Chimica della birra

“Ehi! Chi ha infilato una banana nella mia weizen?!”

[box style=”blue” icon=”fa-pencil”]L’autore di questo articolo è Davide “TEX” Tessaro che ringrazio per avermi dato la disponibilità a pubblicare su queste pagine il suo lavoro[/box]

Che cosa sono?

Gli esteri sono una classe di composti chimici ottenuti formalmente dall’unione di un acido con un alcol. Per esempio:

L’aggettivo “formalmente” si riferisce al fatto che è piuttosto difficile ottenere quantità significative di estere semplicemente mescolando una certa dose di acido con un’altra dose di alcol. Di solito si ricorre a condizioni drastiche, a derivati più reattivi o a catalizzatori. Il lievito ricorre alle ultime due strategie.

Perché interessano a noi birrai?

In generale in una birra la quantità di esteri in soluzione è molto bassa, dell’ordine dei mg/L. Ciò nonostante, la loro soglia di percezione al gusto è dello stesso ordine di grandezza: questo vuol dire che gli esteri risultano alla fine molto importanti per il profilo aromatico della birra, tanto è vero che per alcuni stili la presenza di esteri e la loro identità sono assolutamente caratterizzanti. Basti pensare all’aroma di banana delle Weizen bavaresi, ma anche ai sentori fruttati di molte birre belghe (il famoso aroma di pera nella Duvel, tanto per dirne uno). È quindi molto interessante, dal punto di vista del mastro birraio, conoscere le cause e le condizioni di formazione degli esteri per avere un miglior controllo sulla qualità della propria birra.

Quali interessano?

Gli esteri presenti nella birra e che ne influenzano le caratteristiche gustative appartengono ad un gruppo ristretto.
In particolare si hanno:

nome soglia di percezione (mg/L) caratteristiche gustative
acetato di etile 21-30 fruttato, note di solvente
acetato di isoamile 0,6-1,2 banana, pera
caproato di etile 0,17-0,21 mela, anice
caprilato di etile 0,3-0,9 mela
acetato di feniletile 3,8 rosa, miele, note dolciastre

 

Come si formano?

Durante la fermentazione, gli esteri sono prodotti all’interno della cellula di lievito e si diffondono poi nel mosto. L’efficienza di questo trasporto aumenta con l’aumento della temperatura e dipende anche dal ceppo di lievito. I lieviti lager hanno, per esempio, un’efficienza minore. Il meccanismo di produzione è simile a quello precedentemente illustrato:

Quali sono le differenze rispetto a prima? Prima di tutto l’acido è legato ad un’altra molecola, molto importante nei sistemi biologici, che si chiama “coenzima A”, abbreviato in CoA. La S sta ad indicare che il legame tra il gruppo acilico (che è l’acido senza il gruppo OH) e il CoA avviene tramite un ponte formato da un atomo di zolfo. I sistemi biologici utilizzano proprio il CoA come trasportatore di gruppi acili all’interno della cellula. La seconda differenza è la sigla “AAT” scritta sopra la freccia. Tale acronimo significa “alcol acetil transferasi” e caratterizza un enzima della cellula di lievito. Come dice il nome stesso, questo enzima trasferisce un acetile (il gruppo CH3CO-) dal CoA ad un alcol, sintetizzando quindi l’estere. Tale enzima è specifico per l’acetile, e va quindi a produrre esteri del tipo “acetato di…”, che sono i principali tra quelli precedentemente elencati. Gli altri esteri saranno sintetizzati in maniera simile da altri enzimi appositamente dedicati. L’efficienza di produzione degli esteri sarà quindi legata a due fattori: la disponibilità dei substrati (acil-CoA e alcol) e l’attività dell’enzima. Per attività si intende la misura di, per l’appunto, quanto sia attivo l’enzima, cioè quanto sia veloce nella trasformazione.

Come si controlla la produzione di esteri?

Andiamo ad analizzare alcuni dei fattori che influenzano la sintesi degli esteri.

Il ceppo di lievito

Ogni ceppo di lievito dà luogo, a parità di condizioni di fermentazione, non solo a quantità diverse di esteri, ma anche ad una diversa distribuzione degli stessi. Le ragioni di ciò paiono legate proprio alla diversa attività della AAT in ogni ceppo. Inoltre, lo stesso ceppo, mano a mano verrà riutilizzato, tenderà a cambiare le proprie caratteristiche di produzione degli esteri (deriva genica). È buona norma, quindi, evitare di riciclare troppe volte lo stesso lievito.

Il mosto: zuccheri

Risulta ben stabilito che mosti di alta OG provocano una produzione di esteri decisamente più alta rispetto a mosti di bassa OG. Palmer ha osservato che un mosto di 20°P produce una quantità di esteri (acetato di etile e di isoamile) quattro volte superiore rispetto ad un mosto a 10,5°P. Inoltre, pare che mosti contenenti alti livelli di glucosio e fruttosio producano più esteri rispetto a mosti con alto contenuto di maltosio.

Il mosto: azoto

Alte quantità di azoto portano ad una maggiore produzione di esteri. Una spiegazione univoca non è stata ancora trovata, ma un’ipotesi abbastanza convincente suggerisce che una serie di aminoacidi (derivanti dal mashing) venga trasformata in alcoli dal lievito stesso. Come si diceva prima, un’alta concentrazione di alcoli crea le premesse per un’alta produzione di esteri.

Il mosto: ossigeno

L’ossigeno reprime la formazione di esteri durante la fermentazione andando a inibire l’enzima AAT. Quindi, fino a che ci sia una quantità significativa di ossigeno nel mosto, non si produrranno esteri. D’altra parte, anche l’assenza di ossigeno (<1 mg/L), impedendo una crescita delle cellule, va ad inibire la formazione di esteri. Gli esteri vengono perciò prodotti quando la quantità di ossigeno cade in un certo intervallo ben preciso.

La temperatura di fermentazione

In generale, una maggiore temperatura di fermentazione porta ad una maggiore produzione di esteri. Tuttavia, studi più dettagliati hanno mostrato che differenti esteri hanno differente dipendenza dalla temperatura. Alcuni di questi studi hanno mostrato che l’acetato di etile si produrrebbe maggiormente intorno ai 20°C, mentre l’acetato di isoamile e il caprilato di etile avrebbero il massimo di produzione a 15°C. Occorre comunque ribadire che altri ceppi di lievito mostrano caratteristiche di produzione ben diverse. È poi interessante notare che non è importante solamente la temperatura di fermentazione “media”, ma anche il profilo di temperatura mantenuto durante la fermentazione. Alte temperature iniziali favorirebbero la formazione di esteri. Ricordiamoci inoltre che la produzione di esteri è dipendente dalla disponibilità di alcoli, e anche la produzione di alcoli è dipendente dalla temperatura.

L’inoculo

Un abbondante inoculo di cellule vitali riduce la produzione di esteri.

Altri parametri

A livello di microbirrificio risultano importanti anche parametri come il design del fermentatore, l’applicazione di una sovrapressione durante la fermentazione, l’introduzione di fattori di crescita per il lievito, ma non li ho riportati poiché credo che non siano di interesse per la produzione casalinga.

Conclusione

Sono stati analizzati i vari fattori che concorrono ad influenzare la produzione di esteri nel mosto in fermentazione. Ovviamente non c’è alcuna pretesa di completezza, data anche la complessità (intesa come numero di variabili) della questione. Credo però che si possano individuare alcuni utili spunti per cercare di portare al meglio la qualità della nostra birra o, comunque, per acquistare una maggiore, per quanto modesta, consapevolezza di ciò che accade durante quel piccolo spettacolo di magia che è la trasformazione del mosto in birra.

Riferimenti

Per scrivere questo articoletto, ho cercato di mettere insieme le mie personali conoscenze e quanto ho letto su varie fonti. In particolare, la maggior parte del materiale proviene da una utilissima review pubblicata sul Journal of Bioscience and Bioengeneering intitolata “Flavor-active esters: adding fruitiness to beer” (vol. 96, no. 2, 110, 2003) ad opera di vari autori (K. J. Verstrepen et al.) per la maggior parte belgi.

 

Sotto ai venti litri è degustazione: scrivo una visione disincantata del mondo della birra artigianale tra pensieri e racconti

One Comment on “Gli esteri nella produzione della birra

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