t3 Balance de Materia y Energia Final

FACULTAD DE INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA AMBIENTAL

TRABAJO INTERNACIONAL

CURSO DE BALANCE DE MATERIA Y ENERGÍA 

INTEGRANTES:



CAMONES MARZANO, Gispert



CASTAÑEDA EDQUEN, Katerhine Juneth



HUARCAYA ANCHAYHUA, Monica



CLASE: 21021797



PROFESOR: ING. DENIS GABRIEL HURTADO LIMA – PERÚ 2016

Resumen Ejecutivo

El presente proyecto de investigación pretende ampliar nuestros conocimientos en el estudio de los procesos existentes en una planta cervecera (Planta de Ate- Unión de Cervecerías Peruanas Backus y Johnston S.A.A.), analizando y buscando datos para poder determinar el balance de materia y energía. Asimismo, en unión con nuestra compañera de la Universidad Viña del Mar, Chile, compararemos las etapas que integran el proceso de la elaboración de la cerveza y la matriz comparativa de los procesos y los diagramas de flujo presentados del proceso elegido para una empresa de Chile y Perú. En un estudio realizado Rodriguez W. (2015), titulado Efecto de la Sustitución de Cebada (Hordeum vulgare) por Quinua (Chenopodium quinoa) y del pH inicial de maceración en las características fisicoquímicas y aceptabilidad general de una cerveza tipo ale, publicado por la Universidad Privada Antenor Orrego, comenta que la materia prima como la cebada, el arroz y el trigo que se utiliza para la elaboración de la cerveza son en cantidades abundantes; sin embargo en el Perú también se cultivan otras materias primas en cuya composición resalta el almidón, tal es el caso de los cereales andinos como la quinua, cañihua y amaranto, con esto se pretende buscar otras opciones para la elaboración de la cerveza, no perjudicando ni alterando la cantidad de nuestra materia prima. Asimismo, sabemos que existe una alta demanda de este producto y utilizan el recurso hídrico (pozos subterráneos) para su elaboración, consideramos que esta industria no representa ningún bien para la sociedad, al contrario, no preserva los recursos naturales.

I.

CONSIDERACIONES GENERALES DE LA INVESTIGACIÓN 1.1 Objetivos 1.1.1 General 

Describir el proceso de la elaboración de la industria cervecera. cervecera.

1.1.2 Específicos 

Describir el proceso de la empresa Cervera de de Backus – Perú y Kunstmann – Chile.



Elaborar un cuadro de de matriz comparativo de las etapas que integran el proceso de la elaboración de la cerveza.

1.2 Alcances y limitaciones de la l a investigación

El presente trabajo de investigación se desarrolló en el ámbito del proceso de la elaboración de la cerveza, que requiere de un conjunto de etapas para tener un producto satisfactorio. Una de las limitaciones que presentamos en el desarrollo del proyecto fue f ue la poca información con respecto a las cantidades de flujos que ingresaban de materia prima y del producto. También el tiempo para elaborar el trabajo se nos hizo muy corto. II.

GENERALIDADES DE LA EMPRESA 2.1. Breve descripción descripción de la empresa

Nombre de la Empresa: Cervecerías Peruanas Backus Sa Ruc: 20100113610 Fecha de Fundación: Fue inaugurada en 1993. Tipo de Sociedad: Sociedad Anónima Abierta CIIU: 15533 Sector Económico: Sector secundario Teléfono: (01) 3113000 Ubicación: Av. Nicolás Ayllón 4050 (Alt. km. 4.5 Carretera Central) Ate Vitarte. Lima

Fig.1 Imagen Satelital de la Planta de Ate

Fig. 2. Planta Cervecera de Ate-Lima

2.2 Reseña histórica

Fue inaugurada en 1993 y represento un hito muy importante en la historia de la empresa ya que sus instalaciones son unas de las más modernas de América, y su capacidad instalada hizo posible su expansión en el mercado cervecero. Su volumen de fabricación es de 6.1 millones de hectolitros anuales, lo que la convierte en la planta de Backus con mayor capacidad de producción. Pertenece a la empresa Unión de Cervecerías Peruanas Backus y Johnston S.A.A. (en adelante Backus) es parte del grupo cervecero SAB Miller. En el Perú, pertenece al rubro de fabricación, envasado, distribución y venta de cervezas, bebidas de malta, bebidas gaseosas y aguas. Siendo, la cerveza, el producto de mayores ingresos para la compañía. La estrategia y planes de la compañía están enfocados en la fuerza de sus marcas, en cada uno de los sectores en las que éstas compiten. Logrando que sus principales marcas de cerveza sean las primeras en términos de participación de mercado en el país. El grupo Backus resalta que ha convertido la Planta de Ate en una de las plantas cerveceras más modernas en América Latina, habiendo invertido desde su construcción en 1976 hasta 202 cerca de 219 millones de dólares americanos, pasando de una capacidad instalada de 3,9 a 5,2 millones de Hl.

Disposición de la planta Backus – Ate y ubicación de sus zonas

2.3 Descripción de los productos, mercado y clientes

En esta moderna planta cervecera se produce marcas líderes como: Cristal, Pilsen Callao, Cusqueña, Backus Ice, Pilsen Trujillo, Guarana Backus, Maltin Power, Viva Backus y Agua Tonica Backus.

Cuadro 1. Perfil de las marcas de cervezas en el mercado peruano

MARCA

CRISTAL PILSEN CUSQUEÑA AREQUIPEÑA PILSEN SAN OTRAS CALLAO TRUJILLO JUAN

Participación 56,1% (%)

20,2%

9,3%

5,0%

4,9%

Fuente: Unión de Cervecería Peruanas Backus & Johnston-UCPBJ, 2004

1,8%

2,3%

Gráfico1 Evolución de la estructura del mercado de Cervezas Peruanas, 1994-2013

Fuente: Backus, Memoria Anual 2013. Reporte Financiero Burkenroad Perú-Centrum Católica Elaboración: Gerencia de Estudios Economicos del Indecopi Gráfico 2 Evolución de los niveles de participación de mercado, 2004-2013

Fuente: INEI Elaboración: Gerencia de Estudios Económicos del Indecopi III.

MARCO TEÓRICO Y CONCEPTUAL 3.1 La cerveza y su origen Se define como “una bebida resultante de fermentar mediante levaduras seleccionadas, el mosto procedente de malta de cebada sólo o mezclado con otros productos amiláceos transformables en azúcares por digestión enzimática, cocción y aromatizado con flores de lúpulo”   (Fuente, Código Alimentario

Español).

Historia La cerveza es una de las bebidas más antiguas del mundo, junto con el vino. Desde hace miles de años el ser humano viene disfrutando de cervezas de todo tipo, sabores y colores. No existen datos sobre quienes inventaron la cerveza, pero los registros más antiguos sobre este sabroso producto, nos remontan a 6.000 años atrás, en la zona de la Mesopotamia, específicamente en Sudan, los Sumerios ya hacían cerveza e incluso dejaron registros escritos sobre la elaboración de este producto. Los Sumerios preparaban cerveza de la siguiente manera, tomaban pan hecho con harina de trigo, lo cortaban en pedazos y metían esos pedazos en vasijas a las cuales les agregaban agua, dejando esas vasijas al sol durante varios días. El calor del sol hacia fermentar la harina de trigo y gracias a este proceso obtenían una bebida alcohólica que luego filtraban y bebían. Ellos llamaron a esa cerveza Siraku según el antiguo Egipto que remonta a 4.000 años A. C.

Figura 3. Estatuilla de mujer preparando cerveza

Según el estudio de los arqueólogos, los egipcios usaban la cerveza como alimento y proporción de energía para sus obreros en la construcción. Ya por la edad media, existían en Alemania, gran cantidad de fábricas de cerveza, e incluso ya se comenzaba a realizar mezcla de cereales para obtener pro diferentes. A finales del siglo XV se promulga la primera cerveza alemana, la cual indica que la cerveza 100% pura, debe elaborarse exclusivamente con tres ingredientes: agua, malta de cebada y lúpulo, de esta manera los alemanes protegieron la pureza de Raviera Guillermo IV.

3.2 La cerveza y su composición química Según Obregón (2010), la cerveza se fabrica con agua, cebada y lúpulo, añadiendo posteriormente otros aditivos. Sus componentes finales son agua (90%), carbohidratos no fermentados (dextrinas), minerales, vitaminas, ácidos, fenoles, alcohol etílico, dióxido de carbono y aditivos diversos. En el Cuadro 1 se detalla la composición química proximal de la cerveza.

Cuadro 2. Composición química proximal de la cerveza Componente

Cantidad (g/100ml de porción bebible)

 Agua

90

Proteína

0.3

Lípidos

0

Carbohidratos

5.1

 Alcohol etílico

4.5

Ceniza

0.1

Fósforo

15

Hierro

0.1

Vitamina B1

0.01

Vitamina B2

0.03

Vitamina B3

0.06

Energía (KJ)

150.62

Fuente: Collazos y otros (2009) 3.3 Tipos de cerveza Existen fundamentalmente dos grandes tipos de cerveza, de acuerdo con el tipo de levadura que se usa:

3.3.1 Cerveza tipo lager Elaboradas con levadura de floculación baja.

3.3.2 Cerveza tipo ale Elaboradas con levadura de floculación alta.

Dentro de cada uno de estos tipos básicos hay subtipos con diferentes características, cuya nomenclatura es variable y confusa; en la figura se presenta una recopilación de algunos de los nombres registrados en la literatura para estos subtipos.

DISTINTOS TIPOS DE CERVEZA EN EL MUNDO: SUS NOMBRES Y CARACTERISTICAS TIPO DE CERVEZA

CARACTERISTICAS LAGER Clara, mucho lúpulo, seca, poco Pilseberm Hell o Pale cuerpo Igual que la pilsener, pero con dortmunder menos lúpulo y sabor más suave Oscura, sabor intenso, aromatica, Munich, Dunkel o Dark poco lúpulo, poco amarga, dulce, mucho cuerpo gual que la Munich, pero con más Bock, Marzen o Marzenbier alcohol ALE Clara, mucho lúpulo, seca, muy Pale ale amarga Oscura, poco lúpulo, dulce Brown ale Clara, mucho lúpulo, mucho cuerpo Bittler (pale ale de barril) Semioscura, dulce, poco densa, Mild ale amarga Stout o Porte Muy oscura, mucho cuerpo, mucho lúpulo, amarga, dulce o seca Fuente: HERNANDEZ ALICIA, 2003, Microbiología Industrial. 3.4. Materias primas de la cerveza

Las materias primas para la fabricación de la cerveza son los cereales, los cuales aportan el almidón y en consecuencia los azúcares que se transforman en alcohol y dióxido de carbono a lo largo del proceso fermentativo. Y sus insumos el agua, lúpulo y la levadura (Choque, 2012).

3.4.1 Cebada Es la materia prima primordial en la elaboración de la cerveza, denominada Hordeum Vulgare, para la fabricación de la cerveza es necesario que pase

por un proceso de malteado. La empresa Backus produce y compra grandes cantidades de granos de cebada.

Fig. 3 granos de cebada, imagen referencial

3.4.2 Malta (cebada malteada) Los granos de cebada son llevados a un proceso de malteado en el cual la cebada es humedecida hasta obtener un 45% de humedad, lo que permitirá la germinación de las semillas de cebada; luego es secada por medio de vapor caliente permitiendo así activar las enzimas que degraden al almidón en los azucares que permitirán su posterior fermentación; Luego este grano malteado es tostado para detener la liberación de enzimas (control de nivel) y además para definir el color del grano, el cual define a su vez el color y características de la cerveza resultante; concluida esta etapa se obtiene una malta adecuada para la elaboración de la cerveza.

Cuadro 2. Grado de tostado Grado de tostado de la

Cerveza

cebada malteada Tostada hasta dorar

Dorada

Tostada hasta quemar

Negra

Fuente: Elaboración propia  A la cebada sometida a este proceso se le llama simplemente malta. Todo este proceso se realiza en la maltería, luego del cual el grano malteado es almacenado en los silos de almacenamiento.

Fig. 4 Malta de cebada, imagen referencial

3.4.3 Agua Para la elaboración de la cerveza, el agua tiene que ser pura, potable, estéril y libre de sabores y de olores extraños. De forma natural, el agua contiene una serie de minerales (NaCl, CaCO3, CaCl2, CaSO4 y MgSO4) que condicionan la calidad de la cerveza. La influencia del contenido mineral del agua sobre el pH es importante durante la fabricación ya que el pH influye en las reacciones bioquímicas que se desarrollan durante el proceso. En todos los pasos de la fabricación hay disminución del pH y los amortiguadores minerales del agua contrarrestan en parte este cambio. Los iones de calcio ejercen influencia estabilizadora sobre la alfa  – amilasa, el ion potasio ejerce el mismo efecto pero en menor cuantía y los cloruros y sulfatos solo tienen influencia en el sabor de la cerveza (Aldón, 2005). El agua es extraída de pozos a 120m de profundidad desde la cordillera de los Andes, llevada a la Planta Ionics (zona de tratamiento y control de componentes), donde recibe un tratamiento de Electrolisis Inversa para así obtener a lo que se considera una “agua cervecera”; luego llevada a la torre

del tanque de agua.

3.4.4 Lúpulo Es el componente que le da el aroma y el sabor amargo a la cerveza, se procesan los pétalos de lúpulo para la obtención de este ingrediente. El lúpulo crece en condiciones especiales con abundante luz solar y baja temperatura, condiciones que no se dan en Sudamérica, por lo cual se tiene que importar .

Fig. 6 hojas de lúpulo, imagen referencial 3.4.5 Levadura Es

un

microorganismo

celular,

conocida

científicamente

como

“Saccharomyces cerevisiae”,   que provoca la fermentación del mosto,

transformando los azúcares fermentecibles de la cebada malteada en alcohol y gas carbónico. Es obtenida mediante la importación de cepas desde  Alemania y cultivadas bajo condiciones de laboratorio.

Fig. 7 Levadura, imagen referencial

3.4.6 Cereales aditivos En la elaboración de las cervezas se agregan cereales que harán diferenciar a cada tipo de cerveza como por ejemplo, la cerveza Cusqueña no utiliza aditivos y la cebada que utiliza es de gran calidad con lo que su cerveza adquiere un color más cobrizo; en este proceso cada cerveza se diferencia de la otra por el tipo de cereales que usa y la proporción de los mismos. Los cereales aditivos más utilizados son: el arroz ñelen, cebada cervecera sin maltear, sorgo y el gritz de maíz, los cuales hacen diferenciar a los productos y generan menores costos de producción.

3.5 Grado alcohólico El grado alcohólico o graduación alcohólica es el porcentaje en volumen de alcohol etílico contenido en una bebida alcohólica a una temperatura determinada, la cual suele ser ajustada y referida a 20 °C durante su medición experimental (Norma Técnica Nicaragüense para la elaboración de cerveza, 2006). El grado alcohólico determina el contenido de alcohol etílico formado durante la etapa de fermentación del mosto, la cual se lleva a cabo de forma anaeróbica (Rodríguez, 2003). 6 16 → 25  + 20

El grado alcohólico de los productos elaborado por la empresa Backus es del 7%.

3.6 Descripción de los equipos utilizados En general, los diseños mecánicos, eléctricos y de control están automatizados a lo largo de todo el proceso puesto que aumentan la eficiencia de las operaciones y disminuyen los posibles riesgos de daños ocasionados por la manipulación. En la planta de fuerza que es donde salen todas las fuentes de energía que son necesarias para que funcione toda la planta, esta agrupada con las siguientes máquinas:

3.6.1 Calderos Usados los del tipo piro tubulares, cuyos hogares constan de sopladores y quemadores para combustibles líquidos (en nuestro caso Diesel) que se encargaran de generar el vapor necesario para el edificio de cocinas. Cabe recalcar que para mayor rendimiento térmico el sistema de combustión, así como el de transporte continuo, se encuentran confinados en un cuerpo especialmente diseñado con aislamientos térmicos seleccionados para la aplicación y las temperaturas de operación.

3.6.2 Motores Son empleados en el accionamiento de las bandas transportadoras, los transportadores de canguilones, bombas, ventiladores y compresores. Para los accionamientos, de preferencia, en la adquisición de motores de corriente alterna que funcionan a una velocidad constante donde su eficiencia será la máxima únicamente cuando la carga es máxima, se

acoplaran accionamientos de velocidad ajustable de corriente alterna con el propósito de variar la frecuencia de la potencia suministrada al motor con el fin de reducir la velocidad para que concuerde con la necesidad de carga.

3.6.3 Motores diésel Pueden ser empleados en la generación de energía eléctrica caso no se satisfaga la demanda por la compañía de electricidad y en caso de emergencias por apagones en tiempo de estiaje.

3.6.4 Bombas Son del tipo axial y se emplean para transportar los diferentes fluidos conformados a lo largo del proceso. Por lo general empleados en evacuaciones realizadas en el edificio de cocinas, como las salidas entre: Olla de crudo, olla de mezclas, olla de filtración (afrechos), olla de cocción, sedimentador, tanques de fermentación, tanques de maduración, tanques de almacenamiento y por ultimo hacia la llenadora. Se propone el empleo de bombeo programado para satisfacer pronta y eficientemente la presión y caudales requeridos en cualquier instante, sin aplicar una fuerza innecesaria y con un mantenimiento mínimo.

3.6.5 Compresores Empleados en su mayoría del tipo pistón, permiten el funcionamiento de: el sistema de aire comprimido para la inyección del aire en la fermentación y en la maduración, el sistema de enfriamiento mecánico directo de refrigeración con gas amoniaco y el transporte y llenado del gas carbónico producido en la fermentación para la conformación del producto final. El rendimiento del sistema de aire comprimido puede aumentarse mediante el uso de aire de entrada de los lugares más fríos posibles, puesto que el aire frío es más denso y requerirá menos energía para ponerlo a la presión requerida para su inyección en los tanques.

3.6.6 Ventiladores Se utilizan en las instalaciones de recepción de malta, así como en la instalación de molienda para extracción de polvo.

3.6.7 Bandas transportadoras Usadas para el transporte de la malta y adjuntos desde su recepción realizada por camiones hasta los elevadores y transportadores de canguilones hacia las tolvas de dosificación o canalones. Son bandas deslizadoras en pasantes de lámina de metal y bandas de protección contra el polvo. Su velocidad de flujo es pequeña debido al peso de la malta y los adjuntos, que en este caso viene determinado por el grado de humedad que estos contengan.

3.6.8 Elevadores y transportadores de canguilones Empleados para mover la malta y los adjuntos en forma vertical, receptándolos de las bandas transportadoras procediendo de esta forma a descargarlos por encima de la polea del eje de cabezal conductor en la parte superior sobre los silos de almacenamiento. Estos canguilones son por lo común bandas flexibles con bolsas.

3.6.9 Transportadores oscilantes Los cuales constan de una zaranda o tamiz que por medio de un sistema vibratorio selecciona las partículas de acuerdo al tamaño de la zaranda. La harina que pasa por las zarandas pasa directamente a una tolva de harinas.

3.6.10 Montacargas Utilizadas como máquinas para manejo de materiales más comunes. Dentro del extenso campo de aplicación de estos, la realiza su modelo más básico que es el de contrapeso tipo estibador. Se destinan a las operaciones de cargas de camiones en la sección de empaque, transportando las javas o chancletas.

3.6.11 Molinos Empleados para el desprendimiento de la película del grano de malta, triturándose el cuerpo principal del almidón al grado necesario para poderlo someter a proceso.

3.6.12 Intercambiadores de calor Son usados para enfriar el mosto en su recorrido hacia los tanques de fermentación y facilitar la acción del amoniaco como refrigerante.

3.6.13 Horno de Túnel (pasteurizador)

Cuya determinación, a pesar de que las botellas de envase han sido previamente esterilizadas y todo su recorrido ha sido perfectamente controlados contra las infecciones la cerveza se debe pasteurizar, para garantizar su conservación durante periodos largos, la pasteurización consiste en calentar la cerveza a 60º C durante un corto tiempo, con el objeto de eliminar residuos de levadura que pueden pasar en la filtración.

3.6.14 Llenadora (envasadora) Busca envasar la cerveza a nivel fijo dentro de las botellas en las mejores condiciones asépticas posibles, con la menor agitación para eliminar la pérdida de gas carbónico, sin aumento de temperatura y sin inyección de aire. El llenado de las botellas es un proceso en series que en el transcurso de las botellas son lavadas con sosa cáustica para evitar cualquier tipo de microorganismo en ella. A la botella ya llena se le hace pasar por unos sensores electrónicos que distinguen si una de ellas no tiene algo propio, no está totalmente llena o está rota. En el llenado, a la cerveza se le agrega gas carbónico y agua caliente para que ésta haga espuma y no exista aire al momento de taparla.

3.6.15 Bombas dosificadoras Inyectaran la levadura en la etapa de fermentación a los tanques.

3.6.16 Filtros Por lo general se tienen: filtros lauther que sirven para separar el mosto dulce de la masilla. Estos filtros tienen un falso fondo en el cual cae el líquido y se va quedando la masilla (ésta masilla se aprovecha como alimento de ganado), filtro que consiste en panes de celulosa (masa filtrante), eliminando hasta el máximo las materias insolubles, como levadura o proteínas coaguladas que puedan contener la cerveza. Los filtros diatomeas de placas cierran el ciclo de clarificación de la cerveza previa a la etapa del envasado.

3.6.17 Tanques de contrapresión Los cuales son herméticos. En el momento del almacenamiento de la cerveza una vez carbonatada estos tanques, poseen entradas de cerveza controladas por medio de presión, con el fin de evitar que exista desprendimiento de gas, debido a la turbulencia en el seno de la cerveza.

3.6.18 Tanques Whirpool Utilizados en la clarificación del mosto donde este se bombea y se hace pasar a alta velocidad a través de una tubería tangencial a la pared del tanque, creando un flujo en el mosto que a medida que va perdiendo velocidad va provoca la deposición de los sólidos en suspensión.

3.6.19 Centrífugas Como paso previo a la clarificación de la cerveza, ésta es utilizada para eliminar un 99% de la levadura presente.

3.8. Variables de operación Sistema de gestión ambiental –ISO 14001 Como parte integrado de gestión de la empresa Backus en la producción de cerveza han incorporado la certificación ISO 14001.

Sistema de gestión de la calidad- ISO9001 Como parte del sistema integrado de gestión la empresa Backus incorporo el ISO-9001 para garantizar la mejora continua en sus procesos de elaboración de la cerveza.

3.9. Definición de términos 

Cebada: La cebada es un cereal alto, de color amarillo parecido al trigo, muy rico en azucares y escaso en proteínas, unas características que lo convierten en el ingrediente ideal y por eso más usado en su fabricación, aunque no es solo el único. (Saez & Jose, 2012)



Féculas: Almidón y fécula son una misma sustancia: un hidrato de carbono. Pero el nombre de «fécula» se reserva en particular para designar el almidón de los órganos subterráneos, tubérculos y raíces (por ejemplo, fécula de patata, fécula de yuca etc., NO CONTIENEN GLUTEN). No obstante, hay que tener precaución porque en la industria suele utilizarse el término «fécula» para designar en forma génerica a los almidones procedentes de los cereales.



Fermentación: El proceso de fermentación dura entre 6 y 7 días, se caracteriza por la formación natural de gas carbónico y alcohol, el proceso es exotérmico y se deben controlar estrictamente las temperaturas de tal forma que permitan siempre tener una fermentación controlada. (Saez & Jose, 2012)



Malta La malta es el principal ingrediente. La malta es cebada u otro cereal macerado en agua, dejado germinar durante unos días y secado en un horno. (Saez & Jose, 2012)



Lúpulo Es el elemento que le da el toque amargo que contrasta con el dulzor de la malta. El ácido del lúpulo tiene un suave efecto antibiótico contra las bacterias Gram positivas y favorece la actividad de la levadura del malteado. La planta del lúpulo es una trepadora de hojas perennes y flores verdes de forma cónica, que se secan para la elaboración de la cerveza. De esta planta se usa la flor hembra sin fecundar. En la base de sus bractéolas hay unas glándulas que contiene la lupulina que es el ingrediente que le dará el sabor amargo y los aromas propios. (Saez & Jose, 2012)

IV.

RESULTADOS DE LA INVESTIGACIÓN 4.1 Proceso de elaboración de la cerveza en la planta de Ate 4.1.1. Proceso de germinación y malteado de la cebada: El grado de germinación de la cebada, de ello depende el sabor que se le va a dar a la cerveza. Esto es debido a que, durante la germinación, la semilla de forma natural libera los nutrientes y enzimas de forma natural, es decir, la cebada sufre unos cambios bioquímicos en su estructura. De forma más detallada, la capa proteica que rodea a los gránulos de almidón en el endospermo es parcialmente degradada permitiendo al almidón estar libre y disponible para la maceración. Dentro de la semilla se encuentra el “secreto” de todo el proceso de elaboración

de la cerveza pues depende de cómo se controle la germinación de la semilla para que las enzimas y los nutrientes se liberen de forma aproximadamente igual para dar la cantidad requerida de alcohol y su sabor En el proceso de malteado debemos de tener en cuenta que después de germinado el grano la malta es indispensable saber el grado de enzimas que desarrolla debido a la germinación pues ello permitirá la degradación del almidón y proteínas en sustancias cuya cadena (complejidad) es menor; en otras palabras, para obtener azucares como maltosas y glucosas, sin embargo, es aquí donde parte del almidón ya fue convertida e maltosa por acción de las enzimas. Además, interviene el grado de dureza del grano pues depende de ello el tipo de molino que se va a utilizar en el proceso de molienda afectando, además, en el empleo de la energía y en los costos en consecuencia.

Preparación de la malta: Tiene como objetivo obtener un polvo rico en enzimas. Para hacer esto, el grano de cebada tiene que ser puesto a germinar a una

temperatura de 10 a 16 ºC, una humedad de 42 a 46 % y un tiempo de 60 horas. Después, la cebada germinada se seca usando aire caliente iniciando con un calentamiento suave hasta alcanzar la temperatura final dependiendo de las características que se deseen en la malta. Normalmente las temperaturas de secado para maltas lager son de 55 a 70 ºC y de 60 a 95 ºC para maltas ale. Finalmente se realiza la fragmentación de los granos tostados para obtener la malta en polvo (López et al., 2002; Varnan y Sutherland, 1997)

4.1.2. Almacenamiento de granos Es el espacio físico donde se almacenan la malta de la cebada, así como los demás cereales y demás maltas especiales para ello la panta de Ate cuenta con los silos de almacenamiento.

Silos de almacenamiento  Almacenes que guardan los granos de cereales cerveceros: cebada malteada y cereales adjuntos, vitales para la elaboración de la cerveza. Son estructuras de 46 metros de altura (11 pisos) construidas con la técnica de encontrado deslizante con concreto armado, con la cual no se usó un solo ladrillo (estructura sólida desde la base hasta la cima). La planta cuenta con: 

12 silos principales de 800 ton c/u para malta (cebada malteada).



6 silos intermedios de 180 ton c/u para cereales adjuntos.



2 silos laterales de 80 ton c/u para maltas especiales. Es decir, una capacidad total de más de 10,000 toneladas. La transferencia de la materia prima se realiza mediante tubos neumáticos desde los silos hacia los molinos.

Fig. 9 Silos de almacenamiento de los cereales

4.1.2 Molienda El objetivo de la molienda es dividir los granos de cebada malteada (y cereales) para multiplicar los puntos de contacto entre el interior de los granos y el agua durante la cocción, lo cual agiliza las reacciones. La molienda no debe ser demasiado fina para permitir la filtración. La planta tiene un sistema de molienda seca acondicionada: 

Se humedecen los granos de cebada malteada y se les hace pasar por molinos especiales.



Luego pasan a un tanque de pre-maceración.



Desde ahí se lleva la cebada malteada a la paila de mezclas y los cereales adjuntos a la paila de maceración.

Fig. 10 Molino – Planta de Ate

4.1.3 Extracción y tratamiento de agua Planta iónica El agua utilizada como materia prima pasa por un proceso de tratamiento en esta zona después de ser extraída de los pozos subterráneos.  Aquí el agua es sometida a un proceso de electrodiálisis inversa para obtener y controlar las concentraciones exactas de sales y minerales, dado que son necesarias la estandarización y uniformidad para la obtención del producto. La planta iónica también trata agua para uso de servicio, y trabaja a velocidades de:



100 m3/hora para agua de proceso: destinada enteramente a formar parte del producto.



200 m3/hora para agua de servicio.

Tanque de agua Es una estructura de 46 metros de altura cuya función es distribuir el agua necesaria para cada uno de los procesos. El tanque propiamente dicho se encuentra en lo alto de la torre, con el fin de que la presión permita transportarla hacia todas las áreas de la planta. (Principio de vasos comunicantes). Tiene una capacidad de almacenamiento de 1500m3 de agua. Además está dividido en dos cabinas: ƒ Una de 900m3 para almacenar agua de servicio. ƒ Otra de 600m3

para almacenar agua de proceso.

Fig. 11 Planta iónica

Fig. 12 Tanque de agua

4.1.4 Cocimiento Sala de cocimiento En esta sala se realiza casi todo el proceso de preparación de la cerveza, aquí a partir de la malta, agua, lúpulo y aditivos se obtiene el mosto, conocido como la esencia de la cerveza. Este proceso se realiza a través de la acción conjunta de una serie de Pailas u ollas donde los ingredientes son sometidos a distintos tratamientos a diversas temperaturas, al final de las cuales se obtiene el mosto. La sala de cocimiento de la planta tiene una producción de más de 1 millón de litros diarios de mosto en 8 cocimientos de 8 horas cada uno, a su vez cuenta con un sistema de recuperación de vapores.

Pailas La sala de cocimiento cuenta con una estación de control y monitoreo del cocimiento, regulando las pailas a través de un sistema computarizado de tecnología alemana Ziemann que además permite extraer muestras en cualquier momento, y cuenta con conexión satelital a la central del país europeo. Las pailas de esta sala son: 1. Paila maceradora. 2. Paila mezcladora. 3. Pailas de filtración (2). 4. Paila de ebullición. 5. Paila de sedimentación (Whirpool).

1. Paila maceradora – capacidad: 464 hectolitros  Aquí se mezclan las proporciones adecuadas de cebada malteada y aditivos en agua caliente, todo a 60ºC, en una serie de ciclos de calentamiento y reposo. En esta paila se extraen los compuestos solubles y aquellos que se solubilizan por acción de las enzimas (almidones de los aditivos), constituyendo el extracto que es mosto dulce. Del tipo de maceración depende la calidad y composición del mosto lo cual define el tipo de cerveza que se va a hacer. Es decir, los mismos ingredientes bajo procesos distintos resultan en productos distintos.

Una vez acondicionados los almidones de los aditivos por las enzimas de la malta, ambos malta y aditivos son bombeados a la paila mezcladora.

2. Paila Mezcladora – capacidad: 1094 hectolitros En esta paila se agita una masa de agua con malta al mismo tiempo que hierve la paila maceradora, y se realizan 3 procesos distintos en rangos de temperatura distintos: 

45 - 55ºC: Desdoblamiento de las proteínas de la malta (Proteolisis).



60 - 70ºC: Transformación de almidones en azúcares fermentecibles por acción enzimática. (Enzima Beta Amilasa).



66 - 76ºC: Sacarificación completa del almidón, por acción de la enzima Alfa Amilasa, transformando el almidón remanente a azúcares fermentecibles, lo que permitirá más adelante la producción de la glucosa. Esto ocurre cuando se bombea el contenido de la paila maceradora.

Luego de estos procesos se obtiene una mezcla sólido/líquido que pasará a separación para recuperar la parte líquida. Esta mezcla se lleva a la siguiente paila, la paila de filtración.

3. Paila de filtración (cubas de filtro) – capacidad 2040 hectolitros El proceso de filtración del mosto es el que demanda más tiempo, por lo que representa un cuello de botella para la producción. Como medida de solución, esta planta cuenta con 2 pailas de filtración. En estas pailas se realiza el proceso de filtración, con el fin separar la parte sólida (nepe) de la parte líquida (mosto). Para la filtración se eleva la temperatura de la mezcla de 76º a 78ºC y se bombea a las dos pailas de filtración de manera que la masa quede bien distribuida. En el interior se aísla la parte insoluble (nepe) y se lleva a tolvas de afrecho. Los dos mostos resultantes pasan de un tanque intermedio a un calentador de placas que eleva su temperatura de 76 a 98ºC. Luego del proceso de filtración se obtiene un mosto brillante y sin sedimentos.

4. Pailas de ebullición – capacidad: 1970 hectolitros Con el mosto obtenido (limpio, brillante y con la cantidad necesaria de azúcares) se procede a realizar la dosificación del lúpulo. En esta paila, el mosto filtrado, luego de alcanzar una temperatura de 98ºC, es hervido entre 103º y 120ºC. El hecho de realizar esta cocción con el lúpulo le da a la mezcla el sabor y aroma característicos de la cerveza.  Al hervir se obtiene:   Mayor concentración (eliminación del exceso de agua) y



esterilización del mosto. 

Inactivación de las enzimas y coagulación de las proteínas del mosto.



Extracción de sustancias del lúpulo que brindan aroma y sabor.



Formación del color por efecto de cocción del mosto obtenido del grano inicial.

 Además, esta paila está asociada a un sistema de recuperación de energía que condensa los vapores y reutiliza el agua obtenida.

5. Paila de sedimentación (Whirpool) – capacidad: 1340 hectolitros El mosto lupulado, luego de haber cumplido su tiempo de hervido, es bombeado a la paila Whirpool.  Aquí el mosto ingresa de manera tangencial a la paila, generándose una fuerza centrífuga que precipita en forma forzada los sedimentos o materia proteica de alto peso molecular (Trub del mosto, perjudicial para la fermentación) a la base de la paila. Ya en condiciones líquidas, el mosto se traslada a través de tuberías herméticas en dirección a la zona de fermentación y reposo para la siguiente etapa del proceso. El mosto, tras haber superado el proceso de cocimiento en las pailas, termina a una temperatura de 98ºC, para lo cual pasa a un enfriador.

4.1.5 Enfriamiento del mosto, fermentación y maduración Enfriadores del mosto En el enfriamiento se disminuye la temperatura del mosto obtenido desde 98ºC hasta 8ºC mediante un intercambiador de placas con agua a -1ºC,

obteniendo el mosto a 8ºC y agua caliente que vuelve al proceso.  Antes de pasar al siguiente proceso, al mosto frío se le inyecta levadura y aire estéril para facilitar la futura fermentación.

Tanques cilindro – cónicos Los tanques cilindro cónicos TEX u out-door, en su interior se llevarán a cabo dos procesos fundamentales que determinarán el grado alcohólico que tendrá finalmente la cerveza: la fermentación y el reposo. Estos tanques están dotados de chaquetas de refrigeración, para mantener temperaturas

adecuadas

durante

la

fermentación,

evitándose

el

calentamiento del producto. La planta cuenta con 3 tanques de 1,300 hectolitros, 6 tanques de 5,000 hectolitros y 12 tanques de 10,500 hectolitros cada uno, con una capacidad de fermentación y reposo en conjunto, de más 159,900 hectolitros.

Fermentación Es un proceso exotérmico y se debe de controlar estrictamente las temperaturas de tal forma que permitan siempre tener una fermentación controlada. La fermentación principal o tumultosa, se realiza a una temperatura de 8ºC y se caracteriza por su violento desprendimiento gaseoso. Aquí los azúcares fermentecibles provenientes del cocimiento son consumidos

por

la

levadura,

generándose

por

medio

de

una

descomposición natural dos compuestos: gas carbónico y alcohol etílico. Para la fermentación se va necesitar entre 5 y 8 días, en este periodo, se

hace un control riguroso de la temperatura y un análisis bacteriológico del extracto cuidando siempre algún tipo de contaminación bacterial. El gas carbónico, producto de la fermentación, se recupera durante el proceso por medio de tuberías y equipos especiales, siendo licuado y almacenado para su posterior utilización. Terminada la fermentación, se retira la levadura para iniciar la segunda parte: el reposo.

Reposo o maduración La estructura cónica en la parte inferior de los tanques permite extraer la levadura después de la fermentación e iniciar en el mismo tanque la segunda fermentación conocida como reposo, para lo cual se desciende la temperatura hasta 0ºC, permitiendo redondear el sabor y aroma característicos del producto; además de la estabilización y clasificación de la cerveza. En este proceso se mantiene los tanques con presión para permitir la saturación del gas carbónico en líquido, también se realiza la sedimentación de la levadura y proteínas en suspensión. El proceso de reposo se realiza en 14 días. El resultado es la obtención de una cerveza madura lista para filtrar.

4.1.6 Filtración y almacenamiento en tanques Es un proceso de la cerveza, terminado el reposo, la cerveza ya posee las propiedades requeridas para su consumo agradable; no obstante, un ligero velo o enturbiamiento permanece en ella y perjudica su brillante aspecto. Con la filtración se da la brillantez adecuada y el color dorado a la cerveza. Esta filtración consiste en enfriar la cerveza hasta la temperatura de -1.5ºC a -2ºC, para luego pasar a presión a través de capas filtrantes de tierra de infusorios (tierra fosilizada), eliminando al máximo las materias insolubles como levaduras y proteínas. La planta cuenta con dos filtros Steinecker y Schenk, de 500 hectolitros de capacidad c/u.

Tanques de Gobierno (Tanques de cerveza terminada)  – Capacidad; 2100 hectolitros c/u Una vez terminada la filtración, la cerveza es almacenada en el interior de estos enormes tanques, encontrándose en óptimas condiciones para ser

enviada a la máquina llenadora y luego ser envasada, obteniéndose acá el producto terminado de los procesos de preparación.

4.1.7 Envasado La zona de envasado de la planta está conformada por 5 líneas de envasado: 

Tres líneas de envasado de botellas de vidrio (Litro 100, 620, 320 y 355 mililitros).



Estas tienen una capacidad conjunta de producción de más de 200,000 cajas de cerveza al día, siendo su estimado de 2000 botella s por minuto.



Una línea para envases de aluminio.



Una línea para barriles chopp de 30 y 50 litros c/u.

Depaletizado y Desencajonado Las líneas se abastecen de botellas de vidrio que pueden ser nuevas o usadas (retornadas del mercado), al llegar estas son recepcionadas y seleccionadas. En el depaletizado las parihuelas conformadas por aproximadamente 60 cajas, son desagrupadas para luego ser ubicadas una a una en las fajas transportadoras que las llevarán directamente a las desencajonadoras Las desencajonadoras extraen las botellas vacías de las cajas plásticas a través de máquinas rotativas, para ser colocadas después en fajas que las trasladarán a la máquina lavadora.

Lavado de botellas Tiene como finalidad la limpieza de los envases de vidrio que han retornado a la planta cervecera, éstos son sometidos a un proceso de lavado con solución de soda cáustica y luego agua a una temperatura de aproximadamente 90ºC, para luego ser enjuagados a presión con agua previamente

tratada,

quedando

limpias,

brillantes,

frías

y

microbiológicamente aptas para ser llenadas. Sin embargo, después de haber sido escurridas, deben de pasar por un sistema de inspección con

lectores OMNIVISION que detecte cualquier anormalidad en los envases, siendo lavadas nuevamente o desechadas si se encuentran dañadas.

Llenado y coronado Las 3 líneas de envases de vidrio cuentan con 2 carruseles de llenado de 90 chupones cada uno, cuya capacidad de llenado y coronado puede llegar hasta las 5,400 botellas por minuto. El proceso se inicia una vez que las botellas se encuentran limpias; éstas, vía faja transportadora ingresan a la llenadora donde se les da la cantidad exacta de cerveza, además se añade gas carbónico en este proceso para generar contrapresión y evitar la posible oxidación (agitación) de la cerveza. Luego pasan a la máquina coronadora donde se les coloca su respectiva tapa corona. Terminado el llenado y coronado un inspector electrónico se encarga de verificar el nivel de llenado correspondiente de las botellas, retirando del proceso a las que no cumplan con este requisito.

Pasteurizado Luego del llenado y coronado, las botellas entran al pasteurizador. Aquí las botellas reciben duchas de agua caliente que elevan su temperatura desde -6ºC hasta 60ºC y manteniéndose en este proceso por 45 minutos, haciendo que el producto de salida sea microbiológicamente estable. El objetivo de la pasteurización es el de inhibir el desarrollo de fermentaciones anormales que podrían atentar contra la conservación del producto.

Etiquetado y rotulado El etiquetado está a cargo de 2 pequeñas máquinas automáticas por línea, cuya velocidad estimada es de 700 revoluciones por minuto c/u. Además de etiquetar también se rotula el lote de producción, el cual establece el tiempo

de consumo (6 meses) entre otras recomendaciones.

Encajonado y paletizado Consiste en formar grupos de botellas las cuales por medio de una máquina especial serán depositadas en cajas plásticas. Antes de ser paletizadas, las cajas pasan por un inspector electrónico que verifica la presencia de doce unidades por cada caja llenada. Si se presentara el caso de existir menos de doce botellas, se separará automáticamente esta caja de las demás, para ser completada de forma manual. En el paletizado, las cajas son mecánicamente ordenadas y colocadas sobre una parihuela en seis niveles de diez cajas cada una, que luego son encintados para el traslado a los almacenes y su posterior despacho.

4.1.8 Almacenamiento de productos terminados y distribución Almacén de productos terminados El lugar de almacenamiento debe cumplir con ser limpio/fresco/seco/oscuro para poder conservar intactas las cualidades de los productos. La planta cuenta con un almacén de productos terminados que alberga una capacidad en conjunto de 1 millón 50 mil cajas de cerveza, las mismas que son constantemente enviadas al mercado (la cerveza es perecible y su calidad deteriora con el tiempo)

Distribución La distribución de las cajas es realizada por una flota de camiones que se encargan de llevar los productos hacia Lima y provincias.

Trituración de la malta hasta harina

Suspensión en agua

Adición eventual de Maceración

Filtración

enzimas

Bagazo

Adjuntos amiláceos Cocción

Tamizado

Centrifugación

Lúpulo

Lúpulo agotado

Residuos

Enfriamiento

Mosto

Fermentación

Maduración

Centrifugación

Carbonatación

Filtración

Carbonatación

Envases

Pasteurización en

Limpieza

Envasado en botella o lata

intercambiador Esterilización

Envasado aséptico en

Almacenado

barriles

Distribución

Consumo

Pasteurización

4.3. Diagrama del proceso de la elaboración de la cerveza Empresa Backus- Planta Ate

Fuente: www. Backus.com.pe

4.4. Balance de Materia del proceso de la elaboración de la cerveza a) B.M. Global: M+L=W+F …… (1) b) B.M. de componentes: b.1) B.M de Levadura: = 

4x− TONxL=0,015TONxW ,

W=

,

b.2) B.M de agregados:    = 

0,928TONxM=0,008TONxW ,

W=

,

SABEMOS QUE:

, , ,

=

,

0,27xL=116M 

L= , De la ecuación 1, tenemos: M+L=W+F  ,

M+ , =

,

+F

F=314,63M

Tomamos a M=100TON

->F=31462,96TON ->L=42962,96 ->W=11456,78TON 4.4. Matriz comparativa de los procesos de elaboración de la cerveza entre Perú  – Chile Parámetros a

Cervecera Backus

Cerveza Kunstmann (Valdivia,

comparar

(Planta Ate – Perú)

Chile)

Ingredientes

Granos de malta,

Lúpulo, cebada, agua levadura.

lúpulo, agua, levadura, aditivos coadyudantes Etapas del proceso

Almacenamiento de

Malteado, mezcla y maceración,

granos, Molienda,

ebullición o lepulización, clarificación

Extracción y

del mosto y enfriamiento,

tratamiento de agua,

fermentación y maduración y

Cocimiento;

acabado.

Enfriamiento del mosto, fermentación y maduración, Filtración y almacenamiento en tanques, Envasado y  Almacenamiento de productos terminados y distribución Envasado

Botellas de 1.1 Lt, 1Lt.

Botellas o barril

620 ml. 355 ml. 310 ml. Envase de aluminio de 355 ml. Chopp de 50 Lt. 30 Lt. Cantidades producidas

6.1 millones de

por unidad de tiempo

hectolitros al año

Consumo de materias

18.67 millones de

primas

hectolitros de agua al año, 10,37 millones de

1.440.000 litros al año

Kg de granos de malta, 0.915 millones de Kg de Lùpulo al año Generación de

Bagazo, nepe, agua

Bagazos, levaduras y fangos de

residuos

residual producto del

depuradora.

proceso de servicio,

Envases (Vidrio, cartón, plásticos

aceites, envases

metálicos) Respel: Aceites usados, grasas, tubos fluorescentes, baterías, residuos de envases.

Costos de producción

1937750 miles de soles 15 millones de pesos, para 1300 Litros de cerveza

Precio venta del

El precio varía de

producto terminado

acuerdo a la variedad

1.500 CLP

del producto y el lugar de venta. El precio estándar es de S/. 4.20 equivalante a 1.25 dólares.

V.

CONCLUSIONES

La industria cervecera tiene una alta demanda tanto en su consumo como en el uso de materia prima para su elaboración. Es así que en una producción anual se requiere de 18,67 millones de Hl de agua. La elaboración de la cerveza tiene un conjunto de procesos complejos y necesarios para la obtención final del producto. Dichos procesos varían según el tipo de cerveza que se quiere obtener. Para el estudio particular, se tiene los siguientes procesos: Almacenamiento de granos, Molienda, Extracción y tratamiento de agua, Cocimiento; Enfriamiento del mosto, fermentación y maduración, Filtración y almacenamiento en tanques, Envasado y Almacenamiento de productos terminados y distribución.

Por otro lado, los procesos de elaboración en la industria cervecera difieren según el país que lo produce, según el tipo de cerveza que se demanda en ese país como: Ale, Lager, Negra, y otras, según la escala de producción: industrial y artesanal. Como es el caso de nuestro trabajo de investigación, al hacer una comparación con el proceso de producción de la industria cervecera del país Chile; identificamos que para su elaboración se requieren menos procesos, puesto que el tipo y escala de producción son diferentes. De acuerdo al cuadro de la matriz comparativa, se observa que el costo de producción de la cerveza de la industria peruana es más barato; debido a la escala de producción y a la reducción del costo del agua (insumo), también por la optimización de sus procesos.

VI.

RECOMENDACIONES

Se recomienda realizar una visita técnica a la planta de la industria en estudio para poder describir cada uno de los procesos de producción. VII.

BIBLIOGRÁFÍA

1. Backus. (2015). Reporte desarrolo sostenible-backus. 2. Linko, m., haikara, a., ritala, a., penttilä, m. 1998. “recent advances in the malting and brewing industry”. J. Biotechnol . 65, 85-98.

3. Cerveza Kunstmann. (Noviembre de 2016). Cervecera Kunstmann. Obtenido de http://www.cerveza-kunstmann.cl/elaboracion/ 4. Ward, L. (s.f.). Industria de las bebidas. España. 5. Castro, F. (2003). Estudio de los residuos industriales líquidos y evaluación de las alternativas de mejoras para la industria Cervecera Valdivia. Valdivia, Chile. 6. Cerveza Kunstmann. (Noviembre de 2016). Cervecera Kunstmann. Obtenido de http://www.cerveza-kunstmann.cl/elaboracion/ 7. Ward, L. (s.f.). Industria de las bebidas. España.