Hay un momento en la vida de todo cervecero casero, en que centramos nuestra atención en el ingrediente mayoritario de la cerveza: El Agua.

Quizás lo más importante cuando uno se inicia en la elaboración de cerveza, sea entender las diferentes partes del proceso y adaptarlo a las circunstancias personales (Presupuesto, espacio, etc). Por esta razón no solemos preocuparnos por las características del agua en nuestros primeros lotes.

aguattt00Pero llega un momento, bien sea por simple curiosidad o por necesidad, en que decidimos profundizar en el conocimiento del agua, para ver como puede afectar al producto final. El presente artículo pretende dar unas nociones básicas sobre la calidad del agua y su importancia y los ajustes que podemos realizar de cara al proceso cervecero.

1- Conocer la composición del agua

Personalmente recomendaría no

perder demasiado tiempo en solicitar a las autoridades locales, los análisis del agua de las redes de distribución. Algunos de los parámetros que nos interesan como cerveceros (Dureza, Alcalinidad, etc.), seguramente no vendrán reflejados en los informes, ya que al no suponer ningún riesgo para la salud, no son de obligado control, de acuerdo con la normativa estatal de las aguas de consumo (Real Decreto 140/2003 del 7 de febrero por el que se establecen los criterios sanitarios del agua de consumo humano) http://www.boe.es/boe/dias/2003/02/21/pdfs/A07228-07245.pdf

Desde hace algunos años, el Ministerio de Sanidad habilitó el SINAC (Sistema de Información Nacional de las Aguas de Consumo).

http://sinac.msc.es/

    El SINAC debería ser un espacio donde todos, a través del acceso al ciudadano, podríamos conocer la calidad de las aguas de nuestro municipio o del municipio que nos interesara. Conocer de forma rápida y fácil la calidad del agua de consumo que tomamos y que pagamos, debería ser un derecho plenamente consolidado. Lamentablemente, nos encontramos que en muchas ocasiones, el SINAC es un sistema muy poco desarrollado y que apenas facilita información de las zonas de abastecimiento.

    En el caso de no poder conseguir la información analítica del agua de nuestra red de distribución, no tendremos más remedio que solicitar un análisis a un laboratorio especializado.

Como cerveceros, hay una serie de parámetros analíticos que nos interesan mucho:

-    Alcalinidad
-    Calcio
-    Magnesio
-    Dureza Total
-    Sodio
-    Cloruro
-    Sulfato
-    Bicarbonatos
-    PH

No hace falta que seas Antoine Lavoisier para comprender este documento, tan solo tener claros unos pocos conceptos. Por esta razón, haremos una breve introducción a las bases de la química, intentando que esta no tenga un efecto narcótico en el lector. Si ya estas puesto en la materia, debes saltarte el capítulo 2. Si por el contrario, la jerga química te tira un poco para atrás, espero que esta introducción te ayude a perderle el miedo.

2- Átomos, moléculas e iones

Los átomos son las unidades elementales de la materia. Dicho de otra forma, es la unidad de materia más pequeña, que mantiene la identidad de ese elemento. A ver si podemos explicar esto de una forma clara:

Imaginemos una esfera de Hierro puro al 100% de 1cm de diámetro. Sobre ella realizamos un corte por la mitad, quedándonos con una de las mitades y desechando la otra. Sobre esta mitad realizamos un nuevo corte, y repetimos la operación sucesivamente, de manera que cada vez tenemos un fragmento más y más pequeño de Hierro (Pero todos esos fragmentos siguen siendo Hierro). Si pudiéramos repetir esta operación tantas veces como quisiéramos, llegaríamos a un punto, en que si cortamos nuevamente, obtendríamos algo que ya no seria Hierro, sino una serie de partículas que ya no se podrían llamar Hierro. Abríamos llegado al átomo.

El átomo por tanto, es la unidad más pequeña que mantiene la identidad de ese elemento.

¿Y como es un átomo?

aguattt01La estructura de un átomo consta de un núcleo y una corteza. En el núcleo se concentran unas partículas llamadas protones (con carga positiva) y los neutrones (con carga neutra). A cierta distancia del núcleo, orbitando en torno a el, hay una serie de partículas subatómicas llamadas electrones (con carga negativa). Fíjate que la gran parte del átomo, esta vacío!!, la materia en su mayor parte está vacía!


En el átomo hay una carga negativa (electrón) por cada carga positiva (protón), de modo que la carga total del átomo es neutra...Aunque esto no siempre va ha ser así. El estado de un átomo vendrá definido por el número de electrones que tenga en su corteza y de cómo estén dispuestos.

Tenemos que decir que los electrones, giran en orbitas alrededor del núcleo, pero no giran de manera arbitraria ni se distribuyen de forma caótica. Existen una serie de niveles de energía, es decir, que esa corteza atómica, está ordenada en unos niveles energéticos llamados orbitales.

Para entender esto pensemos que los electrones se colocan en la corteza atómica, como si esta fuese la grada de un estadio de fútbol. De esta manera, los electrones al “entrar en el estadio - átomo” se irán colocando de forma ordenada en la fila mas baja del graderío hasta llenarla y a medida que fueran llegando más electrones, estos ocuparían la fila inmediatamente superior.

Veamos un ejemplo muy sencillo con el átomo de Sodio (Na):

aguattt02El Sodio es un elemento químico cuyos átomos se caracterizan por tener 11 protones en su núcleo (De modo que en la corteza atómica tendremos....eso 11 electrones). Podríamos dibujarlo así:

Pero esta es una forma muy simple de representar el átomo, hemos dicho que la corteza tiene diferentes niveles de energía, con capacidad limitada de electrones.

Entonces como se ordena esos electrones alrededor del núcleo?

 

 

Pues para el caso del Sodio seria así:

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  Bueno, no nos asustemos que esto es muy fácil! Así es como se muestran los niveles de energía u orbitales, a modo de celdas donde dentro de cada una de ellas caben como máximo dos electrones, los cuales representamos como flechas. Se pone una flecha hacia arriba y otra hacia abajo, para indicar que un electrón en ese orbital gira en un sentido y el otro en sentido contrario.

En el nivel más bajo y cercano al núcleo (Nivel 1), tenemos un orbital “tipo S”, donde caben 2 electrones. A continuación está el nivel 2, donde hay un orbital tipo S (2 electrones) y un orbital “tipo P” donde caben 6 electrones (Ya llevamos 10 electrones). Finalmente el último electrón, el nº 11, se sitúa en el nivel 3, orbital tipo S. Por encima de este último electrón, hay otros muchos orbitales, pero en el caso del átomo de sodio estarán vacíos.

Este último electrón del átomo de Sodio, como vemos, está solo en su orbital, no tiene a su “compañero” orbitando en sentido opuesto. Es precisamente este hecho el que va ha determinar el comportamiento del Sodio, en cuanto a su capacidad para combinarse con otros átomos.

Bueno, ya tenemos una idea de cómo es el átomo, pero en la química del agua nos encontraremos con otros conceptos, como el de ión.

Habíamos dicho que en el átomo hay tantos protones (+), como electrones (-), lo que le da al conjunto una carga total neutra. Los protones están muy cómodos en el núcleo del átomo y no salen de ahí para nada. Pero los electrones, están orbitando en el exterior, en esos niveles de energía que veíamos y aquí si puede haber variaciones, es decir, electrones que entran o salen. La ganancia o pérdida de electrones por parte del átomo, hará que el conjunto quede con una carga total positiva o negativa.

Se llama ión, a un átomo, que como consecuencia de haber ganado o perdido electrones, queda con carga total positiva o negativa.

Si un átomo gana un electrón, quedará con carga negativa, esto es un anión. Ej.: Cl-

Si un átomo pierde un electrón, quedará con una carga total positiva, esto es un catión. Ej.: Na+

Volviendo al átomo de Sodio, si miramos la ordenación de sus electrones en los orbitales, teníamos el último electrón muy solito, sin su pareja. Esta es una configuración muy inestable para el átomo. Los átomos “intentan” tener las celdas de sus orbitales llenas (con dos electrones) o vacías, pero no semillenas. Ese último electrón del átomo de Sodio, se va ha poner nervioso y va ha tener una gran facilidad para salir del átomo y dejar el orbital 3S vació. De esa forma el átomo adquiere una configuración más estable, de modo que ya no hablamos del átomo de Sodio (Na), sino del ión Na+.
    
Y como ya sabemos  mucha química, estamos en disposición de abordar el concepto de molécula.

Podemos definir molécula como el conjunto de al menos dos átomos que se unen entre si. Esa unión puede darse entre átomos del mismo elemento (H2) o entre átomo de diferentes elementos (H2O).

Si entendemos bien el concepto de átomo y molécula, podremos hablar con propiedad sobre muchas sustancias. De este modo podemos hablar de “átomos de Oxígeno”, pero ahora sabemos que no podemos hablar de “átomos de agua”, sino de “Moléculas de agua”.

Ahora veamos el caso de la molécula de cloruro sódico (NaCl):

La sal común (NaCl), es una sustancia química, sólida a temperatura ambiente de aspecto cristalino, cuya molécula consta de un átomo de Sodio (Na), unido a un átomo de Cloro (Cl).  

Y por que se unen estos elementos para formar este compuesto, el NaCl?  

Pues la respuesta la tenemos en el número de electrones que cada uno de estos átomos tiene en su corteza. Para el Sodio ya lo hemos visto, veamos el caso del Cloro.

El Cloro tiene 17 electrones, que deben ordenarse en su corteza. Veámoslo frente al ya conocido átomo de Sodio:

 

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  Bueno, el átomo de Cloro tiene 17 electrones, por tanto es un poco más grande que el de Sodio. Sus 17 electrones, se organizan de igual manera en los niveles de energía (Orbitales), que ya conocemos. En este caso, el último orbital que aloja electrones es el 3P (con cabida para 6 electrones), pero tan solo habrá 5 electrones, quedando un “asiento vació en la gradería”.

Con todo esto entenderemos, que cuando se “encuentran” un átomo de Sodio y otro de Cloro,”llegan a un acuerdo” del que ambos salen beneficiados, ya que el Sodio tiene un electrón desaparejado y al Cloro, le falta precisamente un electrón para completar su último orbital, el Sodio tenderá a ceder su último electrón quedando como Na+, y por su parte el Cloro lo aceptará gustosamente quedando como Cl-.

 

 

 

 

 

aguattt05Aaguattt06quí vemos como estos dos átomos se encuentran “más cómodos”, es decir, con configuraciones electrónicas más estables, en forma de ión que de átomo neutro:   Na+  Cl-.  Al quedar cada uno de ellos con carga opuestas, tienden a unirse formando la Molécula de Cloruro Sódico, la sal común. Es un claro ejemplo de enlace iónico.


 
 

 

 

 

Si continuamos con el ejemplo de la sal podemos intentar visualizar a nivel molecular, que ocurre cuando una sustancia como esta se “Disuelve en agua”. Como ya sabemos de moléculas, veamos la molécula del agua:

H2O        
 aguattt07Como vemos, en la molécula de agua, el átomo de Oxígeno se representa con una carga negativa y a los Hidrógenos con cargas positivas. Esto es porque en esas uniones, el Oxígeno tiende a atraer hacia si los electrones de los Hidrógenos, generando en ese lado de la molécula un polo negativo. Esto hace que la molécula de agua sea un Dipolo permanente, es decir un lado más negativo y otros dos extremos más positivos.

Esta condición de dipolo permanente, junto con la forma y tamaño de la molécula, hacen que el agua tenga una gran capacidad para interactuar con muchísimas sustancias y disolverlas. Por eso el agua es el llamado “disolvente universal”.

Veamos que ocurre cuando añadimos una cucharada de sal en un vaso de agua y removemos:

Na+ Cl-                               

aguattt08 Los extremos más negativos de la molécula de agua se asociarán con el ión Na+ y del mismo modo, los extremos más positivos de la molécula de agua se asociarán con el ión Cl-. De esta manera se disocia y disuelve la molécula de Sal. Por eso la sal al disolverse en agua “desaparece”.
Cuando el agua se evapora, al disminuir el número de moléculas de agua, los iones Na+ y Cl- vuelven a asociarse entre si, apareciendo nuevamente los cristales de sal.  

Creo que este breve vistazo a nivel molecular, nos va a ayudar a digerir mejor, otros conceptos que veremos más adelante, como la adición de sales al agua para su ajuste mineralógico.

Espero que no haya sido un tostón.


3- ¿Porque vamos a tratar el agua?

No podemos plantearnos ningún tratamiento si desconocemos las características del agua de partida. No obstante, y como veremos más adelante, no será imprescindible recurrir a un análisis químico para caracterizar nuestra agua, bastará tener una estimación aproximada de su perfil en cuanto a la composición de diferentes iones.

Pero antes de plantearnos realizar ningún análisis, no estaría de más, hacer algo que solemos hacer con la malta y el lúpulo, es decir oler y probar. En contra de lo que siempre se nos ha dicho, el agua no es inodora, incolora e insípida. Como consecuencia, de la disolución de sales, el agua puede albergar sabores y olores, pero en principio, estos no deberían ser manifiestos, ni mucho menos desagradables para quien los percibe. Si detectas en el agua sabores anómalos o desagradables (Sabor a plástico, o excesivamente mineral, sulfúreo, metálico, etc.) muy probablemente estos sabores lleguen al producto final y quizás seria recomendable buscar otra fuente de agua.

Sabemos que existen algunos estilos de cerveza que vienen marcados por unas aguas con perfiles muy característicos. Tal es el caso de las Pilsener de Bohemia (Aguas de mineralización muy débil) o las Pale Ale de Burton (Aguas duras debido a la alta concentración de Sulfatos).

Seria deseable, que el cervecero casero, abordara este estudio de manera razonada, sin obsesionarse con unos valores concretos y realizando tan solo las adiciones estrictamente necesarias en el agua.

aguattt09Como decíamos, tratar el agua debería ser una de las últimas cosas que el cervecero casero tendría que aprender. No obstante, desde el principio todos empezamos tomando decisiones en cuanto al agua. Por ejemplo, nadie usa agua del grifo, ya que sabemos que el cloro es un problema. Creo interesante comentar que el agua de las redes de distribución en España, lleva en la mayoría de los casos una cierta cantidad de Cloro residual (No debería llevar más de 1 ppm y no menos de 0,4), vamos que el agua “está clorada”.  Este desinfectante, es un oxidante fuerte, condición en la que basa su acción bactericida (mata por oxidación). De esto podemos deducir, que el agua clorada, no es adecuada para la elaboración de cerveza, ya que el propio cloro podría oxidar muchos componentes aportados por los cereales y el lúpulo. Además su combinación con compuestos fenólicos, da lugar a clorofenoles, responsables de sabores y aromas desagradables. Así que hay que eliminar previamente el cloro de diferentes formas (Filtros de carbón activado, jarras brita o hirviendo el agua previamente).

 

 

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Si utilizamos agua envasada para nuestro proceso de elaboración, no tendremos el problema del cloro, ya que para estas aguas, deben utilizarse otros métodos de desinfección. Además en la etiqueta vendrá cierta información analítica de algunos parámetros de interés (Bicarbonatos, Calcio, Magnesio, etc). Hay que tener en cuenta que estas analíticas se realizan en el propio manantial de explotación, y no para cada lote de agua envasada, por lo que tampoco hay que tomar los datos aportados como valores exactos. No obstante, el etiquetado nos servirá para hacernos una idea de las características generales del agua.

A continuación vamos a intentar explicar que parámetros nos interesan, como interpretarlos y como ajustarlos.

4- La Alcalinidad y el PH

Para entender el concepto de alcalinidad, debemos hablar primero del PH.  Todos tenemos la noción de que el PH es un parámetro que indica si un medio es más ácido o más alcalino (o básico). El PH se mide en una escala que va desde 0 a 14:

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Sabemos que el PH es importante en algunas partes del proceso cervecero, como en el macerado, donde la bibliografía fija el rango óptimo de PH del empaste entre 5,2 y 5,8 según algunos autores, 5,2 -5,5 para otros. En este intervalo las enzimas, trabajan en perfectas condiciones. Además parece que se mejora la extracción de fermentables y se limita el arrastre de taninos.

El agua de consumo humano normalmente tiene un PH entre 7 y 8. Pero cuando maceramos, el conjunto agua – grano tiende a situarse de forma natural y espontánea en valores más bajos, a veces en el deseado intervalo 5,2-5,8. Esto es así porque en los cereales existen sales del ácido fosfórico que tienden a acidificar el medio. Las maltas caramelizadas y oscuras, tienen un mayor poder de acidificación del medio. También existe la “malta ácida” que en muchas ocasiones se utiliza con este fin. Si con el agua que utilizamos habitualmente, conseguimos este PH óptimo, pues probablemente no sea necesario realizar ninguna modificación.

Hoy en día, prácticamente todas las cervecerías tratan el agua para su proceso de elaboración y uno de estos tratamientos suele ser el ajuste del PH. La cervecería californiana Sierra Nevada, acidifica a PH 5,5 toda el agua de partida, mediante la adición de Ácido fosfórico. Este ácido suele ser el más utilizado (En forma de diferentes diluciones), debido a que prácticamente no añade sabores al producto final. A nivel casero, también tenemos disponible este y otros ácidos, para ajustar el PH, con la ayuda de tiras medidoras de tornasol, o mucho mejor con un buen PH-metro de sobremesa debidamente calibrado (Aunque esta segunda opción es mucho más cara). El procedimiento seria tan simple como ir añadiendo ácido hasta obtener el PH deseado (Con la debida corrección de la temperatura). Debes tener en cuenta que el PH del agua o mosto a temperatura ambiente, será del orden de 0,3-0,4 unidades superior al PH que tendría a temperatura de maceración. Así por ejemplo, si estamos controlando el PH del macerado, tomamos una muestra del mosto en maceración, la enfriamos hasta la temperatura ambiente (Pongamos unos 25 ºC), medimos el PH obteniendo un valor de 5,8, podemos estimar que el PH real a la temperatura del macerado es de 5,5 aproximadamente.

Pues bueno, la Alcalinidad de un agua, es la capacidad de esta, a resistirse a ser acidificada (A que se le baje el PH). Aquí entran en escena los Carbonatos (CO3-2) y Bicarbonatos (HCO3-), que son iones de la disociación del Ácido carbónico (H2CO3). Estos compuestos son los principales responsables de la alcalinidad del agua (También los Hidróxidos), de manera que cuanta mayor sea la concentración de estos, mayor será el carácter alcalino del agua.

Los Carbonatos y Bicarbonatos tienen un efecto tampón. En química se denomina tampón a aquellas sustancias capaces de fijar y amortiguar los cambios de PH en el medio.

En las aguas que normalmente utilizaremos para elaborar cerveza, podemos decir que todo el poder alcalinizante estará en forma de Bicarbonato. Por este motivo la estimación de este parámetro es útil. En PH superior a 8,3, predominará la forma Carbonato (Pero bueno, solo es un dato informativo).

Lo que tenemos que tener claro es que si nuestra agua tiene alta Alcalinidad,  cuando realicemos el macerado, será más complicado situarnos en el deseado intervalo (5,2 – 5,8), ya que al tratarse de un agua que ofrece más resistencia a la acidificación, el PH del conjunto puede quedar demasiado alto.  

La Alcalinidad del agua suele expresarse en mg/l de CaCO3 (Miligramos por litro de Carbonato Calcio). De esta manera, si para un agua cualquiera, vemos que tiene una Alcalinidad de 150 mg/l de CaCO3, ¡Ojo! no significa que en el agua haya 150 mg/l de Carbonato cálcico, sino que tiene una alcalinidad equivalente a dicha concentración de Carbonato cálcico. Espero que esto se haya entendido.

A veces no disponemos del dato de la Alcalinidad expresada en estas unidades, sino lo que tenemos es la concentración de Bicarbonatos en ppm o mg/l (Como ocurre en las etiquetas de las aguas envasadas). Ningún problema, podemos convertir esas unidades y obtener la estimación de la Alcalinidad en mg/ CaCO3. Fijémonos en la siguiente tabla:

Tabla 1. Unidades de Alcalinidad

º F (Grado Francés)

mg/l CaCO3

mg/l HCO3-(Bicarbonato)

1

10

12,2

Esta tabla muestra en la primera columna el Grado Francés, una de las unidades en que se puede expresar la Alcalinidad. En la siguiente columna vemos su equivalencia expresada en mg/l CaCO3 , y en la tercera columna la equivalencia en mg/l de Bicarbonatos.

Ejemplo:

El etiquetado de una garrafa de agua mineral muestra, entre otros parámetros, una concentración de Bicarbonatos de 150 mg/l. Si queremos obtener la estimación de su Alcalinidad expresada en mg/l CaCO3, tan solo tenemos que utilizar las proporciones que viene en la tabla anterior. De este modo, obtendremos en nuestro ejemplo, una Alcalinidad de 122,9 mg/l CaCO3.

Ray Daniels en su Desigining Great Beers, Capítulo 8, muestra una ecuación mediante la cual podemos estimar el pH del macerado, tan solo con los datos de la Concentración de Calcio (mg/l), Magnesio (mg/l) y el dato de la Alcalinidad en mg/l CaCO3.

Alcalinidad  (mg/l CaCO3)    _______  * 0,056   =       _ _ _ _ _   (1)

Calcio (mg/l)                           _______  * -0,04    =       _ _ _ _ _   (2)

Magnesio (mg/l)                     _______  * -0,033 =        _ _ _ _ _   (3)

      Suma de (1) + (2) + (3)                                                  _ _ _ _ _   (4)     

     Se multiplica el valor en (4) * 0,028                             _ _ _ _ _   (5)    

   
PH estimado del macerado:     Valor en (5) + 5,8

Como dice el autor, se trata de una estimación, ya que puede haber factores que modifiquen el valor final (Porcentaje de maltas oscuras, malta ácida, etc). Con la ecuación puesta en una hoja Excell y la tabla 1, puedes hacer la estimación del PH del macerado de cualquier agua envasada, ya que todas incluyen en su etiqueta los datos necesarios. Hoy en día, diversos Software cerveceros pueden ser herramientas útiles par estos cálculos. Pero recuerda que no hay que obsesionarse con la exactitud, sino más bien estar en el rango deseable.

¿Pero que es mucho y que es poco, si hablamos de Alcalinidad?

En lo relativo a la Alcalinidad, mostramos a continuación una tabla muy sencilla para orientarnos y evaluar la Alcalinidad de nuestra agua.

Tabla 2. Rangos de Alcalinidad

Rango

Alcalinidad (mg/l CaCO3).

Bicarbonatos (mg/l)

Baja

<75

90

Media

75 – 150

90 – 180

Alta

> 150

> 180

En caso de que nuestra agua tenga una alcalinidad alta o moderada, deberíamos reducirla, por ejemplo rebajándola con agua destilada, o mejor aún, con el uso de un sistema de ósmosis inversa.

Los equipos domésticos de desionización por ósmosis inversa, son un buen método para obtener un agua de mineralización baja, sin Cloro residual y sin el problema de la Alcalinidad, una página en blanco sobre la que podremos añadir todo aquello que necesitemos. Es importante realizar un buen mantenimiento del sistema, así como los correspondientes cambios de filtros periódicamente.

Una de las formas más cómodas para un homebrewer, de ajustar el PH del macerado, es aumentando la concentración de Calcio y/o Magnesio en el agua del macerado. Es decir adicionando sales como Cloruro Cálcico y Sulfato cálcico. Los iones Ca y Mg, tienen un efecto acidificante del PH en el macerado (Omitimos la demostración de este hecho, al menos por el momento).

Más adelante veremos ejemplos reales de diferentes tipos de aguas, para poder ver las diferencias e interpretar los valores. Pero ahora continuemos.


4- La Dureza y la importancia del Calcio

La Dureza del agua es un parámetro del que se hace un uso popular, ya que lo oímos nombrar a menudo, así decimos que ciertas aguas son “Duras” y otras “Blandas”. Aunque no nos hace falta una definición académica de este concepto, si que deberíamos entenderlo y no confundirlo con la Alcalinidad.

A efectos cerveceros, definiremos la Dureza del agua, como la suma de las concentraciones de los iones Calcio (Ca+2) y Magnesio (Mg+2). Hay otros elementos que pueden contribuir a la dureza pero con un efecto mucho menor, como son los iones de Hierro, Aluminio, Manganeso, Estroncio, etc. Nosotros nos centraremos en Calcio y Magnesio, que son los principales (Normalmente la contribución del Calcio suele ser bastante más importante que la del Magnesio).

La Dureza se puede medir en  diferentes unidades (Grado Francés, Grado Inglés, Grado Alemán, Grado Americano, etc), pero para concretar, nos centraremos en las más habituales para nosotros:

1 Grado Francés (También llamado Hidrotimétrico), representa la Dureza de una solución que contiene 10 mg/l CaCO3 (mg/l de Carbonato cálcico), lo que equivale a 4 mg/l de Calcio. Véase la tabla siguiente:

Tabla 3.  Unidades de Dureza

Grado Francés

Mg/l CaCO3

mg/l Ca+2

1

10

4

Y para valorar la Dureza del agua, podemos guiarnos por esta otra sencilla tabla:

                Tabla 4. Rangos de Dureza

Denominación

Dureza Grado Francés

Dureza mg/l CaCO3

Muy Blanda

0 - 5

0 – 50

Blanda

5 - 10

50 – 100

Ligeramente Dura

10 - 20

100 – 200

Dura

20 - 30

200 – 300

Muy Dura

> 30

> 300

Las aguas duras y muy duras, son incrustantes, es decir tienden a dejar depósitos de sus sales en griferías, resistencias, etc. Por el contrario, las aguas excesivamente blandas se denominan “agresivas”, ya que tienden a  atacar y corroer ciertos materiales metálicos como los cromados, ya que son aguas muy ávidas por disolver solutos.

Pero volvamos a la cerveza que es lo nuestro, y prestemos atención ahora a un elemento muy importante en el proceso, el Calcio.

La bibliografía nos dice que el agua para la elaboración de cerveza debería contener entre 50 y 150 ppm de Calcio. Este elemento es muy importante en la naturaleza y no podía ser menos en lo relativo al espumoso elemento. Las enzimas que actúan en el macerado, necesitan del Calcio para su correcto funcionamiento. El Calcio es un cofactor de estas enzimas. También la levadura lo necesitará en su metabolismo. Por todo esto, debemos valorar si nuestra agua contiene el suficiente Calcio y en caso contrario, aportarlo en la cantidad adecuada. Al final de este documento mostraremos como añadir diferentes sales al agua.

Pero fijémonos en algo importante. Hemos dicho que el Calcio es necesario, por lo tanto, una cierta Dureza en el agua es beneficiosa para nosotros, ya que eso significa que hay niveles de Calcio y también de Magnesio. A priori, la Dureza no debe ser tomada como algo negativo.

Lo que ocurre, es que tanto el Calcio, como el Magnesio, no se incorporan al agua de manera independiente, sino que lo hacen como elementos constituyentes de diferentes sales que se disuelven en el agua. En muchos casos, ocurre que gran parte del Calcio presente en forma de ión, proviene del CaCO3. En efecto, el ya mencionado carbonato cálcico, que al disociarse en el agua, además del Ca+2, liberará CO3-2 (Ión Carbonato), que a su vez y dependiendo del PH dará lugar al HCO3- (Bicarbonato). Como ya sabemos, carbonatos y bicarbonatos contribuyen a la Alcalinidad del agua. Por lo tanto es importante diferenciar bien, Dureza y Alcalinidad.

Veamos el curioso caso de las aguas de la región de Burton Up Trent en Inglaterra, famosa por sus cervezas Bitter y Pale Ale. A continuación se muestra un informe, de la concentración de diversos iones, en el agua de red de dicha región (Datos procedentes del libreo Designing Great Beers):

Tabla 5. Burton Water Profile

Valores

Ppm o mg/l

Calcio

294

Magnesio

24

Sodio

24

Sulfatos

801

Cloruros

36

Carbonatos

0

Viendo la tabla, podemos darnos cuenta que se trata de agua muy dura, fundamentalmente por los valores de Calcio. Pero se trata de una dureza que no procede del Carbonato cálcico, (ya que vemos que no hay niveles detectables de Carbonato), sino por el CaSO4 (Sulfato cálcico). De hecho, el parámetro que más llama la atención son los Sulfatos, con 801 Ppm (Un valor muy alto). El agua de Burton, es un ejemplo de agua Dura pero no Alcalina.

En caso de intentar “Burtonizar” el agua para el proceso de elaboración, tal vez, no seria necesario llegar hasta esos niveles de Sulfatos. En nuestra normativa sanitaria, el agua de las redes de distribución para consumo humano, no deberían superar los 250 ppm, aunque sabemos que hay zonas de nuestra geografía, donde puntualmente se supera este nivel, sin que suponga un potencial riesgo para la salud. Bueno, aquí que cada cual haga su valoración.

En mi caso, que vivo en la Comunidad Valenciana, si me encuentro con un agua dura o muy dura, podemos asegurar, sin necesidad de hacer ningún análisis adicional, que se trata de una dureza proveniente del CaCO3, (Como suele ser común en toda la costa mediterránea española) y por lo tanto será además, un agua Alcalina.
 
A continuación mostramos un mapa, donde se pueden ver las diferentes zonas en España, en cuanto a la Dureza de las aguas.

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5- Evaluación previa del agua.

A continuación mostraremos una tabla con las concentraciones de los iones más importantes, en diferentes aguas que están a nuestro alcance, con la finalidad de que podamos ver sus diferencias, tomar referencias sobre los diferentes parámetros y proponer los ajustes, si estos fueran necesarios.

En la tabla 6, los valores numéricos se refieren a las concentraciones de los parámetros en ppm (Partes por millón) o mg/l, y se han obtenido por determinación analítica en un laboratorio acreditado, a lo largo del mes de septiembre de 2013.


Tabla 6. Valoración de diferentes aguas

Ppm - mg/l

Tonetty’s Home

Ósmosis Inversa

Agua Bronchales

Agua de Cortes

Cloro libre

0,43

0,03

--

--

Calcio

128

4

6

86

Magnesio

27

0,5

3

7

Bicarbonato

250

34

32

266

Sulfatos

219

2

4

187

El agua denominada Tonetty’s Home, es el agua de mi casa, tal cual llega de la red de distribución. Como veis, es un agua horrible para hacer cerveza; está clorada y con unos niveles de bicarbonatos que le confieren una alta Alcalinidad.

En la segunda columna (Ósmosis inversa), se muestran los resultados para un agua de red (Castellón de la Plana), que ha pasado por un equipo de desionización doméstico, basado en la ósmosis inversa. Hay que decir, que en el momento de realizar el ensayo, las membranas del equipo de ósmosis eran muy nuevas, apenas con diez días de utilización. Además, el edificio donde fue tomada la muestra, cuenta con un descalcificador comunitario de intercambio iónico, que trata el agua entrante que luego se distribuye a las viviendas. Este doble tratamiento explica las bajas concentraciones que hallamos para todos los parámetros, dejando un agua de mineralización muy baja. Los 0,03 ppm de Cloro libre, son absolutamente despreciables y no deben preocuparnos. Con la excepción de algunos estilos muy característicos (Bohemian Pilsener), para la gran mayoría de cervezas, deberíamos adicionar algunas sales, para aumentar sobre todo los niveles de Calcio, Cloruros, Sulfatos…Enseguida veremos como hacer esto.

Algunos cerveceros recogen agua de lluvia para sus elaboraciones. En este caso, sin necesidad de analizarla, podemos atribuirle una mineralización muy baja, con unos niveles similares a los que acabamos de ver.

La siguiente columna (Agua de Bronchales), se refiere a un agua comercial envasada, que declara en su etiquetado “De mineralización muy débil”. Podemos comprobar que sus valores se corresponden bastante con lo que declara la etiqueta y son similares a los vistos para el agua tratada con ósmosis inversa.
En la última columna tenemos otra agua envasada comercial (Agua de Cortes). La suma  de las concentraciones de Calcio y Magnesio, nos dice que se trata de un agua a la que podríamos llamar dura o moderadamente dura. En este caso, esa dureza viene conferida por el Carbonato cálcico, ya que la concentración de Bicarbonatos es más que notable. Por lo tanto, deberíamos tratar esta agua con la idea de reducir su alcalinidad, o contrarrestarla mediante la adición de sales de Calcio, para conseguir un PH adecuado en el macerado.

Son tan solo ejemplos reales, que podemos tomar como referencia para valorar nuestras aguas.

6- Tratamiento del agua mediante adición de sales.

Entendemos por tratamiento, toda aquella modificación química del agua, bien sea por eliminación o adición de sustancias. Como hemos dicho, cualquier tratamiento debería estar basado en un conocimiento previo de las características del agua de partida.

En este punto nos centraremos, en como realizar las adiciones de diferentes sales, para ajustar el PH del macerado, así como para aportar las cantidades necesarias de los elementos principales. Es importante remarcar, que en la elaboración de cerveza casera, no es necesario clavar las concentraciones de los iones con gran exactitud. Algunos galardonados Homebrewers americanos, autores de libros que todos conocemos, realizan estas adiciones a modo de “ 1 teaspoon”, “½ teaspoon”, etc. Es decir una cucharada de esto, o media de lo otro. El objetivo es obtener unas concentraciones dentro de los márgenes recomendados, sin preocuparnos demasiado por la concentración exacta.

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Por lo tanto, realizar estas adiciones, va a ser algo muy sencillo de llevar a cabo. No obstante, en caso de no tener claro este tema, es mejor abstenerse de realizar ninguna adición, ya que puede que lo único que consigamos sea empeorar la situación.    

La finalidad de la adición de sales puede ser diversa (Ajuste del Ph del macerado, aporte de Calcio, resaltar el carácter maltoso o lupulado, etc.). Las sales de Calcio, como el CaCl2 (Cloruro cálcico) y también el CaSO4 (Sulfato de calcio), suelen ser las más utilizadas para estos propósitos. Hay que tener en cuenta para estas dos sustancias (Y algunas otras), que normalmente las encontraremos en sus formas hidratadas, es decir, cada una de sus moléculas llevará unidas algunas moléculas de agua. Estas sales, en estado puro son muy higroscópicas, esto es, absorben rápidamente la humedad ambiental y tienden a apelmazarse dificultando su manejo, pesada y conservación. Por esto, las formas hidratas son más estables. Tan solo tendremos que tener en cuenta, que esas moléculas de agua acompañantes, contribuyen al peso molecular. Veremos todo esto mejor con la siguiente tabla y algún ejemplo.

Tabla 7 (Sales y  % en masa de cada ión).

Fórmula

 

%

%

CaSO4 2H2O

Gypsum

Ca    23%

SO4    56%

MgSO4 7H2O

Epsom Salt

Mg    10%

SO4    39%

CaCl2 2H2O

 

Ca    27%

Cl      48%

CaCO3

Chalk

Ca    40%

CO3   60%

NaCl

Sal común

Na   40%

Cl    60%

En la tabla 7 se muestran las sales más frecuentemente utilizadas para el tratamiento del agua, el nombre por el que se conocen algunas de ellas y el porcentaje en masa de cada uno de los iones.

A la hora de añadir ciertas sales tendremos que considerar las siguientes cuestiones:

-    Como es el agua de partida.
-    El volumen de nuestro lote de cerveza.
-    La concentración aproximada que queremos alcanzar de un determinado ión.

También es importante valorar en que momento realizar la adición las adiciones. Una forma práctica de afrontarlo es tomar el dato del volumen de nuestro lote.

    Quizás con un ejemplo veamos todo esto más claro:

Supongamos que partimos de un agua de mineralización muy débil (Agua de ósmosis inversa), con la que vamos a preparar un lote de 20 litros de cerveza (Una Pale Ale por ejemplo). Consideramos que la concentración inicial de Calcio en el agua de partida es muy baja, o incluso a efectos prácticos, la vamos a considerar nula. Como sabemos que el Calcio será importante a lo largo del proceso, decidimos incorporarlo mediante la adición de sales marcando una concentración deseable de 100 ppm o mg/l de Ca. La sal que decidimos usar es el CaCl2 2H2O.  

Deseamos unos 100 mg por litro de Ca. Como vamos a preparar un lote de 20 litros:

    100 mg  * 20 = 2.000 mg de Calcio à Equivale a 2 gramos de Ca.


Debemos adicionar 2 gramos de Calcio. Pero lo que tenemos es el Cloruro cálcico dihidratado. De la Tabla 7 podemos obtener la cantidad necesaria de esta sal:

        Si en 100 g de  CaCl2 2H2O           à    Hay 27 g de Ca

        X gramos de CaCl2 2H2O               à     2 g de Ca


                        2 * 100
        X =   ------------------ =  7,4 gramos de  CaCl2 2H2O
                           27

Así pues, añadiendo 7,4 gramos de esta sal (Aproximadamente una cucharadita de postre) proporcionamos 2 gramos de Ca, que en el volumen final de mosto llevado al fermentador, dejará una concentración de unos 100 mg/l de Ca.

Pero no olvidemos que también estamos adicionando ión cloruro (Cl-), en concreto 3,5 gramos de Cl-, (Si nos fijamos en la tabla, el ión cloruro supone el 48% de la masa) que para los 20 litros finales se traducen en 175 mg/l.

Estas concentraciones que calculamos para el Ca y el Cl-, son estimaciones, ya que a lo largo del proceso no hacemos mediciones exactas de los volúmenes, puede haber pérdidas de algunas sales por el camino, fenómenos de precipitación, absorción por parte del grano, una evaporación mayor de la  esperada.... Realmente no importa si la concentración de Calcio al final nos queda en 90 ppm o 110 ppm, lo importante es que esté en el rango deseado para este elemento (50 – 150 ppm).

En la bibliografía podemos encontrar prácticas tablas, mediante las cuales conocer la cantidad necesaria de cada sal, para un volumen determinado. De todos modos, es importante que conozcas como se hacen estos cálculos, de modo que las adiciones se realizen siempre desde el conocimiento y de una forma razonada.

Veamos a continuación una receta de Gordon Strong (Brewing Better Beer) como ejemplo donde el cervecero adiciona sales:

The King – Belgian Pale Ale        (19,9 litros)

3,2 Kg        Malta Pale
1,4 Kg        Malta Viena
170 g        Malta Biscuit
283 g         Malta CaraMunich
340 g         Malta Aroma
11 g        Malta Black

28 g Saaz Flor (4%    alfa ácidos)    60 minutos
14 g Saaz Flor (5,8% alfa ácidos)    15 minutos
14 g Saaz Flor (5,8% alfa ácidos)     5 minutos

WLP515 Antwerp Ale Yeast
OG: 1048
FG:1010
25 IBU
5% ABV

 


 

Macerar a 66 ºC con agua de ósmosis inversa con ½ cucharadita de CaSO4 y ½ cucharadita de CaCl2. Recoger 28,4 litros. Durante el hervido (90 minutos) añadir ¼ cucharadita de CaSO4 y ¼ cucharadita de CaCl2. Volumen final en el fermentador 20,8 litros. Inocular la levadura a 16 ºC y fermentar a 18 ºC.


Como vemos, Gordon Strong realiza las adiciones a ojo de buen cubero, sin medir exactamente la masa. En este caso, decide añadir parte de ellas durante el macerado, para conseguir el PH adecuado y posteriormente, durante el hervido hace otras dos pequeñas adiciones, para asegurar una cantidad adecuada de Calcio y ajustar las concentraciones de Cl- y SO4-2, que jugarán un papel en el sabor final, resaltando el carácter maltoso y/o lupulazo de la cerveza.  

Recuerda que añadir sales no es nada complicado, ya lo ves, pero hazlo desde el conocimiento y si no lo tienes claro, mejor será que te adaptes al tipo de agua disponible.


7 . Efecto en el sabor de algunos iones.

En apartados anteriores hemos hablado de la importancia del Calcio como regulador del PH, cofactor de las enzimas durante el macerado y como elemento necesario para la levadura. Pues bien, a la hora de influir en el sabor del producto final, aparecen otros iones que también pueden ser relevantes.

El Magnesio (Mg+2), además de contribuir a la Dureza y el PH (En menor medida que el Calcio), también puede acentuar el sabor y la acidez en dosis pequeñas.

El Sodio (Na+),  puede ser un potenciador del sabor en dosis bajas. A concentraciones mayores puede conferir salinidad e incluso ser tóxico para la levadura.

El Cloruro (Cl-), acentúa la plenitud y dulzor en cervezas donde predomina un carácter maltoso.

El Sulfato (SO4-2) resalta la sequedad en la cerveza y el amargor del lúpulo. En concentraciones muy altas pueden aportar sabor sulfúreo.

Las adiciones de sales para impartir o resaltar sabores, suelen hacerse durante el hervido.

Para muchos cerveceros, la relación entre el Cloruro y los Sulfatos es importante, especialmente en diferentes estilos británicos. Así, este ratio se suele inclinar hacia los Sulfatos en cervezas más lupuladas y hacia el Cloruro en cerezas más maltosas. Como datos de referencia podemos mostrar los siguientes ejemplos para dichas relaciones:


    Sulfatos        :    Cloruro

  Bitter                                      2                       1    

  Mild                                        1                       2   

Stouts & Portes                     1                       3


Recomendaciones finales

Bueno, si estas empezando en esto de la cerveza casera, mejor reserva la lectura de este documento para cuando lleves unos cuantos lotes y hayas asimilado los conceptos importantes del proceso de elaboración.

- El estudio del agua es complejo y por lo tanto tenemos que extraer tan solo los conceptos más importantes y aplicarlos desde el conocimiento y de forma práctica.

- Conoce bien las características de tu agua de partida y en caso de tener que adicionar sales, hazlo por los objetivos comentados (Ajuste del PH, suplemento de Calcio, acentuar sabores). Procura no pasarte en estas adiciones.

- Intenta conseguir un PH óptimo en el macerado.

- Dureza y Alcalinidad  no es lo mismo.

- No te ofusques en reproducir los perfiles exactos de las aguas de otras regiones famosas por sus cervezas.

- Recuerda que la exactitud, en lo relativo a los valores de concentración de los iones no es tan importante. Tan solo asegúrate de estar dentro del rango recomendado.

- Consulta la bibliografía recomendada para ampliar conocimientos y saca conclusiones de tu propia experiencia.

Espero que este documento pueda ser de utilidad para quienes necesiten ajustar el agua en sus birras caseras.

Cheers !!

                Tonetty

Bibliografía recomendada

- Brewing Better Beer         (Gordon Strong).
- Designing Great Beers     (Ray Daniels).
- Análisis de las aguas        (Jean Rodier).

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