El oxígeno es un aditivo crítico en la elaboración de cerveza, ya que es el único nutriente necesario durante la fermentación que no se encuentra naturalmente en el mosto.
Es por esto que incorporar una cantidad adecuada de oxígeno al mosto requiere una comprensión fundamental de por qué la levadura necesita oxígeno, cuánto oxígeno necesita y cómo se puede incorporar el oxígeno a la solución, así como también los factores que afectan la solubilidad.
¿Por qué la levadura necesita oxígeno?
La levadura utiliza oxígeno para la síntesis de la membrana celular, ya que sin oxígeno, el crecimiento celular es extremadamente limitado.
La presencia de oxígeno es necesaria para que la levadura produzca esteroles y ciertos ácidos grasos insaturados necesarios para el crecimiento celular.
Una oxigenación insuficiente trae como consecuencia que el crecimiento de la levadura sea insuficiente, lo que puede causar atenuaciones incompletas, fermentaciones inconsistentes o muy prolongadas, producción de aromas y sabores no deseados, así como una levadura que no será adecuada para la recolección y repitching.
¿Cuánto oxígeno es necesario?
Los requerimientos de oxígeno son variables y dependerán de la cepa de levadura utilizada, la tasa de inoculación, la densidad inicial del mosto y los niveles de trub.
El contenido nutricional del mosto y la cantidad de oxígeno disponible influirán directamente en cubrir las necesidades de la levadura para funcionar correctamente durante la fermentación.
En un entorno donde el mosto contiene suficientes ácidos grasos insaturados pero esteroles insuficientes, necesitará más oxígeno para la síntesis de estos últimos.
La levadura propagada en un entorno con baja oxigenación tendrá una mayor demanda durante la fermentación debido a que la síntesis de esteroles habrá sido limitada.
Por el contrario, la levadura cultivada en condiciones ricas en oxígeno tendrá una menor demanda, ya que los compuestos habrán sido sintetizados adecuadamente y la levadura estará en su punto óptimo para la fermentación.
Es así como algunas cepas de levadura tienen requisitos de oxígeno más altos que otras; sin embargo, por lo general, es seguro asumir que se necesitan al menos 10 ppm (mg/L) de oxígeno en la mayoría de las fermentaciones.
Por otra parte, un exceso de oxigenación generalmente no debería ser una preocupación, ya que la levadura utilizará todo el oxígeno disponible dentro de las 3 a 9 horas siguientes a la inoculación, al tiempo que el exceso de oxígeno abandonará la solución durante ese mismo tiempo.
Métodos de aireación/oxigenación
El mejor método para disolver el oxígeno en la solución es inyectar oxígeno puro a través de una piedra sinterizada en línea durante el proceso.
Existen además otros equipos disponibles que aumentan significativamente la solubilidad del oxígeno inyectado con diseños que crean turbulencias que permiten un mayor tiempo de contacto y mezcla entre las burbujas de oxígeno y el mosto, lo que como consecuencia aumenta la tasa de transferencia.
La cantidad de aire u oxígeno puro necesarios para lograr niveles adecuados de oxígeno disuelto dependerá de muchos factores que varían considerablemente de una cervecería a otra.
Es importante recordar que 8 ppm es el nivel máximo de oxígeno disuelto que se puede lograr en el mosto utilizando aire. Para alcanzar niveles superiores a 8 ppm, se debe utilizar necesariamente oxígeno puro.
Luego, la medición de los niveles de oxígeno disuelto con un medidor especializado es la única forma segura de saber si se están logrando niveles adecuados o no.
Solubilidad del oxígeno
Las temperaturas del mosto y la densidad del mosto tienen profundos efectos en la solubilidad del oxígeno.
- A medida que aumenta la temperatura del mosto, disminuye la solubilidad del oxígeno.
- A medida que aumenta la densidad del mosto, disminuye la solubilidad del oxígeno.
Cálculos de oxígeno
- La masa molar del oxígeno es igual a 16 g/mol.
- La masa de O₂ es 16 g/mol x 2 moles de oxígeno = 32 g.
A temperatura y presión estándar (STP), un mol de oxígeno ocupará un volumen de 22.4 litros.
- 32 g/22.4 litros es igual a 1.43 gramos por litro de volumen.
- 1.43 g/L x 1000 mg/g = 1430 mg/L o PPM.
Suponiendo que se transfieren 100 barriles por hora a un fermentador (equivalente a 195 litros por minuto), la cantidad de oxígeno requerida será la siguiente, con un medidor de flujo configurado en 1 litro por minuto:
- 1430 mg/L ÷ 195 L/min = 7.3 mg/min.
- 7.3 mg/min x 1 L/min = 7.3 mg/L (PPM).
O si el requisito de oxígeno deseado es de 10 PPM (mg/L), entonces el medidor de flujo se ajusta a 1.37 L/min:
- 1430 mg/L ÷ 195 L/min = 7.3 mg/min.
- 10 mg/L ÷ 7.3 mg/min = 1.37 L/min.
Preguntas frecuentes (FAQ)
¿Cuál es la diferencia entre aireación y oxigenación en términos prácticos?
La diferencia clave es la concentración y el límite de saturación. La aireación utiliza aire ambiental (que contiene solo un 21% de oxígeno) y solo puede alcanzar un nivel máximo de oxígeno disuelto de aproximadamente 8 ppm (mg/L) en el mosto. La oxigenación utiliza oxígeno puro (99-100% de O2) y es necesaria para alcanzar niveles superiores al límite de 8 ppm, generalmente el mínimo de 10 ppm requerido para la mayoría de las fermentaciones robustas.
Si oxigeno demasiado el mosto, ¿puede esto causar sabores indeseados o afectar negativamente la cerveza?
El exceso de oxigenación inicial no es una preocupación importante, ya que la levadura es muy eficiente y utiliza todo el oxígeno disponible dentro de las 3 a 9 horas siguientes a la inoculación. El problema surge al oxigenar la cerveza fermentada (cerveza verde), ya que esto causa la oxidación de compuestos que generan sabores a cartón, rancio o sherry (jerez), arruinando el perfil de sabor.
¿Cómo afecta el trub (sedimento de proteínas y lúpulo) a la necesidad de oxígeno de la levadura?
El sedimento es rico en nutrientes, pero puede crear un ambiente más estresante para la levadura. Un alto nivel de trub puede interferir con la transferencia de oxígeno e incrementar la necesidad de este nutriente, ya que la levadura debe usar energía adicional para lidiar con el entorno. Generalmente, un mosto con alto trub puede requerir una tasa de oxigenación o una tasa de inoculación más altas para asegurar un crecimiento celular óptimo.
¿Qué factores o equipos pueden utilizarse para aumentar la solubilidad del oxígeno sin inyectar O2?
El factor más importante para aumentar la solubilidad es la temperatura (a menor temperatura, más O2 se disuelve). Los métodos caseros para maximizar la aireación (hasta el límite de 8 ppm) incluyen agitar o batir vigorosamente el mosto antes de inocular, o utilizar un difusor de aire/bomba de acuario con una piedra de aireación (aunque nunca se logrará el nivel de O2 puro).
¿Cómo puedo saber si mi levadura necesita más oxígeno basándome solo en el comportamiento de la fermentación?
Una oxigenación insuficiente se manifiesta a través de varios signos. Los más comunes son: un tiempo de lag (inicio de fermentación) prolongado, una atenuación incompleta (la gravedad final es demasiado alta) o una fermentación que se detiene (stuck fermentation). Esto se debe a que la levadura no tuvo suficiente crecimiento celular para terminar su trabajo, lo que puede requerir una nueva inoculación con levadura sana (o «pitching») y una oxigenación adecuada.
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