10 d’ag. 2014

La "gueiserització" de la cervesa

o 

"col·lega, la  meva birra m'ataca!"

Aquest article no és meu. És de'n Mikel Patón López de l'Art en Birra.
Trobareu l'original en Castellà aquí.
L'he traduït i adaptat jo mateix, això sí.


Avui anem a enfrontar-nos a una entrada de caràcter purament tècnic. Bé, diguem que divulgatiu. Val; fa uns dies em vaig enfrontar a una situació i en documentar-me sobre el cas, vaig veure que es podia fer una entrada al bloc exposant el tema. Contents?


Doncs anem per feina.

La cervesa és una beguda obtinguda a partir de la fermentació d'una infusió de cereals i llúpol. Com a subproducte d'aquesta fermentació, obtenim dues de les característiques que defineixen la cervesa: alcohol i anhídrid carbònic. Quan obrim el recipient que conté la cervesa, l'anhídrid carbònic tendeix a dissociar-se de la cervesa en forma de bombolles, i la tensió superficial d'aquestes bombolles generada per la presència de certes cadenes de sucres no fermentables (i altres elements), tendeix a provocar la formació d'aquesta escuma tan característica. , doncs en ocasions, per raons diverses, la cervesa tendeix a fer escuma de forma espontàniament excessiva (i de vegades fins i tot explosiva). Aquest fenomen és poc entès i aquest desconeixement pot conduir a prendre decisions errònies.
Estudiarem una mica en detall el motiu d'aquest fenomen al menys pel que fa a l'envasament en ampolla.

El fenomen de l'escuma excessiva s'anomena en anglès GUSHING. Alguns l'han traduït per GUEISERITZACIÓ referint-se al fenomen volcànic dels Guèiser.

Guèiser de Strokkur (Islandia)

Comencem amb els dos factors principals de la carbonatació: Llevat i sucre
Un gran nombre de les cerveses artesanes que es fabriquen a l'estat espanyol passen per una cosa que es denomina en termes tècnics un condicionament en ampolla (el que alguns anomenen segona fermentació). Aquest procés consisteix bàsicament en afegir a la cervesa acabada sucre addicional (i a vegades llevat fresc) perquè el llevat actiu segueixi amb la fermentació dins l'ampolla, proporcionant-li així la seva carbonatació característica. Molts atribueixen a aquest procés (l'encebat o "priming", com es coneix entre els que han après a elaborar partint de texts en anglès) el fenomen de la sobre-carbonatació i la "escumació" violenta que porta a la "gueiserització".

, analitzem els fets.
Per que el llevat pugui seguir fermentant no necessita només sucre, sinó també oxigen. L'oxigen només és present en la fase inicial de la fermentació, quan el llevat genera compostos químics que després necessitarà per a reproduir-se (especialment, esterols). Tinguem en compte que la cervesa acabada d'envasar ja ha passat per un procés de fermentació fins a esdevenir un mitjà hostil per al llevat (per falta d'aliment o excés d'alcohol). Arribat aquest punt la majoria de les cèl·lules de llevat que hi havia a la nostra cervesa s'han dipositat al fons del fermentador i han entrat en estat de latència. És possible també que hagi passat per una període de clarificació, durant el qual encara més cèl·lules s'han desactivat i dipositat al fons del segon fermentador. Per això, el primer que necessita el llevat en suspensió a la nostra cervesa és iniciar de nou el procés: respirar.

I per això utilitza l'oxigen contingut en l'espai que hem deixat al coll de l'ampolla. Un cop comença el procés, aquest oxigen és reemplaçat per anhídrid carbònic, i quan arriba a un cert nivell de pressió a la superfície del líquid, aquest anhídrid carbònic s'associa a les molècules d'aigua per formar àcid carbònic, o el que és el mateix, anhídrid carbònic en dissolució (en pla: el gas carbònic es dissol en la cervesa). És per això que quan agitem una ampolla tancada no crea bombolles (bé, un mica sí, però només en la superfície de la cervesa) llevat que l'obrim: la pressió de l'interior de l'ampolla manté al gas en dissolució i evita que s'alliberi.

Seria lògic pensar que si afegim molt de sucre a la cervesa, el llevat seguirà produint alcohol i anhídrid carbònic fins a consumir-lo tot ... Doncs no, perquè entre altres coses, el llevat és sensible a la pressió osmòtica (la que exerceixen els líquids sobre les seves parets cel·lulars). I quan arribem a certs nivells de densitat de CO2, les cèl·lules de llevat es tornen a posar en latència per evitar danys (generalment la implosió), de manera que la producció d'anhídrid carbònic s'atura abans que la pressió osmòtica excedeixi aquest límits.


Simplificant, vol dir que si posem molt de sucre en envasar podem tenir una cervesa més carbonatada del que ens agradaria, però si hem respectat l'espai del coll ("headspace" per als que llegeixen texts en anglès) no hauríem d'enfrontar-nos a problemes de "gueiserització" o explosió d'ampolles. El problema és que si no es respecta aquest espai, podem estar deixant més oxigen per a la fase de respiració, de vegades fins i tot més superfície sobre la qual l'atmosfera controlada de l'interior de l'ampolla pressionarà la superfície del líquid, que al seu torn exercirà la pressió osmòtica sobre les parets cel·lulars del llevat, abans que aquesta arribi al nivell necessari perquè el ferment entri en latència. I això comportarà que es generi més gas del que es pot dissoldre en la cervesa abans d'arribar al nivell de saturació, i que el volum de gas no dissolt sigui major del necessari, i que en ocasions, la pressió que aquest exerceix des de l'interior de l'ampolla ho faci sobre les parts més febles d'aquesta: les "espatlles" de la corba del coll o algun punt en què hi hagi una esquerda o algun defecte de fabricació. 



No obstant això aquest pot ser un dels motius de la gueiserització en la cervesa embarrilada. D'una banda l'espai que queda lliure en omplir el barril sempre és una mica superior que en el de les ampolles, per tant té més quantitat d'oxigen per a la fase de respiració, i una més gran superfície sobre la qual s'exerceix la pressió, de manera que el volum de gas que ha de generar fins a aconseguir la pressió necessària per a la formació de l'àcid carbònic és també superior.
Gueiserització
Anem a veure el segon procés que podria originar la sobre-carbonatació de la cervesa: els canvis de temperatura.

Els canvis de temperatura afecten la cervesa condicionada en ampolla d'una forma molt concreta: variant la densitat del contingut. Si el canvi de temperatura és prou brusc podem trobar-nos que el canvi de densitat de la cervesa i l'anhídrid carbònic afecten la pressió osmòtica i el llevat es reactivi de forma temporal. Tornem al mateix supòsit anterior: hi ha sobre-carbonatació mentre que no hi ha d'haver necessàriament gueiserització. El que sí podem obtenir és un canvi important en els sabors i aromes, ja que quan es restableixi la pressió osmòtica és molt probable que el llevat implosioni, i s'acabi autolisant (descomponent). Si l'envasament s'ha fet correctament, cap ampolla hauria d'explotar.

Passem doncs al tercer factor que pot afectar la formació (i alliberament violenta) d'anhídrid carbònic. Les contaminacions.

El most és un mitjà ideal per a la proliferació de microorganismes que s'alimenten entre altres de sucres diversos. I per això, en moltes ocasions ens enfrontem a colònies de bacteris o llevats salvatges que s'instal·len, es propaguen i fan malbé el most.

Si una soca de bacteris de la família Acetobateraceae o el gènere Lactobacillales colonitzen el nostre most, ens donaran un sabor àcid, i de vegades afectaran el nivell de carbonatació de la cervesa. El mateix passa amb els llevats del gènere Brettanomyces; ens donaran sabors molt diferents. Però això en si mateix no és suficient per causar la gueiserització de la cervesa. És possible que aquests bacteris tinguin una més gran tolerància a la pressió osmòtica, però la producció d'anhídrid carbònic s'acabarà aturant en un moment o altre.

Els veritables causants de la gueiserització són, en realitat dos, i dos també els tipus de gueiseritzacions reconeguts en els estudis que hem pogut llegir al respecte:

D'una banda un excés d'oxalat de calci (uns èsters de l'àcid oxàlic) en la cervesa, i de l'altra, la presència d'unes proteïnes d'origen fúngic (proteases i hidrofobines actives), que s'associen als cristalls d'oxalat de calci.

I d'on vénen aquestes hidrofobines? Les hidrofobines són proteïnes d'activitat superficial riques en cisteïna, formades per cadenes curtes, d'uns 100 aminoàcids, produïdes per algunes varietats de fongs dels gèneres Fusarium, Penicillium, Cochliobolus, Alternaria i Aspergillus. I contràriament al que molts crèiem, no es desenvolupen en l'equipament de les fàbriques, sinó que es troben en el propi cereal. Es tracta de fongs microscòpics que poden créixer sobre el gra si es donen certes condicions ambientals. El procés de maltejat elimina els fongs, però no així aquestes proteïnes, que passen amb el gra al most. I si no fos per l'oxalat de calci, aquí s'acabaria la història.
Representació gràfica d'una hidrofobina

L'oxalat de calci (veieu Nota 1) es produeix per la precipitació de l'àcid oxàlic, present en el most en una proporció aproximada de 40 mg/L, i que es troba a la cervesa acabada en una proporció aproximada d'entre 10 i 25 mg/L. En precipitar crea cristalls, al voltant dels quals es formen les bombolles. Si durant el procés d'elaboració es provoca la precipitació de l'àcid oxàlic en forma d'oxalat de calci, i si aquests cristalls es combinen amb ions metàl·lics [com ara el ferro(III) que pot migrar a la cervesa a conseqüència de l'ús de filtres de diatomees], o es dipositen a la superfície interior de les ampolles, en les imperfeccions, o si tenim alguna resta de detergent al circuit, o si les hidrofobines s'associen als cristalls i n'augmenten el volum total, ens trobarem que en obrir l'ampolla, es genera espontàniament una gran quantitat d'escuma que, es pot convertir en autèntic guèiser si es sumen més d'una causa...

Cristalls d'oxalat de calci. Sí, aquest mateix oxalat de calci que provoca els càlculs renals

Recapitulant:


Els cristalls són la precipitació de l'àcid oxàlic present en el most i la cervesa. Aquests cristalls serveixen com a base al voltant de la qual es formen les bombolles de la cervesa. Si a més sumem l'efecte  de les proteïnes hidròfobes (que repel·leixen l'aigua), tenim un còctel perfecte perquè un cop despressuritzada l'ampolla,  res permeti evitar que les bombolles "fugin" de la cervesa (les hidrofobinas repel·leixen l'aigua, però estan enllaçades amb els cristalls d'oxalat i tenen molta menys massa que la cervesa, per tant "perden" la partida i s'allunyen de l'aigua continguda en la cervesa, arrossegant els cristalls d'oxalat i les bombolles ...) la resta és una simple qüestió de física.

Els estudis realitzats sobre aquesta qüestió atribueixen la gairebé totalitat dels problemes de gueiserització a la presència d'oxalat de calci en la cervesa. No obstant això diferencien entre la gueiserització de tipus I, en la qual intervenen les hidrofobines d'origen fúngic, i la de tipus II o mecànica, en la qual els desencadenants associats al fenomen són els ions metàl·lics, la presència de detergents o les imperfeccions físiques de les ampolles.

D'acord, ja sabem perquè es creen els guèisers d'escuma. Però perquè, en alguns casos, solen resultar tan explosius?

El que manté l'anhídrid carbònic dissolt en la cervesa (en forma d'àcid carbònic com ja hem comentat) és la pressió a l'interior de l'ampolla. El gas que ocupa el coll de l'ampolla exerceix una pressió significativa sobre la superfície de la cervesa. Quan obrim l'ampolla, aquesta pressió s'allibera, permetent l'escapament de les molècules d'anhídrid carbònic.

Anem a aturar-nos un moment a analitzar què passa quan obrim l'ampolla:

Com solem obrir el 99% de les ampolles de cervesa? Normalment, ho fem amb cura. Procurem no colpejar ni agitar, i obrim l'ampolla poc a poc procurant que no es mogui en fer-ho.

Detalladament podem procedir com segueix: l'obreampolles aixeca un racó de la xapa, fins al moment en què el segell interior de goma deixa escapar una mica del gas de l'interior de l'ampolla. La pressió interior s'allibera i l'anhídrid carbònic comença a sortir, creant bombolles. L'efecte Venturi (veieu nota 2), en fer passar el gas a pressió per una petita obertura entre la xapa i la boca de l'ampolla, accelera el gas que surt i fa disminuir ràpidament la pressió a l'interior. Però la velocitat de sortida del gas no permet l'entrada de cap gas que equlibri la pressió sobre la superfície del líquid, de manera que ha de ser l'anhídrid carbònic de la cervesa que es dissociï a gran velocitat per omplir aquest espai buit. En disminuir la pressiól'anhídrid carbònic cada cop es dissocia més de pressa, arrossegant les sals d'oxalat de calci i les hidrofobines que, amb el seu desplaçament, creen noves bombolles en una reacció en cadena que acaba sortint a pressió per la petita obertura que hem fet en aixecar la cantonada de la xapa. Un clàssic guèiser de cervesa.

Ens pot passar exactament el mateix si es tracta d'un cas de contaminació amb hidrofobines, per ions metàl·lics, o una simple sobre-carbonatació. La gueiserització és provocada per la descompressió de l'ampolla i les sals d'oxalat de calci, però si tenim un excés de pressió a l'interior de l'ampolla per una sobre-carbonatació, la dutxa està igualment assegurada.

I si la cervesa no està contaminada ni sobre-carbonatada? En obrir la xapa el volum del gas que s'escapa és molt menor, ho fa molt de pressa i dóna temps que entri aire per equilibrar la pressió sobre la superfície de la cervesa, de manera que no s'arriba a produir el guèiser explosiu (a menys que incrementem el volum de gas al coll, per exemple escalfant la cervesa o agitant-la, o que excitem la producció de bombolles colpejant la base de l'ampolla). 
Pura física

I com podem evitar-ho? 
D'entrada direm que no podrem evitar la gueiserització si tenim algun tipus de contaminació.

Es poden fer molts experiments sobre la forma d'obrir la xapa de l'ampolla: ràpidament, lentament o com sigui. Qüestió d'anar provant. El traductor d'aquest text ha provat de tot, però si hi ha d'haver un guèiser, hi serà. Si és per sobre carbonatació, és possible que sigui un fenomen moderat en el que es fa més o menys escuma durant una estona o que sigui desmesurat i ens surtin quantitats fenomenals d'escuma, més o menys a pressió.

Hi ha molts estudis sobre perquè es produeix el fenomen, però fins ara no s'ha trobat cap solució definitiva perquè això no passi. Tot i que en alguns estudis s'esmenten algunes mesures profilàctiques com l'ús d'alguns adjunts químics que precipiten aviat l'oxalat de calci durant la maceració cosa que permet la seva posterior eliminació durant el filtratge o reduir la proliferació de les hidrofobines. De moment, les dades estadístiques sobre l'eficàcia d'aquests procediments són bastant limitats.

Així que ja ho sabeu; una versió per evitar una dutxa, cal treure les xapes com les tiretes de les ferides: d'una tirada ràpida i neta. Ho sento pels col·leccionistes de xapes ... o no: només cal que es comprin dues ampolles de cada cervesa. Una per la xapa i l'altra per evitar el guèiser.


Les fonts utilitzades per l'amic MIKEL PATÓN de l'Artenbirra són les següents


Volker Müller1, Anne Besier1, Reinhard Pätz2, Jürgen Fröhlich1 1
1 Erbslöh Geisenheim AG, Erbslöhstrasse, 65366 Geisenheim, Germany
2 Institut für Lebensmitteltechnik, Biotechnologie und Qualitätssicherung e.V. ILBQ (Institute of Food Technology, Biotechnology and Quality Assurance), Bernburger Straße 55, 06366 Köthen, Germany. 

In: J. Inst. Brew. 111(2), pp. 105–111.
Copyright 2005 The Institute of Brewing & Distilling.


Nota 1:

Oxalat de calci (De Viquipèdia)

Oxalat de calci
L'oxalat de calci, nom IUPAC: etanodiat de calci és un compost químic que forma cristalls en forma d'agulla. És el component d'un dels tipus de pedra del ronyó, també se'n formen concrecions en els contenidors de les fàbriques de cervesa i pot ser perjudicial. La seva fórmula química és CaC2O4 o Ca (COO)2.
Cristall d'oxalat de calci

Es troben bones quantitats d'oxalat de calci en moltes plantes ornamentals d'interior. La seva ingestió pot resultra fatal. La planta ornamental Dieffenbachia en conté i també en el ruibarbre (en les fulles però no en les penques que és el que es consumeix). També n'hi ha, entre d'altres a les espècies dels gèneres Oxalis, Araceae i espinac, fulles del te i fruit del kiwi. En cas de patir de pedres del ronyó és millor abstenir-se d'aquestes plantes riques en oxalats.

Fins i tot una petita dosi d'oxalat de calci és suficient per causar una intensa sensació de cremada en la boca i la gorja sensació que pot allargar-se. En dosis més grans poden causar un sever malestar digestiu, dificultats de respiració, coma i fins a la mort. Hi pot haver recuperació de l'enverinament, però és possible que hi hagi danys permanents al fetge i ronyó.

Nota 2:

Efecte Venturi (De Viquipèdia)

Esquema de l'efecte Venturi.
L’efecte Venturi, també conegut com a tub de Venturi, es produeix quan un fluid en moviment dins d'un conducte tancat disminueix la seva pressió en augmentar la velocitat després de passar per una zona de secció menor. Si en aquest punt del conducte s'introdueix l'extrem d'un altre conducte, es produeix una aspiració del fluid contingut en aquest segon conducte. Aquest efecte, demostrat el 1797, rep el seu nom del físic italiàGiovanni Battista Venturi (s. XVIII-XIX).
L'efecte Venturi s'explica pel Principi de Bernoulli i el principi de continuïtat de massa. Si el cabal d'un fluid és constant però la secció disminueix, necessàriament la velocitat augmenta. Pel teorema de l'energia si l'energia cinètica augmenta, l'energia determinada pel valor de la pressió disminueix forçosament.

3 comentaris:

  1. Bona adaptació, Albert. Gracies per la part que em pertoca.

    ResponElimina
  2. Ja ho saps, si en tens més com aquest, endavant!

    ResponElimina
  3. Força instructiu, molt tècnic i acadèmic

    ResponElimina