Il controllo di qualità nella produzione della birra: i segreti del metabolismo del lievito: gli effetti dell'azoto e dell'anidride solforosa sulla birra

L’azoto presente nel mosto e nel prodotto finito viene determinato attraverso l’analisi dell’azoto amminico libero (FAN), noto anche come azoto amminico primario (PAN). Questo parametro misura la concentrazione di amminoacidi disponibili per la crescita e la moltiplicazione dei lieviti. Insieme all’ammoniaca, il FAN/PAN costituisce quello che viene definito Azoto Assimilabile dai Lieviti (YAN).

Il livello di FAN nel mosto è spesso considerato il miglior indicatore del potenziale di crescita del lievito e, di conseguenza, dell’efficienza della fermentazione. Poiché i lieviti necessitano di FAN per svilupparsi e riprodursi, in linea teorica, una maggiore disponibilità di questa specie chimica favorisce una crescita più rapida e una fermentazione più efficace. Durante le prime 36-40 ore di fermentazione, i lieviti consumano la maggior parte del FAN, portando alla produzione di una serie di sottoprodotti metabolici, alcuni dei quali influenzano il profilo aromatico e la stabilità della birra finita.

Esistono diverse ragioni per cui un birraio dovrebbe misurare il contenuto di FAN nel mosto.

Se il contenuto di FAN nel mosto è insufficiente, il lievito non può crescere e svilupparsi in modo efficace, portando a una fermentazione lenta e alla formazione di aromi potenzialmente sgradevoli. Una quantità inadeguata di FAN all'inizio della fermentazione può inoltre favorire una maggiore produzione di SO₂ e diacetile.

D'altro canto, se il contenuto di FAN nel mosto è eccessivo, il lievito non sarà in grado di assimilarlo completamente. Questo comporterà la presenza di amminoacidi residui nel prodotto finito, che potrebbero innescare ulteriori reazioni chimiche post-fermentazione, accelerando l'invecchiamento della birra e compromettendone il profilo sensoriale.

Il valore ideale di FAN dovrebbe essere compreso tra 200 e 250 mg/L, a seconda della densità iniziale del mosto (ovvero della concentrazione iniziale di zuccheri fermentabili). Per i mosti destinati a birre ad alta densità, è stato osservato che un valore ottimale di FAN si situa tra 250 e 300 mg/L.

La quantità di FAN disponibile può essere misurata in 4 minuti con il CDR BeerLab®. Durante la fermentazione, i valori di FAN dovrebbero ridursi in media del 30-40% rispetto al valore iniziale. Nella birra finita, invece, il FAN deve essere il più basso possibile per garantire nel tempo una maggiore stabilità del prodotto.

L'anidride solforosa (SO₂) nella birra deriva principalmente dal metabolismo del lievito. Durante la fermentazione, il lievito converte i solfati in solfiti per la sintesi degli amminoacidi. Questo processo è regolato da un meccanismo di feedback negativo: se la quantità di solfiti prodotti supera il fabbisogno, l'eccesso viene rilasciato nella birra. La quantità di SO₂ rilasciata è influenzata dallo stato fisiologico del lievito, in particolare nelle fasi iniziali della fermentazione. Un'ossigenazione insufficiente rallenta lo sviluppo del lievito, riducendo l'uso di SO₂ per la sintesi degli amminoacidi e favorendone un rilascio maggiore nel mosto. Una quantità insufficiente di FAN nel mosto porta anche a un aumento della produzione di SO₂ a causa di un'azione meno efficace del processo a feedback negativo.

I fattori che influenzano la produzione di SO₂ includono un pH elevato del mosto, temperature comprese tra 14 e 17°C, un'alta concentrazione di solfati nell'acqua e una densità iniziale elevata.

I solfiti vengono anche aggiunti alle bevande per prevenire alterazioni e ossidazione, e l'anidride solforosa svolge un ruolo essenziale nella conservazione della birra. Nei birrifici si utilizza spesso il metabisolfito di potassio (K₂S₂O₅), identificato con la sigla E224.

Alcune persone possono essere sensibili all'SO₂, manifestando sintomi come nausea e mal di testa. Per questo motivo, esistono normative che ne limitano la concentrazione nella birra. Nell'Unione Europea, il limite massimo consentito è di 20 mg/L, mentre livelli superiori a 10 mg/L richiedono l'etichettatura con la dicitura "Contiene solfiti".

La determinazione in tempo reale di SO₂ e FAN è fondamentale per garantire una produzione continua e preservare la qualità della fermentazione. Monitorare costantemente questi due parametri è essenziale per mantenere il processo produttivo senza comprometterne l’efficienza.

Il CDR BeerLab® consente un’analisi rapida dell’SO₂ in appena 2 minuti, eliminando la necessità di metodi tradizionali più complessi, come la distillazione, che comportano sprechi e l’uso di sostanze pericolose.

Come già accennato, il pH è un fattore chiave nello sviluppo dell’SO₂ e svolge un ruolo cruciale nel controllo dell’attività enzimatica durante l’ammostamento. Ad esempio, l’α-amilasi ha un’attività ottimale a un pH di 5.6-5.8, mentre la β-amilasi lavora meglio tra 5.4 e 5.6.

Nonostante la sua importanza, la gestione del pH è spesso trascurata nell’industria della birra artigianale. Durante il processo di birrificazione, il pH diminuisce progressivamente: si parte dal valore dell’acqua utilizzata, che varia tra 6.2 e 7.0, si abbassa a 5.5 nel mosto pre-ebollizione, scende ulteriormente a 5.2 durante la bollitura e, infine, nella birra finita raggiunge valori compresi tra 3.9 e 4.5.

Comprendere e gestire i livelli di FAN, SO₂ e pH durante tutto il processo di birrificazione è fondamentale per ottenere una birra stabile e di alta qualità.

Una corretta disponibilità di azoto favorisce una crescita efficiente del lievito, mentre il monitoraggio della produzione di SO₂ aiuta a prevenire difetti sensoriali indesiderati e problematiche normative. Inoltre, il mantenimento di livelli ottimali di pH migliora l’attività enzimatica e l’efficienza complessiva della fermentazione.

Grazie a strumenti di analisi in tempo reale come il CDR BeerLab®, i birrai possono esercitare un controllo preciso su questi parametri chiave, migliorando sia la costanza produttiva che la qualità del prodotto finale.