Durante el proceso de fermentación de la cerveza, se generan tres tipos de residuos sólidos: bagazo, sedimento caliente (también llamado turbio caliente) y levadura residual. Si bien el primero se utiliza como alimento para el ganado, los demás aún no han encontrado una verdadera reutilización en el ámbito de la economía circular, pero tienen buenas perspectivas como fertilizantes orgánicos para el cultivo de cebada cervecera.
En un artículo de un equipo internacional de investigadores de la Universidad de Camerino (Italia) y de la Universidad de Tecnología Química (República Checa) sobre las perspectivas de procesar los residuos de la cerveza en fertilizantes para la cebada para cerrar la cadena de producción.
Los residuos cerveceros no utilizados podrían tener un nuevo uso
La cerveza es una bebida alcohólica elaborada con cuatro ingredientes básicos: agua, malta, lúpulo y levadura. El proceso de elaboración produce grandes cantidades de tres residuos sólidos: granos gastados, sedimentos calientes y levadura residual.
El grano de cerveza es el grano de malta residual que queda después del proceso de maceración y se ha estudiado para diversos fines, como la alimentación animal, la producción de biogás e incluso la producción de alimentos.
Sin embargo, en etapas posteriores de la producción de cerveza se generan otros dos tipos de residuos sólidos, a saber, el turbio caliente (HT) y la levadura residual (RY), que aún no han encontrado áreas de reutilización significativas.
El primero, HT, consiste en sólidos formados durante la ebullición del mosto y posteriormente separados durante el proceso de whirlpool. Contiene una mezcla de partículas de lúpulo, mosto arrastrado y proteínas coloidales de alto peso molecular que tienden a coagularse durante la ebullición del mosto.
La composición del HT depende de numerosos factores, como las variedades de cebada y lúpulo, la concentración, la solubilidad de los compuestos del lúpulo y la malta, y los parámetros del proceso cervecero, como el control del pH, la concentración iónica, el tiempo de homogeneización y la oxidación por ebullición, que desempeñan un papel fundamental en la composición del residuo. La mayoría de los compuestos del lúpulo (aproximadamente el 85 %) son insolubles en el mosto y se desechan como HT. El HT se compone de un 50-60 % de proteínas, un 15-20 % de resinas, un 2-3 % de cenizas y un 1-2 % de ácidos grasos. A pesar de estos nutrientes beneficiosos, no es apto para el consumo humano ni animal debido a su desagradable sabor amargo.
El segundo subproducto del proceso cervecero es el RY, que se forma cuando la levadura finaliza su fermentación. La cantidad de biomasa microbiana depende de varios factores, como las condiciones de fermentación, como la aireación, la temperatura, el pH, la concentración del inóculo y la viabilidad celular. El tipo de microorganismo y la composición del mosto también influyen en la composición del RY.
La levadura utilizada en la elaboración de cerveza se puede dividir en dos categorías principales: levadura «ale» de fermentación alta ( Saccharomyces cerevisiae ) y levadura «lager» de fermentación baja ( Saccharomyces pastorianus y Saccharomyces carlsbergensis ). La elección de las cepas de levadura influye significativamente en las características organolépticas de la cerveza. Al final de la fermentación, la levadura se separa del líquido principal mediante un proceso llamado floculación. Las células de levadura se agrupan para formar flóculos que ascienden a la superficie (fermentación alta) o se depositan en el fondo del recipiente (fermentación baja). Investigaciones recientes han comenzado a explorar la posible reutilización de los residuos cerveceros en diversos sectores, incluyendo aplicaciones alimentarias y nutracéuticas, y su uso en prácticas agrícolas sostenibles.
En 2022, los Estados miembros de la Unión Europea produjeron un total de 34.300 millones de litros de cerveza con alcohol y casi 1.600 millones de litros de cerveza con bajo contenido alcohólico o sin alcohol, lo que representa una media de casi 80 litros per cápita.
Este nivel de producción genera cantidades significativas de subproductos y residuos. De hecho, por cada hectolitro de cerveza, se generan aproximadamente entre 14 y 19 kg de bagazo, entre 0,2 y 0,4 kg de cerveza a alta temperatura y entre 2 y 4 kg de cerveza de barril. Esto significa que, en 2022, la industria cervecera de la UE produjo aproximadamente entre 5 y 7 millones de toneladas de bagazo, entre 72 y 140 millones de toneladas de cerveza a alta temperatura y entre 700 y 1400 millones de toneladas de cerveza de barril. Actualmente, en consonancia con las políticas de sostenibilidad y economía circular, se está prestando especial atención a las posibilidades de reutilización de residuos y subproductos.
Por esta razón, el objetivo principal de este estudio fue respaldar los principios europeos mediante la promoción de prácticas de gestión de residuos para prevenir daños al medio ambiente y la salud humana. Al identificar nuevas aplicaciones que aportan valor y reducen los residuos, este estudio promueve un modelo de producción alimentaria más circular y eficiente en el uso de los recursos, y propone utilizar estos residuos cerveceros como fertilizante orgánico, devolviendo valiosos macro y micronutrientes al suelo.
Hasta donde saben los autores, hay poca evidencia científica sobre la reutilización de estos desechos y nadie ha informado sobre su uso para mejorar la calidad del suelo.
El objetivo de este trabajo fue determinar si la aplicación directa de estos subproductos al suelo podría funcionar como enmienda o fertilizante para el cultivo de cebada, manteniendo así una cadena de producción de cerveza completamente cerrada.
Pruebas de idoneidad y resultados
Se evaluó la seguridad de HT y RY de dos cervezas fermentadas de forma diferente mediante el monitoreo de 57 micotoxinas utilizando UHPLC-MS/MS y se caracterizaron químicamente mediante ICP-MS, microanálisis, HPLC y determinaciones espectrofotométricas.
Las muestras fueron proporcionadas por la cervecería artesanal italiana Blink Brewery. Se recolectaron dos muestras HT y dos RY durante la producción de dos tipos de cerveza: una de fermentación baja y otra de fermentación alta. Se analizaron cuatro grupos de muestras: trub caliente de fermentación baja (HTBF), levadura residual de fermentación baja (RYBF), trub caliente de fermentación alta (HTTF) y levadura residual de fermentación alta (RYTF). Las cervezas se seleccionaron según dos criterios: el estilo de fermentación y la cantidad de lúpulo utilizado.
La seguridad se evaluó inicialmente mediante un análisis multivariado de 57 micotoxinas y se encontró que todas las muestras eran seguras.
Luego, se investigó la composición química y elemental mediante ICP-MS y microanálisis, y los compuestos fenólicos y la actividad antioxidante mediante HPLC y determinaciones espectrofotométricas para lograr una caracterización exhaustiva de estas muestras de desechos.
La relación C/N de la levadura residual de la cerveza de fermentación alta y el sedimento caliente de la cerveza de fermentación baja fue cercana a la óptima (10:1).
En este estudio, la investigación de la presencia de polifenoles fue necesaria para comprender si los tubérculos calientes y las levaduras residuales podrían usarse en la agricultura como fertilizantes o mejoradores del suelo.
Los resultados presentados son parcialmente consistentes con los resultados de los análisis espectrofotométricos, lo que sugiere la presencia de otros derivados fenólicos que no fueron detectados mediante el método utilizado.
Actualmente, algunos estudios sobre los efectos de los compuestos fenólicos presentes en plantas o extractos vegetales muestran efectos directos como potencial bioprotector, actividad bioestimulante, mecanismos de defensa mediante modulación enzimática y regulación de la actividad fitohormonal. Si bien es improbable que los compuestos y extractos fenólicos tengan un efecto directo sobre la proliferación o actúen como bioprotectores directos contra plagas y patógenos, sus efectos podrían ser indirectos, como en los microbiomas de plantas y suelos, o en la estimulación de la resistencia inducida a enfermedades, lo que podría contribuir a las funciones de un bioprotector o bioestimulante. Actualmente, existen estudios limitados sobre los efectos secundarios de los compuestos fenólicos externos y los extractos vegetales.
Por otro lado, se ha descubierto que numerosos compuestos flavonoides tienen actividades biológicas. Estas actividades incluyen promover o inhibir el crecimiento vegetal y la absorción de nutrientes de forma dependiente de la concentración, actuar como señales en la comunicación planta-microbio e interactuar con fitohormonas. Los compuestos fenólicos vegetales, incluyendo polifenoles y flavonoides, pueden controlar el ciclo del carbono mediante sus efectos en las comunidades de descomponedores y posibles cambios en sus tasas de descomposición, y por consiguiente, el ciclo del carbono. La materia orgánica del suelo es la mayor reserva de carbono, nitrógeno, fósforo, azufre, calcio, magnesio y micronutrientes del suelo. Como resultado, cualquier cambio en la mineralización o inmovilización del carbono puede afectar la disponibilidad de otros nutrientes esenciales.
La diferencia más significativa fue un mayor contenido de cenizas en la levadura residual en comparación con el tubo caliente. Por otro lado, el tubo caliente muestra cantidades significativas de diversos compuestos como ácido oleanólico, floretina, florizina y otros componentes como Cu y Mn. El potasio es ligeramente superior en la levadura residual, pero la diferencia no es muy significativa.
En resumen, existe una clara diferencia compositiva entre la levadura de baño caliente y la levadura residual. La levadura residual contiene cantidades significativamente mayores de cenizas, mientras que la levadura de baño caliente está enriquecida con ácido oleanólico, cobre, floretina, florizina y manganeso. Estas diferencias resaltan los perfiles químicos únicos de ambos residuos cerveceros, lo que sugiere diferentes funciones y posibles aplicaciones dentro y fuera de la industria cervecera. Además de la composición química investigada en este trabajo, la levadura de baño caliente y la levadura residual son altamente biodegradables debido a su rica composición orgánica, que incluye proteínas, lípidos y polisacáridos, que son fácilmente metabolizados por las comunidades microbianas del suelo.
Finalmente, si bien el presente estudio proporciona información valiosa sobre la composición química del turbio caliente y la levadura residual de dos cervezas con diferente fermentación, el tamaño limitado de la muestra representa una limitación inherente. Estos resultados deben considerarse preliminares y servir de base para futuras investigaciones que involucren una gama más amplia de muestras y contextos de producción. Las investigaciones futuras deberían incluir múltiples lotes y fuentes cerveceras para confirmar la consistencia y una aplicabilidad más amplia de las tendencias observadas.
Sin embargo, este estudio es pionero en el análisis de los residuos de la producción de cerveza y reporta los primeros y muy alentadores resultados de la reutilización agrícola de tubérculos calientes y levaduras residuales.
Al aplicar los principales hallazgos de este estudio a la práctica agrícola, los tubérculos calientes y las levaduras residuales muestran un potencial prometedor para su inclusión en sistemas agrícolas, especialmente como mejoradores orgánicos del suelo, gracias a su composición química y su relación C/N. Sus niveles relativamente elevados de nitrógeno, potasio y fósforo indican que pueden funcionar como proveedores graduales de nutrientes.
Además, debido a su naturaleza orgánica, se espera que estos subproductos sean fácilmente degradados por los microorganismos del suelo, lo que probablemente aumente la actividad microbiana y contribuya a la fertilidad del suelo. Sin embargo, sus dosis de aplicación deben optimizarse para evitar posibles fitotoxicidades o desequilibrios nutricionales.
La importancia de estos hallazgos es significativa ya que brindan información valiosa a las partes interesadas que buscan promover el desarrollo de una industria cervecera más sustentable que priorice tanto la integridad ambiental como la sustentabilidad económica.
Esta investigación marca el primer paso hacia la reutilización de residuos cerveceros como fertilizante. Los próximos pasos incluirán el desarrollo de formulaciones y pruebas de campo.
Basado en un artículo de un grupo de autores (Laura Alessandroni, Riccardo Marconi, Marco Zannotti, Stefano Ferraro, Tereza Dolezalova, Diletta Piatti, Ghazal Namazzadeh, Simone Angeloni, Gianni Sagratini), publicado en la revista Foods 2025 en el portal www.mdpi.com.
