a 16ºC por ejemplo, el calor generado por la fermentación se contrarrestará con el frío aportado por el frigorífico y el aumento de temperatura será mínimo, permitiendo aumentar la temperatura a 18-19ºC al cabo de unas horas para tener el control total de la temperatura de fermentación.

Descenso de Temperatura: Un Reto Práctico

En una prueba para ver cuánto cuesta bajar la temperatura, se llenó un corny con agua (19 litros) a 25ºC y se metió en un frigorífico a 5ºC. Tardó 3h10 en bajar la temperatura hasta 20ºC. En este experimento, hay que tener en cuenta varios factores:

• El frigorífico ya estaba a 5ºC. Para alcanzar esa temperatura se debe enfriar el aire del frigo y toda la carcasa, lo que cuesta alrededor de 1h.
• El contenido del corny era agua, pero el mosto tiene más densidad y el tiempo empleado en enfriarse será mayor, dependiendo de su densidad.
• El frigorífico contenía solamente un corny; si se meten dos, la masa a enfriar será el doble y el tiempo de enfriamiento se duplicará.
• El contenido era agua que no genera calor. La fermentación es un proceso exotérmico que genera calor constantemente y hace que aumente la temperatura.

Si resulta difícil bajar la temperatura del mosto hasta 18ºC para inocular la levadura y se queda en 25ºC, por ejemplo, para cuando el fermentador alcance la temperatura de 18-19ºC transcurrirán unas cuantas horas que son muy importantes para conseguir una cerveza limpia sin sabores extraños.

Fases de la Fermentación y el Rol de la Temperatura

La levadura no tiene un comportamiento único y uniforme durante la fermentación, sino que se comporta de manera diferente en función de las condiciones del mosto y de la propia influencia de las levaduras en dicho mosto. Es crucial comprender las fases de la fermentación para optimizar el proceso.

Fase de Latencia o Adaptación

Esta fase tiene lugar entre el momento en que se añade la levadura al mosto y unas 15 horas después. Principalmente, la levadura se está adaptando (aclimatando) al nuevo ambiente. La levadura comienza a usar minerales y aminoácidos (nitrógeno) del mosto para construir proteínas. Si no encuentra los aminoácidos necesarios, tendrá que fabricarlos. El mosto, si se ha macerado adecuadamente, es una formidable fuente de nitrógeno y nutrientes, así como de vitaminas (riboflavina, inositol, biotina) y minerales (fósforo, cobre, azufre, zinc, hierro, sodio y potasio).

Otro elemento clave en esta fase es el oxígeno, el cual es rápidamente absorbido por la levadura. Aunque a menudo se habla de fermentación en un ambiente anaeróbico, las levaduras necesitan oxígeno para reproducirse, ya que es necesario para la producción de componentes importantes de la pared celular, como ácidos grasos y esteroles, que mantienen la fluidez y regulan la permeabilidad de la célula. Por lo tanto, es muy importante proporcionar suficiente oxígeno al mosto al principio de la fermentación.

Esta fase se puede llevar a cabo a una temperatura más alta que el resto de la fermentación, ya que se producen muy pocos compuestos saborizantes y la producción de etanol es limitada, lo que minimiza la formación de ésteres. Por ejemplo, una temperatura válida para una fermentación tipo Ale estaría en torno a los 22-24 °C, para luego bajar a 20 °C y completar la fermentación.

Fase de Crecimiento y Actividad Metabólica

Esta segunda fase comienza, de manera orientativa, pasado un día desde la siembra de levadura hasta el cuarto día de fermentación. Al salir de la fase de latencia, la levadura comienza a consumir los azúcares del mosto. Se produce CO2, que sale de la solución (provocando el burbujeo del airlock) y forma una capa de espuma (krausen) sobre la cerveza. Los azúcares son consumidos por la levadura en un orden de preferencia: primero glucosa, luego fructosa y sacarosa (azúcares simples), y después maltosa (el azúcar principal del mosto). Finalmente, se trabajan los azúcares más complejos como las maltotriosas, cuya fermentación depende de la cepa de levadura y su nivel de floculación.

Es en esta fase de actividad metabólica donde el cervecero casero debe estar atento para evitar que la temperatura de la fermentación se dispare. Las diferencias pueden ser grandes, con 2, 4 o incluso más grados de diferencia entre la lectura del termostato y la realidad. Esto es importante porque es en esta fase donde más ésteres y alcoholes superiores se producen. Para evitar esto, hay dos opciones: o insertar la sonda dentro del fermentador para una medición más exacta, o asumir el exceso de calor y mantener la temperatura en esta fase tan baja como sea posible sin ralentizar el airlock (es decir, sin bajar de un valor de temperatura cómodo para las levaduras que reduzca su tasa metabólica).

Fase Estacionaria y Maduración

Esta fase tiene lugar pasados 3-4 días de poner la levadura en el mosto y puede durar hasta 7 días. El crecimiento (reproducción) de la levadura se ralentiza, entrando en una fase de estancamiento de actividad reproductiva. La mayoría de los compuestos de sabor y aroma (alcoholes fusel, ésteres, compuestos azufrados) ya se han producido. Aquí, la levadura comienza a reabsorber compuestos indeseados que ella misma ha producido (como el diacetilo), y el sulfuro de hidrógeno escapa en forma de gas, lo que hace el sabor de la cerveza más agradable. Es importante tomar una muestra de densidad para saber si la atenuación ha sido completa. En las cervecerías profesionales, es común enfriar gradualmente el contenido del fermentador hasta 1,5 - 4,5 °C, lo que provoca que la mayoría de las levaduras se depositen en el fondo.

Es un error común hablar de "segunda fermentación"; el proceso de fermentación es único de principio a fin. Lo que se describe como "fermentación secundaria" es en realidad un acondicionamiento o guarda, donde la levadura, aunque inactiva (no muerta), ayuda a limpiar la cerveza y redondear su sabor al reabsorber subproductos y clarificar el líquido.

Manejo de la Levadura y Prevención del Estrés Térmico

Los cambios bruscos de temperatura estresan a la levadura y hacen que su metabolismo pueda producir sabores desagradables. Si se guarda la levadura en el frigorífico a unos 6ºC, se hidrata a unos 25ºC (algunas levaduras secas recomiendan hidratarlas a 27-30ºC) y luego se inocula en un mosto a 18ºC, este "tobogán de temperaturas" puede estresar a la levadura. Por ello, lo más lógico parece, si se desea hidratar la levadura, hacerlo a la temperatura de fermentación.

Inoculación Directa de Levadura Seca

Fermentis comenta que los resultados son satisfactorios si se realiza el lanzamiento directo de la levadura siguiendo estos pasos:

• Echar la levadura directamente en el recipiente de fermentación sobre la superficie del mosto a la temperatura de fermentación.
• Espolvorear progresivamente la levadura seca en el mosto asegurándose de que la levadura cubra toda la superficie del mosto disponible para evitar grumos.
• Idealmente, la levadura se añade durante la primera parte del llenado del recipiente para luego llenarse con el resto del mosto.

Después de varios años elaborando cerveza, muchos cerveceros intentan simplificar su proceso, optando por fermentar con levadura seca debido a su simplicidad.

Mutaciones y Comportamiento de la Levadura Lager

Una creencia muy extendida entre los elaboradores de cerveza es que la levadura debe ser propagada a la misma temperatura (o muy cercana) de fermentación. Sin embargo, la respuesta de un organismo unicelular como la levadura a las condiciones medioambientales es mucho más compleja de lo que parece. Las cepas Lager, por ejemplo, se cultivan muy bien a temperaturas cálidas (20-25 °C) y luego pueden ser inoculadas en un mosto más fresco (10-13 °C) con resultados exitosos. La cerveza resultante de una Lager fermentada a temperaturas cálidas será más afrutada y parecida a una Ale, como es el caso de la cerveza Anchor Steam.

En cuanto al potencial de mutación de las levaduras Lager cuando se cultivan en un ambiente cálido, las mutaciones raramente tienen resultados tan obvios como un pez con tres ojos; son más comunes ciertos cambios sutiles. Algunos cambios en el ambiente, como la temperatura de fermentación o la densidad inicial del mosto, pueden cambiar el comportamiento de las cepas de levadura. Al reutilizar un cultivo de levadura y repetir el proceso varias veces, se seleccionan las células de levadura basándose principalmente en sus propiedades de floculación. Con el tiempo, la cepa puede perder sus propiedades deseadas, por lo que las levaduras se propagan entonces a partir de un cultivo de laboratorio.

La Temperatura en la Fermentación para Panificación

Las condiciones idóneas para una adecuada fermentación de las levaduras en panificación son cruciales para el éxito del pan. Son frecuentes los fracasos en el uso de panificadoras debido a problemas como temperaturas bajas o levaduras de un sobre mal cerrado.

Condiciones Óptimas para la Levadura en el Pan

Para que las levaduras naturales funcionen óptimamente en la masa del pan, se necesitan las siguientes condiciones:

Humedad y Substrato

• Humedad: Sin humedad, las levaduras no pueden activarse, ya que necesitan que su alimento esté disuelto en agua para poder asimilarlo. La masa no debe quedar seca; una proporción habitual es 60% harina / 40% agua. El exceso de agua produce un pan más denso y pesado.
• Sustrato: Su alimento base son los azúcares (principalmente glucosa), aunque también necesitan nitrógeno (de las proteínas) y algunos minerales. Las levaduras utilizan los azúcares de los alimentos que fermentan, transformándolos. Además de los hidratos de carbono de la harina, a menudo se añade una cucharadita de azúcar a la masa. El exceso de levadura es un problema porque, si bien se piensa que más levadura hará que el pan suba más, en realidad, a partir de cierto punto, el pan se hunde cuando la levadura se queda sin sustrato.

Temperatura y Oxígeno

• Temperatura: Las levaduras naturales utilizadas en panificación no actúan adecuadamente (o con dificultad) por debajo de 26º y se debilitan demasiado por encima de 35º. A 60º mueren. Para fermentar la masa de pan, se considera ideal una temperatura de 32-35º. Por esta razón, el pan suele salir mejor en verano, mientras que en invierno, cuando la temperatura ambiente es de 20º o menos, la panificadora puede no alcanzar su temperatura óptima de fermentación, resultando en un pan que no ha subido bien.
• Oxígeno: La levadura necesita oxígeno para la combustión u oxidación de la glucosa. Al abrir un sobre de levadura en polvo, se expone al oxígeno y a la humedad. Aunque las levaduras no pueden desarrollar plenamente su actividad sin un sustrato, se activan parcialmente y pierden parte o la totalidad de su capacidad de reacción. Por ello, una vez abierto, un sobre de levadura debe cerrarse bien con una pinza hermética y utilizarse lo antes posible, conservándolo en un lugar de temperatura estable, idealmente en la zona menos fría de la nevera (no a menos de 4º), y llevarlo a temperatura ambiente antes de usarlo.

Métodos y Equipos para el Control de Temperatura

Independientemente del método que se elija para controlar la temperatura durante el proceso de fermentación, este requerirá tiempo y, a menudo, inversión. La levadura utilizada y el entorno en el que se trabaja son los factores que más influyen en el sabor final de la cerveza. Existen muchas cepas de levadura especiales y específicas para cada estilo, tanto para cerveceros caseros como para profesionales, y cada cepa tiene un rango de temperatura óptimo.

Medición y Monitorización

Un medidor de temperatura es crucial para valorar la actividad de la levadura. Lo que se debe controlar es la temperatura real del mosto, no la temperatura ambiente del frigorífico, que puede variar mucho. Una funda de termómetro independiente equipada con una sonda de temperatura proporcionará una temperatura de fermentación precisa. Si se utiliza un termómetro lleno de líquido colocado en el frigorífico, reaccionará mucho más lentamente a los cambios de temperatura ambiente en comparación con el aire. Esto es útil para mantener una lectura estable incluso si la puerta del frigorífico se abre brevemente.

Aunque un termómetro interior/exterior puede verificar la temperatura ambiente del frigorífico, es el termómetro en el fermentador lo que realmente importa. Muchos cerveceros noveles piensan que el termómetro en la fermentación es para controlar la temperatura ambiente, pero esto es solo parcialmente cierto, ya que la fermentación alcohólica genera calor interno que eleva la temperatura del mosto por encima de la ambiental.

Sistemas de Refrigeración y Calefacción

Control a Escala Casera

Aunque los cerveceros caseros pueden utilizar simples ventiladores de refrigeración y bañeras para controlar la temperatura de fermentación, sigue siendo necesario algún equipo para conocer la temperatura real. Una cámara de fermentación no es más que un lugar a temperatura controlada. Si se fermenta en casa, es posible que la temperatura suba, pero no baje demasiado, ya que una casa rara vez baja de 18 grados. En este caso, una nevera puede ser suficiente para evitar que el calor producido por la fase de atenuación se dispare. Sin embargo, si se fermenta en un local, trastero o garaje, es posible que se necesiten tanto aportar calor como frío, según la época del año. Un arcón congelador modificado puede servir como cámara de fermentación eficiente. Con la ayuda de controladores de temperatura (como el STC-1000) y cinturones calefactores, se pueden gestionar varias fermentaciones simultáneamente a distintos rangos de temperatura, por ejemplo, una Ale a 18 grados y otra a 22 grados, o incluso una Lager a 12ºC y una Ale a 18-20ºC.

Control a Escala Comercial

La temperatura de fermentación de la cerveza a escala comercial requiere un equipo especial de ajuste de la temperatura. La mayoría de los refrigeradores para cervecerías utilizan una solución acuosa de glicol como refrigerante. El sistema de refrigeración consta de una unidad de refrigeración, tuberías de interconexión y un regulador automático de temperatura. El líquido refrigerante se enfría en el tanque de refrigeración antes de ser bombeado a través de las tuberías del intercambiador de calor que rodean el recipiente de fermentación. El calor del recipiente de fermentación se transfiere al líquido refrigerante circulante, que se vuelve a bombear a la unidad de refrigeración para su enfriamiento.

Aunque el uso de glicol congelado es beneficioso, si no se regula, enfriará en exceso el proceso. Una temperatura de fermentación más baja detendrá por completo la fermentación o provocará una fermentación incompleta. Para evitar la elaboración de una cerveza de calidad inferior, la temperatura del recipiente de fermentación debe mantenerse constante. Una válvula solenoide de temperatura controlada está conectada a la tubería que conduce al intercambiador de calor, y una sonda de temperatura en el tanque de fermentación detecta automáticamente los cambios térmicos.

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