Chiarificazione:
La chiarificazione della birra coinvolge molti fattori, da quelli biochimici a quelli meccanici. Una birra limpida è il risultato di buone tecniche di birrificazione, una padronanza dei fondamenti della chiarificazione, un buon sistema di filtrazione o la combinazione di tutti e tre gli aspetti.
Solitamente si attribuisce la causa di una birra opaca al lievito che non si deposita, ma questa è solo una delle varie possibilità: il lievito non rimane in sospensione senza un aiuto.
Per dare un’idea della complessità della chiarificazione, esamineremo i vari fattori che influenzano la flocculazione del lievito, ma prima definiamo la flocculazione.
Flocculazione:
Per flocculazione si intende la capacità del lievito di aggregarsi a formare grossi fiocchi che poi precipitano dalla sospensione. La flocculazione è definita come: “processo reversibile, asessuale e dipendente dal calcio tramite cui le cellule aderiscono a formare fiocchi”.
È molto importante comprendere le basi della flocculazione e i fattori che la influenzano, poiché il processo di flocculazione e sedimentazione è il modo più facile ed economico per ottenere una birra limpida. La flocculazione influenza anche l’efficacia della fermentazione e il sapore della birra. Idealmente, il lievito resterà non flocculante e in sospensione fino al raggiungimento della densità finale desiderata e poi diventerà flocculante e precipiterà. Ma come tutti i birrai sanno, il lievito non rispetta sempre questa regola.
Ogni ceppo di lieviti ha un diverso livello di flocculazione dai non flocculanti (1007 German Ale) agli altamente flocculanti (1968 London ESB).
Cellule non flocculanti:
I lieviti non flocculanti hanno cellule che appaiono lisce al microscopio elettronico a scansione ed hanno carica superficiale negativa. Queste cellule si respingono quando sono ravvicinate e si muovono lentamente, mentre se si muovono le une verso le altre abbastanza velocemente superano la repulsione e collidono, ma senza aderire.
Cellule flocculanti:
Le cellule flocculanti appaiono coperte di peluria o spine al microscopio elettronico a scansione. Anch’esse hanno carica superficiale negativa che causa repulsione tra due cellule, ma quando collidono la superano e aderiscono.
L’ipotesi della lectina:
È l’ipotesi attuale: descrive come il lievito floccula e spiega la flocculazione come controllata da un insieme di interazioni tra pareti cellulari, in particolare la creazione di legami tra le zimolectine e i residui di mannosio del mannano nelle pareti delle cellule di lievito.
Le zimolectine sono proteine prodotte nella cellula e poi secrete nella parete cellulare. Esse si legano alle molecole di zucchero e necessitano di ioni di calcio per mantenere la configurazione adeguata a legarsi agli zuccheri. Le zimolectine si legano anche ai residui di mannosio del mannano nelle pareti cellulari.
Il mannano consiste in lunghe catene ramificate di zucchero mannosio presenti nelle pareti cellulari. Esso è presente nelle pareti di tutte le cellule di lievito ed è collegato a lunghe catene peptidiche ancorate nelle pareti cellulari.
In pratica le zimolectine e i mannani delle pareti cellulari funzionano come il velcro. Non si comprende ancora bene cosa causi la produzione e l’attivazione delle zimolectine; si crede che si attivino al termine di una crescita esponenziale e durante la fase stazionaria. Molto probabilmente l’esaurimento dei nutrienti e l’aumento dei residui della fermentazione (etanolo e cariche pH) innescano la produzione e l’attivazione delle zimolectine.
Ci sono due fenotipi nei ceppi per la birrificazione che sono definiti dal tipo di zimolectina che producono.
Fenotipo Flo1: le zimolectine prodotte si legano solo ai residui di mannosio e sono inibite solo da esso. In questo tipo di lievito la flocculazione non è influenzata dallo stadio di crescita del lievito. Molti ceppi ale ricadono in questa categoria.
Fenotipo NewFlo: le zimolectine prodotte si legano ai residui di mannosio e glucosio e sono inibite da mannosio, glucosio, maltosio e saccarosio. La flocculazione si esprime tipicamente tardi nella fase esponenziale e all’inizio della fase stazionaria. Questo gruppo contiene la maggior parte dei ceppi lager e alcuni ceppi ale.
Co-flocculazione:
Può avvenire co-flocculazione quando si adoperano assieme un ceppo flocculante e uno non flocculante. La combinazione dei due tipi può causare la flocculazione di entrambi i ceppi perché le zimolectine del ceppo flocculante si legano ai mannani del ceppo non flocculante.
È difficile prevedere se due ceppi mostreranno co-flocculazione perciò è sempre importante fare piccole prove di fermentazione prima di usarli assieme.
Fattori che promuovono l’aggregazione e attrazione delle cellule (flocculazione):
L’ipotesi della lectina descrive il meccanismo che fa aderire le cellule di lievito, ma quali fattori promuovono questo meccanismo?
- La base genetica del ceppo: perché avvenga la flocculazione il lievito deve possedere i geni FLO responsabili della codificazione e regolazione della produzione di proteine FLO. I geni FLO sono molto instabili ed hanno frequenze di mutazione estremamente alte: questa instabilità porta alla loro cancellazione ed alla perdita delle caratteristiche di flocculazione.
- La concentrazione di zimolectina: l’aumento della concentrazione della zimolectina nella parete cellulare scatena la flocculazione. L’esaurimento dei nutrienti, un aumento dei residui della fermentazione e aumenti di temperatura causano tutti un incremento della concentrazione di zimolectina nella parete cellulare.
- Fattori meccanici che aumentano le collisioni fra le cellule: la turbolenza causata dalla produzione di CO2, i gradienti di temperatura o altri fattori causeranno più collisioni fra le cellule. Anche una maggiore concentrazione cellulare provoca più collisioni e accresce l’aggregazione cellulare.
- Fattori che diminuisco la carica elettrostatica respingente: la concentrazione di etanolo, il pH e le cariche nella composizione della pareti cellulari.
- Fattori che accrescono l’idrofobicità della superficie cellulare o Cell Surface Hydrophobicity (la CSH misura o descrive in quale misura la superficie cellulare respinge le molecole d’acqua): aumenti nella concentrazione proteica della superficie, aumenti nella densità di zimolectina causati dalle regioni idrofobiche di questa proteina, variazioni nel rapporto di polipeptidi ricchi di fosforo a polipeptidi ricchi di nitrogeno nella parete cellulare e un aumento della produzione e accumulazione di ossilipidi, steroli e acidi grassi nella parete cellulare.
- La riduzione degli zuccheri inibenti la zimolectina: nel corso della fermentazione, gli zuccheri che competono per legarsi alle zimolectine sono consumati dal lievito e ciò lascia i loro spazi a disposizione nei mannani delle pareti cellulari.
- L’età delle cellule: le cellule di lievito più vecchie tendono ad avere pareti più ruvide e rugose e ciò ne accresce la capacità di creare legami. Esse tendono anche ad avere una crescita più filamentosa e alcune ricerche mostrano che hanno maggiore densità di zimolectine nella parete cellulare.
Cosa significa questo per il birraio?
La flocculazione e la chiarificazione sono ovviamente questioni complesse e influenzate da numerosi fattori, alcuni dei quali sono fuori dal controllo del birraio mentre altri sono alla sua portata. I fattori di manipolazione che influenzano la flocculazione influenzano direttamente il sapore e l’aroma del prodotto finito, perciò il birraio deve bilanciare i vantaggi ottenuti nella flocculazione e chiarificazione con gli effetti sul sapere e aroma del prodotto finito.
Ossigenazione:
- Una scarsa o bassa aerazione del mosto può causare flocculazione anticipata e incompleta.
- Un’adeguata aerazione può causare flocculazione ritardata e più intensa.
- Influenza la sintesi di steroli e acidi grassi e presumibilmente l’idrofobicità della parete cellulare (CSH).
Temperatura:
- Test di laboratorio hanno mostrato che i ceppi per birrificazione hanno diverse temperature ottimali di flocculazione.
- La flocculazione è aumentata per un ceppo più ampio da 5°C a 25°C.
- Un test ha evidenziato che la flocculazione di ceppi più ampi era ottimale a 10°C e scendeva significativamente sotti i 5°C.
- In altri ceppi testati, la flocculazione era repressa a 25°C e ottimale a 5°C.
Questo ovviamente dipende molto dal ceppo. Tenere delle registrazioni accurate è molto utile a determinare le temperature ottimali per il proprio ceppo.
pH:
- Il valore ottimale è tra 3,5 e 4,8
- Quale sia ottimale dipende molto dal ceppo
- La flocculazione può avvenire tra 1,5 e 9,0
Concentrazione di etanolo:
- Test di laboratorio hanno mostrato che la flocculazione è stimolata sia da aumenti che da diminuzioni dei livelli di etanolo.
- Dipende molto dal ceppo.
Quantitativo di lievito:
- Uno studio su un ceppo NewFlo ha mostrato che la flocculazione aumentava dal 58% al 71% aumentando gradualmente il quantitativo di lievito da 1 milione a 15 milioni di cellule/ml.
- Quantitativi superiori di lievito possono produrre percentuali superiori di cellule più vecchie.
Mosto:
- Al momento non sono disponibili molte informazioni sugli effetti di mosto e/o proteina sulla flocculazione.
- L’osservazione nei laboratori Wyeast mostra che cambiamenti nei livelli di mosto: in alcuni ceppi aumentano la flocculazione, in altri la diminuiscono, in altri ancora non hanno effetti.
- Ovviamente dipende molto dal ceppo.
La manipolazione del lievito e la flocculazione/chiarificazione:
Quantitativi di lievito:
Uniformare i quantitativi di lievito rimuove un fattore dall’equazione che determina le cause di variazioni nella flocculazione.
Coltivazione/raccolto dei lieviti:
- Per mantenere adeguate caratteristiche di flocculazione è molto importante coltivare il lievito per poi inocularlo nuovamente.
- Per adattare e mantenere le caratteristiche di flocculazione è possibile coltivare lievito da diversi strati nel fermentatore conico. La coltivazione dallo strato centrale nel letto del lievito seleziona la flocculazione più elevata.
Conservazione del lievito:
- Uniformare i tempi e le temperature di conservazione.
- Variazioni nelle temperature di conservazione possono influenzare le caratteristiche di flocculazione di alcuni ceppi.
Lavaggio acido:
- Alcuni studi hanno mostrato che un lavaggio acido intensivo porta una diminuzione della flocculazione in alcuni ceppi. Ciò è molto probabilmente dovuto a cambiamenti nella parete cellulare e conseguenti cambiamenti nell’idrofobicità della superficie cellulare (CSH).
- Questi cambiamenti possono protrarsi anche nelle inoculazioni successive.
Generazione:
- La flocculazione di un ceppo di lievito cambia lungo una serie di inoculazioni successive a causa di cambiamenti nella composizione delle pareti cellulari e variazioni genetiche.
- Dipende molto dal ceppo, alcuni sono molto più stabili di altri.
- Quando si osservano dei cambiamenti è necessario fare una nuova coltura dal ceppo originario o procurarsi un nuovo impasto presso il proprio fornitore.
Conclusione:
La flocculazione è uno dei meccanismi più complessi e meno compresi dei lieviti. È molto difficile determinare esattamente perché un ceppo di lievito abbia avuto un cambiamento nelle caratteristiche di flocculazione. Tenere delle registrazioni accurate e costanti così come le tecniche di manipolazione del lievito e di birrificazione permetterà di minimizzare il numero di fattori sconosciuti che influenzano il lievito.
