Introduzione
La freschezza della birra è un attributo di qualità molto importante per i consumatori e un indicatore chiave per i principali birrifici. Poiché la produzione di birra cinese adotta ampiamente Grazie alla tecnologia ad alta gravità e ad alto numero di additivi, il corpo della birra diventa sempre più leggero e rinfrescante, il che indebolisce l’effetto di mascheramento dei sapori di invecchiamento e rende più evidenti i problemi di freschezza.
La ricerca sistematica sull’invecchiamento della birra può essere fatta risalire agli anni Sessanta. I meccanismi di invecchiamento attualmente riconosciuti includono principalmente:
- Ossidazione dei lipidi
- Degradazione degli amminoacidi
- Ossidazione degli alcoli superiori
- Reazione di Maillard
- Esterificazione e lattonizzazione
In genere, le sostanze che invecchiano si trovano al di sotto della soglia sensoriale, ma l’azione combinata di più composti può portare alla percezione del sapore di invecchiamento.
In questo studio, le sostanze invecchianti rilevabili sono definite come indicatori di invecchiamento, le cui variazioni di concentrazione sono correlate all’intensità del sapore di invecchiamento e possono indicare il grado di invecchiamento della birra. In base ai meccanismi di invecchiamento e ai ruoli indicativi, questi composti possono essere ulteriormente classificati in:
- Indicatori di carico di ossigeno
- Indicatori di carico termico
- Indicatori di ossidazione lipidica
Vengono utilizzati per valutare l’esposizione all’ossigeno, lo stress termico e la freschezza delle materie prime durante la produzione della birra.
Le ricerche precedenti si sono concentrate principalmente su:
- Metodi di rilevamento dei composti dell’invecchiamento
- Cambiamenti durante la conservazione della birra finita
Gli studi sui cambiamenti durante il processo di produzione della birra rimangono limitati. Con l’approfondimento della ricerca, lo spostamento dell’indagine all’inizio del processo di produzione della birra è diventata una delle principali direzioni della ricerca sul controllo della freschezza in tutto il mondo. Tuttavia, la maggior parte degli studi riportati si basano su birre lager, mentre mancano ancora ricerche su birre dal sapore leggero prodotte con lieviti nazionali.
Pertanto, questo lavoro ha selezionato 18 composti rappresentativi dell’invecchiamento con diversi ruoli indicativi come obiettivi di ricerca. Sulla base di metodi di rilevamento consolidati, sono state esplorate le loro tendenze di variazione durante il processo di produzione della birra.
Materiali e metodi
1. Materiali e strumenti
I composti legati all’invecchiamento analizzati comprendono:
- Aldeidi: 2-metilpropanale, 2-metilbutanale, 3-metilbutanale, pentanale, esanale, furfurolo, metionale, fenilacetaldeide, trans-2-nonenale
- Altri indicatori di invecchiamento: furfuril etil etere, acetilfurano, metilfurfurale, benzaldeide, nicotinato di etile, acetato di fenile, acetato di fenile (duplicato OCR), γ-nonalattone, β-damascenone
Reagenti e attrezzature inclusi:
- Etanolo (grado cromatografico, Merck, Germania)
- Sistema di acqua ultrapura (Millipore, Germania)
- Campionatore automatico per microestrazione in fase solida (CTC, Svizzera)
- Fibre SPME (Supelco, USA)
- Sistema GC-MS (PerkinElmer, USA)
- Colonna capillare DB-5MS (Agilent, USA)
2. Metodi di determinazione
2.1 Rilevamento delle aldeidi dell’invecchiamento
Punti di campionamento durante la preparazione della birra:
- Mosto freddo
- Serbatoio pieno dopo il lancio del lievito
- Fermentazione principale
- Post-fermentazione
- Conservazione a freddo
- Birra finita
Il rilevamento è stato effettuato mediante derivatizzazione su fibra SPME-GC-MS.
Condizioni chiave:
- Gas vettore elio
- Iniezione splitless
- Aumento di temperatura programmato
- Ionizzazione degli elettroni (70 eV)
- Analisi qualitativa a scansione completa + analisi quantitativa a ioni selezionati
- Calibrazione standard esterna con matrice di birra
2.2 Rilevamento integrato degli indicatori di invecchiamento non aldeidico
Composti inclusi:
- Furfuril etil etere
- Acetilfurano
- Metilfurfurale
- Benzaldeide
- Nicotinato di etile
- Acetato di fenile
- γ-Nonalattone
- β-Damascenone
Questi rappresentano diversi percorsi di reazione all’invecchiamento. Il rilevamento ha utilizzato anche Estrazione dello spazio di testa SPME-GC-MS, con condizioni cromatografiche e spettrometriche di massa simili. La quantificazione ha applicato una calibrazione standard esterna con ioni specifici del composto.
2 Risultati e analisi
2.1 Andamento della variazione delle aldeidi di invecchiamento durante la produzione di birra
Seguendo il processo di produzione della birra industriale, il contenuto di aldeidi di invecchiamento in..:
- mosto freddo
- serbatoio pieno dopo il lancio del lievito
- fermentazione principale
- post-fermentazione
- conservazione a freddo
- birra finita
sono stati analizzati.
Le condizioni di produzione della birra erano:
- Gravità del mosto: 13 °P
- Tasso di lancio del lievito: 1,0 × 10⁷ cellule/mL
- Fermentazione principale: 10 giorni
- Post-fermentazione: 12 giorni
- Conservazione a freddo: 13 giorni
- Birra finita ottenuta dopo la diluizione della birra conservata a freddo a 8 °P
Il confronto delle aldeidi tra il mosto freddo e i campioni a serbatoio pieno è mostrato in Figura 1, mentre la variazione durante la fermentazione è mostrata in Figura 2. Il grafico a pagina 3 illustra che le aldeidi calano bruscamente subito dopo il lancio del lievito e rimangono a livelli molto bassi per tutta la durata della fermentazione.
nel mosto freddo e nel campione a serbatoio pieno
Le aldeidi sono prodotti di degradazione degli amminoacidi e sono solitamente considerate come indicatori di carico di ossigeno durante la conservazione. Possono formarsi durante:
- essiccazione del malto
- ammostamento
- bollitura del mosto
- sterilizzazione
- stoccaggio
Possono anche essere generati nella birra finita attraverso l’ossidazione degli alcoli superiori.
Rispetto al mosto, tutte le aldeidi si sono ridotte a livelli estremamente bassi al fase di riempimento del serbatoio. Ad esempio:
- 2-metilpropanale
- 2-metilbutanale
- 3-metilbutanale
- metionico
- fenilacetaldeide
tutti sono diminuiti notevolmente dopo il lancio del lievito.
Aldeidi insature come:
- trans-2-nonenale
- esanale
- pentanale
provengono da degradazione degli acidi grassi insaturi e sono comunemente utilizzati come indicatori di freschezza delle materie prime. Questi composti possono aumentare durante la conservazione della birra a causa dell’ossidazione enzimatica e non enzimatica dei lipidi.
Il furfurolo, che si forma attraverso reazioni tra aminoacidi e zuccheri riducenti ad alta temperatura, è tipicamente un indicatore di carico termico durante la fermentazione. Il suo contenuto è diminuito in modo significativo dal mosto freddo alla fase di pieno serbatoio e anche le aldeidi totali sono diminuite notevolmente.
Il forte calo di aldeidi dopo il lancio del lievito è dovuto principalmente a riduzione delle aldeidi da parte del lievito agli alcoli corrispondenti durante le prime fasi della fermentazione. Durante le restanti fasi della fermentazione, i livelli di aldeide si sono mantenuti bassi, con solo lievi aumenti causati dal confezionamento e dalla sterilizzazione prima della formazione della birra finale.
La vitalità del lievito e le caratteristiche del ceppo giocano quindi un ruolo decisivo sui livelli di aldeide e sulla freschezza complessiva della birra. Oltre alla capacità di riduzione, il lievito apporta anche antiossidanti endogeni come:
- anidride solforosa
- glutatione
- proteine tioliche
e può assorbire ioni metallici pro-ossidativi come il ferro e il rame.
2.2 Trend di variazione degli indicatori di invecchiamento rilevati dal metodo integrato
La variazione degli indicatori di invecchiamento non aldeidico durante lo stesso processo di birrificazione è mostrata in Figura 3 a pagina 3, che presenta le curve di concentrazione nelle varie fasi della fermentazione. Il diagramma indica che alcuni indicatori di invecchiamento legati al sapore aumentano notevolmente durante la fermentazione.
Variazione delle nuvole nel metodo di rilevamento centralizzato
nel processo di fermentazione
L’acetato di fenile è aumentato bruscamente durante la fermentazione a causa dell’aumento dei livelli di:
- acido acetico
- alcool fenilico
Il suo aroma fruttato rappresenta un sapore positivo di freschezza nella birra. Dopo aver raggiunto un picco nella conservazione a freddo, è diminuito leggermente nella birra finita.
Anche il γ-Nonalactone, un composto lattonico dall’aroma simile a quello della noce di cocco, aumenta significativamente durante la fermentazione come risultato del metabolismo degli acidi grassi del lievito. Sebbene non sia sgradevole di per sé, la sua dolcezza può ridurre la percezione di freschezza e quindi funge da indicatore di invecchiamento. Gli effetti sinergici tra il γ-nonalactone e il trans-2-nonenal possono intensificare il sapore dell’invecchiamento.
Il β-Damascenone, un composto carbonilico derivato dai carotenoidi con un aroma fruttato, è aumentato leggermente durante la fermentazione ed è noto che aumenta ulteriormente durante la conservazione della birra.
La benzaldeide e il metilfurfurale sono diminuiti inizialmente a causa della riduzione del lievito, ma sono aumentati nuovamente durante la sterilizzazione ad alta temperatura nel confezionamento.
Altri composti, tra cui:
- furfuril etil etere
- acetilfurano
- esteri di acetato di fenile (traccia)
ha mostrato solo piccole fluttuazioni senza tendenze chiare. Il nicotinato di etile è aumentato leggermente. Il lievito non è in grado di metabolizzare l’etere etilico furfurilico; pertanto, l’aggiunta di lievito può ridurre i sapori di cartone dell’invecchiamento, ma non può eliminare le note solventi di questo composto.
L’acetilfurano, un prodotto della reazione di Maillard, generalmente aumenta durante la conservazione e riflette il carico termico, anche se la sua variazione di concentrazione durante la produzione di birra non è evidente.
Ulteriori cambiamenti dei composti legati all’invecchiamento durante la fermentazione
Durante la fermentazione, Il β-damascenone ha mostrato un leggero aumento, passando da una concentrazione iniziale più bassa a un livello più alto nella birra finita. Questo composto appartiene ai composti carbonilici derivati dai carotenoidi e presenta un aroma fruttato; è noto che il suo contenuto aumenta ulteriormente durante la conservazione della birra.
Benzaldeide e Il metilfurfurale è un altro composto aldeidico. Come le altre aldeidi, le loro concentrazioni sono diminuite nella fase iniziale della fermentazione a causa della riduzione del lievito. Tuttavia, durante la fase di confezionamento della birra finita, la sterilizzazione ad alta temperatura ha causato un aumento significativo del metilfurfurale.
Furfuril etil etere, acetilfurano e Gli esteri di acetato di fenile hanno mostrato solo lievi fluttuazioni durante la fermentazione, senza una chiara tendenza alla variazione. Il nicotinato di etile ha mostrato un leggero aumento. L’etere etilico furfurilico ha di per sé un odore di solvente e gli esperimenti hanno confermato che il lievito non ha alcuna capacità di trasformazione verso questo composto. Pertanto, sebbene l’aggiunta di lievito possa migliorare notevolmente gli aromi di invecchiamento simili a quelli del cartone (come il trans-2-nonenale), non può eliminare la nota solvente causata dal furfuriletere.
Il nicotinato di etile e l’acetato di etile appartengono entrambi agli esteri etilici. Le loro concentrazioni sono relativamente basse durante la fermentazione, ma possono aumentare significativamente durante la conservazione a causa della presenza di abbondante etanolo. L‘acetilfurano, un prodotto della reazione di Maillard, aumenta gradualmente durante la conservazione della birra ed è direttamente correlato al carico termico; tuttavia, a causa della sua bassa concentrazione, la sua tendenza al cambiamento durante la produzione di birra non è evidente.
Interpretazione complessiva degli effetti della fermentazione sugli indicatori di invecchiamento
In sintesi, il processo di fermentazione della birra è caratterizzato da:
- Riduzione estesa delle aldeidi da parte del lievito e
- La formazione simultanea di indicatori di invecchiamento attivi sul gusto, come ad esempio
- acetato di fenile
- β-damascenone
- γ-nonalattone
La capacità del lievito di ridurre le aldeidi dipende da caratteristiche di deformazione. In presenza di ceppi industriali fissi, La vitalità e lo stato fisiologico del lievito determinano direttamente:
- capacità di riduzione delle aldeidi
- potenziale redox della birra finita
Nel controllo della freschezza della birra, oltre a ridurre:
- carico di ossigeno
- carico termico
- contenuto di ioni di metalli di transizione
la gestione del lievito è un altro fattore regolatore fondamentale. Qualsiasi operazione che influisca sulla vitalità del lievito avrà un’influenza:
- Capacità di riduzione delle aldeidi
- produzione di antiossidanti endogeni
- formazione di composti aromatici a base di esteri alcolici
Una gestione scorretta del lievito può addirittura portare all’autolisi del lievito, con conseguente rilascio:
- ioni di ferro e rame (fattori pro-ossidativi)
- acidi grassi (precursori dell’invecchiamento)
che accelerano l’invecchiamento della birra.
Conclusione
Questo studio ha utilizzato un metodo di rilevazione GC-MS sviluppato nel nostro laboratorio per monitorare la variazione di 18 composti legati all’invecchiamento durante la produzione di birra industriale e ha chiarito le loro tendenze di cambiamento durante il processo.
I risultati hanno dimostrato che:
- Il lievito mostra una forte capacità riducente
- Le aldeidi nel mosto si riducono notevolmente nella fase iniziale della fermentazione.
- I loro livelli rimangono pressoché invariati durante la successiva fermentazione.
- La vitalità del ceppo di lievito influisce in modo decisivo sulla distribuzione delle aldeidi nella birra finita
- L’acetato di fenile, un composto rappresentativo dell’aroma di freschezza,
- Viene prodotta in grandi quantità durante la fermentazione
- γ-Nonalactone e β-damascenone,
- Come prodotti metabolici del lievito, aumentano in maniera significativa durante la fermentazione
- Altri composti rilevati, come l’etere etilico di furfurile
- Non mostrano un chiaro modello di variazione
Nel complesso, lo studio identifica l’influenza critica del lievito sugli indicatori di invecchiamento della birra e chiarisce l’importanza di rafforzare la gestione del lievito, fornendo così un forte supporto al controllo della freschezza nella produzione di birra industriale.
Riferimenti
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- Alex Chen
“Ingegnere di processo per la produzione di birra in Micetcraft”
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