Elaboració - Defectes i descriptors - 08-DIACETIL

DIACETIL 

Advertència: Aquest article és el resultat de molts altres que he anat ampliant i retocant. No dic que no hi hagi errors. Qualsevol de vosaltres que trobi algun error em pot escriure per a assenyalar-m'ho. Per endavant, merci.

Nom sistemàtic UIPAC: butanodiona o butà-2,3-diona 

Fórmula molecular: C₄H₆O₂

El Diacetil (2,3-butanodiona) és una substància d'una classe de compostos anomenats "dicetones veïnals" (VDK: vicinal diketones). En llenguatge químic, "veïnal" significa essencialment "adjacent", i "dicetona" significa que hi ha dos grups funcionals cetona (una cetona és un oxigen amb doble enllaç a un carboni al mig d'una cadena de carbonis)(Veieu Nota 1). Si ens fixem en l'estructura molecular del Diacetil, veurem que és una cadena de 4 carbonis (d'aquí l'arrel "butà" al nom), i les dues cetones situades en les posicions veïnals dels carbonis nº2 i nº3 (ergo, 2,3-butanodiona: dos cetones als carbonis 2 i 3 d'una cadena de 4 carbonis). 

L'altre VDK principal en la cervesa és la 2,3-pentanodiona (penta – cinc carbonis i dicetona, dues cetones als carbonis 2 i 3). 

Diacetil

Sensorial:

El diacetil fa olor de mantega o de caramel. En algun cas pot recordar la vainilla. A nivells molt alts fins i tot pot començar a afectar la còrpora de la cervesa, provocant una sensació en la boca relliscosa o oliosa. En cerveses fresques es pot confondre el Diacetil amb el perfil de caramel. Però mentre que l'olor de caramel es transforma poc, el del diacetil es decanta cada vegada més cap a la mantega.

Es considera, tot i que no sigui una pauta especialment precisa ni completament contrastada, que un 20% de la població és anòsmica al diacetil.

Llindars de percepció:

El llindar de percepció del diacetil en la cervesa és típicament entre 10 i 40ppb (Boulton: 0,15ppm). Aquest llindar és variable en funció de la temperatura de la mostra. I potser que unes cerveses comencin la degustació sense diacetil i acabin mostrant-ne bastant. Això és perquè la cervesa s'escalfa, cosa que provoca que es volatitzi més diacetil. 

• diacetil: 0.10 mg / L

• 2,3-pentanodiona: 1.0 mg / L

Adequació:

Alguns brouaters troben apropiada la presència de Diacetil en la seva cervesa perquè aporta una mica de profunditat al producte final introduint notes de caramel o de vainilla. El problema rau en el fet que el brouater no pot controlar l'evolució de la seva cervesa un cop l’ha entregat al client, i pot ser que la cervesa passi de tenir un toc enriquidor a fer pudor de mantega. 

D’altra banda i de forma general, el Diacetil pot arribar a ser acceptable en cerveses d’alta fermentació i cerveses de fermentació espontània, mentre que en cerveses de baixa fermentació es considera sempre un defecte. 

Història:

El coneixement i l'acceptació del Diacetil i de la 2,3-pentanodiona entre brouaters han canviat considerablement en les últimes quatre o cinc dècades. Un informe del 1952, per exemple, declarava que el nivell mitjà de Diacetil en la cervesa comercial nord-americana era de 0,33 mg/L, més de tres vegades el llindar de percepció de 0,10 mg/L. Avui en dia la mitjana és d'uns 0,05 mg/L. Existeixen algunes excepcions notables. Algunes Stout poden tenir nivells tan alts com 0,60 mg/L, i algunes Pale Ale britàniques tenen nivells de Diacetil prop de 0,30mg/l. 

En 1870, Pasteur va observar que els bacteris de fermentació làctica impartien també, entre altres coses, aromes làctics entre les quals es podien comptar les de mantega. Però la relació entre aquest aroma i el diacetil només es va establir en 1939 per Shimwell.

Durant molt de temps, es va considerar que el diacetil era el resultat d'alguna infecció bacteriana, però també es va observar que apareixia en cerveses obtingudes per mitjà de protocols impecables des del punt de vista de la neteja.

Nivells:

Els nivells de diacetil en cerveses elaborades per micro-broueries tendeixen a variar considerablement, des de 0,03 mg/L a més de 1,0 mg/L Un altre motiu que condueix els brouaters a tenir molt poca apreciació al diacetil, és que la seva presència sol interpretar-se com un defecte en la perícia elaboradora. Com ho veurem més avall, el Diacetil resulta de la fermentació o d’una infecció. En el primer cas, val a dir que hi ha soques de ferment que produeixen més Diacetil que d’altres, especialment soques de ferment anglès fortament floculent. 

Orígens:

Es poden descriure diversos orígens del Diacetil en la cervesa, només dos de les quals se solen discutir àmpliament. 

El primer se situa durant la fermentació, on és creat indirectament pel llevat de cervesa. L'altra font ben coneguda és la infecció bacteriana. La tercera font és probablement la menys coneguda: l'envelliment de la cervesa. 

1.- Fermentació 

El llevat de cervesa (Saccharomyces spp) normalment produeix quantitats significatives de Diacetil durant les primeres fases de la fermentació. 

• 1.1.- VALINA. 

La presència de diacetil i de la 2,3,penta-diona en la cervesa es troba directament relacionada amb el metabolisme de la Valina i de la Leucina respectivament. Hem d’estudiar amb una mica de deteniment la qüestió de la Valina (Nota 2). No estudiarem el cas de la Isoleucina que introdueix la 2,3,penta-diona perquè aquesta imparteix olor de mel, cosa no tan desagradable com la olor de mantega del diacetil i perquè, a més, el seu llindar de percepció és 10 vegades més alt i per tant no sol afectar greument el perfil aromàtic de la cervesa. 

• 1.1.1.- Aminoàcids 

La base de les estructures de les cèl·lules són els aminoàcids (Nota 3). El ferment en necessita diversos en diferents graus d’importància i de velocitat d’absorció. Especialment, es fa una classificació d’aminoàcids que defineix tres categories. 

1. La primera comprèn els aminoàcids “poc” importants en la mesura que el ferment pot ser capaç de generar-los o de generar les estructures que contenen. (Àcid Glutàmic, Glutamina, Àcid aspàrtic, Asparagina, Serina, Treonina).
2. La segona categoria inclou els aminoàcids “vitals”. El ferment en pot sintetitzar una part però són tan importants que cal que n’hi hagi en el most per a assegurar-ne un bon proveïment durant la fermentació. (Valina, Isoleucina, Glicina, Fenilalanina, Tirosina, Alanina)
3. En la tercera categoria, trobem els aminoàcids absolutament indispensables. El ferment no té la capacitat de generar-ne cap part i per tant s’han de trobar indefectiblement en el most (Lisina, Arginina, Leucina, Histidina, Triptòfan). 

Aquesta classificació pot variar segons les soques de ferments. El lector haurà observat la presència de la Valina en el segon grup.

La cèl·lula de ferment necessita el Nitrogen (en forma de NH3) perquè és un element fonamental de la seva alimentació, i necessita l’esquelet de carboni per a les seves estructures i especialment per a les estructures noves que ha de generar en la reproducció. Afortunadament, els mostos tot gra solen comportar una quantitat i una varietat de proteïnes suficients per permetre una fermentació sana. Així és com ens hem acostumat a quantificar i designar globalment el contingut en aminoàcids d’un most amb l’acrònim imprecís però suficient de FAN (Free Amino Nitrogen) (També he llegit Free Available Nitrogen). Aquest valor, expressat en mg/L és un bon indicador del Nitrogen en el most i, per tant, un bon indicador de la presència d’aminoàcids, independentment de quins són. 

Per a la fermentació vigorosa, una quantitat suficient de FAN ha d'estar present en el most. Una excessiva concentració de FAN en el most tampoc és desitjable però, ja que això pot causar la producció d'una quantitat significativa d'alcohols de fusel. (Aquest seria un bon motiu per que els monjos fan servir importants quantitats d'adjunts no aminats en les seves cerveses d'alta densitat). 

No disposem del valor mitjà recomanable per als FAN. 

De moment haurem de retenir que la Valina (i altres aminoàcids) són indispensables però que, en part, pot ser sintetitzada per la cèl·lula pel cas que en faltés. Cas que és freqüent en cerveses on el gra és substituït per extractes o additius com el blat de moro o l’arròs. 

Per acabar d’entendre la formació del diacetil i, accessòriament, la seva reducció, cal que ens aturem a estudiar una mica el que passa amb la glucosa dins de la cèl·lula de ferment. 

• 1.2.- Metabolisme de la Glucosa i altres fenòmens curiosos. 

En la fermentació, els sucres tenen un paper especialment rellevant. Els sucres més simples, constituïts d’una sola molècula són immediatament absorbits i els que estan constituïts de més d’una molècula són primer “trencats” fora de la cèl·lula i després assimilats com a sucres simples. El ferment no absorbeix sucre per que li sigui agradable (potser també). El necessita com a font d’energia. 

Normalment, diem que el sucre és transformat en alcohol i gas carbònic. No és mentida però és molt poc detallat. Tampoc podem entrar en el detall complet de la fermentació en la mesura que hi ha coses que encara es troben en fase d’investigació. Però sí que caldria adonar-se d’un fet interessant: La Glucosa entra en la cèl·lula i no es transforma de seguida en alcohol i gas carbònic. Ha de passar per una sèrie d’etapes durant les quals es produeixen nombroses reaccions i modificacions que, al final, tenen un benefici positiu en matèria d’energia per a la cèl·lula. 

Bàsicament, un cop la Glucosa ha entrat en la cèl·lula, es transforma, al cap d’una via complexa, en àcid pirúvic (CH3COCOOH). Aquest és com una espècie de cruïlla des de la qual poden passar una multitud de coses. La que podríem qualificar de ”normal” seria la que condueix a l’acetaldehid i després directament a l’etanol. 

a) Glucosa → àcid pirúvic →acetaldehid → etanol 

Quan no hi ha prou Valina en el most, el ferment necessita "fabricar-ne". De fet sempre en fabrica, només que quan no hi ha Valina, en fa molt més. Llavors, "desvia" una part de l'acid Pirúvic cap a aquest menester. Concretament: 

b) Glucosa → Àcid Pirúvic → Acetaldehid → Àcid Acetolàctic → Valina 

El que sol passar llavors és que sobri Àcid Acetolàctic. En aquest cas, aquest àcid és expel·lit fora de la cèl·lula i es transforma espontàniament, sense l'ajuda de cap enzim en Diacetil. 

c) Glucosa → Piruvat (àcid pirúvic) → Acetaldehid → Acetolactat → Diacetil 

La influència del contingut en Valina sobre la producció de diacetil es demostra pel fet que l'enzim que produeix l’acetolactat-alfa s'inhibeix directament per la presència de Valina, així que quan els nivells de Valina interns del llevat són prou alts, aquest enzim és inhibit i la producció total de diacetil es redueix. 

Repetim una mica:

Atès que la Valina és un aminoàcid (un dels prop de 20 blocs de construcció de les proteïnes), és lògic pensar que els nivells de proteïna en el most exerciran una influència sobre la formació de Diacetil durant la fermentació. Això ha estat demostrat ser el cas. Els mostos deficients en nitrogen lliure (FAN) són els mateixos que també són deficient en Valina, i ha estat demostrat que els baixos nivells de FAN en el most poden portar a nivells elevats de Diacetil en la cervesa final. Atès que hi ha menys Valina, el llevat n'ha d'assumir la creació (en part) i això condueix a una major activitat de l'enzim que produeix l'Acetolactat-alfa (acetohidroxiácid sintasa), que al seu torn condueix a més Acetolactat-alfa extra-cel·lular i dóna com a resultat alts nivells de diacetil. 

Reabsorció:

Independentment de la quantitat de Valina (o FAN) present en el most, sempre es produeix Diacetil durant la fermentació, poc o molt, però quan el llevat ha completat el procés de fermentació, comença a reabsorbir el diacetil dins de les cèl·lules i a reduir-lo (químicament i quantitativament) en Acetoïna i 2,3-butanodiol (ambdós tenen llindars de percepció més alts que el diacetil, i per tant, no juguen cap paper en el gust de la cervesa) a través de l'acció enzimàtica. 

d) Diacetil → Acetoïna → 2,3 Butà-diol 

Control: 

Si calgués traçar (resseguir) els nivells de diacetil en el transcurs d'una fermentació, començaríem des de zero i arribaríem a algun lloc entre els centenars de parts per mil milions en els primers dies, abans que comencés a baixar (a raó de més o menys 50% per dia, depenent de la soca de llevat i de la temperatura) fins a nivells molt per sota de 100 ppb. Així és com els fabricants de cervesa, especialment les més grans, poden determinar quan les seves fermentacions han arribat a compleció i establir que s’ha acabat i que la cervesa verda està a punt per ser refredada i filtrada: quan els nivells de diacetil cauen precipitadament. Això es fa generalment amb un cromatògraf de gasos creat específicament per a aquesta finalitat. Hi ha altres mètodes per mesurar el diacetil que són una mica antiquats i menys precisos. En descrivim un al final del capítol.

Floculació: 

La floculació del llevat també pot influir en els nivells de diacetil de la mateixa manera que un final prematur de la fermentació: els llevats altament floculants es retiren d’hora o es "desactiven" a si mateixos abans que hagin pogut reduir el diacetil. Si es combinen les variacions en la capacitat de floculació amb els rangs de producció de l'enzim, posarem en evidència que la producció de diacetil i la seva reducció poden variar considerablement en funció soca de llevat. 

Altres:

El pH, la pressió i la temperatura també afecten. Si els nivells de valina en el most s'esgoten prematurament existeix la possibilitat que es produeixi un segon pic de diacetil, cosa que molt probablement es produirà en la cervesa acabada. És per això que els fabricants de cervesa han d'insistir en l'ús de malt d'alta qualitat amb nivells adequats de nitrogen, els quals, durant la maceració han de conduir a nivells adequats de FAN i per tant de Valina. Si es fan servir malts de menor qualitat, hi ha el risc de deficiència de Valina i d’alts nivells de diacetil (entre molts altres problemes associats amb l'elaboració de la cervesa de malt de baixa qualitat). 

2.- Infeccions 

La segona forma de producció de diacetil en la cervesa és a través de les infeccions bacterianes. Els dos principals responsables bacterians són Pediococcus i Lactobacillus (Cocs gram positius/ catalasa negatius i varetes, respectivament). Ambdós bacteris produeixen àcid làctic, de manera que quan es detecta l'aroma de mantega juntament amb un caràcter agre, és bastant segur que s'ha produït una infecció. La font més comuna de contaminació prové de la contaminació del llevat d’inoculació (pitching) 

3.- Maduració. 

La forma final en què es forma diacetil en la cervesa és durant l'envelliment de la cervesa. No hi ha molta discussió sobre aquest fenomen, ja que no sol donar lloc a nivells especialment detectables de diacetil atès que a més poden ser emmascarats per oxidacions o enranciments de perfil més intens. Aquest procés és similar als processos que creen diacetil durant la fermentació: l'oxidació no enzimàtica d'acetolactats-alfa. Això, com ho hem vist, passa sense la presència de llevat. Això passa més sovint quan el llevat és una mica disfuncional; després d'haver perdut part de la capacitat de metabolitzar tot l'àcid alfa-acetolàctic, en deixa més en la cervesa i resulta en la producció de diacetil a través d'una reacció d'oxidació amb altres constituents del most (com ara melanoïdines).. 

Com limitar la producció de diacetil 

• Cal utilitzar malt d'alta qualitat (alt contingut de nitrogen)
• Cal utilitzar un llevat saludable amb una bona ràtio d’inoculació (10^6 cèl·lules/ml/ºPlato), amb una bona oxigenació/ventilació després del refredament.
• Instauració d’una "etapa diacetil" al final de la fermentació (possiblement incloent un augment de la temperatura, especialment per a Lagers). Entre 12,77 i 15,5ºC durant 24 a 48 hores.
• Per a algunes cerveses realment clares on l'eliminació de tot el diacetil és important, també es pot utilitzar un mètode anomenat krausening. En el krausening, s'afegeix llevat actiu nou després que la fermentació hagi acabat de trencar les cetones que podia. Aquest mètode és relativament ràpid - ocupa menys d'un dia en la majoria dels casos. 
• No és bo separar el ferment de la cervesa prematurament, abans que aquest hagi fet la seva feina de reduir el diacetil.
• Bones pràctiques de sanejament per inhibir qualsevol infecció
• Limitar la presència d’oxigen en l'envasat, per exemple reduint a màxim l'agitació mecànica.
• Finalment, alguns brouaters comercials utilitzen additius químics (Maturex) per trencar químicament el diacetil i la pentainediona.

Com detectar la potencial presència de diacetil: 

Una forma prou eficaç consistiria en els passos següents.

1. Preparar dos gots iguals, tapats per exemple amb alumini.
2. Omplir-los de la cervesa que volem mesurar.
3. Posar-ne un al bany Maria a 60-71ºC durant 20 minuts.
4. Refredar l’exemplar escalfat fins a la temperatura de l’exemplar de control.
5. Olorar. 

En realitat, en el recipient escalfat, hem estat accelerant la transformació del possible acetolactat-alfa en diacetil, una reacció que sabem que es fa de forma espontània, sense la intervenció de cap enzim. 

Diagnòstic: 

1. Cap de les dues cerveses fa olor de diacetil. Perfecte. La cervesa ha arribat al final de la fermentació.
2. La cervesa escalfada fa olor de diacetil mentre que la de control, no. Encara hi ha massa acetolactat alfa en la cervesa. Caldrà procedir a una etapa de diacetil a 20ºC entre hores i dies. Anirem repetint l’experiment fins a trobar-nos a la situació a. 
3. Les dues mostres fan olor de diacetil. Pot ser que hàgim fet la prova massa aviat. També és possible que la cervesa estigui infectada per Pediococcus. I també pot ser que el ferment hagi mutat i s’hagi convertit en una soca incapaç de reduir el Diacetil. 

Nota 1 

Cetona (Viquipèdia) 

Una cetona és un compost que conté el grup funcional carbonil enllaçat a dos altres àtoms de carboni (aquest grup pot ésser anomenat també cetona). Una cetona està representada doncs per la fórmula general: R1(CO)R2. 

Segons la normativa IUPAC s'anomenen amb el sufix -ona. 

També existeixen cetones amb noms tradicionals com l'acetona o la benzofenona. En alguns àmbits, per exemple l'industrial, s'utilitzen altres nomenclatures com la que anomena els grups R1 i R2 com a radicals (amb sufix -il) seguits de -cetona. 

Nota 2

Valina: (Wikipedia)  

És un dels aminoàcids essencials. Forma part integral de molts teixits, especialment el teixit muscular. Pot ser usada per aconseguir energia pels músculs en exercitació, possibilita un balanç de nitrogen positiu i intervé en el metabolisme muscular i en la reparació de teixits. 

Nota 3 

Aminoàcids (Viquipèdia) 

Estructura genèrica d'un alfa aminoàcid en la seva forma no ionitzada Els aminoàcids són molècules que contenen un grup amino (NH2), un grup carboxil (COOH) i una cadena lateral (R) que varia entre els diferents aminoàcids. Els elements bàsics d'un aminoàcid són el carboni (C), l'hidrogen (H), l'oxigen (O) i el nitrogen (N). Són particularment importants en bioquímica, on se’ls sol anomenar alfa aminoàcids. 

Un alfa aminoàcid té la fórmula química genèrica: H2NCH-R-COOH, on R és un substituent orgànic. El grup amino (NH2 o H2N) està enllaçat a l'àtom de carboni immediatament adjacent al grup carboxil (α-carboni). Existeixen altres tipus d'aminoàcids quan el grup amino està enllaçat a un àtom de carboni diferent; per exemple, en els gamma- aminoàcids (com l'àcid gamma-aminobutíric) el carboni a què està enllaçat el grup amino està separat del grup carboxil per dos àtoms de carboni. 

Els alfa-aminoàcids es diferencien per la cadena lateral (grup R) enllaçada a l’α-carboni, que pot variar de pes des d'un sol àtom d'hidrogen en la glicina fins a un grup heterocíclic gran en el triptòfan. Els aminoàcids són molt importants per a la vida i tenen moltes funcions en el metabolisme. Una funció molt important és que serveixen com a blocs de construcció de les proteïnes, que són llargues cadenes lineals d'aminoàcids. 

Els aminoàcids poden estar units en diferents seqüències per formar una àmplia varietat de proteïnes. Hi ha 22 aminoàcids que són incorporats de manera natural a polipèptids i són anomenats proteïnògens o aminoàcids estàndards. D'aquests, 20 són codificats pel codi genètic universal. 

Hi ha nou aminoàcids que s'anomenen “essencials” per als humans, ja que no poden ser sintetitzats a partir d'altres compostos pel cos humà, i per tant s'han d'incorporar a partir de la ingesta. 

Nota 4:

Crec que l'acetolactat alfa també es diu àcid acetolàctic.

 

 

Fonts: 

http://beersensoryscience.wordpress.com/2010/11/18/diacetyl-1/ 

George Fix: Principles of Brewing Science (brewer’s publications. Second edition. Boulder, 1999) 

Chris White & Jamil Zainasheff. Yeast. (Brewer’s publications. Boulder, 2010) 

Chris Boulton & David Quain. Brewing yeast & fermentation. (Blackwell publishing, Oxford, UK, 2006) 

Priest & Steward. Handbook of brewing. (Taylor & Francis 2006. Second edition.)