Le fermentazioni nel processo di produzione della birra Casi Studio Relatore: Damiano Barbato DAGRI Università degli studi di Firenze

21 febbraio 2022

Le fermentazioni nel processo di produzione della birra

Casi Studio

Relatore:

Damiano Barbato DAGRI Università degli studi di Firenze

L e f e r m e n t a z i o n i n e l p r o c e s s o p r o d u t t i v o d i b i r r e a c i d e m o d e r n e e t r a d i z i o n a l i

C A S O S T U D I O I

21 Febbraio 2022

21 Febbraio 2022

Birra acida tradizionale.

Fasi:

-Enterobacteria phase -AAB oxidative phase -Sacch. Phase

-Acidification phase LAB, Pedio, Brett.

Soluzioni che possono garantire: CONTROLLO DI PROCESSO

RAPIDITA’ (1-2 MESi VS 2-3 ANNI)

maggiore standardizzazione del prodotto

S e l e z i o n e e i m p i e g o d i n u o v i s t a r t e r n o n c o m m e r c i a l i d i S a c c h a r o m y c e s c e r e v i s i a e p e r l a m e s s a a p u n t o d i

“ f r u i t b e e r s ” i n n o v a t i v e C A S O S T U D I O I I

21 Febbraio 2022

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SCOPO

Valutare le POTENZIALITA’ TECNOLOGICHE e le PROPRIETA’ METABOLICHE di ceppi non

commerciali di S. cerevisiae isolati da varie matrici alimentari

Utilizzare i ceppi selezionati per

la realizzazione di una BIRRA con l’aggiunta di LAMPONI per ottenere una fruit beer

S

C

O

P

O

MATERIALI E METODI

30 CEPPI DI S. cerevisiae

LIEVITI CANTINA STARTER BIRRA-VINO STARTER PANIFICAZIONE LIEVITI MADRE

VALUTAZIONE

POTENZIALE FERMENTATIVO

MICROBIRRIFICAZIONE

REALIZZAZIONE

FRUIT BEER

o Capacità di utilizzare MALTOSIO e MALTOTRIOSIO o Produzione IDROGENO SOLFORATO

o Attività -glucosidasica (es. degrad. destrine) o Resistenza all’ETANOLO

A. Monitoraggio giornaliero delle FERMENTAZIONI

 Caratteristiche chimiche

 Calo peso

B. Caratterizzazione del MOSTO

 Caratteristiche chimiche

C. Caratterizzazione delle BIRRE

 Caratteristiche chimiche

 Caratteristiche microbiologiche

 INFLUENZA del CEPPO

 INFLUENZA dei LAMPONI

SELEZIONE

SELEZIONE INIZIO

FINE

1

2

3

7

RISULTATI

PRODUZIONE H₂S

Elevata variabilità nei risultati

ATTIVITA’ -GLUCOSIDASICA

Elevata variabilità nei lieviti madre

RESISTENZA ETANOLO 5 e 10%

Ottima resistenza etanolo al 5%

Tiri Y4-Y5

RBY6

PdF Y5

AEB Weiss

COR Y15 Fla Y212 1F Y5 AEB AY3 Fermentis F2

COR Y2 Fla Y209 SC 215 Y21 Tiri Y4 / Y5

Lieviti cantina

Starter

panificazione

Starter birra

Starter vinari

TUTTI…escluso Cor Y2 Cor Y15 Fla Y212 SC 215 Y21

POTENZIALE FERMENTATIVO

RISULTATI

YEPD MALTOSIO e MALTOTRIOSIO YEPD MALTOSIO con ETANOLO

POTENZIALE FERMENTATIVO

I VALORI DI ASSORBANZA dopo 48 ore dimostrano come sia notevolmente MAGGIORE la crescita a

20°C rispetto ai 12°C

 20 ceppi scelti per la prova in MALTOTRIOSIO; i lieviti BCS, ZEUS, 1F Y5, 1F Y6, ARY2 e RBY5 hanno riportato assorbanza superiore alla media

L’aggiunta di ETANOLO INFLUISCE NEGATIVAMENTE sulla crescita dei lieviti, tuttavia i ceppi testati hanno mostrato una MAGGIORE TOLLERANZA per l’etanolo in CONCENTRAZIONE del 5%

La CRESCITA in MALTOSIO con ETANOLO al 10% è FORTEMENTE INIBITA; media dei valori pari a 0,122!

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RISULTATI

MICROBIRRIFICAZIONE

LIEVITI SELEZIONATI

STARTER BIRRA

LIEVITO DI

CANTINA LIEVITO MADRE

 20°C

• CEPPO

COMMERCIALE

• 2 repliche

• OTTIMO

svolgimento della FERMENTAZIONE

• BASSO sviluppo di ETANOLO

• Cinetiche ?

• Parziale consumo di MALTOTRIOSIO

• BUONO sviluppo di etanolo

• Elevato VIGORE FERMENTATIVO

• BASSO sviluppo di ETANOLO

RISULTATI

BCS LV8 RBY5 ARY2 RI IV

MICROBIRRIFICAZIONE

11

RI IV A

RI IV B

ARY2 A

ARY2 B

BCS A

BCS B

LV8 A

LV8 B

RBY5 A

RBY5 B grammi

CO₂TOT. 3,37 3,11 4,23 4,12 4,35 4,66 3,68 3,47 4,29 4,05

PRODUZIONE DI CO₂

INOCULO ALTO

• Picco fermentativo

1° giorno

• Fine produzione CO₂

6°giorno

INOCULO BASSO

• Picco fermentativo

3°giorno

• Fine produzione CO₂

7° giorno

RISULTATI

MICROBIRRIFICAZIONE

1x10⁷ UFC/mL

2x10⁶ UFC/mL

CARATTERIZZAZIONE CHIMICA DELLE

MICROBIRRIFICAZIONI

RISULTATI

 I ceppi LV8 E RI IV non riescono a METABOLIZZARE lo zucchero

 LV8 E RI IV sono i ceppi che hanno prodotto maggior contenuto di acido acetico (0,30 e 0,25)

 I lieviti LV8 E RI IV quelli che hanno sviluppato meno ETANOLO

 GRADO ALCOLICO BASSO IN GENERALE!

STARTER BIRRA

LIEVITO MADRE

REALIZZAZIONE

FRUIT BEERS

LIEVITI SELEZIONATI

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MATERIALI E METODI

Kit mosto concentrato

Miscelazione Raffreddamento

Fermentazione

Inoculo

Purea di lamponi

150 g/L

Rifermentazione Zucchero

5 g/L Imbottigliamento

FRUIT BEER AI LAMPONI

Mosto di birra

Acqua

A. Monitoraggio giornaliero FERMENTAZIONI

B. Caratterizzazione del MOSTO

 Caratteristiche chimiche

Quantificazione zuccheri, acido acetico, pH e APA

C. Caratterizzazione delle BIRRE

 Caratteristiche microbiologiche

 Caratteristiche chimiche

Quantificazione zuccheri, acido acetico, etanolo, glicerolo, pH e APA

 Caratteristiche fisiche

Contenuto fenolico totale metodo Folin Ciocalteau, colore EBC

 Analisi degli aromi

 Analisi sensoriale interna

REALIZZAZIONE FRUIT BEERS

• Maggior sviluppo di ETANOLO (circa 6%)

• Maggior concentrazione finale di

• Fermentazione

completata in 6 giorni

• Sviluppo di ETANOLO

<5%

• Minor concentrazione finale di

• Fermentazione

completata in 13 giorni

BCS

• CONTROLLO

ARY2

• Completo consumo di ZUCCHERI

• Buona produzione di ETANOLO e GLICEROLO

RBY5

• Parziale consumo di MALTOTRIOSIO

• Il più basso come ETANOLO sviluppato

CINETICHE DI FERMENTAZIONE

RISULTATI

FRUIT BEERS

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Ceppi Maltotriosio (g/L)

Maltosio (g/L)

Glucosio (g/L)

Fruttosio (g/L)

Zuccheri Tot. (g/L)

Colore EBC

Glicerolo (g/L)

Acido Acetico

(g/L)

Etanolo (% v/v)

pH ^Azoto

α- amminoacidico

Azoto

ammoniacale

BCS

LAMPONI 4,15±0,06^a 1,20±0,07^ab <0,10 0,81±0,05^b 6,27±0,04^a 72,3±1,4^a 2,53±0,05^b 0,05±0,00^a 5,75±0,21^bc 3,55±0,05^a 0,00^a 14,65±0,90^a

ARY2

LAMPONI 3,45±0,07^a 1,15±0,07^a <0,10 0,42±0,03^a 5,10±0,10^a 71,4±0,9^a 3,06±0,07^c 0,02±0,00^a 6,05±0,63^c 3,69±0,10^a 0,08±0,04^a 17,70±0,40^b

RBY5

LAMPONI 11,23±0,32^b 0,98±0,32^a <0,10 0,42±0,03^a 12,70±0,01^b 71,1±0,5^a 2,60±0,07^b 0,02±0,00^a 5,40±0,15^abc 3,78±0,05^a 0,85±0,04^a 20,15±0,20^b

BCS ^{4,00±0,14a 1,65±0,20b <0,10 0,58±0,08a 6,28±0,20a 73,3±0,4a 1,76±0,15a 0,01±0,00a 4,80±0,30abc 4.12±0,10b 0,75±1,00a 23,25±0,60c} ARY2 ^{4,25±0,21a 1,25±0,07ab <0,10 0,41±0,01a 5,97±0,30a 73,3±0,7a 1,92±0,18a 0,05±0,01a 4,60±0,42ab 4.45±0,05bc 0,50±0,80a 31,00±1d} RBY5 ^{14,78±0,60c 1,85±0,07b <0,10 0,43±0,03a 17,17±0,70c 72,4±0,9a 1,87±0,09a 0,04±0,00a 4,05±0,07a 4.58±0,10c 0,60±0,80a 64,00±0,20e}

CARATTERIZZAZIONE CHIMICO-FISICA RISULTATI

I VALORI DI MALTOTRIOSIO residui dimostrano come RBY5 riesca a metabolizzare solo PARZIALMENTE il trisaccaride

PUREA influisce sul contenuto finale di GLICEROLO, ETANOLO e pH; ARY2 ottimo produttore di GLICEROLO > 3 g/L

BASSE PRODUZIONI di ACIDO ACETICO!

FRUIT BEERS

FRUIT BEERS LAMPONI

PANEL TEST INTERNO

ARY2 RBY5 BCS AR Y2

LAMPONI

RB Y5

LAMPONI

BCS

LAMPONI

Aspetto 7,1± 0,7^a 6,6±0,9^a 6,9±0,7^a 6,3±1,3^a 6,6±1,1^a 6,8±0,9^a Aroma 6,3 ±0,8^ab 7±1,1^b 6,5±1,4^ab 5,9±1,5^a 6,3±1^ab 6,8±1,1^ab

Gusto 6,2 ±1,3^a 6,6±1^a 6,5±1,5^a 5,6±1,5^a 6,2±1,1^a 5,4±1,6^a General

liking 6,2± 1,1^ab 6,6±1,1^b 6,2±1,6^ab 5,3±1,6^a 6,1±1,2^ab 5,7±1,3^ab

ALE BEERS

RISULTATI

ARY2 BCS RBY5

ARY2 BCS RBY5

FRUIT BEERS

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ANALISI DEGLI AROMI

RISULTATI

PRIMA COMPONENTE:

• Etil acetato

• 1-butanolo

• Acido esanoico

• Acido ottanoico

• 1-esanolo

• Alcol feniletilico

• Isoamil acetato

• Etilottanoato

SECONDA COMPONENTE:

• α e β-ionone

• α-terpineolo

COMPLESSITA’ GUSTO

FLOREALE E ERBACEO FRUTTATO

LAMPONE

FRUIT BEERS

LIEVITI

VALIDA ALTERNATIVA

CONCLUSIONI

Buone capacità tecnologiche

Caratterizzazione del prodotto finale Profili sensoriali/aromatici diversi

RBY5

Lievito madre

 OTTIMA cinetica fermentativa

 Parziale consumo di MALTOTRIOSIO

 BASSA MORTALITA’ cellulare

 Tendenzialmente il MIGLIORE

ARY2

Lievito madre

 OTTIMA cinetica fermentativa

 Elevata produzione di GLICEROLO

 BASSA MORTALITA’ cellulare

 Generale accettabilità dei prodotti

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FRUIT BEERS AI LAMPONI

 Parametri chimico/fisici SODDISFACENTI

• pH

• Grado alcolico

• Colore

GUSTO ^delle fruit beers è risultato nettamente INFLUENZATO

ACCETTABILITA’ del PRODOTTO FINALE

CONCLUSIONI

MATERIE PRIME

?

VARIE FORME E CONCENTRAZIONI

• FILIERA CORTA

• COLTURA BIOLOGICA

• FRUTTA INTERA, SUCCHI DI FRUTTA o PUREA?

• CONCENTRAZIONE?

SVILUPPO DEL PRODOTTO

Q u a l i b i r r e : a s p e t t i m i c r o b i o l o g i c i r i g u a r d a n t i i l p r o c e s s o p r o d u t t i v o d i b i r r i f i c i a r t i g i a n a l i

( m o n i t o r a g g i o d i 3 c o t t e d i v e r s e i n 4 b i r r i f i c i o g g e t t o d i s t u d i o ) . C A S O S T U D I O I I I

21 Febbraio 2022

• Tampone fermentatore pre-riempimento

• Mosto dopo la bollitura prima dell’inoculo

• Prelievi in fermentazione T0, T4, T8, T14

• Prelievo spurgo (lieviti) T14

Campionamento dello starter

Mosto prima della bollitura

Mosto a fine bollitura

• Tamponi (serbatoio di miscelazione, vaschetta riempitrice, ugello riempitrice)

• Campione pre-Imbottigliamento (da serbatoio)

• Bottiglie ad inizio, metà, fine imbottigliamento (per capire uniformità di inoculo)

21 Febbraio 2022

ASPETTI MICROBIOLOGICI nel processo produttivo:

Bollitura, raffreddamento e trasferimento del mosto al serbatoio di fermentazione.

3) Analisi del mosto raffreddato e trasferito nel fermentatore prima dell’inoculo con lieviti.

Risultati: 33 % di mosti contaminati (quantità variabili e

comunque inferiori ai 10³ UFC/mL, un birrificio non ha evidenziato contaminazioni). Fra questi:

- 100% presenza di lieviti Saccharomyces e non Sacch. (Pichia spp., Rodhotorula spp., Wickeranomyces spp., Aureobasidium spp.)

- 50% presenza di batteri Gram+ (Lactobacillus spp.) sia Gram- (Enterobacteriacee, Pectinatus spp., Acetobacter spp.).

1) Campioni di mosto post bollitura.

Risultati Tutti i campioni:

Lieviti: < 10 UFC/mL

Batteri lattici: < 2 UFC/mL Batteri acetici: < 10

UFC/mL

Altri batteri: < 10 UFC/mL

2) Tamponi

fermentatore pre- riempimento.

Tutti i campioni:

Lieviti: < 10 UFC/mL CBT: < 10 UFC/mL Muffe: < 10 UFC/mL

4) Operazione critica del processo.

21 Febbraio 2022

ASPETTI MICROBIOLOGICI nel processo produttivo:

Risultati in fermentazione:

• L’inoculo di Saccharomyces cerevisiae è stato compreso fra i 50 e 100 g/hL.

• La concentrazione di inoculo dei lieviti rilevata nel mosto è stata compresa fra i 4 e i 20 milioni di UFC/mL.

• La concentrazione massima in fermentazione rilevata di Saccharomyces cerevisiae è stata di 100 milioni di UFC/mL per un birrificio (ripetuta per tutte e tre le cotte). Gli altri birrifici si sono attestati come crescita

massima fra i 35 e i 50 milioni di UFC/mL con valori simili anche fra cotte diverse.

• Nell’83% delle fermentazioni non sono state rilevate popolazioni diverse da Saccharomyces cerevisiae.

• Le popolazioni rilevate nell’altro 17% provengono probabilmente dalla contaminazione avvenuta nel trasferimento descritta precedentemente (appartengono ai medesimi generi e specie).

• La concentrazione di questi microrganismi non ha comunque mai superato 10⁴ UFC/mL e non hanno compromesso le produzioni da un punto di vista chimico-fisico.

21 Febbraio 2022

ASPETTI MICROBIOLOGICI nel processo produttivo:

Indagini ambientali effettuate nei locali di imbottigliamento

Oltre 70 campionamenti di superfici ambientali nell’area imbottigliamento mediante l’impiego di tamponi.

Le popolazioni microbiche ritrovate:

-Lieviti e muffe.

Nessun tampone non conforme, ritrovati fra i limiti m e M (criteri microbiologici Reg.

2073/2005). Gli isolati identificati fanno riferimento ai generi: Saccharomyces spp., Pichia spp., Wickerhanomyces spp., Rodothorula spp., Yarrowia spp., Candida spp., Aureobasidium spp., Penicillum spp., Aspergillus spp.

-Batteri.

Il 7% dei tamponi presentava non conformità e un altro 10% restava fra limite m e M.

Generi maggiormente identificati: Lactobacillus spp., Pediococcus spp., Enterobacteriacee, Pectinatus spp., Acetobacter spp.

21 Febbraio 2022

ASPETTI MICROBIOLOGICI nel processo produttivo:

Indagini ambientali effettuate nei locali di imbottigliamento Focus su alcuni strumenti

-Fondamentali le buone pratiche di sanitizzazione dell’impianto.

-Contaminazioni random -Presenza di biofilm

-Analisi ambientali

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% Non conformità

21 Febbraio 2022

Lo studio prosegue con:

-monitoraggio chimico-fisico, microbiologico, sensoriale dei prodotti finiti e della loro shelf-life.

-monitoraggio di ulteriori cotte con «stress test» effettuati sui prodotti in conservazione.

GRAZIE PER L’ATTENZIONE Damiano Barbato

Tecnologo alimentare Food Micro Team Srl

Per info: www.qualibirre.it www.foodmicroteam.it

21 Febbraio 2022