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martes, 18 de abril de 2017

Cerveza: ¿Cuánta levadura necesito?

Lo primero que tenemos que tener en cuenta son los litros de mosto que queremos que fermenten y la densidad del mismo. A mayor cantidad y densidad de mosto, más células de levadura vamos a necesitar.
Luego tenemos que considerar la temperatura de fermentación. Está claro que temperaturas extremas directamente nos van a matar los invitados. Enfoquémonos entonces en el rango de temperatura "normal" de trabajo. Esto es entre 15 y 25 para las Ales, y entre 8 y 12 para las Lagers. Mientras más frío hace mas despacio comen y se reproducen. Por lo tanto mientras más frío fermentemos, más células de levadura vamos a necesitar para consumir todo el banquete.
Esta relación entre cantidad de levadura a inocular y cantidad y densidad de mosto + temperatura de fermentación es lo que se conoce como Tasa de Inoculación o Pitch Rate en ingles.

Tasa de Inoculación

Se toma como base que necesitamos 1 millón de células por cada mililitro de mosto y por cada grado Plato de densidad del mosto. Esta tasa base se utiliza para levadura propagada o reusada. Los fabricantes de levadura comercial deben proveer cual es la tasa de inoculación para sus productos (que debería ser algo menor). En caso de no contar con esa información, utilizar este valor como guía.
Tasa de Inoculación base = (1 millón de células) x (ml de mosto) x (°Plato de mosto) 
Ahora afectamos este valor base de acuerdo a las características de la fermentación. Vamos a reemplazar el millón de células por:
0.75 millones --> Para levaduras Ale con densidad de mosto < 1.060 1.00 millón    --> Para levaduras Ale con densidad de mosto > 1.0601.50 millones --> Para levaduras Híbridas o Lager con densidad de mosto  < 1.0602.00 millones --> Para levaduras Lager con densidad de mosto > 1.060

Ejemplo

Supongamos que vamos a hacer un batch de 40 litros con densidad inicial 1.050 y queremos fermentar con una levadura tipo Ale.

Como es una cerveza Ale con densidad inicial menor a 1.060, vamos a usar una tasa de inoculación de 0.75 (millones de células / ml / grado plato)

DI: 1.050 equivale a 12.4 °Plato
Volumen: 40 litros equivalen a 40000 mililitros

La cantidad de células que necesitamos va a ser igual a:

               Cantidad de células = 0.75 x 40000 x 12.4 = 372000 millones de células
                                                 = 372 x 10e9  células        (notación científica)
                                                 = 372 billones de células  (billones USA)

Nota: nos referirmos al termino 'billón' como 'mil millones' (denominación en U.S.A.) por preferencia y conveniencia con la literatura de referencia.

La fuente de levadura disponible

Levadura seca

Cada fabricante debe proveer la cantidad de levadura que entrega en su presentación comercial. Las levaduras secas vienen generalmente en presentaciones de 5gr, 11gr o 500gr y garantizan una cantidad mínima de células viables por gramo. Esta cantidad varía ligeramente entre fabricantes y cepas, pero podemos asumir 20 (billones de células/gramo) para los fines de nuestros cálculos. A su vez podemos estimar que la viabilidad de la levadura seca decae aproximadamente en 4% por mes desde su fecha de fabricación almacenado en ambiente refrigerado [2].

Utilizando como base estas 2 asunciones, podemos calcular la cantidad de células que disponemos utilizando paquetes de levadura seca.

Ejemplo

Supongamos que tenemos 2 sobres de 11gr de levadura seca que han sido fabricado hace 2 meses.

     Viabilidad = -4%/mes --> 92%
     Cantidad de células = 20 (billones de células/gr) x Cantidad x Viabilidad
                                       = 20 (billones de células/gr) x 22(gr) x 0.92  = 405 billones de células

En el ejemplo del artículo anterior habíamos calculado que necesitábamos 372 billones de células. Con los dos sobres sobrepasamos esa cantidad. Entonces podríamos intentar calcular la cantidad estimada de gramos que necesitamos:

      Cantidad de levadura = Cantidad de células necesarias / (20 billones * viabilidad)
                                       = 372 / (20 * 0.92) = 20.2 gr

Hidratación

La correcta hidratación de la levadura seca antes de su uso tiene un gran impacto en la viabilidad resultante de la levadura.
El método aceptado general consiste en:

Calcular 10ml de agua por gramo de levadura a hidratar y sumarle un 10% adicional por evaporación.
Llevarla a hervor por 10 minutos en un recipiente limpio.
Dejar enfriar el agua hasta que alcance los 27°C.
Limpiar con alcohol el paquete de levadura y la tijera que se use para abrirlo.
Abrir el sobre y rociar la levadura sobre el agua. Tapar inmediatamente.
Dejar reposar por 15 minutos.

En la prueba de la referencia [2] podemos observar como impacta en la vitalidad una mala hidratación.

Aclaración respecto a las hojas de datos:

Las hojas de producto especifican la cantidad "mínima viable de células por gramo" que el fabricante garantiza, determinado por un conteo en placa de petri on YPD-Agar [1].  Esto se conoce como CFU (Colony Forming Units) y es la cantidad de colonias que se forman en la placa. Una colonia no es siempre formada a partir desde una única célula, sino mas bien desde dos o más. Esto hace que los valores de densidad determinados por este medio sean menores que los que se observan al microscopio.
Mientras que en la hoja de datos el fabricante declara un piso de 5 o 7 billones de células por gramo, al hacer un conteo en microscopio encontramos cantidades entre los 20 o 30 billones de células por gramo.
 
Levadura líquida

Tanto los paquetes de Wyeast como los viales de White Labs tienen una cantidad aproximada de 100 billones de células/paquete. Así mismo la viabilidad decae aproximadamente en 21% por mes desde su fecha de fabricación estando almacenado en ambiente refrigerado (vencimiento de 4 meses).

Utilizando como base estas 2 asunciones, podemos calcular la cantidad de células que disponemos en un paquete de levadura levadura líquida.

Ejemplo

Supongamos que tenemos 1 paquete de levadura liquida que han sido fabricado hace 1 mes y llego a nuestra manos con cadena de frio constante (muy ideal?):

     Viabilidad = -21%/mes --> 79%
     Cantidad de células = 100 (billones de células/paquete) x Paquetes x Viabilidad
                                       = 100 (billones de células/paquete) x 1 x 0.79  = 79 billones de células

Estamos muy por debajo de los 372 billones de células que calculamos en el ejemplo del artículo anterior. Por lo tanto necesitamos agregar mas paquetes de levadura, o bien propagar la levadura con un starter. (ver próximo artículo en esta serie)

Barro recuperado de una fermentación anterior

La cantidad de células disponibles en un barro recuperado es la más difícil de estimar porque depende de la densidad del barro, salud de la levadura original y otros desechos que quedaron en el barro como proteínas coaguladas y  restos de lúpulo.

A los efectos prácticos podemos estimar una cantidad de 1 billón de células/ml de barro denso recuperado y almacenado en ambiente refrigerado. Podemos asumir que la viabilidad decae aproximadamente igual que las levaduras líquidas (-21%/mes). En realidad es algo peor, porque el medio en el que se encuentra es algo mas agresivo (presencia de alcohol, sin nutrientes ni oxigeno). La vitalidad de las células cosechadas del barro no es la mejor. Siempre es recomendable hacer un starter para revitalizarlas.

También podemos utilizar la aproximación de Wyeast [3] para determinar la cantidad de células basado en la concentración de sólidos del barro recuperado:



El barro recuperado tiene típicamente entre un 40%  y 60% de sólidos.

Ejemplo

Supongamos que tenemos 250 ml de barro recuperado hace 1 semana y que desde entonces guaramos en la heladera. La cantidad de sólidos ronda el 35%.

     Viabilidad = -21%/mes --> 95%
     Densidad del barro = 35% --> 8.7E8 células/ml --> 0.87 billones de células/ml
     Cantidad de células = Densidad (billones de células/ml) x Cantidad (ml) x Viabilidad
                                       = 0.87 x 250 x 0.95  = 206 billones de células

Estamos algo por debajo de los 372 billones de células que calculamos en el ejemplo del artículo anterior. Por lo tanto necesitamos hacer un starter para propagar la levadura y revitalizarla. (ver próximo artículo en esta serie)



Cultivo propio
Un cultivo fresco realizado con medios correctos tiene una densidad algo menor al 1 billón de células/ml. Es necesario propagar la levadura a través de varios pasos y la levadura sembrada inicialmente buscará crecer hasta el punto de saturación de 3 billones de células por gramo de extracto en el medio de crecimiento [4].
Este punto de saturación hace que tengamos unos 8 billones de células/ml en un primer paso de 100 ml con densidad 1.020, sembrado desde una placa de petri, ampolla de solución isotónica o muestra freezada.

A partir de ahí hay que calcular los diferentes pasos de la propagación de acuerdo al método de crecimiento utilizado. Para mis cálculos uso el modelo de Kai con agitación magnética que es el método que uso [5].

    Si (cantidad de celulas inicial < 1.4 billones / gramo extracto)
         tasa de crecimiento es 1.4 billones / gramo extracto
    Si (cantidad de celulas está entre 1.4 y 3.5 billones / gramo extracto)
        tasa de crecimiento es 2.33 - 0.67 * billón de células inicial / gramo extracto
    Sino
        No se produce crecimiento

Las fórmulas son algo más complejas, por lo que voy a evitar el ejemplo acá y dejarlo directamente para mostrar en la calculadora.


Apuntes relacionados:

Conversión de Gravedad Específica (SG) a Grado Plato:

°Plato = (-1 * 616.868) + (1111.14 * SG) - (630.272 * SG^2) + (135.997 * SG^3)

Donde:
  SG: es la cantidad en Gravedad Específica. Ej.: 1.050  (es Uno Punto Cero Cincuenta.. no Mil Cincuenta)
     ^: es el símbolo de potencia matemática. SG^2 es el cuadrado de la gravedad específica. SG^3 es el cubo.

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