Università degli Studi di Torino Dipartimento di Scienze Agrarie, Forestali e Alimentari

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1 Università degli Studi di Torino Dipartimento di Scienze Agrarie, Forestali e Alimentari Corso di Laurea Magistrale in Scienze e Tecnologie Alimentari STUDIO DELL EVOLUZIONE DI BIRRA BARLEY WINE MEDIANTE NASO E LINGUA ELETTRONICA Relatore: Prof. Giuseppe Zeppa Candidata: Federica Toso Anno accademico: 2012/2013

2 INDICE INTRODUZIONE La birra La storia L evoluzione dell industria birraia in Italia Le materie prime L acqua I cereali Il luppolo Il lievito Il processo produttivo La maltazione L ammostamento La filtrazione La bollitura La fermentazione Il barley wine L invecchiamento della birra L invecchiamento in legno Tecniche per la caratterizzazione strumentale Il naso elettronico Sensori utilizzati nel naso elettronico L utilizzo nel settore della birra La lingua elettronica La misura potenziometrica L utilizzo nel settore della birra 35 SCOPO DEL LAVORO 36 2

3 MATERIALI E METODI I prodotti Le valutazioni compositive La caratterizzazione strumentale L analisi con il naso elettronico L analisi con la lingua elettronica 44 RISULTATI Le analisi di base Il naso elettronico La lingua elettronica 64 CONCLUSIONI 67 RINGRAZIAMENTI 68 BIBLIOGRAFIA 69 SITOGRAFIA 72 3

4 INTRODUZIONE 1.1 La birra Vinum est donatio dei, cervetia traditio umana. Martin Lutero Con questa frase estremamente coincisa, il teologo tedesco Martin Lutero ( ) riassume la differenza tra il vino e la birra, la quale, diversamente dal primo che rappresenta un dono divino, è una tradizione fortemente radicata nell umanità. Infatti, fin dai tempi più remoti la birra è stata un elemento di primaria importanza nelle abitudini alimentari di quasi tutti i popoli ed è oggi la bevanda alcolica più consumata e prodotta al mondo. Nel 2011, secondo la FAO, ne sono state prodotte oltre 185 milioni di tonnellate, delle quali 48 milioni (oltre il 25%) sono state prodotte dalla Cina, nazione che rappresenta il 1 produttore al mondo, seguita da Stati Uniti d America, Russia, Brasile e Germania (tabella 1.1). I tedeschi sono, quindi, i primi produttori di birra dell Unione Europea, seguiti da Regno Unito, Polonia e Spagna. L Italia è all 10 posto nella classifica dei produttori di birra dell UE-27 con 1,2 milioni di tonnellate di birra prodotte nel Tabella Principali Paesi produttori di birra (FAO, 2011) Paese produttore Quantità (t) Cina Usa Brasile Russia Germania

5 In Italia, la produzione della birra è regolamentata dalla legge n del 16 agosto 1962 intitolata Disciplina e igiene della produzione e del commercio di birra e modificata con Decreto del Presidente della Repubblica 30 giugno 1998, n Per la legge italiana, con il termine birra, si intende il prodotto ottenuto dalla fermentazione alcolica con ceppi di Saccharomyces carlsbergensis o di Saccharomyces cerevisiae di un mosto di birra preparato con malto anche torrefatto, di orzo o di frumento o di loro miscele, amaricato con luppolo o suoi derivati o con entrambi. Oltre a orzo e frumento, possono essere aggiunti altri cereali anche rotti, macinati o sotto forma di fiocchi nonché materie prime amidacee e zuccherine, in misura massima del 40% calcolato sull estratto secco totale del mosto. In Italia, per la classificazione della birra si utilizzano due diversi parametri, quali il titolo alcolometrico volumico e il grado saccarometrico (o grado Plato), ovvero la quantità in grammi di estratto secco contenuto in 100 grammi di mosto. Sulla base di questi parametri, esistono 5 categorie: La birra analcolica, avente grado Plato compreso tra 3 e 8 e titolo alcolometrico volumico inferiore a 1,2% vol; La birra leggera o birra light, avente grado Plato compreso tra 5 e 10,5 e titolo alcolometrico volumico tra 1,2% vol e 3,5% vol; La birra, avente grado Plato non inferiore a 10,5 e titolo alcolometrico volumico maggiore di 3,5%; La birra speciale, avente grado Plato non inferiore a 12,5 e titolo alcolometrico volumico maggiore di 3,5%; La birra doppio malto avente grado Plato non inferiore a 14,5 e titolo alcolometrico volumico maggiore di 3,5%. Sulla base della medesima legge, quando alla birra sono aggiunti frutta, succhi di frutta, aromi o altri ingredienti alimentari, la denominazione di vendita deve essere completata con il nome della sostanza utilizzata. 5

6 1.1.1 La storia Le prime testimonianze sulla birra risalgono al IV millennio a.c. e provengono dalla Mesopotamia, dove i Sumeri erano soliti coltivare cereali per macinarli e produrre farine e pane. Per la macinazione delle cariossidi venivano utilizzate delle pietre d appoggio, le quali con l usura tendevano a incavarsi e a riempirsi di acqua piovana in caso di maltempo; la pioggia ristagnando sulla pietra si arricchiva dei rimasugli dei cereali dando origine a un acqua giallastra che può essere definita il primo esempio di birra. La birra era conosciuta anche nell Antico Egitto, dove, secondo le testimonianze, ne venivano prodotte diverse tipologie, talune aromatizzate con datteri e spezie. Era largamente diffusa alla corte del faraone e veniva usata anche come medicamento per guarire malattie e curare ferite. Dall Oriente, la birra si diffuse nell antica Grecia e nell antica Roma. In entrambe le zone, però, era molto diffuso il consumo di vino e la birra, definita sarcasticamente vino d orzo, era ritenuta una bevanda meno raffinata. Nell Impero Romano, ad esempio, la bevanda si diffuse in particolare nelle campagne, mentre nelle città era utilizzata soprattutto come ingrediente per creme e oli per il corpo. Con l avvento del Medioevo, si verificò una crescita significativa nella produzione e nel consumo di birra, la quale, prodotta essenzialmente nei monasteri, si diffuse largamente in tutto il Nord Europa. Infatti, a differenza dell Europa meridionale, dove la bevanda alcolica più prodotta e consumata era il vino, nel Nord, essendo la zona poco idonea per la coltivazione della vite, la birra divenne molto popolare. Il fatto che segnò una svolta nella produzione di birra fu l introduzione del luppolo, il quale si diffuse largamente a partire dal XIII secolo grazie agli studi di Suor Hildegard von Bingen, suora dell abbazia di St. Rupert in Germania, la quale effettuò numerose sperimentazioni empiriche per dimostrare che, grazie a questa infiorescenza, la birra si conservava meglio. Essendo la birra ormai diventata una bevanda importante e largamente diffusa, con l avvento dell età moderna incominciarono a essere promulgate leggi al fine di regolarne la produzione e la commercializzazione. La prima di queste leggi fu il Reinheitsgebot, ovvero l Editto di Purezza emanato da Guglielmo IV di Baviera 6

7 nel 1516, che stabiliva che i birrai bavaresi, nelle loro ricette, potevano utilizzare esclusivamente acqua, malto d orzo e luppolo. La ragione alla base di questa legge fu il tentativo di eliminare le competizioni per i prezzi del frumento che quell anno aveva avuto un raccolto disastroso. Dopo essere rimasto in vigore per diverse centinaia di anni, oggi, questo editto non vige più, ma molte birre tedesche presentano ancora in etichetta la dicitura che significa prodotta secondo la legge della purezza tedesca, frase che viene utilizzata per ragioni di marketing. Più ci si addentra nell età moderna, maggiori sono le innovazioni che si riscontrano nell ambito della produzione della birra, per la quale la svolta fondamentale fu l avvento della rivoluzione industriale. In particolare, le importanti scoperte che favorirono il miglioramento qualitativo della birra furono il termometro inventato da Fahrenheit nel 1714, la macchina a vapore inventata da James Watt nel 1785 e il frigorifero inventato da Carl von Linde nel Nel XVII secolo, inoltre, vennero intrapresi i primi studi sul lievito da Antonie van Leeuwenhoek, in seguito approfonditi da Charles Cagniard de Latour, Anton Dreher e Gabriel Sedlmayr. Un personaggio di fondamentale importanza per l evoluzione qualitativa della birra è stato Louis Pasteur con i suoi studi inerenti le fermentazioni, i quali permisero di comprendere l attività dei lieviti e dei batteri, questi ultimi responsabili di odori sgradevoli e gusti non conformi. Importante invenzione di Pasteur fu la tecnica della pastorizzazione, che consentì di prevenire l azione di batteri e lieviti indesiderati con conseguente inacidimento della birra L evoluzione dell industria birraia in Italia Per quanto riguarda lo sviluppo dell industria birraia in Italia, i primi stabilimenti comparvero verso la metà dell Ottocento fino ad arrivare, nel 1890, a 140 aziende attive presenti sul territorio. Tra il 1910 e il 1925 la produzione di birra passò da 600 mila hl a 1,6 milioni di hl, fatto che, unito al crescente consumo procapite, iniziò a infastidire i produttori vinicoli, i quali si mossero affinché venissero emanate delle leggi atte a sfavorire la produzione di questa bevanda. Nel 1927, venne emanata la legge Marescalchi, la quale stabiliva l obbligo di utilizzare almeno il 15% di riso nella produzione della birra, apparentemente con lo scopo di agevolare l agricoltura nazionale. Questo obbligo portò a un peggioramento della qualità della bevanda, in quanto all epoca non si avevano tecnologie idonee per l utilizzo di 7

8 questo ingrediente nelle ricette. La legge introdusse, inoltre, delle restrizioni nella vendita, le quali, insieme al peggioramento qualitativo, portarono l industria birraia italiana ad affrontare un periodo di crisi che peggiorò ulteriormente con l avvento della Seconda Guerra Mondiale. Solo a partire dagli anni Cinquanta si incominceranno a vedere segnali di ripresa che porteranno il mercato della birra a crescere nel nostro Paese Le materie prime L acqua L acqua, dal punto di vista quantitativo costituisce dal 90% a oltre il 95% della birra; è, quindi, la materia prima più importante dal punto di vista quantitativo e le sue caratteristiche chimiche e biologiche assumono notevole rilevanza. Per la produzione di birra riveste fondamentale importanza la durezza dell acqua, la quale influenza notevolmente le caratteristiche sensoriali del prodotto finito. La durezza totale è definita come la somma degli ioni di metalli alcalinoterrosi (Ca 2+ e Mg 2+ ) e può essere suddivisa in durezza carbonatica (o temporanea) e non carbonatica (o permanente). Nel caso dello ione bicarbonato (HCO - 3 ), si parla di durezza temporanea, in quanto con l ebollizione i bicarbonati precipitano sotto forma del corrispondente carbonato con perdita di anidride carbonica: Ca(HCO 3 ) 2 CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Nel caso dei solfati, dei nitrati e dei cloruri (SO 2-4, NO - 3, Cl - ), si parla di durezza permanente, in quanto rimangono disciolti nell acqua anche a temperatura di ebollizione. La durezza dell acqua di processo è un parametro importante perché gli ioni in essa presenti influenzano il ph del mosto: gli ioni calcio (Ca 2+ ) e magnesio (Mg 2+ ) provocano un decremento del ph, mentre lo ione bicarbonato (HCO 3- ) ne provoca l incremento. Dato che il ph influenza l attività enzimatica, la durezza dell acqua assume un importanza decisiva in fase di ammostamento. Le acque dure determinano, infatti, un innalzamento del ph dai valori ottimali, compresi tra 5.2 e 5.4, influenzando negativamente la degradazione di amido e proteine e causando 8

9 rallentamenti nella filtrazione. Le acque caratterizzate da una durezza elevata possono, inoltre, favorire l estrazione dei tannini dalle glumelle con conseguente impatto organolettico negativo (Buiatti, 2004). Alcune birre conosciute in tutto il mondo devono le loro caratteristiche proprio all acqua impiegata nel processo produttivo; è il caso ad esempio, delle pilsner prodotte nella città di Pilzen con acque molto povere di sali e le Monaco per quali si utilizzano acque povere in solfati e cloruri, ma ricche in bicarbonati (Buiatti, 2009). In ogni caso, se da un analisi della durezza, l acqua risulta essere non idonea per la tipologia di birra che si desidera produrre esistono metodi per modificarla. Ad esempio, un metodo diffuso per l abbassamento della durezza carbonatica è il trattamento con latte di calce (una soluzione satura di idrossido di calcio) che causa la precipitazione di calcio e magnesio sotto forma di carbonato di calcio, carbonato di magnesio e idrossido di magnesio, tutti composti insolubili che possono, quindi, essere separati per filtrazione. In alterativa al trattamento con latte di calcio, nei birrifici è comune la demineralizzazione dell acqua mediante passaggio su resine a scambio ionico o su membrane ad osmosi inversa I cereali Oltre all acqua, un altro importante ingrediente della birra è l orzo (Hordeum vulgare L.) che è da sempre il cereale preferito per la produzione della birra grazie all elevato contenuto in amido e al basso tenore proteico. Da un punto di vista qualitativo, il migliore è l orzo distico (Hordeum vulgare var. disticum), caratterizzato da cariossidi più grandi e uniformi (figura 1.1). Figura 1.1 Spiga di orzo distico 9

10 In molti paesi, per ragioni qualitative e/o economiche, è consentito l impiego di fonti amidacee alternative all orzo. Ad esempio, il mais (Zea mais L.) è il succedaneo più utilizzato in Italia grazie al suo costo inferiore e alla sua notevole disponibilità. Si utilizza la cariosside degerminata, ovvero privata dell embrione, e può essere utilizzato in forma di semola, fiocchi o come sciroppo di glucosio, in cui l amido ha subito un idrolisi acida o enzimatica. Un altro succedaneo sovente impiegato è il grano tenero (Triticum aestivum L.), il quale può essere usato come malto o come frumento non maltato. Il primo trova largo utilizzo nelle Weißbier tedesche, mentre l impiego di frumento non lavorato è diffuso in Belgio per la produzione delle Blanche. Anche il riso (Oryza Sativa L.) è un cereale spesso utilizzato per l elevato tenore amidaceo (85-90%), ma presentando una temperatura di gelatinizzazione dell amido superiore rispetto a quella di altri cereali richiede accorgimenti tecnologici per essere utilizzato (gelatinizzazione a parte o aggiunta di amilasi batteriche resistenti alle alte temperature). Altri cereali che possono essere utilizzati per la produzione di birra sono l avena, il miglio, il sorgo, il farro Il luppolo Il luppolo è l ingrediente con funzione amaricante e aromatizzante della birra. In particolare, viene utilizzata l infiorescenza femminile della pianta di Humulus lupulus L. (figura 1.2), una pianta a fiore appartenente alla famiglia delle Cannabaceae. Figura Infiorescenza femminile della pianta di Humulus lupulus (da 10

11 Il luppolo è caratterizzato dalla presenza di ghiandole luppoline (figura 1.3), le quali secernono sostanze resinose che possono essere distinte in resine morbide e resine dure sulla base della loro solubilità in esano. Le prime, alle quali appartengono gli α-acidi e i β-acidi, sono caratterizzate da una buona solubilità nel solvente, a differenza delle seconde, le quali sono insolubili in esano. Figura Ghiandole luppoline all'interno dell infiorescenza femminile di luppolo (da Le resine dure non hanno molto importanza nel campo della birra, mentre quelle morbide sono responsabili del sapore amaro della birra, in particolare gli α- acidi. I β-acidi (lupulone, colupulone e adlupulone) sono, infatti, insolubili nel mosto e nella birra, quindi non contribuiscono all amaro della bevanda. I responsabili dell amaro sono, invece, gli α-acidi, una classe a cui appartengono l humulone, il cohumulone e l ad-humulone. In fase di bollitura, gli α-acidi si isomerizzano in iso-αacidi (figura 1.4), composti più solubili in acqua rispetto agli α-acidi e, secondo Peacock (1998), nove volte più amari. Le resine, quindi, conferiscono alla birra il classico gusto amaro, contribuiscono alla stabilità microbiologica, in quanto possiedono proprietà antibatteriche, e stabilizzano la schiuma (Meussdoerffer & Zarnkow, 2009). Figura Isomerizzazione degli α-acidi in fase di bollitura (da 11

12 Il luppolo è ricco anche in oli essenziali, i quali vengono prodotti dalle ghiandole luppoline al termine della maturazione, dopo la sintesi delle resine. La composizione di questa frazione aromatica dipende dalla genetica, quindi dalla cultivar, e da fattori colturali. Gli oli essenziali del luppolo si compongono per il 50-80% di idrocarburi, tra i quali i più comuni sono alcuni monoterpeni, in particolare il mircene, e alcuni sesquiterpeni, come il β-cariofillene e l umulene. Trattandosi di sostanze estremamente volatili, se la luppolatura viene effettuata interamente in bollitura, la maggior parte degli aromi vengono persi. Per questa ragione, per conferire alla birra aromi derivanti dal luppolo, si aggiunge una parte dell ingrediente al termine della bollitura (rinunciando all isomerizzazione degli α-acidi in esso contenuta) o si effettua il dry hopping, ovvero l aggiunta a freddo durante la fermentazione alcolica o al termine della stessa. Il luppolo contiene, inoltre, lo 0,8-1,5% di polifenoli, la cui quantità e varietà dipendono dalla cultivar e dalla tecnica coltivazione. Con la tecnica dell HPLC, Forster et al. (Briggs et al., 2004) hanno rilevato oltre 100 composti facenti parte della frazione polifenolica, come gli acidi idrocinnamici, gli acidi idrobenzoici, l acido clorogenico e l acido gallico, molti dei quali sono stati identificati anche nel malto. Sul mercato, il luppolo può essere reperito in diverse forme: come cono essiccato, in plugs (fiori pressati in dischi di 14 grammi), in pellet o come estratto in polvere (figura 1.5). Gli ultimi due tipi sono i più utilizzati, in quanto garantiscono una migliore stabilità del prodotto e un più accurato dosaggio (Krottenthaler & Glas, 2009). Figura Luppolo in forma di fiori essiccati (1), plugs (2) e pellet (3) (da 12

13 Il lievito Per legge, la fermentazione alcolica del mosto di birra deve essere condotta da ceppi di Saccharomyces cerevisiae o Saccharomyces carlsbergensis (in realtà, il termine carlbergensis non ha più valenza da un punto di vista tassonomico, in quanto, nonostante sia ancora molto utilizzato nel settore della birra, questa specie di lievito è stata riclassificata come Saccharomyces pastorianus). Sulla base della specie di lievito utilizzata, si distinguono 2 categorie di birra: le birre ad alta fermentazione (ale) fermentate essenzialmente con ceppi di Saccharomyces cerevisiae; le birre a bassa fermentazione (lager) fermentate essenzialmente con ceppi di Saccharomyces pastorianus. Le due categorie prendono il nome, oltre che dalla temperatura utilizzata in fase di fermentazione alcolica (10-12 C al massimo per le lager e C per le ale), anche dal comportamento dei lieviti in fase di fermentazione. Infatti, il Saccharomyces cerevisiae, lievito principe dell alta fermentazione, nel fermentatore, tende a raccogliersi nella parte superiore, in prossimità della superficie del mosto, mentre il Saccharomyces pastorianus tende a flocculare e a raccogliersi sul fondo del tank (Tenge, 2009) Il processo produttivo Nella figura 1.6 è riportato un diagramma di flusso riportante le principali fasi della produzione di birra. Nello schema, si parte dal processo di maltazione, il quale è il primissimo fondamentale step con il quale si trasforma l orzo in malto. In realtà, però, questa fase non viene effettuata dai birrifici, ma presso malterie specializzate che si occupano unicamente di questa parte del processo produttivo La maltazione La maltazione è un processo fondamentale per la produzione della birra, in quanto la cariosside d orzo contiene il 62-65% di amido, il quale, però, non è fermentescibile e solo trasformando l orzo in malto si consente lo sviluppo di tutto il corredo enzimatico necessario alla conversione del polisaccaride in zuccheri semplici. Inoltre, si sviluppano anche enzimi in grado di degradare le piccole 13

14 quantità di proteine e trigliceridi presenti nel cereale dando origine ad aminoacidi e acidi grassi utili per supportare la crescita del lievito. Le malterie, aziende deputate alla trasformazione dell orzo (o altri cereali) in malto, ritirano partite di cariossidi rientranti in stringenti standard qualitativi riguardo alla capacità di germinazione, al contenuto in proteine, all omogeneità di dimensioni della granella e al contenuto d acqua. Figura Flow sheet del processo produttivo della birra 14

15 La maltazione si compone di tre fasi essenziali, quali la macerazione, la germinazione e l essicazione. L orzo conferito alla malteria, dopo una fase di pulitura avente lo scopo di allontanare i corpi estranei presenti, viene posto in una vasca a macerare in acqua a C per ore. Al fine di rimescolare la granella per consentirne una bagnatura omogena, si insuffla aria dal fondo della vasca. In questo modo, si introduce anche ossigeno, il quale è necessario per la respirazione e, se assente, provoca un accumulo di anidride carbonica e la conseguente fermentazione delle cariossidi. Al termine di questa fase, l umidità dell orzo cresce dal 10-12% al 45% circa, umidità ideale per il successivo passaggio, la germinazione, che avviene in apposite camere a temperatura controllata (20-25 C) e dura dai 2 ai 4 giorni. Durante questa fase si verifica l emissione della radichetta, fattore che stimola la produzione di acido gibberellico, il quale induce l attivazione di enzimi idrolitici, che iniziano a demolire le sostanze di riserva, quali amido e proteine. Gli enzimi aventi maggiore importanza sono quelli in grado di degradare l amido (α- e β-amilasi e destrinasi), quelli che degradano le proteine (proteasi e peptidasi) e quelli in grado di scindere i β-glucani. L orzo germinato, definito malto verde, viene trasferito nell essiccatoio, un recipiente a fondo forato attraverso cui viene fatta fluire aria calda, al fine di ridurne il livello di umidità preservando i complessi enzimatici sviluppati durante la maltazione. In questa fase, inoltre, si ottengono il colore e il flavour caratteristici del tipo di malto prodotto; infatti, grazie a reazioni di imbrunimento non enzimatico (reazioni di Maillard) a carico di aminoacidi e zuccheri semplici, vengono prodotte melanoidine, polimeri aventi notevole impatto sul colore e l aroma della birra, oltre che sul ph e sulla stabilità del gusto (Kreisz, 2009). La temperatura di torrefazione varia notevolmente a seconda del tipo di malto che si desidera ottenere: per i malti chiari non si superano gli 80 C, mentre per quelli più colorati si usano temperature oltre i 100 C. Inoltre, esistono malti estremamente scuri, utilizzati in minime quantità in birre particolari, i quali vengono tostati anche a temperature intorno ai 200 C. Prima di essere inviato al birrificio, infine, il malto viene sottoposto a una fase di pulitura finale con lo scopo di allontanare le radichette. 15

16 L ammostamento La prima fase che viene effettuata in birrificio è la miscelazione dei diversi malti nelle quantità definite dalla ricetta della birra che si vuole produrre. Una volta effettuata la miscela, questa viene convogliata al molino dove viene macinata. Il processo di molitura ha lo scopo di ridurre le dimensioni delle cariossidi per facilitare le successive fasi di estrazione e diluizione dei costituenti del mosto. Questa fase deve essere gestita con cura al fine di lasciare il più possibile intatte le glume che rivestono il chicco, in quanto queste costituiranno il letto filtrante per la successiva chiarificazione. Il malto macinato viene, quindi, inviato al tino di miscela nel quale si addiziona acqua calda (a circa 38 C) leggermente acidulata (ph 5.5). La quantità di acqua aggiunta dipende dalla tipologia di birra che si vuole ottenere: in media si utilizzano 2-3 L di acqua per kg di malto per le birre chiare e 1-1,5 L di acqua per kg di malto per le scure. Prima di procedere con l ammostamento, se la ricetta lo prevede, si aggiungono eventuali altri cereali non maltati al fine di avere una maggiore quantità di amido e quindi un maggiore potenziale zuccherino. Essendo che, però, con i cereali non maltati non si apportano enzimi, solitamente non si eccede il 25% sul peso totale della granella (anche se per legge si può arrivare al 40%) e li si unisce solamente a malti caratterizzati da un elevato potere diastasico. Dato che i diversi cereali che si possono aggiungere presentano diverse temperature di gelatinizzazione dell amido (tabella 1.2) solitamente questo viene preventivamente gelificato, attraverso una cottura a C, e poi convogliato alla caldaia di saccarificazione. Una volta che la miscela è interamente nel tino di saccarificazione si procede con l ammostamento, fase che può essere effettuata in due diverse modalità: per infusione o per decozione. Nel primo caso, detto anche sistema inglese, non è prevista la bollitura della miscela; si impasta il malto con acqua a C per poi aggiungere ulteriore acqua a circa 80 C al fine di raggiungere una temperatura della massa di C in circa mezz ora. Quindi, la miscela viene tenuta in agitazione per un ora al fine di avere omogeneità di temperatura e per evitare che il malto aderisca alle pareti incandescenti con conseguente formazione di aromi indesiderati. 16

17 Fonte di amido Tabella Temperature di gelatinizzazione di alcuni cereali Temperatura di gelatinizzazione ( C) (Briggs et al., 2004) Fonte di amido Temperatura di gelatinizzazione ( C) Mais* Frumento Sorgo* Segale Miglio* Avena Orzo Riso* Malto d orzo Patata Le fonti di amido con * devono sempre essere cotte prima dell ammostamento. L ammostatura per decozione, chiamato anche sistema tedesco o a tempera, prevede la bollitura di un aliquota di mosto. Il malto viene innanzitutto impastato con acqua fredda, successivamente si trasferisce circa ¼ della massa in un altro contenitore e lo si porta a ebollizione per poi riunirlo all intera massa ed effettuare di nuovo il prelievo di una parte e ripetere il trattamento. L operazione viene ripetuta più volte fino al raggiungimento di una temperatura di circa C. Utilizzando questa tecnica si degradano una parte degli enzimi a causa della bollitura, ma si ha una maggiore gelatinizzazione dell amido, una maggiore estrazione dal perisperma e una maggiore formazione di melanoidine. Durante l ammostamento, attraverso il controllo di temperatura, tempi e ph, avvengono una serie di attività enzimatiche che portano all idrolisi di amido, β- glucani e proteine. L idrolisi dell amido inizia con la gelatinizzazione dello stesso, fase in cui il polisaccaride perde la sua struttura cristallina formando una struttura altamente viscosa grazie al rigonfiamento dei granuli. Grazie a questo passaggio, l amido diventa più facilmente attaccabile dalle α- e dalle β-amilasi che hanno il compito di scinderlo in zuccheri meno complessi. Le prime sono endoenzimi in grado di rompere le catene di amilosio e di amilopectina dando origine a catene più piccole e portando alla formazione di glucosio, maltosio, maltotrioso e oligosaccaridi dall amilosio e oligosaccaridi ramificati dall amilopectina. La β-amilasi, invece, è un esoenzima che inizia a operare dall'esterno, ovvero taglia la catena dopo due unità di glucosio dando origine a molecole di maltosio. Con l attività di questo enzima, 17

18 quindi, nel caso dell amilosio si ottiene il 100% di maltosio, mentre nel caso dell amilopectina si ottiene il 55% di maltosio e il 45% di β-destrine limite che presentano il legame α-1,6. L α-amilasi ha un ph ottimale intorno a , una temperatura ottimale di C e si degrada a 80 C, mentre la β-amilasi ha un ph ottimale intorno a , una temperatura ottimale di C e si inattiva oltre i 65 C. Entrambi gli enzimi, però, non sono in grado di scindere il legame α-1,6 dell amilopectina, il quale può essere scisso dall enzima destrinasi presente nel malto, ma, poiché la sua temperatura ottimale è di C, ha una scarsa attività in fase di ammostamento. Sulla fase di saccarificazione hanno effetto la temperatura, il ph, il tempo di trattamento e la concentrazione del malto. Per quanto riguarda la temperatura, operando a C si ha la massima produzione di maltosio, in quanto si tratta della temperatura ottimale per la β-amilasi; a C (temperatura ottimale per l αamilasi), invece, si ha la massima produzione di zuccheri semplici. Il ph deve essere mantenuto a valori di in modo da favorire entrambe le amilasi e ottenere buone quantità di zuccheri fermentescibili. Se il ph è più elevato, è opportuno acidificare la massa attraverso l aggiunta di acidi minerali come l acido lattico o l acido solforico. In alternativa, si può effettuare un acidificazione biologica favorendo l attività di batteri lattici come il Lactobacillus delbrueckii nella primissima fase di ammostamento. Questo microrganismo, attraverso la sua attività omofermentativa, consuma zuccheri e produce acido lattico. In fase di ammostamento, si verifica anche l idrolisi dei β-glucani, i maggiori costituenti delle pareti cellulari dell endosperma. Si tratta di composti importanti per la stabilità della schiuma e per il corpo della birra, ma una loro incompleta degradazione nel mosto ne aumenta la viscosità rendendo difficile la successiva fase di filtrazione. Il malto presenta l enzima endo-1,4-β-glucanasi, il quale ha una temperatura ottimale di C, ma le condizioni di ammostamento ne precludono l attività, in quanto si tende a lavorare a temperature più alte per favorire le amilasi, e, quindi, può essere necessario aggiungere enzimi esogeni di origine batterica. Nel malto d orzo sono presenti anche proteasi, enzimi in grado di catalizzare l idrolisi dei legami delle catene polipeptidiche che formano le proteine. Questi enzimi hanno diversi effetti in fase di ammostamento, tra i quali di notevole 18

19 importanza è la scissione delle proteine con formazione di azoto amminico (FAN: free amino nitrogen). Con questo termine si intende l insieme di aminoacidi e piccoli peptidi (dipeptidi e tripeptidi) presenti nel mosto, i quali sono ritenuti importanti per la crescita del lievito e per la loro performance fermentativa (Lekkas et al., 2005). Le proteasi sono enzimi poco resistenti alle alte temperature, quindi, per favorire la loro attività, è necessario uno step a inizio ammostamento, definito protein rest, durante il quale la temperatura è mantenuta a C. Al termine del processo di ammostamento, la temperatura viene portata a con lo scopo di inattivare tutti gli enzimi La filtrazione Il mosto ottenuto nella fase precedente deve essere sottoposto a filtrazione per separare la grande quantità di trebbie in esso presente. Questo processo può essere effettuato utilizzando il tino di filtrazione (figura 1.7) o un filtro pressa (figura 1.8). Figura Il tino di filtrazione (Hans Michael Esslinger, pag. 183) 19

20 Il primo metodo è il più utilizzato e consiste nel trasferimento della miscela di mosto e trebbie in un apposito tino caratterizzato dalla presenza di un falso fondo forato sul quale si depositano le trebbie che fungono da letto filtrante. La miscela viene pompata dall alto e mediante una serie di lame rotanti a bassa velocità, le trebbie formano uno strato spesso una ventina di centimetri e vengono attraversate dal mosto che, mediante ripetuti passaggi, raggiunge un buon livello di limpidità. Terminata la chiarificazione del mosto, le trebbie vengono lavate con acqua calda (78 C) per recuperare la maggior quantità possibile di zuccheri. Le trebbie esauste, grazie al loro elevato contenuto proteico, sono un ottimo mangime e vengono, quindi, destinate all alimentazione zootecnica. Figura Il filtro pressa (Hans Michael Esslinger, pag. 184) L alternativa a questo sistema è l utilizzo di un filtro pressa costituito da un numero variabile di tele filtranti in serie sulle quali si depositano sottili strati di trebbie (circa 4 cm). Dato il basso spessore dello strato di trebbie, se si utilizza questo tipo di filtrazione, il malto può essere macinato molto più finemente, in quanto il rischio di impaccamento è minore. Con il filtro pressa è possibile effettuare una filtrazione efficace e veloce, ma ciò nonostante questo sistema non è molto diffuso. 20

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