Desarrollo y caracterización de cervezas artesanales elaboradas con excedente de pan como sustituto parcial de malta.

Abstract

This doctoral thesis investigates the feasibility of using surplus bread, with a focus on whole wheat bread, as a partial substitute for barley malt in craft beer production, within a circular economy approach to reduce food waste and resource use.

A specific brewing method was developed and validated to incorporate up to 50% bread in the grist while ensuring controlled and reproducible processing conditions. The experimental work was organized into three interconnected phases. First, a proof-of-concept study used a pale ale as a model beer and replaced 50% of the malt with different bread types (white, whole wheat, rye, and corn) to identify the most suitable option. Second, based on this evidence, whole wheat bread was selected and applied at a fixed 50% substitution level in three distinct styles (American lager, India pale ale, and Bavarian weiss), producing paired control beers (100% malt) and bread beers for each style. Fermentation performance and key quality parameters were assessed, including physicochemical properties, color, turbidity, total polyphenolic and protein content, antioxidant capacity, volatile profile, and sensory quality. Third, to evaluate long-term stability, the beers brewed with and without whole wheat bread were stored for 12 months at 15 °C, monitoring physicochemical, microbiological, phenolic, antioxidant, and sensory changes at the beginning and end of storage.

Overall, results show that replacing malt with stale bread at 50% is technologically feasible, preserves fermentation performance, and yields beers consistent with each style expectation. Whole wheat bread was the most favorable option, producing consistent increases in total polyphenols and equal or higher antioxidant capacity than controls. Effects on color and turbidity were style-dependent, and volatile and sensory analyses indicate that aromatic complexity and overall organoleptic quality are maintained and can be improved in specific attributes. During storage, bread beers showed greater retention of phenolic compounds and antioxidant activity, with physicochemical evolution compatible with stability and without compromising microbiological safety.

Esta tesis doctoral evalúa la viabilidad de emplear pan de desecho, con especial atención al pan integral, como sustituto parcial de la malta de cebada en la elaboración de cervezas artesanales, en el marco de estrategias de economía circular orientadas a reducir el desperdicio alimentario y el consumo de recursos asociado a la malta.

Para ello, se diseñó y validó un método de elaboración que permite incorporar hasta un 50% de pan como sustituto parcial de malta, garantizando condiciones de procesado controladas y reproducibles. El trabajo experimental se estructuró en tres fases interconectadas. En primer lugar, se realizó un estudio comparativo en una pale ale como cerveza modelo, sustituyendo el 50% de la malta por distintos tipos de pan duro (blanco, integral, centeno y maíz) con el objetivo de seleccionar la alternativa más adecuada. En segundo lugar, a partir de la evidencia obtenida, se seleccionó el pan integral y se aplicó una sustitución fija del 50% en tres estilos contrastados (American lager, India pale ale y Bavarian weiss), elaborando en cada caso una cerveza control (100% malta) y su equivalente con pan. Se caracterizó el comportamiento fermentativo y se analizaron parámetros fisicoquímicos, color, turbidez, contenido total polifenólico y proteico, capacidad antioxidante, perfil volátil y calidad sensorial. Finalmente, para estudiar la estabilidad a largo plazo, las cervezas con y sin pan integral se almacenaron durante 12 meses a 15 °C, monitorizando al inicio y al final del periodo la evolución fisicoquímica, microbiológica, fenólica, antioxidante y sensorial.

En conjunto, los resultados demuestran que la sustitución parcial de malta por pan duro al 50% es técnicamente viable, mantiene un rendimiento fermentativo comparable al control y permite obtener cervezas coherentes con la expectativa de cada estilo. El pan integral se consolidó como la opción más favorable, al asociarse con incrementos consistentes del contenido en polifenoles totales y, en consecuencia, con una capacidad antioxidante igual o superior a la de las cervezas control. Los efectos sobre color y turbidez dependieron del estilo, y el análisis del perfil volátil y la evaluación sensorial evidenciaron que no se compromete la complejidad aromática ni la calidad organoléptica, pudiendo incluso reforzarse ciertos atributos. Durante el almacenamiento, las cervezas con pan integral mostraron una mayor retención de compuestos fenólicos y actividad antioxidante, sin comprometer la estabilidad microbiológica.