Tecnologia Della Birra E Dei Distillati - Appunti, lezione tutte - a.a. 2015/2016 PDF

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Tecnologia della Birra e dei Distillati Birra: fermentazione alcolica dei ceppi Saccaromyces Carlsbergensis e Cerevisiae. Il malto o di frumento essere sostituito con altri cereali nella misura massima del Classificazione: in Italia per legge espressa in gradi saccarometrici in g di estratto secco c...

Description

Tecnologia della Birra e dei Distillati

Birra: fermentazione alcolica dei ceppi Saccaromyces Carlsbergensis e Cerevisiae. Il malto d’orzo o di frumento può essere sostituito con altri cereali nella misura massima del 40%. Classificazione: in Italia per legge è espressa in gradi saccarometrici (Plato-> quantità in g di estratto secco contenuto in 100 g del mosto di cui la birra è derivata ). Caratteristiche analitiche: acidità volatile e totale, pH (3-5), anidride carbonica ( 3,5\g g/L), ceneri. Trattamenti:  È consentito impiegare nell’acidificazione del mosto (destinato alla produzione di birra) colture di batteri lattici appartenenti al genere Lactobactillus; le colture devono essere idonee sotto l’aspetto igenico-sanitario (assenza di germi patogeni o di tossine).  È consentuito impiegare nella fabbricazione della birra preparazioni enzimatiche, costituite da: alfa amilasi, 1,4 e 1,6 amiloglucosidasi, 1,4 e 1,3 beta-glucanasi (devono provenire da microrganismi di origine vegetale o animale)

Orzo (Hordeum Vulgare): gli orzi distici (o primaverili) sono di largo impiego in birreria, perché presentano chicchi più grandi, uniformi e regolari, permettendo migliori risultati in maltazione. È più costoso rispetto agli orzi polistici perché ha una minor resa per ettaro (4-5 t\ha). In nord America gli orzi esastici vengono utilizzati nella fabbricazione della birra in quanto hanno un maggior livello di attività enzimatica; sono dunque utili quando vengono utilizzati in birrificazione con cereali non maltati. Caratteristiche: vegeta a qualsiasi latitudine (coltivazione ideale nel centro Europa), elevato contenuto amidaceo, cariosside vestita (protegge il seme durante la preparazione del malto), germinando produce maggiori quantità di enzimi importantissimi nell’ammostamento, amido proteine e grassi in ottime proporzioni, rapido assorbimento di acqua, friabilità della cariosside, assenza di muffe. Un buon orzo da birra deve presentare umidità inferiore al 15% e contenuto di proteine tra 10,5 e 11,5%. Test di controllo: aspetto esteriore(colore, contaminazioni), corpi estranei (paglia insetti, sassi), cariossidi rotte o estranee. Seme:  Embrione: localizzato alla base della parte dorsale della cariosside, da esso durante la germinazione si sviluppano la radichetta e il coleoptile(che avvolge la prima foglia); non contiene amido ed è ricco di zuccheri solubili, è composto per il 34% da proteine, inoltre c’è un accumulo di lipidi.  Endosperma: l’aleurone è costituito da 2-3 starti di cellule prive di amido, ma contenti zuccheri solubili; l’endosperma amilaceo del granello maturo è un tessuto formato da cellule poliedriche. Le parteti cellulari delle cellule dell’endosperma sono costituite da β-glucani(75\85%) e da arabinosioxilani (10\20%) immersi immersi in una matrice di proteine e cellulosa. La citolisi (disgregazione) delle pareti cellulari dell’endosperma, è indispensabile per la penetrazione della amilasi e la degradazione dell’amido. β-glucani-> strutturano l’endosperma e immobilizzano i granuli di amido (che sono distribuiti in modo irregolare all’interno dell’endosperma e sono immersi in una matrice di proteine). Essi sono costituiti da catene lineari di residui di β-D-glucosio, connessi con legami β-(1-4) e β-(1-3) e sono solubili in mezzo acquoso, formando soluzioni ad alta viscosità. Cause della loro solubilità: alto grado di polimerizzazione e alto peso molecolare; legami non covalenti tra le catene; conformazione asimmetrica delle catene; legami β-(1-3) sono irregolari e non permettono la formazione di strutture regolari, quindi stabili. Effetti di un’incorretta degradazione: aumento viscosità del mosto; problemi di filtrazione; problemi con stabilità della limpidezza della birra.

L’Amido costituisce il 55-65% della SS (sostanza secca) della cariosside ed è presente all’interno della cellula sotto forma di granuli di grande(20/30μm) e piccolo(1/5 μm) diametro. Esso è organizzato in amilosio(80%) e amilopectina(20%). Amilosio->costituito da 200/400 unità di D-glucosio, unite da legami, in catena elicoidale non ramificata. Amilopectina-> fino a 6000 unità di D-glucosio, ramificato che termina con uno zucchero non riducente. (l’amido non è puro perché ci sono piccole unità di zuccheri e lipidi). Proteine: esse costituiscono una riserva di aminoacidi utilizzati dall’embrione quando inizia la germinazione. Il contenuto proteico non deve superare l’11,5%. Solo 1\3 dell’azoto proteico passerà nella birra. Le proteine possono influire sulla crescita del lievito, sulla limpidità della birra e sulla tenuta della schiuma. Azoto amminoacuidico(FAN): deve essere maggiore di 150-175 mg/L (livelli più bassi allungano la fase di crescita dei lieviti) (livelli più alti aumentano la produzione di diacetile e alcoli superiori, è necessario mantenere il FAN < 350 mg/L). Lipidi: in birrificazione i più importanti sono gli acidi grassi che derivano da metabolismo dei lieviti(saturi), luppolo (insaturi), malto (polisaturi). Circa la metà dei lipidi del mosto sono presenti nelle trebbie(sotto prodotto dei cereali dopo il malataggio). Polifenoli: agiscono come ossidanti e riducenti, conferiscono sentori astringenti e “ruvidi”. Essi si ritrovano nei tegumenti della cariosside (più negli esastici che nei distici); l’estrazione avviene in macerazione e in parte in ammostamento (altri polifenoli arrivano dal luppolo). Sali minerali: contenuto pari al 2-4%, sono in prevalenza fosfati, silicati e Sali di potassio. Circa il 75% dei sali presenti nella birra derivano dal malto, i restanti dall’acqua.

Produzione del malto: 1) pulitura e calibratura delle cariossidi 2)bagnatura\macerazione cariossidi 3) germinazione 4) essicazione e tostatura 5) degerminazione e pulitura malto.  

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Pulitura: si eliminano le impurità (sassi, polveri, frammenti vegetali), semi di infestanti e frammenti di grani rotti (che non possono germinare, ma facilitare l’insediamento di insetti). Calibratura: suddivisione delle cariossidi in classi dimensionali: 1 qualità (2,5\2,8 mm) – 2 qualità (2,2\2,5mm) – 3 qualità\scarto (< 2,2mm). È una fase importante perché una granulometria uniforme determina un comportamento omogeneo delle cariossidi in maltazione e quindi una germinazione uniforme regolare e completa.(Malto Pilsen ->1 qualità). Bagnatura: fornisce l’umidità e l’ossigeno necessario all’avvio della germinazione (deve essere garantita una corretta movimentazione della granella). 36\48 ore a 10-25*C Macerazione: un’areazione insufficiente può provocare asfissia della cariosside, l’apporto di ossigeno può realizzarsi per rinnovo periodico dell’acqua, alternando periodi di immersione\scoperto, oppure insufflando aria. Già in questa fase di umidità si differenziano i processi per malti chiari(40%) e scuri(45%). Un’umidità più elevata determina un processo germinativo più spinto-> maggior quantità di zuccheri. Quando si evidenzia la coleoriza(guaina della radichetta) è trasferito in camera di germinazione. Germinazione: Obiettivi-> promuovere la sintesi di enzimi, assicurare la solubilizzazione delle pareti delle cellule dell’endosperma. Processo-> il cerale rimane nelle camere di germinazione per 3\7 giorni ad una temperatura di 15-20*C; i processi respiratori necessitano di una crescente concentrazione di ossigeno e determinano un innalzamento della temperatura; dunque viene insufflato con aria fredda (favorisce ossigeno e rimuove l’anidride carbonica). La formazione della plantula si manifesta con l’emissione della radichetta e della piumetta (le cariossidi possono essere spruzzate con acido gibberellico per facilitare la germinazione ->pratica vietata in germania). Germinazione ottimale-> radichetta lunga 3\4 della cariosside. Degradazione dei β-glucani: una rottura insufficiente dei polisaccaridi di parete durante la maltazione, porta una scarsa modificazione dell’endosperma e una bassa resa in estratto.

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Degradazione proteine: la depolimerizzazione delle proteine è mediata dall’azione di due gruppi di enzimi, secreti nell’endosperma dai cereali germinanti: endopeptidasi e esopeptidasi; essi sono importanti per la tenuta della schiuma e nei fenomeni di intorbidimento. Comporta una degradazione del 30\45% delle proteine a composti solubili. Il rapporto tra N proteico solubile \ N proteico totale è noto come indice di Kolbach. La degradazione produce circa 150-250 ppm di FAM. Degradazione Amido: è determinata dall’azione contemporanea di: α-amilasi->(assente nei granelli maturi) viene sintetizzata dall’embrione e poi trasferito nell’endosperma; β-amilasi-> catalizza la liberazione di maltosio, a partire dall’estremità riducente della catena. Pullulanasi-> enzima deramificante che favorisce la frammentazione dell’amido da parte di altri enzimi (sintesi indotta dalle gibberelline). α-glucosidasi ->degrada il maltosio, generando due unità di glucosio. La maggior degradazione di amido avviene durante l’ammostamento (mashing). Tecniche di germinazione: 1) tradizionale-> cariossidi disposte in strati di 10\20 cm di spessore, periodicamente rivoltati; 2) sistemi pneumatici-> sistemi d’aria con T e umidità controllate dove viene insufflata aria attraverso lo strato di cariossidi disposte su un fondo grigliato; 3)sistemi automatici di rivoltamento-> mantengono costanti i parametri termo-igrometrici e il grado di ossigenazione; 4)cassoni Saladin ; 5) cassoni\cassoni ermetici; 6) sistema Kropf-> cassone con chiusura ermetica, arricchimento di CO2 in atmosfera che rallenta lo sviluppo della plantula e favorisce la disintegrazione dell’endosperma. Essiccazione malto verde: il malto viene sottoposto ad essicazione fino ad un umidità < al 4%, vengono dunque arrestati lo sviluppo della plantula e i fenomeni idrolitici. Il seme diventa friabile e conservabile. Conferisce inoltre un aroma speciale, una colorazione desiderata, consente di separare il chicco dalla radichetta(non dalla piumetta) che è ricca di proteine e che darebbe un gusto erbaceo alla birra. Nel corso dell’essicazione la denaturazione degli enzimi è parziale; in soluzione acquosa gli enzimi del malto non resistono a T > 78*C. L’essicazione si compie in 2 stadi: 1) Introno ai 30\50*C nella griglia superiore dove viene eliminata gran parte dell’umidità 2) Nella griglia inferiore con temperature più alte (torrefazione) 80\90 malti chiari 100\110 scuri

Malto chiaro tipo “Pilsener”: radichetta 1,5\2 volte la lunghezza della cariosside; non c’è la formazione di ussari (fuoriuscita della piumetta); malto con essiccamento a temperatura bassa. Questo malto è prettamente usato per produrre birre di stile tedesco molto chiare. Malto scuro tipo “Monaco”: tutta la tecnologia di germinazione (più spinta, maggiore umidità) e di essiccazione è mirata all’ottenimento di maggior colore. Oltre i 110*C il malto assume sapori di bruciato; i tempi di trattamento per le 2 fasi possono essere più corti (12h + 12h). Malto Chiaro

Malto Scuro

Orzo povero in proteine (9-11%) Macerazione moderata Germinazione fredda e corta, disgregazione limitata

Orzo ricco in proteine (11-12%) Macerazione spinta Germinazione calda e lunga, disgregazione accentuata(> formazione di zuccheri e aminoacidi) Essicazione lunga con torrefazione intensa: 1 stadio 50-60*C 2 stadio 100-105*C

Essicazione breve con torrefazione limitata: 1 stadio 30-45*C 2 stadio 80-85*C

Altri tipi di malto: hanno caratteristiche diverse dal malto base e vengono aggiunti per aumentare la pienezza, il gusto, per correggere il colore ecc: malto caramello, malto acido, malto di frumento, malto colorante. Malto acido: prodotto dal malto verde normalmente germinato e irrorato con una soluzione di acido lattico prima dell’essiccazione-> determina una concentrazione dell’acido fino a valori del 3\4% sul malto (pH 3,5). È utilizzato per abbassare il pH del mosto, sostituendo la correzione del pH dell’acqua. Malto di frumento: si distingue in chiaro e scuro; hanno un contenuto di N (proteine) generalmente inferiore a quello d’orzo. Il suo impiego è riservato alla produzione di birre ad alta fermentazione (cariosside non riverstita). 

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Degerminazione: prima dell’ammostamento, il malto essiccato viene degerminato al fine di eliminare le radichette dalle cariossidi(liberandole anche da polveri e impurità) -> in quanto le radichette sono molto ricche di proteine e la loro presenza determina un’instabilità della birra e sapori sgradevoli. Pulitura: la pulizia dei materiali è importante per prevenire problemi di infezioni batteriche.

Macinazione: obiettivi-> ridurre le dimensioni e aumentare la superficie di attacco enzimi durante la saccarificazione; aumentare la solubilizzazione degli enzimi contenuti nel malto; ma non deve ridurre eccessivamente le dimensioni, per evitare problemi di filtrazione! La macinazione fine aumenta il tasso di estrazione(molto importante per i birrifici industriali), ma diminuisce la filtrabilità; si utilizzano dunque diversi tipi di macinazione in funzione del tipo di filtrazione che verrà impiegata! Macinazione a umido con mulino a cilindri per tini di flitrazione-> il malto viene sprayzzato con acqua calda, l’umidificazione conferisce elasticità ai tegumenti che diventano comprimibili, senza sminuzzarsi troppo. Macinazione a secco con mulino a cilindri\martelli per filtro miscela-> 4\6 rulli, la maggior frantumazione e finezza del macinato aumentano i tempi di filtrazione nel tino (< numero di cotte lavorabili). Ammostamento (mashing): richiede normalmente 2,5\4 L d’acqua per Kg di malto per le birre chiare. La miscelazione avviene a 33\35*C ( i malti ben disgregati oggi disponibili consentono ammostamenti veloci a 40\45*C). Alla temperatura di 35*C viene favorita l’ulteriore degradazione dei β-glucani; vengono estratti componenti pre-solubilizzati durante la maltazione (zuccheri, peptidi, aminoacidi); più è lungo il tempo di impasto > è la resa in estratto e < lo sfruttamento degli impianti. La successione delle temperature e le modalità di riscaldamento definiscono il tipo di ammostamento: infusione o decozione -> indipendentemente dalla tecnica la T non supera mai i 75\77*C oltre alla quale le amilasi vengono totalmente inattivate! Lo scopo fondamentale è la solubilizzazione (ad opera degli enzimi amilolitici) degli zuccheri complessi presenti nel malto. Tutte le sostanze che passano in soluzione, vengono indicate come estratto. L’ammostamento dovrebbe dare una resa pari al 65\80% del peso del malto. Le attività enzimatiche coinvolte nel processo di maltazione e ammostamento sono influenzate da: tempo, temperatura, pH e concentrazione del mosto. Peptonizzazione(degradazione proteine): a 45*C si formano prodotti a basso peso molecolare(nutrizione dei lieviti); a 55*C si formano prodotti ad alto peso molecolare(schiuma, gusto, pienezza, torbidità); questo processo serve per ottenere aminoacidi semplici. Saccarificazione: degradazione dell’amido in zuccheri fermentescibili(destrine) ad opera dell’amilasi; fenomeno influenzato da T, durata, pH, concentrazione mosto, tipo di malto e grado di macinatura. Le β-amilasi formano il maltosio, le α-milasi formano le destrine. Idrolisi enzimatica dell’amido: quando l’amido non è ben degradato agisce lo Iodio, conferendo un colore blu; invece se l’amido è stato degradato correttamente le catene (non più ramificate), la reazione con lo Iodio darà una colorazione rossiccia (degradazione ideale -> colore giallo). Aggiunta succedanei: nella fase di ammostamento possono essere aggiunti alla miscela i grani crudi di vari cereali (non germinati) per migliorare la composizione dell’estratto! Queste farine vengono sottoposte ad un trattamento preliminare per favorire la gelatinizzazione dell’amido -> quindi la sua successiva degradazione ad opera degli enzimi del malto. I Sali minerali dell’acqua sono molto importanti per gli effetti sulla birra, influenzando relazioni diastatiche e colloidali nel corso della produzione. Il bicarbonato di calcio svolge un’azione importante nella macerazione dell’orzo, infatti le sostanze resinose e tanniche delle scorze si sciolgono meglio nelle acque alcaline. Acqua per birra: il Ca⁺⁺ presente nell’acqua reagisce coi fosfati del malto, diminuendo il pH; inoltre protegge gli enzimi dall’inattivazione termica, favorisce la precipitazione delle proteine in bollitura e favorisce la flocculazione del lievito. La gestione del pH dell’acqua può essere attuata anche con: acidificazione omolattica del mosto – aggiunta di malto acido – aggiunta di acido lattico – bollitura H2O(precipitazione dei carbonati) Tecniche di riscaldamento del mosto: Infusione classica-> è il sistema più tradizionale e semplice; prevede il riscaldamento a una sola temperatura(63-68*C) di tutta la miscela: acqua\malto\farine, senza che venga raggiunta l’ebollizione. Infusione programmata-> riscaldamento a diverse temperature della miscela; il malto viene riscaldato a basse T per permettere l’attività degli enzimi proteolitici(che disgregano le proteine del malto), poi la T viene elevata fino a 77*C. Decozione(a tempere) -> innalzamento della T della miscela in seguito al riscaldamento di una parte del mosto (circa 1\3), che viene portato ad ebollizione e poi aggiunto alla miscela da cui era stato prelevato, per innalzare la T al valore desiderato! (sistema più diffuso).

Filtrazione: le trebbie (parte insolubile del mosto) consistono in residui della germinazione del malto d’orzo e di altro materiale che deve deve essere separato. Il processo di filtrazione della miscela è di 2 fasi: 1) Filtrazione del primo mosto -> per separare le trebbie dalla miscela 2) Lavaggio delle trebbie -> (con acqua calda) per estrarre l’estratto solubile rimasto nelle trebbie Tecnologie di filtrazione: Tino di filtrazione-> il tino è dotato di un falso fondo con slots, che consentono il passaggio del mosto, trattenendo le trebbie; dopo il riempimento del tino, si attende il deposito delle trebbie sul fondo che formano lo strato filtrante. Il malto deve essere macinato delicatamente e a umido per preservare l’integrità della scorza. Un aratro meccanico smuove periodicamente le scorze per facilitare il flusso del mosto; le trebbie vengono esaurite immettendo acqua calda dall’altro del tino di filtrazione. (3-4 h) Tino di miscela-> tradizionale sistema britannico che prevede ammostamento e filtrazione in uno stesso tino (mash tun). La differenza sostanziale sta nel rapporto acqua\farine (tino miscela 2,5:1 – tino filtrazione 5:1). Inoltre le fenditure sul falso fondo sono più larghe. Filtro Meura -> vantaggi: breve durata (2 ore) – maggior limpidità – rese più elevate - minimo contatto ossigeno. Esaurimento trebbie: un maggior volume d’acqua determina un maggior esaurimento, ma anche la necessità di una maggiore concentrazione in bollitura e una maggior estrazione di composti indesiderati (silicati, tannini, proteine). Si una un quantità d’acqua pari a quella utilizzata per il mashing; maggiore è la T dell’acqua, maggiore sarà l’estrazione. Tecnologie di eboliizione: l’ebollizione si effettua in una caldaia di cottura equipaggiata con diversi sistemi di bollitura: caldaie a riscaldamento diretto(poco utilizzate) – caldaie a vapore (130/140*C) – caldaie a bassa pressione con scambiatore. Scopi: inattivare gli enzimi saccarificanti, fissando il rapporto maltosio\destirne – sterilizzare il mosto – concentrare il mosto – precipitazione sostanze proteiche. Inoltre consente di: procedere al luppolamento, isomerizzare gli α-acidi e solubilizzare gli olii essenziali del luppolo – coagulare a caldo i complessi tanno\proteici – eliminare per evaporazione i composti indesiderati – colorare il mosto. La durata totale dell’ebollizione è di 50-120 min. Evaporazione delle sostanze indesiderate: provoca la formazione e la parziale evaporazione di sostanze naturalmente presenti nel malto -> Dimetilsolfuro (DMS) -> conferisce gusto di cavolo bollito alla birra; deriva da precursori durante l’essicazione del malto verde; l’ebollizione provoca l’ulteriore trasformazione del precursore in DMS libero e in seguito la sua evaporazione!

Luppolo (humulus lupulus): tra luglio e agosto l’infiorescenza femminile forma i coni di luppolo; i semi sono ricchi di ghiandole resinose contenenti luppolina...