viernes, 19 de abril de 2013

Propuesta fiestera

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El género Agave, que significa “noble” en griego, fue descrito por primera vez por Linneo en 1753. Las plantas de agave, que se confunden generalmente con los cactus, pertenecen a la familia de Agavaceae; algunas tienen troncos definidos, pero la mayoría carecen de tronco. La distribución extendida de cerca de 300 especies, combinado con el hecho de que las plantas requieren aproximadamente de 8 a 12 años para madurar e hibridar fácilmente, hacen el estudio taxonómico y filogenético del género Agave extremadamente complicado. Y es que la familia de Agavaceae incluye 20 géneros y cerca de 300 especies, de las cuales cerca de 200 se encuentran en México. De entre todas ellas, el agave azul es el único entre cientos de especies de Agavaceae apropiado para producir tequila debido a su alta concentración en inulina y bajo contenido en fibra, y también por los compuestos químicos presentes en la planta, que contribuyen al sabor y aroma finales del tequila, dando a la bebida sus características particulares. Se ha intentado usar otras especies de agave para producir tequila en otros estados del país, sin éxito. 
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Por eso, y siguiendo con la serie comenzada de Para el fin de semana: un poco de ron; y sidrina, vamos a seguir con la mala costumbre de explicar cómo se hacen las bebidas alcohólicas; y hoy le ha tocado el turno al tequila mexicano, que se obtiene por destilación del zumo fermentado a partir de la planta agave (Agave tequilanu Weber var. azul). La fermentación se produce por cepas de Saccharomyces cerevisiae. Por encima del 49% (en peso) de los azúcares provienen de una fuente distinta al agave, normalmente la caña de azúcar.

Se piensa que la palabra tequila proviene de la tribu de los ticuilas que tiempo atrás habitaban en la ladera de un volcán situado cerca de la ciudad de Tequila y que llevaría el mismo nombre. Otro posible origen es la palabra ‘nahuatl’ tequitl que significa trabajo o empleo, y la palabra rlan, que significa lugar, de manera que tequila vendría a ser ‘lugar en el que este trabajo o labor se hace’. La información más antigua que revela la existencia del agave y sus diferentes usos es anterior a los españoles, y aparece en muchos códices preservados hasta la época actual. 

El primer proceso de producción de tequila con intención comercial tiene lugar en la ciudad de Tequila alrededor de finales del siglo XVIII. Los principales consumidores eran los habitantes de las zonas de minería localizadas en el estado de Jalisco. Los españoles trataron de suprimir el consumo de tequila a través de un decreto firmado por Carlos III en el que se prohibía la venta y producción de tequila (ya que competía con el brandy y otras bebidas importadas de España), bajo el pretexto de que provocaba enfermedades. El gobierno de la región promulgó más tarde un decreto que imponía una tasa al tequila y por tanto, se permitía su venta en toda la Nueva España.

El agave azul se cultiva en el estado de Jalisco en dos regiones con el clima y la composición del suelo adecuadas para su crecimiento. Los cultivos celulares de agave son una nueva biotecnología, aún en etapa experimental, que no se emplea comercialmente por la baja disponibilidad de técnicos preparados y de instalaciones de laboratorio para pequeños productores. Aunque ya hay resultados positivos de estos cultivos, desafortunadamente, estas nuevas plantas requerirán más tiempo antes de que puedan usarse en el campo.

Las hojas del agave se cortan por la base y se dejan en el campo para reciclar nutrientes. Las plantas recolectadas, libres de hojas, se transportan a la destilería. Solo las mejores plantas, principalmente, aquellas de buen tamaño y alta concentración en inulina (medida como azúcares reductores) se recolectan. La composición del agave varía estacionalmente, pero la media podría ser como sigue (base húmeda): azúcares reductores 27% (v/v), pH 5,2, y mosto 0,572 mL/g. Cualquier proceso de producción tiene las siguientes etapas, en las que está siempre presente la química: (1) cocción, (2) molienda, (3) fermentación, y (4) destilación. 

La cocción del agave sirve para producir la  hidrólisis de la inulina y otros compuestos de la planta para liberar azúcares, principalmente fructosa, gracias al bajo pH (4,5) y las altas temperaturas. En segundo lugar, algunos de estos azúcares se caramelizan y se producen otros compuestos que contribuyen significativamente al aroma y sabor del tequila. Finalmente lo que se obtiene de la cocción del agave tiene una consistencia que facilita la operación de molienda.

En la etapa de molienda, el agave cocido pasa a través de una cuchilla (excepto en las fábricas que hacen esta operación antes de la cocción), y mediante una combinación de molienda y extracción de agua, se extraen los azúcares. El zumo de la molienda se mezcla con el jarabe obtenido de la etapa de cocción y con la solución de azúcares (si el tequila que se obtiene no es 100% agave), y finalmente se bombea dentro del fermentador.

La etapa de molienda genera un subproducto llamado bagazo, que representa alrededor del 40% del peso total del agave molido (en base húmeda). Este bagazo está compuesto por celulosa, hemicelulosa, lignina, pectinas, azúcares residuales, y otros compuestos. Si se mezcla con arcilla, puede usarse para hacer ladrillos. Además, se ha intentado recuperar sus componentes (celulosa, hemicelulosa, y pectinas) usando reactores de alta eficiencia termoquímicos, o incluso obtener furfural, o enzimas (celulasa y pectinasa).

Para la fermentación, hay compañías que no inoculan una cepa específica de levadura S. cerevisiae y permiten que el proceso se lleve a cabo por fermentación natural. Otras inoculan el mosto con levadura de panadería o bien con extractos comerciales de levadura, para conseguir poblaciones iniciales de 20 a 50 células por mililitro. Los extractos se preparan originalmente para la producción de vino, cerveza, whisky, o pan y a veces la calidad del tequila obtenido con ellas no es satisfactorio. Para alcanzar altos rendimientos y mantener constante la calidad del tequila, algunas empresas usan cepas de levaduras aisladas de la fermentación natural del zumo de agave cocido con algunos nutrientes añadidos y usando condiciones especiales como alta concentración de azúcar y temperatura. Estas cepas aisladas y seleccionadas de levaduras se guardan en colecciones de cultivo microbiano nacionales.

Una vez que el mosto tiene los nutrientes requeridos y su temperatura está alrededor de 30ºC, se inocula con un  5-10% en volumen de cultivo de S. cerevisiae. Si no se inocula, la fermentación puede alargarse hasta 7 días, pero con el inóculo la fermentación estará en un intervalo de 20 h la más rápida a 3 días la más lenta.

La producción de alcohol etílico por levaduras está asociada también con la producción de muchos compuestos de fermentación que contribuyen al sabor final del tequila, ya sean compuestos organolépticos o sus precursores. La producción de etanol puede detectarse prácticamente desde el comienzo por una caída de pH de 4,5 a 3,9. El contenido en alcohol al final de la fermentación queda entre 4 y 9% v/v. Las pérdidas de alcohol pueden ser significativas porque los tanques de fermentación están abiertos, y permiten la evaporación de alcohol. La temperatura de fermentación puede exceder los 40ºC, provocando que se acabe la fermentación y haciendo etanol y compuestos que afectan a la calidad del tequila. 

No solo hay levaduras en los tanques de fermentación... El tamaño de la flora bacteriana depende de varios factores: crecimiento bacteriano durante la propagación de levaduras, abundancia de bacterias en la materia prima, y los estándares de higiene de la destilería. No hay duda de que la actividad de estas bacterias contribuye a las características organolépticas del tequila. De vez en cuando, el tamaño de la población bacteriana en el mosto de fermentación puede ser superior, en cuyo caso las bacterias consumen azúcares, reduciendo el rendimiento de etanol y a veces excretando compuestos indeseables.

Por último, la destilación sirve para separar y concentrar el alcohol a partir del mosto fermentado. El sistema de destilación más empleado en la industria del tequila siguen siendo los alambiques y columnas de rectificación. El diseño más simple consiste en un hervidor con el mosto fermentado, un serpentín de vapor, y un condensador o plato intercambiador de calor. Los hervidores están hechos frecuentemente de cobre que “fija”, los compuestos que contienen azufre y que suelen ser volátiles y malolientes. La destilación usando hervidores se lleva a cabo en dos etapas. En primer lugar, el mosto fermentado se destila para incrementar la concentración de alcohol de 20 a 30% en volumen, separando la primera fracción de cabeza y la última de cola. En general las cabezas son ricas en compuestos de bajo punto de ebullición como acetaldehído, acetato de etilo, metanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol y 2-metilpropanol que dan un sabor y gusto agradable al tequila. Las colas contienen compuestos de alto punto de ebullición como alcohol isoamílico, alcohol amílico, 2-furaldehído, ácido acético y lactato de etilo, dando un sabor y tacto fuerte al tequila, y cuando la concentración está por encima de 0,5 mg/mL el producto final es desagradable. En la segunda etapa, el líquido obtenido de la primera se destila otra vez, para obtener un producto final.

Las principales áreas de mejoramiento del tequila actual son 1) el desarrollo de nuevas variedades de agave resistente a las plagas o a ambientes extremadamente secos, con mayor contenido en inulina y bajo contenido en cera; 2) mecanización del cultivo y cosecha del agave (que actualmente se hace a mano); 3) optimización de las etapas de cocción y fermentación para mejorar rendimientos y reducir la cantidad de residuo; 4) la selección de cepa de levaduras y mejoramiento de los mostos fermentados; y 5) alternativas de bajo coste para el tratamiento de residuos, principalmente del bagazo. Y como podéis ver la ciencia, en concreto la química, bioquímica, microbiología, y nutrición tienen que decir bastante al respecto. ¡Buen fin de semana! Cuando bebas, brinda a la salud del científico de a pie ;)

1) Este post participa en el  XXIV Carnaval de la Química alojado en el blog el zombi de Schrödinger,

2) También, si le parece que encaja al organizador, en la III Edición del Carnaval de la Nutrición alojado por Casa Scientia
3) Este post participa en el Carnaval de Biología edición especial micro-BioCarnaval, en la sección SEM, categoría estudiante de doctorado, que hospeda @Raven_neo  en su blog Micro Gaia

Referencias bibliográficas

Cedeño, M. (1995). Tequila Production Critical Reviews in Biotechnology, 15 (1), 1-11 DOI: 10.3109/07388559509150529

ACTUALIZACIÓN 16-07-2013: Dolores Bueno (@Ununcuadio)ganó en la categoría C al ser la única participante.


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