A Bioquímica da Cerveja

Os principais componentes da cerveja se enquadram em três classes principais de biomoleculas: açúcares, proteínas e lipídios.
 

Esses três ingredientes principais vêm principalmente dos grãos de malte e fornecem ao fermento uma fonte rica de alimento para crescer e se reproduzir e, como subproduto, são criados os sabores e aromas da cerveja. Alguns dos lipídios também vêm do lúpulo, mas estes são principalmente óleos aromatizantes e realmente não são utilizados pelas leveduras. Se você possui um conhecimento cervejeiro avançado ou principiante, neste post será facil compreender de onde são provenientes cada uma destas classes principais de moléculas, e os sabores e aromas que elas proporcionam.

1.    A Contribuição dos açúcares (carboidratos)
 

Os açúcares extraidos dos grãos do malte fornecem alimentos e nutrientes para o fermento e são os precursores para a formação do álcool. Eles são muitas vezes referidos como carboidratos por químicos e bioquímicos. Os átomos prensente nas moleculas dos açúcares podem se combinar para fazer uma série de estruturas, mas para nosso propósito, só precisamos entender duas moléculas simples de açúcar glicose (1) e frutose (2).

1.1.     Glicose

As moléculas de Glicose podem se combinar fomando estruturas de tamanhos variáveis resultando em açúcares mais complexos. Esses açúcares derivados da glicose são a principal fonte de alimento para a levedura na cerveja. No entanto, as moléculas de açúcar, com apenas um, dois ou três moleculas de glicose também são importantes para a fermentação. Moleculas de açúcares maiores (amido, amilose e aminopectina) são quebrados em açúcares menores durante o processo de brassagem e fervura do mosto.

A tabela abaixo resume os principais tipos de açúcares derivados da glicose, suas estruturas e a quantidade de cada tipo encontrado na cerveja nao fermentada (mosto).

Nota: Em geral o "amido" é frequentemente utilizado (embora incorretamente) para se referir a todos os açúcares maiores, inclusive de amilose, amilopectina e o verdadeiro amido.

Amilopctina e amido possuem diferentes ligações Glicose-Glicose entre amilose ou açúcares simples. Essas ligações podem variar de posições, criando uma grande variedade de moléculas de açúcar que não são quebradas pelo femento cervejeiro normal. Portanto, partes de amilopectina e amido permancem no mosto e na cerveja pronta, juntamente com a amilose que nao é quebrada em glicose, maltose ou maltotriose durante a brassagem ou a fervura do mosto. Uma vez que a maioria das moléculas de açúcar será fermentado pelas leveduras, essas grandes partes de açúcares são os principais responsáveis pelo sabor doce, chamado de gosto maltado da cerveja. Uma excessão são as cervejas light; pois neste estilo, são usadas enzimas especiais que quebram muitos dos açúcares complexos, permitindo-lhes assim serem fermentados em etanol e dióxido de carbono (CO2).

1.2.    Frutose
 

A frutose (F) é o açúcar mais simples que pode se combinar entre si ou com a glicose para fazer um outro conjunto de açúcares complexos, que são importantes na fabricação de cerveja. Estes incluem frutose, sacarose e rafinose (ver tabela abaixo).

Nota: Cadeias de duas ou mais moleculas de frutose nao são normalmente encontradas na natureza que prefere formar cadeias alternando F e G.

Rafinose, embora não seja o componente mais importante do mosto, é um açucar importante como forma de diferenciação entre uma levedura lager de uma ale. Leveduras lager podem dividir a rafinose em duas G’s e uma F. Uma F pode ser fermentada por qualquer levedura lager ou ale. Entretanto, o açúcar residual G-G, conhecido como melibiose, tem uma ligação química ligeiramente diferente da ligação GG da maltose. Leveduras lager podem dividir essa ligação, gerando cervejas lagers de sabor mais limpo e corpo mais leve. A levedura ale é incapaz de dividir esta ligação. Portanto uma molécula de rafinose ou uma rafinose ligada entre duas G’s, não seria completamente processada pela levedura ale, deixando um açúcar residual associado ao sabor final da cerveja. Estes sabores residuais fazem parte do complexo conjunto de aromas e sabores do perfil de estilo de cervejas ale.

Figura: Representação da molécula de rafinose, composta por duas moleculas de glicose e uma molécula de frutose.

1.3.    Outros açúcares complexos

 

 Dois outros tipos de açúcares complexos são também motivo de preocupação para o fabricante de cerveja, embora não para a fermentação. O primeiro: beta-glicanas, estão intimamente relacionados com a maltose, maltotriose e amilose. O segundo tipo: pentosanas, estão intimamente relacionados a moleculas de G e F. No entanto, as leveduras não podem processá-los como seus açúcares “primos”. Se nao forem devidamente degradados durante o processo de brassagem, tanto os beta-glicanas e as pentosanas causarão problemas com turvamento e filtragem.

2.     A contribuição das proteínas

As proteínas são longas cadeias de moléculas individuais chamadas aminoácidos. Elaes são requeridas por todos os seres vivos, desde as bactérias até os seres humanos. Durante o processo normal de brassagem, proteínas são extraídas quase que exclusivamente dos grãos do malte.
Uma proteína é uma sequência de aminoacidos(AA) que podem ser compostos de poucos AA a uma centena deles, numa cadeia mais longa. O comprimento determina o tamanho e o peso molecular das proteínas. AA individuais também podem ser encontrados na cerveja.

Molécula de proteína composta de aminoácidos (AA):

.....AAAAAAA.........

Algumas dessas proteínas são utilizadas pelo fermento para viver, reproduzir e fermentar. Proteíinas usadas na fabricação de cervejas são classificados em uma das seguintes categorias:

Essencial: requerido pelo fermento para crescimento e ativação da fermentação.
 

Importante: nescessário para crescimento normal do fermento e fermentação. A levedura pode substituí-lo ou deixá-lo de fora, mas o gosto da cerveja provavelmente será afetado.
 

Não-essencial: não necessários para o crescimento do fermento e a fermentação.
 

A maioria das proteínas em grãos não maltados são extremamente grandes. E assim como acontece com os açúcares, o processo de brassagem remove essas proteínas maiores ou as quebram em tamanhos menores para poderem ser processadas pelas leveduras. Por exemplo, proteínas maiores são quebradas durante o processo de brassagem por aquecimento. Eles também são quebrados pelas enzimas ativadas durante o processo de brassagem, mas, mais importante ainda, vários se agregam e ficam de fora da cerveja. Este é um processo conhecido como precipitação de proteínas. Ferver o mosto continua o processo de quebra das proteínas em moleculas mais curtas de aminoácidos (através de calor) e pela mudança em sua estrutura natural ou por sua desnaturação, causando uma precipitação de proteínas, chamada quebra a quente (parecido com a clara do ovo quando exposto ao calor). O resfriamento do mosto causa outra precipitação da proteina, chamada quebra a frio. Uma rápida e eficiente refrigeração do mosto produz uma melhor quebra a frio e reduz drasticamente a turbidez do produto final.

Durante a fermentação e maturação, as leveduras usam principalmente aminoácidos e algumas proteínas muito pequenas para se alimentar. Proteínas não essenciais, grandes ou em excesso, não são utilizadas pelas leveduras. Algumas dessas proteínas continuam a precipitar durante o resfriamento e fermentação do mosto (uma continuação menos eficiente da quebra a frio), mas a maioria passam para a cerveja inalteradas. As proteínas e aminoácidos remanescentes dão a cerveja corpo e sabores especiais característicos de um certo estilo e também contribuem para a retenção da espuma.

3.   A contribuição dos lipídios

 
Os lipídios para a proposta dessa discussão, são moleculas de gordura que são provenientes de três fontes: malte, oxidação do lúpulo e metabolismo da levedura. O trub, material esbranquiçado que se acumula no fundo do fermentador pode consistir de até 50% de lipídios. Um mosto turvo contém de 5 a 40 vezes o conteúdo lipídico que um mosto limpo. Então o que fazer com os lipídios, afinal? Para os cervejeiros caseiros eles proporcionam vantagens e desvantagens.

3.1.    Vantagens e desvantagens

 

 Lipídios contribuem para a viabilidade da fermentação pelo transporte de nutrientes através da membrana celular do fermento. De maneira simplificada, ele capacita o fermento para conseguir alimentar-se, além de ser inibidor da formação de vários ésteres desagradáveis.
Uma das desvantagens dos lipidios é que eles agem como um sabão, dissolvendo a espuma da cerveja. Eles também desempenham um papel importante para desandar a cerveja, uma vez que são facilmente oxidados. Lipídios oxidados contribuem com gostos de sabão, gordura, suor, e gosto de cerveja velha. 

Devido aos lipídios possuirem vantagens e desvantagens, a melhor maneira de tratá-los na cerveja ainda é um tanto controverso. Alguns acham que uma contribuição positiva dos lipídios pode ocorrer em se transferindo o mosto da fermentação para um segundo fermentador após alguns dias, quando os estágios iniciais da fermentação estão completos. Isto permite o acesso da levedura aos lipidios durante a fase crítica inicial da fermentação mas, em seguida, remove o mosto do trub altamente lipídico que se acumula no fundo do fermentador. Entretanto, as cepas de leveduras produzem quantidades diferentes de tipos de lipídios. Esta mistura de tipos diferentes de lipídios contribue acrescentando sabores específicos que ajudam a definir um estilo de cerveja. Então, se você separa a cerveja dos lipídios, acaba perdendo alguns dos sabores que seriam produzidos.

Talvez, a melhor sujestão seja encontrada em New Complete Joy of Homebrewing: “Homebrewers devem trasfegar sua cerveja a um fermentador secundário livre de lipídios se a cerveja for ficar em contato com o trub por mais de duas semanas.” Este método faz sentido, uma vez que todas as contribuições oriundas dos lipídios vão levar mais de duas semanas; e, antes disso, a fermentação já deverá ter terminado, com todos os sabores provenientes dos lipídios intactos e os ésteres reduzidos, podendo ser engarrafada ou embarrilhada, eliminando nesse processo o trub. É claro que, algumas receitas e técnicas de fabricação de cerveja (como as lagers) exigem a transfega para um fermentador secundário, obrigatoriamente.”

Contaminantes como o sabão ou bactérias são muito mais propensos a ser o problema da quebra da espuma do que o trub. Da mesma forma, uma oxidação mais grave ocorrerá depois de duas semanas somente se sua técnica de fabricação não for adequada, e não somente porque você tem trub na cerveja.

Fonte: Brew Chem 101 - The Basics of Homebrewing Chemistry