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UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL ELABORACIÓN DE CERVEZA ARTESANAL TIPO GOLDEN ALE CON CEBADA (Hordeum vulgare) Y ARROZ (Oryza sativa L.) TRABAJO EXPERIMENTAL Trabajo de titulación presentado como requisito para la obtención de título de INGENIERO AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL AUTOR ALVAREZ QUINTO BRYAN DAVID TUTOR LIC. CÉSAR AUGUSTO ARAQUE MOLINA, PhD. GUAYAQUIL – ECUADOR 2020 2 UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL APROBACIÓN DEL TUTOR Yo, PhD. ARAQUE MOLINA CESAR AUGUSTO, docente de la Universidad Agraria del Ecuador, en mi calidad de Tutor, certifico que el presente trabajo de titulación: “ELABORACIÓN DE CERVEZA ARTESANAL TIPO GOLDEN ALE CON CEBADA (Hordeum vulgare) Y ARROZ (Oryza sativa L.)”, realizado por el estudiante ÁLVAREZ QUINTO BRYAN DAVID ; con cédula de identidad N° 095548185-8 de la carrera INGENIERIA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL, Unidad Académica Guayaquil, ha sido orientado y revisado durante su ejecución; y cumple con los requisitos técnicos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador; por lo tanto se aprueba la presentación del mismo. Atentamente, Lcdo. Cesar Augusto Araque Molina, PhD. Guayaquil, 18 de junio del 2020 3 UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS AGRARIAS CARRERA DE INGENIERÍA AGRÍCOLA MENCIÓN AGROINDUSTRIAL APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN Los abajo firmantes, docentes designados por el H. Consejo Directivo como miembros del Tribunal de Sustentación, aprobamos la defensa del trabajo de titulación: “ELABORACIÓN DE CERVEZA ARTESANAL TIPO GOLDEN ALE CON CEBADA (Hordeum vulgare) Y ARROZ (Oryza sativa L.)”, realizado por el estudiante ALVAREZ QUINTO BRYAN DAVID, el mismo que cumple con los requisitos exigidos por la Universidad Agraria del Ecuador. Atentamente, DRA. JÁCOME MURILLO EMMA. PRESIDENTE ING. CALLE MENDOZA LUIS. ING. CADENA ITURRALDE NADIA. EXAMINADOR PRINCIPAL EXAMINADOR PRINCIPAL ING. BORBOR SUAREZ DANIEL. EXAMINADOR SUPLENTE Guayaquil, 17 de junio del 2020. 4 Dedicatoria A mis queridos padres, el Sr. Robert Alvarez y la Sra. Mariela Quinto, gracias a su inmenso apoyo, paciencia y amor; lograron impactar de gran manera mi vida, en el cumplir mis metas y dar siempre lo mejor de mí. A mis estimados y apreciados hermanos Robert, Ronny y Ariana, teniendo la certidumbre de que siempre cuento con su apoyo y consejos. A mí querido a abuelo el Sr. Esteban Quinto que yace en el cielo, esta meta cumplida es en su honor al inculcarme honradez, honestidad y respeto, formando así a un futuro ingeniero con fuertes valores éticos. A mí querida novia la Srta. Karen Añarumba, la cual me impulsa a ser mejor persona, brindándome su paciencia y cariño, así como también contar con su respaldo en las decisiones importantes que debo elegir. 5 Agradecimiento A mis padres, por brindarme siempre su constante apoyo y motivación al poder estudiar en esta apreciada institución y lograr convertirme en un excelente profesional. A los docentes de la Universidad Agraria del Ecuador, en especial a mi director de tesis el Dr. Cesar Araque Molina por su orientación, consejos y seguimiento durante la realización de este proyecto. 6 Autorización de Autoría Intelectual Yo Álvarez Quinto Bryan David, en calidad de autor del proyecto realizado, sobre “ELABORACIÓN DE CERVEZA ARTESANAL TIPO GOLDEN ALE CON CEBADA (Hordeum vulgare) Y ARROZ (Oryza sativa L.)” para optar el título de Ingeniero Agrícola con Mención Agroindustrial, por la presente autorizo a la UNIVERSIDAD AGRARIA DEL ECUADOR, hacer uso de todos los contenidos que me pertenecen o parte de los que contienen esta obra, con fines estrictamente académicos o de investigación. Los derechos que como autor me correspondan, con excepción de la presente autorización, seguirán vigentes a mi favor, de conformidad con lo establecido en los artículos 5, 6, 8; 19 y demás pertinentes de la Ley de Propiedad Intelectual y su Reglamento. Guayaquil, 18 de junio del 2020 ÁLVAREZ QUINTO BRYAN DAVID C.I. 0955481858 7 Índice general APROBACIÓN DEL TUTOR ................................................................................. 2 APROBACIÓN DEL TRIBUNAL DE SUSTENTACIÓN ........................................ 3 DEDICATORIA ...................................................................................................... 4 AGRADECIMIENTO .............................................................................................. 5 AUTORIZACIÓN DE AUTORÍA INTELECTUAL ................................................... 6 ÍNDICE GENERAL ................................................................................................. 7 ÍNDICE DE TABLAS ............................................................................................ 12 ÍNDICE DE FIGURAS .......................................................................................... 13 RESUMEN ........................................................................................................... 14 ABSTRACT .......................................................................................................... 15 1. Introducción .................................................................................................... 16 1.1 Antecedentes del problema ......................................................................... 16 1.2 Planteamiento y formulación del problema ............................................... 17 1.2.1 Planteamiento del problema ................................................................ 17 1.2.2 Formulación del problema ................................................................... 18 1.3 Justificación de la investigación ................................................................ 18 1.4 Delimitación de la investigación ................................................................. 18 1.5 Objetivo general ........................................................................................... 19 1.6 Objetivos específicos................................................................................... 19 1.7 Hipótesis ....................................................................................................... 19 2. Marco teórico .................................................................................................. 20 2.1 Estado del arte .............................................................................................. 20 2.2 Bases teóricas .............................................................................................. 21 2.2.1 El Arroz (Oryza sativa L.) .......................................................................... 21 8 2.2.1.1 Taxonomía .......................................................................................... 21 2.2.1.2 Composición química del arroz ........................................................ 22 2.2.1.3 Ubicación ............................................................................................ 23 2.2.1.4 Variedades .......................................................................................... 23 2.2.1.5 Preparacióndel terreno ..................................................................... 23 2.2.1.6 Riego ................................................................................................... 23 2.2.1.7 Producción de arroz en el Ecuador .................................................. 23 2.2.2 La cebada (Hordeum vulgare) .................................................................. 24 2.2.2.1 Taxonomía .......................................................................................... 24 2.2.2.2 Composicion quimica de la cebada.................................................. 24 2.2.2.3 Ubicación ............................................................................................ 25 2.2.2.4 Variedades .......................................................................................... 26 2.2.2.5 Condiciones edafoclimáticas ............................................................ 26 2.2.2.6 Preparación del terreno ..................................................................... 26 2.2.2.7 Fertilización ........................................................................................ 26 2.2.2.8 Producción de cebada en el Ecuador............................................... 27 2.2.3 Origen de la cerveza.................................................................................. 27 2.2.3.1 La cerveza ........................................................................................... 28 2.2.3.2 Tipos de cerveza ................................................................................ 28 2.2.3.2.1 Fermentación baja........................................................................... 28 2.2.3.2.2 Fermentación Alta ........................................................................... 29 2.2.3.3 Características ................................................................................... 29 2.2.3.3.1 Fermentación baja Lager ................................................................ 29 2.2.3.3.2 Fermentación alta Ale ..................................................................... 29 2.2.3.4 Ingredientes ........................................................................................ 30 9 2.2.3.4.1 Malta de cebada............................................................................... 30 2.2.3.4.2 Arroz (Arroz cervecero) .................................................................. 30 2.2.3.4.3 Agua ................................................................................................. 31 2.2.3.4.4 Lúpulo .............................................................................................. 31 2.2.3.4.5 Levadura .......................................................................................... 32 2.2.3.5 Cepas de levadura ............................................................................. 33 2.2.3.5.1 Levaduras Inglesas ......................................................................... 33 2.2.3.5.2 Levaduras Belgas............................................................................ 33 2.2.3.5.3 Levaduras de trigo alemanas ......................................................... 33 2.2.3.5.4 Levaduras Americanas ................................................................... 34 2.2.3.6 Fermentación alcohólica ................................................................... 34 2.2.3.7 Composición de la cerveza ............................................................... 35 2.2.3.7.1 Variedades de cerveza .................................................................... 36 2.2.4 Análisis sensorial .................................................................................. 36 2.2.4.1 Consideraciones generales ............................................................... 36 2.2.4.2 Consideraciones prácticas ................................................................ 37 2.2.4.3 Consideraciones informativas .......................................................... 37 2.2.4.4 Consideraciones humanas ................................................................ 37 2.2.5 Tipos de análisis sensoriales ............................................................... 37 2.2.5.1 Pruebas afectivas ............................................................................... 37 2.2.5.2 Pruebas discriminativas .................................................................... 37 2.2.5.3 Pruebas descriptivas ......................................................................... 38 2.3 Marco legal ............................................................................................... 38 3. Materiales y métodos ..................................................................................... 40 3.1 Enfoque de la investigación ................................................................. 40 10 3.1.1 Tipo de investigación ............................................................................ 40 3.1.2 Diseño de investigación ....................................................................... 40 3.2 Metodología .................................................................................................. 40 3.2.1 Variables ................................................................................................ 40 3.2.1.1. Variable independiente ..................................................................... 40 3.2.1.2. Variable dependiente ........................................................................ 40 3.2.2 Tratamientos .......................................................................................... 41 3.2.3 Recolección de datos ........................................................................... 41 3.2.3.1. Recursos ............................................................................................ 41 3.2.3.2. Métodos y técnicas ........................................................................... 42 3.2.4 Análisis estadístico ................................................................................... 52 4. RESULTADOS ................................................................................................. 53 4.1 Desarrollo de tres tratamientos variando los tipos de lúpulos para la elaboración de una cerveza artesanal tipo golden ale utilizando cebada y arroz .................................................................................................................... 53 4.1.1 Elaboración de la cerveza artesanal tipo Golden Ale............................ 54 4.2 Determinación del mejor tratamiento mediante análisis sensorial .......... 58 4.2.1 Test de aceptabilidad al mejor tratamiento: Color ............................. 60 4.2.2 Test de aceptabilidad al mejor tratamiento: Sabor ............................ 61 4.2.3 Test de aceptabilidad al mejor tratamiento: Olor ............................... 62 4.2.4 Test de aceptabilidad al mejor tratamiento: Textura.......................... 63 4.2.5 Interpretación estadística del mejor tratamiento ............................... 64 4.3 Cumplimiento de la norma inen 2262 en análisis físico-químico y microbiológico al producto de mayor aceptación. .......................................... 65 4.3.1 Análisis físico-químico ......................................................................... 65 11 4.3.1.1 Interpretación de los resultados ....................................................... 65 4.3.1.1.1 Contenido alcohólico ...................................................................... 65 4.3.1.1.2 Acidez total, expresada como ácido láctico ................................. 65 4.3.1.1.3 Carbonatación ................................................................................. 66 4.3.1.1.4 pH .....................................................................................................66 4.3.2 Análisis microbiológicos ...................................................................... 66 4.3.2.1 Interpretación de los resultados ....................................................... 66 4.3.2.1.1 Microorganismos anaerobios ........................................................ 66 4.3.2.1.2 Mohos y levaduras .......................................................................... 67 5. DISCUSIÓN ..................................................................................................... 68 6. CONCLUSIONES ............................................................................................ 72 7. RECOMENDACIONES .................................................................................... 73 8. BIBLIOGRAFÍA ............................................................................................... 74 9. ANEXOS .......................................................................................................... 84 12 Índice de tablas Tabla 1. Composición química de granos de cereales (g/100 g de porción comestible) ........................................................................................................... 22 Tabla 2. Composición química aproximada (%) del arroz crudo ...................... 22 Tabla 3.Composición química del grano de cebada (en % de extracto seco) .. 25 Tabla 4. Composición detallada de los ingredientes de la cerveza. ................. 35 Tabla 5. Distintos tipos de cerveza en el mundo .............................................. 36 Tabla 6. Requisitos físicos y químicos ............................................................. 39 Tabla 7. Requisitos microbiológicos ................................................................. 39 Tabla 8. Tratamientos para la elaboración de cerveza artesanal Golden Ale utilizando cebada y arroz...................................................................................... 41 Tabla 9. Lúpulos a implementar en los diferentes tratamientos ....................... 41 Tabla 10. Escala hedónica ............................................................................... 43 Tabla 11. Análisis de laboratorio ...................................................................... 47 Tabla 12. Esquema de varianza – aceptación sensorial .................................. 52 Tabla 13. Lúpulos empleados en los diferentes tratamientos .......................... 54 Tabla 14. Escala hedónica ............................................................................... 59 Tabla 15. Representación de los parámetros sensoriales evaluados .............. 60 Tabla 16. Resultado de los análisis físico-químicos ......................................... 65 Tabla 17. Resultado de los análisis microbiológicos ........................................ 66 Tabla 18. Lúpulos a implementar en los diferentes tratamientos ..................... 88 13 Índice de figuras Figura 1. Proceso de fermentación alcohólica. ................................................ 34 Figura 2. Diagrama utilizado para la elaboración de cerveza tipo Golden Ale. 44 Figura 3. Representación gráfica de las medias en el análisis del color. ......... 61 Figura 4. Representación gráfica de las medias en el análisis de sabor. ......... 62 Figura 5. Representación gráfica de las medias en el análisis del olor. ........... 63 Figura 6. Representación gráfica en las medias en el análisis de textura. ....... 64 Figura 7.Modelo de escala hedónica ............................................................... 84 Figura 8. Valoración en realización de la escala hedónica .............................. 85 Figura 9. Representación de la puntación obtenida en la escala hedónica ..... 86 Figura 10. Puntuación valorada en la ejecución de la escala hedónica .......... 87 Figura 11. Recepción de la materia ................................................................ 90 Figura 12. Macerado de los granos .................................................................. 90 Figura 13. Adición de los lúpulos ..................................................................... 91 Figura 14. Fermentación de la cerveza ............................................................ 91 Figura 15. Llenado de la cerveza ..................................................................... 92 Figura 16. Embotellado de la cerveza .............................................................. 92 14 Resumen En la presente investigación se planteó el desarrollo de tres tratamientos alternando las variedades de lúpulos en la elaboración de una cerveza golden ale con cebada y arroz. En primera instancia se definieron las respectivas formulaciones con los ingredientes y lúpulos a emplear, en donde los cambios estuvieron establecidos de acuerdo a un 0.15% de los lúpulos 001 (Calypso), lúpulos 002 (Phoenix) y lúpulos 003 (Tettnanger). Posterior a la elaboración se realizó un análisis sensorial mediante la participación de 30 panelistas no entrenados, los cuales valoraron las características del producto en base a parámetros propuestos. Los datos obtenidos fueron analizados mediante tablas y diseños estadísticos, en los cuales se evidenció que el tratamiento del lúpulo 002 obtuvo los mayores promedios de aceptabilidad con valores de color con 3.63, sabor con 3.30, olor con 3.53 y textura con un promedio de 3.50. A la muestra de mayor aceptación se le realizaron análisis físico-químicos obteniendo valores de contenido alcohólico a 20°C de 4.26%, Acidez total de 0.3% expresado como ácido láctico, carbonatación de 2.9 y pH de 4.32, cumpliendo con los requisitos estipulados por la norma INEN 2262:2013-11. En cuanto a los análisis microbiológicos el conteo de microorganismos anaerobios evidenció un valor excedido con respecto al parámetro de la norma (1.1x103), todo esto debido a que el producto obtenido no fue sometido a un proceso de pasteurización al ser un producto artesanal, mientras que el conteo de mohos y levaduras si cumplen con los valores estipulados por la norma. Palabras claves: cebada, cerveza, fermentación, lúpulo, producción. 15 Abstract In the present investigation the development of three alternative treatments was raised, the varieties of hops in the elaboration of a golden ale beer with barley and rice. In the first instance the respective formulations with ingredients and hops were defined to devices, where the changes were established according to 0.15% of hops 001 (Calypso), hops 002 (Phoenix) and hops 003 (Tettnanger). After elaboration a sensory analysis was performed through the participation of 30 untrained panelists, who assessed the product characteristics based on the proposed parameters. The data obtained was analyzed using tables and statistical designs, in which it was evidenced the hops treatment 002 obtained the highest averages of acceptability with color values with 3.63, flavor with 3.30, smell with 3.53 and texture with an average of 3.50. The sample of greater acceptance was physical-chemical analysis obtaining values of alcohol content at 20°C of 4.26%, total acidity of 0.3% expressed as lactic acid, carbonation of 2.9 an pH of 4.32, complying with the requirements stipulated by the INEN 2262:2013-11. Microbiological analyzes, the anaerobic microorganisms count shows an exceeded value with respect to the parameter of the standard (1.1x103), all this because the product obtained was not subjected to a pasteurization process as it was a handmade product, while the mold and yeast count do continue with the values stipulated by the standard. Key words: barley, beer, fermentation, hops, production. 16 1. Introducción 1.1 Antecedentes del problema. En Ecuador para tener una producción sustentable de cebada se debe cumplir con algunascondiciones agroclimáticas, la más importante tener el cultivo en zonas de 2400 – 3300 m.s.n.m. El grano durante su ciclo de cultivo debe de constar con precipitaciones de 400 - 600 mm. La cebada nacional tiene varios destinos como la elaboración de cerveza que requiere del 40% de la producción total, los excedentes son comercializados para los mercados locales y la obtención de subproductos para alimentación animal y humana. Para la economía agrícola la cebada es de gran importancia en el país, sin embargo Ecuador solo produce 24000 t/año, lo cual en promedio es de 0,60 t/ha; con un coste de US$ 700 por hectárea. Por los costos tan elevados el país importa alrededor de 40.000 t/año, con un valor adquisitivo que supera los US$ 10 millones, para así poder satisfacer la demanda de la industria cervecera (Lema, Basante, & Pantoja, 2017). En el año 2017 en la ciudad de Quito se realizó el estudio “Elaboración de cerveza artesanal con quinua (Chenopodium quinoa)”, en el cual establecieron el porcentaje de sustitución de malta cebada por quinua (Chenopodium quinoa) de variedad Iniap-Tunkahuan. Realizaron la caracterización de la materia prima para demostrar si se encuentra en el esquema autorizado por la Norma INEN de cerveza y quinua; como resultado la quinua fue catalogada como apta para la elaboración de cerveza artesanal. Se implementó un diseño completamente al azar (DCA), los cinco mejores tratamientos fueron destinados para las pruebas de aceptación (color, olor y sabor); se comparó la cerveza artesanal con cerveza industrial, el resultado fue que el mejor tratamiento escogido fue el artesanal T5 (70-30) que corresponde en kg a 3.15 kg de cebada y 1.35 kg de quinua (Gallardo, 2017). 17 1.2 Planteamiento y formulación del problema 1.2.1 Planteamiento del problema En el Ecuador provincias como los Ríos y Guayas cuentan con grandes extensiones de cultivo de arroz, los cuales en la actualidad han sido afectados en gran parte por el decaimiento excesivo del precio (MAGAP, 2018). Todo esto ha llevado a los pequeños y medianos agricultores a vender sus cosechas a precios poco remunerados generando pérdidas en el sector arrocero. En el país no se encuentran muchos subproductos del arroz ya que no es observado en primer plano como materia prima de gran importancia para varios procesos. Se puede encontrar en harinas o pastas pero también puede ser aplicado como complemento en la elaboración de cerveza industrial, logrando así dar un valor agregado a este grano en particular. Existe un incremento de productores de cervezas artesanales ampliando esquemáticamente su producción y comercialización en el mercado local, tanto así que las normativas a lo largo de los años han ido modificándose para que estos productores puedan tener la aprobación pertinente de sus bebidas artesanales. Recientemente han surgido diferentes tipos de cervezas en la región, gran parte de estas cuentan con características diferentes con respecto al concepto clásico, son elaboradas por el denominado sector micro cervecero y/o artesanal. Algunas marcas de cervezas que se pueden encontrar en el mercado tienen una gran multiplicidad de estilos, esto depende de varios factores como la formulación que aplique el maestro cervecero, la calidad de la materia prima a utilizar, la tecnología que implementan en sus procesos, el volumen de producción estimada. Los distintos procesos de elaboración favorecen a los sinnúmeros de tipos de cervezas que se pueden degustar (Bigeon , Benitez , Pellicer , & Copes , 2017). 18 En el país se consumen grandes cantidades de cerveza y las variedades artesanales es un campo que está siendo descubierto por productores y consumidores, por lo que los tipos de cerveza que se pueden obtener para el agrado de consumidores y amantes de esta bebida alcohólica no tiene límites. 1.2.2 Formulación del problema ¿Será factible desarrollar una cerveza sustituyendo un porcentaje de cebada con arroz? 1.3 Justificación de la investigación El desarrollo de esta investigación consiste en dar un valor agregado al cultivo del arroz, elaborando una cerveza con cebada añadiendo arroz, la cual mediante diferentes formulaciones permitirá obtener similares o mejores características de cerveza artesanal a las existentes en el mercado local. Otro punto importante está en aprovechar el cultivo de las provincias de Los Ríos y Guayas ya que la materia prima es altamente accesible y tiene un precio razonable. El cultivo de arroz es un elemento clave en el sistema económico y social del Ecuador, tanto así que su superficie supera a las de cacao, banano y maíz contando con alrededor de 400.000 ha sembradas y en incremento, este grano se consume 115g por persona por día, su producción es de 660.000 t aproximadamente generando un razonable índice de empleo para la población económica activa del 22% de las cuales son involucradas cerca de 140.000 familias (Montaño, 2005). 1.4 Delimitación de la investigación Espacio: El presente trabajo fue desarrollado en el norte del cantón Daule. Tiempo: Se realizó en un tiempo de seis meses. 19 Población: El producto estuvo dirigido a personas mayores de 18 años. 1.5 Objetivo general Elaborar cerveza tipo Golden Ale utilizando cebada y arroz como alternativa de cerveza artesanal. 1.6 Objetivos específicos Desarrollar 3 tratamientos variando los tipos de lúpulos en la elaboración de una cerveza artesanal tipo Golden Ale utilizando cebada y arroz. Determinar el mejor tratamiento mediante análisis sensorial. Comprobar el cumplimiento de la norma INEN 2262 en análisis físico- químico y microbiológico al producto de mayor aceptación. 1.7 Hipótesis Se podrá obtener una cerveza artesanal tipo Golden Ale reemplazando un porcentaje de su composición de cebada por arroz, incorporando diferentes tipos de lúpulos entre los tratamientos a realizar. 20 2. Marco teórico 2.1 Estado del arte El arroz es muy comercializado en el país sin embargo no suelen encontrarse muchos productos elaborado del mismo, dado a que tiene un alto contenido de almidón se puede convertir en un gran adjunto para la elaboración de cerveza, dándole así un interesante valor agregado a este grano. Este es considerado por algunos como un adjunto no apetecible en la cerveza, sin embargo con la utilización de este grano se puede obtener un gusto más seco y limpio. Para una buena implementación se agrega en forma de copos o bien sea molido, variando su proporción entre 10 y 20%. El arroz cuenta con más de 70% de almidón lo cual proporciona grandes cantidades de hidratos de carbono que se convertirán en alcohol mediante la fermentación, gracias a levaduras y la acción de las enzimas de la malta (Reyna & Krammer, 2018). En el año 2018 se realizó un estudio denominado “Asequibilidad de cerveza y bebidas azucaradas para 15 países de América Latina” en donde evidenciaron resultados de asequibilidad para elaborar bebidas en todos los países de la región. En su comparativa de asequibilidad de cerveza y bebidas gaseosas el número de países para elaborar cerveza es mayor. En base a parámetros como ingresos salariales y hábitos de consumo, la asequibilidad aumentó significativamente en Colombia y Ecuador. El país cafetero lo hizo con un índice de 4,09% anual y en Ecuador de 7,26% (Paraje & Pincheira, 2018). En el año 2016 en México se realizó un trabajo investigativo denominado “Valorización y uso de cebada (Hordeum vulgare) para elaboración de maltas cerveceras”, el cual se enfocó en la tasación de distintas variedades de cebada local, como la Esmeralda, Pastor Ortiz y Doña Josefa evaluándolas para determinar 21 cuál puede producir una mejor cerveza artesanal. La variedad Doña Josefa exhibió un elevado porcentaje de germinación de 86- 92%. La calidad maltera delas tres variedades de cebada fue aceptable de acuerdo a la norma oficial mexicana (NMX- FF-043-SFCI-2003), con valores ascendientes a 85% de germinación. Ciertos factores concluyeron que la variedad Doña Josefa es la mejor para la elaboración de cerveza artesanal (Soto, Román, & Guzmán, 2016). 2.2 Bases teóricas 2.2.1 El Arroz (Oryza sativa L.) El arroz es un cultivo proveniente de Asia, posteriormente se expandió a otros países en Latinoamérica, se considera como uno de los principales alimento para el ser humano a nivel mundial (FAO, 2004). La especie Oriza Sativa presenta mayor diversidad genética, aquellas son clasificadas de acuerdo a su base ecológica y morfología (Pinciroli, Poncio, & Salsamendi, 2015). En la actualidad la producción de esta gramínea se ha incrementado superando el año 2016. En cuanto a la producción en el Ecuador en el 2018 se alcanzó la fase de recaudación a lo largo y sur del país (FAO, 2018). 2.2.1.1 Taxonomía Clase: Monocotiledonea Orden: Glumifora Familia: Poaceae Género: Oryza Especie: Sativa Nombre científico: Oryza Sativa L. (Tinoco & Acuña, 2009) 22 2.2.1.2 Composición química del arroz El contenido de sacarosa de la gran mayoría de granos incluido el arroz, se encuentran distribuido entre el germen, el salvado y el endospermo. En la tabla 1, se muestra la composición química de diferentes cereales en relación al arroz. Tabla 1. Composición química de granos de cereales (g/100 g de porción comestible) Cereal Humedad Glúcidos digeribles Proteínas Lípidos Sustancias minerales Fibra dietética Arroz 11,8 74,3 6,4 2,4 1,6 3,5 Trigo 14,0 56,9 12,7 2,2 1,6 12,6 Centeno 15,0 58,9 8,2 1,5 1,8 14,6 Sorgo 14,0 59,3 8,3 8,3 1,5 13,8 Composición química de principales granos de cereales Gil, 2010 A continuación en la tabla 2 se muestran los valores nutricionales del arroz comercial. Tabla 2. Composición química aproximada (%) del arroz crudo Energía (Kcal) Glúcidos (g) P (mg) Fe (mg) Na (mg) Tiamina (mg) Riboflavina (mg) Niacina (mg) Arroz blanco 349 78,3 102 0,8 5 0,05 0,04 3,6 Arroz integral 349 73,9 303 1,7 6 0,39 0,08 4,8 Valores nutricionales del arroz comercial Gil, 2010 23 2.2.1.3 Ubicación El cultivo de arroz se siembra desde Asia hasta América, tiene un alto valor comercial en países como: Estados Unidos, Perú, Colombia, Ecuador, Argentina y demás países, siendo China el principal productor de todo el mundo (CAS, 2012). El arroz en el Ecuador se cultiva fundamentalmente en la provincia del Guayas y Los Ríos siendo los que aportan mayoritariamente la producción total para demanda local (Carvajal, Alberto, Baquero, & Villota, 1991). 2.2.1.4 Variedades Las principales variedades de arroz más utilizadas en el Ecuador son INIAP 11 e INIAP 415 las cuales son más factibles de sembrar y se adaptan mejor a distintos tipos de suelo (INIAP, 2006). 2.2.1.5 Preparación del terreno Para el cultivo de arroz es necesario tener un suelo adecuado para el soporte físico de los nutrientes, teniendo en cuenta que con una buena preparación del terreno el cultivo tendrá un mayor rendimiento aumentando la producción (SAG, 2003). 2.2.1.6 Riego El agua es la fuente indispensable para la vida del cultivo de arroz. Hay varios tipos de riego pero en la mayoría de cultivos se utiliza el riego por inundación para un mejor desarrollo y rendimiento de la gramínea (González, 2005). 2.2.1.7 Producción de arroz en el Ecuador Según INEC (2016) la producción de este cultivo en el 2016 indica que la provincia de Guayas abarco el 67% de la producción nacional. El arroz provee más calorías por hectáreas que cualquiera de otros cereales cultivados (Acevedo , Castrillo, & Belmonte, 2006). 24 El crecimiento de arroz año a año se va incrementando con mayores y pequeños productores en cuanto a las hectáreas de cultivo. 2.2.2 La cebada (Hordeum vulgare) El cultivo de cebada es importante en la nutrición de la población de varias ciudades Ecuador (Cañar, Azuay y Loja), en el país aquel cultivo se ha adaptado en varias zonas de la Sierra. La cebada (Hordeum vulgare), es una planta anual es una monocotiledónea, pertenece a la familia de las poaceas, este cultivo fue conocido inicialmente por los griegos (MINAGRI, 2016). 2.2.2.1 Taxonomía Reino-Planta División: Magnoliophyta Clase: Liliopsida Orden: Poales Familia: Poaceae Género: Hordeum Especie: Hordeum Vulgare L. (Cajamarca & Montenegro, 2015) 2.2.2.2 Composicion quimica de la cebada Las respectivas cantidades y calidades de los nutrientes del grano influyen en las propiedades nutritivas y funcionales de los cereales. A continuación en la tabla 3 se muestra la composición química del grano de cebada donde se detalla químicamente sus porcentajes. 25 Tabla 3.Composición química del grano de cebada (en % de extracto seco) Composición química detallada de la cebada en extracto seco Hernández, 2006 2.2.2.3 Ubicación Este cultivo según sus orígenes es procedente de Vavilov, dos centros situados en el Sudeste de Asia, Abisinia y Eritrea país de África (Ministerio de Agricultura, 1957). La cebada es en gran parte un cultivo de gran importancia en la serranía Ecuatoriana. Una de las principales provincias productoras de este grano es la provincia de Chimborazo con un registró de 18000 hectáreas de las 48000 hectáreas que se producen a nivel nacional, otra provincia con un alto nivel de producción es la provincia de Cotopaxi con 10000 hectáreas. No obstante la gran parte de estos cultivos son cultivadas por comunidades indígenas, las cuales carecen de tecnología y administración para un correcto control del cultivo (Iniap, 2014). Proteínas 10.5 – 14.5 Lípidos 1.9 – 2.6 Hidratos de carbono 72.8 – 82.8 Celulosa 4.0 – 5.0 Sales minerales 2.7 – 3.1 Fibra bruta 4-5 – 7.2 Almidón 68.0 – 78.0 Azúcares 1.8 – 2.0 26 2.2.2.4 Variedades La cebada es el segundo cultivo más distribuido a nivel de la región interandina del Ecuador, un cereal que es diversificado en su empleo en el cual hay diferentes tipos de variedades Cañipaca y Scarlet son variedades que comienzan a tener en la actualidad más ingreso al campo de la serranía ecuatoriana (Magap, 2016). 2.2.2.5 Condiciones edafoclimáticas Rivaneira (1995) da a conocer que “El cultivo de cebada en Ecuador tiene un amplio margen de adaptación al clima y suelos, desarrollándose en rangos altitudinales comprendidos entre 2.500 y 3.500m” (pág. 52). La preferencia del suelo es un requerimiento indispensable para los sembríos de cebada tanto en sus propiedades físicas como químicas. Este cultivo amerita un pH óptimo de 6 y un equivalente mínimo de 5,8 para obtener buenos resultados de producción, la textura factible son los suelos franco ya sean limosos, arcillosos y arenosos, además debe de contar con un excelente sistema de drenaje (Agroinversiones S.A, 2010) 2.2.2.6 Preparación del terreno En la preparación del terreno hay que llevar en cuenta el inicio de la época lluviosa en la cual el terreno se debe arar ya sea en forma mecánica o manual en dos o tres meses antes de la siembra (Coronel & Jiménez, 2011). 2.2.2.7 Fertilización Para una correcta fertilización es recomendable que la cantidad de nitrógeno impartido no supere los límites establecidos. Otros nutrientes tales como el fósforo y potasio son agregados poco antes o al momento de la siembra (Osca Lluch, 2013). 27 2.2.2.8 Producción de cebada en el Ecuador En el Ecuador datan que alrededor de los años setenta la producción de cebada del país rondaban las 100.000 hectáreas, todo esto se vio afectado por el origen de la enfermedad llamada “la roya amarilla” además por el reemplazo con otros cultivos.En la actualidad el país importa un aproximado de 35.000 toneladas provenientes de Argentina para suplir la demanda de cerveza nacional. Por ahora el país cuenta con 800 hectáreas de cebada sembradas, muchos de éstos cultivos se sembraron en convenio con agricultores, el Ministerio de Agricultura y la empresa Cervecería Nacional (Cortez, 2013). 2.2.3 Origen de la cerveza El origen de la cerveza según diferentes hallazgos se afirma que hace cien milenios el hombre primitivo producía una bebida fermentada a base de algunos granos de cereales, que mediante rústicos métodos de molienda desataban las enzimas que junto a la acción de levaduras naturales provocaba su fermentación alcohólica; el fluido resultante lo bebían con el agrado de relajarse. La referencia más arcaica de la cerveza definimos como, "un brebaje obtenido por medio de la fermentación de granos; que se denominaba siraku", el cual se realizaba en unas tablas de arcilla escritas en lenguaje sumerio que aparentemente data de unos 4.000 años A.C (Hernández J. , 2006). En las delimitaciones de los ríos Tigris y Éufrates, la civilización de los sumerios en Mesopotamia tenía el hábito de producir y consumir cerveza. Por otra parte los babilonios aprendieron de los sumerios la destreza del cultivo de la tierra y la elaboración de la cerveza. Dichas civilizaciones empezaron una fermentación a partir de panecillos de harina de cebada y la llamaban pan líquido (Fonseca, 2007). 28 2.2.3.1 La cerveza La cerveza es una bebida alcohólica no destilada, elaborada por medio de fermentación con levadura de una solución de cereales, con la adición o no de adjuntos cerveceros. En un sentido amplio, se denomina cerveza a la bebida preparada a partir de cualquier cereal (cebada, sorgo, trigo, maíz, entre otros), pero normalmente se elige la cebada malteada (cebada germinada) (Hernandez, 2003). Otra definición de cerveza da a conocer la NTE INEN 2262 (2013) en el apartado de definiciones el literal 2.1.1 indica “Cerveza. Bebida de bajo contenido alcohólico, resultante de un proceso de fermentación natural controlado por medio de levadura cervecera proveniente de un cultivo puro, en un mosto elaborado con agua de características fisicoquímicas y bacteriológicas apropiadas, cebada malteada sola o mezclada con adjuntos, con adición de lúpulo y/o sus derivados” (pág. 2). Para su adecuada preparación, la persona implicada debe entender principios básicos sobre los procesos biológicos que suceden en una cerveza como las reacciones enzimáticas y microbiológicas, así como el seguimiento correcto de varios parámetros convirtiendo así al maestro cervecero un conocedor a fondo del producto que elaborara, sin descuidarse en ningún paso mediante su proceso de elaboración para no obtener una pobre calidad en la cerveza (Lujan & Vasquez, 2010). 2.2.3.2 Tipos de cerveza Según se realice el desarrollo de la fermentación, se puede catalogar en las siguientes tipos de cerveza. 2.2.3.2.1 Fermentación baja Esta fermentación se ejecuta a una baja temperatura alrededor de 7-12°C. Las levaduras empleadas son cepas de Saccharomyces uvarum las cuales trabajan en 29 la base de carácter anaerobias. Su tiempo de fermentación oscila entre 7 a 10 días, obteniendo cervezas rubias de cuerpo ligero, con un alto nivel de amargor y grado alcohólico de entre 4 y 5°C. 2.2.3.2.2 Fermentación Alta Para esto la temperatura de su fermentación es superior de 15-25°C. En este tipo de fermentación son implementadas cepas de Saccharomyces cerevisiae, éstas en cambio trabajan en la superficie en condición aeróbica. El proceso solo dura un aproximado de 3 días. Con este tipo de fermentación se obtiene cervezas con tonos oscuros, con un mayor cuerpo y grado de alcohol aún mayor (García, Gil, & García, 2003). 2.2.3.3 Características Existen dos principales características de la cerveza las cuales están relacionas a su tipo de fermentación: 2.2.3.3.1 Fermentación baja Lager Termino alemán que manifiesta almacenaje, la cual es fermentada a bajas temperaturas y almacenadas para su respectiva maduración. El término lager está generalizado para todas las cervezas de fermentación baja. Siendo una cerveza popular, ligera con gran carbonatación y tonos dorados (García, et al., 2003). 2.2.3.3.2 Fermentación alta Ale Okafor (2007) da a conocer que “La terminología Ale es propia de Inglaterra (Ale=pálido). Posee un alto contenido de alcohol de 5,0% a 8.0%, por lo tanto es muy amarga con un sabor ácido fuerte y agradable aroma debido a su alto contenido de éster” (pág. 238). 30 2.2.3.4 Ingredientes Los ingredientes principales de la cerveza son: - Malta (cebada) - Agua - Lúpulo - Levadura 2.2.3.4.1 Malta de cebada Según la NTE INEN 2262 (2013) el literal 2.1.4 da a conocer la siguiente definición: “Cebada malteada. Es el producto de someter el grano de cebada a un proceso de germinación controlada, secado y tostado en condiciones adecuadas para su posterior empleo en la elaboración de cerveza” (pág. 2). Para la previa elaboración de la cerveza se realiza el malteado, o también denominado germinación del grano que consiste en remojarlo en una cantidad adecuada con respecto al peso, ya que si se coloca demasiada agua se sufre el riesgo de asfixiar al grano, debe ser colocado en remojo con una temperatura propicia de 12-14°C (Yubero, 2015). 2.2.3.4.2 Arroz (Arroz cervecero) El arroz cervecero es denominado a la porción del grano de arroz en la cual suelen usarse los granos partidos o quebrados los cuales otorgan una cantidad razonable de almidón que ayudará en gran parte en el proceso de la producción de la cerveza. Para el correcto uso del arroz como adjunto se debe pasar por un proceso llamado gelatinización; que consiste en hervir una fracción del arroz mezclado con agua y aproximadamente 10 porciento de cebada malteada esto durante unos 20 minutos para poder gelatinizar el almidón del arroz, consecuentemente se agrega al mosto principal obtenido de la cebada ya 31 malteada. Agregados los granos de arroz las enzimas de la cebada transformaran el almidón en azúcares que podrán fermentar gracias a la levadura próxima a implementar en la cerveza (FAO, 1990). 2.2.3.4.3 Agua El contenido de una cerveza está en su totalidad conformada por el 90% de agua, convirtiéndolo en un ingrediente de suma importancia para la elaboración de esta bebida. Para la correcta selección del agua se debe tener una mínima presencia de material orgánico, adicional tener en cuenta de que su pureza y dureza son claves para obtención de cervezas de excelente calidad, los cuales deben estar en los parámetros propicios para evitar variaciones en el producto resultante, ciertas empresas cerveceras suelen estar cercanas a afluentes de agua naturales como manantiales o ríos (Ferrer, 2016). Raymond (2003) Explica que en “Todos los pasos de la fabricación hay disminución del pH, los amortiguadores minerales del agua contrarrestan algo este cambio. Las aguas duras, con una cantidad excesiva de bicarbonatos, producen en la cerveza un amargo persistente y desagradable del lúpulo” (pág. 370). 2.2.3.4.4 Lúpulo Para la elaboración de cerveza es indispensable utilizar el cono de la flor fémina en estado maduro de la planta Humus lúpulus, el cual cumple una función principal que es la dede otorgarle a la cerveza su aroma y amargor característicos, además de cumplir una función como impedir microorganismos patógenos al ser un antimicrobiano natural (Garcia, Quintero, & Lopez, 1993). Uno de los lúpulos implementados es el cascade, esta variedad originario de América del norte, se utiliza por sus cualidades aromáticas, como lo son sus fuertes 32 notas frutales, cítricas, y afrutadas que aporta a la cerveza, utilizadas en gran parte en estilos Ale(Egea, 2014). El lúpulo centennial catalogado como una serie Americana fue introducido a inicios de los años 90, muy apetecible en la actualidad por maestros cerveceros artesanales por su aporte de aroma con una intensidad media con tonos florales y cítricos, además de aportar un amargor considerable, por esto también es considerado como lúpulo de doble propósito (Sáenz, 2015). El lúpulo calypso es procedente de Estados Unidos, su uso particular es por los atributos de suaves sabores y olores afrutados que brinda, obteniéndose notas cítricas, apreciado en la elaboración de estilos ales, pale ale y golden ale por su amargor y tonos delicado (Henarejo, 2017). El lúpulo Phoenix originario de Reino Unido, es utilizado en gran parte por maestros cerveceros tanto europeos como americanos, debido a la aportación de aromas frescos y agradables, utilizados en un sin número de estilos de cervezas ales por particularidad de doble propósito (Fernández, 2015). El lúpulo Tettnanger es originario del suroeste de Alemania una de las principales es su amargor moderado en conjunto de un aroma suave especiado con carácter herbal y herbáceo, se utiliza en varios estilos de cervezas lager y ales alemanas por ser un lúpulo de doble propósito (Manzanaro , 2018). 2.2.3.4.5 Levadura En la respectiva fermentación de la cerveza se utilizan dos tipos de levaduras: Levaduras de fondo, que se utilizan para la elaboración de cervezas de fermentación baja, las levaduras empleadas son cepas de Saccharomyces uvarum. Por otra parte también se utilizan levaduras de fermentación alta las cuales son también llamadas levaduras superficiales las cuales actúan en la superficie del 33 producto y para este tipo de fermentación son implementadas cepas de Saccharomyces cerevisiae (Nemerow & Dasgupta, 1998). 2.2.3.5 Cepas de levadura Existen dos tipos importantes de levaduras para la elaboración de cerveza, sin embargo existen un sin números de cepas de levaduras, cada una brinda una característica distinta a cada cerveza. Estas cepas comúnmente son mutaciones las cuales fueron obtenidas por medio de diferentes métodos de elaboración y distintos tipos cervezas a elaborar. A continuación se detallan cepas de levaduras comunes para elaboración de cerveza: 2.2.3.5.1 Levaduras Inglesas También llamadas English yeast, se determinan por poseer un perfil maltoso con altas notas de característica frutales. En ciertas cepas, ayudan en la eliminación de varios subproductos que se produjeron en la fermentación como el diacetilo, esto en pequeñas cantidades otorga un ligero carácter a mantequilla. 2.2.3.5.2 Levaduras Belgas El aporte que realiza este tipo de levadura a la cerveza, es su peculiar combinación de ésteres de cereza y banano, además de cierta presencia de ésteres de pimienta negra. 2.2.3.5.3 Levaduras de trigo alemanas Los ésteres y perfil fenólico impartido por este tipo de levadura definen a las cervezas de trigo con alemana con un carácter muy presentable de plátano y clavo, también se presenta turbidez en este tipo de cerveza esto se debe a que su levadura es de floculación débil. 34 2.2.3.5.4 Levaduras Americanas Este tipo de levaduras da como resultado una cerveza de características más limpias con bajos niveles de ésteres y fenoles. Además una principal función de esta levadura es; que con un adecuado control de temperatura se pueden obtener cervezas de ale o lager (Artesana Cerveza, 2014). 2.2.3.6 Fermentación alcohólica En la fermentación ocurre un proceso de descomposición de la glucolisis además de reacciones generadoras de NAD+ las cuales transfieren electrones de NADH al piruvato o subproductos del mismo. Como acción el NAD+ oxida el contendió de azúcar por medio de la glucolisis que otorgando dos moléculas de ATP a cada fosforilación a nivel de sustrato. En la fermentación alcohólica el piruvato se transforma en alcohol etílico por medio de dos pasos, tal y como se puede observar en la figura 1. Figura 1. Proceso de fermentación alcohólica. Campbell & Reece , 2007 En el primero se libera dióxido de carbono del piruvato, generando en el compuesto dos carbonos de acetaldehído. En el segundo el NADH se encarga de 35 reducir el acetaldehído a etanol. De esta manera se continúa con el proceso de la glucolisis gracias a la provisión de NAD+. Mientras se realiza la fermentación alcohólica se deben controlar las variantes de temperatura; si eleva a una temperatura mayor de 28-29°C comienzan a volatizarse las sustancias aromáticas y si se aumenta aún más la temperatura empiezan degradarse las levaduras y se detiene el proceso de fermentación (García J. , 2010). 2.2.3.7 Composición de la cerveza Tabla 4. Composición detallada de los ingredientes de la cerveza. La malta Se obtiene del proceso de malteo de granos de cebada cervecera, esto comprende al desarrollo controlado de la germinación del grano posterior a su proceso final de secado/tostado. Después de estos métodos la malta cederá el almidón, las enzimas y las proteínas necesarias para la elaboración del mosto El lúpulo Son provenientes de las flores maduras de la planta del lúpulo. Proporciona a la cerveza del gusto amargo, agradable y del fino aroma que la caracteriza. El agua El agua, al igual que todos los demás componentes, es continuamente analizada y tratada con sulfatos, nitratos, cloruros, sodio, calcio, etc. De esta manera se asegura con mayor factibilidad el sabor final del producto para mantener los estándares de calidad exigidos en las plantas. Adjuntos El arroz partido y sémola de maíz como adjuntos cerveceros, contribuyen solo con los almidones necesarios para la producción de la cerveza Levadura Las levaduras son hongos unicelulares que se reproducen por germinación. La levadura es fundamental para el proceso de fabricación de la cerveza, donde la mayor cantidad de las sustancias presentes en el mosto como los azucares, se difunden desde la pared celular hasta el interior de la célula. Los azúcares son convertidos en alcohol y gas carbónico. Especificación de los ingredientes compuestos en una cerveza. Galy, 2014 36 2.2.3.7.1 Variedades de cerveza Tabla 5. Distintos tipos de cerveza en el mundo Tipo de cerveza Características LAGER Pilsener, Hell o pale Clara con mucho lúpulo, seca, poco cuerpo. Dortmunder Igual que la pilsener, pero con menos lúpulo y sabor más suave. Múnich, Dunkel o Dark Oscura, sabor intenso, aromática, poco lúpulo, poco amarga, dulce, mucho cuerpo. Bock, Marzen o Marzenbier Igual que la Múnich, pero con más alcohol. ALE Pale Ale Brown Ale Bitter Mild Ale Stout o Porter Clara, mucho lúpulo, seca y amarga Oscura, poco lúpulo, dulce Clara mucho lúpulo, mucho cuerpo (pale ale de barril) Semioscura, dulce, poco densa, amarga Muy oscura, mucho cuerpo, mucho lúpulo, amarga, dulce o seca Variedades de cervezas de acuerdo a su tipo de fermentación. Hernandez, 2003 2.2.4 Análisis sensorial El análisis sensorial es utilizado para obtener resultados que mediante una evaluación aplicada al ser humano, dando a conocer su reacción como si aprueba o rechaza el producto presentado de acuerdo a los sentidos como la vista, olfato, gusto, tacto y oído (Moya & Barcina, 2001). 2.2.4.1 Consideraciones generales La evaluación depende de las medidas de los jueces que analizan el producto (Morales, 1994). 37 2.2.4.2 Consideraciones prácticas Se determina los aspectos relacionados con aquellas muestras que se analizan si en tal caso es una muestra de buena calidad a una de baja calidad, será evidente que se escogerá la de mejor resultado debido a la aceptación de los jueces para que salga al mercado el nuevo producto (Costell, 2005). 2.2.4.3 Consideraciones informativas Antes de la realizaciónel juez debe obtener conocimientos para facilitar su tarea algunos aspectos principales tales como la posibilidad o no de probar las muestras repetidamente, tener el tiempo disponible para aquella muestra y el horario de realización para los ensayos así se sabrá cual muestra es la mejor (Mahony, 2007). 2.2.4.4 Consideraciones humanas Es aquel aspecto que consiste en utilizar al hombre como la herramienta de medición, para lo cual participan los jefes para las distintas pruebas de evaluación sensorial, por lo que deben tener en cuenta todos los elementos que puedan incurrir en sus respuestas (Costell, 2005). 2.2.5 Tipos de análisis sensoriales Hay 3 tipos de pruebas de análisis sensoriales como pruebas afectivas, discriminativas y descriptivas: 2.2.5.1 Pruebas afectivas También conocida como estudios de consumidores son ensayos en el cual los jueces opinan su acuerdo personal y subjetivo sobre un producto, revelando si les gusta o les disgusta (Larmond, 1976). 2.2.5.2 Pruebas discriminativas Lawless & Haymann (2013) definen que “Este tipo de prueba posibilita diferenciar entre dos muestras, si son perceptiblemente diferentes o 38 suficientemente similares para ser usadas indistintamente, para poder elegir una prueba debemos saber que pregunta se desea contestar y que objetivo se persigue” (pág. 79). 2.2.5.3 Pruebas descriptivas Esta prueba es la más utilizada en donde se la ejecuta por algunas sesiones buscando así formar un acuerdo de orden lógico de las degustaciones en el que un conjunto de jueces fija si son discrepantes con el resto de los degustadores (Rainey, 1986). 2.3 Marco legal El desarrollo de la presente investigación está enmarcada en el cumplimiento de la norma INEN 2262:2013-11 da a conocer en su punto 2.1.1 la definición de “cerveza” indicando que es una bebida con un bajo contenido alcohólico siendo el resultante de una controlada fermentación natural, esto gracias a levaduras cerveceras que provengan de un cultivo puro, debe contar con un mosto elaborado con agua apropiada en sus características físico químicas y bacteriológicas, además se debe adicionar lúpulo y/o derivados en función de cebada malteada sola o ya sea mezclada con adjuntos. En la misma norma también se especifica en el punto 2.1.5 lo que es adjuntos cerveceros, diciendo “Adjuntos cerveceros. Son ingredientes malteados o no malteados, que colaboran con extracto al proceso esto en reemplazo parcial de la malta sin afectar la calidad de la cerveza, estos pueden ser adjuntos crudos como otros tipos de granos y modificados como jarabes o azucares obtenidos industrialmente de fuentes de almidón por medio de procesos enzimáticos”. 39 Tabla 6. Requisitos físicos y químicos Tabla de requisitos físicos – químicos impuestos por la norma INEN 2262:2013. Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2013 Tabla 7. Requisitos microbiológicos Requisitos Unidad Cerveza Pasteurizada Método de ensayo Mínimo Máximo Microorganismos Anaerobios UFC/cm3 _ 10 NTE INEN 1520-17 Mohos y levaduras UFC/cm3 _ 10 NTE INEN 1529-10 Tabla de requisitos microbiológicos impuestos por la norma INEN 2262:2013. Instituto Ecuatoriano de Normalización, 2013 Requisitos Unidad Mínimo Máximo Método de ensayo Contenido alcohólico a 20ºC % (v/v) 1,0 10,0 NTE INEN 2322 Acidez Total expresado como ácido láctico %(m/m) - 0,3 NTE INEN 2323 Carbonatación Volúmenes de CO2 2,2 3,5 NTE INEN 2324 pH _ 3,5 4,8 NTE INEN 2325 Contenido de hierro mg/dm3 _ 0,2 NTE INEN 2326 Contenido de cobre mg/dm3 _ 1,0 NTE INEN 2327 Contenido de zinc mg/dm3 _ 1,0 NTE INEN 2328 Contenido de arsénico mg/dm3 _ 0,1 NTE INEN 2329 Contenido de plomo mg/dm3 _ 0,1 NTE INEN 2330 40 3. Materiales y métodos 3.1 Enfoque de la investigación 3.1.1 Tipo de investigación Se desarrolló una investigación descriptiva ya que por medio del uso de variables se buscó especificar las propiedades fisicoquímicas y microbiológicas de la cerveza artesanal Golden Ale (contenido alcohólico a 20ºC, acidez total, carbonatación, pH, microorganismos anaerobios, mohos y levaduras). Del mismo modo es de tipo experimental ya que mediante la debida implementación de la variable independiente (combinación de lúpulo en cada tratamiento) se observaron las variaciones entre las muestras de estudio mediante la implementación de una prueba sensorial valorada por criterios propios de los panelistas. 3.1.2 Diseño de investigación El diseño de investigación empleado fue de tipo experimental, ya que se manipuló la variable independiente para observar las características sensoriales, microbiológicas y fisicoquímicas de la cerveza realizada. 3.2 Metodología 3.2.1 Variables 3.2.1.1. Variable independiente Combinación de lúpulo en cada tratamiento. 3.2.1.2. Variable dependiente Análisis sensorial (olor, color, sabor, textura). Análisis físico-químico (contenido alcohólico a 20ºC, acidez total expresada como ácido láctico, carbonatación, pH) y microbiológico (microorganismos anaerobios, mohos y levaduras) al mejor tratamiento. 41 3.2.2 Tratamientos A continuación se detalla la tabla de los tratamientos en estudio. Tabla 8. Tratamientos para la elaboración de cerveza artesanal Golden Ale utilizando cebada y arroz. Ingredientes Tratamiento 1 (%) Tratamiento 2 (%) Tratamiento 3 (%) Lúpulo 001 0,15 0 0 Lúpulo 002 0 0,15 0 Lúpulo 003 0 0 0,15 Agua 76,6 76,6 76,6 Cebada 19,4 19,4 19,4 Arroz triturado 3,83 3,83 3,83 Levadura 0,02 0,02 0,02 Total 100 100 100 Representación de las formulaciones para cada respectivo tratamiento. Alvarez, 2020 La siguiente tabla especifica la composición de los lúpulos adicionados en los tratamientos. Tabla 9. Lúpulos a implementar en los diferentes tratamientos Lúpulos Variedades Lúpulo 001 Cascade, Centennial (sabor), Calypso, Centennial (aroma) Lúpulo 002 Cascade, Centennial (sabor), Phoenix, Centennial (aroma) Lúpulo 003 Cascade, Centennial (sabor), Tettnanger, Centennial (aroma) Variedades de lúpulos implementados en cada tratamiento. Alvarez, 2020 3.2.3 Recolección de datos 3.2.3.1. Recursos 3.2.3.1.1 Materiales y Equipos Arroz (INIAP-11) Malta de Cebada: Pilsen, Caramelo 20MD, Vienna Levadura de cerveza: Lallemand American East Coast New England 42 Lúpulo (Cascade, Centennial (sabor), Calypso, Centennial (aroma), Phoenix, Tettnanger). Azúcar Agua Kits de fermentación Cocina Recipiente de cocción capacidad de 20 L Balanza electrónica Colador Termómetro capacidad de -10 °C a 100°C Densímetro pH-metro Botellas de vidrio color ámbar de 330 cm3 Tapas corona Chapadora 3.2.3.2. Métodos y técnicas 3.2.3.2.1 Protocolo Sensorial El protocolo sensorial fue realizado mediante el empleo de una escala hedónica valorada en cuatro puntos aplicados a 30 personas no entrenadas, los cuales se detallan a continuación: 43 Tabla 10. Escala hedónica Indicadores Puntuación Muy bueno 4 Bueno 3 Malo 2 Muy malo 1 Escala hedónica con sus respectivas valoraciones. Álvarez, 2020 La prueba sensorial fue realizada de forma aleatoria en la cual se evaluaron las características organolépticas del producto terminado. 44 3.2.3.2.2 Diagrama de flujo de la elaboración de cerveza. Figura 2. Diagrama utilizado para la elaboración de cerveza tipo Golden Ale. Álvarez, 2020 Arroz, cebada, lúpulo, levadura Recepción de la materia prima Gelatinización: Arroz 68 - 78° C x 60’ Macerado Arroz, Cebada, Agua Filtrado 65 - 70° C x 60’Impureza, Bagazo Cocción Lúpulo 60’ x ≤100°C Enfriado 25 – 30°C Fermentación Levadura Carbonatación (Priming) 7- 14 días a 20°C Azúcar Embotellado Maduración Almacenamiento T° Ambiente x 3-4 días 45 3.2.3.2.3 Descripción del diagrama de flujo de la elaboración de cerveza artesanal tipo Golden Ale utilizando cebada y arroz Recepción de la materia prima: Se obtuvieron las materias primas en estado inocuo procedentes de cultivos sanos en el caso de los granos, de igual manera levaduras y lúpulo de gran calidad. Gelatinización - Arroz: En esta etapa los granos triturados de arroz fueron sometidos a un proceso de gelatinización. Este método es necesario para que las enzimas diastásicas actúen de una manera vital en la maceración. Macerado: En este punto los granos a empleados junto a el agua son sometidos a una temperatura de entre 65 y 70 ºC durante sesenta minutos. Finalizando este tratamiento se debe retirar el grano que se ha agotado durante el proceso, para así obtener un líquido azucarado llamado mosto. Filtrado: Una vez concluido el macerado se filtró el mosto para así eliminar impurezas o sólidos no deseables en la mezcla. Cocción: En el proceso de cocción se pudo esterilizar el mosto, no solo con el fin de destruir microorganismos no benéficos, sino también para acentuar el color y para que las proteínas coagulen con mayor facilidad, agregando los lúpulos previstos manteniendo en ebullición durante una hora. El lúpulo fue agregado en diversos tiempos de la cocción para brindarle el amargor, aroma y sabor característico. Enfriado: Este paso se realizó después de la cocción, en donde el mosto fue enfriado a una temperatura entre 25 y 30 ºC para que de esta manera las levaduras puedan actuar en su máximo potencial, caso contrario morirían. El método de enfriamiento se realizó lo más rápido posible para que no existiera la proliferación de microorganismos contaminantes. 46 Fermentación: Para el proceso de fermentación se agregó la levadura al mosto siendo almacenado a una temperatura de 20°C, durante un tiempo entre los 7 y 14 días para su proceso; una vez que se observó que no existía desprendimiento de gas la fermentación culminó. Maduración: Este paso tuvo una duración de varios días manteniendo a la cerveza a temperatura ambiente. La maduración se realizó a la cerveza recién elaborada con la finalidad de que equilibrara tanto su sabor como templar sus atributos en un lapso de tiempo. De esa manera se eliminaron compuestos como el diacetilo y el sulfuro de hidrógeno, además de aldehídos que suelen causar su peculiar aspereza. Carbonatación: Finalizado la fermentación y la respectiva maduración casi todo el gas producido por acción de las levaduras se perdió, así que se restituyo para otorgarle a la cerveza su singular espuma. Se realizó el método habitual en la producción artesanal que es de agregar azúcar en general a todo el lote (batch) para luego ser rápidamente embotellado. Embotellado: Para el correcto embotellado del producto se envasó en un recipiente adecuado y para esto se utilizaron botellas color ámbar y tapas de corona, las cuales resisten bien las presiones que genera la cerveza, sellando herméticamente e impidiendo la fuga de gas. Almacenamiento: Terminado todo el proceso las botellas fueron almacenadas aproximadamente 30 días para que así termine de su proceso de carbonatación natural y finalmente ser consumidas. 47 3.2.3.2.4 Análisis de laboratorio Los análisis previstos para la cerveza se realizaron 72 horas después de una tabulación en valoración al producto final con un tiempo de duración 13 a 18 días de espera de los resultados, lo cuales están descritos en la tabla 11. Tabla 11. Análisis de laboratorio Análisis físicos-químicos y microbiológicos según norma INEN 2262:2013. Álvarez, 2020 3.2.3.2.4.1 Determinación de grado alcohólico Según la norma INEN 2322 (2002) la determinación del contenido de alcohol se puede efectuar por cualquiera de los métodos establecidos, en donde el procedimiento realizado por el método volumétrico se describe a continuación: Se pipeteó 100 cm3 de cerveza desgasificada a 20°C, para luego ser colocada dentro un balón de destilación; a continuación se añadieron 50 cm3 de agua. Posteriormente se conectó el balón al equipo de destilación con un balón volumétrico de 100 cm3 para recibir el destilado. El balón utilizado como recolector se cubrió con hielo. Técnica Método Determinación de contenido alcohólico Determinación de Acidez Total expresado como ácido láctico Determinación de carbonatación NTE INEN 2322 NTE INEN 2323 NTE INEN 2324 Determinación de pH NTE INEN 2325 Determinación de microorganismos anaerobios API-5.8-04-01-00M (AOAC 20th 976.30) Determinación de mohos y levaduras API-5.8-04-01-00M (AOAC 20th 997.02) 48 Se destiló alrededor de 96 cm3 con uniformidad en un tiempo de 30 y 60 minutos. Se mezcló bien el destilado obtenido, luego se ajustó la temperatura a 20°C y con agua destilada se completó a volumen. La gravedad específica se determinó a 20°C. Para la respectiva evaluación de gravedad específica se leyeron los gramos de alcohol por 100 cm3 que corresponden a la gravedad específica del destilado. 3.2.3.2.4.2 Determinación de acidez total Para la determinación de acidez total según la norma INEN 2323 (2002), se siguió el siguiente procedimiento mediante el método de titulación con fenolftaleína. Se llevó a ebullición 250 cm3 de agua destilada en un matraz Erlenmeyer de 500 cm3 durante dos minutos. Se agregaron 25 cm3 de cerveza desgasificada con una pipeta de flujo rápido. Además se prolongó el calentamiento por un minuto, después de que la pipeta estaba vacía. La ebullición se reguló durante los 30 segundos finales del calentamiento. Posterior a esto se apagó la fuente de calor, dicho contenido se agitó durante 5 segundos y luego se enfrió rápidamente a temperatura ambiente. Se agregó a la solución fría 0,5 cm3 de la solución indicadora de fenolftaleína y se valoró con hidróxido de sodio 0,1 N contra fondo blanco. Posteriormente se realizaron comparaciones de color durante la valoración con una muestra de igual volumen y dilución, a la cual se 49 le añadió la cantidad aproximada de álcali precisa para la neutralización pero sin indicador. Se continuó la valoración hasta que se visualizó un color rosado pálido al leer la lectura de la bureta. 3.2.3.2.4.3 Determinación de carbonatación Para la determinación del contenido de CO2 mediante la norma NTE INEN 2324 (2002), se utilizó el procedimiento para la determinación de dióxido de carbono disuelto en los productos de cervecería basándose en una estabilidad entre los gases del espacio libre y los gases disueltos en la cerveza a una temperatura dada. Este equilibrio es alcanzado al agitar la cerveza antes de leer la presión y este valor se corrige por la presión parcial de los gases en la botella a la temperatura dada. A continuación se explica el procedimiento realizado durante el análisis: Se aclimataron las muestras entre 20°C y 25°C para luego marcar las botellas en el nivel de cerveza. Se rellenó la botella de nivelación y en seguida la bureta de absorción con la solución de hidróxido de sodio al 15%. Además se desalojó completamente el aire del sistema y se ubicaron las botellas en el aparato. Se observó de que no quedara acumulación de aire atrapado en el sistema, ya que puede llegar ser arrastrado hasta la bureta durante la determinación. Posteriormente se cerró la válvula del aparato perforador y a continuación se agujeró la tapa de la botella con un punzón. Luego se agitó la botella hasta que la presión alcanzara un valor máximo constante. Se detuvo la agitacióny evidenció la presión obtenida. 50 Continuando el proceso se abrió lentamente la válvula del aparato perforador hasta que la lectura de la presión fuera cero, de esta manera se permitió que la mezcla gas-espuma fluyera en la bureta de absorción. Se cerró la válvula y luego el CO2 se absorbió, y el volumen de gas en la bureta alcanzó un valor mínimo, todo esto mediante la agitación de la bureta constantemente hasta obtener dichos cambios. Se ajustó la botella de nivelación para igualar la presión hidrostática y se leyó el volumen de “aire en la cámara vacía” contenido en la bureta. Para la determinación del contenido de “aire total”, la botella se agitó nuevamente. Se absorbió el CO2 producido removiendo la bureta y luego se siguió con los pasos de agitación y absorción del CO2 producido hasta que no se presenciara el incremento en el volumen de los gases absorbidos en la bureta. El volumen final de este gas no absorbido se consideró como el “contenido de aire” o “aire total” de la botella. 3.2.3.2.4.4 Determinación de pH Para la determinación del pH se utilizó el método descrito en la norma NTE INEN 2325 (2002), el cual se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidrógeno en moles por litro. El valor de pH se estipula mediante una escala valorada de 1 a 14. El procedimiento utilizado en el método fue realizado aplicando la siguiente técnica: Se colocó en un vaso de precipitación un aproximado de 100 cm3 de una muestra de cerveza desgasificada a una temperatura de ensayo. Para la respectiva determinación del pH de la cerveza se introdujo los electrodos del medidor de pH respectivamente calibrado en el vaso de 51 precipitación con la muestra, teniendo en cuenta que no se tocaran las paredes del mismo. Se agitó y se leyó el valor del pH obtenido. 3.2.3.2.4.5 Determinación de mohos y levaduras Para la determinación de mohos y levaduras se utilizó el método de la AOAC International (2002), en donde se utilizan placas de cultivo de medio seco suplementado con antibióticos, un colorante que mejora la visualización del crecimiento y un agente gelificante soluble en H2O fría. Las suspensiones sin diluir o diluidas se agregaron a las placas a una velocidad de 1ml / placa. La suspensión se extendió sobre un área de crecimiento de 30 cm2. Luego el gelificante se solidificó y posteriormente las placas se incubaron y se contaron las levaduras y los mohos. Para la preparación de la suspensión se preparó asépticamente una dilución 1:10 o mayor de producto alimenticio con dilución H2O. 3.2.3.2.4.6 Determinación de microorganismos anaerobios Para el recuento de microorganismos anaerobios se basó en el método API- 5.8-04-01-00M 17 AOAC 20th 976.30, en donde se vertieron aproximadamente 5 ml de agar a capsulas de Petri de 15 mm y se distribuyeron uniformemente al girar rápidamente la placa. Cuando el agar se solidificó, se etiquetaron las placas y se pipeteó asépticamente 1 ml de cada dilución de la muestra por duplicado sobre la superficie del agar en el centro del plato. Se dejó que las placas absorbieran el inóculo durante 5 a 10 minutos y se colocaron en posición vertical. Después de la incubación, se retiraron las placas y se observó el crecimiento y la producción de colonias. Esta determinación fue realizada por un laboratorio de análisis de alimentos aplicando la normativa vigente para el correcto procedimiento de conteo de microorganismos anaerobios existentes. 52 3.2.4 Análisis estadístico La presente investigación consistió en la elaboración de una cerveza de tipo artesanal golden ale a base cebada y arroz, donde se sometieron a estudio las características organolépticas (sabor, olor, color y textura) de tres muestras de cerveza por medio de un panel conformado por treinta panelistas no entrenados. Para ello se aplicó un diseño de bloques completamente al azar (DBCA), en donde la comparación de sus medias se realizó al aplicar la prueba Duncan al 5% de probabilidad. A continuación se detalla el esquema de varianza: Tabla 12. Esquema de varianza – aceptación sensorial Fuentes de variación Grados de libertad Total 89 Panelistas 29 Tratamientos 2 Error experimental 58 Análisis estadístico en base a fuentes de variación y grados de libertad. Álvarez, 2019 53 4. Resultados 4.1 Desarrollo de tres tratamientos variando los tipos de lúpulos para la elaboración de una cerveza artesanal tipo Golden Ale utilizando cebada y arroz El respectivo desarrollo de los tratamientos de la cerveza artesanal con inclusión de cebada y arroz se efectuó al alcanzar una formulación total del 100% entre todos los ingredientes, donde exclusivamente hubo variación en los tipos de lúpulo implementados. Para dicha formulación de tratamientos se recibieron las materias primas, las cuales fueron obtenidas de una casa comercial de insumos de cerveza que aseguraban la calidad e inocuidad de los mismos; posterior a la adquisición de dichas materias primas se realizó el pesaje respectivo de los ingredientes a utilizar (cebada, arroz, lúpulos, levadura y agua). La realización de los tres tratamientos se efectuó en base a la variable independiente mediante la variación de los lúpulos en cada tratamiento (Tabla 8), tomando en cuenta que el resto de los insumos implementados se agregaron en la misma cantidad. Para el primer tratamiento se utilizó agua (76.6 %), cebada (19.4%), arroz (3.83%), lúpulo (0.15%) y levadura (0.02%). La levadura cervecera con la que se realizó el producto fue de una cepa llamada Lallemand American Easte Coast New England, utilizando los lúpulos centennial (aroma), centennial (sabor), cascade y calypso. Para el segundo tratamiento se empleó las mismas cantidades de agua (76.6%), cebada (19.4%), arroz (3.83%), lúpulo (0.15%) y levadura (0.02%), y se adicionaron los lúpulos centennial (aroma), centennial (sabor), cascade y Phoenix. En el tercer tratamiento se usó de una manera similar la cantidad de agua (76.6%), cebada (19.4%), arroz (3.83%), lúpulo (0.12%) y levadura (0.02%), mientras que la 54 mezcla de lúpulos utilizada fue centennial (aroma), centennial (sabor), cascade y tettnanger. Tabla 13. Lúpulos empleados en los diferentes tratamientos Variedades Tratamiento 1 Centennial (aroma) Centennial (sabor) Cascade Calypso Tratamiento 2 Centennial (aroma) Centennial (sabor) Cascade Phoenix Tratamiento 3 Centennial (aroma) Centennial (sabor) Cascade Tettnanger Esquematización de lúpulos empleados. Álvarez, 2020 4.1.1 Elaboración de la cerveza artesanal tipo Golden Ale Una vez obtenidas todas las materias primas mencionadas con anterioridad se aseguró de que estas se encontraran en óptimas condiciones, dando constancia de su estado inocuo e íntegro y posteriormente se procedió al respectivo pesado. Para la elaboración de los tres tratamientos se emplearon las mismas cantidades de agua, cebada, arroz, levadura y lúpulo en cada formulación, de igual manera los tiempos y temperaturas para la maceración, gelatinización, cocción, fermentado, carbonización y maduración, teniendo como variable solo los tipos de lúpulos empleados en cada tratamiento tal y como lo muestra la tabla 9. Para cada tratamiento se utilizaron 4000 gramos de malta base Pilsen, 1000 gramos de malta Vienna y 52 gramos de malta Caramelo 20MD; con la implementación de estos granos la malta Pilsen y la malta Vienna otorgaron un mayor poder diastásico debido a que los tiempos y temperaturas de su horneado son menores y las enzimas diastásicas no se ven afectadas, sin embargo el uso de la malta Caramelo acentuó la tonalidad de la cerveza a oscura debido al tostado a la cual fue sometida. 55 Otro de los granos utilizados fue el arroz, y para su correcto uso se sometió a un proceso
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