Biotransformación

Considerado durante mucho tiempo un «secreto comercial» intuitivo, ahora es la base de la creación de cervezas modernas, especialmente las NEIPA y las cervezas muy aromáticas.

En el mundo cervecero, la fermentación ya no se considera simplemente la conversión de azúcar en alcohol y CO2. Es un auténtico laboratorio químico donde la levadura interactúa con los compuestos del lúpulo para crear nuevos aromas que antes no existían.

  1. ¿Qué es la biotransformación?

La biotransformación se refiere a la modificación química de compuestos orgánicos por microorganismos. En la cerveza, esto concierne principalmente a la acción de las enzimas de la levadura sobre dos tipos de moléculas derivadas del lúpulo: terpenos y tioles .

  1. Mecanismos clave:
Los 3 procesos de biotransformación

Tres procesos de biotransformación bioquímica – HOPSTORE

Conversión de alcoholes terpénicos: Reductasa

Los aceites de lúpulo son ricos en geraniol (rosa/floral). Durante la fermentación, la levadura puede transformar el geraniol en citronelol (cítrico/hierba limón). Este proceso altera radicalmente el perfil aromático de la cerveza.

Se trata de una modificación de la estructura molecular. El geraniol (con aroma a rosas) es el principal precursor. Bajo la acción de las reductasas de levadura, sufre una transformación:

  1. Geraniol -> Citronelol: La levadura reduce el doble enlace del geraniol. El citronelol tiene un aroma a limón/cítricos mucho más fresco.
  2. Nerol -> Geraniol: La levadura puede isomerizar el nerol en geraniol, aumentando así el potencial floral antes de transformarlo de nuevo.

Hidrólisis de glucósidos: Beta-glucosidasa

Muchos terpenos están «atrapados»: se unen a una molécula de azúcar (a menudo glucosa). Estos se denominan glucósidos . En esta forma, la molécula es demasiado pesada para evaporarse (por lo tanto, no tiene olor) .

La levadura produce una enzima, la beta-glucosidasa , que actúa como unas tijeras químicas. Rompe el enlace glucosídico, liberando así el terpeno aromático en la cerveza.

Liberación de beta-liasa

Los tioles son compuestos orgánicos de azufre. Son responsables de las notas de maracuyá, guayaba y boj .

El mecanismo del precursor vinculado

En el lúpulo, los tioles se presentan principalmente como precursores unidos a cisteína o glutatión . Ejemplo: el 3-sulfanilhexan-1-ol (3SH) está unido a cisteína (Cys-3SH).

La levadura entra en juego con la enzima beta-liasa :

  1. La levadura absorbe el precursor (Cys-3SH) a través de su membrana celular.
  2. La enzima beta-liasa rompe el enlace carbono-azufre de la cisteína.
  3. El tiol libre (3SH) se libera en el mosto.

La mayoría de las cepas de Saccharomyces cerevisiae poseen el gen (IRC7) que codifica esta enzima, pero a menudo está inactiva o es ineficiente. Por eso, en los laboratorios se seleccionan o modifican las cepas.

Estas enzimas son producidas por la levadura para su propio metabolismo (a menudo para capturar carbono o nitrógeno). Una vez finalizada la fermentación y cuando la levadura entra en estado de latencia (floculación), la producción de enzimas disminuye. Por eso, el dry hopping debe realizarse cuando la levadura está muy activa.

El equilibrio químico del mosto

El equilibrio químico del mosto (pH, nutrientes) puede favorecer la expresión de estas enzimas específicas: para optimizar estas reacciones de química orgánica, el cervecero debe actuar sobre el entorno fisicoquímico del fermentador.

La levadura es una máquina biológica compleja: sus enzimas solo funcionan de forma óptima bajo ciertas condiciones de pH, temperatura y disponibilidad de cofactores.

  1. La influencia del pH en la actividad enzimática

El pH del mosto cambia drásticamente durante la fermentación (de ~5,2 a ~4,2). Sin embargo, cada enzima involucrada en la biotransformación tiene un óptimo catalítico :

  • Beta-glucosidasa: Su actividad es generalmente máxima alrededor de un pH de 5,0 .
  • Beta-liasa: Muy sensible a la acidez, su actividad suele verse inhibida en ambientes excesivamente ácidos.

Consejo: Aumenta ligeramente el pH con bicarbonato de potasio al final de la fermentación para mantener la actividad enzimática y limitar la astringencia del lúpulo.

  1. Cofactores y nutrientes: El papel de los iones metálicos

Las enzimas como la beta-liasa suelen ser metaloenzimas . Requieren cofactores para funcionar, entre ellos:

  • Magnesio (Mg2+): Esencial para muchas reacciones de transferencia de fosfato y para la activación de la glucólisis, lo que mantiene a la levadura lo suficientemente vigorosa como para metabolizar los terpenos.
  • Zinc (Zn2+): Un cofactor fundamental para la alcohol deshidrogenasa y otras enzimas de bioconversión. Por ejemplo, un mosto deficiente en zinc ralentizará la conversión de geraniol a citronelol.

  1. Inhibición de la glucosa

Este es un punto fundamental de la química orgánica: la represión por azúcares .

Muchas cepas de levadura solo expresan los genes de la beta-glucosidasa cuando se agotan los azúcares simples (glucosa).

Consejo: Si añades el lúpulo demasiado pronto (justo después de inocular), la gran cantidad de glucosa puede inhibir la producción de enzimas de biotransformación. El momento ideal suele ser entre 24 y 48 horas después, cuando la glucosa se ha consumido pero la fermentación de azúcares complejos (maltosa) está en pleno apogeo.

Los precursores de los tioles

Si alguna vez has olido una bolsa de lúpulo Nelson Sauvin , probablemente hayas detectado notas de uva blanca. Sin embargo, ese mismo lúpulo puede aportar aromas intensos de maracuyá o guayaba a la cerveza terminada. Esta discrepancia se explica por los precursores tiólicos : moléculas inodoras presentes en el lúpulo que solo revelan su potencial aromático tras un proceso enzimático específico.

La naturaleza química de los precursores

En el lúpulo, los tioles libres (aromáticos) representan solo una pequeña fracción (menos del 1%). La gran mayoría está atrapada en forma de precursores no volátiles .

Las dos formas principales:

Los tioles se unen principalmente a dos moléculas orgánicas que los «atrapan»:

  1. Cisteína S (Cys-): El grupo tiol está unido a este aminoácido. Es la forma más directa para la biotransformación.
  2. Glutatión (G-): Una molécula más compleja (tripéptido). Es el reservorio más abundante, pero requiere dos pasos de transformación antes de liberar el aroma.

Objetivos aromáticos:

  • 3SH (3-sulfanilhexan-1-ol): Aporta notas de maracuyá y pomelo rosa.
  • 4MMP (4-metil-4-sulfanilpentan-2-ona): Contiene notas de brote de grosella negra y boj. Mecanismo de liberación (biotransformación).

El proceso intracelular:

  • Transporte: La levadura primero debe introducir el precursor (a menudo Cys-3SH) en su célula a través de transportadores de aminoácidos.
  • Escisión: La enzima beta-liasa rompe el enlace carbono-azufre (CS).
  • Liberación: El tiol (3SH), ahora libre y volátil, escapa de la célula y se disuelve en la cerveza.

 

Variedades de lúpulo recomendadas:

Lúpulo rico en precursores ligados (Cys-3SH / G-3SH):

Estos lúpulos son perfectos para añadir durante el proceso de lupulización del mosto o al comienzo de la fermentación:

  • Cascade : El campeón indiscutible de los precursores. Ofrece la mejor relación calidad-precio para «cargar» un ingrediente esencial con tioles latentes.
  • Saaz : Muy rico en precursores de tipo 3SH, a pesar de su perfil aromático naturalmente noble y herbáceo.
  • Perla : Sorprendentemente rica en precursores de frutas tropicales.
  • Calypso : Contiene niveles muy altos de precursores ligados.
  • Hallertau Blanc : Una importante fuente de precursores que recuerdan al vino blanco (Sauvignon Blanc).

 

Lúpulos de «Nueva Generación» (Espíritus Libres + Precursores)

Estas variedades proporcionan aromas inmediatos y también sirven de combustible para la biotransformación.

  • Nectaron (NZ): Rico en tioles libres (4MMP) y precursores.
  • Nelson Sauvin (NZ): El referente en notas de uva de vino y maracuyá.
  • Motueka (NZ): Muy rica en formas relacionadas que recuerdan a la lima y a las frutas tropicales.

Consejo: Si quieres maximizar los tioles con lúpulo europeo, te recomiendo:

  1. Utilice una añada más antigua de Perle o Cascade para el lupulado durante la maceración , con el fin de liberar precursores en el mosto a un menor coste.
  2. Utilice Hallertau White en Whirlpool a 80 °C.
  3. Inocular con una cepa de levadura rica en beta-liasa y beta-glucosidasa.

 

Enfoque en el salto de Mash

El proceso de lupulización del mosto es la técnica definitiva para extraer precursores de tioles. A diferencia de la lupulización tradicional, que se centra en aceites volátiles (terpenos), aquí el objetivo es solubilizar moléculas pesadas y estables: tioles unidos al glutatión .

Aquí tienes una guía técnica para completar este paso con éxito:

  1. Los parámetros fisicoquímicos del Mash Hopping

El objetivo es transferir los precursores del lúpulo al mosto incluso antes de la ebulición.

  • El momento adecuado: Añada el lúpulo justo al comienzo del proceso de maceración, justo después de mezclar el grano y el agua.
  • Temperatura: Los precursores de tiol (conjugados con azufre) se disuelven perfectamente entre 62 °C y 68 °C . A esta temperatura, no se extrae el amargor (los ácidos alfa no se isomerizan).
  • pH: Mantenga un pH de maceración estándar entre 5,2 y 5,4 . Un pH demasiado alto podría extraer polifenoles (astringencia) de la materia vegetal del lúpulo.
  • Dosificación: Procure usar aproximadamente de 2 a 4 g de lúpulo por litro de cerveza final . Para 20 L, utilice entre 40 g y 80 g de lúpulo rico en precursores (Saaz, Cascade FR, Motueka).

  1. ¿Por qué no se «evapora» al hervir?

Esta es la pregunta que se hacen todos los cerveceros. Los aromas del lúpulo suelen ser muy volátiles, pero los precursores de los tioles ligados son moléculas no volátiles .

  • Están «lastradas» por la molécula de azúcar o aminoácido a la que están unidas.
  • Por lo tanto, permanecen en el mosto durante todo el proceso de ebullición.
  • Solo una vez en el fermentador, la levadura «romperá» este enlace para hacer que el tiol sea volátil (y por lo tanto, oloroso).

  1. El riesgo de oxidación:

El mayor peligro al añadir lúpulo al mosto es la oxidación. El mosto caliente es como una esponja de oxígeno, y los tioles lo detestan.

  • El truco de los polifenoles: añadir lúpulo al mosto aporta antioxidantes naturales que lo protegen durante el trasiego.
  • Aireación en caliente: Evite salpicar el mosto durante el trasvase a la olla de ebullición. Utilice mangueras que lleguen al fondo de las ollas.

El lupulado durante el mosto no sustituye al lupulado en seco. Es una base química. Procure destinar entre un 15 % y un 20 % de la cantidad total de lúpulo al lupulado durante el mosto.

Concéntrese en las enzimas

Si no quieres cambiar tu cepa de levadura preferida (por ejemplo, si insistes en usar US-05 o WLP001 , que no son muy activas sobre los tioles de forma natural), puedes añadir enzimas exógenas . Esta es una práctica común en la elaboración de vino que se está popularizando cada vez más entre los cerveceros artesanales.

En la elaboración de cerveza, la enzima que buscamos es la beta-liasa . Sin embargo, rara vez se vende «pura». A menudo se encuentra incorporada en preparados enzimáticos.

Indicadores de referencia del mercado:

  • Aromazyme (Lallemand): Esta es la opción más accesible para los cerveceros. Contiene betaglucosidasas que liberan terpenos y contribuyen a la expresión aromática general.
  • Rapidase Revelation Aroma (DSM): Ampliamente utilizada por los enólogos, esta enzima posee una fuerte actividad de escisión de precursores de tioles. Funciona muy bien en el mosto de cerveza.
  • Enzimas tipo «Tiol-Lib»: Algunos proveedores especializados están empezando a comercializar mezclas específicas de glucosidasas y liasas para maximizar el 3SH.

¿Cuándo y cómo añadir la enzima?

Para que la enzima sea efectiva, debe actuar mientras el medio aún está en movimiento y antes de que el pH baje demasiado.

  1. El momento ideal: Añade la enzima al momento de inocular el lúpulo (cuando añadas la levadura). La enzima comenzará a descomponer los precursores del lúpulo de inmediato.
  2. Temperatura: Las enzimas funcionan perfectamente a las temperaturas clásicas de fermentación (18°C – 22°C).
  3. Dosis: Generalmente muy baja, unos 5 g por cada 100 litros (consulte siempre la ficha técnica del fabricante).

 

Otras técnicas a considerar

  1. El hidromasaje a baja temperatura (80 °C)

Los tioles libres (que ya de por sí son olorosos) son extremadamente volátiles y sensibles al calor.

Después de hervir, enfríe el mosto a 80 °C antes de agregar el lúpulo para el remolino.

A esta temperatura, la isomerización de los alfa ácidos (amargor) prácticamente se detiene, pero sobre todo, se limita la evaporación de los tioles frágiles, permitiendo al mismo tiempo una extracción óptima de los precursores restantes.

  1. «Dip Hopping»: La técnica japonesa

Esta técnica, inventada por la cervecería Kirin, consiste en colocar el lúpulo en el fermentador antes de añadir el mosto, y luego verter el mosto caliente (aproximadamente a 75-80 °C) sobre él.

Esto permite una extracción rápida por infusión. Pero, sobre todo, iniciar la fermentación inmediatamente después permite que el CO2 producido por la levadura «expulse» el oxígeno, protegiendo así los tioles de la oxidación prematura.

  1. Combatir la oxidación (elaboración de cerveza con bajo contenido de oxígeno)

Los tioles (como el 3SH) tienen una función de azufre que se oxida muy fácilmente en disulfuros, los cuales son completamente inodoros.

El uso de metabisulfito de potasio (KMS) o ácido ascórbico (vitamina C) en cantidades muy pequeñas en el agua de maceración ayuda a atrapar el oxígeno que destruiría los tioles del lúpulo en los primeros minutos.

Purga regularmente tus fermentadores y líneas de CO2. Un solo contacto con el aire puede reducir a la mitad la percepción aromática de los tioles.

La fermentación a presión también es una buena forma de preservar las moléculas aromáticas en la cerveza. Sin embargo, tenga cuidado de mantener una presión que sea «viable» para la levadura (por ejemplo, 1 bar).

  1. El «Fantasma» o pieles de uva

Si quieres llevarlo al siguiente nivel, añadir polvo de Phantasm (piel de uva Sauvignon Blanc) o tallos de uva al Whirlpool proporciona una concentración de precursores (3SH) imposible de lograr solo con lúpulo. Es el «combustible» más potente.

  1. Lupulización en seco (Lúpulización temprana en seco)

Para maximizar la biotransformación, el momento de la adición del lúpulo en seco es vital.

Añade el lúpulo seco cuando queden aproximadamente de 2 a 3 puntos de gravedad antes del final de la fermentación (normalmente el día 2 o 3).

La levadura aún está lo suficientemente activa como para descomponer los últimos precursores aportados por este lúpulo fresco, al tiempo que consume el oxígeno introducido cuando se abrió el fermentador.

 

El caso de la agricultura ecológica

Según la certificación ecológica (Agriculture Biologique), de acuerdo con la normativa europea, el uso de aditivos o ingredientes derivados de la uva (como hollejos, mostos o extractos) se rige por dos principios fundamentales: el origen certificado del producto y su función en la receta.

Ingredientes agrícolas (por ejemplo, pieles de uva)

Si utiliza pieles de uva deshidratadas (como en el producto Phantasm ) o vainas de uva frescas para proporcionar precursores de tiol:

  • Certificación obligatoria: El producto en sí debe estar certificado como orgánico . No se puede añadir polvo de uva convencional a una cerveza con certificación orgánica (AB).
  • La regla del 95%: Para poder llevar el logotipo europeo de agricultura ecológica, el 95% de los ingredientes agrícolas deben estar certificados como ecológicos. Si las uvas son ecológicas, se incluyen en este cálculo, al igual que la malta o el lúpulo.
  • El caso de Phantasm: Hasta la fecha, el polvo clásico de Phantasm proviene de viñedos de Marlborough, no todos con certificación orgánica. Sin embargo, existen alternativas (como uvas de bodegas orgánicas locales) que cumplen perfectamente con este propósito.

Enzimas (aromazima, beta-liasa)

  • Situación de los coadyuvantes de fabricación: En el reglamento BIO, las enzimas se consideran «coadyuvantes de fabricación».
  • Origen no transgénico: Para poder utilizarse en la agricultura ecológica, una enzima no debe ser producida por ni a partir de organismos genéticamente modificados (OGM).
  • No ionización: Para que una enzima esté permitida en BIO, no debe haber sido ionizada.
  • Disponibilidad: Debe consultar con su organismo certificador para asegurarse de que la enzima específica figure en su lista de coadyuvantes de procesamiento autorizados. La mayoría de las enzimas enológicas convencionales son aceptables si se garantiza que están libres de transgénicos y de conservantes no autorizados (como ciertos sulfitos o benzoatos).

Extractos y aromatizantes

  • Aromas naturales: Si utiliza un «extracto precursor» en forma líquida, debe estar etiquetado como «Aroma natural de [XX]» y al menos el 95% de la parte aromatizante debe provenir de la fuente mencionada (por ejemplo, uva).
  • Prohibición de disolventes: La extracción no debe haberse realizado con disolventes químicos prohibidos en la agricultura ecológica (como el hexano). Generalmente, solo se permite el uso de agua, etanol o CO2.

 

Antes de comenzar, es recomendable que los productos que planea usar estén homologados por su organismo certificador. Esto incluye levadura, concentrados de enzimas, sales minerales, etc.

Y al comprar todos estos productos, asegúrese de que su proveedor esté certificado y de que los productos que ofrece también lo estén.

 

Bibliografía / Enlaces útiles

Aquí encontrará una recopilación de referencias científicas, técnicas y comerciales.

Referencias científicas (Estudios principales)

Estos artículos constituyen la base para comprender la bioconversión de terpenos y la liberación de tioles.

Cepas de levadura

Aquí encontrará los enlaces a las especificaciones del proveedor para las cepas optimizadas para la biotransformación.

Pioneros de los tioles y productos innovadores

Conceptos y métodos técnicos (divulgación)

  • Scott Janish – «La nueva IPA»
  • Levadura Omega – «El proyecto de mejora de la maceración»
    • Explica en detalle la ciencia que hay detrás de la adición de Cascade/Saaz al mosto para liberar tioles.
    • Enlace al estudio de caso

Documentos y resúmenes reglamentarios

  • Reglamento (UE) 2021/1165 (Aditivos y enzimas en la agricultura ecológica)
    • Verificar el uso de enzimas exógenas (β-glucosidasa) en la producción biológica.
    • Enlace EUR-Lex