Appunti microbiologia industriale

COTTURA E LUPPOLAMENTO

A seguito della filtrazione, il mosto subisce cottura e luppolamento.

Il luppolo è una pianta di cui si utilizza l'infiorescenza femminile, che può arrivare al birrificio essiccata, congelata, in polvere o in pasta. In genere le birre chiare sono più luppolate delle birre scure.

Gli scopi della cottura sono:

• Sterilizzare il mosto
• Concentrare leggermente il mosto
• Denaturare e inattivare gli enzimi (se non vengono eliminati la birra è instabile, cambia aroma nella conservazione)
• Rendere le sostanze amaricanti il più aromatico possibile, isomerizzandole
• Far precipitare le sostanze colloidali polifenoliche (derivanti dal cereale) che causano instabilità (formazione di aggregati) e astringenza (allappamento)
• Raggiungere un colore intenso (anche grazie alle reazioni di Maillard)

Il luppolo viene utilizzato essiccato in coni o in polvere.

Il mosto viene sterilizzato per eliminare eventuali contaminazioni.

Microrganismi presenti, inattivare eventuali enzimi ancora attivi e concentrare il mosto (evaporando acqua); i residui proteici e i composti fenolici coagulano e precipitano (e vengono allontanati mediante una seconda filtrazione). Il precipitato che si forma durante questa fase si chiama trub a caldo, e rappresenta il residuo delle sostanze presenti nel luppolo e di quelle presenti nel malto. Esso deve essere smaltito: le problematiche sono costituite dal fatto che contiene residui di luppolo dal sapore amaro. Se viene dato alla mangimistica, si ottiene una carne amara; non può nemmeno essere utilizzato come substrato per la produzione di funghi, perché ha una lieve attività antimicrobica. Lo si può utilizzare per produrre biogas, che a sua volta viene impiegato nel birrificio per i riscaldamenti. La separazione del trub ("torbidi") a caldo avviene mediante Whirlpool, una centrifuga che fa sedimentare il trub al centro lasciando che il mosto venga

scaricato a una temperatura intorno a 80-100°C e raffreddato a temperatura di bassa (8-15°C) o di alta (15-23°C) fermentazione. FERMENTAZIONE PRIMARIA I ceppi di Saccharomyces utilizzati per le fermentazioni sono:

• S. pastorianus per la fermentazione bassa 8-15°C
• S. cerevisiae per la fermentazione alta 15-23°C

Non c'è un criterio di scelta tra i ceppi da utilizzare: scelta soggettiva in base alle esigenze. A queste temperature il metabolismo dei microrganismi è rallentato, perché hanno un optimum intorno ai 30°C. I lieviti posti in soluzione zuccherina tendono a effettuare la fermentazione per effetto crabtree. La fermentazione primaria dura 7-8 giorni a temperature diverse in funzione del ceppo utilizzato. La scelta del ceppo è fatta in modo che la temperatura di fermentazione si avvicini il più possibile alla temperatura ottimale per la produzione di etanolo. È anche detta fermentazione tumultuosa. Nei primi due giorni viene

consumato l'O2 residuo con leggera gemmazione ma prevalentemente fermenta (piruvato etanolo e CO2) Saccharomyces trasforma glucosio e maltosio in etanolo e CO2. Passato questo periodo Saccharomyces esaurisce tutti gli zuccheri fermentescibili. Durante la fermentazione primaria il mosto ribolle formando la schiuma.

Viene scelto il tipo di fermentazione che favorisce il recupero di lievito a fine fermentazione che verrà poi riutilizzato. I lieviti che operano una fermentazione alta, alla fine della fermentazione primaria si ritrovano associati alla schiuma (salgono verso l'alto), mentre i lieviti che operano una fermentazione bassa tendono a depositarsi sul fondo del fermentatore a fine processo.

I reattori della fermentazione alta sono generalmente molto larghi, perché la schiuma sale, mentre i reattori della fermentazione bassa sono cilindroconici (terminano in basso a punta) perché favoriscono il deposito sul fondo.

Generalmente il lievito viene separato.

dopo la fermentazione primaria. La CO2 viene stoccata in tank sotto pressione e poi rimmessa nella birra (fase tumultuosa perché c'è molta CO2). FERMENTAZIONE SECONDARIA La fermentazione secondaria dura 10-20 giorni e si effettua a temperature diverse in funzione del ceppo utilizzato: per la bassa fermentazione a 0-2°C, per quella alta a 7-10°C. Fase meno tumultuosa. Durante la fermentazione secondaria avviene l'interruzione dei processi fermentativi quindi non c'è più produzione di etanolo, ma avviene solo l'affinamento dell'aroma. Alcune aziende in alcune fasi dell'anno saltano questa fase, ad esempio in estate, quando la produzione è intensa. La fermentazione secondaria avviene nei fermentatori corrispondenti (tank nelle cantine), per cercare di recuperare altre cellule di lievito. I fermentatori non sono dotati di sistemi di aerazione e agitazione perché la fermentazione alcolica è anaerobia. FILTRAZIONE In seguitola birra mantenga la sua freschezza e qualità. Per evitare l'ossidazione, le bottiglie e le lattine vengono riempite con birra sotto pressione, in modo che l'ossigeno venga espulso e sostituito con anidride carbonica. ETICHETTATURA Dopo il confezionamento, le bottiglie, le lattine o i fusti vengono etichettati con informazioni come il nome del produttore, il tipo di birra, l'ABV (Alcohol By Volume), la data di scadenza e altre informazioni pertinenti. DISTRIBUZIONE Infine, la birra viene distribuita ai punti vendita, come bar, ristoranti, supermercati o negozi specializzati, pronta per essere acquistata e gustata dai consumatori. RICICLAGGIO È importante ricordare che le bottiglie di vetro e le lattine possono essere riciclate per ridurre l'impatto ambientale. Pertanto, è consigliabile smaltire correttamente i contenitori di birra utilizzando i sistemi di riciclaggio appropriati. La birra è una bevanda molto amata e apprezzata in tutto il mondo, e il processo di produzione descritto sopra assicura che venga prodotta e distribuita nel modo migliore possibile per garantire la sua qualità e freschezza.l’ossigeno non danneggi la qualità della birra. Il confezionamento avviene in confezioni isobare (sotto pressione) e insufflando CO2 per evitare l’insorgere di cattivi odori e la formazione di schiuma. La birra analcolica può essere ottenuta in due modi: - Non facendo fermentare il lievito (basse temperature); - Eliminando l’etanolo alla fine della produzione. Differenze fra produzione industriale e produzione artigianale: Industriale: il lievito residuo viene allontanato perché può rappresentare precipitati non graditi dal consumatore; il lievito viene prelevato e rinoculato in un altro mosto. Inquinamento microbiologico tipico sono i batteri lattici che possono dare prodotti di metabolismo che possono dare aromi sgradevoli (es: aroma di acetile sapore di burro). La birra è un buon substrato di crescita per i batteri lattici. Perché c’è poco O2, ph acido, presenza di glucosio, proteine e aa. Artigianale: birre non

pastorizzate (shelf-life corta; stoccaggio a 2°C); spesso vengono vendute non separate dai residui di lievito che conferiscono un'aroma caratteristico.

La preparazione dell'aceto è una tecnica di produzione antichissima, infatti le prime notizie risalgono all'8500 a.C. e veniva utilizzato come bevanda (diluito), come antimicrobico e come sostanza dalle proprietà medicamentose.

In Italia l'aceto si produce quasi esclusivamente dal vino, mentre in altri paesi europei la materia prima di partenza è anche riso, mele, malto o miele.

La produzione di acido acetico (CH3COOH), contenuto nell'aceto, non è una fermentazione, in termini di biochimismo, ma è un'ossidazione: l'etanolo CH3CH2OH viene ossidato in acido acetico in presenza di O2. CH3CH2OH + O2 → CH3COOH + H2O

I batteri acetici sono GRAM – e aerobi stretti (necessitano di O2 per le loro funzioni vitali) e sono di 2 tipi: Acetobacter:

detti anche ossidanti completi o iperossidanti perché sono in grado di ossidare etanolo in acido acetico e poi l'acido acetico in CO2 e H2O.

Abbassano il pH a causa della produzione di acido acetico, successivamente lo ossidano, quindi l'acidità gradualmente diminuisce e il pH aumenta con la produzione di CO2 e H2O.

Gluconobacter: detti anche ossidanti incompleti o ipossidanti perché sono in grado di ossidare etanolo a ac. acetico ma non sono in grado di ossidare quest'ultimo ulteriormente.

Partendo da un pH di 6-7, i gluconobacter lo abbassano fino a valori tollerabili per la loro attività microbica, quando i valori di pH non sono più compatibili con le loro esigenze la produzione di acido acetico cessa e il pH si ristabilizza.

Quindi se voglio ottenere un prodotto ricco di acido acetico uso i ceppi del genere Acetobacter perché il processo dura meno tempo, anche se sarebbe

Meglio utilizzare Gluconobacter. Occorre prestare attenzione che non avvenga la trasformazione dell'acido acetico in CO2, che alza il pH. Per la produzione di aceto vengono generalmente usati gli acetobacter perché producono acido acetico più velocemente (come mostrato nel grafico) ma è necessario arrestare la reazione prima che avvenga la produzione di CO2 ovvero prima che il batterio inizi a ossidare l'acido acetico prodotto. Si opera generalmente a 28-30°C in modo da non accelerare troppo il metabolismo a causa delle temperature.

Per la produzione di aceto esistono 2 processi:

1. Fermentazione lenta o in superficie
2. Fermentazione per immersione

Fermentazione lenta o in superficie

Questa tecnica prevede l'impiego di grandi barili o tini di legno (che conferiscono aroma all'aceto), che vengono riempiti per metà con trucioli di legno di faggio su cui crescono i batteri acetici. Questi barili presentano a circa 50-100 cm dal fondo una

grata forata, che serve a far percolare la parte liquida ma a ritenere i trucioli o il materiale poroso. Il vino viene alimentato dall'alto e per gravità percola attraverso i trucioli e di conseguenza a contatto con i batteri, con un percorso tortuoso, in modo da acidificarlo. Il vino a contatto con i trucioli subisce quindi la reazione CH3CH2OH CH3COOH e perde la sua quota alcolica. La fase liquida viene quindi prelevata dal fondo e viene riportata alla testa del tino mediante una pompa e fatta circolare nuovamente per un numero di giri tali da ottenere il grado di acetificazione desiderato. Dalla parte bassa del reattore viene immessa dell'aria, che fluisce in controcorrente rispetto al vino e fuoriesce dall'alto; essa serve per le reazioni di ossidazione che avvengono nel materiale, affinché diventi aceto (in quanto i batteri sono strettamente aerobi). Si opera a temperature intorno ai 28°C, ma la reazione è e