Biotransformación

“Mi intuición me dice que la biotransformación no es la fórmula milagrosa o descubrimiento mágico que describe todo el sabor de lúpulo en la cerveza.”

— TOM SHELLHAMMER, OREGON STATE UNIVERSITY

“No es necesariamente algo positivo aprender más sobre lo que está pasando en términos de elementos biotransformativos en cervezas lupuladas.”

— JEAN BROILLET IV, TIRED HANDS
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Tom Shellhammer, profesor de ciencias de la fermentación en la Universidad de Oregón State, señala:

Biotransformación es un término vago y escurridizo, que puede referirse a cualquier alteración de compuestos orgánicos—incluso la misma fermentación (la producción de etanol por levaduras).

En el caso específico de la elaboración de cerveza, una definición general podría ser: la modificación de un compuesto por parte de un microorganismo cervecero.

En el caso de la mayoría de las cervezas la modificación sería realizada por una levadura ale o lager, pero si hablamos de una cerveza ácida, o de fermentación espontánea, también podría deberse a alguna bacteria y/o otro microorganismo, como por ejemplo Brettanomyces.

En el ambiente cervecero es muy común que se restrinja la definición aún más, imponiendo la condición de que la transformación se realice sobre un compuesto que provenga del lúpulo (en general dentro de los aceites esenciales) y que resulte en un compuesto aromático (ya sea que provenga o no de uno).

Aún dentro del foco limitado de componentes en el lúpulo, existen numerosas formas de biotransformación—cada una de las cuales puede tener un impacto único en el perfil de aroma y sabor de la cerveza.

En este contexto, veremos cuatro versiones primarias de biotransformación de componentes en el lúpulo que debemos tener en cuenta.

1.-Ésteres 

Científicamente, los ésteres son la unión entre un alcohol y un ácido. Sensorialmente, pueden “oler a manzanas, peras, frutos rojos o algodón de azúcar” e infinidad de otros descriptores aromáticos.

Estudios recientes han demostrado que los ésteres pueden ser producidos en la interacción entre levadura y compuestos de lúpulo. Un ejemplo: la levadura puede transformar el geraniol—un compuesto orgánico producido por el lúpulo, así como la marihuana y otras plantas—en acetato de geranilo, un éster que huele abundante y opulentamente a rosas.

Compuestos oxigenados

Dentro de los compuestos oxigenados, tenemos a los carbonilos, que incluyen a los aldehídos y las cetonas. Los primeros son en general frutales o florales; un ejemplo de aldehído conocido por los cerveceros es el acetaldehído, responsable del olor a manzana de la cerveza y producido por la levadura durante la fermentación (considerado un off-flavour: indicador de una cerveza sin una maduración adecuada, “verde”).

En cambio, las cetonas tienen aromas más relacionados a grasas, lípidos o químicos; un ejemplo conocido por los cerveceros, también producto de la fermentación y considerado una falla, es la acetona que tiene aroma a quitaesmalte de uña (indicando comúnmente una fermentación estresada, generalmente por altas temperaturas). Los carbonilos pueden ser reducidos, por la levadura, a alcoholes (Meilgaard, 1986).

Los ésteres también son compuestos oxigenados con impacto aromático (frutal, en general). La levadura puede hidrolizar ciertos ésteres (Peacock & Deinzer, 1981) o transformarlos en ésteres etílicos (Nielsen, 2009).

Además, (King & Dickinson, 2003) documentaron varias biotransformaciones sobre los alcoholes monoterpénicos: consistes de reducciones, translocaciones, isomerizaciones y ciclaciones, catalizadas por la levadura. Los compuestos que investigaron son de alto impacto aromático y fuertemente involucrados en lo que los cerveceros entienden por aroma a lúpulo.

El siguiente cuadro, extraído de su trabajo, resume las reacciones estudiadas y, como se aprecia, incluye varios compuestos conocidos por los cerveceros.

 

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Esquema que muestra las reacciones de biotransformación de monoterpenoides catalizadas por S.cerevisiae.

2.-Tioles

Son una clase de compuestos sulfurosos, muy potentes que pueden existir en forma libre, o adheridos. Pueden ser detectados por el olfato humano en concentraciones de 5 partes por billón.

Mientras que los adheridos se comportan de manera similar a los glucósidos, en este caso, sus compuestos aromáticos están vinculados a aminoácidos o pequeños péptidos en lugar de azúcares.

“Un Tiol es 10.000 veces más potente que el geraniol, pero existen dentro del lúpulo en cantidades muy, muy pequeñas,”  Shellhammer.

Los Tioles “tienen una variedad de aromas que van desde frutas tropicales, papaya y guayaba, hasta orine de gato y sudor de axila,” y están presentes en mayor concentración en ciertas variedades potentes como Mosaic y Citra.

En (Nizet et al., 2013) determinaron que ciertos compuestos del lúpulo, en base a cisteína (un aminoácido), son biotransformados por la levadura a tioles con un aparejado potencial impacto aromático.

Sin embargo, lo que se sabe es muy limitado y por ende aún faltan más investigaciones académicas para comprender exactamente las posibles mecanismos de biotransformación de tioles.

3.-Compuestos sustraídos

Resultan de la reducción, en lugar del aumento de compuestos aromáticos. Tanto las células de levadura como los compuestos del lúpulo son hidrofóbicos. Significa esto que pueden adherirse uno al otro, en cuyo caso, mientras más hidrofóbico el compuesto, como el aromático mirceno, es más propenso a ser absorbido por la superficie de la célula de levadura y ser “sustraído” de la cerveza.

Otro tipo de fenómeno de sustracción puede ocurrir durante la etapa activa de fermentación, donde el dióxido de carbono producido por la levadura puede reducir potencialmente los compuestos más volátiles de los aceites del lúpulo, debido al efecto de vigorosa fricción de las burbujas de CO2 al abandonar el fermentador.

Hidrocarburos mono y sesquiterpénicos

Los terpenos (hidrocarburos) más abundantes dentro de los aceites esenciales del lúpulo son los monoterpenos y los sesquiterpenos, en particular, el monoterpeno mirceno, y los sesquiterpenos (1.5) humuleno y cariofileno.

En el trabajo de (King & Dickinson, 2003) intentaron analizar qué ocurría con estos compuestos durante la fermentación, utilizando cepas de levaduras Ale y Lager, y no detectaron ninguna conversión de éstos compuestos en otros. Si bien no estudiaron el comportamiento de todos los terpenos, se enfocaron en los más abundantes bajo la hipótesis de que sus derivados, de existir, podrían estar presentes en mayores concentraciones, facilitando su detección y posiblemente teniendo un mayor impacto sensorial gracias a sus altas concentración inicial.

Es interesante notar que estos compuestos son removidos en gran medida durante la fermentación, alterando la percepción del aroma a lúpulo en la cerveza, debido a que son adsorbidos por las células de levadura (King & Dickinson, 2003). Además, son poco solubles en mosto (y más solubles en alcohol, explicando porque si se preservan más cuando se realiza un Dry hop al final de la fermentación, donde encontramos mayor cantidad de alcohol).

4.- Hidrólisis de un Glucósido

Glucósidos

El lúpulo también contiene glucósidos: moléculas que son la unión entre un azúcar y un compuesto aromático. Unido a la molécula de azúcar, el compuesto aromático está encarcelado, indetectable, esperando a ser liberado.

Pero levaduras hambrientas, insaciables en su búsqueda de alimento, contienen enzimas que pueden dividir glucósidos en dos. Como resultado, el compuesto aromático se libera y volatiliza.

De acuerdo a Shellhammer, “Existe alguna idea que una porción significativa del aroma proveniente del lúpulo puedan ser estos glucósidos.”

 ¿Qué es un glucósido?

En química, un glucósido es una molécula, no volátil ni aromática, dónde un azúcar, llamada glicona, está unida a otro grupo funcional, llamado aglicona, a través de un enlace glicosídico. Este enlace puede romperse mediante una hidrólisis enzimática, liberando la aglicona.

En el contexto de biotransformación de compuestos del lúpulo mediante levaduras/microorganismos, lo que nos interesa es cuando la aglicona se trata de un compuesto aromático, que puede ser liberado por acción de una enzima.

Es más, en este caso el azúcar, la glicona, se trata de una glucosa y la enzima de β-glucosidasa.

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Tom Shellhammer

En tono menos alentador se referencia a un estudio enfocado en glucósidos en 2017 del cual Tom Shellhammer, junto a Daniel Sharp y Jan Steensels, en el cual más de 150 cepas de levadura fueron testeadas y catalogadas de acuerdo a sus habilidades biotransformativas.

Luego fueron testeadas una vez más junto a enzimas en estado natural.

Los resultados fueron decepcionantes: incluso la cepa más activa mostró apenas una ligera mejoría en desempeño que las menos activas al transformar compuestos, y fueron marcadamente menos efectivas que las enzimas puras.

“Al final de nuestra investigación, pensamos que...el aroma libre es probablemente más de 90% [del sabor y aroma lupulado en la cerveza], y los glucósidos probablemente representen un 10%,”

Tom Shellhammer

Algunas Conclusiones

  • Se ha demostrado que las concentraciones de glucósidos en el mosto y/o cerveza son relativamente bajos, y que la actividad de la β-glucosidasa de la levadura también es baja.
  • Por lo tanto no es probable que la biotransformación debida a la hidrólisis de glucósidos produzca contribuciones significativas al aroma de la cerveza; en relación a su umbral de percepción en la cerveza, la cantidad de los compuestos aromáticos sujetos a ser liberados ya presentes de forma directa, y la variabilidad intrínseca entre lotes de lúpulo y batches de cerveza.
  • Tampoco es probable que la utilización de enzimas β-glucosidasa exógenas aumenten significativamente la extracción aromática (a partir de la hidrólisis de glucósidos).
  • La única posibilidad alentadora es que ninguno de los estudios contempla la liberación de tioles aromáticos, que si bien se encuentran en muy baja cantidad en el lúpulo y en cervezas lupuladas, estudios recientes han resaltado que tienen un impacto muy importante en el perfil aromático de los lúpulos y las cervezas.
  • Su medición es muy compleja técnicamente, así que sólo queda esperar a ver si alguno de los pocos laboratorios con la tecnología necesaria para detectar las concentraciones halladas en cerveza, repite los ensayos de hidrólisis de glucósidos analizando su efecto sobre tioles conjugados.
  • A pesar de que los primeros trabajos importantes que abordaron el tema de la biotransformación datan de casi 20 años, aún es un campo no abundan los trabajos académicos, probablemente por la complejidad experimental del tema.
  • En general, la mayoría de los trabajos publicados describen un biotransformación específica identificada, muchas veces sin siquiera el detalle de las reacciones químicas involucradas.
  • Tristemente, identificar las biotransformaciones no nos da suficiente información como para medir su impacto, desde un punto de vista aromático, ni tampoco nos permite entender cómo controlarlas (aunque nos ayuda a empezar a transitar este camino).
  • Sin embargo, sí sabemos que la biotransformación tiene consecuencias en nuestra percepción aromática, debido a las reacciones de biotransformación sobre alcoholes monoterpénicos, que son importantes ya que impactan sobre compuestos (como el linalool) centrales del ‘aroma a lúpulo’.

Autor

Pavel Padilla

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