Domande esame Microbiologia industriale

DOMANDE MICROBIOLOGICA INDUSTRIALE

1 domanda

1. Processo di produzione della birra

La birra è il prodotto ottenuto dalla fermentazione alcolica operata da ceppi di S. Cerevisiae e S. Pastorianus.

Gli ingredienti utilizzati per la produzione della birra sono i lieviti (ceppi di Saccharomyces alta o bassa

fermentazione), acqua (potabile, non eccessivamente dura e pH 6), orzo (trasformato in malto) e luppolo (pianta

rampicante di cui vengono usate solo le infiorescenze femminili che contengono luppolina).

La birra si può classificare in base al grado saccarimetrico (grado plato) ovvero i g di zucchero presenti nel mosto

prima della fermentazione ed in base al grado alcolico ovvero il contenuto in etanolo.

Il processo di produzione della birra inizia dalla maltizzazione dell’orzo che consiste nel bagnare i chicchi di orzo per

consentirne la germinazione. Essa si suddivide in 3 fasi:

1. Bagnatura, che avviene in vasche, oppure in cilindri rotanti. L’orzo deve venire solo inumidito, perché deve

germinare.

2. Germinazione: dall’orzo fuoriesce la plantula; questa fase attiva tutti gli enzimi amilolitici e proteolitici presenti

nel cereale, che portano all’ottenimento, a partire dall’amido, di glucosio e maltosio, più una serie di destrine;

una volta che la plantula raggiunge 3⁄4 della lunghezza del seme, si considera conclusa la germinazione e viene

interrotto il processo; viene rimossa la plantula e si effettua un trattamento termico che blocca la germinazione.

3. Essiccamento: è una tostatura, fatta in condizioni tali da non inattivare gli enzimi appena attivati

Asciugatura rapida e essiccamento a bassa temperatura, ottengo un malto chiaro, per birre chiare

- Asciugatura graduale e essiccamento ad alta temperatura, ottengo un malto scuro, per birre scure

-

I malti vengono poi messi in sacchi e portati al birrificio. Se la birra viene prodotta con frumento, anche esso viene

sottoposto a maltizzazione. Al birrificio il malto subisce una macinazione, fatta con un mulino a tamburi. La distanza

fra i tamburi viene regolata in modo da macinare più o meno finemente il malto. La macinazione serve per aumentare

la superficie di contatto tra malto e acqua, in modo da facilitare le operazioni di produzione della birra. Vi è poi una

fase di ammostamento che ha lo scopo di trasformare e solubilizzare le sostanze insolubili presenti nel malto, a dare

un mosto zuccherino e fermentescibile. Durante questa fase avviene la miscelazione del malto con l’acqua in modo

da solubilizzare il più possibile le sostanze presenti nel malto; avviene anche un aumento graduale della temperatura

della miscela fino alle temperature ottimali per le attività enzimatiche. L’ammostamento consta di 3 step a

temperatura diversa in sequenza:

Scaldo e faccio una prima sosta a circa 50°C per qualche ora: le proteasi attivate nel malto idrolizzano le proteine

- a dare amminoacidi liberi

Seconda sosta a circa 60°C: agiscono le β-amilasi, che partono dalle estremità dell’amido liberando maltosio

- Terza sosta a circa 70°C: attivo le α-amilasi, che lavorano a random nell’amido liberando le destrine

-

Gli ultimi due step possono essere sostituiti da uno step di saccarificazione per riportare la temperatura a 78°C nel

caso delle birre chiare.

L’ammostamento viene eseguito per consentire a S. cerevisiae di fermentare il substrato nelle fasi successive e per

fornirgli amminoacidi liberi e garantirgli un maggior benessere.

A questo punto si procede con la filtrazione del mosto, che viene separato dalle trebbie, ossia i residui insolubili dei

malti. Le trebbie possono essere successivamente impiegate in mangimistica, nella produzione di biogas, oppure

per la produzione di funghi superiori.

A seguito della filtrazione, il mosto subisce cottura e luppolamento. Il luppolo è una pianta che può arrivare al

birrificio essiccata, congelata, in polvere o in pasta. Gli scopi della cottura sono:

Sterilizzare il mosto

- Concentrare leggermente il mosto

- Denaturare gli enzimi

- Rendere le sostanze amaricanti il più aromatico possibile, isomerizzandole

- Formare un precipitato

- Raggiungere un colore intenso

-

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 a caldo avviene mediante Whirlpool, una centrifuga che sedimenta il trub al centro.

Il mosto da queste fasi esce a circa 80-100°C per cui deve essere raffreddato.

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.

-

A queste temperature il metabolismo dei microrganismi è rallentato, perché hanno un optimum intorno ai 30°C.

La fermentazione primaria (tumultuosa) dura 7-8 giorni a temperature diverse in funzione del ceppo utilizzato.

Saccharomyces trasforma glucosio e maltosio in etanolo e CO . Passato questo periodo Saccharomyces esaurisce

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tutti gli zuccheri fermentescibili. Durante la fermentazione primaria il mosto ribolle e si forma la schiuma. I lieviti che

operano una fermentazione alta, alla fine della fermentazione primaria si ritrovano associati alla schiuma ovvero

affiorano, 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 cilindro-conici perché favoriscono il deposito sul fondo. Generalmente il

lievito viene separato dopo la fermentazione primaria. 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.

Durante la fermentazione secondaria non c’è più produzione di etanolo, ma solo affinamento dell’aroma.

I fermentatori nel caso della birra non sono dotati di sistemi di aerazione e agitazione perché la fermentazione

alcolica è anaerobia.

In seguito la birra può subire filtrazione; questa fase nei birrifici artigianali viene saltata, perché serve essenzialmente

per separare le sostanze solide in sospensione, tramite filtri a tele o ad alluvionaggio. Nei grandi birrifici la birra

subisce anche pastorizzazione, al fine di aumentarne la shelf-life. Questa fase serve per eliminare ogni componente

che potrebbe portare alterazioni microbiologiche o chimiche alla birra. Se non viene pastorizzata la birra, bisogna

mantenerla al freddo e avrà una shelf-life breve. La birra può essere pastorizzata sfusa (in scambiatori a piastre),

oppure confezionata (in pastorizzatori a tunnel). Il confezionamento può essere effettuato in lattine, bottiglie di vetro

o fusti di alluminio. La birra in questa fase non deve venire a contatto con l’aria, per fare in modo che l’ossigeno non

danneggi la qualità della birra. Il confezionamento avviene in confezioni isobare per evitare la formazione di

schiuma. Per ottenere la gasatura, una volta imbottigliata la birra viene addizionata di zuccheri e nuovamente

inoculata; l’etanolo e la CO prodotti vengono trattenuti dal tappo. Nella pratica è impossibile eliminare totalmente

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l’ossigeno, ma valori compresi tra 0,02 e 0,04 mg ossigeno/L sono indice di un processo ottimale. Inoltre è possibile

aggiungere ingredienti diversi per dare aromi differenti: cannella, caffè, zenzero, amarena, cacao ecc.

La birra analcolica può essere ottenuta in due modi:

. Non facendo fermentare il lievito (basse temperature)

. Eliminando l’etanolo alla fine della produzione.

2. Produzione di aceto

L’aceto contiene acido acetico CH COOH che si ottiene per ossidazione dell’etanolo CH CH OH.

3 3 2

La produzione di aceto è un’ossidazione. I batteri acetici sono di 2 tipi:

Acetobacter: è in grado di ossidare l’alcol ad acido acetico con intensità, velocità e rese variabili.

- CH CH OH CH COOH CO + H O

à à

3 2 3 2 2

È un ossidante completo in quanto è in grado di ossidare poi l’acido acetico a CO .

2

Gluconobacter: è un ossidante incompleto in quanto ossida l’alcol ad acido acetico: CH CH OH CH COOH

- à

3 2 3

Questa ossidazione avviene generalmente a 28-30°C in modo da non accelerare troppo il metabolismo a causa

delle temperature. Per la produzione di aceto esistono due processi:

. Fermentazione lenta o in superficie

. Fermentazione per immersione.

Fermentazione lenta o in superficie

Questa tecnica prevede l’impiego di grandi barili o tini di legno che vengono riempiti per metà con trucioli di legno

di faggio, che supportano i batteri acetici. Questi barili presentano a circa 50-100 cm dal fondo una grata, 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 con un percorso tortuoso, in questo modo viene acidificato. Il vino a contatto con

i trucioli subisce quindi la reazione di ossidazione e perde la sua quota alcolica. La fase liquida viene quindi prelevata

dal fondo e fatta circolare 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 e fuoriesce dall’alto; essa serve per le reazioni

di ossidazione che avvengono nel materiale, affinché diventi aceto.

Si opera a temperature intorno ai 28°C, ma la reazione è esoergonica, ossia libera molto calore, infatti il vino che sta

acetificando viene raffreddato, per evitare alterazioni sensoriali. Ogni produzione dura circa 7-10 giorni.

La concentrazione di acido acetico nel prodotto finale è ≥7%. La resa di questa produzione è circa dell’85%, quindi

circa l’85% di etanolo diventa acido acetico. L’aceto acquisisce aromi dai trucioli, che devono essere cambiati due

volte l’anno circa, perché tendono a sfaldarsi e formerebbero della sabbia fine e compatta che occluderebbe

l’impianto. Questo processo trova impiego per la produzione di aceti di qualità.

Fermentazione per immersione

In questo caso vengono utilizzati dei fermentatori in acciaio inox (100-500hL), adatti a resistere alla forte acidità,

dotati di sistemi di aerazione e agitazione. La temperatura di processo viene