DR6000 nell industria della birra: importanti metodologie approvate dalla MEBAK e dall ASBC

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1 DR6000 nell industria della birra: importanti metodologie approvate dalla MEBAK e dall ASBC Introduzione La conformità e la garanzia di una qualità elevata costante sono due dei principali obiettivi dell industria delle bevande. Hach supporta il conseguimento di questi obiettivi offrendo soluzioni complete per l analisi dell acqua e della birra. Lo spettrofotometro UV-VIS DR6000 consente di eseguire molte delle misure analitiche necessarie per monitorare l intero ciclo di produzione della birra, dalle materie prime al prodotto finale. Il software DR6000, specificatamente progettato per il settore birrario, è stato ampliato e integrato con i principali parametri raccomandati dalla MEBAK 1 e dall American Society of Brewing Chemists (ASBC) 2. Ciò significa che il DR6000 può essere utilizzato per misurare la qualità della birra in tutto il mondo. Principali metodi nel dettaglio Colore della birra MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 185 e segg. ASBC Beer 10-A Le unità EBC e ASBC vengono utilizzate in tutta Europa e negli Stati Uniti per descrivere il colore (più precisamente, l intensità del colore) della birra e del mosto. Il valore stabilito dall EBC (European Brewery Convention) o dall ASBC indica la quantità di luce assorbita dalla birra con un determinato contenuto di mosto originale. Il colore effettivo di ogni birra prodotta corrisponde a una gradazione di marrone che, a concentrazioni inferiori, assume gradualmente una tonalità rossa, ramata e ambrata, fino al giallo oro e al giallo chiaro. Oltre che dal colore del malto e dal mosto originale, l intensità del colore della birra finita dipende da numerosi altri fattori, quali la preparazione del mosto, il valore di ph e il processo di fermentazione utilizzato. La misura del colore può sembrare un operazione banale, ma è proprio questo l elemento che determina l impressione iniziale del cliente prima di passare alla degustazione della birra. La conformità del colore della birra è pertanto un fattore importante che può essere monitorato nelle varie fasi del processo di fermentazione. L assorbanza viene misurata alla lunghezza d onda di 430 nm. Tradizionalmente, il colore della birra espresso in unità EBC è pari a 10 x il valore di assorbanza a 430 nm, misurato in una cuvetta di 2,54 cm. Il metodo della MEBAK, invece, prevede l uso di una cuvetta quadrata di 1 cm (10 mm). Di conseguenza, per determinare il colore della birra in base allo standard della MEBAK, viene eseguito il calcolo seguente: Assorbanza della birra a 430 nm 25 = colore in unità EBC Sempre secondo le tecniche di misura tradizionali, il colore della birra espresso in unità ASBC è pari a 10 x il valore di assorbanza alla lunghezza d onda di 430 nm, misurato in una cuvetta di 1,27 cm. Utilizzando una cuvetta approvata di dimensioni intermedie da 1 cm (10 mm), si applica il seguente calcolo in conformità con il metodo ASBC Beer-10A: Assorbanza della birra a 430 nm 12,7 = colore in unità ASBC

2 Inoltre, con il metodo ASBC, la torbidità del campione viene verificata misurando l assorbanza alla lunghezza d onda di 700 nm. Un campione non è classificato come torbido se l assorbanza a 700 nm è inferiore o uguale a 0, nm. Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura del colore della birra che sono conformi sia al metodo MEBAK che al metodo ASBC. Colore della birra secondo il metodo MEBAK Colore della birra secondo il metodo ASBC* Programma unità Programma unità La scala dei colori della birra riportata di seguito può fornire un utile orientamento: EBC Esempio Colore della birra 4 Pale Lager, Witbier, Pilsener, Berliner Weisse 6 Maibock, Blonde Ale 8 Weißbier 12 American Pale Ale, India Pale Ale 16 Weißbier, Saison 20 English Bitter, Extra Special Bitter 26 Biere de Garde, Double IPA 33 Dunkles Lager, Märzen, Amber Ale 39 Brown Ale, Bock, Dunkelbier, Dunkelweizen 47 Irish Dry Stout, Doppelbock, Porter 57 Stout 69 Foreign Stout, Baltic Porter 79 Imperial Stout (Fonte: Unità di amaro MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 234 e segg. ASBC Beer-23, Wort-24 La concentrazione di acidi amari è un importante indicatore della qualità della birra. Gli acidi amari si formano durante la fase di bollitura in cui avviene l isomerizzazione degli α-acidi del luppolo. Gli acidi amari vengono estratti utilizzando un iso-ottano dal campione acidificato e l assorbanza viene misurata con uno spettrofotometro alla lunghezza d onda di 275 nm. I metodi MEBAK e ASBC presentano differenze minime in termini di modalità di esecuzione. Mentre il metodo MEBAK utilizza HCl 6 N per acidificare i campioni, la tecnica ASBC impiega soltanto HCl 3 N. Dopo l estrazione, l assorbanza viene misurata in una cuvetta al quarzo di 10 mm rispetto a una soluzione in bianco di iso-ottanolo della stessa qualità. In conformità con le definizioni fornite dalla MEBAK e dall ASBC, i risultati sono calcolati nel modo seguente: Birra: assorbanza 275 nm 50 = grado di amaro espresso in unità di amaro Mosto: assorbanza 275 nm 100 = grado di amaro espresso in unità di amaro I vari calcoli derivano dalle diluizioni dei campioni di birra e/o di mosto specificate nella procedura.

3 I valori standard conformi al metodo MEBAK corrispondono a BU (unità di amaro) per la birra e a BU per il mosto. In conformità con i parametri ASBC, la gamma di misure per la birra arriva a 100 unità (200 per il mosto) ed è espressa in IBU (unità internazionali di amaro). Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura delle unità di amaro che sono conformi sia al metodo MEBAK che al metodo ASBC. Unità di amaro, birra Programma BU Unità di amaro, mosto Programma BU Unità di amaro ASBC, birra* Programma IBU Unità di amaro ASBC, mosto* Programma IBU Nota Per l analisi delle unità di amaro, è possibile utilizzare anche il test in cuvetta LCK241 di Hach (disponibile solo in Europa). L uso di cuvette contenenti sostanze chimiche pre-incorporate consente di risparmiare tempo e di ridurre la spesa per l acquisto di tali sostanze (in particolare, dell iso-ottano di alta qualità). Tabella 1: Unità di amaro dei tipi di birra più famosi (da Brauerei-Forum, VLB) Tipo di birra Unità di amaro mg iso-alfa acidi/l birra Frumento Vollbier Märzen Export Bock Pils Alt Iso-α- e β-acidi MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 237 e segg. Gli umuloni (o α-acidi) del luppolo conferiscono alla birra il gusto amaro. Durante il processo di produzione della birra (bollitura del mosto), gli iso-α-acidi amari emergono dal luppolo. Pertanto, il contenuto di iso-α-acidi è un fattore determinante per il gusto della birra. Anche i β-acidi contribuiscono a conferire alla birra un gusto amaro e si misurano con il metodo illustrato di seguito. Una volta estratti gli acidi amari (vedi sopra) dal campione con l iso-ottano e dopo aver sottoposto il campione a un ulteriore lavaggio, il contenuto di iso-α- e β-acidi viene stabilito misurando l assorbanza del campione alle lunghezze d onda di 255 nm e 360 nm [1]. A questo scopo si utilizza una cuvetta al quarzo di 10 mm e si procede alla misura combinata di entrambi i tipi di acidi alle due rispettive lunghezze d onda. Secondo il metodo MEBAK, i valori standard sono i seguenti: Birra: mg/l di iso-α-acidi e meno di 2 mg/l di β-acidi Mosto: mg/l di iso-α-acidi e meno di 1-15 mg/l di β-acidi Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura degli iso-α- e β-acidi in conformità con gli standard MEBAK. Iso-α- e β-acidi Programma mg/l di iso-α-acidi e 0-80 mg/l di β-acidi

4 FAN (azoto amminico libero) MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 84 e segg. ASBC Beer-31, Wort-12 La somma dei componenti di azoto biodisponibili nel mosto è rappresentata dal valore di azoto amminico libero (FAN). Un contenuto eccessivo di FAN può creare dei problemi sia a livello di gusto sia in termini di stabilità microbiologica della birra. I lieviti industriali e naturali fermentano trasformando gli amminoacidi in alcoli a catena lunga (propanolo, isobutanolo). I livelli di FAN costituiscono anche un buon indicatore del completamento del processo di fermentazione. Il monitoraggio del livello di FAN mediante lo spettrofotometro DR6000 consentirà di rinnovare le vasche più rapidamente una volta raggiunto un valore di FAN sufficientemente basso. Il contenuto tipico di FAN è di mg/l nel mosto e di mg/l nella birra (MEBAK). I metodi MEBAK e ASBC sono identici. La birra o il mosto preparato vengono miscelati con un reagente colorato (a base di ninidrina) e l assorbanza viene misurata a una lunghezza d onda di 570 nm in una cuvetta di 10 mm. Il valore di assorbanza viene quindi confrontato con il colore prodotto da una soluzione standard di glicina a 2 mg/l utilizzata come riferimento. Per una determinazione più precisa, il valore del bianco, ovvero la soluzione di glicina, e il campione vengono analizzati in triplicato per poi calcolarne il valore medio. Data la diversa metodologia di preparazione dei campioni di birra e mosto, è necessario utilizzare dei fattori interni pari a 50 (per la birra) o 100 (per il mosto). Per le birre e i mosti scuri, il metodo MEBAK prevede la misura del valore del bianco del campione, oltre al valore del bianco del reagente, per tener conto della colorazione intrinseca del campione. Il processo di misura e il calcolo della concentrazione per le birre e i mosti scuri vengono gestiti nello spettrofotometro DR6000 come programmi separati. Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura dell azoto amminico libero che sono conformi sia al metodo MEBAK che al metodo ASBC. FAN, birra chiara Programma mg/l FAN FAN, mosto chiaro Programma mg/l FAN FAN, birra scura Programma mg/l FAN FAN, mosto scuro Programma mg/l FAN FAN ASBC, birra* Programma mg/l FAN FAN ASBC, mosto* Programma mg/l FAN Polifenoli totali MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 223 e segg. ASBC Beer-35 I composti fenolici provenienti dal malto e dal luppolo sono presenti nella birra in quantità che variano in funzione delle tecniche di produzione utilizzate. A seconda della struttura e delle dimensioni delle molecole, esercitano un influenza notevole sulle varie caratteristiche della birra, come il colore, il gusto, la stabilità organolettica, la schiuma e la stabilità chimico-fisica 1. I polifenoli incidono anche sensibilmente sull aspetto finale della birra. Livelli di polifenoli elevati rendono la birra torbida. I metodi MEBAK e ASBC sono identici. I polifenoli presenti nei campioni reagiscono con gli ioni di ferro(iii) nella soluzione alcalina, formando dei complessi di ferro colorati. La loro assorbanza viene misurata mediante uno spettrofotometro in una cuvetta di 10 mm alla lunghezza d onda di 600 nm. Il calcolo viene eseguito nel modo seguente: Assorbanza a 600 nm 820 = mg/l di polifenoli totali I valori standard per i polifenoli totali nella birra sono nell ordine di mg/. La gamma di misura dei programmi preinstallati arriva fino a 800 mg/l. Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura dei polifenoli totali che sono conformi sia al metodo MEBAK che al metodo ASBC. Polifenoli totali Programma mg/l polifenoli Polifenoli totali ASBC* Programma mg/l polifenoli

5 Dichetoni vicinali MEBAK brew-technical analysis methods, 4ª Edizione, 2002, pagina 134 e segg. ASBC Beer-25 B NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC L attuale metodo MEBAK 1 descrive la misura gascromatografica del diacetile e del 2,3-pentanedione. Il precedente metodo MEBAK 3 e il metodo ASBC prevedono due diverse tecniche fotometriche per la determinazione dei dichetoni vicinali. Nella fase di metabolismo dei lieviti, si assiste alla formazione di 2-acetolattato e di 2-acetoidrossibutirrato durante la fermentazione. Questi precursori vengono convertiti mediante ossidazione in due dichetoni vicinali, il diacetile e il 2,3-pentanedione. Il diacetile può formarsi anche come prodotto metabolico tipico di determinati micorganismi 1. Un contenuto troppo elevato di dichetoni vicinali comporta un alterazione delle caratteristiche organolettiche della birra, determinando spesso un gusto di caramella al burro e una consistenza oleosa al palato che non risultano gradevoli per il consumatore. Secondo il metodo MEBAK, i due dichetoni, ovvero il diacetile e il 2,3-pentanedione, reagiscono con la 1,2-fenilendiammina per formare un prodotto finale colorato, la cui assorbanza viene misurata in una cuvetta al quarzo di 2 cm alla lunghezza d onda di 335 nm. Questo metodo di analisi operativa frequentemente utilizzato è ovviamente più rapido rispetto alle tecniche gascromatografiche, ma non consente di distinguere il diacetile dal 2,3-pentanedione. Utilizzando la calibrazione basata sul metodo MEBAK, il contenuto di dichetoni vicinali viene calcolato nel modo seguente: Assorbanza a 335 nm 1,2 = mg/l di VFK (dichetoni vicinali) Il valore target per la birra chiara è inferiore a 0,15 mg/kg. La tecnica conforme agli standard ASBC viene descritta nel metodo Beer-25 B sotto il titolo Diacetile Metodo ad ampio spettro per i VDK. Tale metodo non misura il diacetile separatamente, ma presenta tutti i dichetoni vicinali. Secondo il metodo ASBC Beer-25 B, il diacetile (e il 2,3-pentanedione) reagisce con una soluzione di naftolo, formando un complesso colorato che viene misurato alla lunghezza d onda di 530 nm. Hach ha calibrato il metodo utilizzando soluzioni standard di diacetile e ne ha memorizzato il fattore corrispondente nel programma. Per la registrazione di una curva di calibrazione, non è quindi necessario che l utente misuri gli standard di diacetile. Utilizzando la calibrazione eseguita da Hach, il contenuto di dichetoni vicinali viene calcolato nel modo seguente: Assorbanza a 530 nm 3,7 = mg/l di diacetile (dichetoni vicinali) Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura dei dichetoni vicinali che sono conformi sia al metodo MEBAK che al metodo ASBC. Dichetoni vicinali Programma mg/kg VDK Diacetile ASBC* Programma mg/l diacetile Nota Per la determinazione del grado di amaro, è anche disponibile il test di Hach in cuvetta prelavorata LCK242 (disponibile solo in Europa) o TNT819 (disponibile negli Stati Uniti) che consente di misurare i dichetoni vicinali.

6 Riducibilità MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 204 e segg. La riducibilità è un fattore essenziale per il gusto e la stabilità fisica, chimica e biologica della birra. La riduzione dei composti derivati dal malto e dal luppolo previene e/o minimizza i processi ossidativi della birra. Il termine riducibilità si riferisce a tutti i composti a rapida riduzione presenti nella birra. Tali composti vengono misurati in base al rispettivo effetto di riduzione sul reagente di Tillmann (DPI). La decolorazione di questo reagente in presenza del campione di birra viene misurata alla lunghezza d onda di 520 nm e confrontata con la colorazione originale del reagente. La riducibilità viene espressa con un numero adimensionale che indica la percentuale del reagente ridotta dal campione di birra. Nella valutazione della riducibilità delle birre, viene utilizzata la scala seguente in conformità con il metodo MEBAK 1 : 60 Molto buona Buona Soddisfacente < 45 Scarsa Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura della riducibilità conforme al metodo MEBAK. Riducibilità Programma % Numero di acido tiobarbiturico (TAN) MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 55 e segg. Il numero di acido tiobarbiturico è un valore che rappresenta il carico termico a cui sono sottoposti il malto e il mosto. Analogamente al 5-idrossimetilfurfurale (HMF), un gran numero di sostanze derivanti dalla reazione di Maillard (reazione di zuccheri e amminoacidi provocata dal calore) reagiscono con l acido tiobarbiturico. Nel test MEBAK, le sostanze da misurare reagiscono con l acido tiobarbiturico e formano un complesso di colore giallo che viene analizzato con un fotometro alla lunghezza d onda di 448 nm. I valori standard nel processo di produzione della birra (in relazione al 12 % del mosto originale) sono i seguenti: Mosto chiaro a caldaia piena: < 22 Mosto chiaro a fine bollitura: < 45 Mosto chiaro dopo il raffreddamento: < 60 Una nuova metodologia di analisi utilizza un test chiamato TBARS (sostanze reattive all acido tiobarbiturico), che determina essenzialmente la concentrazione di malondialdeide. Anche in questo caso, la misura rileva l entità del carico termico a cui è sottoposto il mosto per effetto del calore. Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura del TAN conforme al metodo MEBAK. TAN nella birra/nel mosto Programma TAN (diluizione 1/10) TAN nel mosto convenzionale Programma TAN (diluizione 1/5)

7 Antocianogeni MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 226 e segg. NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC Gli antocianogeni, o leucoantocianidine, sono una forma particolare di antocianidine. Le antocianidine sono la parte responsabile del colore degli antociani, una classe di pigmenti di origine vegetale a base fenolica. Gli antocianogeni (leucoantocianidine contenute nel luppolo) vengono trasformati dall acido cloridrico caldo nelle antocianidine di colore rosso. Durante la misura, gli antocianogeni sono dapprima assorbiti nella poliammide e quindi trasformati dall acido cloridrico caldo in una soluzione rossa. La misura viene eseguita in una cuvetta di 10 mm alla lunghezza d onda di 550 nm. I valori standard nella birra, conformemente al metodo MEBAK, sono nell ordine di mg/l, a seconda delle tecniche di produzione utilizzate. Dopo la stabilizzazione con PVPP, i valori standard risultano conseguentemente più bassi. Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura degli antocianogeni conforme al metodo MEBAK. Antocianogeni Programma mg/l ATC Campione di iodio fotometrico MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 52 e segg. Il malto prodotto dai cereali, soprattutto dal frumento, viene macinato. Il processo di birrificazione vero e proprio inizia con l ammostamento. In questa fase, l acqua viene riscaldata a circa 60 C, quindi si aggiunge il malto macinato e il mash ottenuto dalla miscelazione del malto viene quindi riscaldato e mescolato costantemente a una temperatura di circa 75 C, in base al processo utilizzato. A seconda delle temperature di tostatura, gli enzimi trasformano l amido del malto in zucchero. In alternativa, si fa bollire parte del mash per ottenere la gelatinizzazione fisica dell amido. Viene quindi analizzato un campione di iodio per stabilire se l amido disciolto si è del tutto saccarificato. Le destrine e l amido del mosto o della birra vengono precipitati, disciolti in tampone fosfato e quindi miscelati con la soluzione di iodio. La colorazione dal rosso al blu viene misurata con lo spettrofotometro in una cuvetta di 4 cm alla lunghezza d onda di 578 nm. I valori standard (nel mosto) secondo il metodo MEBAK sono inferiori a 0,45. Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura degli antocianogeni conforme al metodo MEBAK. Campione di iodio Programma valore di iodio

8 Ferro MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 423 e segg. NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC Il ferro può essere introdotto nella birra attraverso le materie prime e gli agenti filtranti e/o chiarificanti. È anche possibile che venga prelevato dalle apparecchiature, dalle linee o dalle lattine o che sia contenuto nell agente stabilizzante della schiuma della birra. Il ferro influisce negativamente sulla stabilità colloidale, sul gusto, sulla schiuma e sulla tendenza al gushing della birra. Il contenuto di ferro nella birra può essere determinato con il metodo spettrofotometrico, oltre che mediante la tecnica analitica AAS. In primo luogo, il ferro trivalente viene ridotto nella forma bivalente. Il ferro bivalente reagisce quindi con FerroZine, formando un complesso di colore viola. Il metodo per la determinazione del ferro memorizzato nel DR6000 contiene già il coefficiente di assorbanza per il ferro. L incremento della curva di calibrazione è pari a 0,037/µg/L Fe2+. Pertanto, l utente del programma non ha necessità di generare una serie di propri standard per il ferro ai fini della calibrazione. I valori di riferimento nella birra sono dell ordine di 0,200 mg/l. Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura del ferro conforme al metodo MEBAK. Ferro Programma mg/l ferro Bibliografia 1 MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione American Society of Brewing Chemists, Methods of Analysis, 14ª Edizione 3 MEBAK, brew-technical analysis methods, volume II, 4ª Edizione 2002 * American Society of Brewing Chemists (ASBC): riprodotto con l autorizzazione di ASBC e destinato esclusivamente all uso da parte degli acquirenti di determinati prodotti Hach. È vietata ogni altra forma di utilizzo o riproduzione senza il previo consenso scritto di ASBC. DOC Dec15