La birra, insieme allo Huangjiu e al vino d’uva, è conosciuta come le tre principali bevande alcoliche del mondo e il suo ciclo di vita si è protratto per migliaia di anni. Con lo sviluppo dell’industria della birra, a causa delle differenze nel processo di produzione e nei ceppi di produzione, la birra moderna si divide principalmente in birra Ale (birra a fermentazione superiore) e birra Lager (birra a fermentazione inferiore) [2]. Rispetto alla birra Ale, la birra Lager ha una temperatura di fermentazione più bassa e un ciclo più lungo; non solo ha una schiuma delicata e ricca e un gusto rinfrescante e puro, ma ha anche una qualità uniforme ed è adatta alla produzione industriale su scala [3]. Per questo motivo, la birra Lager è molto apprezzata dai consumatori per il suo sapore leggero e rinfrescante e per la sua qualità stabile e ha gradualmente sostituito la birra Ale come prodotto principale della moderna birra industriale. I comuni composti volatili dell’aroma della birra includono alcoli, esteri, aldeidi e chetoni, ecc. La qualità e il contenuto di questi composti non solo determinano il gusto e il sapore della birra, ma influenzano anche la qualità della birra in una certa misura [5]. Negli ultimi anni, dato che le esigenze dei consumatori in termini di qualità e sapore della birra sono diventate sempre più elevate, le modalità per mantenere e migliorare il sapore della birra sono diventate l’obiettivo comune di molte aziende di produzione [6].
Il malto è la principale materia prima per la produzione della birra. Essendo la “spina dorsale” della birra, i difetti di qualità del malto portano direttamente ad anomalie nella saccarificazione e nella filtrazione, riducono l’efficienza produttiva e aumentano il costo del prodotto [7]. Pertanto, la composizione e la qualità del malto sono legate al sapore e alla qualità della birra. Allo stesso tempo, negli ultimi anni, con il costante aumento della produzione di birra in Cina, la qualità e la resa dei malti nazionali sono gradualmente diminuite, il che ha aggravato la richiesta di materie prime di alta qualità da parte dell’industria della birra cinese [8]. Per quanto riguarda la ricerca sull’impatto del malto sulla qualità della birra, attualmente si concentra principalmente sull’analisi di componenti come il β-glucano e le proteine [9], o sull’ottimizzazione dei parametri chiave della produzione di birra, come la temperatura di fermentazione e il processo di ammostamento [10], mentre gli studi sulla selezione e il controllo delle materie prime alla fonte sono relativamente pochi.
Per controllare la produzione di birra alla fonte, attraverso un sistema di simulazione della fermentazione della birra in laboratorio, questo studio ha esplorato la qualità di tre diversi tipi di malto e i loro effetti sulla qualità della birra e sul sapore della birra. Misurando gli indici di qualità del malto, come il tasso di estrazione, l’azoto α-amminoacido, il potere saccarificante e l’indice di Kolbach, nonché gli indici fisico-chimici della birra prodotta, come il contenuto alcolico e la concentrazione del mosto originale, e utilizzando la microestrazione in fase solida dello spazio di testa (HS-SPME) combinata con la gascromatografia-spettrometria di massa (GC-MS) per analizzare le differenze nei componenti dell’aroma, è stata infine selezionata la varietà di malto più adatta per la fermentazione della birra, al fine di produrre birra Lager di alta qualità e di fornire un riferimento teorico per la sua produzione industrializzata.
1 Materiali e metodi
1.1 Materiali e reagenti
1.1.1 Ceppo
Lievito di birra(Saccharomyces cerevisiae) Lager 497: stock di laboratorio.
1.1.2 Reagenti chimici
Estratto di lievito, peptone, polvere di agar (tutti reagenti biochimici): Bioengineering (Shanghai) Co., Ltd.; glucosio anidro, iodio, ioduro di potassio (tutti di grado analitico): Sinopharm Group Chemical Reagent Co., Ltd.; 3-ottanolo (grado cromatografico): Sigma-Aldrich, USA; malto britannico (Eng), malto canadese (Can), malto tedesco (Ger) e luppolo SAAZ: acquisto commerciale importato.
1.1.3 Mezzo nutritivo
Terreno estratto di lievito e peptone destrosio (yeast extract peptone dextrose, YPD): estratto di lievito 10 g/L, peptone 20 g/L, glucosio anidro 20 g/L, sterilizzare a 115 ℃ per 20 min.
Terreno mosto: mosto autoprodotto, sterilizzare a 105 ℃ per 10 min.
1.2 Strumenti e attrezzature
Mulino per malto DLEUW22050: Bühler-Miag, Svizzera; saccarimetro BGT-8A: Hangzhou BoRi Technology Co., Ltd.; gascromatografia-spettrometria di massa Trace1310-ISQ LT: Colonna capillare TG-WAXMS A (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm), campionatore automatico dello spazio di testa TriPlus RSH, fibra per microestrazione in fase solida dello spazio di testa (50/30 μm DVB/Carboxen/PDMS): Thermo Scientific, USA.
1.3 Metodi di prova
1.3.1 Creazione del sistema di simulazione della fermentazione della birra Lager in laboratorio
Pesa una quantità adeguata di malto, aggiungi l’acqua per l’ammostamento e, dopo aver completato la saccarificazione, filtra e raccogli il mosto limpido. Fai bollire per 60 minuti, durante i quali viene aggiunta una quantità adeguata di luppolo. Filtra nuovamente, regola la concentrazione del mosto e ottieni un mosto limpido. Sterilizza a 105 ℃ per 10 minuti, raffredda e distribuisci.
Coltura di attivazione del lievito: inocula una colonia singola in 1 mL di terreno di mosto, coltiva a 25 ℃, 220 r/min per 12 ore; trasferisci la coltura di cui sopra in 9 mL di terreno di mosto, coltiva a 20 ℃, 220 r/min per 12 ore; quindi trasferisci la coltura di cui sopra da 10 mL in 90 mL di terreno di mosto, coltiva a 15 ℃, 220 r/min per 12 ore. Lasciare riposare, prendere la sospensione di cellule di lievito; inoculare nel terreno di mosto a 1×10⁶ CFU/mL, quindi tappare con un tappo di gomma e sigillare asetticamente [13].
Fermentazione simulata in laboratorio: coltura statica a 12 ℃ per 8 giorni. Quando il grado di zucchero della fermentazione è di circa 4 °Bx, la fermentazione primaria termina. Posiziona la coltura statica a 4 ℃ per 7 giorni; quando non c’è un evidente sapore di diacetile nel vino, la fermentazione è completata [14].
1.3.2 Metodo di analisi dell’indice di qualità del malto
Preleva una quantità adeguata di malto e determina gli indici di qualità come il tasso di estrazione, l’azoto α-amminoacido, il potere saccarificante e l’indice di Kolbach (chiamato anche valore KI) secondo il metodo analitico della norma dell’industria leggera QB/T 1686-2008 “Malto per birra”.
1.3.3 Metodo di analisi dell’indice fisico-chimico della birra
Dopo la fermentazione, preleva dei campioni da analizzare e determina gli indici fisico-chimici della birra, come il contenuto di alcol e la concentrazione del mosto originale, secondo lo standard nazionale GB/T 4928-2008 “Metodi di analisi della birra”.
1.3.4 Metodo di rilevamento GC-MS delle sostanze aromatizzanti della birra
(1) Condizioni cromatografiche: colonna capillare TG-WAXMS A (60 m × 0,25 mm × 0,25 μm), programma di temperatura: mantenimento a 40 ℃ per 1 minuto, aumento della temperatura a 3 ℃/min fino a 180 ℃, quindi aumento a 20 ℃/min fino a 230 ℃, mantenimento per 15 minuti. La temperatura della camera di vaporizzazione è di 250 ℃, il gas di trasporto è elio di elevata purezza (purezza >99,99%), il flusso del gas di trasporto è di 1,0 mL/min, nessuna iniezione frazionata, il tempo di ritardo del solvente è di 1 min: Modalità di ionizzazione EI, temperatura della sorgente ionica 230 ℃, temperatura del quadrupolo 150 ℃, energia degli elettroni 70 eV, corrente di emissione 34,6 μA, temperatura dell’interfaccia 280 ℃, intervallo di scansione di massa 29～500 amu.
(2) Preparazione del campione: prelevare 7,5 mL di campione di birra in una fiala da 20 mL per lo spazio di testa, aggiungere 0,5 mL di soluzione standard interna di 3-ottanolo (0,3 mg/L), chiudere ermeticamente e chiudere con un tappo di alluminio. Conservare in un bagno d’acqua a 60 ℃, estrarre lo spazio di testa per 40 minuti; ritrarre la fibra, inserirla nell’iniettore GC per il desorbimento per 5 minuti [15].
(3) Analisi qualitativa e quantitativa
Attraverso l’analisi GC-MS per rilevare il cromatogramma degli ioni totali delle sostanze aromatiche nel campione di birra, si utilizza la ricerca della libreria spettrale di massa standard 2014 del National Center for Biotechnology Information (National Center of Biotech-nology Information, NIST), combinata con l’indice di ritenzione (retention index, RI) per qualificare i componenti aromatici volatili nel liquido di fermentazione, e si utilizza il metodo di normalizzazione dell’area di picco per l’analisi quantitativa [16].
2 Risultati e analisi
2.1 Principali indici di qualità dei diversi tipi di malto
2.1.1 Indice di Kolbach di diversi tipi di malto
L’indice di Kolbach del malto di birra riflette principalmente il grado di dissoluzione delle proteine del malto durante il processo di maltazione ed è opportuno mantenerlo al 40%～45% [17-18]. Tra i tre diversi tipi di malto, gli indici di Kolbach dei malti Can e Ger erano moderati, rispettivamente 45% e 40%; mentre l’indice di Kolbach del malto Eng era relativamente alto (50%), con una differenza significativa tra i tre (P<0,05).
(nota della figura) Le lettere diverse indicano differenze significative tra i diversi malti (P<0,05). Come sotto.
Fig. 1 Indici di Kolbach di diversi tipi di malto
2.1.2 Potere saccarificante di diversi tipi di malto
Il potere saccarificante è chiamato anche attività enzimatica di saccarificazione dell’amido; maggiore è l’attività enzimatica di saccarificazione dell’amido, maggiore è il valore del potere saccarificante e migliore è la qualità del malto [19]. Il potere saccarificante del malto è espresso in unità Windisch-Kolbach (WK): in condizioni di 20 ℃ e pH 4,3, 100 g di malto anidro decompongono l’amido solubile per 30 minuti per produrre 1 g di maltosio, pari a 1 WK. Secondo il metodo di analisi del QB/T 1686-2008 “Malto per birra”, i poteri saccarificanti dei tre campioni di malto erano rispettivamente 357 WK, 414 WK e 392 WK, tutti significativamente superiori allo standard premium (>260 WK) e non c’era alcuna differenza significativa tra i tre (P>0,05).
Fig. 2 Potere saccarificante di diversi tipi di malto
2.1.3 Tasso di estrazione e azoto α-amminoacidico di diversi tipi di malto
Il tasso di estrazione del malto riflette in una certa misura la perdita di sostanze durante il processo di germinazione dell’orzo. In base al metodo di analisi QB/T 1686-2008 “Malto di birra”, i risultati misurati del tasso di estrazione di diversi tipi di malto sono mostrati nella figura. 3. Dalla Fig. 3 si può notare che il tasso di estrazione del malto Ger (in base secca) è ≥79%, appartenente al malto premium pale; il tasso di estrazione del malto Can (in base secca) è ≥77%, appartenente al primo grado; il tasso di estrazione del malto Eng (in base secca) è ≥75%, appartenente al secondo grado.
Fig. 3 Tasso di estrazione e contenuto di azoto α-amminoacido di diversi tipi di malto
L’azoto α-amminoacidico riflette il grado di degradazione delle proteine del malto e l’attività degli enzimi proteolitici e determina la quantità di azoto amminoacidico libero nel mosto durante il processo di maltazione. In genere, la produzione industriale richiede che il contenuto di azoto α-amminoacido nel mosto durante la fermentazione sia ≥160 mg/L, ed è opportuno controllarlo a circa 180～220 mg/L. Dalla Fig. 3 si può notare che tra i diversi campioni di malto, a parte il contenuto di azoto α-amminoacido del malto Ger che è relativamente moderato (186 mg/L), i contenuti di azoto α-amminoacido dei malti Eng e Can sono relativamente bassi, rispettivamente 125 mg/L e 118 mg/L.
2.2 Effetto dei tipi di malto sugli indici fisico-chimici del liquido di fermentazione della birra
2.2.1 Effetto dei tipi di malto sul contenuto alcolico e sulla concentrazione del mosto originale del liquido di fermentazione della birra
Confrontiamo la gradazione alcolica e la concentrazione del mosto originale della birra prodotta con tre diversi tipi di malto; i risultati sono mostrati nella figura. 4.
Fig. 4 Effetto dei diversi tipi di malto sul contenuto alcolico e sulla concentrazione del mosto originale della birra Lager
Durante la produzione di birra, il lievito assorbe e metabolizza i vari zuccheri fermentabili presenti nel mosto, producendo infine etanolo e CO₂ [20]. Dalla Fig. 4 si può notare che tra i tre prodotti della fermentazione del malto, la birra prodotta con il malto Can ha la gradazione alcolica più alta, pari a 2,97%vol; la birra prodotta con il malto Eng è la seconda, con una gradazione alcolica di 2,91%vol; la gradazione alcolica della birra prodotta con il malto Ger è significativamente inferiore a quella delle birre Eng e Can (2,19%vol) (P<0,05).
La concentrazione del mosto originale si riferisce al contenuto percentuale di estratto nel mosto. Più alto è il contenuto alcolico della birra, più alta è la concentrazione del mosto originale [21]. Dalla Fig. 4 si può notare che la concentrazione originale del mosto della birra Ger è bassa (7,56 °P), con una qualità stabile e una buona conservabilità; le concentrazioni originali del mosto delle birre Eng e Can sono moderate (rispettivamente 8,55 °P e 8,63 °P), con un corpo pieno e una qualità migliore.
2.2.2 Effetto dei tipi di malto sulla concentrazione effettiva e sul grado di fermentazione del liquido di fermentazione della birra
La concentrazione della birra si riferisce alla percentuale di massa di estratto (zuccheri, aminoacidi e altre sostanze organiche e inorganiche solubili) nella birra o nel liquido di fermentazione, includendo la concentrazione effettiva e la concentrazione apparente [22]. La concentrazione apparente si riferisce alla concentrazione ottenuta misurando direttamente la concentrazione nel liquido di fermentazione; la concentrazione effettiva si riferisce alla concentrazione ottenuta distillando l’alcol dal liquido di fermentazione e misurando poi la concentrazione.
Il grado di fermentazione si riferisce alla percentuale di estratto di mosto consumato dal lievito e, in quanto indice importante per giudicare se la fermentazione è normale, può essere suddiviso in grado di fermentazione apparente e grado di fermentazione reale. In particolare, il grado di fermentazione apparente è calcolato in base alla concentrazione apparente, mentre il grado di fermentazione reale è calcolato in base alla concentrazione effettiva (chiamata anche grado di fermentazione reale) [23]. In genere, il grado di fermentazione apparente è superiore al grado di fermentazione reale. Confrontando le concentrazioni e i gradi di fermentazione della birra prodotta con tre diversi tipi di malto, i risultati sono mostrati nella Fig. 5.
Fig. 5 Effetto dei diversi tipi di malto sulla concentrazione (A) e sul grado di fermentazione (B) della birra Lager
Dalla Fig. 5A si può notare che tra le birre prodotte con tre tipi di malto, la concentrazione effettiva della birra Ger (3,22%) è la più alta, significativamente diversa da quella della birra Eng e Can (P<0,05), mentre non vi è alcuna differenza significativa tra Eng e Can (P>0,05). Tra le birre prodotte con tre tipi di malto, la concentrazione apparente della birra Ger (1,64%) è la più alta e non presenta differenze significative con la birra Eng (P>0,05), mentre la birra Can ha la concentrazione apparente più bassa e presenta una differenza significativa rispetto alle altre due birre (P<0,05). Rispetto alle birre Eng e Ger, la birra Can ha un basso contenuto di estratto e un gusto rinfrescante senza dolcezza.
Dalla Fig. 5B si può notare che tra le birre prodotte con tre tipi di malto, i gradi di fermentazione reale delle birre Eng e Can sono relativamente alti, rispettivamente 67,21% e 67,97%, e non c’è alcuna differenza significativa tra loro (P>0,05); il grado di fermentazione reale della birra Ger è il più basso (57,44%), il che è coerente con la sua alta concentrazione reale (P<0,05). Tra le birre prodotte con tre tipi di malto, il grado di fermentazione apparente della birra Can è il più alto (86,41%), seguito dalla birra Eng (81,21%) e dalla birra Ger è il più basso (78,30%), con una differenza significativa (P<0,05). I risultati mostrano che, rispetto ai malti Eng e Ger, il lievito ha un tasso di utilizzo più elevato dell’estratto nel mosto preparato con il malto Can, il che favorisce la crescita del lievito e la produzione di etanolo ed è coerente con i risultati dell’analisi del contenuto alcolico.
2.3 Effetto dei tipi di malto sulle sostanze aromatiche della birra
I componenti aromatici sono fattori chiave per giudicare la qualità della birra. In questo esperimento, l’analisi GC-MS è stata effettuata su campioni di birra fermentati con tre diversi tipi di malto e i risultati delle sostanze aromatiche sono mostrati nella Tabella 1.
Tabella 1 Contenuto di componenti aromatici della birra fermentata con diversi tipi di malto
| Campione | Contenuto relativo di birra Eng/% | Deviazione standard della birra Eng | Contenuto relativo di birra in lattina/% | Deviazione standard della birra in lattina | Contenuto relativo della birra Ger/% | Deviazione standard della birra Ger |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Alcool fenilico | 35.16 | 8.98 | 46.37 | 5.92 | 41.07 | 15.64 |
| Alcool isoamilico | 21.90 | 6.08 | 39.01 | 0.92 | 27.01 | 9.18 |
| Etanolo | 0.20 | 0.25 | 8.41 | 4.22 | 3.62 | 0.79 |
| Isobutanolo | 1.44 | 0.49 | 2.11 | 0.15 | 2.03 | 0.81 |
| Ottanolo | 0.70 | 0.13 | 1.24 | 0.04 | 0.52 | 0.12 |
| 1-Decanolo | 0.57 | 0.22 | 1.09 | 0.29 | 0.17 | 0.07 |
| Linalolo | 0.51 | 0.09 | 0.88 | 0.04 | 0.52 | 0.21 |
| trans-Nerolidolo | 0.49 | 0.14 | 0.93 | 0.07 | 0.79 | 0.33 |
| Geraniolo | 0.24 | 0.04 | – | – | – | – |
| n-Propanolo | 0.28 | 0.08 | 0.47 | 0.02 | 0.41 | 0.16 |
| (R)-3,7-Dimethyl-6-octen-1-ol | 0.17 | 0.05 | 0.31 | 0.01 | 0.40 | 0.16 |
| Alcool n-amilico | 0.17 | 0.16 | 0.39 | 0.06 | 0.25 | 0.06 |
| 1-Esadecanolo | 0.10 | 0.01 | 0.27 | 0.04 | 0.27 | 0.10 |
| 3-(Metiltio)-1-propanolo | 0.16 | 0.07 | 0.31 | 0.05 | 0.13 | 0.06 |
| 9-Esadecen-1-olo | 0.10 | 0.06 | 0.33 | 0.03 | 0.05 | 0.02 |
| 1-Butanolo | 0.16 | 0.02 | 0.27 | 0.02 | 0.11 | 0.04 |
| Alcool furfurilico | 0.08 | 0.01 | 0.16 | 0.04 | 0.22 | 0.13 |
| 2,3-Butandiolo | – | – | 0.14 | 0.03 | – | – |
| Linalolo | 0.07 | 0.02 | 0.08 | 0.01 | 0.13 | 0.04 |
| 1-Dodecanolo | 0.04 | 0.01 | 0.08 | 0.02 | 0.07 | 0.03 |
| n-butanolo | 0.02 | 0.01 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| 2-Esadecanolo | 0.02 | 0.01 | – | – | 0.02 | 0.01 |
| Nerol | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.03 | 0.01 |
| Alcool benzilico | – | – | 0.02 | 0.00 | 0.01 | 0.01 |
| Alcoli totali | 62.59 | 16.93 | 102.91 | 11.98 | 77.88 | 27.99 |
| Ottanoato di etile | 20.64 | 1.49 | 34.52 | 8.22 | 13.01 | 6.98 |
| Esanoato di etile | 7.03 | 1.91 | 13.78 | 2.01 | 4.29 | 0.99 |
| Acetato di etile | 3.65 | 0.93 | 7.16 | 0.46 | 4.34 | 1.35 |
| Acetato di isoamile | 2.59 | 0.55 | 7.96 | 1.32 | 2.13 | 0.61 |
| Benzoato di etile | 2.69 | 0.28 | 6.09 | 1.70 | 3.35 | 1.50 |
| Fenilacetato di etile | 1.80 | 0.08 | 4.41 | 1.25 | 5.71 | 3.63 |
| Caprato di etile (decanoato di etile) | 1.14 | 0.26 | 3.62 | 1.20 | 1.53 | 0.66 |
| 9-esadecenoato di etile | 1.57 | 0.76 | 2.15 | 0.85 | 1.12 | 0.86 |
| Butirrato di etile | 0.42 | 0.11 | 0.77 | 0.06 | 0.29 | 0.06 |
| Lattato di etile | – | – | 0.66 | 0.08 | 0.42 | 0.22 |
| Butirrato di etile (estere oleoso) | 0.16 | 0.06 | 0.58 | 0.02 | 0.44 | 0.23 |
| Ottadecanoato di etile | 0.10 | 0.03 | 0.26 | 0.00 | 0.18 | 0.06 |
| 2,2,4-Trimetil-1,3-pentandiolo diisobutirrato | 0.14 | 0.06 | 0.28 | 0.03 | 0.08 | 0.01 |
| Tetradecanoato di etile | 0.06 | 0.01 | 0.20 | 0.02 | 0.09 | 0.05 |
| Estere dell’acido cicloesil-solfammico | 0.06 | 0.04 | 0.26 | 0.08 | 0.10 | 0.02 |
| Nonanoato di etile | 0.04 | 0.01 | 0.17 | 0.05 | 0.09 | 0.04 |
| 2-esenoato di etile | 0.06 | 0.01 | 0.12 | 0.01 | 0.10 | 0.05 |
| Acetato di isobutile | 0.06 | 0.02 | 0.13 | 0.02 | 0.07 | 0.02 |
| Etilofenilpropionato | 0.04 | 0.00 | 0.10 | 0.01 | 0.05 | 0.02 |
| Dimetilftalato | 0.06 | 0.02 | 0.10 | 0.01 | 0.04 | 0.01 |
| Dietil ftalato | 0.05 | 0.01 | 0.07 | 0.02 | 0.08 | 0.03 |
| Diisobutil ftalato | 0.05 | 0.01 | 0.07 | 0.00 | 0.04 | 0.01 |
| 9-esadecenoato di etile | 0.02 | 0.01 | 0.10 | 0.03 | 0.06 | 0.02 |
| Acetato di propile | 0.04 | 0.01 | 0.07 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| Butirrato di etile | 0.02 | 0.00 | 0.08 | 0.01 | 0.05 | 0.02 |
| Isovalerato di etile | – | – | 0.06 | 0.01 | – | – |
| Acetato di etile | – | – | 0.06 | 0.01 | – | – |
| Fenilacetato di etile | – | – | 0.06 | 0.00 | – | – |
| Benzoato di metile | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.05 | 0.01 |
| Caprato di isobutile | – | – | 0.03 | 0.01 | 0.07 | 0.03 |
| 3-metilbutile 2-metilpropanoato | 0.02 | 0.00 | 0.09 | 0.01 | – | – |
| 2-metilbutirrato di etile | 0.02 | 0.01 | 0.05 | 0.00 | 0.03 | 0.01 |
| Linoleato di etile (catena ramificata e catena diritta) | 0.01 | 0.00 | 0.05 | 0.01 | – | – |
| Fenilacetato di etile | 0.01 | 0.00 | – | – | 0.02 | 0.01 |
| Acetato di metile | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | – | – |
| Acetato di amile | – | – | 0.02 | 0.00 | 0.01 | 0.00 |
| Esteri totali | 42.57 | 6.68 | 84.11 | 17.5 | 37.89 | 17.52 |
| Benzaldeide | 0.19 | 0.05 | 0.43 | 0.07 | 0.29 | 0.14 |
| Acetaldeide | 0.10 | 0.09 | 0.23 | 0.04 | 0.46 | 0.25 |
| Furfurolo | 0.05 | 0.01 | 0.22 | 0.03 | 0.20 | 0.08 |
| Valeraldeide | 0.07 | 0.01 | 0.12 | 0.03 | 0.06 | 0.01 |
| Isovaleraldeide | – | – | 0.05 | 0.01 | 0.03 | 0.01 |
| 4-idrossi-3-metossibenzaldeide | 0.03 | 0.01 | 0.05 | 0.00 | – | – |
| Esanale | – | – | 0.03 | 0.00 | 0.02 | 0.00 |
| Aldeidi totali | 0.44 | 0.17 | 1.13 | 0.18 | 1.06 | 0.49 |
| 2-Ottanone | 0.02 | 0.00 | – | – | 0.22 | 0.28 |
| 4,6-dimetil-2-eptanone | 0.05 | 0.01 | 0.06 | 0.01 | 0.07 | 0.02 |
| 4-metil-2-eptanone | 0.04 | 0.01 | 0.04 | 0.01 | – | – |
| Acetone | 0.02 | 0.00 | 0.04 | 0.00 | 0.03 | 0.00 |
| Ottenone metilico | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.00 | 0.02 | 0.00 |
| 2-Nonanone | 0.01 | 0.00 | 0.02 | 0.01 | 0.01 | 0.00 |
| 2-Esanone | 0.01 | 0.00 | 0.01 | 0.00 | 0.01 | 0.00 |
| Chetoni totali | 0.16 | 0.02 | 0.19 | 0.03 | 0.36 | 0.30 |
| Acido caproico | 32.16 | 5.44 | 66.03 | 9.41 | 46.23 | 15.99 |
| Acido ottanoico | 5.75 | 1.32 | 10.51 | 2.61 | 23.20 | 9.54 |
| Acido esanoico | 2.55 | 0.48 | 5.04 | 0.73 | 3.20 | 0.93 |
| Acido 9-decenoico | 3.32 | 1.40 | 0.78 | 0.84 | 4.33 | 1.78 |
| Acido acetico | 0.50 | 0.13 | 0.96 | 0.12 | 0.69 | 0.27 |
| Acido 2-metilbutirrico | – | – | 0.16 | 0.07 | 0.25 | 0.09 |
| Acido butirrico | 0.11 | 0.06 | – | – | 0.06 | 0.03 |
| Acido isobutirrico | 0.02 | 0.00 | – | – | 0.12 | 0.04 |
| Acido valerico | – | – | – | – | 0.04 | 0.01 |
| Acidi totali | 44.41 | 8.83 | 83.48 | 13.78 | 78.12 | 28.68 |
Nota: “-” indica che non è stato rilevato.
Come si evince dalla Tabella 1, i tipi di sostanze aromatiche volatili presenti nei tre campioni di birra sono generalmente simili. In totale sono state rilevate 82 sostanze aromatiche, tra cui 35 alcoli, 24 esteri, 9 acidi, 7 aldeidi e 7 chetoni. Tra queste, 71, 75 e 73 sostanze aromatiche sono state rilevate rispettivamente nella birra Eng, nella birra Can e nella birra Ger, mentre i contenuti relativi totali dei componenti aromatici volatili sono stati rispettivamente del 150,17%, 271,82% e 195,31%.
Nelle tre birre sono state rilevate in totale 24 sostanze alcoliche. La birra Eng, la birra Can e la birra Ger hanno rilevato 22 sostanze alcoliche ciascuna, di cui 20 alcoli comuni; il contenuto totale relativo di alcoli è stato rispettivamente del 62,59%, 102,91% e 77,88%, pari al 41,68%, 37,86% e 39,88% delle sostanze aromatiche totali dei campioni di birra corrispondenti. Tra queste, le principali sostanze alcoliche includono l’alcol fenilico, l’alcol isoamilico, l’etanolo, l’isobutanolo, ecc. Gli alcoli derivano principalmente dal metabolismo del lievito durante la fermentazione e, in secondo luogo, dalla decomposizione degli zuccheri e delle sostanze estere nel mosto, ecc. [24]. I risultati della fermentazione di diversi tipi di malto hanno mostrato che l’alcol fenilico e l’alcol isoamilico hanno i contenuti più elevati nei tre campioni di birra e che i contenuti di questi due tipi di alcol rappresentano l’82,97%-91,16% del contenuto totale di alcol.
In quanto componenti importanti degli alcoli superiori nella birra, l’alcol fenilico e l’alcol isoamilico conferiscono alle bevande alcoliche un aroma e un gusto pieni e aumentano l’armonia del vino, costituendo l’aroma principale del corpo della birra. L’alcol fenilico viene sintetizzato principalmente dalla fenilalanina attraverso la via di Ehrlich sotto l’azione di aminotransferasi, decarbossilasi e deidrogenasi [25] e proviene dalla pula del malto, piuttosto che dall’endosperma e dall’orzo intero [26]. Tra i tre campioni di birra, il contenuto relativo di alcol fenilico era il più alto nel campione Can (46,37%), seguito dal campione Ger (41,07%) e il più basso nel campione Eng (35,16%). Il butanolo, un alcol superiore, conferisce un forte sapore pungente al corpo della birra [27]. Rispetto agli altri campioni di birra, il contenuto relativo di isobutanolo nel campione Eng era il più basso, il che ha un effetto sul sapore della birra relativamente piccolo. Gli alcoli superiori sono precursori di alcuni composti esterici e aumentano i tipi di esteri che si formano durante la fermentazione della birra, svolgendo un ruolo importante nel sapore della birra e migliorandone la qualità sensoriale [28]. La birra in lattina ha un ricco contenuto relativo di sostanze estere totali e il malto canadese è più adatto alla produzione di birra con un contenuto alcolico più elevato.
2.3.2 Analisi comparativa delle sostanze estere
I composti volatili di estere appropriati non solo arricchiscono il coordinamento del sapore e dell’aroma della birra, ma hanno anche un certo effetto di mascheramento delle sostanze di invecchiamento della birra [29]. Nei tre campioni di birra sono state rilevate in totale 35 sostanze estere, principalmente ottanoato di etile, esanoato di etile, acetato di etile, ecc. La birra Eng, la birra Can e la birra Ger hanno rilevato rispettivamente 30, 34 e 30 sostanze estere, di cui 26 esteri comuni; i contenuti relativi degli esteri totali sono stati rispettivamente del 42,57%, 84,11% e 37,89%, pari al 28,35%, 30,94% e 19,40% delle sostanze aromatiche totali dei campioni di birra corrispondenti.
Gli esteri volatili sono importanti sostanze aromatiche della birra e sono anche il principale vettore dell’aroma della birra [30]. Quantità adeguate di esteri conferiscono alla birra aromi floreali e fruttati, rendendo il sapore armonioso [31]. Tra questi, l’ottanoato di etile, l’esanoato di etile, l’acetato di etile e l’acetato di isoamile sono sostanze estere tipiche della birra [32]. Nella birra Eng, nella birra Can e nella birra Ger, la concentrazione relativa dell’ottanoato di etile era la più alta, rappresentando rispettivamente il 48,48%, il 41,04% e il 34,34% degli esteri totali e conferendo al corpo della birra un aroma dolce e pastoso. Allo stesso tempo, l’esanoato di etile, con un aroma di ananas e mela, l’acetato di etile, con un aroma dolce, e l’acetato di isoamile, con un aroma di banana, hanno tutti contenuti relativamente elevati, conferendo alla birra un ricco aroma fruttato [33].
Tra queste, la birra Can ha il più alto contenuto relativo totale di esteri e i tipi di esteri più ricchi; allo stesso tempo contiene acetato di etile con una concentrazione relativamente alta, che ha aromi fruttati di mela e pesca e una fragranza piacevole e può alleviare in modo appropriato l’irritabilità causata dall’alcol fenilico nella birra.
Gli esteri e gli alcoli sono i componenti più importanti delle sostanze aromatiche della birra. Se il contenuto relativo di esteri è elevato o il rapporto tra esteri e alcoli è adeguato, la birra avrà un aroma più ricco; mentre un elevato contenuto di alcol può alleviare efficacemente il mal di testa e il rapporto tra esteri e alcoli è una base importante per valutare i punti di sapore della birra [34]. In generale, un rapporto esteri/alcoli di 3～4 è l’ideale, ma attualmente la maggior parte delle birre tende a essere più bassa [35].
I risultati del rapporto estere/alcool nei tre campioni di birra sono mostrati nella Tabella 2. Come si può notare dalla Tabella 2, il rapporto estere/alcool della birra Ger è il più alto, compreso tra 2～3, mentre i rapporti estere/alcool degli altri due campioni di birra sono entrambi compresi tra 1～2. Pertanto, si può notare che i diversi tipi di malto presentano ancora grandi differenze nel rapporto estere/alcool della birra prodotta.
Tabella 2 Effetto dei diversi tipi di malto sul rapporto tra alcoli ed esteri
| Campione | Alcoli totali | Totale esteri | Rapporto tra alcoli ed esteri |
|---|---|---|---|
| Birra Eng | 62.59 | 42.57 | 1.47 |
| Birra in lattina | 102.91 | 84.11 | 1.22 |
| Birra Ger | 77.88 | 37.89 | 2.06 |
2.3.3 Analisi comparativa delle sostanze aldeidiche
Le aldeidi sono la principale classe di composti di invecchiamento della birra. I composti aldeidici nella birra fresca si formano principalmente durante l’ebollizione o la filtrazione del mosto; con il prolungarsi del periodo di conservazione, il contenuto di composti aldeidici da invecchiamento aumenta gradualmente, causando alla fine l’instabilità e il deterioramento del sapore della birra [36]. Nei tre campioni di birra sono state rilevate in totale 7 sostanze aldeidiche, tra cui benzaldeide (aromi di mandorla amara, ciliegia e坚果), acetaldeide (aroma di erba verde), ecc. La birra Eng, la birra Can e la birra Ger hanno rilevato rispettivamente 5, 7 e 6 sostanze aldeidiche, di cui 4 aldeidi erano comuni; i contenuti relativi delle aldeidi totali erano rispettivamente 0,44%, 1,13% e 1,06% e rappresentavano lo 0,29%, 0,42% e 0,54% dei componenti totali dell’aroma.
La benzaldeide è l’aldeide a bassa volatilità con il più alto contenuto nella birra, con un aroma di nocciola e mandorla amara [37]. Il contenuto relativo di benzaldeide nel campione Can (0,43%) era significativamente più alto rispetto a quello di altri campioni di birra. La benzaldeide che si forma durante la fermentazione conferisce al campione di birra un sapore verde-erba e ne accorcia la durata di conservazione. Come componente aromatica di spicco della birra, il contenuto di etanolo del campione Ger è significativamente più alto rispetto a quello degli altri campioni di birra, formando un sapore di mosto crudo.
Tra i tre campioni di birra, il contenuto relativo di sostanze aromatiche aldeidiche della birra Eng è relativamente basso; il contenuto relativo di sostanze aromatiche aldeidiche della birra Can è il più alto e le aldeidi totali sono le più alte, pur mantenendo la tipicità della birra; il campione Ger ha un contenuto di sostanze aromatiche aldeidiche relativamente basso rispetto al campione Can, ma la percentuale di questo campione nei componenti aromatici totali è la più alta.
2.3.4 Analisi comparativa delle sostanze chetoniche
Nei tre campioni di birra sono state rilevate in totale 7 sostanze chetoniche. La birra Eng, la birra Can e la birra Ger hanno rilevato rispettivamente 6, 7 e 6 sostanze chetoniche, di cui 5 chetoni erano comuni; il contenuto totale relativo di chetoni era rispettivamente dello 0,16%, 0,19% e 0,36%, pari allo 0,11%, 0,07% e 0,18% dei componenti totali dell’aroma.
Tra i tre campioni di birra, il campione Eng è quello più ricco di sostanze aromatiche chetoniche, mentre il campione Ger ha il più alto contenuto relativo di sostanze aromatiche chetoniche. Anche se non c’è una differenza significativa nel contenuto di chetoni, il contenuto relativo del campione Ger è il più alto (0,22%) e conferisce al campione di birra un forte “aroma di fermentato, aroma di riso cotto”, accompagnato da aromi di latte, formaggio e funghi, mentre non è stato rilevato alcun chetone nella birra Can.
2.3.5 Analisi comparativa delle sostanze acide
Tra i tre campioni di birra sono state rilevate 9 sostanze acide come l’acido caproico, l’acido ottanoico e l’acido esanoico. La birra Eng, la birra Can e la birra Ger hanno rilevato rispettivamente 7, 6 e 9 sostanze acide, di cui 5 acidi comuni; il contenuto totale relativo di acidi è stato del 44,41%, 83,48% e 13,78%, pari al 29,56%, 30,70% e 39,99% dei componenti totali dell’aroma.
Nella birra Eng, nella birra Can e nella birra Ger, il contenuto relativo di acido caproico era il più alto, rappresentando rispettivamente il 72,42%, il 79,10% e il 59,18% degli acidi totali; l’acido ottanoico era il secondo, rappresentando rispettivamente il 12,95%, il 12,59% e il 29,70% degli acidi totali. Entrambi sono sostanze rappresentative dell'”off-flavor acido” della birra. Il contenuto relativo di acido caproico nel campione Can (66,03%) e il contenuto relativo di acido ottanoico nel campione Ger (23,20%) sono significativamente più alti rispetto a quelli degli altri campioni di birra. Allo stesso tempo, l’acido esanoico è stato rilevato in tutti e tre i campioni di birra, e il campione Can ha il contenuto relativo più alto (5,04%), che è facile che formi un sapore amaro e astringente nel corpo della birra, aumentandone l’asprezza. I contenuti totali di acidi dei campioni Can e Ger sono più del doppio di quelli del campione Eng, a dimostrazione del fatto che le differenze nelle materie prime durante il processo di produzione della birra causano direttamente differenze significative nel contenuto di acidi grassi liberi nella birra finita.
In base ai risultati dell’analisi completa dei componenti dell’aroma, l’alcol fenilico (aroma di rosa), l’alcol isoamilico (aroma dolce), l’ottanoato di etile (aroma dolce) e l’esanoato di etile (aroma di ananas e mela) sono i componenti principali dell’aroma del corpo della birra. Rispetto ad altri campioni di birra, il campione Can presenta i tipi di sostanze aromatiche più ricchi (75 tipi), il contenuto relativo più alto (271,82%), i tipi di aroma più ricchi e un corpo di birra morbido e rotondo. In particolare, i contenuti di alcol totale e di esteri totali sono elevati, l’aroma del corpo della birra è complesso, morbido e armonioso, a riprova del fatto che il malto canadese è più adatto alla produzione di birra Lager rispetto ad altri malti.
3 Conclusioni
In questo studio, misurando l’estratto di mosto, l’azoto α-amminoacido, il potere saccarificante, l’indice di Kolbach e altri indici di qualità di tre diversi tipi di malto, nonché il contenuto alcolico, la concentrazione del mosto originale, l’estratto reale, l’estratto apparente e altri indici fisico-chimici delle birre prodotte, e utilizzando la GC-MS per analizzare le differenze nei componenti del sapore della birra, i risultati hanno mostrato che, rispetto al malto britannico e al malto tedesco, il malto canadese aveva un indice di Kolbach moderato (45%) e un tasso di estrazione (≥77%), un potere saccarificante più elevato (414 WK) e un azoto α-amminoacido relativamente basso (118 mg/L); Nel frattempo, gli indici fisico-chimici della birra prodotta con il malto canadese erano moderati (contenuto alcolico 2.97%vol, concentrazione del mosto originale 8,63 °P), con un estratto inferiore (estratto reale 2,76%, estratto apparente 1,17%) e un grado di fermentazione superiore (grado di fermentazione reale 67,97%, grado di fermentazione apparente 86,41%). È stato infine stabilito che il malto canadese è più adatto di altri malti per la produzione di birra Lager nel sistema simulato in laboratorio.
Riferimenti
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- Alex Chen
“Ingegnere di processo per la produzione di birra in Micetcraft”
La mia missione è semplice: dare ai birrai gli strumenti e le conoscenze necessarie per trasformare la loro visione in una birra eccezionale. Ogni dettaglio delle nostre attrezzature è stato progettato pensando al successo del birraio. Perché quando tu sei un produttore di birra, lo è anche l’intera comunità artigianale”.
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