) JUUO 2000 I

Articulo de Fondo

Introducci6n cada vez tiene mejores condiciones de

vida. y por 10 tanto puede adquirir mas

insumos y exige mejor calidad; no obs-

tante. desde la perspectiva de la mayo-

rfa de los cons\.Jmidores una cerveza es

igual ahora que hace un siglo, 0 proba-

blemente que hace un milenio.

VIII cuando se introd

del lupulo. practica

glos en difundirse

pa. pero que le dio

nitiva a la cerveza.

.a industria alimentaria y de be bid as

l.es el sector donde surgen los pro-

cesos biotecnol6gicos tradicionales. En

la producci6n y transformaci6n de ali-

n'lentos y bebidas, la biotecnologfa tie-

ne las aplicaciones mas antiguas. y este

sector sigue siendo el mayor usuario de

procesos biotecnol6gicos. El ejemplo

mas evidente es la producci6n de cer-

vela. En la industria de producci6n de

esta bebida coexisten la biotecnologfa

antigua 0 tradicional y la biotecnologla

moderna; existe aun una biotecnologfa

empirica pero tambien la basada en CO-

nocimientos cientfficos de punta. La

biotecnologia en su sentido mas amplio

ha tenido un enorme impacto en la cer-

vela desde siempre. Gracias a esta dis-

ciplina podemos disfrutar de mas y me-

jores cervelas. particularmente desde

finales del siglo XIX. yen forma cada vel

mas acelerada a 10 largo del siglo XX, el

cual sin duda alguna. puede considerar-

se como el siglo de la biotecnologia.

El descubrimiento de la actividad

amilolftica (diastasa) ocurrio en 1833,

postulando por primera vez el papel cen-

tral de las enzimas en los procesos bio-

logicos; no obstante, en ese momento

no se comprendi6 el pap~1 que estas

enzimas tenian en la produccion de la

cerveza, ya que el papel de las levaduras

en la transformacion de los azucares en

etanol, empez6 a visualizarse varios

alios despues. A pesar de que los

microorganismos fueron descubiertos

en el siglo XVII por Antone van

Leeuwenho~k. fue hasta el siglo XIX

cuando se entendio que las levaduras

eran respons8bles de la fermentacion

alcoholica, sobretodo gracias a los estu-

dios de Louis Pasteur quien en 1876

publico su tratado "Estudios sobre la

Cerveza". Fue hasta que se consolida-

ron la bioquimica y la microbiologia, a

fines del siglo XIX y principiosdel XX,

cuando la elaboracion de cerveza empe-

z6 a dejar de ser empirica. se empeza-

ron a comprender sus fundamentos

cientificos, y pudieron mejorarse diver-

sos aspectos tecnol6gicos.

Cerveza: Bebida Antigua

Existen evidencias de la producci6n de

cerveza en el Valle del Nilo desde el afio

4000 a.C. Esta cerveza primitiva se ela-

boraba con cereales germinados

(malteados), con los cuales se prepara-

ha una papilla adicionando agua, y se

permitra la sacarificaci6n del almid6n y

posteriormente la fermentaci6n. Resul-

ta sorprendente como estos hombres

de hace mas de seis milenios, en forma

empirica lograron desarrollar procesos

en los cuales se promueve en los gra-

nos de cereales la sintesis enzimaticas,

que durante la sacarificaci6n hidrolizan

at almid6n y otros biopolimeros en las

substancias adecuadas para la fermen-

taci6n con la levadura.En la mayorra de 105 CaSOS el impacto

de la biotecn010gfa en el sector cerve-

cero es invisible para el consumidor. ya

que para este. la cerveza sigue siendo la

misma; sin embargo. ha habido una fuer-

te transformaci6n en 105 proCeSOS de

elaboraci6n. 10 cual permite que haya

mas y mejores cervezas para la crecien-

te demanda de una poblaci6n que no

5610 crece exponencialmente. sino que

El manejo de enzimas y

microorganismos, sin tener idea cierta

de su existencia, se realiz6 en forma

emplrica durante casi 60 siglos, mejo-

rando su utilizaci6n para depurar la pro-

ducci6n de la cerveza y darle sus carac-

terlsticas propias y distintivas. Fue

probablemente durante la era cristiana

en la Europa antigua, cuando se defini6

el uso de la cebada como la materia pri-

ma definitiva para la elaboraci6n de la

malta para la cerveza; y fue en el siglo

La Cerveza en el Siglo de la

Biotecnologfa

En los primeros alios del siglo XX se

descubri6 la naturaleza proteica de las

ehzimas. y se comprendi6 plena mente

*Departamento de Biotecnologia

Universidad Aut6noma Metropolitana

Unidad IztapalapaCorreo electr6nico: jmgg@xanum.uam.mx

ujo en Bavaria el uso

que tard6 nueve si-

total mente en Euro-

su personalidad defi-

I ALFAEDITDRES..~"I1I["I} 'J~.I]~...'.

en forma importante a los

fermentadores tradicionales, particular-

mente el diseno de altos cilindros

verticales de acero inoxidable con el

fondo enlorma de cono invertido que

son ahora ampliamente utilizados en

las cervecerfas de todo el mundo.

Estos ultimos se Ilaman fermentadores

cilindro-c6nicos. y son conocidos tam-

bien como unitanques o tanques uni-

versales, ya que adem8s de utilizarse

como fermentadores se utilizan tam-

bien como tanques de maduraci6n.

5U papel Como catalizadore5 en 105 pro-

Ce505 bi016gico5, e5tableciendo5e ade-

mas 105 fundamento5 ba5ico5 de 5U fun-

Cionamiento. E5to Ilev6 a importante5

aVanCe5 en el U50 raCional, no5610 de

la5 enZima5 de la malta, 5ino a la PO5ibi-

lidad de utilizar enZima5 ex6gena5 en 105

proCe505 cerVeCero5. En 1911 5e

patent6 en EUA el U50 de la papafna para

la clarificaci6n de la cerveza; fue proba-

blemente la primera vez que 5e utiliz6

una enzima en proce5o5 de alimento5

con pleno conocimiento de la utilidad y

funci6n de e5a enzima.

cortos de fermentaci6n. mayor rendi-

miento, mejor control de la temperatu-

ra. y la separaci,Qn de levaduras"?

floculantes queC~dimentan se facilita

considerablemente por el diseno c6ni-

co del fondo.

El uso del cultivo continuo en fermen-

taciones para la producci6n de cerveza,

es otro de IDs avances importantes de la

ingenierfa bioqufmica. La posibilidad

del cultivo continuo en cerveza se ex-

plor6 desde principios de siglo XX, y se

empez6 a concretar a finales de IDs cin-

cuentas. Los sistemas que han estado

en operaci6n son el sistema de casca-

da, implementado principalmente en

Nueva Zelanda, aunque tambien en Ca-

nada y Gran Bretana. y el sistema de to-

rre en Gran Bretana.

Este diselio tiene grandes ventajas

sobre 10S fermentadores tradicionales

Como Son: menor COSto de inversi6n,

mayor control sobre la asepsia de la fer-

mentaci6n. permiten la recuperaci6n del

CO2 por la parte superior, y por su geo-

metria el gas generado por la levadura

efectua un mezclado mas eficiente del

mosto, 10 que redunda en tiempoS mas

A mediados del siglo XX se desarrol16

en forma muy importante la tecnologra

enzim8tica. sobretodo en 10 que se re-

fiere a la producci6n de enzimas

microbianas. las cuales permitieron in-

crementar las posibilidades de

biotransformaciones en el proceso de

sacarificaci6n. Esto permiti6 racionalizar

el uso de la malta y adjuntos. utilizar

enzimas con mejores caracterfsticas. por

ejemp)o. 13-glucanasas bacterianas con

mayor termoestabilidad. y cervezas con

nuevas caracterrsticas. como las cerve-

zas ligeras. gracias a la disponibilidad de

amilasas microbianas.

El primero consiste de dos

fermentadores agitados en serie donde

La ingenier(a bioqufmica. parte funda-

mental de la biotecnologfa moderna.

surgio durante y despues de 18 segunda

guerra mundial como una interdisciplina

de la ingenieria quimica y la bioquimica.

Esto trajo grandes avances en la tecno-

10gfa de las fermentaciones. que por un

lado permitieron la produccion masiva

de enzimas microbianas. y por otro lado

permitio grandes avances en la fermen-

tacion de la cerveza. particularmente en

10 que se refiere a nuevos diserios de

fermef\tadores y procesos de fermenta-

cion.

El uso de fermentadores cilfndricos

cerrados. colocados en forma vertical u

horizontal, asf como fermentadores es-

fericos con fondo c6nico. ha desplazado

Circule (134) en el cup6n

el mosto circula con tiempos totales de

residencia de 24-30 h; la temperatura

de fermentaci6n es de 15°C y el sis-

tema es capaz de operar continua-

mente durante un afio. El otro sistema

consiste de un tanque cilindrico vertical

donde el mosto lupulado esteril se bom-

bea por la parte de abajo; se utiliza una

levadura altamente floculante que sedi-

menta en la parte alta del fermentador

(donde.se ha alcanzado la maxima ate-

nuaci6n), y se resuspende en la base al

contacto con mosto fresco.

sariamente son lavadas por el siste-

ma.

la cerveza joven por un segundo re~c-

tor de levadura inmovilizada.

-

Otros problemas adicionales son el

que si hay crecimiento de la levadura

en el reactor, se van ocluyendo las vias

de flujo y por 10 tanto se dificulta el

bombeo y se disminuye la eficiencia. Por

otra parte, si no hay crecimiento de la

levadura, la generaci6n de congeneri-

cos es muy pobre, obteniendose mas

que una cerveza verde, simplemente

un «mosto alcoh6lico» y la levadura pier-

de viabilidad.

Otra alternativa que ha sldo muy e?<-

plorada es el uso de leVaduras

inmovilizadas por atrapamiento en

alginatos. o por adsorci6n en tierras de

diatomeas u otros adsorbentes. para la

producci6n continua de cerveza. Se han

diseriado reactores de celulas

inmovilizadas. alimentados con mosto.

logr8ndose atenuaciones de 80% en

dos horas; sin embargo. debido a que

el tiempo de contacto de la cerveza ver-

de con la levadura es muy corto. el pro-

ducto sale del reactor con altas concen-

traciones de 2-acetolactato que

despues se transforman a diacetilo.

sin la posibilidad de que sea degrada-

do por la levadura.

La velocidad de flujo con que se ope-

ra y las caracterlstiGas de la levadura

permiten un desplazamiento de embo-

10 del mosto y la levadura, es decir,

practicamente sin que haya mezclado.

El tiempo de residencia es de 4-8 h, en

el cual se obtiene la atenuaci6n nece-

saria. Las mutantes no floculantes que

se producen en el fermentador, nece-

En la ultima decada del siglo XX se

puso en operaci6n un si$tema de pro-

ducci6n industrial con levaduras

inmovilizadas en una cervecerfa en Fin-

landia. La levadura se inmoviliza por

adsorci6n en DEAE celulosa y los reac-

tores son columnas de acero inoxidable

con un volumen de 1000 litros.

Como alternativa se ha propuesto

acelerar la conversi6n a diacetilo y pasar

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ConclusionesLa fermentaci6n se efectua en dos

etapas: en la primera se tleva a cabo la

fermentaci6n prima ria donde se obtie-,c"~ la cerveza verde con el grado de ate-

nuaci6n deseado; posteriormente la cer-

veza verde se centrifuga para eliminar la

levadura que se desprende del cataliza-

dor. y se somete a un triltamiento termi-

co en un cambiador de calor de placas

para acelerar la conversi6n de 2-

acetolactato a diacetilo. Finalmente el

producto se pasa por una segunda eta-

pa de fermentaci6n que con.siste en dos

reactores en paralelo con la levadura

inmovilizada. donde se degrada el

diacetilo. Este sistema trabaja en conti-

nuo hasta por 7 meses con un flujo de

10 hl/h. 10 cual representa el 10% de la

producci6n de la cervecerfa, El producto

obtenido en este sistema se mezcla con

el producto tradicional para no alterar el

'perfil de sabor de la cerveza.

degraden rapidamente el diacetilo o su

precursor 2-acetolactato. como

Aeromonas hydrophila. Bacillus

polymyxa. Klebsiella sp. y Enterobacter

sp.. o la propiaS. cerevisiae. Tambien se

han utilizado en la fabricaci6n de cerve-

za en estudios a nivel piloto. cepas de

levadura modificadas por ingenierfa

genetica capaces de degradar el 2-

acetolactato; en estas levaduras se ha

insertado el gene de Enterobacter

~erogenes que codrfica para la enzima

2-acetolactato descarboxilasa que con-

vierte el 2-acetolactato directamente a

acetoina. Otro ejemplo del impacto de

la ingenierfa genetica en las levaduras

cerveceras. se relaciona con las levadu-

ras aniquilantes ("killer"). tambien cono-

cidas CQmo zimocidas. las cuales son

levaduras capaces de secretar una toxi-

na de naturaleza proteica o glicoproteica

que es letal para levaduras sensibles.

La biotecnologra desde sus inicios en el:;

siglo XIX ha tenido un g(~n impacto en la

producci6n de cerveza. Aquf sola mente

se han revisado algunos ejemplos de la

influencia que ha tenido en 1a calidad y

el incremento de la producci6n de esta

bebida. Pero algo que es indudable, es

que la biotecnologfa seguir8 modifican-

do en forma muy importante la forma

de hacer cerveza en al siglo XXI, aunque

para el consumidor estos cambios no

sean perceptibles, y una cerveza segui-

r8 siendo una cerveza.

Bibliografia

.Falcone C. and Frontali L. 1989. Genetic

Manipulation of Brewing and Wine Yeast.

En Biotechnology Applications in

Beverage Production. C. Cantarelli and

G. Lanzarini. Eisevier Applied Science.

London. pp. 31-39.

La biotecnologfa de fin del siglo XX.

particularmente la relacionada con las

tecnicas de biologia molecular. han em-

pezado a tener gran influencia, y prome-

ten mucho mas. en la producci6n de

cerveza. Desde el mejoramiento de la

cebada, permitiendo por ejemplo, la

obtenci6n de variedades libres de

polifenoles, y el mejoramiento de sus

caracterfsticas agron6micas, hasta la

obtenci6n de enzimas y levaduras

transgenicas que resuelvan problemas

anejos de la producci6n de la cerveza. O

permitan .mejorar su calidad.

La contaminaci6n por levaduras silves-

tres en el proceso de elaboraci6n de

cerveza es un problema frecuente; se

ha demostrado ademc3s que la inciden-

cia de levaduras zimocidas entre las le-

vaduras silvestres es muy alta, y por otro

lado estudios realizados con colecciones

muy grandes de levaduras cerveceras

demostraron que entre estas no exis-

ten levaduras aniquilantes; esto resulta

en la PQsibilidad de un evidente domi-

nio por la levadura silvestre sobre la

cervecera en las fermentaciones conta-

minadas, con graves consecuencias en

la calidad del producto.

oGarcia Garibay M. 1994. Fermentaci6n

para la Producci6n de Cerveza. Bebidas

Mexicanas 3(1), 11-18.

.Garcia Garibay M., Ouintero R. y L6pez-

Mungula A, (Eds.).1993. BiotecnologfaAlimentan'a. Editorial Limusa, S.A. Mexi-

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oHammond J.R.M. 1993. Brewer's Yeast.

En The Yeasts. 2nd. Edition. Volume 5,

A.H. Rose and J.S. Harrison (Editores)

Academic Press. London. pp. 7-67.Un aspecto que ha sido tema de mul-

tiples investigaciones es la obtenci6n de

cepas «superatenuantesll por ingenie-

ria genetica para la producci6n de cer-

vezas ligeras. Se trata de cepas capa-

ces de producir glucoamilasa, con 10

cual pueden hidrolizar y fermentar las

dextrinas del mosto. Para eliminar altas

concentraciones de diacetilo de la cer-

veza, se han explorado algunas alterna-

tivas como son: el uso de

microorganismos inmovilizados que

oHardwick W.A.(Ed.). 1995. Handbook of

Brewing. Marcel Dekker, New York.

.Hough J.S. 1985. 771e Biotechnology of

Malting and Brewing. Cambridge

University Press, Cambridge.

Para contrarrestar este problema se

han realizado interesantes investigacio-

nes para transformar cepas de levadu-

ras cerveceras en aniquilante. insertan-

doles un plasmido de ARN que

codificaba para la toxina; con esto se les

confiere resistencia al factor zimocida. y

por otro lado la levadura cervecera al pro-

ducir la toxina elimina algunas contami-

naciones potenciales con levaduras sil-

vestres sensibles.D