MobiLab – Assorbimento d’acqua in grani e luppolo (seconda parte)

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16/04/2013 di movimentobirra

... dai grani macinati...

Dai grani macinati…

L’analisi 

L’assorbimento di mosto da parte delle trebbie è un parametro utile per poter calcolare le quantità di acqua da impiegare per ottenere un determinato volume di mosto. La regola che spesso si impiega – cioè acqua assorbita = “tot” litri per kg di grani – è in realtà una semplificazione pratica di un processo più complesso: per fare un esempio, quando diciamo che “5 litri sono stati assorbiti dai grani” (trascurando altre possibile perdite) in realtà questo vuol dire solo che come risultato finale immettendo 20 litri di acqua ci ritroviamo con 15 litri di mosto. Daniels nel suo “Progettare Grandi Birre” più correttamente considera che le trebbie sono in quantità minore rispetto ai grani  – composti per la maggior parte di amido, che nel processo viene disciolto nel mosto – e ipotizza che il reale assorbimento di mosto sia pari a circa quattro volte il loro peso effettivo. Dato che questo peso in realtà rappresenta solo una frazione del peso originario dei grani (Daniels ipotizza il 40%) ecco che per ogni Kg di grani si ottengono 400gr di trebbie le quali, nell’ipotesi di cui sopra assorbono circa 1600 gr; quindi si può concludere che il loro “potere assorbente” è tale per cui è “come se” 1 kg assorba 1,6 litri di mosto (questo è il coefficiente da lui proposto). Un particolare aggiuntivo da considerare, però, è che nel bilancio complessivo dobbiamo anche considerare proprio  le sostanze (amido, proteine) che i grani hanno ceduto al mosto, aumentandone peso e volume! Quindi anche se la quantità equivalente effettivamente assorbita dai grani è 1,6 lt/kg come riportato da  Daniels, in pratica il mosto ha una ammanco di volume “come se” l’assorbimento fosse minore  (tra 0,8 e 1 lt/kg).

A questo punto ci interesserebbe sapere almeno approssimativamente  quale percentuale del peso dei grani rappresenti le sostanze cedute al mosto (e di conseguenza quale percentuale di peso dei grani sia rappresentato dalle trebbie). In condizioni ideali, di laboratorio, le sostanze solubili si avvicinano all’80% del peso dei grani maltati; considerando una efficienza di ammostamento più realistica, si può stimare che la percentuale sia del 70% e che le trebbie esauste rappresentino quindi il 30% del peso iniziale – un po’ meno del 40% considerato da Daniels che probabilmente si basa su efficienze ancora minori.

Facciamo un esempio per chiarire tutto il processo

10 kg di grani in ammostamento

70% di sostanze solubili cedute, 30% trebbie (quindi 3 kg)

3 kg di trebbie assorbono 12 litri (4x) di liquido

MA

ci sono anche 7kg di sostanze solubili provenienti dai grani e disciolte  nel mosto. Questi 7 kg occupano circa 4 litri (*)

Quindi alla fine accanto a una perdita di volume di 12 litri vi è un guadagno di circa 4 litri, e nel bilancio finale si ha una diminuzione di 8 litri rispetto all’acqua immessa nel processo.

Questo all’atto pratico è equivalente a dire che i 10 kg di grani hanno “assorbito” 8 litri (0.8 lt per kg), anche se in realtà non è stato esattamente così.

* Ho presupposto che per la maggior parte, dopo il mash, si tratti di zuccheri.

Gli zuccheri disciolti in acqua hanno una densità di circa 1,6 (come si può anche calcolare a partire dalle formule di conversione fra OG e concentrazione degli zuccheri, o grado Plato).

Quindi 7 kg di zuccheri = ca. 4.3 kg

L’esperimento pratico

La descrizione dell’esperimento e la procedura sono state riportate nel precedente numero (il n. 7) della rivista, dove sono stati anche brevemente analizzati i risultati relativi ad altri parametri.

Scopo:studio di alcuni parametri che entrano in gioco nella birrificazione

Parte due: acqua assorbita dai grani

Procedimento: si tratta semplicemente di misurare e prendere nota di alcuni valori, buona parte dei quali dovrebbero già essere oggetto di “registrazione” quando si fanno le cotte.

Misurazioni e parametri da effettuare e riportare:

  • ricetta dettagliata
  • tecnica usata
  • attrezzatura
  • quantità di acqua impiegata nelle varie fasi
  • temperature (e pH se disponibile) nelle varie fasi
  • quantità raccolte, pre- e post-bollitura
  • densità/gradazione durante le varie fasi (incluso OG, FG)
  • temperatura ambiente durante la fermentazione
  • Misura Extra:  peso delle trebbie ancora inzuppate, dopo lo sparge

La misura “extra” non ci dà una indicazione diretta e precisa dell’effettivo assorbimento (perché non sappiamo a priori con esattezza quanta sostanza dei grani viene ceduta al mosto) ma incrociandola con altri dati può essere utile nell’analisi dei risultati.

Questa misura dipende anche dallo spazio morto sotto il rubinetto. Gli sperimentatori dovrebbero aggiungere se possibile  una stima di questo spazio. In generale i risultati possono dipendere dall’attrezzatura e tecnica impiegata (fly/batch sparge, bazooka o tino-filtro) che va quindi specificata.

... alle trebbie

… alle trebbie

Risultati

Come forse ci si poteva aspettare, non è facile ricavare conclusioni precise e definitive dai dati raccolti e successivamente elaborati. Da un punto di vista “scientifico”, a quanto sembra i parametri in gioco sono molteplici e i loro effetti presi singolarmente appaiono inferiori alla precisione delle misure riportate: in particolare le perdite “di sistema” e quelle per evaporazione non sono facilmente stimabili con precisione. Da un punto di vista pratico invece il problema di stimare con una certa approssimazione le quantità di acqua da impiegare può essere risolto in modo accettabile.

Nelle tabelle che seguono ho provato a fare un bilancio di ognuna delle cotte, utilizzando i dati in modi diversi per arrivare a conclusioni simili. La prima tabella (A) raccoglie i vari dati riportati, non tutti utilizzati (non sono stati riportati quelli relativi al luppolo e alla temperatura di fermentazione, già discussi nel numero precedente). Nella Tabella B riporto alcuni parametri calcolati, con la relativa formula nella riga di intestazione.

Il primo bilancio, che può dare un’idea della “congruenza” dei dati raccolti, è semplicemente quello della “conservazione” della materia, ovvero: tanti ingredienti (acqua+grani) entrano nel processo, quanta “materia” (mosto ottenuto e “perso”, trebbie) devo ottenere alla fine, indipendentemente da efficienza o assorbimento da parte delle trebbie. Già questo semplice calcolo porta a discrepanze più o meno ampie, tutte in “difetto”. Per questo ho ipotizzato la presenza di un fattore solitamente non considerato, ovvero l’evaporazione durante le fasi di mash e sparge, non trascurabile visto che il mosto è tenuto ad una temperatura di 70C e che viene fornita energia per raggiungere e mantenere questa temperatura. La stima di questo parametro non è facile dipendendo da diversi fattori: temperatura del mosto, temperatura e umidità dell’aria, superficie di scambio e naturalmente il tipo di impianto e di processo: è evidente che nel caso di tino-filtro coibentato e chiuso e uso di pompe le perdite sono pressoché nulle mentre nel caso di impianti più semplici – con frequenti aperture del coperchio, mescola manuale e trasferimenti di liquidi più rudimentali – esse sono maggiori.

Nei miei calcoli, piuttosto che dedurre esattamente l’evaporazione dalle discrepanze nel bilancio delle materie, ho preferito inserire un valore arbitrario (tra 1 e 1,5 litri a seconda della dimensione della cotta e quindi presumibilmente della superficie di scambio) che riducesse le discrepanze accettando tolleranze sulla variabilità dei risultati ottenuti.

In base alle discrepanze residue (vedi colonna B14) dopo l’aggiunta di questo parametro, ho scartato i dati di due cotte sulle cui misurazioni è necessaria una ulteriore verifica e analisi.

Nella prima parte della tabella (da B1 a B9) ho seguito più in dettaglio il “percorso” delle quantità durante il processo, arrivando in un certo senso a risultati analoghi a B14 per altra via. La corrispondenza è accettabile ma non perfetta per via della stima approssimata dell’efficienza del processo.

misurare il PHÈ riportato anche il semplice rapporto fra peso delle trebbie inzuppate e dei grani utilizzati (B10). È in definitiva il parametro utilizzato da Daniels citato all’inizio di questo articolo; come si diceva non rappresenta né l’esatto parametro teorico di assorbimento, né quello pratico (non tenendo conto di delle quantità di materia ceduta dai grani) ma è un interessante indice di  riferimento, in quanto in prima approssimazione dovrebbe essere costante nelle varie cotte, e le sue variazioni quindi riflettere le differenze dovute ad attrezzature e processi leggermente diversi. Possiamo notare che il valore è vicino all’1,6 indicato da Daniels e un po’ più basso nei casi di Fly-Sparge, per i quali è possibile che le trebbie risultino meglio sgocciolate rispetto ad un Batch Sparge, dove una maggior quantità di mosto rimane a inzuppare le trebbie poste sul fondo.

Infine nelle colonne B15 e B16 viene riportato il parametro di maggior interesse pratico: l’assorbimento “equivalente” di cui si è scritto all’inizio di questo articolo, ovvero il parametro che mi permette di calcolare le perdite per assorbimento “come se” il processo non fosse in realtà più complesso.

Il parametro (in due varianti) è ricavato semplicemente calcolando il volume “mancante” in modo da pareggiare il bilancio, e in esso per entrambe le varianti non è inglobata la perdita di mosto nel sistema (fondo del tino-filtro) dato che questa è specifica dell’attrezzatura e metodo utilizzato. Il parametro ca1 di cui alla colonna B15 non tiene conto dei possibili effetti di evaporazione sopra discussi, e li ingloba in esso, quindi il calcolo del volume pre-bollitura VP (a 20C) risulta:

VP= Vmash+Vsparge-Vsist-G*ca1

dove Vmash e Vsparge indicano le quantità di acqua immesse nelle fasi del processo, Vsist la perdita di mosto nel tino filtro (tutto in litri) e G la quantità di grani in Kg.

Vediamo che i valori per le varie cotte sono tutti molto vicini a 1, quindi utilizzare questo valore  permette una stima sufficientemente accurata per le esigenze pratiche. Il valore è compatibile con quello ampiamente usato in letteratura (si veda l’osservazione relativa alla temperatura più sotto)

Nella variante ca2, la quantità di liquido Ve persa per evaporazione durante il mash e sparge non viene inglobata e va quindi considerata a parte nei calcoli:

VP= Vmash+Vsparge-Vsistema-Ve-G*ca2

Infine, alcune osservazioni finali:

– Nei calcoli di cui sopra, e come si vede dalle tabelle, si considera il volume del mosto alla temperatura di 20C, applicando un fattore di contrazione del 3% nel caso che la misura sia stata effettuata a 70C come solitamente avviene in pratica. Questo sia per uniformità con le altre quantità misurate, sia perché quello che interessa al produttore è stimare  la quantità effettiva di mosto finale ottenuta a temperatura ambiente – mentre se si ragiona sulla quantità a 70C si avrà poi una piccola “delusione” al momento di verificare la quantità di birra ottenuta. Per chi voglia comunque stimare il volume a 70C, il coefficiente ca1 (e ca2) è leggermente minore, scendendo di poco sopra all’ 0,8 a volte riportato nei testi. (Ringrazio Alessandro Melis degli HBS per l’osservazione)

– Si osserva una variazione piuttosto ridotta dei parametri di assorbimento al variare

dell’efficienza che si è ipotizzata

– Non sembrano esserci vistose variazioni neppure al variare della OG del mosto della birra in preparazione, anche se qualcuno tiene conto anche di questo parametro per una stima più accurata.

mobilab3  scarica le tabelle in formato excel

 tabella

Massimo Faraggi

(foto di Rosalba Gelardi)

2 thoughts on “MobiLab – Assorbimento d’acqua in grani e luppolo (seconda parte)

  1. maxbeer ha detto:

    ho caricato e linkato nell’articolo le tabelle in formato excel. Nel foglio 2 e 3 ci sono i semplici dati da cui sono ricavate le tabelle, nel foglio 1 i dati completi e i vari calcoli (non so quanto comprensibili ;-))

  2. […] per un test che sarà possibile proseguire su più ampia scala (qua il link alla prima e alla seconda puntata). Si tratta di comparare diversi lieviti utilizzandoli su uno stesso mosto in eguali […]

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