Cervezas más aromáticas con la aplicación de pulsos eléctricos en la flor de lúpulo

España se mantiene como el cuarto productor de cerveza europeo por detrás de Alemania, Reino Unido y Polonia con 3600 litros de cerveza en 2018 (Eurostat). Su consumo entre la población española se ha visto aumentado en la última década, alcanzando los 18,14 L/persona/año en 2018, aunque en 2018 cayó un 1,6 % en consumo con respecto a 2017, pero aumentando en valor en un 2% (MAPA). El precio medio de la cerveza se cierra 2018 en 1,26 por L, con un incremento del 3,7% con respecto al año anterior. Este aumento viene ligado al incremento del consumo de cervezas más aromáticas y especiales, tanto de pequeñas cervecerías artesanales como de las grandes marcas. Sin embargo, en el contexto actual en el que estamos, estos datos se verán significativamente modificados este año 2020, cuando, debido a la crisis del Covid-19 y el confinamiento, se ha disparado el consumo de algunos productos alimentarios, entre los que se encuentra la cerveza y otras bebidas alcohólicas ligadas a encuentros online con amigos, así como de otros snacks consumidos junto con el consumo de películas y series en plataformas digitales, como ha adelantado recientemente la consultora Nielsen.

En este sentido, la industria busca, cada vez más, cervezas con características organolépticas diferenciadas con un cuerpo, sabor y aroma concreto. Estas características no solo vienen determinadas por el proceso de fabricación en sí, sino sobre todo por los ingredientes empleados a la hora de elaborar la cerveza. En estos perfiles aromáticos singulares es crucial uno de los ingredientes de la cerveza: el lúpulo (H. lupulus).

Esta es una planta enredadera domesticada y cultivada (principalmente en Europa, Asia Occidental y Norteamérica) desde la Edad Media. Comenzó a usarse en la elaboración de cerveza debido a sus propiedades antisépticas, para mejorar su higiene y conservación. Sin embargo, actualmente, no se contempla una cerveza sin los sabores y aromas que aporta este ingrediente. Los compuestos más interesantes de cara a dotar a la cerveza de unas características específicas están contenidos en la glándula lupulina. Estas glándulas de lupulina de los conos hembra del lúpulo contienen resinas blandas ricas en derivados de floroglucinol, llamados alfa-ácidos (cohumulona, humulona, adhumulona) y beta-ácidos (colupulona, lupulona, adlupulona) y que son los principales compuestos amargos de la cerveza (Haseleu et al., 2010). Otros constituyentes son los aceites esenciales (humuleno, farneseno, mirceno, geraniol y linalool, entre los principales), que confieren al lúpulo su aroma característico.

Procesos cerveceros

El tratamiento de pulsos eléctricos de alto voltaje (PEAV) consiste en la aplicación de campos eléctricos de alta intensidad (>0,5 kV/cm) y corta duración (del orden de mili a microsegundos) a un producto colocado entre dos electrodos (Barbosa-Cánovas y col., 2001). Este tratamiento provoca cambios estructurales en las membranas celulares de células tanto procariotas como eucariotas, formando poros, lo que se traduce en un aumento de su permeabilidad al paso de moléculas e iones, denominándose el proceso electroporación. Las aplicaciones de los pulsos eléctricos de alto voltaje en la industria alimentaria son diversas: inactivación de microorganismos patógenos o alterantes, ablandamiento de tejidos para facilitar procesos de pelado o corte de vegetales y la mejora de procesos de extracción. En el caso del lúpulo, la electroporación de las glándulas de lupulina podría favorecer la extracción de los compuestos aromáticos a la cerveza, y acortar al mismo tiempo los procesos de maceración durante la elaboración de la misma. Esta es la hipótesis que se planteó estudiar en el proyecto Lupulo, financiado por el Gobierno de Navarra durante los años 2017-2019.    

Para permitir que los sabores y aromas característicos de lúpulo lleguen a la cerveza se aplica en los procesos cerveceros el método de dry hopping, posterior a la cocción, donde precisamente se incorporan los compuestos aromáticos del lúpulo, cuando la cerveza está en la fase de acondicionamiento previa al embotellado. La mejor forma de realizar este método es colocar el lúpulo en un fermentador secundario, después de que la cerveza ha sido retirada del fermentador principal, y queda en reposo por un par de semanas antes de ser envasada, permitiendo así que los aceites volátiles se difundan en la cerveza. Al no hervir el lúpulo, la lupulina no se impregna en la bebida, por lo que no le proporciona amargor extra, pero si mayor intensidad de aroma y sabor. Sin embargo, este proceso es costoso y supone un tiempo importante para la industria cervecera, teniendo paralizado el producto en la empresa durante un tiempo. Es por ello que resulta de gran interés para la industria cervecera el desarrollo de una tecnología, como pueden ser los PEAV, que permitiera la mejor transferencia de aromas del lúpulo a la cerveza, consiguiendo el máximo aporte de sabores y aromas, en un proceso rentable.

En el proyecto se trabajó con lúpulo de la variedad aromática Nugget de la marca Queen Country proporcionado por la empresa navarra Montes de Cristal y Acero. Los tratamientos de PEAV se realizaron en la planta piloto de CNTA, que cuenta con un equipo de pulsos eléctricos de alto voltaje a escala planta piloto. Este equipo permite trabajar tanto en continuo como en discontinuo.

Se probaron tratamientos de diferente intensidad sobre la flor de lúpulo, y se midieron diferentes variables respuesta para evaluar la efectividad de los mismos. Para dichos tratamientos se empleó cerveza, ya que las muestras de lúpulo han de tratarse en un medio líquido para que haya conducción de electricidad por el medio.

Los tratamientos de PEAV se eligieron en función de la intensidad de campo eléctrico y la energía total del tratamiento. Los dos últimos parámetros, anchura de pulso y conductividad (2,0 ± 0,3 mS/cm) se mantuvieron fijos, y se modificaron la intensidad de campo eléctrico y el número de pulsos. En el caso de materiales vegetales, tratamientos inferiores a 7-10 kV/cm son suficientes para causar una electroporación irreversible. Dependiendo de las características de las células, es necesario dar tratamientos de mayor o menor energía. De ahí que se probasen tres tratamientos distintos, considerados suave, medio e intenso. En el tratamiento suave se trabajó a intensidades de campo eléctrico bajas (1,7 kV/cm) y un bajo número de pulsos (10) (PEAV 3), mientras que en el tratamiento intenso (PEAV 2) se trabajó a intensidades de campo eléctrico altas (6,7 kV/cm) y un alto número de pulsos (100). El tratamiento medio fue relativamente alto en intensidad de campo eléctrico (5 kV/cm) y bajo número de pulsos (20 pulsos) (PEAV 1).

Para minimizar la variabilidad debida a la propia muestra de lúpulo y a los tratamientos, se realizaron cuatro repeticiones de los tratamientos en cuatro días diferentes. De cada repetición y de todas las muestras tratadas se determinaron los siguientes parámetros:

-Evaluación sensorial mediante cata.

-Amargor (iso-alfa-ácidos) mediante espectroscopía UV-VIS.

-pH.

-Polifenoles totales mediante espectroscopía UV-VIS.

-Perfil aromático mediante microextracción en fase sólida seguida de cromatografía de gases y detección por espectrometría de masas (SPME-GC-MS) con la que se determinaron 11 compuestos aromáticos característicos del lúpulo.

En la Figura 1 se muestran gráficamente los resultados obtenidos en el contenido en polifenoles totales, amargor y pH para cada una de las cervezas. Mediante letras se muestra si existen o no diferencias significativas entre los tratamientos (resultados de las Anovas). A la vista de los resultados obtenidos para los polifenoles, solo se diferencia la cerveza control sin lúpulo del resto. La adición de lúpulo incrementa significativamente la concentración de polifenoles en la cerveza, pero no se observan diferencias significativas entre los lúpulos tratados con respecto a la cerveza con lúpulo sin tratar.

En cuanto al parámetro amargor (iso-α-ácidos) existen diferencias significativas y las cervezas se encuentran agrupadas en tres grupos. Por un lado, la cerveza control sin lúpulo con amargor bajo de 18 BU. A continuación, las cervezas control con lúpulo y tratamiento PEAV 1, con un amargor moderado de 57 BU; y, por último, las cervezas de los tratamientos PEAV 2 y PEAV 3, con amargores muy altos de 69 y 75 BU respectivamente, correspondientes con cervezas muy lupulizadas.

Por último, para el pH también existen diferencias significativas entre las cervezas. La adición de lúpulo incrementa el valor de pH de la cerveza, siendo 4,29 en el caso de la cerveza control sin lúpulo, y ascendiendo a 4,55 en el caso de la cerveza con lúpulo y el tratamiento PEAV2. Dichas diferencias de pH también resultan ser significativas.

En el caso de los compuestos aromáticos se analizaron 11 compuestos directamente relacionados con los aromas a lúpulo mediante SPME-GC-MS de las cervezas. Dichos compuestos fueron: α y β-pineno, limoneno, α y β-humuleno, citronelol, geraniol, heptanoato de metilo, linalool y β-cariofileno. Se utilizó como patrón interno para la determinación 1-butanol. Los compuestos se semicuantificaron, es decir, para cada muestra se calculó la relación entre el área del pico de dicho compuesto y el área del pico del patrón interno.

Del mismo modo que para el caso anterior, en las Figuras 2 y 3 se muestran las cantidades de dichos compuestos en cada tipo de cerveza y si existen diferencias significativas entre ellas en función de los distintos tipos de tratamiento.

A la vista de los resultados, parece observarse que, pese a que no son significativas las diferencias, la aplicación de pulsos eléctricos favorece la transferencia de compuestos aromáticos de lúpulo a la cerveza.

En cuanto al perfil aromático, parece que el tratamiento PEAV 1 (intermedio) ya permite un aumento de la concentración de los aromas con respecto a la adición de lúpulo sin tratar, y que son los tratamientos intenso y suave (PEAV 2 y PEAV 3) los que más aromas a la cerveza transfieren, acompañado por el hecho de que son en amargor (valores de BU) las cervezas significativamente más lupulizadas.

En el análisis descriptivo realizado por el panel experto, no existen diferencias estadísticamente significativas entre ninguna de las cervezas con lúpulo, sea este tratado o sin tratar. En el único parámetro que se ve una tendencia a la significación es en la intensidad de olor, donde parece que la cerveza tratada con el nivel de PEAV intermedio presenta la mayor puntuación de intensidad de aroma. Por otra parte, en el análisis de preferencia, aunque las diferencias tampoco son significativas estadísticamente, los catadores muestran en general mayor preferencia por el olor de la cerveza PEAV 1 y el sabor de la PEAV 2. Y en la valoración global, por la PEAV 2, quedando la PEAV 1 en segundo lugar para estos dos últimos atributos. Estos resultados de los estudios sensoriales se muestran en la Figura 4.

Con este estudio se ha demostrado que el tratamiento y la electroporación de la flor de lúpulo mediante pulsos eléctricos tiene un efecto positivo sobre la posterior transferencia de aromas de lúpulo a la cerveza durante la etapa de Dry Hopping. Se ha seleccionado además la intensidad del tratamiento que sería más adecuada, en base a la valoración de los catadores realizada por el panel experto de CNTA, y los valores analíticos de diferentes parámetros de calidad y perfil aromático de las cervezas. 

CNTA cuenta con los equipos y técnicas analíticas para la determinación de alfa y beta ácidos en lúpulo y la obtención y caracterización de sus aceites esenciales. Además, cuenta con el equipamiento necesario (cámara de tratamiento de pulsos eléctricos y técnicas analíticas necesarias) para llevar a cabo el tratamiento del lúpulo y la caracterización posterior de la cerveza y su perfil aromático.

Referencias bibliográficas

Eurostat, https://ec.europa.eu/eurostat.

Ministerio de Agricultura, Pesca y Alimentación (MAPA). Informe de Consumo de Alimentos en España 2018. https://www.mapa.gob.es/es/alimentacion/temas/consumo-y-comercializacion-y-distribucion-alimentaria/20190807_informedeconsumo2018pdf_tcm30-512256.pdf

Barbosa-Cánovas, G.V, et al., 2001. Pulsed electric fields: A novel technology for food preservation. Agro Food Industry Hi- Technology 12: 9-14.

Haseleu, G., et al. 2010. Quantitative Sensomics Profiling of Hop-Derived Bitter Compounds Throughout a Full-Scale Beer Manufacturing Process. Journal of Agricultural and Food Chemistry  58 (13), 7930-7939.