densità, grado Plato e alcol nel

Mosto E Nella Birra

In Baviera si praticava un metodo alquanto singolare per stabilire la qualità della birra: ne veniva versata un po’ sulla panca su cui si sedevano gli avventori che, come di costume, allora indossavano il classico pantalone di cuoio. Dopo la bevuta, quando si alzavano, se la birra era di buona qualità i pan- taloni dovevano rimanere incollati alla panca. In caso contrario o il birraio aveva risparmiato troppo sulle materie prime, o l’oste aveva annacquato la birra. Le prime misure strumentali per stabilire la qualità della birra risalgono all’Inghilterra della fine del ’700. L’invenzione del saccarometro è attribuita a Thomas

Thomson, ma le prime applicazioni avvennero nell’ambito della distillazione. Il primo saccarometro per birrai fu costruito da Benjamin Martin: venne utilizzato la prima volta nella produzione di birra da James Baverstock nel 1770, ma fu reso popolare da John Richardson nel 1784. Richardson ne consentì un’ampia diffusione tra i birrai inglesi. Le prime misure esprimevano il risultato in libbre per barile e hanno permesso di stabilire le accise in modo accurato.

I gradi Brix e Plato

Carl Josef Napoleon Balling nel 1843 ha ulteriormente migliorato il saccarometro, ma soprattutto ha proposto una correlazione tra la densità e la concentrazione degli zuccheri definendo il grado Balling °Bl come percentuale peso in peso alla temperatura di 17,5 °C. In seguito, il merito principale di Balling è stato quello di trovare una formula empirica che attraverso il residuo dei carboidrati non fermentati e dell’alcol formato dopo la fermentazione permettesse di risalire all’estratto originale della birra. Nei successivi 20 anni ha continuato a perfezionare la formula mettendo in relazione l’estratto origi- nale del mosto alla birra dopo la fermentazione. Ancora oggi la formula di Balling ci permette di risalire al grado originale del mosto conoscendo almeno due parametri, ad esempio, la densità della birra e il contenuto in alcol. A fine ’800 Adolf Ferdinand Wenceslaus Brix e successivamente ai primi del ’900 Fritz Plato hanno ulteriormente migliorato la scala di Balling introducendo i gradi Brix l’uno e i gradi Plato l’altro. I miglioramenti di Brix e Plato hanno portato ad effettuare le misurazioni alla temperatura standard di 20°C al posto dei 17,5°C stabiliti da Balling; inoltre sono riusciti ad ottenere valori

Il Metodo Della Goccia

Negli anni ’70 non esistevano i piccoli densimetri di oggi, che danno risultati affidabili con poche gocce di liquido. Nella ricerca per le fermentazioni sperimentali si disponeva di pochi litri di mosto soggetto ad un intenso campionamento. Allora si ricorreva a un metodo un po’ approssimato, ma pratico, che permetteva di usare pochi cc di liquido: si preparavano diverse soluzioni a concentrazione nota di saccarosio, si prelevava una piccola quantità del prodotto in fermentazione e si versava una goccia della soluzione zuccherina a concentrazione nota, il più vicina possibile al risultato atteso. A quel punto si osservava il comportamento della goccia: se la goccia fosse affondata, si sarebbe ripetuta l’operazione su un altro campione con una goccia di soluzione zuccherina meno concentrata. Se la prima goccia invece avesse galleggiato, la seconda prova si sarebbe eseguita con una goccia più concentrata. Per ottenere una misura approssimata ma non lontana da quella reale si interpolavano i °P delle due soluzioni zuccherine utilizzate. Ovviamente le soluzioni dovevano essere preparate fresche tutti i giorni. di densità più accurati passando da 3 a 5 cifre significative. Il °P si è meglio adattato alle misure di densità del mosto e della birra ed è utilizzato ancora oggi in questo campo. Il °Bx è rimasto valido per tutto il mondo delle bevande, del vino e dei succhi di frutta. A ben vedere al giorno d’oggi non potremmo più fare affidamento sul °Bl, perché con sole tre cifre significative dei valori di densità non potremmo andare oltre alla prima cifra decimale nel calcolo del grado Plato. I densimetri moderni riescono a misurare fino alla sesta cifra decimale: considerando corretta la quinta cifra decimale, il calcolo del °P alla seconda decimale risulta preciso e accurato. Ai fini pratici spesso si confonde la densità con il peso specifico: Il concetto di densità è meno tangibile di quello di peso specifico, perché la densità è una proprietà intrinseca della materia e misura il rapporto tra la massa e il suo volume, ma ai fini pratici è impossibile misurare la massa se non viene sottoposta a una forza. Il modo più semplice per misurare massa è attraverso la forza di gravità, e perciò attraverso il peso. Per ottenere il peso specifico occorre anche una forza che si opponga alla gravità, per questo bisogna avvalersi della spinta di Archimede. Per farlo dobbiamo applicare uno dei concetti della fisica newtoniana che abbiamo appreso fin dalla scuola media: ricordate il terzo principio della dinamica? “Ad ogni azione corrisponde una reazione uguale e contraria”, in questo caso la forza che si oppone alla gravità è la spinta di Archimede. “un corpo immerso in un fluido riceve una spinta dal basso verso l’alto pari al peso del volume del fluido spostato”. Questa è la risposta alla forza di gravità che ha fatto gridare “Eureka” ad Archimede. Il peso del volume è il peso specifico. Se fossimo a gravità zero, ad esempio nello spazio, avremmo ancora una massa, ma non il peso specifico, per cui non saremmo in grado di usare il saccarometro. La misura della densità deve tenere in considerazione anche altri parametri che possono influire su precisione e accuratezza. I parametri che possono influire su massa e volume sono: temperatura e pressione. Occorre però anche chiarire il concetto di Densità Assoluta e Relativa. La Densità Assoluta è la massa di un solido, un liquido o un gas per unità di volume, in condizioni di pressione e temperatura standard (20°C e 1 atm); il valore è espresso attraverso le dimensioni che si attribuiscono alla massa e al volume e possono essere kg/m3 nel sistema internazionale oppure kg/dm3 o g/cm3 o ancora altre. Nei solidi e nei liquidi che sono incomprimibili possiamo ritenere la pressione trascurabile, mentre bisogna prenderla in considerazione nei gas che sono comprimibili. Discorso diverso per la temperatura che influisce sul volume di tutti gli stati della materia quindi anche su solidi e liquidi. La densità assoluta è una misura dimensionale, quindi, assume una dimensione per la massa (kg) e uno per il volume (dm3). Se usassimo g per la massa, per essere congruenti dovremmo usare i cm3 per il volume. Ed è qui che entra in ballo la densità relativa, che si ottiene dividendo la densità assoluta espressa in kg/dm3, a 20°C, con la densità assoluta dell’acqua distillata pura, espressa in kg/dm3 alla temperatura di 4°C (perché a questa temperatura la densità assoluta dell’acqua è pari a 1 kg/dm3). La densità relativa solitamente viene indicata come “d” (20/4)°C senza indicare le dimensioni. Dal punto di vista pratico, nel mosto o nella birra si utilizza una densità relativa leggermente diversa: invece che rapportarla all’acqua a 4°C lo si fa con acqua a 20°C. In questo caso la densità assoluta dell’acqua non è più 1 kg/dm3, ma 0,9982071 Kg/dm3. Per distinguere la nuova densità relativa da quella classica a 4°C citata nelle pubblicazioni, la troveremo indicata con la sigla SG (20/20)°C (Specific Gravity). Ovvero peso specifico, non assoluto, ma relativo all’acqua a 20°C che, essendo adimensionale, è in realtà equiparabile alla densità relativa. La densità relativa (o Specific Gravity) attraverso formule empiriche può essere messa in relazione con le concentrazioni zuccherine per costruire delle tavole di conversione, o ancora meglio, per formulare delle equazioni polinomiali molto accurate con almeno 4 o 5 cifre significative per SG e 2 cifre significative per l’estratto °P. La densità può essere misurata con sistemi che a partire dal saccarometro di Thompson sono diventati sempre più sofisticati: il saccarometro si basa sulla densità dell’acqua e di sue miscele zuccherine. Per il principio di Archimede, i corpi che hanno densità relativa superiore a 1 affondano in acqua, quelli che l’hanno inferiore galleggiano. Il saccarometro è un corpo cavo non omogeneo che per la sua forma galleggia in un intervallo di densità ben definito, ma emergendo ad altezze diverse, l’asta graduata misura la densità relativa.

Altri metodi del passato

Un’altra possibilità per la misura della densità ci è fornita dalla rifrattometria, molto usata ad esempio nel mosto non fermentato. Questo metodo si basa sulla relazione che il grado di rifrazione ha con la concentrazione degli zuccheri e destrine presenti nel mosto. Un sistema molto usato in passato, più preciso del saccarometro, ma laborioso, ricorreva al picnometro, un recipiente a collo stretto che contiene un volume noto e di cui si conosce il peso preciso della tara e il volume. In questo caso era necessario l’utilizzo di una bilancia analitica di precisione e di un bagno termostatico di precisione. Questo sistema, usato insieme alla distillazione, rappresentava il metodo ufficiale adottato dalla legislazione italiana ed europea. Il metodo per distillazione prevede la separazione dell’alcol dalla componente solida, principalmente costituita da destrine; quindi, dopo aver riportato al volume iniziale con acqua distillata, si misura sia il distillato sia il residuo della distillazione. Un metodo considerato legalmente ufficiale, ma presto caduto in disuso e ora praticamente dimenticato, fu la bilancia di Westphal, uno strumento che rappresenta una via di mezzo tra una bilancia e un saccarometro.

Il sistema a tubo a U oscillante

Negli ultimi quarant’anni, questo sistema ha preso pieno possesso delle misure di densità, per l’elevato grado di affidabilità e per la sua praticità. Il tubo a U, quando viene sollecitato attraverso una vibrazione con frequenza costante, mostra un calo della frequenza proporzionale alla densità del campione in esame. Questo approccio, insieme alla misura dell’alcol con la tecnologia all’infrarosso, è il nuovo metodo ufficiale. Un tempo, per il passaggio da densità a °P si usavano delle tabelle di conversione, o dei nomogrammi basati sulla tecnica del regolo calcolatore, sistemi completamente soppiantati prima dai calcolatori e oggi dal computer. Metodi che richiedevano delle interpolazioni o comunque delle approssimazioni. Già in passato si poteva ricorrere a curve polinomiali, più precise ma poco pratiche almeno allora. Oggi anche con un semplice foglio excel possiamo usufruire facilmente di queste formule, migliorando oltretutto la precisione del risultato e limitando la possibilità di errori. Per trovare una relazione tra SG e °P si ricorre a una equazione polinomiale al posto delle ormai obsolete tabelle. Ecco la prima polinomiale valida per un mosto con SG > 1,060

°P=135,997*SG3 - 630,272*SG2 + 1111,14*SG - 616,688

La legge sulla birra del ’62

Dal punto di vista pratico i vecchi saccarometri avevano la possibilità di essere graduati direttamente in Gradi Plato. Mentre nella strumentazione più moderna la polinomiale è già inserita nell’algoritmo di calcolo degli strumen- ti. In Italia, la legge sulla birra n.1324 del 1962 aveva complicato la vita ai birrai: a differenza di altri paesi, da noi le accise non si pagavano sul grado Plato, ma su un fantomatico grado saccarometrico in volume, per cui il risultato ottenuto dal calcolo del grado Plato doveva essere riconvertito nel grado in volume per essere riconosciuto dalla legge italiana. Nelle birre di bassa gradazione la differenza era poco meno di 0,5°P, ma comunque significativa per i limiti di controllo. Sono dovuti passare oltre 35 anni perché il legislatore si accorgesse che era necessario uniformarsi al resto dell’Europa, riconoscendo il grado Plato come unico sistema di calcolo per stabilire la concentrazione zuccherina e per il calcolo dell’accisa: nel 1998 la modifica alla legge 1324 del 1962 ha adottato il grado Plato come misura e ridisegnato i limiti che stabilivano la denominazione delle birre. Così la vecchia denominazione legale “Birra Normale” compresa tra 11 e 13 gradi saccarometrici in volume diventava semplicemente “Birra” ed era compresa tra 10,5 e

12,5 gradi Plato. La definizione di “Birra Speciale” compresa tra 13 e 15 gradi saccarometrici in volume passava da 12,5 a 14,5 gradi Plato. La “Birra Doppio Malto” definita oltre 15 gradi saccarometrici in volume passava a oltre 14,5 gradi Plato. Inoltre, le definizioni “Birra Speciale” e “Birra Doppio Malto” perdevano l’obbligatorietà, ma venivano introdotte altre due definizioni legali: “Birra Leggera” e “Birra Analcolica”. Ma la novità più importante per il birraio era la possibilità di pagare l’accisa non più prima della produzione del mosto, come richiesto dalle leggi allora vigenti, ma solo dopo l’uscita dal magazzino fiscale. Dal punto di vista analitico però, i metodi ufficiali di analisi erano gli stessi previsti dalla vecchia legislazione: lenti, poco accurati e soggetti a errore umano. Il lato positivo era comunque il pagamento dell’accisa non più calcolato sul mosto, ma sulla birra finita e l’attenzione del calcolo delle accise si spostava dal mosto alla birra. La formula di Balling, tanto cara ai birrai di tutto il mondo da oltre 150 anni, assumeva così un ruolo cardine anche per il calcolo dell’accisa. Dopo le modifiche alla legge sulla birra del 1998, il metodo per distillazione e l’utilizzo del tubo oscillante e la tecnologia a infrarosso per l’alcol sono andati avanti in parallelo per parecchi anni per valutarne la compatibilità. Cosa avvenuta anche in ambito europeo.

La formula di Balling

Questa è una formula empirica ricavata dalla sperimentazione di tante fermentazioni che ne hanno attestato la riproducibilità. In pratica, Balling ha constatato che 2,0665 g di zuccheri fermentabili a fermentazione completa producono 1 g di alcol, 0,9565 g di anidride carbonica e 0,11 g di lievito in sostanza secca. Questa relazione può quindi essere intesa come un equilibrio delle singole componenti dell’equazione, dove l’anidride carbonica fuoriesce durante la fermentazione e il lievito viene rimosso a fine fermentazione. La formula finale per ricavare l’estratto reale è la seguente:

ER = estratto reale

SGER = Specific Gravity Estratto reale (da densimetro a U o residuo distillazione)

Un ultimo rapido appunto p = estratto originale nella birra in °Plato

A = alcool in % peso g/100g

ER = Estratto reale della birra in °Plato. 1,0665 = anidride carbonica + lievito

Il valore di A e di ER si ottengono dalle formule di Tabarie che sono delle equazioni polinomiali che utilizzano le densità del distillato e del residuo della distillazione. A si può ottenere dalla seguente formula1 :

A = (1-SGA) + 5084 (1-SGA)2 + 33503 (1-SGA)3

A = Alcol % peso

SGA = Specific Gravity Alcol (distillato o ottenuto da spettroscopia ad infrarosso)

L’estratto reale si può ottenere invece dalla seguente formula1

ER= -460,234 + 662,649 SGER

– 202,414 SGER2

Dedichiamo infine una riflessione al sistema di accise che si differenzia dal sistema europeo perché si basa sull’alcol invece che su Original Gravity. Nel Regno Unito l’Original Gravity è usata solo a fini tecnologici per cui i tanti birrai usano ancora vecchi sistemi tradizionali, per esempio moltiplicare per 1000 la Specific Gravity ottenendo un numero adimensionale di 4 cifre dei °P. Da questo sistema di calcolo deriva anche un metodo ormai poco usato, che dava un punteggio di due cifre alla Original Gravity: dal valore della Specific Gravity, si toglie 1 e il risultato si moltiplica per 1000. Si ottiene un numero di 2 cifre intere; per esempio, con una SG di 1,060 si ottengono (1,060-1)*1000 = 60 punti. Se questo numero si divide per 4 si ottiene un valore approssimato in °P 60/4 = 15°P. Qui ora mi fermo, e faccio i complimenti a tutti coloro che sono giunti a questo punto della lettura di questo articolo, perché mi rendo conto di aver affrontato un tema non facile. Mi auguro almeno di aver suscitato la curiosità di qualche lettore interessato alla conoscenza storica e scientifica della misura della densità della birra: quasi due secoli di ricerca per il miglioramento continuo della qualità di una misura fondamentale per il birraio. ★

Note

1 THE ALCOHOL TABLE FOR BEER ANALYSIS AND POLYNOMIALS FOR ALCOHOL AND EXTRACT

Submitted On Behalf of the EBC Analysis Committee BY I. ROSENDAL. AND F. SCHMIDT (United Breweries, Copenhagen) For the conversion of specific gravity of distillate to alcohol content in beer analysis the OIML table is recommended. Polynomials are given for alcohol ad extract (J. lst. Brew., September—October 1987, Vol. 93, pp. 373 377)