El pH es un factor importante en la elaboración de cerveza de calidad. Los niveles de pH durante las distintas etapas del proceso de elaboración afectan al potencial de extracción, al color de la cerveza, a la formación de espuma, a la extracción de aceite de lúpulo, al amargor del lúpulo y a la filtrabilidad de la cerveza. También es una consideración importante para la calidad de la cerveza durante el almacenamiento, ya que un pH bajo inhibe el crecimiento bacteriano.
¿Qué es exactamente el pH?
El valor del pH de una solución es una forma de expresar la acidez o alcalinidad de esa solución. La mayoría de los cerveceros caseros están familiarizados con la escala de pH y saben que los valores por encima de 7 son básicos (o alcalinos) y los valores por debajo de siete son ácidos (suponiendo que la lectura del pH se tome a 68 °F/20 °C). Quizá no sepas que Soren Sorensen, un bioquímico danés que trabajaba para los laboratorios Carlsberg, es el hombre que estableció el concepto de pH. Pero, ¿qué es exactamente el pH? Un buen punto de partida para explicar el pH es el agua pura. El agua pura es una mezcla de moléculas de H2O en su mayoría, y un número muy pequeño de iones de hidronio (H3O+) e iones de hidroxilo (OH-). Esto se debe a que, en el agua pura, un pequeño número de moléculas de agua se disocia espontáneamente en iones H+ y OH-. Los iones H+ se combinan casi inmediatamente con una molécula de agua para formar H3O+. La idea del pH puede abordarse de forma agradable utilizando el concepto de la constante de ionización del agua, o Kw. Kw se define como el producto de la concentración de iones H3O+ y OH- presentes dentro de la solución o:
Kw =
(En una ecuación química, los paréntesis alrededor de un ion o molécula indican la concentración de esa sustancia.)
Kw = 2 = 10-14
Resolviendo para , encontramos que:
= 10-7 (o 0.0000001)
El pH se define como el logaritmo negativo de la concentración de iones de hidronio, o, de forma equivalente:
PH = -log
Así, en el agua pura a 25 °C (77 °F), la concentración de H3O+ es 10-7, y por tanto el pH es 7.
En el agua pura a 25 °C (77 °F), el pOH -el logaritmo negativo de la concentración de iones hidroxl- también es 7 (porque la concentración de iones hidronio e hidroxl es igual). Además, en cualquier solución acuosa diluida, a cualquier temperatura, se cumple lo siguiente:
pH + pOH = pKw
Esta relación adquiere importancia cuando se mide el pH de las soluciones -como el macerado o la ebullición del mosto- a temperaturas distintas de 25 °C (77 °F), ya que el Kw varía con la temperatura.
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).
Por ejemplo, si se añade un poco de ácido al agua pura a 25 °C (77 °F), la concentración de iones hidronio aumenta. En consecuencia, el pH baja porque el pH es el logaritmo negativo de esa concentración. Además, como a esta temperatura pH + pOH = 14, la concentración de iones de hidronio baja – porque algunos iones de hidronio e iones de hidróxido reaccionan para formar moléculas de agua – y, en consecuencia, el pOH sube.
Debido a la forma en que se define el pH, la escala de pH no es lineal. 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.
Cambio durante el proceso de elaboración
Durante el proceso de elaboración, el pH del mosto y de la cerveza cambia. El agua de la mayoría de las fuentes de agua municipales tendrá un pH superior a 7 (porque está tratada para evitar la corrosión de las tuberías). Cuando se combina con malta triturada, el pH de la mezcla de grano y agua desciende considerablemente en comparación con el pH inicial del agua sola.
Disminución natural del pH
Esta disminución del pH observada es el resultado del cambio de la composición mineral dentro de la solución. El principal cambio que ocurre durante el proceso de maceración es la precipitación de fosfatos y aminoácidos derivados de la malta. Los fosfatos, como el ácido fosfórico, se disocian. Por ejemplo:
H3PO4 -> H+ + H2PO4-
H2PO4- -> H+ + HPO4-2
y
HPO4-2 -> H+ + PO4-3
Si los iones de calcio están presentes, los fosfatos precipitarán como fosfato de calcio, dejando atrás los iones de hidrógeno:
3Ca+2 + 2H3PO4 -> 6H+ + Ca3(PO4)2
Una reacción similar ocurre si hay iones de magnesio, 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 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 añade sulfato de calcio (CaSO4) al agua de elaboración de cerveza, los aminoácidos formarán el precipitado insoluble descrito anteriormente, dejando atrás iones de hidrógeno (H+) – que, recuerde, 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 utiliza la misma agua para dos macerados, un macerado con maltas especiales oscuras se asentará en un pH más bajo que un macerado compuesto totalmente por maltas base pálidas. Un macerado de maltas pálidas y un adjunto de almidón -como el arroz o el maíz- tendría un pH más alto que cualquiera de los dos anteriores.
Interferencia con la disminución natural del pH
La presencia de otros minerales dentro del agua de elaboración de cerveza puede interferir con la disminución del pH durante el proceso de elaboración. En concreto, los iones carbonato (CO3-2) y bicarbonato (HCO3-) (los iones asociados a la dureza temporal del agua) pueden actuar como amortiguadores de 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- extra reaccionarán entonces con cualquier ion H3O+ que encuentren y producirán moléculas de agua. Esto elimina efectivamente los iones H+ adicionales que se generan en el proceso de elaboración de la cerveza y limita la disminución natural del pH. Por eso es importante asegurarse de que los iones responsables de la dureza temporal se eliminan del agua de elaboración, especialmente cuando se elaboran cervezas de color claro.
PH adecuado de la maceración
Optimamente, el pH de una maceración de infusión debería estar en el rango de 5,2-5,6, siendo la mitad inferior de este rango la que se cita a menudo como preferible. Este rango es un compromiso entre los óptimos de pH para una variedad de procesos. El pH del mosto afecta a muchos aspectos de la cerveza, como el rendimiento del extracto, la fermentabilidad, la extracción de taninos, la filtrabilidad y el tiempo de sacarificación.
En un mosto de infusión, el mayor rendimiento del extracto se consigue cuando el pH del mosto es de 5,2-5,4. El mosto más fermentable se obtiene en el rango de 5,3-5,4. El tiempo de conversión más rápido se obtiene en el rango de 5,3-5,6.
Si el pH durante el macerado es demasiado alto, la hidrólisis del almidón y de las proteínas puede verse afectada negativamente. Además, un pH elevado durante el macerado aumentará la cantidad de dextrinas presentes en el mosto, lo que dará lugar a un mosto menos fermentable.
Las cáscaras de la cebada malteada contienen compuestos como polifenoles (como los taninos) y compuestos de sílice que son más solubles, y por lo tanto se extraen más fácilmente, en condiciones de pH elevado. Los polifenoles pueden contribuir a la inestabilidad coloidal y pueden producir astringencia en la cerveza terminada.
La mayor parte de los polifenoles se extraen durante las etapas finales del espumado, cuando el pH del mosto que se escurre del macerado aumenta. Por lo tanto, es importante dejar de recoger el mosto cuando el pH de las últimas escorrentías suba a 5,8-6,0. (Tenga en cuenta que lo que importa es el pH del mosto que se escurre, no el pH del agua de sparge.)
El pH óptimo para muchos aspectos de la maceración varía en realidad debido a la temperatura, el espesor del mosto y otros factores, incluyendo si se emplea un macerado de infusión o decocción. Como tal, los rangos de pH óptimos citados en la literatura cervecera a veces varían bastante.
Para el cervecero casero, conseguir que el pH de su maceración esté en el rango correcto mejorará en gran medida su cerveza si previamente no ha alcanzado la marca. Sin embargo, hacer pequeños ajustes dentro del rango aceptable probablemente no dará lugar a grandes cambios en su cerveza. Y, por lo general, una vez que aprenda a controlar el pH para una cerveza determinada, no necesitará controlar el pH en cada sesión de elaboración. En muchos casos, la primera vez que un cervecero comprueba su pH, se dará cuenta de que todo ha estado bien todo el tiempo.
Controlando el pH de la maceración
Si el pH de su maceración no cae naturalmente en el rango aceptable, hay una variedad de maneras de manipularlo. El problema más común para los cerveceros, especialmente aquellos con muchos iones de carbonato en su agua, es un pH de maceración demasiado alto. Para bajar el pH, los cerveceros suelen añadir iones de calcio, procedentes del yeso (sulfato de calcio) o del cloruro de calcio. En un lote de 5 galones (19 L), una o dos cucharaditas de cualquiera de ellos suelen resolver el problema. Asimismo, pueden añadirse ácidos orgánicos -como el ácido láctico o el ácido fosfórico- para reducir directamente el pH del macerado. La adición de malta ácida, hasta aproximadamente el 5% de la molienda, es una forma «natural» de añadir ácido láctico al macerado.
Si el agua del cervecero tiene muchos carbonatos, y esto es lo que está manteniendo su nivel de pH demasiado alto, el nivel de carbonatos puede reducirse en gran medida hirviendo el agua y trasegándola para eliminar el 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 (OI).
En algunos casos, especialmente si un cervecero está utilizando agua muy blanda y haciendo una cerveza oscura, el pH del macerado puede ser demasiado bajo. En estos casos, la adición de un poco de tiza (carbonato de calcio) o bicarbonato de sodio (bicarbonato de sodio) ayudará.
La importancia del pH de la cocción
Después de la maceración, el mosto se lleva al hervidor y se hierve. Al igual que el pH es importante en el macerado, también afecta a muchos procesos diferentes en el hervido. Durante la ebullición, el fosfato de calcio seguirá precipitándose, al igual que durante el macerado, siempre que haya suficiente calcio en el mosto. Como tal, el pH disminuye y sigue disminuyendo a medida que avanza el hervor.
Optimamente, se debe lograr un pH del mosto después del hervor de 5,0-5,2. Estar en el rango correcto le ayudará a obtener el mejor carácter extraído de su lúpulo, maximizar la cantidad de ruptura de lúpulo que se forma y mantener la recogida de color durante el hervor al mínimo. Normalmente, establecer el pH de maceración adecuado le permitirá alcanzar el pH de ebullición correcto sin ninguna manipulación, pero no siempre es así.
La isomerización de los ácidos alfa en ácidos iso-alfa durante la ebullición del mosto está influenciada por el pH. Esta reacción de isomerización se ve favorecida por un pH más alto. Dentro de un rango de pH de 8-10, la conversión en ácidos iso-alfa puede acercarse al 90%. (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 (5,2-5,4). la conversión se limita a un máximo teórico de alrededor del 60%, con un valor de utilización final de alrededor del 35%. Esto no significa que un pH de hervido alto sea algo bueno; aunque los hervidos de alto pH extraen más amargor del lúpulo, el carácter del amargor es más «tosco» y la cerveza probablemente sufrirá de muchos otros problemas relacionados con el pH.
La coagulación del rompimiento en caliente -un complejo de proteínas y polifenoles- es otra función importante del hervido. El pH de su hervor tiene un efecto muy visible en esto. El pH óptimo para la formación de la ruptura es de 5,2. Si, al principio de su hervor, ve trozos grandes y esponjosos de material de ruptura en su mosto, tendrá la confirmación visual de que su pH está en el rango correcto.
El color del mosto generalmente aumenta durante el proceso de hervor del mosto debido a las reacciones de Maillard, reacciones entre aminoácidos y azúcares. Las reacciones de Maillard no se ven favorecidas en valores de pH más bajos, por lo que tener un mosto de pH más bajo es importante si se quiere producir una cerveza de color más claro.
Si el pH de su hervidor necesita reducirse, añadir un poco de calcio suele ayudar. Para cinco galones (19 L) de mosto, 1⁄4-1⁄2 cucharadita de yeso o cloruro de calcio debería ser suficiente. También puede añadir ácido.
Y por último, la fermentación
Durante la fermentación, el pH sigue bajando por varias razones. Las células de la levadura toman iones de amonio (que son fuertemente básicos) y excretan ácidos orgánicos (incluyendo el ácido láctico). La cepa de levadura elegida puede afectar al pH final de la cerveza. La mayoría de las cervezas lager terminan en 4,2-4,6, y algunas ales terminan en 3,8. (Las cervezas ácidas pueden tener valores de pH en torno a 3,0.)
Alcanzar un pH óptimo, inferior a 4,4, favorece una maduración más rápida de la cerveza (incluida la absorción de diacetilo), una mayor 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 buena y vigorosa fermentación. Como 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 el pH disminuye, por lo que el color de la cerveza se aclara ligeramente durante la fermentación.
Resumen
El pH afecta a casi todas las reacciones físicas, químicas y bioquímicas que se producen en el proceso de elaboración de la cerveza. Los cerveceros que entienden los factores que afectan al pH y cómo manejarlos durante el proceso de elaboración serán más capaces de producir consistentemente una buena cerveza. Aunque el pH es claramente una variable importante en el proceso de elaboración de la cerveza, rara vez requiere una gran atención por parte del cervecero casero. Por lo general, la combinación del grano con el agua adecuada para la elaboración de la cerveza debería ser todo lo que se necesita para asegurar un día de elaboración exitoso.
Medir el pH (por Chris Colby)
La mejor manera de medir el pH en una cervecería casera es con un medidor de pH barato. Hay muchos modelos adecuados que cuestan menos de 100 dólares.
Cuando reciba su medidor de pH por primera vez, comience a remojar el electrodo en una solución de almacenamiento de electrodos. Siempre que el medidor no esté en uso, tendrá que ser almacenado en esta solución. Lo ideal es no dejar que el electrodo se seque nunca.
Calibre el medidor según las instrucciones del mismo, utilizando un tampón de pH 7,01 y un tampón de pH 4,01.
Tome su muestra de mosto en un vaso limpio. Si la muestra es del mosto, enfríela hasta la temperatura ambiente, incluso si su medidor de pH tiene control automático de temperatura (a temperatura ambiente, el pH de la muestra enfriada será alrededor de 0,35 unidades más alto que el pH a la temperatura del mosto). Tomar lecturas de muestras calientes disminuirá la vida útil del electrodo. Enjuague el electrodo con agua destilada y luego séquelo con un pañuelo de papel. No deje que el pañuelo toque el electrodo, sólo acérquelo lo suficiente como para absorber el líquido.
Coloque el electrodo en la muestra y déle un rápido giro. Asegúrese de que no hay burbujas adheridas al electrodo. Encienda la alimentación del electrodo. La alimentación del electrodo nunca debe estar encendida a menos que el electrodo esté sumergido.
Con la alimentación del electrodo, el medidor tomará la lectura. Anótelo en su cuaderno de laboratorio, luego apague la alimentación del electrodo antes de sacarlo de la solución. Enjuague el electrodo con agua destilada de nuevo, séquelo y vuelva a la solución de almacenamiento.