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tesi della dottoressa federica toso
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
INDICE
INTRODUZIONE
1.1 La birra
4 4 1.1.1 La storia
1.1.1.1 L’evoluzione dell’industria birraia in Italia
1.1.2 Le materie prime
6 7 8 1.1.2.1 L’acqua
8 1.1.2.2 I cereali
9 1.1.2.3 Il luppolo
10 1.1.2.4 Il lievito
13 1.1.3 Il processo produttivo
13 1.1.3.1 La maltazione
13 1.1.3.2 L’ammostamento
16 1.1.3.3 La filtrazione
19 1.1.3.4 La bollitura
21 1.1.3.5 La fermentazione
21 1.1.4 Il barley wine
22 1.1.4.1 L’invecchiamento della birra
23 1.1.4.2 L’invecchiamento in legno
25 1.2 Tecniche per la caratterizzazione strumentale
1.2.1 Il naso elettronico
28 28 1.2.1.1 Sensori utilizzati nel naso elettronico
29 1.2.1.2 L’utilizzo nel settore della birra
31 1.2.2 La lingua elettronica
32 1.2.2.1 La misura potenziometrica
33 1.2.2.2 L’utilizzo nel settore della birra
35 SCOPO DEL LAVORO
36 2
MATERIALI E METODI
37 3.1 I prodotti
37 3.2 Le valutazioni compositive
39 3.3 La caratterizzazione strumentale
42 3.3.1 L’analisi con il naso elettronico
42 3.3.2 L’analisi con la lingua elettronica
44 RISULTATI
46 4.1 Le analisi di base
46 4.2 Il naso elettronico
57 4.3 La lingua elettronica
64 CONCLUSIONI
67 RINGRAZIAMENTI
68 BIBLIOGRAFIA
69 SITOGRAFIA
72 3
INTRODUZIONE
1.1 La birra
“ Vinum est donatio dei, cervetia traditio umana. ”
Martin Lutero
Con questa frase estremamente coincisa, il teologo tedesco Martin Lutero
(1483-1546) 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 2011.
Tabella 1.1 - Principali Paesi produttori di birra
(FAO, 2011)
Paese produttore
Cina
Quantità (t)
48.345.000
Usa
22.533.700
Brasile
13.300.000
Russia
9.935.920
Germania
8.944.725
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In Italia, la produzione della birra è regolamentata dalla legge n. 1354 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.
272. 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.
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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
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 1859. 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.
1.1.1.1 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
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.
1.1.2
Le materie prime
1.1.2.1 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 (Ca2+e Mg2+) e può essere suddivisa in durezza carbonatica (o temporanea) e
non carbonatica (o permanente).
Nel caso dello ione bicarbonato (HCO3-), si parla di durezza temporanea, in
quanto con l’ebollizione i bicarbonati precipitano sotto forma del corrispondente
carbonato con perdita di anidride carbonica:
Ca(HCO3)2  CaCO3 + CO2 + H2O
Nel caso dei solfati, dei nitrati e dei cloruri (SO42-, NO3-, 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 (Ca2+) e magnesio (Mg2+)
provocano un decremento del pH, mentre lo ione bicarbonato (HCO3-) 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
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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.
1.1.2.2 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
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…
1.1.2.3 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 1.2 - Infiorescenza femminile
della pianta di Humulus lupulus
(da www.entheology.com)
10
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 1.3 - Ghiandole luppoline all'interno
dell’infiorescenza femminile di luppolo
(da www.ars-grin.gov)
Le resine dure non hanno molto importanza nel campo della birra, mentre
quelle morbide sono responsabili del sapore amaro della birra, in particolare gli αacidi. 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 1.4 - Isomerizzazione degli α-acidi in fase di bollitura
(da www.chemicalbook.com)
11
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 5080% 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 1.5 - Luppolo in forma di fiori
essiccati (1), plugs (2) e pellet (3)
(da www.listermannbrewing.com)
12
1.1.2.4 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 20-22°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).
1.1.3
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.
1.1.3.1 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
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 1.6 - Flow sheet del processo produttivo della birra
14
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 10-20°C per 24-36 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
1.1.3.2 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 80-100°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 38-40°C per poi
aggiungere ulteriore acqua a circa 80°C al fine di raggiungere una temperatura della
massa di 63-65°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
Tabella 1.2 - Temperature di gelatinizzazione di alcuni cereali
(Briggs et al., 2004)
Fonte di amido
Temperatura di
gelatinizzazione (°C)
Fonte di amido
Temperatura di
gelatinizzazione (°C)
Mais*
62-77
Frumento
52-66
Sorgo*
69-75
Segale
49-61
Miglio*
54-80
Avena
52-64
Orzo
60-62
Riso*
61-82
Malto d’orzo
64-77
Patata
56-71
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 75-80°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, βglucani 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
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 5.6-5.8, una temperatura ottimale di
70-74°C e si degrada a 80°C, mentre la β-amilasi ha un pH ottimale intorno a 5.45.5, una temperatura ottimale di 58-65°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 50-60°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 62-65°C si ha la massima produzione di maltosio, in quanto si tratta della
temperatura ottimale per la β-amilasi; a 70-73°C (temperatura ottimale per l’αamilasi), invece, si ha la massima produzione di zuccheri semplici. Il pH deve essere
mantenuto a valori di 5.5-5.6 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 40-45°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
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 55-60°C.
Al termine del processo di ammostamento, la temperatura viene portata a 7780° con lo scopo di inattivare tutti gli enzimi.
1.1.3.3 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 1.7 - Il tino di filtrazione
(Hans Michael Esslinger, pag. 183)
19
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 1.8 - 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
1.1.3.4 La bollitura
Il mosto filtrato viene traferito nel tino di cottura dove viene portato a
ebollizione e bollito per alcune ore con lo scopo di concentrarlo, sterilizzarlo,
inattivare eventuali enzimi ancora attivi, provocare la precipitazione delle proteine e
dei polifenoli, strippare composti volatili indesiderati e provocare reazioni di
Maillard con formazione di composti scuri come le melanoidine che contribuiscono,
inoltre, all’abbassamento del pH.
In fase di cottura, si effettua anche la luppolatura che prevede l’aggiunta di
una o più tipologie di luppolo, sovente in tempi diversi, al fine di conferire alla birra
il sapore amaro, grazie all’isomerizzazione degli α-acidi in iso-α-acidi, e aromi.
L’acidificazione del mosto, da pH 5.7-5.9 a valori di 5.5-5.6 è dovuta, oltre
alle melanoidine prodotte dalle reazioni di Maillard, agli acidi del luppolo e alla
precipitazione di sali insolubili come il fosfato tricalcico con liberazione di
idrogenioni. L’abbassamento del pH, seppur minimo, determina una migliore
precipitazione di proteine e polifenoli, una migliore qualità dell’amaro conferito dal
luppolo e una maggiore protezione del mosto da eventuali inquinamenti microbici.
Allo stesso tempo, però, il pH più basso provoca una minore isomerizzazione degli
α-acidi del luppolo (Krottenthaler & Glas, 2009).
Al termine della cottura il mosto presenta molte sostanze insolubili in
sospensione, prevalentemente flocculi tanno-proteici derivanti dalla reazione dei
polifenoli con le proteine del malto, i quali devono essere allontanati. Il metodo più
utilizzato è il separatore whirlpool costituito da un serbatoio cilindrico nel quale si
pompa il mosto tangenzialmente alla parete in modo da creare un mulinello che porta
i torbidi a depositarsi al centro della base. In alternativa possono essere utilizzate
centrifughe.
1.1.3.5 La fermentazione
Il mosto proveniente dalla cottura, dopo essere stato separato dai torbidi, deve
essere raffreddato mediante l’uso di scambiatori di calore per consentire la
successiva fermentazione alcolica.
Nel caso della birra, è indispensabile l’inoculo del lievito, in quanto il mosto
dopo la bollitura è semi-sterile: permangono alcuni batteri lattici termodurici, ma i
21
lieviti presenti in origine non sono sopravvissuti a causa delle temperature elevate
impiegate nel processo.
Dato che, oltre a un numero di cellule di lievito sufficiente, una buona
fermentazione dipende anche dalla disponibilità di ossigeno per il microrganismo, è
necessario aerare il mosto con aria sterile o con ossigeno attraverso candele
ceramiche, tubi venturi, mixer statici o centrifughi.
Nel caso della birra, si parla di alta fermentazione o bassa fermentazione
(paragrafo 1.1.2.4). In entrambi i casi, le sostanze zuccherine presenti nel mosto,
grazie all’attività dei lieviti, vengono fermentate con produzione di etanolo, anidride
carbonica e numerosi sottoprodotti. Questi ultimi possono essere distinti in alcoli
superiori, esteri, composti carbonilici, composti sulfurei e acidi organici, tutti
caratterizzati da diverse soglie di percezione gustativa e olfattiva.
Durante la fermentazione, il pH scende di circa un punto passando da 5.4-5.5
a 4.3-4.6 a causa della formazione di acidi organici volatili (acetico e formico) e non
(piruvico e lattico).
Una volta raggiunto il grado alcolico desiderato, la birra, previo un periodo di
maturazione, può essere filtrata, imbottigliata sotto pressione ed eventualmente
pastorizzata. Le birre artigianali, tuttavia, tendenzialmente vengono imbottigliate non
gasate e rifermentate in bottiglia al fine di sviluppare l’anidride carbonica che dà la
sensazione di effervescenza e non vengono sottoposte a pastorizzazione.
1.1.4
Il barley wine
II barley wine, letteralmente “vino d’orzo”, è uno stile di birra ad alta
fermentazione caratterizzato da una gradazione alcolica elevata, spesso superiore
all’8% vol, da un elevato residuo zuccherino e da un’effervescenza scarsa o nulla.
La prima birra ad essere etichettata con questa denominazione è stata la “Bass
No. 1 Barley wine”, prodotta dalla Bass Brewery di Burton-upon-Trent (Inghilterra)
a partire dai primi del Novecento. In realtà, però, lo stile ha origine più antiche e
deriva probabilmente da un antico metodo di produzione conosciuto come parti-gyle
attraverso il quale si producevano mosti parecchio concentrati destinati a birre molto
alcoliche che spesso venivano anche invecchiate in botti di legno per uno o più anni
prima di essere consumate. Utilizzata ancora oggi, la tecnica del parti-gyle consiste
22
nel produrre due mosti da una singola cotta. Dopo la filtrazione sul letto di trebbie, il
mosto ottenuto, molto concentrato, viene raccolto senza effettuare il lavaggio delle
trebbie e viene utilizzato per produrre birre in stile barley wine. Il lavaggio delle
trebbie si esegue solo successivamente e il mosto ottenuto è adoperato per produrre
una birra più leggera.
Oggi i barley wine vengono prodotti con la tecnica del parti-gyle o mediante
l’aggiunta di fonti zuccherine esogene come lo sciroppo di glucosio, zuccheri scuri
caramellati, miele… Solitamente vengono fermentati con ceppi di lieviti ale, i quali
devono essere molto tolleranti all’etanolo al fine di consentire il raggiungimento
delle gradazioni alcoliche desiderate senza incorrere in arresti fermentativi. Prima di
essere messi in commercio, inoltre, vengono invecchiati in acciaio o legno o
direttamente in bottiglia per periodi di tempo variabili.
Esistono essenzialmente due stili di barley wine: quello americano e quello
inglese. Il barley wine americano tende a essere più luppolato, più amaro e ha una
colorazione che varia dall’ambrato al marrone chiaro. Lo stile inglese, invece, è
solitamente meno luppolato e il colore può essere molto variabile, dal rosso dorato al
nero opaco.
1.1.4.1 L’invecchiamento della birra
Generalmente, la birra è una bevanda che deve essere consumata subito o
dopo una breve maturazione, ovvero un periodo di durata variabile da una settimana
a un paio di mesi in cui viene lasciata riposare affinché acquisisca caratteristiche
sensoriali tali da renderla qualitativamente migliore. In realtà, però, alcune tipologie
di birra, come i barley wine, possono migliorare attraverso l’invecchiamento
diventando più complesse dal punto di vista sensoriale.
L’ossidazione, solitamente considerata come un grave difetto della birra,
riveste una notevole importanza nel caso di birre invecchiate. Nel caso di birre non
idonee, come ad esempio le pilsner, l’invecchiamento provoca la comparsa di aromi
indesiderati come sentori di ribes, pomodoro o cartone bagnato. L’insorgere di
queste caratteristiche negative può essere incentivato dalla presenza di ossigeno
disciolto nella birra o di ossigeno nello spazio di testa della bottiglia, oltre che da
temperature di invecchiamento superiori ai 20°C (Oliver, 2011).
23
A partire dagli anni Sessanta, numerosi studi hanno investigato gli aspetti
chimici dell’invecchiamento della birra e, nonostante i cinquant’anni di ricerche, le
reazioni che avvengono durante questa fase rimangono difficili da spiegare nel loro
complesso. Nel 1977, Dalgliesh (Vanderhaegen, 2006) ha descritto i cambiamenti
che si verificano dal punto di vista olfattivo e gustativo durante l’invecchiamento di
una birra. Lo studio dell’autore, riassunto nel figura 1.9, però, rappresenta una
generalizzazione dell’evoluzione sensoriale e non è applicabile a tutte le tipologie di
birra. Dalgliesh sostiene che, durante l’invecchiamento, si verifica una costante
diminuzione
dell’amaro
parzialmente
dovuta
al
mascheramento
provocato
dall’aumento del gusto dolce, in coincidenza del quale si verifica anche un aumento
degli aromi dolciastri, come caramello e zucchero bruciato. Si verificano, inoltre, un
rapido aumento di intensità dell’aroma di ribes, seguito da un decremento, e lo
sviluppo di aroma di cartone bagnato.
Figura 1.9 - Evoluzione sensoriale della birra durante l'invecchiamento
(Dalgliesh, 1977)
Oltre alla presenza dell’ossigeno, la temperatura di stoccaggio influenza
l’evoluzione della birra nel corso dell’invecchiamento. Furusho et al., nel 1999,
(Vanderhaegen, 2006) hanno effettuato uno studio sull’evoluzione sensoriale durante
la conservazione di diverse birre e hanno notato come l’evoluzione della nota di
cartone bagnato sia diversa durante la conservazione di lager a temperature di 20°C e
24
30°C. Ciò era stato dimostrato anche in precedenza, nel 1995, dal lavoro di Kaneda
et al. (Vanderhaegen, 2006) che hanno dimostrato che quando una lager è
invecchiata a 25°C sviluppa prevalentemente note di caramello, mentre a 30°C e a
37°C lo sviluppo di note di cartone bagnato è maggiore.
Nelle birre idonee all’invecchiamento, come i barley wine, una lenta
ossidazione e la conseguente degradazione di vari composti porta alla comparsa di un
flavor particolare. Inoltre, in queste tipologie di birra, un’eventuale comparsa di
aromi non desiderati solitamente viene mascherata dalla forte intensità di altre note
positive. Con l’invecchiamento, i barley wine acquisiscono note di nocciola, di
mandorla, cioccolato e liquirizia (Oliver, 2011).
1.1.4.2 L’invecchiamento in legno
Nel passato, quando i serbatoi in metallo non erano molto diffusi, il legno
veniva utilizzato per stoccare e trasportare qualsiasi tipo di bevanda, come acqua,
vino, birra, olio di oliva, rum… L’intenzione, tuttavia, non era quella di conferire
caratteristiche sensoriali particolari alla bevanda, ma semplicemente avere un
contenitore in cui trasportarla.
Dai primi dell’Ottocento, i birrai hanno incominciato a trattare le botti,
solitamente in quercia, con ripetuti risciacqui con acqua bollente e acido cloridrico
per neutralizzarle al fine di ridurre la possibilità che la birra successivamente
immessa prendesse note di legno. Con il passare del tempo, si sono sviluppati
serbatoi e fusti in acciaio, i quali sono diventati di largo impiego nell’industria birraia
causando un progressivo abbandono del legno.
Attualmente, molti birrifici hanno ripreso a utilizzare il legno per la
produzione di alcune birre, ma questa volta l’obiettivo è totalmente diverso. Le
moderne birre, infatti, vengono invecchiate in legno perché acquisiscano
caratteristiche particolari nell’aroma e nel flavor.
Negli Stati Uniti, dove negli ultimi anni l’invecchiamento della birra si è
largamente diffuso, le botti più utilizzate sono quelle del bourbon. Secondo la legge
americana, un whisky per essere denominato “straight bourbon” deve essere
invecchiato per un minimo di due anni in una botte nuova di quercia bianca
americana. Le distillerie, quindi, utilizzano le botti per un paio di anni e poi sono
costrette a sostituirle.
25
I principali costituenti del legno sono la cellulosa, l’emicellulosa e la lignina,
oltre che tannini e piccole quantità di lipidi (oli e cere). L’emicellulosa in fase di
tostatura, si degrada negli zuccheri semplici che la compongono (glucosio, xilosio,
mannosio, ramnosio, arabinosio e galattosio), i quali caramellizzano con formazione
di furfurolo, idrossimetil-furfurolo, maltolo, ciclotene e altri composti caratterizzati
da aromi di mandorla amara, tostato, caramello e mandorla bruciata. La lignina,
infine, è un polimero complesso che si compone di unità di guaiacile e unità di
siringile. Nelle bevande invecchiate in legno, queste danno origine a due gruppi di
composti:
•
Dalla struttura del guaiacile si formano la coniferaldeide, la vanillina e
l’acido vanillico;
•
Dalla struttura del siringile hanno origine la sinapaldeide, la
siringaldeide e l’acido siringico.
Se, però, il calore apportato in fase di tostatura del legno è eccessivo, la
lignina può essere convertita anche in fenoli volatili, responsabili di aromi di fumo e
di medicinale (Ackland, 2001).
I lattoni, composti lipidici contenuti all’interno del legno di quercia, sono i
principali responsabili dell’aroma conferito da botti in questa varietà di legno. In
concentrazioni basse, infatti, questi composti conferiscono le caratteristiche note di
legnoso ed erbaceo, mentre in concentrazioni più elevate gli aromi a essi dovuti
ricordano la rosa e il cocco. In realtà, però, la stagionatura all’aria aperta del legno e,
ancora di più, la tostatura possono portare alla degradazione dei lattoni con
conseguente minor incidenza aromatica.
I tannini sono composti largamente presenti nel legno di quercia e
conferiscono la tipica sensazione di astringenza propria delle bevande affinate in
legno. Nel caso di botti di seconda mano, utilizzate per l’affinamento della birra,
però, è probabile che la maggior parte dei tannini siano già stati assorbiti, ad esempio
dal bourbon, e, quindi, la birra non acquisisce questa caratteristica. D’altro canto, i
tannini sono anche potenti antiossidanti in grado di fornire protezione verso
l’ossidazione che inevitabilmente si verifica durante la conservazione in botti di
legno.
26
Oltre alle caratteristiche sensoriali conferite dal legno stesso, la birra
acquisisce anche quelle della bevanda che in precedenza ha sostato nella botte.
Infatti, l’utilizzo di botti nuove nel settore della birra è molto raro, in quanto, oltre a
essere molto care, conferiscono caratteristiche sensoriali troppo spiccate. L’utilizzo
di botti di seconda mano, invece, le rende meno caratterizzanti, in quanto il vino o il
distillato che ci ha sostato in precedenza ha già estratto la maggior parte dell’aroma.
Inoltre, il legno ha assorbito le caratteristiche del suo precedente ospite, quindi si è
arricchito di nuovi aromi che verranno passati alla birra.
L’ossidazione è un fattore da tenere in considerazione nell’invecchiamento di
una birra in legno, in quanto le botti sono porose e l’ossigeno gradualmente viene
assorbito dall’esterno. Una lenta e costante ossidazione è una parte importante della
maturazione in legno e può conferire caratteristiche positive con una diminuzione del
gusto amaro conferito dal luppolo e un’intensificazione delle note di malto. Se
gestito con attenzione, l’ossidazione, quindi, consente lo sviluppo di caratteristiche
aromatiche positive, a differenza delle ossidazioni incontrollate che portano a note di
muffa e di carta. In ogni caso, se troppo spinta, l’ossigenazione, può causare un
incremento di acidità a causa dello sviluppo di Acetobacter.
27
1.2 Tecniche per la caratterizzazione strumentale
Le caratteristiche sensoriali di un alimento rivestono notevole importanza
nella valutazione della qualità di quest’ultimo. Infatti, quando la sicurezza e
l’apporto di nutrienti sono garantiti, l’insieme delle caratteristiche visive, gustative e
olfattive diventano il fattore discriminante nella definizione della qualità di un
prodotto alimentare.
Fino a non molto tempo fa, i parametri sensoriali potevano essere valutati con
metodologie molto onorese in termini di tempo e spesso inapplicabili in molti settori
del controllo qualità, come, ad esempio, l’impiego di panel test. Negli ultimi anni,
però, sono stati introdotti sul mercato strumenti che operano con principi simili a
quelli olfattivi e gustativi umani, ovvero il naso e la lingua elettronica, i quali
permettono di valutare le caratteristiche sensoriali di un alimento in modo rapido.
Questi strumenti trovano largo impiego in diversi settori alimentari (birra e bevande
alcoliche, carne e derivati, latte e derivati, prodotti della pesca…) per il controllo
delle materie prime, la caratterizzazione e la determinazione dell’origine geografica,
il monitoraggio in linea delle fasi di produzione, lo studio della composizione, la
presenza di odori estranei.
Il naso e la lingua elettronica presentano numerosi vantaggi quali la facilità di
utilizzo, la velocità di risposta, la versatilità di impiego, l’assenza di necessità di
pretrattamento del campione e l’oggettività delle analisi. Inoltre, possono essere di
supporto alle analisi chimico-fisiche e all’analisi sensoriale.
1.2.1 Il naso elettronico
Negli ultimi 30 anni, sono stati effettuati diversi studi sulla possibilità di
simulare l’olfatto umano attraverso un sistema artificiale. Il concetto di “sistema
olfattivo artificiale” è stato introdotto nel 1982 da Persaud e Odd, i quali hanno
utilizzato un insieme di sensori chimici non specifici per simulare i recettori olfattivi
umani, ma solo negli anni Novanta sono comparsi i primi strumenti sul mercato.
La definizione di “naso elettronico” che viene attualmente utilizzata è stata
proposta da Gardner e Barlett, i quali lo hanno definito come uno strumento che
28
comprende una serie di sensori chimici aspecifici e un sistema di pattern recognition
in grado di riconoscere odori semplici e complessi (Gardner & Yinon, 2003).
Il naso elettronico emula quello umano attraverso una serie di sensori in
grado di simulare la risposta dei recettori olfattivi agli odori. Grazie a una pompa a
vuoto, l’aria contente le molecole odorose del campione viene aspirata e trasportata
in una camera di misura realizzata in materiale chimicamente inerte come PVC,
vetro o acciaio inox. In questa zona, i composti presenti nello spazio di testa del
campione vengono a contatto con una matrice di sensori caratterizzati da una scarsa
selettività, ovvero sensibili a un’ampia gamma di molecole (Nagel et al., 1998).
L’analisi si compone di tre passaggi:
1. Aspirazione di aria dall’ambiente per effettuare la pulizia dei sensori;
2. Flusso del gas di riferimento (ad esempio, aria ambiente filtrata con
passaggio su filtro a carbone) nella camera di misura al fine di
stabilire la linea di base;
3. Analisi dello spazio di testa del campione.
Quando i composti volatili vengono a contatto con i sensori provocano una
variazione fisica e/o chimica del materiale che li costituisce con conseguente
variazione delle loro proprietà elettriche (Arshak et al., 2004). Il risultato che lo
strumento restituisce è pari al rapporto tra la conduttività del sensore a contatto con
le molecole presenti nello spazio di testa del campione e la conduttività del sensore al
passaggio del gas di riferimento.
1.2.1.1 Sensori utilizzati nel naso elettronico
La parte più importante di un naso elettronico è rappresentata dai sensori, i
quali possono essere di diversa formulazione, ma, in ogni caso, operano su una
variazione della conducibilità elettrica. I criteri che i sensori devono soddisfare sono
alta sensibilità verso i composti chimici e volatili, bassa sensibilità all’umidità e alla
temperatura, scarsa selettività verso i composti chimici, alta stabilità, riproducibilità
e affidabilità, robustezza, durabilità e facilità di calibrazione.
I sensori utilizzati nei nasi elettronici sono generalmente semiconduttori a
ossidi metallici (MOS), transistor semiconduttori a ossidi metallici a effetto di campo
(MOSFET), polimeri conduttori (CP) e cristalli pinzoelettrici. Questi possono essere
divisi in due grandi gruppi: sensori caldi (MOS e MOSFET) e sensori freddi (CP e
29
cristalli pinzoelettrici). I primi operano a temperatura più alta e sono considerati
meno sensibili all’umidità (Shaller et al., 1998).
I sensori MOS sono stati utilizzati per la prima volta negli anni Sessanta
come rivelatori di gas domestici in Giappone. Oggi sono i più utilizzati nei nasi
elettronici e sono costituiti da una lamina in ceramica riscaldata internamente da una
resistenza elettrica e ricoperta in superficie da uno strato di film di ossidi
semiconduttori. Questi ultimi possono essere agenti riducenti (ossido di zinco,
biossido di stagno…) o agenti ossidanti (ossidi di nichel e cobalto). Il principio di
funzionamento si basa sulla variazione di conducibilità dell’ossido in presenza di
molecole odoranti rispetto al valore assunto dalla conducibilità al passaggio del gas
di riferimento. Per effetto della temperatura di funzionamento elevata (in genere 200650°C), infatti, le sostanze volatili, sulla superficie dell’ossido di metallo, vengono
completamente combuste con produzione di anidride carbonica e acqua e, di
conseguenza, si verifica una variazione della resistenza dell’ossido.
I sensori MOSFET funzionano in modo analogo a quelli MOS in quanto sono
caratterizzati dalla stessa struttura, ma l’elettrodo è ricoperto da un metallo
catalizzatore. Si compongono, infatti, di 3 strati: silicio semiconduttore, isolante ad
ossido di silice e un metallo catalitico, generalmente palladio o platino. Il principio di
rilevazione si basa sulla variazione della conducibilità elettrica del metallo catalitico.
I sensori a polimeri conduttori organici (CP), come i sensori MOS, basano il
loro funzionamento sulla variazione di resistenza indotta dall’assorbimento di un gas.
Questi sensori si compongono di un substrato (ad esempio, fibra di vetro o silicio),
una coppia di elettrodi placcati d’oro e un polimero organico conduttore come
polipirrolo, polianilina o politiofene. Quando viene imposto un potenziale
all’elettrodo, un flusso di corrente passa attraverso il polimero conduttore. Il
passaggio di un composto volatile altera la superficie del polimero e modifica il
flusso di corrente e, quindi, la resistenza del sensore. Sensori di questo tipo, a causa
della loro bassa temperatura di attività (inferiore a 50°C), sono molto sensibili
all’umidità del campione.
I sensori a cristalli pinzoelettrici sono costituiti da dischi di quarzo, niobato di
litio (LINbO3) o tantalato di litio (LiTaO3) ricoperti da materiali chimicamente e
termicamente stabili, come fasi stazionarie cromatografiche, lipidi o composti non
30
volatili. Quando viene applicato un potenziale elettrico alternato, il cristallo vibra
con una frequenza definita dalle sue proprietà meccaniche. Quando il sensore viene
esposto a un flusso di gas, la sua superficie assorbe le molecole in esso presenti, le
quali, aumentando la massa del cristallo, ne diminuiscono la frequenza di risonanza,
la quale viene monitorata e correlata alla presenza del composto volatile.
I cristalli, selezionando il taglio e il tipo di configurazione degli elettrodi,
possono essere fatti vibrare in modalità di onda acustica di volume (BAW: bulk
acoustic wave) oppure in onda acustica superficiale (SAW: surface acoustic wave).
La differenza tra le due tipologie è la loro struttura: i sensori BAW sono
caratterizzati da onde tridimensionali che attraversano il cristallo, mentre i SAW da
onde bidimensionali (Rayleigh, Love e Bluestein-Gulyaev) che si propagano sulla
superficie del cristallo alla profondità di mezza lunghezza d’onda. I sensori SAW
sono più sensibili dei sensori BAW, ma entrambi, per fornire risposte comparabili ad
altri tipi di sensori, necessitano di un’elevata concentrazione di composti volatili.
Inoltre, sono molto sensibili alle variazioni di temperatura e di umidità.
1.2.1.2 L’utilizzo nel settore della birra
Il primo studio inerente l’applicazione del naso elettronico alla birra, nel
quale uno strumento dotato di 12 sensori CP è stato utilizzato, con successo, per
discriminare tra tre birre commerciali, due lager e una ale, è stato effettuato da
Pearce et al. (1993). Successivamente, nel 1995, Tomlinson, Ormrod e Sharpe hanno
studiato la possibilità di integrare un naso elettronico a 20 sensori CP nel processo
produttivo del loro birrificio (Shaller et al., 1998). Nello studio, sono state esaminate
varie birre (quattro lager e cinque ale di marche diverse) e le loro materie prime e,
nonostante le sovrapposizioni tra le diverse marche, il naso elettronico ha dimostrato
un buon livello di discriminazione tra le lager e le ale. Le birre sono, inoltre, state
aggiunte di diacetile, composti fenolici e contaminanti metallici con conseguente
variazione del segnale del naso elettronico. Dai risultati dello studio è stato
evidenziato come il naso elettronico fosse uno strumento promettente per l’industria
della birra nonostante fossero necessari ulteriori studi sulle tecniche di
campionamento, oltre che sull’architettura della strumento.
Nel 2002, McKellar et al. (Berna, 2010) hanno utilizzato un naso elettronico
allo scopo di determinare l’influenza del tempo di invecchiamento sullo sviluppo
31
delle caratteristiche aromatiche di una birra presente sul mercato. Lo strumento è
stato in grado di discriminare le birre invecchiate per 12-14 giorni da quelle
invecchiate per oltre 14 giorni.
Più recentemente, un naso elettronico dotato di 5 sensori MOS è stato
utilizzato per valutare l’invecchiamento di alcune birre (Ghasemi-Varnamkhasti et
al., 2011). Sono state analizzate birre alcoliche e non alcoliche e si è notato come le
prime fossero più stabili nel tempo. Infatti, quando l’alcol etilico viene allontanato
dalla birra, una parte dei componenti aromatici viene persa. Inoltre, le birre
dealcolate non presentano una concentrazione equilibrata dei composti aromatici
provenienti dal processo fermentativo (Sohrabvandi et al., 2010).
1.2.2 La lingua elettronica
Il primo lavoro inerente l’analisi di matrici liquidi con sistemi multisensori
risale al 1985 (Otto & Thomas, 1985), ma il concetto di lingua elettronica è nato una
decina di anni dopo. Infatti, la costruzione di uno strumento composto da sensori in
grado di misurare e confrontare il gusto di diversi alimenti ha richiesto la fusione di
conoscenze provenienti da diverse discipline, quali sensory technology, metodi di
riconoscimento di pattern, intelligenza artificiale e strumenti chemiometrici (Ciosek
& Wróblewski, 2007). Tra gli anni Ottanta e gli anni Novanta, sulle riviste
scientifiche, sono, quindi, apparsi i primi articoli riguardanti la lingua elettronica e,
negli anni successivi, l’argomento è stato largamente approfondito.
I sensori sono caratterizzati da una bassa selettività nei confronti delle
molecole presenti nella matrice alimentare e ciò è dovuto al tentativo di rendere
l’attività della lingua elettronica il più simile possibile a quella del sistema gustativo
umano. Infatti, la lingua umana è dotata di recettori che percepiscono un insieme di
sostanze responsabili del gusto, le trasducono in un segnale elettrico e lo trasmettono
al cervello dove il gusto viene percepito. Allo stesso modo, la lingua elettronica è
basata sul concetto di selettività globale, termine originariamente proposto da Toko
et al. nel 1996, e definito come la capacità di suddividere le sostanze chimiche in
diversi gruppi a seconda del loro gusto e la quantificazione di questi ultimi mimando
l’attività della lingua umana. Lo sviluppo di una lingua elettronica dotata di sensori a
selettività globale è basato su un concetto molto diverso rispetto a quello su cui si
32
basano i sensori chimici convenzionali, i quali sono in grado di rilevare
selettivamente una specifica sostanza chimica, come ad esempio il glucosio o l’acido
citrico. Infatti, il gusto non può essere misurato anche nel caso in cui vengano
identificate e quantificate tutte le sostanze chimiche contenute in una matrice
alimentare, in quanto l’essere umano non è in grado di distinguere ogni sostanza
chimica, ma percepisce il gusto nella sua totalità. Inoltre, esistono interazioni tra le
molecole responsabili dei gusti: ad esempio, le sostanze dolci provocano una minore
percezione di quelle amare. Attraverso
un’analisi
con
la
lingua
elettronica,
l’obiettivo, quindi, non è discriminare tra tutti i composti chimici presenti in un
campione, ma riconoscere i gusti ed effettuarne una quantificazione (Toko, 2000).
1.2.2.1 La misura potenziometrica
Una lingua elettronica può sfruttare l’azione di sensori di diverso tipo:
elettrochimici (sensori potenziometrici o voltammetrici), ottici o enzimatici
(biosensori). I più usati sono i sensori potenziometrici, in particolare gli elettrodi
ione-selettivi, i quali sono simili a un elettrodo pH, ma, a differenza di quest’ultimo,
non sono dotati di una membrana permeo-selettiva agli ioni idrogeno, ma possono
avere diversi tipi di membrane. Il principio di funzionamento degli elettrodi ioneselettivi è basato sulla misura della loro differenza di potenziale nei confronti di un
elettrodo di riferimento, il cui potenziale è noto, in assenza di corrente.
I principali svantaggi della misura potenziometrica sono la dipendenza del
segnale dalla temperatura, l’influenza della matrice e l’assorbimento dei componenti
in essa presenti da parte del sensore con conseguente influenza sul potenziale di
membrana. Questi fattori possono, però, essere minimizzati mediante il controllo
della temperatura dei campioni e il lavaggio degli elettrodi con solventi per limitare
l’assorbimento. D’altro canto, i vantaggi degli elettrodi ione-selettivi sono il basso
costo, la facilità di fabbricazione, il semplice montaggio, la possibilità di analizzare
un più ampio range di composti e la similarità con il meccanismo naturale di
riconoscimento del gusto. Tutte queste caratteristiche hanno fatto sì che i sensori
potenziometrici siano i più diffusi nelle lingue elettroniche (Ciosek & Wróblewski,
2007).
33
I sensori potenziometrici a selettività globale sono stati sviluppati dal
Dipartimento di Ingegneria Elettronica della Facoltà di Ingegneria dell’Università di
Kyushu, in Giappone (Hayashi et al., 1990). Questi sensori sono in grado di
rispondere ai diversi attributi del gusto e ogni sensore è caratterizzato da una risposta
diversa rispetto a quella degli altri. L’informazione data da ogni sensore è, quindi,
complementare a quelle fornite dagli altri e la combinazione di tutte le risposte
fornite genera il profilo gustativo (taste fingerprint) dell’alimento (Toko, 2000).
Come si nota dalla figura 1.10, ogni sensore, composto da una membrana
lipidico/polimerica spessa 200 µm e costituita da un lipide, cloruro di polivinile e un
plastificante, è inserito in un tubo di plastica che presenta un foro nella parte
superiore, la quale viene chiusa con un tappo nel quale è inserito un elettrodo di
riferimento ad Ag/AgCl. Il tubo è, infine, riempito con una soluzione 3 M di KCl.
Figura 1.10 – Struttura dei sensori a selettività globale di una lingua elettronica
(SA402, Anritsu)
(Toko, 2000)
La lingua elettronica effettua una misura potenziometrica tra il sensore e
l’elettrodo di riferimento, il quale è caratterizzato da un potenziale di elettrodo ben
determinato e stabile.
34
1.2.2.2 L’utilizzo nel settore della birra
Nonostante il largo utilizzo della lingua elettronica per l’analisi di matrici
alimentari liquide, in letteratura sono presenti pochi studi riguardanti la birra.
Nel 2006, questa tecnica è stata utilizzata da Ciosek e Wróblewski per
effettuare un’analisi qualitativa di diverse marche di birra e uno studio simile è stato
effettuato anche nel 2009 da Rudnitskaya et al. analizzando cinquanta campioni di
birre belghe e olandesi di diverso tipo (lager, ale, blanche, lambic…). Nello studio, è
stata effettuata una comparazione tra i risultati dei test di analisi sensoriale, durante i
quali i sette assaggiatori del panel dovevano giudicare la schiuma, l’aroma, il gusto e
il restrogusto attribuendo a ciascun parametro un punteggio, e i risultati dell’analisi
con una lingua elettronica dotata di 29 sensori potenziometrici. I risultati hanno
mostrato come la lingua elettronica fosse in grado di effettuare una maggiore
discriminazione tra i campioni rispetto ai membri del panel.
Più recentemente, Cetó et al. (2013) hanno utilizzato una lingua elettronica
dotata di 20 sensori potenziometrici per la discriminazione di diverse birre presenti
sul mercato.
35
SCOPO DEL LAVORO
Le birre barley wine sono un prodotto particolare dal punto di vista aromatico
e gustativo. Vengono spesso prodotte in modo empirico e, per valutare quando il
prodotto può essere messo in commercio, il mastro birraio generalmente si affida a
una sua personale analisi sensoriale. Lo scopo di questa ricerca è stato, quindi, quello
di studiare l’evoluzione di diverse birre barley wine mediante l’analisi chimico-fisica
e l’utilizzo di un naso e una lingua elettronici, al fine di comprendere quali siano le
variazioni indotte dall’ossidazione e dall’affinamento in legno e tentare di stabilire
dei parametri oggettivi per la definizione del momento per la commercializzazione di
questi prodotti.
36
MATERIALI E METODI
3.1 I prodotti
Lo studio è stato condotto presso il Birrificio Baladin srl con sede legale a
Piozzo (CN) e sede produttiva a Farigliano (CN). L’azienda è operativa dal 1996,
anno in cui il fondatore Teo Musso ha deciso di trasformare un pub aperto dieci anni
prima, Le Baladin di Piozzo, in un brewpub installando un impianto da 500 L e
incominciando a produrre birra da vendere alla spina e, successivamente, anche in
bottiglia. Nell’agosto 2000, per esigenze di spazio l’ex pollaio della famiglia Musso
è stato trasformato nella cantina di fermentazione e, nel giro di un paio di anni, anche
l’impianto è stato trasferito in questo spazio. Infine, nel 2009, la produzione è stata
interamente trasferita a Farigliano in un capannone di 3000 m2 dove è stato installato
un impianto da 25 hL. Nel giro di pochi anni, la produzione di birra è raddoppiata
passando da 5500 hL prodotti nel 2009 a 9400 hL prodotti nel 2011.
Tre “barley wine”, definiti “birre da divano”, prodotti dal birrificio Baladin
sono stati l’oggetto di questo studio: la Xyauyù, la Xyauyù Barrel e la Xyauyù fumé.
Il punto di partenza di questi prodotti è un mosto che viene fermentato fino al
raggiungimento di un titolo alcolometrico volumico pari al 14% vol. e, al termine del
processo di fermentazione, la birra ottenuta viene sottoposta a un processo di
ossidazione in acciaio durante il quale si insuffla ossigeno. Il processo produttivo
della Xyauyù si conclude in acciaio, mentre le altre due tipologie vengono affinate in
legno per un anno e, più in particolare, la Xyauyù Barrel matura in botti utilizzate per
il rum, mentre l’affinamento della Xyauyù Fumé viene effettuato in botti che in
precedenza hanno ospitato whisky.
Presso l’azienda, a metà aprile 2013, si è realizzata una cotta da 1000 L e il
mosto ottenuto è stato fatto fermentare per sei settimane. Al termine della
fermentazione si è provveduto al raffreddamento della massa a 2°C per consentire lo
spurgo delle fecce. A partire da questo momento, definito “punto zero”, è iniziato il
monitoraggio del prodotto con campionamenti effettuati una volta a settimana.
A fine maggio è iniziato il processo di ossidazione della birra, il quale è
consistito in 2 ore di insufflaggio di ossigeno una volta a settimana per 4 settimane.
37
Infine, a inizio luglio, la massa è stata suddivisa nelle due botti (figura 3.1) e
l’evoluzione dei prodotti è stata monitorata, campionando una volta a settimana, per
circa 2 mesi.
Figura 3.1 – Botti contenenti le future Xyayù Fumé (a sinistra) e
Xyauyù Barrel (a destra)
Come riferimento si sono utilizzati i prodotti attualmente presenti in
commercio, ovvero la Xyauyù 2009, la Xyauyù Barrel 2008 e la Xyauyù fumé 2008,
i quali sono stati analizzati tre volte per determinare eventuali evoluzioni del
prodotto imbottigliato.
38
3.2 Le valutazioni compositive
Ognuno dei campioni prelevati è stato sottoposto a diverse analisi di base atte
a verificare il contenuto in alcol, l’acidità totale, il pH, l’estratto secco, gli zuccheri
residui, i parametri cromatici, l’attività antiossidante e il contenuto totale in
polifenoli.
La determinazione del grado alcolico è stata effettuata mediante il metodo
densitometrico previa distillazione di 100 mL di campione e lettura della densità del
distillato.
La misura dell’acidità totale, espressa in g/L di acido tartarico, è stata
effettuata con il titolatore automatico DL53 Titrator prodotto dalla Mettler Toledo.
L’analisi è stata effettuata su 50 mL di campione filtrato su carta allo scopo di
eliminare eventuali tracce di anidride carbonica.
La misura del pH è stata effettuata con il pHmetro Knick Portamess 913.
L’estratto secco totale è stato misurato mediante la formula di Tabarié che
consente di calcolare la densità dell’estratto (de) attraverso la determinazione della
densità della birra (db) alla quale deve essere aggiunto 1, valore corrispondente alla
densità dell’acqua, e sottratta la densità del distillato (dd):
de = db + 1 - dd
Dal valore di de, attraverso le tavole di Windisch è possibile calcolare il valore
dell’estratto secco totale espresso in g/L.
La quantità di zuccheri riduttori è stata calcolata attraverso il metodo di
Fehling che consiste nella titolazione con la matrice da analizzare di una miscela di 5
mL di soluzione di Fehling A, 5 mL di soluzione di Fehling B e 40 mL di acqua
distillata. Per la titolazione si è utilizzata birra diluita 1:20 con acqua distillata e la
quantità di zuccheri espressa in g/L di glucosio è stata ottenuta mediante la formula:
g/L di glucosio =
0,05154 ⋅ 1000 ⋅ diluizione
mL di titolante
La valutazione dei parametri cromatici CIELab dei campioni è stata effettuata
mediante spettrofotometro CM-5 prodotto dalla Konica Minolta in combinazione con
il software SpectraMagic NX.
39
I parametri CIELab rappresentano il metodo più completo di definizione dello
spazio dei colori visibili attraverso tre coordinate:
•
L: la luminosità del colore che varia da 0 (nero) a 100 (bianco);
•
a*: la sua posizione tra magenta (valori positivi) e verde (valori
negativi) passando per il bianco (0) se la luminosità è pari a 100;
•
b*: la sua posizione tra giallo (valori positivi) e blu (valori negativi)
passando per il bianco (0) se la luminosità è pari a 100.
Per la determinazione delle tre coordinate, si è effettuata la misurazione della
trasmittanza dei campioni in cuvette con percorso ottico da 1 cm.
Il radicale DPPH (2,2-difenil-1-picrilidrazile) è comunemente utilizzato per
testare l’attività antiossidante, in quanto è dotato di elevata reattività verso specie
riducenti e ha un assorbimento caratteristico alla lunghezza d’onda di 515 nm.
L’attività antiossidante è misurata, mediante spettrofotometro, come estinzione
dell’assorbanza di una soluzione metanolica a concentrazione nota del radicale.
La capacità antiradicalica dei campioni è stata stimata seguendo la procedura
proposta da Von Gadov et al. (1997). In una cuvetta monouso in polistirene sono
stati posti 3 mL della soluzione radicalica (6 x 10-5 M), ai quali si sono aggiunti
75 µL di campione opportunamente diluito. Dopo agitazione, la miscela è stata fatta
reagire al buio e a temperatura ambiente per 60 minuti, fino al raggiungimento di una
condizione stazionaria in cui l’assorbanza rimane costante nel tempo.
Al termine della reazione, si è letta l’assorbanza a 515 nm (utilizzando uno
spettrofotometro Shimatzu UV-1700 Pharmaspec) contro un bianco costituito dalla
soluzione metanolica del radicale a cui sono stati aggiunti 75 µL di acqua ultrapura.
I risultati sono stati espressi come percentuale d’inibizione (IP) del radicale, secondo
la formula:
%IP =
ABSbianco – ABScampione
ABSbianco
L’attività antiossidante misurata, che può essere indicata come Radical
Scavenging Activity (RSA), è stata calcolata rispetto a quella di un antiossidante di
riferimento, il Trolox, con il quale è stata costruita una curva di calibrazione in un
range di concentrazione 0–350 µM/L.
40
Ogni misurazione è stata ripetuta tre volte e i risultati sono stati espressi come
µM equivalenti di Trolox per litro di campione (µM TE/L).
Il
contenuto
totale
di
polifenoli
(TPC)
è
stato
determinato
spettrofotometricamente utilizzando il reattivo Folin-Ciocâlteau (Singleton e Rossi,
1965), adottando la procedura proposta da Zhou e Yu (2006). A 50 µL di birra,
opportunamente diluiti in funzione dell’analisi, sono stati aggiunti 250 µL di reattivo
di Folin-Ciocâlteau e 3 mL di acqua ultrapura. La miscela è stata fatta reagire per 3
minuti, quindi sono stati aggiunti 750 µL di una soluzione di carbonato di sodio al
20%. I reagenti sono stati accuratamente miscelati e lasciati reagire per due 2 ore a
temperatura ambiente e al buio al fine di consentire la reazione del reattivo di FolinCiocâlteau, composto da una miscela di acido fosfotungstico (H3PW12O40) e acido
fosfomolibdico (H3PMo12O40), che, in ambiente basico e in presenza di fenoli,
produce ossidi di tungsteno e molibdeno (W8O23 e Mo8O23) di colore blu.
A reazione ultimata, l’assorbanza della miscela è stata letta a 765 nm
(utilizzando uno spettrofotometro Shimatzu UV-1700 Pharmaspec) contro un bianco
costituito dai medesimi reagenti, in cui il campione è stato sostituito con un
equivalente volume di acqua ultrapura. Ogni misurazione è stata ripetuta tre volte.
La quantificazione è stata effettuata sulla base di una retta di calibrazione
ottenuta a partire da soluzioni acquose di acido gallico con concentrazioni comprese
nell’intervallo 50-100 mg/L. I risultati sono stati espressi in termini di mg di acido
gallico equivalente per litro di campione (GAE mg/L).
41
3.3 La caratterizzazione strumentale
3.3.1
L’analisi con il naso elettronico
L’analisi dei composti volatili è stata effettuata con il naso elettronico PEN3
della Airsense Analytics (figura 3.2) in combinazione con il software Winmuster. Lo
strumento è dotato di 10 sensori termoregolati (150-500°C) composti da
semiconduttori a ossidi metallici (MOS). I sensori, posizionati in una camera di
misura dal volume di 1.8 mL, sono sensibili a differenti classi di composti chimici
(tabella 3.1).
Figura 3.2 - Naso elettronico
PEN3 (Airsense Analytics)
Per ogni campione, sono state analizzate 5 repliche preparate ponendo 3 mL
di prodotto in vial scuri da 40 mL chiusi con un tappo a ghiera e un setto di silicone.
I vials preparati sono stati, quindi, lasciati incubare a temperatura ambiente per un
periodo di 30 minuti al fine di consentire la stabilizzazione dello spazio di testa. Si è
proceduto, infine, all’analisi del campione inserendo l’ago posto all’estremità della
sonda del naso elettronico nel setto in silicone. Per evitare fenomeni di depressione,
contemporaneamente, si è posto un ago collegato a un filtro a carbone attivo.
42
Tabella 3.1 - Sensibilità e limite di rilevabilità dei sensori del naso elettronico PEN3
(Baietto M. et al., 2013)
Limite di
rilevabilitàb
Nr.
Nomea
1
W1C
Composti aromatici organici
2
W5S
Ampia gamma di composti polari e ossidi di
azoto
3
W3C
Composti aromatici, chetoni e aldeidi
4
W6S
Idrogeno
5
W5C
Alcani, composti
organici non polari
6
W1S
Composti metilici
7
W1W
Composti solfurei e terpeni
8
W2S
Alcoli, chetoni e composti aromatici
9
W2W
Composti aromatici e composti sulfurei
10
W3S
Alte concentrazioni (>100 mg/kg) di metano e
composti organici alifatici
a
b
Descrizione e sensibilità
Toluene, 10 mg kg-1
NO2, 1 mg kg-1
Benzene, 10 mg kg-1
H2, 0,1 mg kg-1
aromatici
e
composti
Propano, 1 mg kg-1
CH3, 100 mg kg-1
H2S, 1 mg kg-1
CO, 100 mg kg-1
H2S, 1 mg kg-1
n.d.
Come riportato dal software Winmuster.
Gomez et al., 2007.
Prima di analizzare ciascun campione, i sensori sono stati ripuliti con un ciclo
di cinque misurazioni a vuoto al fine di aspirare aria dall’ambiente per garantire
l'assenza di molecole volatili residue e stabilizzare la linea di base.
Il flusso di gas alla camera di misura è stato impostato a 400 mL/min e
ciascuna misurazione è durata 185 secondi suddivisi come segue:
•
Flush time (pulizia dei sensori): 120 secondi;
•
Tempo di acquisizione della linea di base: 5 secondi;
•
Tempo di misurazione: 60 secondi (1 rilevazione/secondo).
Il contatto delle molecole volatili presenti nello spazio di testa del campione
con i sensori provoca una variazione di conduttività di questi ultimi. La risposta dei
sensori viene registrata come rapporto tra la conduttività del sensore al passaggio del
gas di riferimento (G0) e la conduttività del sensore durante l’esposizione allo spazio
di testa del campione (G).
43
3.3.2
L’analisi con la lingua elettronica
L’analisi a livello gustativo è stata effettuata con la lingua elettronica Astree
(figura 3.3) prodotta dall’azienda francese Alpha M.O.S., la quale è dotata di sette
sensori a selettività globale (ZZ, BA, BB, CA, GA, HA e JB), un autocampionatore
in grado di ospitare sedici becher della capacità di 150 mL ed è gestita dal software
AlphaSoft fornito dalla stessa azienda.
Figura 3.3 - La lingua elettronica
Astree (Alpha M.O.S.)
I sensori sono basati su una tecnologia potenziometrica elettrochimica detta
ChemFET (Chemical Modified Field-Effect-Transistor). Ogni sensore si compone di
un rivestimento organico sensibile a diverse molecole presenti nel campione e di un
trasduttore che consente di convertire la risposta della membrana in un segnale
elettrico. La risposta dello strumento corrisponde a una misurazione della differenza
di voltaggio tra il sensore ChemFET e l’elettrodo di riferimento Ag/AgCl.
Come si nota dalla tabella 3.2, i sensori sono caratterizzati da una selettività
globale, ovvero ciascuno è in grado di rilevare le cinque sensazioni gustative, ma
ognuno è caratterizzato da un diverso limite di rilevabilità per la sostanza di
riferimento.
44
Tabella 3.2 - Sensori utilizzati e loro limiti di rilevabilità nella
lingua elettronica Astree
(Xiao H. & Wang J., 2012)
Gusto
Composto chimico
Limite di rilevabilità (M)
ZZ
BA
BB
CA
GA
HA
JB
Acido
Acido Citrico
10-7
10-6
10-7
10-7
10-7
10-6
10-6
Salato
NaCl
10-6
10-5
10-6
10-6
10-4
10-4
10-5
Dolce
Glucosio
10-7
10-4
10-7
10-7
10-4
10-4
10-4
Amaro
Caffeina
10-5
10-4
10-4
10-5
10-4
10-4
10-4
Umami
MSG
10-5
10-4
10-4
10-4
10-5
10-4
10-4
Prima di essere utilizzata per le analisi, la lingua elettronica deve essere
sottoposta a una procedura di avvio consistente in un’idratazione dei sensori con
acqua ultra pura e una calibrazione con una soluzione di acido cloridrico con lo
scopo di verificare che i sensori forniscano valori stabili e ripetibili. Inoltre, come
suggerito dal produttore, deve essere analizzata anche una sequenza di diagnosi per
verificare che la lingua elettronica sia in grado di discriminare tra acido, salato e
umami. A tale scopo vengono analizzate tre diverse soluzioni preparate
rispettivamente con acido cloridrico, cloruro di sodio e glutammato monosodico.
Prima dell’analisi con la lingua elettronica, ogni campione è stato
centrifugato a 10 mila giri per 10 minuti e diluito con acqua ultra pura in rapporto di
1:1. Per ogni campione sono state analizzate cinque repliche, le quali, come
suggerito dal produttore, sono state alternate a becher contenenti 100 mL di acqua
ultra pura al fine di ripulire i sensori tra una replica e l’altra. Ogni misurazione è
durata 120 secondi.
45
RISULTATI
4.1 Le analisi di base
Nella tabella 4.1 sono riportati i risultati delle analisi di base effettuate sui
prodotti finiti e sui prodotti campionati nel corso dello studio.
Sulla base dei risultati relativi ai prodotti finiti, le tre bottiglie di Xyauyù
Fumé (prodotto B) e Xyauyù Barrel (prodotto C) non presentano variazioni
significative nel contenuto in etanolo e acidità totale. Per il pH, l’estratto secco e gli
zuccheri residui, invece, in entrambi i casi, si trovano valori diversi (inferiori per il
pH e superiori nel caso degli altri due parametri) tra la prima bottiglia analizzata (B e
C) e le due repliche successive (B2 - B3 e C2 - C3). La stessa osservazione non può
essere effettuata per il prodotto A, in quanto analizzato una sola volta.
Durante l’affinamento in acciaio, il contenuto in alcol etilico si aggira su 1313,5% vol, ad eccezione del punto 2 che presenta un contenuto di etanolo pari a
11,4% vol, nettamente inferiore rispetto a quelli dei campionamenti precedenti e
successivi, a causa probabilmente di un problema in fase di campionamento. Per
quanto riguarda gli altri parametri, invece, non si osservano particolari andamenti, né
differenze tra i punti esaminati.
Il contenuto in alcol durante la maturazione in legno (punti 6B-13B e punti
6C-13C) si aggira su valori di 13% vol per entrambi i prodotti. Si osserva, in
entrambi i casi, un andamento oscillante che probabilmente è correlabile all’estrema
complessità della matrice, la quale è probabile causa di errori in fase di
determinazione. Per entrambi i prodotti, si verifica, inoltre, un aumento dell’estratto
e un’oscillazione degli zuccheri residui intorno ai 95 g/L, con valori caratterizzati da
una variabilità inferiore nel caso del prodotto C.
46
Affinamento in
acciaio
Prodotti finiti
Tabella 4.1 - Contenuto in alcol (%vol), acidità totale (g/L di acido tartarico), pH,
estratto secco (g/L) e zuccheri residui (g/L)
A
B
C
Campioni
Alcol
Acidità
totale
pH
Estratto
secco
Zuccheri
residui
A
14,4
2,16
4,44
97,0
85,12
B
14,2
2,66
4,38
116,5
108,42
B2
14,2
2,62
4,44
103,5
89,57
B3
13,9
2,72
4,45
103,0
91,96
C
13,5
2,76
4,38
130,8
nd
C2
13,8
2,78
4,46
116,8
97,17
C3
13,7
2,74
4,45
119,1
98,10
Pto0
13,4
2,56
4,55
151,1
90,75
Pto1
13,3
2,5
4,55
150,8
91,96
Pto2
11,4
2,6
4,57
150,8
103,00
Pto3
13,5
2,62
4,54
150,3
97,63
Pto4
13,0
2,6
4,50
151,4
99,04
Pto5
13,5
2,64
4,61
151,1
108,42
Pto6A
13,3
2,56
4,63
139,6
108,42
Pto7A
13,4
2,52
4,58
137,0
93,64
Pto6B
13,5
2,56
4,63
136,8
100,98
Pto7B
13,1
2,56
4,58
136,8
97,17
Pto8B
13,0
2,64
4,62
137,8
91,15
Pto9B
12,6
2,58
4,45
140,4
93,64
Pto10B
12,7
2,62
4,59
155,5
98,10
Pto11B
12,9
2,58
4,56
156,3
95,37
Pto12B
12,9
2,57
4,55
156,6
98,10
Pto13B
13,3
2,58
4,53
157,1
91,96
Pto6C
13,2
2,56
4,63
136,5
97,17
Pto7C
12,8
2,52
4,58
136,2
93,64
Pto8C
13,3
2,53
4,61
136,8
91,15
Pto9C
13,0
2,6
4,48
137,3
97,17
Pto10C
13,4
2,6
4,57
153,5
94,50
Pto11C
13,2
2,62
4,53
153,5
98,10
Pto12C
13,3
2,58
4,53
153,5
97,17
Pto13C
13,3
2,61
4,52
152,4
97,17
(nd – non determinato)
47
Per quanto riguarda il colore, i valori medi delle coordinate cromatiche L, a*
e b* sono riportati nella figura 4.1 per il prodotto A, nella figura 4.2 per il B e nella
figura 4.3 per il C.
Figura 4.1 - Evoluzione delle coordinate CIELab per la Xyauyù (prodotto A)
48
Figura 4.2 - Evoluzione delle coordinate CIELab per la Xyauyù Fumé (prodotto B)
49
Figura 4.3 - Evoluzione delle coordinate CIELab per la Xyauyù Barrel (prodotto C)
50
La Xyauyù Fumé (figura 4.2) e la Xyauyù Barrel (figura 4.3) hanno mostrato
un processo evolutivo simile. Dopo un aumento in corrispondenza del punto 2, il
parametro L presenta, infatti, in entrambi i casi, un andamento oscillante. Per il
parametro a*, invece, si può osservare, sia per il prodotto B sia per il C, un graduale
aumento con un picco in corrispondenza del punto 7. Un andamento analogo, è
osservabile anche nei grafici relativi al parametro b*.
Inoltre, in entrambi i casi, si evidenzia una netta differenza tra il campione
analizzato a fine maggio (B per la Xyauyù Fumé e C per la Xyauyù Barrel) e i due
analizzati a fine luglio e a inizio settembre (X(2) e X(3) rispettivamente). Per
entrambi i prodotti, la vicinanza tra i punti 2 e 3 e la loro diversità rispetto al primo è
osservabile dai grafici delle coordinate a* e b*, mentre per quanto riguarda la
luminosità il fenomeno è riscontrabile solo per la Xyauyù Barrel (prodotto C).
Per quanto riguarda il prodotto A, i dati a disposizione sono più limitati, in
quanto poco dopo la preparazione delle botti, processo che non ha interessato questo
prodotto, se ne è interrotto il monitoraggio. Per tutti i parametri, in corrispondenza
del punto 6, si nota un decremento del valore dovuto alla presenza di torbidità nella
birra, in quanto si è prelevato il prodotto rimasto nel serbatoio di acciaio dopo il
trasferimento in legno delle quote di prodotto B e C. Con il punto 7, ultimo
campionamento per il prodotto A, i valori sono tornati ai livelli precedenti grazie al
depositarsi dei solidi sospesi favorito dalle basse temperature.
Con i grafici riportati, è possibile interpretare i risultati dei singoli parametri,
ma non è possibile confrontare più parametri contemporaneamente. Per far fronte a
questo inconveniente, è stato calcolato il parametro ΔE*, il quale fornisce la
descrizione matematica della distanza tra due colori nello spazio L*a*b* attraverso
la seguente formula:
La lettera E è riferita al termine tedesco Empfindung che significa percezione,
in quanto attraverso questo parametro è possibile determinare se la differenza di due
colori è percettibile all’occhio umano. Il valore di JND (just noticeable difference,
differenza appena percettibile) è stato fissato a 2,3 (Mahy et al., 2004).
51
Utilizzando la formula riportata in precedenza, si sono determinati i valori di
ΔE* per la Xyauyù Fumé e per la Xyauyù Barrel; in entrambi i casi, il valore è stato
calcolato tra i tre prodotti finiti analizzati, i quali sono stati confrontati anche con i
vari campionamenti, e tra ciascun punto e il precedente (tabella 4.2 per il prodotto B
e tabella 4.3 per il prodotto C).
Tabella 4.2 - Valori delle coordinate CIELab e dei valori di ΔE* per la Xyauyù
Fumé analizzata a fine maggio [B], fine luglio [B(2)] e inizio settembre [B(3)] e per i
vari campionamenti [Pto6B-Pto13B]
ΔE*
rispetto
aB
ΔE*
rispetto
a B(2)
ΔE*
ΔE*
rispetto rispetto al
a B(3) precedente
Campioni
L*
(D65)
a*
(D65)
b*
(D65)
B
71,8
14,4
70,7
B(2)
61,5
21,5
30,8
41,8
B(3)
68,0
20,4
27,8
43,5
7,3
Pto0
65,5
13,8
24,9
46,2
10,5
7,7
Pto1
64,7
15,6
32,2
39,2
6,9
7,3
7,5
Pto2
74,1
16,3
36,9
33,9
14,9
11,7
10,6
Pto3
72,8
16,3
37,1
33,7
13,9
11,3
1,3
Pto4
75,2
16,3
36,9
34,0
15,9
12,3
2,4
Pto5
74,6
16,3
37,1
33,7
15,4
12,1
0,7
Pto6B
71,0
16,1
32,6
38,1
11,1
7,2
5,8
Pto7B
74,3
17,8
36,8
34,1
14,7
11,4
5,6
Pto8B
71,5
16,9
36,7
34,1
12,5
10,2
3,0
Pto9B
70,7
18,2
36,0
34,9
11,0
8,9
1,7
Pto10B
70,7
18,6
40,2
30,8
13,5
12,9
4,2
Pto11B
69,0
19,0
40,7
30,4
12,7
13,1
1,8
Pto12B
75,0
18,2
36,4
34,7
15,0
11,3
7,4
Pto13B
72,0
18,1
37,5
33,4
12,9
10,7
3,2
52
Tabella 4.3 - Valori delle coordinate CIELab e dei valori di ΔE* per la Xyauyù
Barrel analizzata a fine maggio [C], fine luglio [C(2)] e inizio settembre [C(3)] e per
i vari campionamenti [Pto6C-Pto13C]
ΔE*
rispetto
aC
ΔE*
rispetto
a C(2)
ΔE*
ΔE*
rispetto rispetto al
a C(3) precedente
Campioni
L*
(D65)
a*
(D65)
b*
(D65)
C
73,5
14,3
74,9
C(2)
65,9
21,3
30,0
46,0
C(3)
67,0
21,3
29,0
46,9
1,5
Pto0
65,5
13,8
24,9
50,6
9,1
8,7
Pto1
64,7
15,6
32,2
43,6
6,2
6,9
7,5
Pto2
74,1
16,3
36,9
38,0
11,8
11,8
10,6
Pto3
72,8
16,3
37,1
37,8
11,1
11,2
1,3
Pto4
75,2
16,3
36,9
38,1
12,6
12,5
2,4
Pto5
74,6
16,3
37,1
37,8
12,2
12,2
0,7
Pto6C
71,2
16,5
34,5
40,5
8,4
8,4
4,3
Pto7C
74,0
17,9
37,3
37,7
11,4
11,4
4,2
Pto8C
72,9
17,3
35,7
39,3
9,8
9,8
2,1
Pto9C
70,6
17,3
35,0
40,0
7,9
8,1
2,4
Pto10C
72,7
17,7
36,5
38,5
10,1
10,1
2,6
Pto11C
71,6
17,8
36,1
39,0
9,0
9,1
1,2
Pto12C
73,5
18,7
37,6
37,5
11,1
11,2
2,6
Pto13C
70,5
18,9
40,5
34,8
11,7
12,3
4,2
Per quanto riguarda i prodotti finiti, nel caso della Xyauyù Fumé si evidenza
una notevole differenza tra il prodotto B e i prodotti B(2) e B(3), i quali presentano
tra loro un valore di ΔE* molto inferiore, pur rimanendo distinguibili l’uno dall’altro
(valore superiore a 2,3). Anche nel caso della Xyauyù Barrel, la differenza di C con
C(2) e C(3) è notevole, ma in questo caso, gli ultimi due non presentano una
differenza percettibile, in quanto il valore di ΔE* è inferiore a 2,3. Questi dati
confermano ciò che emerge anche dai grafici riportanti separatamente le tre
coordinate cromatiche, dai quali si evidenzia una similarità tra i prodotti C(2) e C(3)
per L, a* e b*, mentre la vicinanza tra B(2) e B(3) è osservabile solo dai valori di a*
e b*, in quanto i valori di L tra un prodotto e l’altro presentano una differenza
maggiore. Il valore maggiore di ΔE* tra B(2) e B(3) è ascrivibile a questa differenza
di luminosità dei due campioni.
53
Nell’ultima colonna di entrambe le tabelle sono riportati i valori di ΔE*
calcolati per ogni campionamento rispetto a quello che lo precede. Per entrambi i
prodotti, la variazione dal punto di vista cromatico è confermata da valori per la
maggior parte maggiori di 2,3 sia durante il periodo di affinamento e ossidazione in
acciaio (punto 0 – punto 5), sia durante la fase di maturazione in legno (punto 6 –
punto 13). La maggioranza dei valori, tuttavia, è molto vicina al limite di JND pari a
2,3 e ciò indica come l’evoluzione cromatica sia stata molto lenta.
Per quanto riguarda i valori di ΔE* calcolati tra i vari campionamenti e le tre
bottiglie di prodotto finito, per la Xyauyù Fumé si osserva una notevole distanza tra
tutti i punti analizzati e il prodotto B. Nel caso del confronto con B(2) e B(3), invece,
i valori di ΔE* mostrano una maggiore vicinanza dei primi campionamenti al colore
dei prodotti finiti; andando avanti con i campionamenti, invece, i valori di ΔE*
aumentano e ciò indica un allontanamento rispetto al prodotto finito con valori di
qualche punto superiori nel confronto con B(2). La maggiore vicinanza dei vari punti
rispetto a B(3) può essere osservata anche nella figura 4.2 nella quale si nota la
maggiore prossimità del prodotto finito B(3) con i vari campionamenti, in particolare
per le coordinate L e a*.
Nel caso della Xyauyù Barrel, si evidenzia nuovamente una netta distanza tra
i vari campionamenti e il prodotto C e una maggiore similitudine dei primi punti con
i prodotti C(2) e C(3). In questo caso, però, dato che C(2) e C(3) presentano tra loro
un valore di ΔE* molto basso, l’andamento dei valori rispetto ai due prodotti è
analogo.
In entrambi i casi, però, nonostante i valori di ΔE* tra ogni campionamento e
il precedente abbiano rivelato variazioni dal punto di vista cromatico, i valori di ΔE*
relativi ai prodotti finiti non sono progressivamente decrescenti e ciò indica che nelle
10 settimane di affinamento in legno non si è verificata una progressiva evoluzione
verso gli obiettivi.
Per quanto riguarda i saggi sui polifenoli e sul potere antiossidante, i valori
medi (µ) e le rispettive deviazioni standard (σ) risultanti dalle analisi sono riportati
nella tabella 4.4.
54
Affinamento in acciaio
Prodotti finiti
Tabella 4.4 - Potere antiossidante e contenuto in polifenoli totali (µ ± σ) dei
campioni analizzati durante il monitoraggio dei tre “barley wine”
A
B
C
Campioni
Potere antiossidante
µmol TE/L
Polifenoli totali
mg GAE/L
A
1006,70 ± 51,01
2445,40 ± 86,98
B
1368,66 ± 140,66
2234,54 ± 146,62
B2
1812,77 ± 112,63
2550,21 ± 260,48
B3
1797,23 ± 8,33
2750,85 ± 30,23
C
1344,55 ± 172,23
2697,55 ± 197,56
C2
1615,63 ± 462,14
3041,37 ± 77,45
C3
1693,66 ± 180,06
2910,46 ± 81,18
Pto0
1029,02 ± 477,55
2476,44 ± 106,86
Pto1
1636,34 ± 138,39
2270,31 ± 0,85
Pto2
1373,66 ± 104,80
2284,70 ± 105,16
Pto3
1357,41 ± 27,78
2193,25 ± 60,64
Pto4
1647,59 ± 190,16
2104,80 ± 97,53
Pto5
1516,88 ± 394,21
2141,68 ± 80,99
Pto6A
1736,70 ± 167,18
2157,87 ± 61,48
Pto7A
1179,55 ± 38,89
2109,95 ± 69,89
Pto6B
1329,20 ± 358,60
2131,19 ± 97,53
Pto7B
1463,30 ± 125,01
2099,17 ± 62,26
Pto8B
1561,34 ± 80,81
1972,48 ± 26,26
Pto9B
1438,66 ± 412,90
2048,85 ± 123,25
Pto10B
1446,70 ± 184,35
2131,06 ± 65,50
Pto11B
1991,88 ± 371,99
2353,12 ± 183,93
Pto12B
2015,27 ±106,07
2077,14 ± 10,99
Pto13B
1696,16 ± 318,96
2236,19 ± 43,97
Pto6C
1034,55 ± 443,46
2079,10 ± 52,52
Pto7C
1342,41 ± 14,65
2183,33 ± 88,10
Pto8C
2103,30 ± 302,29
2380,09 ± 147,82
Pto9C
1538,84 ± 132,84
2165,65 ± 2,12
Pto10C
1784,38 ± 128,54
2104,10 ± 41,72
Pto11C
1983,30 ± 19,45
2309,97 ± 109,46
Pto12C
1741,52 ± 40,15
2155,83 ± 53,61
Pto13C
1669,55 ± 415,68
2188,36 ± 131,06
55
Per i prodotti finiti, sia per quanto riguarda il potere antiossidante sia per il
contenuto in polifenoli, si evidenzia una differenza tra i valori riguardanti il
campione analizzato a fine maggio (B per la Xyauyù Fumé e C per la Xyauyù
Barrel) e quelli dei due analizzati a fine luglio e a inizio settembre (X(2) e X(3)
rispettivamente), i quali presentano tra loro valori più vicini e più alti rispetto al
primo campione analizzato. Nel caso del prodotto B, la distanza di B(2) e B(3) dal
primo campionamento emerge soprattutto dai valori della capacità antiossidante,
mentre per quanto riguarda il contenuto in polifenoli, i valori sono crescenti tra la
prima bottiglia analizzata, B, e l’ultima, B(3). Nel caso del prodotto C, invece, si
osserva una vicinanza tra i prodotti C(2) e C(3), i quali si differenziano da C,
soprattutto per il contenuto in polifenoli.
I valori relativi ai campionamenti durante l’affinamento in acciaio (punto 0 –
punto 5), nel caso del contenuto in polifenoli totali, mostrano un progressivo
decremento, dovuto alla precipitazione di questi composti a causa dell’ossidazione.
Nel caso del potere antiossidante, invece, si evidenzia un oscillamento dei
valori con picchi in corrispondenza del punto 1 e del punto 4.
Per quanto concerne l’evoluzione della Xyauyù Fumé (prodotto B), la
capacità antiossidante, durante la maturazione in legno (dal punto 6B in poi),
aumenta avvicinandosi ai valori dei prodotti finiti B(2) e B(3). Anche il contenuto in
polifenoli, dopo una graduale diminuzione tra il punto 0 e il punto 8B, aumenta
progressivamente.
Riguardo all’andamento della Xyauyù Barrel (prodotto C), infine, si osserva
un aumento del potere antiossidante con un picco in corrispondenza del punto 8C
(dopo due settimane di permanenza in legno), per il quale si osserva un valore più
elevato rispetto agli altri anche per il contenuto in polifenoli totali.
L’elevata deviazione standard riportata per numerosi campioni è prova
dell’estrema complessità e variabilità delle matrici analizzate.
56
4.2 Il naso elettronico
Per ogni campione analizzato, il software Winmuster accoppiato al naso
elettronico Airsense PEN3 restituisce un grafico simile a quello riportato in figura
4.4 nel quale sono riportati i tempi sull’asse delle ascisse e il rapporto tra la
conduttività del sensore durante l’esposizione allo spazio di testa del campione (G) e
la conduttività del sensore al passaggio del gas di riferimento (G0) sull’asse delle
ordinate. Ciascuna delle linee del grafico rappresenta uno dei 10 sensori.
I dati vengono salvati, inoltre, in una matrice nella quale sono presenti i vari
valori di G/G0 per ogni secondo e per ogni sensore.
Figura 4.4 - Esempio di grafico risultante dall’analisi di un campione di birra con il
naso elettronico Airsense PEN3 accoppiato al software Winmuster
Prima di procedere all’elaborazione statistica dei dati ottenuti dall’analisi con
il naso elettronico, per ciascun sensore, si sono selezionati i valori delle misurazioni
effettuate dal secondo 45 al secondo 55 e si è considerato il valore medio. Si è
notato, infatti, che per tutti i campioni analizzati, dopo un primo picco iniziale,
intorno al 40esimo secondo il segnale rimaneva stabile fino a fine misurazione.
Per l’elaborazione statistica dei dati è stata utilizzata la tecnica di cluster
analysis gerarchica agglomerativa conosciuta come metodo di Ward. I metodi
gerarchici agglomerativi partono da una partizione iniziale formata da n gruppi,
ognuno dei quali è formato da una sola unità, per giungere, attraverso successive
57
fusioni di quelli meno distanti tra di loro, a una situazione in cui si ha un solo gruppo
contenente tutte le n unità. Con il metodo di Ward, in particolare, ad ogni passo
dell’analisi viene considerata l’unione di tutte le possibili coppie di cluster e vengono
combinati tra loro i due cluster il cui raggruppamento fornisce il minimo incremento
di varianza all’interno del gruppo.
Come indice di distanza si è utilizzata la distanza euclidea, ovvero la radice
quadrata della somma dei quadrati delle differenze dei valori di tutte le variabili (k)
relative a 2 diversi elementi (i e j):
Mediante questa tecnica statistica si sono elaborati i dati relativi alle birre
Xyauyù Fumé (prodotto B) e Xyauyù Barrel (prodotto C) e, in particolare, quelli
risultanti dalle analisi dei prodotti finiti (analizzati 3 diverse volte: X1, X2 e X3) e
dei campionamenti durante la fase di affinamento in legno (X6, X7, X8, X9, X10,
X11, X12 e X13). Si è proceduto elaborando i dati in più passaggi, aggiungendo i
vari campionamenti uno alla volta, nello stesso ordine con cui sono state effettuate le
analisi.
Per quanto riguarda il prodotto B, si è osservato come, dal punto 6 fino al
punto 9 (campionamento dopo 25 giorni di permanenza in botte), i dati presentassero
una varianza limitata, fattore che li ha portati a fondersi tra loro dando origine a dei
cluster misti. I campionamenti B6, B7, B8 e B9 risultano essere, però, molto lontani
dal prodotto imbottigliato B1 (figura 4.5).
Aggiungendo il prodotto finito B2, si è notato come anch’esso tendesse a
raggrupparsi con i campionamenti B6, B7, B8 e B9. Si è proceduto, quindi,
confrontando direttamente il prodotto B1 con il B2 e si è osservato come la distanza
tra i due fosse molto evidente (dati non mostrati).
Il campionamento B10, rimuovendo 2 outliers (uno per la serie B9 e uno per
la serie B10), invece, si separa creando un cluster proprio distinto da quelli creati dai
campionamenti precedenti (figura 4.6).
58
Figura 4.5 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con il naso elettronico della Xyauyù Fumé (prodotto B1) e ai
campionamenti delle prime 3 settimane di affinamento in botte (B6-B9)
Figura 4.6 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con il naso elettronico della a Xyauyù Fumé (B1 e B2) e ai
campionamenti effettuati durante il primo mese di affinamento in botte (B6-B10)
Aggiungendo progressivamente tutti gli altri campionamenti e rimuovendo i
vari outliers, si è ottenuto la figura 4.7 dalla quale si nota come il campionamento
B11, a sua volta, si separi dal B10, come anche il B12 e il B13.
59
Figura 4.7 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con il naso elettronico della Xyauyù Fumé (B1 e B2) e ai
campionamenti effettuati durante l’affinamento in legno (B6-B13)
Figura 4.8 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con il naso elettronico della Xyauyù Fumé (B1, B2 e B3) e ai
campionamenti effettuati durante l’affinamento in legno (B6-B13)
60
Infine, aggiungendo il prodotto finito B3, si è notato come questo non creasse
un cluster a se stante, ma si mescolasse con gli ultimi campionamenti, in particolare
con il B11 e il B13 (figura 4.8).
Si sono, quindi, confrontati i prodotti finiti B1, B2 e B3 e come si evince
dalla figura 4.9, le repliche del prodotto B2, dalle quali è stato rimosso un outlier, si
fondono tra di loro creando un unico cluster, il quale, successivamente, incorpora
anche le repliche del prodotto B3. Il prodotto B1, invece, crea un cluster a se stante.
Figura 4.9 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con il naso elettronico della Xyauyù Fumé (prodotto B)
analizzata a fine maggio (B1), fine luglio (B2) e inizio settembre (B3)
Anche per il prodotto C si è effettuata lo stesso procedimento e si è notato un
comportamento analogo, ovvero la similarità tra i campionamenti C6, C7, C8, C9 e il
prodotto finito C2 (figura 4.10) e la separazione del C10 e del C11, il quale, però,
presenta similarità con i successivi C12 e C13 (figura 4.11). Nel caso dei prodotti dei
prodotti finiti, come per i prodotti B, si è rilevata una similarità tra il C2 e il C3, i
quali, però, sono totalmente diversi dal C1 (figura 4.12).
61
Figura 4.10 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con il naso elettronico della Xyauyù Barrel (prodotto C1) e ai
campionamenti delle prime 3 settimane di affinamento in botte (C6-C9)
Figura 4.11 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con il naso elettronico della Xyauyù Barrel (C1, C2 e C3) e ai
campionamenti effettuati durante l’affinamento in legno (C6-C13)
62
Figura 4.12 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con il naso elettronico della Xyauyù Barrel (prodotto C)
analizzata a fine maggio (C1), fine luglio (C2) e inizio settembre (C3)
63
4.3 La lingua elettronica
Per ogni campione analizzato, il software AlphaSoft accoppiato alla lingua
elettronica Astree fornisce un valore corrispondente alla differenza di voltaggio fra la
membrana del sensore e l’elettrodo di riferimento dopo un sufficiente periodo di
condizionamento del sensore nel campione stesso (figura 4.13).
Figura 4.13 - Valori di conducibilità dei sensori nel corso dell’analisi di un
campione di birra mediante la lingua elettronica Astree di Alpha M.O.S.
accoppiata al software AlphaSoft
Per l’elaborazione statistica dei dati è stato utilizzato, come per i dati
derivanti dall’analisi con il naso elettronico, il metodo di Ward (tecnica di cluster
analysis gerarchica agglomerativa) e come indice di distanza la distanza euclidea.
Per l’elaborazione, si sono utilizzati i valori medi risultanti dalle analisi delle cinque
repliche.
Anche in questo caso, sono stati elaborati esclusivamente i dati relativi alle
birre Xyauyù Fumé (prodotto B) e Xyauyù Barrel (prodotto C) e, in particolare,
quelli risultanti dalle analisi dei prodotti finiti [X, X(2) e X(3)], dei campionamenti
durante la maturazione in acciaio (pto0-pto5) e durante la fase di affinamento in
legno (pto6X-pto13X).
I dendrogrammi risultanti dalla cluster analysis gerarchica agglomerativa
sono riportati nella figura 4.14 per la Xyauyù Fumé e nella figura 4.15 per la Xyauyù
Barrel.
64
Figura 4.14 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con la lingua elettronica della Xyauyù Fumé [B, B(2) e B(3)] e
ai campionamenti effettuati durante la maturazione in acciaio (pto0-pto5) e
l’affinamento in legno [pto6B-pto13B]
Figura 4.15 - Dendrogramma ottenuto mediante il metodo di Ward applicato ai
risultati dell’analisi con la lingua elettronica della Xyauyù Barrel [C, C(2) e C(3)] e
ai campionamenti effettuati durante la maturazione in acciaio (pto0-pto5) e
l’affinamento in legno [pto6C-pto13C]
65
Dalla figura 4.14, si osserva come i campioni B(2) e B(3) siano simili tra
loro, ma distanti rispetto al primo prodotto esaminato (B) e lo stesso fenomeno può
essere osservato anche dalla figura 4.15 per quanto concerne il prodotto C.
Dal punto di vista dell’evoluzione del prodotto, in entrambi i casi, si nota una
vicinanza tra i campionamenti dal punto 4 all’8, mentre il punto 9 si separa dal
cluster precedente. I punti dal 9 al 12, inoltre, mostrano una somiglianza con i
prodotti finiti X(2) e X(3), mentre il punto 13 pare allontanarsi dagli obiettivi.
66
CONCLUSIONI
L’obiettivo di questa ricerca è stato lo studio dell’evoluzione di tre diversi
barley wine sfruttando tecniche di analisi tradizionali e strumenti più innovativi,
quali colorimetro, naso e lingua elettronica. Il monitoraggio dell’evoluzione delle
birre verso gli obiettivi Xyauyù Fumé e Xyauyù Barrel, tuttavia, si è rivelato
difficoltoso a causa dell’instabilità nel tempo degli standard, ossia di prodotti già
imbottigliati di lotti precedenti, i quali essendo ottenuti artigianalmente non sono
sottoposti a filtrazione o pastorizzazione. Per entrambi i prodotti, infatti, dall’analisi
con il naso e la lingua elettronica, dalle coordinate cromatiche e dai valori di estratto
secco, zuccheri residui e pH, si sono osservate nette differenze tra il primo campione
e i successivi analizzati rispettivamente dopo 60 e 100 giorni.
Si è osservata, inoltre, un’estrema variabilità nei risultati delle analisi con
valori spesso oscillanti tra un campionamento e l’altro e ciò può essere dovuto alla
complessità della matrice, la quale è causa di errori in fase di determinazione
soprattutto con le tecniche basate sull’utilizzo di sensori.
Attualmente, quindi, per valutare quando questi prodotti sono pronti per
essere immessi in commercio il migliore strumento rimane l’esperienza del mastro
birraio. Anche un’eventuale analisi sensoriale condotta da un panel di assaggiatori
risulterebbe difficoltosa da attuare a causa dell’inesistenza di un prodotto di
riferimento stabile nel tempo.
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RINGRAZIAMENTI
Giunta al termine di questo lavoro desidero ringraziare tutte le persone che mi
sono state vicino e hanno permesso e incoraggiato la stesura di questa tesi.
I miei più sentiti ringraziamenti vanno al Professor Giuseppe Zeppa per aver
appoggiato questo progetto di ricerca e per avermi seguito nella stesura di questo
elaborato. Desidero, inoltre, ringraziare la dott.ssa Barbara Dal Bello, la dott.ssa
Daniela Ghirardello e il dott. Giuseppe Munfuletto del Dipartimento di Scienze
Agrarie, Forestali e Alimentari dell’Università di Torino per l’aiuto nello
svolgimento delle analisi di laboratorio effettuate nel corso di questo studio e per la
loro disponibilità nel risolvere i miei numerosi dubbi.
Ringrazio, inoltre, Teo Musso per avermi consentito di condurre questo studio
presso il Birrificio Baladin e tutti i dipendenti dell’azienda per la disponibilità
dimostrata nei miei confronti.
Un ringraziamento speciale spetta ai miei compagni di corso, con i quali ho
condiviso questi due anni di studi instaurando rapporti di sincera amicizia.
Infine, desidero ringraziare con affetto la mia famiglia, Pietro e tutti i miei amici
per il sostegno psicologico e per avermi, oltre che supportato, sopportato durante
questi mesi di lavoro.
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