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jueves, 31 de julio de 2014

La geiserización de la cerveza, o ¡Colega, mi birra me ataca!

Hoy vamos a enfrentarnos a una entrada de carácter puramente técnico. Bueno, digamos que divulgativo. Vale; hace nos días me enfrenté a una situación y al documentarme al respecto, vi que se podía hacer una entrada en el blog exponiendo el tema. ¿Contentos?

Pues al turrón.

La cerveza es una bebida obtenida a partir de la fermentación de una infusión de cereales y lúpulo. Como subproducto de esta fermentación, obtenemos dos de las características que definen la cerveza: alcohol y anhídrido carbónico. El anhídrido carbónico tiende a disociarse de la cerveza en forma de burbujas, y la tensión superficial de la misma y la presencia de ciertas cadenas de azúcares no fermentables (y otros elementos), tiende a formar esa espuma tan característica.

Bien, pues en ocasiones, por razones diversas, la cerveza tiende a espumear de forma espontánea (y en ocasiones explosiva), y por desgracia, este fenómeno mal entendido puede llevar a explicaciones erróneas. Aprovecharemos esta entrada para explicar por qué se produce la carbonatación y hasta qué nivel una espumación excesiva puede ser ocasionada por unas razones u otras. Y evidentemente os explicaré mi truco para evitar acabar bañado de arriba a abajo al abrir una botella que espume de forma excesiva (geiserice o nos haga gushing, como se conoce en anglo el fenómeno; aunque a mi me mola más lo de geiserizar y por eso voy a usar el término a partir de ahora, a ver si lo convierto en Trending Topic). Y hago énfasis en la palabra botella... No tengo suficiente experiencia con barriles como para haber encontrado una solución a este problema.

Empecemos con los dos factores principales de la carbonatación: Levadura y azúcar.

Sacharomyces Cerevisiae, nuestra amiga y vecina la levadura de la cerveza

Un gran número de las cervezas artesanales que se fabrican en España pasan por lo que se denomina en términos técnicos un acondicionamiento en botella (lo que algunos llaman segunda fermentación). Este proceso es, básicamente, añadir a la cerveza acabada azúcar extra para que la levadura activa siga con la fermentación dentro de la botella, proporcionándole esa carbonatación característica. Muchos achacan a este proceso (el cebado o primming, como se conoce entre los que han aprendido a elaborar partiendo de textos en inglés) el fenómeno de la sobrecarbonatación y la espumación violenta que lleva a la geiserización.

Bien, analicemos los hechos.

Para que la levadura pueda seguir fermentando necesita no solo azúcar, sino también oxígeno. El oxígeno solo está presente en la fase inicial de la fermentación, conocida como respiración, que es cuando la levadura se replica a sí misma hasta alcanzar una concentración adecuada para el proceso de fermentación propiamente dicho en que se produce la ansiada conversión de azúcar en alcohol. Tengamos en cuenta que la cerveza recién embotellada ha pasado ya por un proceso de fermentación hasta convertirse en un medio hostil para la levadura (por falta de alimento o exceso de alcohol). Llegado este punto la mayoría de las células de levadura que había en nuestra cerveza se han depositado en el fondo del fermentador al entrar en un estado de letargo. Y además es posible que haya pasado por una periodo de clarificado, durante el que todavía más células se han aletargado y depositado en el fondo del segundo fermentador. Por eso, lo primero que necesita la levadura en suspensión en nuestra cerveza es iniciar de nuevo el proceso: respirar.

Y para eso utiliza el oxígeno contenido en el espacio que hemos dejado en el gollete de la botella. Una vez comienza el proceso, este oxígeno es reemplazado por anhídrido carbónico, y cuando alcanza un cierto nivel de presión en la superficie del líquido, este anhídrido carbónico se asocia a las moléculas de agua para formar ácido carbónico, o lo que es lo mismo, anhídrido carbónico en disolución. Es por eso que una botella cerrada, cuando la agitamos no crea burbujas (bueno, una mieja sí, pero solo en la superficie de la cerveza) a menos que la abramos: la presión del interior de la botella mantiene al gas en disolución y evita que se libere.

Sería lógico pensar que si añadimos mucha azúcar a la cerveza, la levadura seguirá produciendo alcohol y anhídrido carbónico hasta que la consuma toda... Pues no, porque entre otras cosas, la levadura es sensible a la presión osmótica (la que ejercen los líquidos sobre sus paredes celulares), y cuando esta alcanza ciertos niveles, se aletarga para evitar daños (generalmente la implosión), con lo que la producción de anhídrido carbónico (que sí, que es el CO2 de las fórmulas, pero no me gusta como queda en el texto escrita la notación química y prefiero el nombre completo, ¿vale? Es mi blog; dejad que me de ese capricho) se detiene antes de que la presión osmótica exceda de ciertos límites.

Eso, simplificando, significa que sí, si ponemos mucha azúcar al embotellar podemos tener una cerveza más carbonatada de lo que nos gustaría, pero si hemos respetado el espacio del gollete (headspace para los que leen textos en anglo) no deberíamos enfrentarnos a problemas de geiserización (ya explicaré más tarde como se produce) o explosión de botellas (que sí, ha ocurrido y sigue ocurriendo, pero casi siempre por hacer las cosas mal). El problema es que si este espacio no se respeta podemos estar dejando más oxígeno para la fase de respiración, en ocasiones incluso más superficie sobre la que la atmósfera controlada del interior de la botella presionará la superficie del líquido, que a su vez ejercerá la presión osmótica sobre las paredes celulares de la levadura, antes de que esta alcance el nivel necesario para que se aletargue. Y eso conllevará que se genere más gas del que puede disolverse en la cerveza antes de alcanzar el nivel de saturación, y de que el volumen de gas no disuelto sea mayor del necesario, y de que en ocasiones la presión que este ejerce desde el interior de la botella lo haga sobre las partes más débiles de esta: los “hombros” de la curva del cuello (pensad: cuando se rompe una botella, ¿que parte suele quedar más entera?) o algún punto en que exista una grieta o defecto de fabricación.

Este no obstante puede ser uno de los motivos de la geiserización en la cerveza embarrilada. Por un lado tenemos que el espacio que queda libre al llenar el barril siempre es algo superior que en el caso de la botella, por lo que tiene mayor cantidad de oxígeno para la fase de respiración, y una mayor superficie sobre la que se ejerce la presión, por lo que el volumen de gas que se tiene que generar hasta alcanzar la presión necesaria para la formación del ácido carbónico es también superior.

Vamos a por el segundo proceso que podría afectar a la sobrecarbonatación de la cerveza: los cambios de temperatura.

Los cambios de temperatura afectan a la cerveza acondicionada en botella de una forma muy concreta: variando la densidad del contenido. Si el cambio de temperatura es lo bastante brusco podemos encontrarnos con que el cambio de densidad de la cerveza y del anhídrido carbónico afecten a la presión osmótica y la levadura se reactive de forma temporal. Volvemos al mismo supuesto anterior: sobrecabonatación, sí, geiserización, no debería... Lo que sí podemos obtener es un cambio importante en los sabores y aromas, ya que cuando se reestablezca la presión osmótica es muy probable que la levadura implosione, y se acabe autolizando (descomponiendo). Explosión de botellas, si el llenado ha sido el correcto, ni de coña.

Pasemos pues al tercer factor que puede afectar a la formación (y liberación violenta) de anhídrido carbónico. Las contaminaciones.

El mosto es un medio ideal para la proliferación de microorganismos que se alimenten de azúcar. Y por eso, en muchas ocasiones nos enfrentamos a colonias de bacterias o levaduras salvajes que se propagan por el mismo y nos afectan a la cerveza. Vayamos por partes.

Si una cepa de bacterias de la familia Acetobateraceae o el género Lactobacillales colonizan nuestro mosto, nos darán un sabor ácido, y en ocasiones afectarán al nivel de carbonatación de la cerveza. Lo mismo pasa con las levaduras del género Brettanomyces; nos darán un sabor distinto Pero eso en sí mismo no es suficiente para causar la geiserización de la cerveza. Vale, puede que las Brett y las bacterias tengan una mayor tolerancia a la presión osmótica, pero la producción de anhídrido carbónico se va a acabar deteniendo en un momento u otro, y aquí se acaba la historia.

Los verdaderos causantes de la geiserización son, en realidad dos, y dos también los tipos de geiserización reconocidos en los estudios que he podido leer al respecto:

Por un lado un exceso de oxalato de calcio, unos ésteres del ácido oxálico, en la cerveza. Por otro la presencia de unas proteínas de origen fúngico (proteasas e hidrofobinas activas), que se asocian a los cristales de oxalato de calcio.

¿Y de donde vienen estas hidrofobinas? Bien, las hidrofobinas son proteínas de actividad superficial ricas en cisteína, formadas por cadenas cortas, de alrededor de 100 aminoácidos, producidas por algunas variedades de hongos de los géneros Fusarium, Penicillium, Cochliobolus, Alternaria y Aspergillus. Y contrariamente a lo que muchos creíamos, no se desarrollan en el equipamiento de las fábricas, sino que se encuentran en el propio cereal. Se trata de hongos microscópicos que pueden crecer sobre el grano si se dan ciertas condiciones climatológicas. El proceso de malteado elimina los hongos, pero no así las proteínas, que pasan con el grano al mosto. Y de no ser por el oxalato de calcio, aquí se acabaría la historia.

Representación gráfica de una hidrofobina

El oxalato de calcio, como comentaba antes, se produce por la precipitación del ácido oxálico, presente en el mosto en una proporción de alrededor de 40mg/L, y que se encuentra en la cerveza acabada en una proporción aproximada de entre 10 y 25 mg/L. Al precipitar crea cristales, alrededor de los cuales se forman las burbujas. Si durante el proceso de elaboración se provoca la precipitación del ácido oxálico en forma de oxalato de calcio, y estos cristales se combinan con iones metálicos, como por ejemplo el hierro (III) que puede migrar a la cerveza por utilizar filtros de diatomeas, o la superficie interior de las botellas tiene imperfecciones, o tenemos algún resto de detergente en el circuito, o las hidrofobinas se asocian a los cristales para incrementar su tamaño, patapám; burbujas al canto. Súmalo todo y tendrás un precioso géiser de espuma de cerveza.

Cristales de oxalato de calcio. Sí, ese mismo oxalato de calcio que provoca los cálculos renales

Recapitulando:

Los cristales se forman al precipitar las sales de calcio presentes en el ácido oxálico. Estos cristales sirven como base alrededor de la que se forman las burbujas de la cerveza. Si además les sumas una mochila cargadita de proteínas hidrófobas (que repelen el agua), tienes el cóctel perfecto para que una vez despresurizada la botella nada evite que las burbujas “huyan” de la cerveza (las hidrofobinas repelen el agua, pero están enlazadas con los cristales de oxalato y tienen mucha menos masa que la cerveza, con lo cual “pierden” la partida y se alejan del agua contenida en la cerveza, arrastrando los cristales de oxalato y las burbujas...) El resto es una simple cuestión de física.

Los estudios realizados al respecto achacan la casi totalidad de los problemas de geiserización a la presencia de oxalato de calcio en la cerveza. Sin embargo diferencian entre la geiserización de tipo I, en la que intervienen las hidrofobinas de origen fúngico, y la de tipo II o mecánica, en la que son los iones metálicos, la presencia de detergentes o las imperfecciones físicas de las botellas los desencadenantes asociados al fenómeno.

 

¡Help! ¡Mi birra me ha saltado a la cara cual bicho de H.R. Giger!


Vale, ya sabemos por qué se crean los géiseres de espuma. ¿Pero por qué suelen resultar tan explosivos?

Bien, tengamos en cuenta qué es lo que mantiene el anhídrido carbónico disuelto en la cerveza (en forma de ácido carbónico como comenté antes)... La presión atmosférica en el interior de la botella. El gas que ocupa el gollete de la botella ejerce una presión significativa sobre la superficie de la cerveza. Cuando abrimos la botella, esta presión se libera, permitiendo escapar a las moléculas de anhídrido carbónico.

Vamos a pararnos un momento a analizar qué pasa cuando abrimos la botella:

¿Como solemos abrir el 99% de las botellas, sobre todo de una (presuntamente) buena cerveza artesana? Con cuidado, ¿no? Procuramos no golpearla ni agitarla, y abrimos la botella despacito procurando que no se mueva al hacerlo. Vale, copíemosle el truco a los Wachowski y pasemos al Bullet Time®...

El abrebotellas levanta un trocito de la chapa, hasta el momento en que el sello interior de goma deja escapar un poco del gas del interior de la botella. La presión interior se libera y el anhídrido carbónico empieza a escapar del interior del dorado néctar, creando burbujas. El efecto vénturi, al hacer pasar el gas a presión por una pequeña abertura entre la chapa y la boca de la botella, acelera el gas al salir y disminuye rápidamente la presión en el interior, sin embargo, la velocidad de salida del gas no permite la entrada de ningún gas para ecualizar la presión sobre la superficie del líquido, de forma que tiene que ser el anhídrido carbónico de la cerveza el que se disocie a gran velocidad para rellenar ese espacio vacío. Al disminuir la presión, cada vez el anhídrido carbónico se disocia más deprisa, arrastrando las sales de oxalato de calcio y las hidrofobinas, que con su desplazamiento crean nuevas burbujas en una reacción en cadena que acaba saliendo a presión por la pequeña abertura que hemos hecho al levantar la esquina de la chapa.

Salimos del Bullet Time® a tiempo de ver como en menos de un segundo se ha vaciado más de la mitad de la botella en un géiser de espuma a presión, que nos ha dejado perdidos y con una cara de atontaos digna de aparecer en cualquier zapping o meme de Facebook.

Un clásico géiser de cerveza

Y lo divertido es que esto nos puede pasar exáctamente igual si se trata de un caso de contaminación con hidrofobinas, por iones metálicos, o unas simple sobrecarbonatación. La geiserización la provocan la descompresión de la botella y las sales de oxalato de calcio, pero si tenemos un exceso de presión en el interior de la botella por una sobrecarbonatación, la ducha está igualmente asegurada.

¿Y si la cerveza no está contaminada ni sobrecarbonatada? Al abrir la chapa el volumen del gas que escapa es mucho menor, lo hace muy deprisa y da tiempo a que entre aire para ecualizar la presión sobre la superficie de la cerveza, por lo que no se llega a producir el géiser explosivo (a menos que incrementemos el volumen de gas en el gollete, por ejemplo calentando la cerveza o agitándola, o excitemos la producción de burbujas golpeando la base de la botella).

Pura física.

¿Y como podemos evitarlo? El chapuzón, digo, ya que la geiserización no la vamos a poder esquivar si tenemos algún tipo de contaminación.

Abriendo de golpe la chapa. No, en serio; abrir la chapa con un solo movimiento, además de necesitar algo de habilidad y destreza manual para no agitar la botella, nos permite introducir una columna de aire exterior en el gollete de la botella, que va a compensar parcialmente la presión atmosférica en la superficie de la cerveza. En este caso, si el problema es de sobrecarbonatación, veremos que se forma una ligera corona de espuma en la botella, y al servir la cerveza comprobaremos que muestra una viveza y efervescencia superiores a lo normal. Si la cerveza sufre de una contaminación, ya sea de hidrofobinas o iones metálicos, veremos como en pocos segundos comienza a brotar la espuma cual volcán peliano, desbordando el gollete y cayendo por los bordes.

Y es en ese caso cuando nos acordaremos de la madre que parió al oxalato de calcio, a las hidrofobinas y a su tía la de Cuenca, ya que sí, muchos estudios sobre por qué se produce el fenómeno, pero hasta el momento no han encontrado ninguna solución definitiva para que eso no ocurra. Aunque en algunos estudios sí se mencionan algunas medidas profilácticas y el uso de algunos adjuntos químicos para precipitación prematura del oxalato de calcio durante el macerado y su posterior eliminación, y reducir la proliferación de las hidrofobinas, hasta el momento los datos estadísticos sobre su eficacia son bastante limitados.

Así que ya lo sabéis; si queréis evitaros una ducha, las chapas se han de quitar como las tiritas, de un tirón rápido y limpio. Y lo siento por los coleccionistas de chapas... Bueno, en realidad no; siempre se pueden comprar dos botellas, abrir la primera con mi inigualable estilo para poder disfrutar del contenido, y la segunda, si con la primera no ha habido problemas, abrirla con el cuidado que se merece para conservar la corona intacta.


Salus et Birras...

By Mikel...

Bullet Time ® Warner Bros. 2010

Fuentes:

Method for the treatment of the phenomenon gushing in beer and malt beverages 
Volker Müller1, Anne Besier1, Reinhard Pätz2, Jürgen Fröhlich1 1
1  Erbslöh Geisenheim AG, Erbslöhstrasse, 65366 Geisenheim, Germany
2 Institut für Lebensmitteltechnik, Biotechnologie und Qualitätssicherung e.V. ILBQ (Institute of Food Technology, Biotechnology and Quality Assurance), Bernburger Straße 55, 06366 Köthen, Germany.

Fungal hydrophobins as predictors of the gushing activity of malt 
In: J. Inst. Brew. 111(2), pp. 105–111.
Copyright 2005 The Institute of Brewing & Distilling.