Influencia del Contenido de - Glucanos en la Calidad de Maltas Cerveceras Elaboradas con Variedades de Cebada (Hordeum sativum Jess) Producidas en los Estados de Hidalgo y Tlaxcala Román Gutiérrez Alma Delia, Ruiz Sánchez Yuridia y Ramírez Mera Viridiana. Centro de Investigaciones Químicas. Universidad Autónoma del Estado de Hidalgo, Carretera Pachuca-Tulancingo, Km. 45. Ciudad Universitaria, C.P. 42076. Pachuca de Soto, Hidalgo, México. Tel: 01 7717172000 Ext. 6501, Fax: 01 7717172109. [email protected] Resumen. El contenido de

- glucanos en cebada para cervecería es de gran importancia pues

estos aportan viscosidad indeseable a los mostos cerveceros. Se determinó el porcentaje de - glucanos en cebadas y maltas con el objetivo de evaluar la calidad final de maltas destinadas a la producción de cerveza regional. Se estudiaron 28 tipos de maltas sometidas a diversos tratamientos de germinación durante el malteado (2 y4 días de germinación a 16 y 20ºC); estas se elaboraron con 7 variedades de cebada producidas en Hidalgo (Esmeralda1, Esmeralda2, Pastor Ortiz y M16) y Tlaxcala (Forrajera, M16T y Esmeralda1T). El porcentaje de

-Glucanos se obtuvo mediante métodos enzimáticos

(Analytica EBC, 1998). Los resultados se compararon con resultados de - glucanos de dos maltas comerciales (Esperanza R y Esmeralda T). Las variedades de cebada de Tlaxcala superan el límite máximo de

- glucanos (33±2%) establecido por la EBC,

mientras que la transformación de

- glucanos después del malteado muestra que se

obtienen menores porcentajes de

- glucanos (2-5%) durante la germinación a 20ºC

durante 2 ó 4 días. Bajo estos tratamientos; Esmeralda 2, Pastor Ortiz, Forrajera y M16Tlaxacala presentan un contenido ideal (5 -6%) de - glucanos; por lo tanto, estas maltas son viables para la elaboración de mostos sin defectos de viscosidad. Introducción. Uno de los cultivos tradicionales en México es la cebada, su primordial aplicación es como materia prima para la producción de malta en la industria cervecera; ello implica la utilización de granos con un alto extracto cervecero (un elevado contenido de azúcares), con bajo contenido de proteínas (9 a 11.5%), con una actividad enzimática apropiada y finalmente con un escaso contenido de

-glucanos (33±2% en cebada y 5.2±2% en

malta), (Analytica EBC, 1998). Dos de los principales productores de cebada, son los Estados de Hidalgo y Tlaxcala; tan sólo en el 2004, la superficie cosechada de este cereal fue de 115, 991 hectáreas para Hidalgo, mientras que en Tlaxcala se cosecharon 124,110 Hectáreas (SAGARPA, 2005).

1

La primera fase de la elaboración de cerveza es el malteado, es una etapa de germinación controlada del grano durante la cual se forman enzimas encargadas de hidrolizar el almidón de la cebada para obtener azúcares que serán utilizados por la levadura, el malteado es una etapa trascendental, pues precisamente en este período se define si la cebada posee la calidad suficiente para ser empleada en cervecería; por ello, es de gran importancia controlar factores como el tiempo y temperatura a los cuales se lleva a cabo el malteado de tal manera que se obtenga el máximo rendimiento de la cebada. El malteado consta de tres etapas importantes (remojo, germinación y tostado del grano); estas operaciones tienen por objetivo principal desencadenar una serie de reacciones enzimáticas (producción de enzimas como las α y

amilasas, - glucanasas y

proteasas) cuya función primordial es hidrolizar el almidón, proteínas y –glucanos para que sean transformados en azúcares y otros compuestos sencillos que serán el sustrato de la levadura durante la fermentación. Los – glucanos son carbohidratos complejos formados por unidades de glucosa unidas por enlaces (1

3), (1

4). Se encuentran en las paredes celulares de cereales como la

avena y la cebada (R. B, Vis, K. Lorenz, 1996). Los - glucanos junto con los pentosanos presentes en la cebada forman gomas que son solubles en agua caliente y aportan viscosidad a los mostos cerveceros, causando problemas durante la filtración previa a la fermentación del mosto; también se les ha asociado a problemas de turbidez y el empobrecimiento del extracto cervecero. Durante la fase de germinación, se producen enzimas

- glucanasas encargadas de

romper las cadenas de - glucanos a carbohidratos más sencillos; sin embargo, aún en el mosto puede haber cantidades significativas de - glucanos que no fueron transformados durante el malteado (Figueroa Cárdenas, 1985). La determinación de - glucanos mediante métodos enzimáticos consisten someter a las muestras a un ataque enzimático en donde los -glucanos producidos en la malta son hidrolizados con endo-(1 3) (1 4)-

-d-glucanasa hasta convertirlos en tri y

tetrasacáridos. Los oligosacáridos formados se transforman hasta glucosa gracias a la acción de

-glucosidasa. Finalmente la glucosa es tratada con un complejo glucosa

oxidasa/peroxidasa; la cual descompone los azúcares sencillos a compuestos coloridos como el gluconato.

2

Materiales y Métodos Se sometieron 7 variedades de cebada cultivadas en los Estados de Hidalgo y Tlaxcala (Tabla 1) a diversos tratamientos de malteado. Los factores de control más importantes para dichos tratamientos fueron el tiempo y la temperatura de germinación (Pelembe L. A. M, et. al. 2002), después de los procesos de malteado, se realizaron análisis de calidad. Uno de los parámetros más importantes para medir la calidad de la malta es la determinación de -glucanos (Figueroa Cárdenas, 1985). Este análisis aportó resultados importantes para seleccionar aquellos tratamientos y muestras de malta con características adecuadas para la elaboración de cerveza sin problemas de turbidez o viscosidad. Los tratamientos de malteado se muestran en la tabla 2.

Clave

Variedad de Cebada

Región

Esm1-H

Esmeralda 1

Ápan, Hidalgo

Esm2-H

Esmeralda 2

Emiliano Zapata, Hidalgo

PO-H

Pastor Ortiz

Almoloya de Juárez, Hidalgo

M16-H

M16

Ápan, Hidalgo

Forr- T

Forrajera

Calpulalpan, Tlaxcala

M16-T

M16

Zacatenco, Tlaxcala

Esm1-T

Esmeralda 1

Calpulalpan, Tlaxcala

Tabla 1. Datos de las variedades de cebada sometidas a procesos de malteado.

Etapas de malteado 1. Remojo 2. Germinación 3. Tostado

Condiciones de malteado Temperatura

Tiempo

10º C durante 2 días 16 y 20º C

2 y 4 días

58h a 55º C

Tabla 2. Condiciones de malteado para las7 variedades de cebada

Con base en las condiciones especificadas en la tabla 2, se obtuvieron 28 maltas distintas; a las cuales se les determinó el porcentaje de

-glucanos bajo los métodos

enzimáticosa 3.10.1 y 4.16.1 (Analytica EBC, 1998). Este análisis se realizó tanto a cebada como a malta, con el fin de analizar la transformación de los -glucanos a lo largo del proceso del malteado.

3

Para la determinación de este análisis se utilizó Test kit

- glucanos of Megazyme

International (establecido por la Analytica EBC) que contiene Liquenasa y -glucosidasa en una suspensión de sulfato de amonio, glucosa estándar, enzimas glucosa oxidasa/peroxidasa y harina de cebada estándar (con una concentración de -glucanos conocida) Se molieron muestras secas de cebada y malta, posteriormente se pesaron 0.5g de cada una colocándolas en un tubo con 1,0ml de etanol acuoso, con ello se logró la dispersión de la materia orgánica de las muestras, se preparó el medio con

fosfato de sodio

(0,020mol/litro, pH = 6,5) y con agitación para que la enzima liquenasa pudiese actuar. Los tubos se pasaron a un baño de agua hirviendo durante 2 minutos; posteriormente se retiraron y agitaron; se calentaron por tres minutos, se mezclaron constantemente para evitar la formación de material gelatinoso. Se incubo la enzima liquenasa, para ello los tubos se enfriaron a 40° C y se adicionaron 0.2ml de liquenasa (10U) en cada tubo; se incubaron a 40° C durante 1 hora. Se extrajo el material acuoso que contenía los - glucanos mediante centrifugación. Posteriormente se realizó la incubación de β-glucosidasa de la siguiente forma: Blanco.0.1ml de buffer de acetato (0,050mol/Litro, pH = 4,0) más 0.1ml de β-glucosidasa Tubos muestra. Se adicionaron 0,1ml de β-glucosidasa (0.2U en el buffer de acetato 0,050mol/Litro, pH = 4.0; los tubos anteriores se incubaron a 40º C durante 20º C. Determinación de glucosa. A cada uno

los tubos anteriores se les adicionó glucosa

oxidasa peroxidasa y se incubaron a 40° C durante 15 minutos. Las muestras se leyeron en un espectrofotómetro de luz ultravioleta bajo las siguientes especificaciones: Lectura 510nm (492-550), Temperatura 40º C o 50ºC, Tamaño de la celda 1cm. El contenido de β-glucanos en la muestra se calculó con la siguiente fórmula: BS= ∆E*F*300*(1/1000)*(100/W)*(162/180)= ∆E* (F/W)*27 ∆E = Absorbancia de la reacción – Absorbancia del blanco. BS = β-glucanos en % (m/m) en la muestra seca F= 100µg de glucosa /absorbancia de 100µg de glucosa 300 = Volumen de corrección (i.e. 0,1ml tomado de 30ml). 1/1000 = Conversión de µg a mg 162/180 = Ajuste de la glucosa libre a glucosa anhidra (para obtener β-glucanos) 100/W = Factor para expresar el porcentaje de β-glucanos en harina de cebada seca. W = Peso de la muestra seca en mg

4

Resultados - glucanos en cebada Antes de determinar

- glucanos a las maltas, se realizó esta determinación a las

cebadas a analizar; estas se compararon con una cebada estándar que se encontraba incluida dentro del kit de análisis de

- glucanos (Test kit

- glucanos of Megazyme

International). Los resultados de - glucanos en cebada se analizaron estadísticamente mediante un ANOVA de una vía con el programa Statgraphics plus 4.0. La tabla 3 muestra los porcentajes de - glucanos en las 7 variedades de cebada, así como en la cebada estándar. Variedad de

- glucanos:

Cebada

BS (%)

Esm1-H

32 (1.5)bc

Esm2-H

29 (0.9)a

PO-H

30 (1.5)b

M16-H

34 (2.5)d

Forr -T

44 (2.1)e

M16-T

44 (1.0)e

Esm1-T

43 (2.1)e

Cebada Estándar

33 (2.0)cd

Tabla 3. Porcentaje de - glucanos contenidos en cebada antes de someterse al proceso de malteado.

La desviación estándar se muestra entre paréntesis y letras distintas en los resultados, indican diferencias

significativas entre las muestras.

La cebada estándar presentó un 33 % de - glucanos; este es el límite máximo en cuanto al porcentaje de - glucanos e cebada (33 2 %) (Analytica EBC, 1998); las variedades Esm2-H y PO-H

se encuentran por debajo de este valor y presentan diferencias

significativas con la cebada estándar. Esm1-H y M16-H no mostraron diferencias significativas con la malta estándar. Sin embargo, el contenido de las variedades de Tlaxcala es de aproximadamente 44% y esta diferencia se ve muy marcada en comparación con el resto de las variedades. Se continuó con el resto de los análisis para evaluar la transformación de - glucanos después de la fase del malteado. En la tabla 4 se presentan los porcentajes de

- glucanos para las diversas maltas

obtenidas durante los 2 y 4 días de germinación tanto a 16 como a 20° C. Previo a la germinación, todas las muestras se sometieron a un proceso de remojo durante 2 días a 4° C y al finalizar la germinación se les dio un tratamiento de secado a 55° C durante 58 horas. Anexos a la tabla 4 se muestran los porcentajes de - glucanos de las muestras estándares de malta Esperanza R y Esmeralda T. Los resultados se analizaron mediante 5

un ANOVA multifactorial realizado con el mismo programa estadístico con el cual se analizaron las maltas. - glucanos en malta - glucanos en malta (%) Variedad de

2 Días

Cebada

Germinación 16º C

4 Días Germinación

20º C e

16º C d

20º C

14 (0.9)

c

7 (0.7)

4 (0.2)b

Esm1-H

22 (1.9)

Esm2-H

11 (0.9)b

10 (0.5)c

5 (0.3)a

2 (0.1)a

PO-H

8 (0.5)a

7 (0.5)b

6 (0.5)b

5 (0.3)d

M16-H

19 (1.3)c

18 (0.6)f

8 (0.7)c

6 (0.4)e

Forr -T

8 (0.5)a

6 (0.5)a

5 (0.4)a

4 (0.3)b

M16-T

19 (1.0)c

7 (0.2)b

6 (0.3)b

4 (0.4)c

Esm1-T

20 (1.6)d

16 (1.4)e

14 (0.5)d

13 (0.3)f

- glucanos en cebadas estándares (%) Esperanza R

5.6 (0.4)a

Esmeralda T

5.4 (0.4)a

Tabla 3. Resultados de - glucanos para las maltas analizadas y maltas estándares

No existe diferencia significativa en cuanto al porcentaje de

- glucanos en las maltas

estándares, además se encuentran dentro de los parámetros de - glucanos establecidos por la EBC (5.2±2%); por lo tanto, para que las maltas analizadas sean de buena calidad deben poseer una cantidad de

- glucanos próxima a la cantidad

de las maltas

estándares. También se consideró la desviación estándar de las maltas estándares para evaluar el porcentaje de - glucanos de las muestras analizadas, los valores próximos a 5-6% son aceptables y se pueden considerar como maltas de buena calidad. 2 días de germinación. El porcentaje de - glucanos para las muestras tratadas a dos días de germinación tanto a 16 como a 20° C, se encuentra por encima de los límites permitidos por la EBC, por lo tanto es probable que si se elaboran mostos con las muestra sometidas a estos tratamientos, se produzcan mostos viscosos y se presenten problemas

durante

la filtración del mosto. La variedad Forr-T

presentó un menor

contenido de - glucanos, sobre todo durante la geminación a 20° C.

6

4 días de germinación. La cantidad de

- glucanos para los tratamientos de 4 días

disminuyó de manera considerable, a excepción de la variedad Esm1-T que mantuvo altos porcentaje de - glucanos tanto a 16 como a 20° C. Durante la germinación a 16° C, las variedades Esm2-H, PO-H, Forr-T y M16-T presentaron porcentajes de - glucanos dentro de los límites establecidos, mientras que a 20°, se logró obtener bajos porcentajes de germinación para todas las muestras, exceptuando Esm1-T. Conclusiones Se obtienen maltas con un porcentaje ideal de

- glucanos cuando se realiza la

germinación durante 4 días tanto a 16 como a 20° C, estas maltas no presentarán defectos de

viscosidad y en consecuencia de filtración y turbidez del mosto.

Las

variedades de cebada Esmeralda 2, Pastor Ortiz, Forrajera y M16-Tlaxcala presentan la capacidad de transformar los

- glucanos en componentes más sencillos durante la

germinación y pueden ser empleadas para elaborar mostos de buena calidad. Bibliografía. Analytica EBC (Analityca European Brewery Convention). 5th Edition. (1998) Pelembe L. A. M, Dewar J, Taylor J. N. R. Effect on malting conditions on pearl millet malt quality. JOURNAL OF THE INSTITUTE OF BREWING. Vol. 108, Nº 1. (2002) Pp.13-18 Figueroa Cárdenas Juan De Dios. Métodos de Para evaluar la calidad maltera en cebada. Secretaría

de

Ganadería

y

Recursos

Hidráulicos.

Instituto

Nacional

de

Investigaciones Agrícolas. México D. F. (1985). Pp. 30-67. R. B, Vis, K. Lorenz, 1996. -glucans: importance in Brewing and Methods of analysis. Departament of Food Science and Human Nutrition. Colorado State University (U.S.A). 1996. Páginas de Internet consultadas en el presente proyecto http://www.sagarpa.com.mx (Se consultó el servicio de información estadística, agroalimentaria y pesquera, siembra de cebada de grano ciclo primavera verano). (Febrero 2005)

7