DR6000 nell`industria della birra: importanti metodologie approvate

NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC
DR6000 nell’industria della birra:
importanti metodologie approvate
dalla MEBAK e dall’ASBC
Introduzione
La conformità e la garanzia di una qualità elevata costante sono due dei principali obiettivi dell’industria
delle bevande. Hach® supporta il conseguimento di questi obiettivi offrendo soluzioni complete per
l’analisi dell’acqua e della birra.
Lo spettrofotometro UV-VIS DR6000™ consente di eseguire molte delle misure analitiche necessarie
per monitorare l’intero ciclo di produzione della birra, dalle materie prime al prodotto finale. Il software
DR6000, specificatamente progettato per il settore birrario, è stato ampliato e integrato con i principali
parametri raccomandati dalla MEBAK1 e dall’American Society of Brewing Chemists (ASBC)2. Ciò significa
che il DR6000 può essere utilizzato per misurare la qualità della birra in tutto il mondo.
Principali metodi nel dettaglio
Colore della birra
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 185 e segg.
ASBC Beer 10-A
Le unità EBC e ASBC vengono utilizzate in tutta Europa e negli Stati Uniti per descrivere il colore (più precisamente, l’intensità
del colore) della birra e del mosto. Il valore stabilito dall’EBC (European Brewery Convention) o dall’ASBC indica la quantità
di luce assorbita dalla birra con un determinato contenuto di mosto originale. Il colore effettivo di ogni birra prodotta corrisponde
a una gradazione di marrone che, a concentrazioni inferiori, assume gradualmente una tonalità rossa, ramata e ambrata,
fino al giallo oro e al giallo chiaro.
Oltre che dal colore del malto e dal mosto originale, l’intensità del colore della birra finita dipende da numerosi altri fattori,
quali la preparazione del mosto, il valore di pH e il processo di fermentazione utilizzato.
La misura del colore può sembrare un’operazione banale, ma è proprio questo l’elemento che determina l’impressione
iniziale del cliente prima di passare alla degustazione della birra. La conformità del colore della birra è pertanto un fattore
importante che può essere monitorato nelle varie fasi del processo di fermentazione.
L’assorbanza viene misurata alla lunghezza d’onda di 430 nm. Tradizionalmente, il colore della birra espresso in unità EBC
è pari a 10 x il valore di assorbanza a 430 nm, misurato in una cuvetta di 2,54 cm. Il metodo della MEBAK, invece, prevede
l’uso di una cuvetta quadrata di 1 cm (10 mm). Di conseguenza, per determinare il colore della birra in base allo standard
della MEBAK, viene eseguito il calcolo seguente:
Assorbanza della birra a 430 nm × 25 = colore in unità EBC
Sempre secondo le tecniche di misura tradizionali, il colore della birra espresso in unità ASBC è pari a 10 x il valore di assorbanza alla lunghezza d’onda di 430 nm, misurato in una cuvetta di 1,27 cm. Utilizzando una cuvetta approvata di dimensioni
intermedie da 1 cm (10 mm), si applica il seguente calcolo in conformità con il metodo ASBC Beer-10A:
Assorbanza della birra a 430 nm × 12,7 = colore in unità ASBC
NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC
Inoltre, con il metodo ASBC, la torbidità del campione viene verificata misurando l’assorbanza alla lunghezza d’onda di
700 nm. Un campione non è classificato come torbido se l’assorbanza a 700 nm è inferiore o uguale a 0,039 × 430 nm.
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura del colore della birra che sono conformi sia al metodo
MEBAK che al metodo ASBC.
Colore della birra secondo il metodo MEBAK
Programma 2006 0 – 60 unità
Colore della birra secondo il metodo ASBC*
Programma 2020 0 – 60 unità
La scala dei colori della birra riportata di seguito può fornire un utile orientamento:
EBC
Esempio
4
Pale Lager, Witbier, Pilsener, Berliner Weisse
6
Maibock, Blonde Ale
8
Weißbier
12
American Pale Ale, India Pale Ale
16
Weißbier, Saison
20
English Bitter, Extra Special Bitter
26
Biere de Garde, Double IPA
33
Dunkles Lager, Märzen, Amber Ale
39
Brown Ale, Bock, Dunkelbier, Dunkelweizen
47
Irish Dry Stout, Doppelbock, Porter
57
Stout
69
Foreign Stout, Baltic Porter
79
Imperial Stout
Colore della birra
(Fonte: http://de.wikipedia.org/wiki/EBC_(Bier))
Unità di amaro
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 234 e segg.
ASBC Beer-23, Wort-24
La concentrazione di acidi amari è un importante indicatore della qualità della birra. Gli acidi amari si formano durante la fase
di bollitura in cui avviene l’isomerizzazione degli α-acidi del luppolo. Gli acidi amari vengono estratti utilizzando un iso-ottano
dal campione acidificato e l’assorbanza viene misurata con uno spettrofotometro alla lunghezza d’onda di 275 nm.
I metodi MEBAK e ASBC presentano differenze minime in termini di modalità di esecuzione. Mentre il metodo MEBAK utilizza
HCl 6 N per acidificare i campioni, la tecnica ASBC impiega soltanto HCl 3 N. Dopo l’estrazione, l’assorbanza viene misurata
in una cuvetta al quarzo di 10 mm rispetto a una soluzione in bianco di iso-ottanolo della stessa qualità.
In conformità con le definizioni fornite dalla MEBAK e dall’ASBC, i risultati sono calcolati nel modo seguente:
Birra: assorbanza 275 nm × 50 = grado di amaro espresso in unità di amaro
Mosto: assorbanza 275 nm × 100 = grado di amaro espresso in unità di amaro
I vari calcoli derivano dalle diluizioni dei campioni di birra e/o di mosto specificate nella procedura.
NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC
I valori standard conformi al metodo MEBAK corrispondono a 10 – 40 BU (unità di amaro) per la birra e a 20 – 60 BU per
il mosto. In conformità con i parametri ASBC, la gamma di misure per la birra arriva a 100 unità (200 per il mosto) ed
è espressa in IBU (unità internazionali di amaro).
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura delle unità di amaro che sono conformi sia al metodo
MEBAK che al metodo ASBC.
Unità di amaro, birra
Programma 2001
10 – 40 BU
Unità di amaro, mosto
Programma 2003
20 – 60 BU
Unità di amaro ASBC, birra*
Programma 2021
10 -100 IBU
Unità di amaro ASBC, mosto*
Programma 2022
20- 200 IBU
Nota
Per l’analisi delle unità di amaro, è possibile utilizzare anche il test in cuvetta LCK241 di Hach (disponibile solo in Europa).
L’uso di cuvette contenenti sostanze chimiche pre-incorporate consente di risparmiare tempo e di ridurre la spesa per
l’acquisto di tali sostanze (in particolare, dell’iso-ottano di alta qualità).
Tabella 1: Unità di amaro dei tipi di birra più famosi (da Brauerei-Forum, VLB)
Tipo di birra
Unità di amaro
mg iso-alfa acidi/L birra
Frumento
15-20
15-20
Vollbier
18-24
18-24
Märzen
20 -25
20 -25
Export
22 – 26
22 – 26
Bock
28 – 36
28 – 36
Pils
30 – 38
30 – 38
Alt
35 – 50
35 – 50
Iso-α- e β-acidi
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 237 e segg.
Gli umuloni (o α-acidi) del luppolo conferiscono alla birra il gusto amaro. Durante il processo di produzione della birra (bollitura
del mosto), gli iso-α-acidi amari emergono dal luppolo. Pertanto, il contenuto di iso-α-acidi è un fattore determinante per il
gusto della birra. Anche i β-acidi contribuiscono a conferire alla birra un gusto amaro e si misurano con il metodo illustrato
di seguito.
Una volta estratti gli acidi amari (vedi sopra) dal campione con l’iso-ottano e dopo aver sottoposto il campione a un ulteriore
lavaggio, il contenuto di iso-α- e β-acidi viene stabilito misurando l’assorbanza del campione alle lunghezze d’onda di 255 nm
e 360 nm [1]. A questo scopo si utilizza una cuvetta al quarzo di 10 mm e si procede alla misura combinata di entrambi i tipi
di acidi alle due rispettive lunghezze d’onda.
Secondo il metodo MEBAK, i valori standard sono i seguenti:
Birra: 10 – 40 mg/L di iso-α-acidi e meno di 2 mg/L di β-acidi
Mosto: 15 – 50 mg/L di iso-α-acidi e meno di 1- 15 mg/L di β-acidi
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura degli iso-α- e β-acidi in conformità con gli standard
MEBAK.
Iso-α- e β-acidi
Programma 2013
0 – 60 mg/L di iso-α-acidi e 0- 80 mg/L di β-acidi
NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC
FAN (azoto amminico libero)
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 84 e segg.
ASBC Beer-31, Wort-12
La somma dei componenti di azoto biodisponibili nel mosto è rappresentata dal valore di azoto amminico libero (FAN). Un
contenuto eccessivo di FAN può creare dei problemi sia a livello di gusto sia in termini di stabilità microbiologica della birra.
I lieviti industriali e naturali fermentano trasformando gli amminoacidi in alcoli a catena lunga (propanolo, isobutanolo).
I livelli di FAN costituiscono anche un buon indicatore del completamento del processo di fermentazione. Il monitoraggio del
livello di FAN mediante lo spettrofotometro DR6000 consentirà di rinnovare le vasche più rapidamente una volta raggiunto
un valore di FAN sufficientemente basso. Il contenuto tipico di FAN è di 200 – 1 250 mg/L nel mosto e di 10 – 1 20 mg/L nella
birra (MEBAK).
I metodi MEBAK e ASBC sono identici. La birra o il mosto preparato vengono miscelati con un reagente colorato (a base di
ninidrina) e l’assorbanza viene misurata a una lunghezza d’onda di 570 nm in una cuvetta di 10 mm.
Il valore di assorbanza viene quindi confrontato con il colore prodotto da una soluzione standard di glicina a 2 mg/L utilizzata
come riferimento. Per una determinazione più precisa, il valore del bianco, ovvero la soluzione di glicina, e il campione vengono analizzati in triplicato per poi calcolarne il valore medio. Data la diversa metodologia di preparazione dei campioni di
birra e mosto, è necessario utilizzare dei fattori interni pari a 50 (per la birra) o 100 (per il mosto).
Per le birre e i mosti scuri, il metodo MEBAK prevede la misura del valore del bianco del campione, oltre al valore del bianco
del reagente, per tener conto della colorazione intrinseca del campione. Il processo di misura e il calcolo della concentrazione
per le birre e i mosti scuri vengono gestiti nello spettrofotometro DR6000 come programmi separati. Lo spettrofotometro
DR6000 è dotato di programmi per la misura dell’azoto amminico libero che sono conformi sia al metodo MEBAK che al
metodo ASBC.
FAN, birra chiara
Programma 2008
0 – 1400 mg/L FAN
FAN, mosto chiaro
Programma 2007
0 – 1400 mg/L FAN
FAN, birra scura
Programma 2016
0 – 1400 mg/L FAN
FAN, mosto scuro
Programma 2015
0 – 1400 mg/L FAN
FAN ASBC, birra*
Programma 2024
0 – 1400 mg/L FAN
FAN ASBC, mosto*
Programma 2025
0 – 1400 mg/L FAN
Polifenoli totali
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 223 e segg.
ASBC Beer-35
I composti fenolici provenienti dal malto e dal luppolo sono presenti nella birra in quantità che variano in funzione delle
tecniche di produzione utilizzate. A seconda della struttura e delle dimensioni delle molecole, esercitano un’infl uenza
notevole sulle varie caratteristiche della birra, come il colore, il gusto, la stabilità organolettica, la schiuma e la stabilità
chimico-fisica1 . I polifenoli incidono anche sensibilmente sull’aspetto finale della birra. Livelli di polifenoli elevati rendono
la birra torbida.
I metodi MEBAK e ASBC sono identici. I polifenoli presenti nei campioni reagiscono con gli ioni di ferro(III) nella soluzione
alcalina, formando dei complessi di ferro colorati. La loro assorbanza viene misurata mediante uno spettrofotometro in una
cuvetta di 10 mm alla lunghezza d’onda di 600 nm.
Il calcolo viene eseguito nel modo seguente:
Assorbanza a 600 nm × 820 = mg/L di polifenoli totali
I valori standard per i polifenoli totali nella birra sono nell’ordine di 150 – 1 200 mg/. La gamma di misura dei programmi
preinstallati arriva fino a 800 mg/L.
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura dei polifenoli totali che sono conformi sia al metodo
MEBAK che al metodo ASBC.
Polifenoli totali
Programma 2002
0 – 800 mg/L polifenoli
Polifenoli totali ASBC*
Programma 2026
0 – 800 mg/L polifenoli
NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC
Dichetoni vicinali
MEBAK brew-technical analysis methods, 4ª Edizione, 2002, pagina 134 e segg.
ASBC Beer-25 B
L’attuale metodo MEBAK 1 descrive la misura gascromatografica del diacetile e del 2,3-pentanedione.
Il precedente metodo MEBAK 3 e il metodo ASBC prevedono due diverse tecniche fotometriche per la determinazione dei
dichetoni vicinali.
Nella fase di metabolismo dei lieviti, si assiste alla formazione di 2-acetolattato e di 2-acetoidrossibutirrato durante
la fermentazione. Questi precursori vengono convertiti mediante ossidazione in due dichetoni vicinali, il diacetile e il
2,3-pentanedione.
Il diacetile può formarsi anche come prodotto metabolico tipico di determinati micorganismi1 . Un contenuto troppo elevato
di dichetoni vicinali comporta un’alterazione delle caratteristiche organolettiche della birra, determinando spesso un gusto
di “caramella al burro” e una consistenza oleosa al palato che non risultano gradevoli per il consumatore.
Secondo il metodo MEBAK, i due dichetoni, ovvero il diacetile e il 2,3-pentanedione, reagiscono con la 1,2-fenilendiammina
per formare un prodotto finale colorato, la cui assorbanza viene misurata in una cuvetta al quarzo di 2 cm alla lunghezza
d’onda di 335 nm. Questo metodo di analisi operativa frequentemente utilizzato è ovviamente più rapido rispetto alle tecniche
gascromatografiche, ma non consente di distinguere il diacetile dal 2,3-pentanedione.
Utilizzando la calibrazione basata sul metodo MEBAK, il contenuto di dichetoni vicinali viene calcolato nel modo seguente:
Assorbanza a 335 nm × 1,2 = mg/L di VFK (dichetoni vicinali)
Il valore target per la birra chiara è inferiore a 0,15 mg/kg.
La tecnica conforme agli standard ASBC viene descritta nel metodo Beer-25 B sotto il titolo “Diacetile – Metodo ad ampio
spettro per i VDK”. Tale metodo non misura il diacetile separatamente, ma presenta tutti i dichetoni vicinali.
Secondo il metodo ASBC Beer-25 B, il diacetile (e il 2,3-pentanedione) reagisce con una soluzione di naftolo, formando un
complesso colorato che viene misurato alla lunghezza d’onda di 530 nm. Hach ha calibrato il metodo utilizzando soluzioni
standard di diacetile e ne ha memorizzato il fattore corrispondente nel programma. Per la registrazione di una curva di
calibrazione, non è quindi necessario che l’utente misuri gli standard di diacetile.
Utilizzando la calibrazione eseguita da Hach, il contenuto di dichetoni vicinali viene calcolato nel modo seguente:
Assorbanza a 530 nm × 3,7 = mg/L di diacetile (dichetoni vicinali)
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di programmi per la misura dei dichetoni vicinali che sono conformi sia al metodo
MEBAK che al metodo ASBC.
Dichetoni vicinali
Programma 2014
0 – 1 mg/kg VDK
Diacetile ASBC*
Programma 2023
0 – 1 mg/L diacetile
Nota
Per la determinazione del grado di amaro, è anche disponibile il test di Hach in cuvetta prelavorata LCK242 (disponibile solo
in Europa) o TNT819 (disponibile negli Stati Uniti) che consente di misurare i dichetoni vicinali.
NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC
Riducibilità MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 204 e segg.
La riducibilità è un fattore essenziale per il gusto e la stabilità fisica, chimica e biologica della birra. La riduzione dei composti
derivati dal malto e dal luppolo previene e/o minimizza i processi ossidativi della birra. Il termine riducibilità si riferisce a tutti
i composti a rapida riduzione presenti nella birra. Tali composti vengono misurati in base al rispettivo effetto di riduzione sul
reagente di Tillmann (DPI). La decolorazione di questo reagente in presenza del campione di birra viene misurata alla lunghezza
d’onda di 520 nm e confrontata con la colorazione originale del reagente. La riducibilità viene espressa con un numero adimensionale che indica la percentuale del reagente ridotta dal campione di birra.
Nella valutazione della riducibilità delle birre, viene utilizzata la scala seguente in conformità con il metodo MEBAK 1:
60
Molto buona
50-60
Buona
45-50
Soddisfacente
< 45
Scarsa
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura della riducibilità conforme al metodo MEBAK.
Riducibilità
Programma 2004
0 – 100 %
Numero di acido tiobarbiturico (TAN)
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 55 e segg.
Il numero di acido tiobarbiturico è un valore che rappresenta il carico termico a cui sono sottoposti il malto e il mosto.
Analogamente al 5-idrossimetilfurfurale (HMF), un gran numero di sostanze derivanti dalla reazione di Maillard (reazione
di zuccheri e amminoacidi provocata dal calore) reagiscono con l’acido tiobarbiturico.
Nel test MEBAK, le sostanze da misurare reagiscono con l’acido tiobarbiturico e formano un complesso di colore giallo
che viene analizzato con un fotometro alla lunghezza d’onda di 448 nm.
I valori standard nel processo di produzione della birra (in relazione al 12 % del mosto originale) sono i seguenti:
• Mosto chiaro a caldaia piena:
< 22
• Mosto chiaro a fine bollitura:
< 45
• Mosto chiaro dopo il raffreddamento:
< 60
Una nuova metodologia di analisi utilizza un test chiamato TBARS (sostanze reattive all’acido tiobarbiturico), che determina
essenzialmente la concentrazione di malondialdeide. Anche in questo caso, la misura rileva l’entità del carico termico a cui
è sottoposto il mosto per effetto del calore.
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura del TAN conforme al metodo MEBAK.
TAN nella birra/nel mosto
Programma 2012
0 – 100 TAN (diluizione 1/10)
TAN nel mosto convenzionale
Programma 2011
0 – 100 TAN (diluizione 1/5)
NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC
Antocianogeni
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 226 e segg.
Gli antocianogeni, o leucoantocianidine, sono una forma particolare di antocianidine. Le antocianidine sono la parte responsabile del colore degli antociani, una classe di pigmenti di origine vegetale a base fenolica. Gli antocianogeni (leucoantocianidine contenute nel luppolo) vengono trasformati dall’acido cloridrico caldo nelle antocianidine di colore rosso.
Durante la misura, gli antocianogeni sono dapprima assorbiti nella poliammide e quindi trasformati dall’acido cloridrico
caldo in una soluzione rossa. La misura viene eseguita in una cuvetta di 10 mm alla lunghezza d’onda di 550 nm.
I valori standard nella birra, conformemente al metodo MEBAK, sono nell’ordine di 50–70 mg/L, a seconda delle tecniche
di produzione utilizzate. Dopo la stabilizzazione con PVPP, i valori standard risultano conseguentemente più bassi.
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura degli antocianogeni conforme al metodo MEBAK.
Antocianogeni
Programma 2005
0 – 100 mg/L ATC
Campione di iodio fotometrico
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 52 e segg.
Il malto prodotto dai cereali, soprattutto dal frumento, viene macinato. Il processo di birrificazione vero e proprio inizia con
l’ammostamento. In questa fase, l’acqua viene riscaldata a circa 60° C, quindi si aggiunge il malto macinato e il mash ottenuto
dalla miscelazione del malto viene quindi riscaldato e mescolato costantemente a una temperatura di circa 75° C, in base
al processo utilizzato. A seconda delle temperature di tostatura, gli enzimi trasformano l’amido del malto in zucchero. In
alternativa, si fa bollire parte del mash per ottenere la gelatinizzazione fisica dell’amido. Viene quindi analizzato un campione
di iodio per stabilire se l’amido disciolto si è del tutto saccarificato.
Le destrine e l’amido del mosto o della birra vengono precipitati, disciolti in tampone fosfato e quindi miscelati con la soluzione di iodio. La colorazione dal rosso al blu viene misurata con lo spettrofotometro in una cuvetta di 4 cm alla lunghezza
d’onda di 578 nm. I valori standard (nel mosto) secondo il metodo MEBAK sono inferiori a 0,45.
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura degli antocianogeni conforme al metodo MEBAK.
Campione di iodio
Programma 2010
0 – 1 valore di iodio
NOTA APPLICATIVA: DR6000 PER I METODI MEBAK E ASBC
Ferro
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012, pagina 423 e segg.
Il ferro può essere introdotto nella birra attraverso le materie prime e gli agenti filtranti e/o chiarificanti. È anche possibile
che venga prelevato dalle apparecchiature, dalle linee o dalle lattine o che sia contenuto nell’agente stabilizzante della
schiuma della birra. Il ferro influisce negativamente sulla stabilità colloidale, sul gusto, sulla schiuma e sulla tendenza al
gushing della birra.
Il contenuto di ferro nella birra può essere determinato con il metodo spettrofotometrico, oltre che mediante la tecnica
analitica AAS. In primo luogo, il ferro trivalente viene ridotto nella forma bivalente. Il ferro bivalente reagisce quindi con
FerroZine, formando un complesso di colore viola. Il metodo per la determinazione del ferro memorizzato nel DR6000
contiene già il coefficiente di assorbanza per il ferro. L’incremento della curva di calibrazione è pari a 0,037/µg/L Fe2+.
Pertanto, l’utente del programma non ha necessità di generare una serie di propri standard per il ferro ai fini della calibrazione. I valori di riferimento nella birra sono dell’ordine di 0,200 mg/L.
Lo spettrofotometro DR6000 è dotato di un programma per la misura del ferro conforme al metodo MEBAK.
Ferro
Programma 2017
0 – 1 mg/L ferro
Bibliografia
1
MEBAK, Wort, Beer, Beer-Based Beverages, 1ª Edizione 2012
2
American Society of Brewing Chemists, Methods of Analysis, 14ª Edizione
3
MEBAK, brew-technical analysis methods, volume II, 4ª Edizione 2002
DOC042.57.20185.Dec15
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