Por Chris Bible

El pH es uno de los factores más importantes a controlar durante la elaboración de una cerveza de calidad, ya que sus niveles afectarán cada etapa del proceso, como el potencial de extracto de la malta, el color de la cerveza, la formación de turbios calientes (hot-break), la estabilidad de la espuma, la extracción de los aceites del lúpulo, el nivel amargor y la capacidad de realizar un filtrado adecuado.

pH en la cerveza
pH en la cerveza

El pH también es una consideración importante para la calidad de la cerveza durante el almacenamiento, ya que un pH bajo inhibirá cualquier crecimiento bacteriano.

¿Qué es exactamente el pH?

El valor de pH de una solución es una forma de expresar la acidez o alcalinidad de esa solución y su concepto fue originalmente establecido por el bioquímico danés Soren Sorensen quien trabajaba para los laboratorios de la cervecería Carlsberg en Copenhague.

Hoy en día, la mayoría de los cerveceros caseros está familiarizado con la escala de pH, es decir, reconocen que los valores superiores a 7 son básicos (o alcalinos) y que los valores inferiores a siete son ácidos (68°F/20°C).

La química del pH

Un buen lugar para comenzar a explicar la química del pH es a partir del agua pura, una mezcla principalmente de moléculas de H2O, una cantidad muy pequeña de iones hidronio (H3O+) e iones hidroxilo (OH).

Escala pH
Escala pH

Esto se debe a que en el agua pura, una pequeña cantidad de moléculas de agua se disocian espontáneamente en iones H+ y OH. Los iones H+ se combinan casi de inmediato con una molécula de agua para formar H3O+.

La idea del pH se puede abordar muy bien utilizando el concepto de la constante de ionización del agua (Kw) definida como el producto de la concentración de iones H3O+ y OH presentes en la solución:

Kw = [H3O+] [OH]

Para agua pura a 25ºC (77°F), Kw=10-14, que también se puede escribir como 0,00000000000001.

Dado que en agua pura, cada molécula de agua disociada proporciona un ion de H3O+ y un ion de OH, se deduce que [H3O+] = [OH], por lo tanto:

Kw = [H3O+] 2 = 10-14

Resolviendo para [H3O+ ], encontramos que:

[H3O+] = 10 -7 = 0,0000001

El pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones hidronio, o de manera equivalente:

pH = -log [H3O+]

Entonces, en agua pura a 25°C (77°F), la concentración de H3O+ es 10-7, por lo tanto el pH es 7.

En agua pura a 25°C (77°F), el pOH, el logaritmo negativo de la concentración de iones hidroxilos también es 7, porque la concentración de iones hidronio e hidroxilo son iguales, además, en cualquier solución acuosa diluida, a cualquier temperatura, se cumple lo siguiente:

pH + pOH = pKw

Esta relación se vuelve importante cuando se mide el pH de soluciones líquidas como al macerar o hervir mosto para hacer cerveza, ya que el valor de Kw varía con la temperatura.

En consecuencia, la acidez o alcalinidad relativa de una solución acuosa depende de si hay más iones H3O+ o iones OH presentes en la solución.

Si hay más iones H3O+ presentes, la solución es ácida. Si hay más iones OH presentes la solución es básica (o alcalina).

Debido a la forma en que está definido, la escala de pH no es lineal sino logarítmica, es decir, una solución que tiene un pH de 4 es diez veces más ácida que una solución que tiene un pH de 5 y cien veces más ácida que una solución que tiene un pH de 6.

Cambios de pH durante el proceso de elaboración

Durante el proceso de elaboración de la cerveza, el pH del mosto y la cerveza cambia. El agua de la mayoría de las fuentes de agua potables tendrá un pH superior a 7 porque está tratada para evitar la corrosión de las tuberías.

Cuanto esta agua para elaborar cerveza se combina con malta triturada, el pH de la mezcla de grano y agua cae considerablemente en comparación con el pH inicial.

pH del agua según sus iones
pH del agua

Esta disminución del pH observada es el resultado de cambiar la composición mineral dentro de la solución.

El principal cambio ocurre durante el proceso de maceración es la precipitación de fosfatos y aminoácidos derivados de la malta. Los fosfatos, como el ácido fosfórico, se disociarán. Por ejemplo:

H3 PO4 -> H+ + H2 PO4

H2 PO4 -> H+ + HPO4-2

HPO4-2 -> H+ + PO4-3

Si hay iones de calcio presentes, los fosfatos se precipitarán como fosfato de calcio, dejando atrás iones de hidrógeno:

3Ca+2 + 2H3 PO4 -> 6H+ + Ca3(PO4)2

Una reacción similar ocurre si hay iones de magnesio presentes, pero el fosfato de magnesio es más soluble que el fosfato de calcio, por lo que el efecto sobre el pH es menos dramático.

También se producirá una reacción si hay aminoácidos o polipéptidos presentes en la solución.

Los iones de calcio reaccionarán con el grupo de aminoácidos:

2 (Grupo Aminoácido – COOH) + Ca+2 -> Ca (Grupo Aminoácido – COO) 2 + 2H+

Si se agrega sulfato de calcio (CaSO4) al agua de preparación, los aminoácidos formarán el precipitado insoluble como se describió anteriormente, dejando iones de hidrógeno (H+), que, recuerda, se combinan instantáneamente con el agua para formar iones de hidronio e iones de sulfato (SO4-2).

Estos cambios en la composición mineral y la precipitación de sales de calcio son responsables de la mayor parte de la disminución del pH que se observa antes de la fermentación. 

Sin embargo, la composición de la factura del grano también influye en el pH. Si se usa la misma agua para dos macerados, un macerado con maltas especiales oscuras se asentaría en un pH más bajo que un macerado compuesto enteramente de maltas de base pálida. 

Una mezcla de maltas pálidas y un complemento con almidón, como arroz o maíz, tendría un pH más alto que cualquiera de los dos anteriores.

Interferencia con la disminución natural del pH

La presencia de otros minerales en el agua puede interferir con la disminución del pH durante el proceso de elaboración de cerveza.

Específicamente, los iones carbonato (CO3-2 ) y bicarbonato (HCO3 ), que son los iones asociados con la dureza temporal del agua pueden actuar como amortiguadores para la disminución del pH.

Estos iones interactúan con las moléculas de agua para formar iones hidroxilo (OH ):

CO3-2 + H2O -> HCO3 + OH
HCO3 + H2O -> H2CO3 + OH

Estos iones OH adicionales reaccionarán con cualquier ión H3O+ que encuentren y producirán moléculas de agua.

Esto elimina eficazmente los iones H+ adicionales que se generan durante el proceso de elaboración y limita la disminución natural del pH.

Por eso es importante asegurarse de que los iones responsables de la dureza temporal se eliminen del agua de elaboración, especialmente cuando se elaboran cervezas de colores claros.

¿Cuál es el pH adecuado de maceración?

De manera óptima, el pH de una maceración por infusión simple debe estar en el rango de 5,2 a 5,6 con la mitad inferior de este rango a menudo citada como preferible.

Este rango es principalmente un compromiso entre el pH óptimo para una variedad de procesos en la maceración, incluido el rendimiento del extracto, la fermentabilidad, la extracción de taninos, la capacidad de efectuar un filtrado adecuado y el tiempo de sacarificación.

Maceración
Maceración

En una maceración por infusión, el mayor rendimiento de extracto se logra cuando el pH de la mezcla es de 5,2 a 5,4.

El mosto más fermentable se obtiene en el rango de 5.3 a 5.4. El tiempo de conversión más rápido se obtiene en el rango de 5,3 a 5,6.

Si el pH durante la maceración es demasiado alto, la hidrólisis de almidón y proteínas puede verse afectada negativamente.

Además, un pH alto durante el macerado aumentará la cantidad de dextrinas presentes en el mosto, lo que resultará en un mosto menos fermentable.

Las cáscaras de la cebada malteada contienen compuestos como polifenoles (taninos) y compuestos de sílice que son más solubles y por lo tanto, más fáciles de extraer en condiciones de pH alto.

Los polifenoles pueden contribuir a la inestabilidad coloidal y pueden producir astringencia en la cerveza terminada.

La mayoría de los polifenoles se extraen durante las etapas finales del burbujeo, cuando aumenta el pH del mosto que se escurre de la maceración

Por lo tanto, es importante dejar de recolectar mosto cuando el pH de los últimos derrames sube a 5,8 o 6,0. Ten en cuenta que lo que importa es el pH del mosto que se escurre, no el pH del agua de rociado.

El pH óptimo para muchos aspectos del macerado en realidad varía debido a la temperatura, el grosor del macerado y otros factores, incluso si se emplea un macerado por infusión o decocción.

Como tal, los rangos de pH óptimos citados en la literatura de elaboración de cerveza a veces varían bastante.

Para el cervecero casero, obtener el pH de maceración en el estadio correcto mejorará en gran medida su cerveza si anteriormente que cuando no.

Sin embargo, hacer pequeños ajustes dentro del rango aceptable probablemente no reflejará en cambios importantes en la cerveza terminada y en general, una vez que aprendas a controlar el pH de una cerveza determinada, no necesitarás controlar el pH en cada etapa de elaboración.

En muchos casos, la primera vez que un cervecero verifica su pH, encontrará que todo ha estado bien desde el principio.

Controlar el pH de la maceración

Si el pH de la maceración no cae naturalmente dentro del rango aceptable, hay varias formas de manipularlo.

El problema más común para los cerveceros, especialmente aquellos con muchos iones de carbonato en el agua, es un pH de macerado demasiado alto.

Para bajar el pH, los cerveceros a menudo agregan iones de calcio, de yeso (sulfato de calcio) o cloruro de calcio.

En un lote de 19 litros (5 galones), una o dos cucharaditas de cualquiera de estos a menudo resolverán el problema.

Asimismo, se pueden agregar ácidos orgánicos, como ácido láctico o ácido fosfórico, para reducir directamente el pH de la maceración.

Agregar malta ácida, hasta aproximadamente el 5% de la molienda, es una forma “natural” de agregar ácido láctico a la maceración.

Si el agua del hervidor tiene muchos carbonatos y esto es lo que mantiene su nivel de pH demasiado alto, el nivel de carbonato puede reducirse en gran medida hirviendo el agua y retirándola del precipitado.

Sin embargo, suele ser más fácil simplemente tratar el agua rica en carbonatos con ácido para neutralizar los carbonatos o diluirla con agua destilada o agua preparada por ósmosis inversa (RO).

En algunos casos, especialmente si un cervecero está usando agua muy blanda y haciendo una cerveza oscura, el pH de la maceración puede ser demasiado bajo. En estos casos, será útil agregar un poco de tiza (carbonato de calcio) o bicarbonato de sodio.

La importancia del pH de hervor o ebullición

Después de la maceración, el mosto se pasa al hervidor y se lleva a ebullición. Y así como el pH es importante en la maceración, también afectará a muchos procesos diferentes en el hervor.

Durante la ebullición, el fosfato de calcio continuará precipitándose, tal como durante la maceración, siempre que todavía haya suficiente calcio en el mosto.

Como tal, el pH disminuye y continúa disminuyendo a medida que avanza el hervor. De manera óptima, se debe lograr un pH del mosto después de la ebullición de 5,0 a 5,2.

Aterrizar en el rango correcto te ayudará a obtener el mejor carácter extraído de sus lúpulos, maximizar la cantidad de turbio caliente de lúpulo que se forma y mantener la captación de color durante el hervor al mínimo.

Por lo general, establecer el pH de maceración adecuado le permitirá alcanzar el pH de ebullición correcto sin ninguna manipulación, pero este no es siempre el caso.

La isomerización de ácidos alfa en ácidos iso-alfa durante la ebullición del mosto está también está influenciada por el pH.

Esta reacción de isomerización se ve favorecida por un pH más alto. Dentro de un rango de pH de 8,0 a 10,0 la conversión a ácidos iso-alfa puede acercarse al 90% y esta es la razón por la que los extractos de lúpulo se producen a niveles de pH muy altos.

En los rangos típicos de pH del mosto (5,2 a 5,4) la conversión está limitada a un máximo teórico de aproximadamente el 60%, con un valor de utilización final de aproximadamente el 35%.

Esto no significa que un pH alto en ebullición sea algo bueno, aunque un pH alto extraiga más amargor del lúpulo, su carácter será más “áspero” y la cerveza probablemente sufrirá muchos otros problemas relacionados también con el pH.

La coagulación del turbio caliente (hot break), un complejo de proteínas y polifenoles, es otra función importante del hervor y el pH de su ebullición tiene un efecto muy visible.

El pH óptimo para la formación de roturas es 5,2. Si, al comienzo de tu hervor ves trozos grandes y esponjosos de material en tu mosto, tendrás una confirmación visual de que tu pH está en el rango correcto.

El color del mosto generalmente aumenta durante el proceso de ebullición debido a las reacciones de Maillard, reacciones entre los aminoácidos y los azúcares.

Las reacciones de Maillard no se favorecen a valores de pH más bajos, por lo que tener un mosto de pH más bajo es importante si se va a producir una cerveza de color más claro.

Si es necesario bajar el pH en el hervidor, generalmente ayuda agregar un poco de calcio. Para cinco galones (19 litros) de mosto, 1⁄4 a 1⁄2 cucharadita de yeso o cloruro de calcio debería ser suficiente. También puedes agregar ácido.

Finalmente el pH en la fermentación

Durante la fermentación, el pH continúa bajando por una variedad diversa de razones. Las células de levadura absorben iones de amonio que son fuertemente básicos y excretan ácidos orgánicos, incluido el ácido láctico.

La cepa de levadura elegida puede afectar el pH final de la cerveza. La mayoría de las cervezas lager terminan entre 4,2 a 4,6 y algunas cervezas pueden llegar tan bajo como 3,8, con las cervezas sour rondando un pH de 3,0.

Alcanzar un pH óptimo inferior a 4,4 favorece una maduración más rápida de la cerveza, incluida la absorción del diacetilo, una mejor claridad de la cerveza, una mejor estabilidad biológica y un sabor de cerveza “más refinado”.

Los cerveceros rara vez ajustan el pH final de la cerveza con ácido. Para alcanzar un pH final adecuado, basta con realizar una fermentación activa y vigorosa.

A medida que el pH disminuye con la atenuación, las cervezas más secas tienden a tener valores de pH ligeramente más bajos.

Un dato interesante sobre la fermentación es que algunas moléculas de la cerveza en fermentación se decoloran a medida que baja el pH, por lo que el color de la cerveza se aclara un poco durante la fermentación.

Midiendo el pH en forma práctica

La mejor manera de medir el pH en una cervecería casera es con un medidor de pH económico.

Cuando obtengas tu medidor de pH por primera vez, comienza remojando el electrodo en la solución de almacenamiento. Siempre que el medidor no esté en uso, deberá almacenarse en esta solución. Idealmente, nunca se debe permitir que el electrodo se seque.

Calibrar el medidor de acuerdo con las instrucciones del fabricante usando un tampón de pH 7,01 y un tampón de pH 4,01.

Tomar una muestra de mosto en un vaso limpio. Si la muestra es de la maceración, enfriarla a temperatura ambiente incluso si su medidor de pH tiene control automático de temperatura

A temperatura ambiente, el pH de la muestra fría será alrededor de 0,35 unidades más alto que el pH a temperatura de maceración. La toma de lecturas en muestras calientes reducirá la vida útil del electrodo.

Enjuaga el electrodo con agua destilada y luego sécalo con un paño. sin que el tejido toque el electrodo, solo acércalo lo suficiente para absorber el líquido.

Coloca el electrodo en la muestra y dale un giro rápido al líquido en interior. Asegúrate de que no haya burbujas adheridas al electrodo y solo entonces enciende el electrodo, este no debe estar encendido a menos que esté sumergido.

Con el electrodo encendido, el medidor tomará la lectura, anótala en tu cuaderno de laboratorio, luego apaga el electrodo antes de sacarlo de la solución.

Finalmente el electrodo con agua destilada nuevamente, seca y vuelve a dejarlo en la solución de almacenamiento.

Resumen

El pH afecta a casi todas las reacciones físicas, químicas y bioquímicas que ocurren dentro del proceso de elaboración.

Los cerveceros que entienden los factores que afectan el pH y cómo manejarlos durante el proceso de elaboración de la cerveza serán más capaces de producir una buena cerveza de manera consistente.

Aunque el pH es claramente una variable importante en el proceso de elaboración de la cerveza, rara vez requiere mucha atención por parte del cervecero casero.

Por lo general, hacer coincidir la receta del grano con el agua de preparación adecuada debería ser todo lo que necesita para garantizar un buen día de preparación.

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