Domande e risposte Microbiologia industriale

Domande e risposte industriale

Processo di produzione della birra

La birra è il prodotto ottenuto dalla fermentazione alcolica di un mosto ottenuto dal malto d’orzo e frumento, amaricato con il luppolo e parti di ceppi di SC o S. carslberganinsi. Gli ingredienti utilizzati per la produzione di tale bevanda sono:

• Lievito: può essere ad alta fermentazione (condotta tra i 15°-23°C e alla fine del processo tendono ad aggregarsi alla schiuma) oppure a bassa fermentazione (condotta tra 8°-15°C) dove al termine del processo le cellule tendono ad aggregarsi e a precipitare verso il fondo.
• Acqua: l'acqua utilizzata deve essere povera di sali (Ca, Cl, Na) e deve avere un pH di circa 6.5. Se l'azienda decide di utilizzare acqua di rete, è importante che essa venga corretta e filtrata direttamente in azienda in modo che si conformi con le caratteristiche sopra descritte.
• Orzo: contiene zuccheri fermentescibili utilizzabili dai MO al fine di compiere la fermentazione.
• Luppolo: frutto di una pianta perenne rampicante tipica degli stati continentali. Vengono utilizzate per la produzione di birra le inflorescenze femminili (coni) che contengono luppolina. A seconda delle caratteristiche che si vogliono dare al prodotto si predilige un tipo di luppolo rispetto ad un altro.

Fasi del processo di produzione

1. Maltizzazione cereali (orzo): l'orzo è sottoposto a germinazione (bagnando il cereale in vasche rettangolari molto arieggiate) in modo da attivare gli enzimi idrolitici quiescenti nel chicco che idrolizzano l’amido. Quando il germoglio raggiunge i ¾ della lunghezza del seme, la germinazione viene bloccata e la plantula eliminata. A questo punto il chicco subisce tostatura (a seconda del processo si ottengono malti differenti). Se la tostatura avviene in modo rapido e a bassa temperatura si otterrà un malto chiaro, mentre se il processo avviene a temperature elevate e per lunghi periodi otterremo un malto molto scuro.
2. Macinazione: la macinazione viene effettuata per aumentare le superfici di contatto del malto con l’acqua, favorendo l’estrazione delle sostanze contenute nel malto stesso e le reazioni enzimatiche.
3. Ammostamento: il malto viene immerso nell’acqua e la temperatura viene alzata gradualmente raggiungendo l'optimum degli enzimi idrolitici. Questa fase dura circa 70 minuti; una volta raggiunti i 78°C, tutti gli enzimi vengono denaturati.
4. Filtrazione: separazione del mosto dalle trebbie che vengono destinate a mangifici animali o utilizzate come substrato per la produzione di biogas.
5. Bollitura del mosto: avviene la denaturazione totale degli enzimi. Viene aggiunto il luppolo in fase di bollitura (aggiunte in momenti diversi). Il mosto viene sterilizzato e concentrato per evaporazione, in questo processo si ha l'inattivazione di enzimi, morte dei MO, coagulazione di polifenoli e proteine che vengono allontanati. Inoltre, avviene la caramellizzazione degli zuccheri (cambiamento colore mosto) e vengono allontanati i composti indesiderati. Questa fase dura in tutto circa 75 minuti; più la cottura è lunga, più la birra diventa amara (misurazione tramite unità IBU).
6. Whirpool: allontanamento dei torbidi e raffreddamento. Il mosto entra tangenzialmente DOVE? creando un andamento circolare che facilita la precipitazione dei solidi nella parte centrale.
7. Aggiunta lievito: viene aggiunto in forma liquida o essiccata. I lieviti vengono posti insieme al mosto in un bioreattore in condizioni di anaerobiosi (crab tree), in modo che utilizzino gli zuccheri fermentescibili per compiere la fermentazione. Nel caso di SC molti impianti insufflano aria nel bioreattore per permettere la crescita del MO prima della fermentazione, aumentando il numero di unità di SC di un fattore 10.
8. Fermentazione: il processo dura almeno una settimana, durante la quale si formano schiume persistenti sulla sommità del bioreattore. Durante la fermentazione primaria, la geometria del reattore varia in base alla fermentazione: ad alta temperatura si predilige un bioreattore largo, mentre per una fermentazione a bassa temperatura si preferisce una geometria tronco-conica. Durante la fermentazione secondaria avviene l’illimpidimento del prodotto e la formazione di aromi.
9. Filtrazione: vengono allontanati i lieviti che vengono riutilizzati.
10. Pastorizzazione: questo processo può avvenire sul prodotto sfuso tramite uno scambiatore a piastre o successivamente all’imbottigliamento grazie ad un tunnel di pastorizzazione. Viene aggiunta la CO₂ nel prodotto, la quale è già presente in piccola percentuale a causa della fermentazione, ma viene sottratta e reimmessa con l’imbottigliamento.
11. Confezionamento: avviene in condizioni isobare, facendo attenzione che il prodotto non venga a contatto con l’aria. Il prodotto può essere confezionato in bottiglie di vetro, fusti o lattine. Alcuni birrifici attuano tecniche alternative per rendere il proprio prodotto particolare:
    • Dry hopping: aggiunta di luppolo dopo la bollitura (oltre a quello aggiunto in cottura).
    • Aggiunta di CO₂ o di SC e zucchero in bottiglia per garantire la frizzantezza.
    • Aggiunta di ingredienti quali cannella, caffè, cacao.

Processo produttivo dell'aceto

L’aceto è il prodotto ottenuto dalla fermentazione acetica del vino o di altri liquidi alcolici, di sapore acre, contenente acido acetico. La produzione di aceto si basa sull’azione di batteri acetici, i quali in presenza di ossigeno trasformano l’etanolo in acido acetico e acqua. I MO utilizzati per la produzione di aceto sono:

• Gluconobacter: è un ossidante incompleto e ossida l’etanolo ad acido acetico, abbassando il pH fino a che non diventa un fattore limitante e ferma l’attività metabolica del MO stesso.
• Acetobacter: è un ossidante completo e ossida etanolo ad acido acetico abbassando O₂ e acqua, determinando l’innalzamento del pH. Per una questione economica, si predilige l’utilizzo di Acetobacter.

Tipi di processo fermentativo del vino

1. Fermentazione lenta o superficiale: viene svolta in tini di legno aventi una struttura a trapezio con capienza di 600-700 hL. I tini vengono riempiti con trucioli di legno di faggio su cui sono presenti i batteri acetici; a circa 50-100 cm dal fondo del tino è presente una grata che ha la funzione di trattenere i trucioli e far passare la parte liquida. Il vino entra dalla parte superiore del tino, penetra i trucioli fino ad arrivare al fondo della struttura dove viene raccolto, raffreddato fino a 30°C e poi reimmesso nel circuito dalla parte superiore del tino. Il processo viene ripetuto più volte fino a che il prodotto non raggiunge il grado di acetizzazione (7% acido acetico), di solito dopo 7-10 giorni. La resa di conversione è dell’85%; per ogni ettolitro di vino si ottengono circa 85 litri di aceto. L’aceto ottenuto da questo tipo di processo è un aceto di qualità, ideale per l’invecchiamento.
2. Fermentazione per immersione: il processo viene svolto in un reattore di Frings, dotato di una serpentina interna che mantiene la temperatura costante e un sistema di aerazione potente. Il vino vi rimane per circa 24 ore prima di diventare aceto. La qualità di questo prodotto è molto inferiore e non è adatto per l’invecchiamento.

Processo di produzione di lievito da panificazione

La produzione di lievito di birra deriva in passato dagli scarti della lavorazione della birra, dove i lieviti utilizzati per la fermentazione venivano riutilizzati ma davano un sapore amaro all'impasto (luppolo).

Cessa così la produzione di etanolo e la fonte di carbonio viene gestita tramite tecnologia feedbach in modo che rimanga sempre sotto i 50g/L. Dopo circa 20 ore la coltura viene trasferita in un nuovo reattore di 17000L dove sosta a 30°C per 16 ore circa.

Lo stadio finale della produzione viene svolto in un reattore di 450m³ in condizione di aerazione forzata con coltura feedbach. Il pH è selettivo (4.5) ma tende a scendere nel corso del tempo.