L’acqua nella produzione casalinga di birra
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Ultimo aggiornamento: 20/2/2000
Nel testo che segue ho raccolto un po’ di materiale sull’utilizzo dell’acqua nel processo di birrificazione casalinga. Sebbene abbia posto la massima cura nella definizione dei contenuti e sebbene nessuno dei prodotti chimici descritti è intrinsecamente nocivo nelle quantità minime riportate, non mi assumo nessuna responsabilità legata ad eventuali miei errori o all’incauto utilizzo alimentare di sostanze chimiche non idonee a tale uso.
In pratica, chi adotta i procedimenti descritti deve essere consapevole di ciò che fa e se ne assume la completa responsabilità.
D: nel farmi la birra devo preoccuparmi dell’acqua?
D: Quali sono le caratteristiche dell’acqua che influenzano il processo di produzione della birra?
D: come faccio a conoscere le caratteristiche della acqua del mio rubinetto?
D: La mia acqua di rubinetto necessita di trattamento?
D: è possibile trattare l’acqua in modo da renderla più adatta alla birrificazione?
D: nel farmi la birra devo preoccuparmi dell’acqua?
R: dipende. Se fai la birra utilizzando i kit o comunque l’estratto di malto come componente principale, significa che tutti i trattamenti necessari li ha già fatti il produttore dell’estratto. In questo caso l’acqua assume meno importanza, quello che conta è che sia "buona" da bere, che cioè sia priva di contaminazioni organiche, non abbia sapori sgradevoli e non sia particolarmente ferrosa (cosa che può succedere in presenza di tubazioni molto vecchie).
L’acqua ha invece più importanza nel caso dell’all-grain, perché molti dei processi che avvengono durante l’ammostamento (mash) e la filtrazione (sparge) possono essere sensibilmente influenzati dalle caratteristiche dell’acqua.
In particolare la principale ragione d’interesse per l’acqua è legata al pH che si ottiene mescolando l’acqua ai grani nel mash. Tutto il resto è secondario.
Se si desidera poi replicare dei profili d’acqua utilizzati per produrre birre famose, sia estrattisti sia all-grainisti possono dedicarsi alla sintesi dell’acqua, che consiste nell’aggiunta di sali ad un’acqua oligominerale allo scopo di approssimare le caratteristiche desiderate.
D: Quali sono le caratteristiche dell’acqua che influenzano il processo di produzione della birra?
R: le caratteristiche che prenderemo in considerazione sono le seguenti:
Vediamole una per una:
Nell’acqua o in una soluzione acquosa, oltre alle molecole di H20 sono disciolti piccoli quantitativi di ioni H+ (idrogeno) e di ioni OH- (ossidrile) allo stato libero.
Il pH è una grandezza legata alla quantità di ioni H+ presenti in una soluzione.
Più precisamente:
pH = -log[H+]
ove [H+] è la concentrazione (in moli/litro) degli ioni idrogeno.
In acqua distillata gli ioni H+ sono in equilibrio con gli ioni OH-, entrambi assumono il valore di 10E-7 mol/l, la soluzione si dice neutra e il pH vale 7.
Se gli ioni H+ prevalgono la soluzione si dice acida, e il pH è minore di 7.
Se gli ioni OH- prevalgono la soluzione si dice alcalina e il pH è maggiore di 7.
Il pH è importante nel processo di birrificazione perché molte delle reazioni chimiche ed enzimatiche che avvengono nell’ammostamento necessitano di pH opportuni.
Dunque il pH che più ci interessa è quello che si ottiene nel mash e nello sparge, non tanto quello dell’acqua da cui si parte. La birra è una sostanza acida. Ogni processo che avviene nella birrificazione ha un suo pH ideale. Nell’ammostamento il migliore compromesso viene raggiunto per un pH che va da 5.3 a 5.5 alla temperatura di mashing. Se il pH dello stesso mosto viene misurato a temperatura ambiente (20°C), si otterrà una misura di circa 0.3 superiore a quella ottenuta a temperatura di mashing. Ciò significa che se misuriamo il pH a temperatura ambiente, il pH ideale cui mirare è compreso indicativamente tra 5.6 e 5.8 .
Il pH si può misurare con apposite cartine da immergere nel liquido. La cartina cambia colore e il confronto con una scala graduata di colori da il valore del pH. Con queste cartine non si raggiunge una precisione superiore a 0.2 pH, e spesso è difficile interpretare correttamente la scala di colori. Le cartine sono tarate per funzionare correttamente a 20°C. Poiché alcune cartine possono rilasciare piccole quantità di sostanze chimiche, è meglio effettuare la misura prelevando un piccolo campione di liquido da buttare poi via.
Il sistema migliore è quello che prevede l’uso di un pHmetro digitale. Ne esistono modelli relativamente economici (sulle 100klire con precisione di 0.1 pH) e modelli più cari dalle 400klire in su, con precisioni superiori a 0.01 pH. I primi sono reperibili anche nei negozi d’acquaristica e hanno però una vita abbastanza limitata. I secondi sono di gran lunga più affidabili e sono dotati d’elettrodo intercambiabile. L’utilizzo del pHmetro con soluzioni molto proteiche come il nostro mosto accorcia comunque sensibilmente la vita degli elettrodi (a meno di utilizzare elettrodi specifici per questi usi), per cui probabilmente per l’homebrewer "medio" l’acquisto di un pHmetro costituisce una spesa non proporzionata ai benefici.
L’acqua naturale contiene, oltre che H2O, anche una piccola quantità d’altri elementi che si trovano disciolti allo stato di ioni. Si tratta di quegli stessi ioni che normalmente sono riportati nell’analisi chimica stampata per legge in tutte le etichette delle bottiglie d’acqua minerale. Vediamo uno per uno gli ioni più importanti dal punto di vista "birraio" e le loro principali caratteristiche. La concentrazione in ioni è espressa utilizzando l’unità "ppm" (parti per milione) che corrisponde a mg/litro.
E’ l’elemento più importante nel processo di birrificazione. Contribuisce per la maggior parte alla durezza dell’acqua. La sua presenza è necessaria per le attività enzimatiche che si svolgono durante il processo di conversione (mash). Inoltre il precipitare del calcio assieme ai fosfati abbassa il pH del mash e lo porta naturalmente a stabilizzarsi attorno a valori consoni al processo di conversione stesso (sempre che non ci si metta di mezzo l’effetto tampone dei bicarbonati...).
La quantità di calcio disciolta nell’acqua che si può ritenere indicata per la birrificazione va dai 5 ai 200 ppm, anche se è meglio averne almeno 50 ppm.
Un eccesso di calcio può provocare problemi durante lo sparging e può inoltre far precipitare durante la fermentazione una quantità eccessiva di fosfati, privando il mosto di un importante nutrimento per i lieviti.
I sali più utilizzati per aggiungere calcio all’acqua sono il solfato di calcio (CaSO4.2H2O, o "gypsum", da non confondere col gesso, CaCO3) e il cloruro di calcio biidrato (CaCl2.2H2O).
Il secondo viene spesso preferito dal punto di vista organolettico.
Assieme al calcio contribuisce alla durezza dell’acqua. Si trova normalmente in quantità che sono frazioni di quelle in cui è presente il calcio. In maniera simile al calcio precipita assieme ai bicarbonati durante la bollitura formando carbonato di magnesio (MgCO3). Coadiuva l’azione degli enzimi ed è un nutrimento per il lievito. Normalmente è presente in quantità comprese tra 5 e 50 ppm. Concentrazioni da 10 ppm a 30 ppm sono accettabili nell’acqua da utilizzare per la birra. Da un punto di vista organolettico il magnesio tende ad accentuare il gusto della birra, mentre tende a fornirle un gusto aspro e amaro se presente in quantità eccessive. Di solito il magnesio può essere aggiunto tramite il solfato di magnesio (MgSO4, è venduto in farmacia come lassativo).
Si trova di solito in concentrazioni comprese tra 2 e 100 ppm. Tende a conferire un gusto aspro e salato se presente in quantità eccessive. Se presente in giusta quantità esalta invece il gusto della birra. E’ consigliabile non superare i 50 ppm nell’acqua utilizzata per birrificare.
Se il sodio è presente in quantità eccessiva costituisce inoltre un veleno per il lievito.
Il sodio può essere aggiunto all’acqua tramite cloruro di sodio (il comune sale da cucina).
E’ lo ione che controlla in maniera pressoché totale l’alcalinità dell’acqua ed è quello cui bisogna prestare più attenzione, poiché talvolta è presente in quantità tali da impedire al mash di stabilizzare il suo pH ai valori corretti. Questo non significa che con un’acqua con molti bicarbonati la birra non riesca, tuttavia la loro presenza in quantità eccessive porta ad un rendimento più basso del processo di mashing, soprattutto quando la ricetta prevede esclusivamente malti chiari, e fermentazioni più difficoltose a causa del pH non ottimale.
Un altro aspetto da considerare nella fermentazione è che i bicarbonati, tendendo a mantenere alto il pH, aumentano il rischio di contaminazione, perché molti batteri che sarebbero inibiti da bassi valori del pH possono sopravvivere con pH più elevati.
Di per sé, da un punto di vista organolettico, gli ioni bicarbonato, se veramente in eccesso, tendono a conferire alla birra un gusto che tende all’aspro e all’amaro.
Nel caso di birre chiare già una quantità di bicarbonati superiore a 50 ppm richiede un trattamento, mentre può essere tollerata una quantità di bicarbonati fino a 200 ppm nel caso di birre che utilizzano malti scuri.
Eliminare la maggior parte dei bicarbonati dall’acqua è un impresa abbastanza semplice, e infatti il trattamento più frequente dell’acqua in campo birraio consiste appunto nella decarbonazione (vedi più avanti).
Contribuisce, in maniera simile al sodio, alla pienezza del gusto della birra. Aumenta la percezione d’amaro. Tende a favorire la limpidezza della birra e ad aumentarne la stabilità. Le concentrazioni indicate vanno da 1 a 100 ppm. Talvolta si può arrivare fino a 350 ppm per birre molto corpose (OG > 1.050). Questo elemento può essere aggiunto all’acqua tramite cloruro di sodio (il comune sale da cucina).
Tende a conferire un sapore secco e pieno alla birra. in concentrazioni superiori a 500 ppm ha un gusto tagliente e amaro. Solitamente si preferisce un’acqua con SO4 inferiore a 150 ppm, anche se il livello può essere aumentato nel caso di birre con molto luppolo, nel qual caso tende a rendere più pulito il gusto d’amaro della birra.
Si possono aggiungere solfati all’acqua tramite solfato di calcio (CaSO4 o "gypsum) o solfato di magnesio (MgSO4)
Conferisce all’acqua un sapore metallico che ricorda il sangue o l’inchiostro. Questo sapore può essere rivelato al gusto già a 0.05 ppm.
In dosi superiori a 1 ppm aumenta la torbidezza e indebolisce il lievito.
Non deve in ogni caso superare la concentrazione di 0.3 ppm
Viene spesso aggiunto all’acqua potabile d’acquedotto per disinfettarla. Tende a formare clorofenoli, che possono essere rilevati al gusto in concentrazioni addirittura inferiori a 5 parti per miliardo. Ha un effetto deleterio sul gusto finale della birra (tende a conferirle un gusto di medicinale) e se presente in quantità sensibili va quindi eliminato tramite bollitura o lasciando riposare l’acqua per parecchie ore (meglio qualche giorno) prima del suo utilizzo.
Dà un gusto metallico non piacevole e come tale è meglio che sia presente in concentrazioni inferiori a 2 ppm (meglio ancora se inferiori a 0.05 ppm). In concentrazioni minuscole è necessario al metabolismo dei lieviti.
Se presenti in quantità superiore a 10 ppm indicano inquinamento dell’acqua. Nel caso ideale dovrebbero essere completamente assenti.
Nascono dalla decomposizione dei nitrati da parte di batteri coliformi. La loro presenza è sempre sintomo d’inquinamento. Non dovrebbero mai superare la soglia di 0.1 ppm (quantità che comunque può già provocare fermentazioni difficili). Nel caso ideale dovrebbero essere completamente assenti.
Indica sempre una decomposizione microbica di materia organica, e dunque un’acqua inquinata. Dovrebbe essere idealmente a zero.
In quantità infinitesime è necessario al metabolismo del lievito. In quantità superiori a 1 ppm causa mutazioni nel lievito e torbidezza nella birra. L’uso del rame nella bollitura del mosto (pentole, wort chiller..) non causa lo scioglimento del rame perché il metallo viene "passivato" a contatto col mosto.
In quantità attorno a 0.1-0.2 ppm è un nutrimento indispensabile per il lievito. In quantità superiori a 1 ppm è tossico per il lievito e dannoso per gli enzimi.
Tabella composizione acque di alcune importanti città
La tabella seguente fornisce la composizione in ioni delle acque di alcune città famose per la produzione di birra . Tabelle simili sono state pubblicate da varie parti e non sempre corrispondono, anche se macroscopicamente sono simili. Vi ho aggiunto in coda anche la composizione dell’acqua del mio rubinetto a Torino, stimata in base ai dati dell’acquedotto, integrati con le mie misure. Da notare che, a seconda dei quartieri, la composizione dell'acqua a Torino può variare sensibilmente.
Le concentrazioni sono in ppm.
Da un punto di vista storico la durezza è stata definita come l’attitudine di un acqua ad opporsi alla capacità detergente del sapone.
Formalmente la durezza (totale) dell’acqua è definita come:
HD = 2.5 * [Ca] + 4.16 * [Mg]
Dove:
[Ca] è la concentrazione di ioni calcio espressa in parti per milione (o mg/l )
[Mg] è la concentrazione di ioni magnesio espressa in parti per milione ( o mg/l )
Quindi la durezza è espressa tramite quantità equivalente di CaCO3 (carbonato di calcio, cioè gesso). Questo significa che se ad esempio una certa acqua ha una durezza di 100 ppm CaCO3, occorre aggiungere 100 mg/l di CaCO3 a un pari volume di acqua distillata per ottenere la stessa durezza.
Tradizionalmente si utilizza questa unità di misura per normalizzare e confrontare tra loro durezza e alcalinità, poiché il CaCO3 contiene sia il principale responsabile della durezza (il Ca), sia il principale responsabile dell’alcalinità (il CO3 che ai pH più usuali è presente come HCO3) .
Non si può dire a priori che un acqua dura sia un fattore positivo o negativo per chi fa la birra. Molto dipende dallo stile di birra che si vuol fare. Affinché nel mashing il pH scenda ai valori ideali in maniera naturale, nel caso di birra realizzata solo con malti chiari, è meglio però che vi siano almeno (indicativamente) 50 mg/l di calcio nell’acqua utilizzata.
E’ una caratteristiche dell’acqua molto importante per chi produce birra.
L’alcalinità misura la capacità dell’acqua a resistere all’acidificazione (effetto tampone). Questa resistenza è dovuta alla presenza degli ioni HCO3 e CO3, che tendono ad "assorbire" gli ioni H+ aggiunti e formare acido carbonico (H2CO3).
In pratica, aggiungendo dell’acido ad un’acqua molto alcalina il pH scenderà inizialmente in maniera molto lenta. Per arrivare a un certo pH prefissato occorre quindi una dose molto maggiore di acido rispetto a quella necessaria per far arrivare allo stesso pH un’acqua poco alcalina.
La figura che segue illustra come i carbonati siano ripartiti in maniera differente tre H2CO3, HCO3 e CO3 a seconda del pH dell’acqua:
La definizione formale dell’alcalinità è appunto la quantità di acido necessaria a portare il pH di 1 litro di acqua al valore convenzionale di 4.3 (titolazione). 4.3 è un valore di soglia per il quale si possono considerare i carbonati forniti esclusivamente dall’acido carbonico H2CO3.
A valori di pH inferiori a 8.35 (come nella stragrande maggioranza dei casi) si può trascurare la concentrazione degli ioni CO3, e si può dire con ottima approssimazione che tutta l’alcalinità viene dalla HCO3.
Anche in questo caso l’alcalinità viene misurata in ppm di CaCO3, e la relazione che più ci interessa è la seguente:
Alk = [HCO3] * 50/61
Dove:
L’alcalinità è una caratteristica non desiderabile nell’acqua utilizzata per birrificare, perché l’effetto tampone degli ioni HCO3 impedisce il naturale calo del pH del mash ai valori ideali.
Questo è il principale motivo per cui un’acqua troppo alcalina va trattata eliminando il più possibile gli ioni HCO3.
Indicativamente si può ritenere un’acqua troppo alcalina per birrificare quando la concentrazione degli ioni HCO3 è superiore ai 50-100 ppm. Tuttavia questa è una regola da prendere con un po’ di buon senso, poiché, ad esempio, se si utilizzano nel mashing grani scuri (crystal, chocolate, roast..), questi tendono ad acidificare il mash e controbilanciano l’effetto dell’alcalinità, per cui in questi casi si può anche non trattare un acqua che sarebbe altrimenti considerata eccessivamente alcalina.
Solitamente durezza e alcalinità vanno di pari passo, nel senso che un’acqua molto dura è solitamente anche molto alcalina, tuttavia questa non è una regola fissa.
Se si fa bollire un’acqua dura per 10-20 minuti, si può notare che, dopo che questa si è raffreddata, si forma sul fondo della pentola un precipitato di colore bianco. Si tratta di CaCO3 (gesso) che viene formato dalla combinazione di ioni Ca e HCO3 nella reazione seguente:
Ca+ + HCO3- ---> CaCO3 + H+
Si noti come venga sprigionato idrogeno, per cui, dopo la bollitura il pH dell’acqua scenderà.
In seguito alla bollitura dunque una certa quantità di calcio precipita come CaCO3, per cui la durezza dell’acqua (che dipende dalla concentrazione di calcio) diminuisce.
La durezza che viene eliminata con la bollitura (in condizioni ideali) viene detta Durezza Temporanea, mentre quella che rimane viene detta Durezza Permanente.
HD = TH + PH
dove
Un fatto molto importante è che assieme al Calcio precipitano anche i bicarbonati HCO3, per cui non solo diminuisce la durezza dell’acqua, ma anche la sua alcalinità, e questo è il concetto che sta alla base del trattamento di decarbonazione dell’acqua tramite bollitura.
Poiché durezza e alcalinità sono espresse con la stessa unità di misura (ppm di CaCO3), possono essere direttamente confrontate, per cui si può dire che:
Se HD > Alk (cioè se c’è più calcio/magnesio che bicarbonati)
TH = Alk
perché col formarsi di CaCO3 durezza e alcalinità calano della stessa quantità, e poiché c’è più calcio che HCO3, l’alcalinità viene azzerata, dunque il calo di durezza corrisponde a tutta l’alcalinità.
Se Alk > HD (cioè se ci sono più bicarbonati che calcio/magnesio)
TH = HD
Anche qui col formarsi di CaCO3 durezza e alcalinità calano della stessa quantità, e poiché c’è più HCO3 che calcio/magnesio, tutta la durezza viene azzerata, dunque il calo di durezza corrisponde alla durezza stessa.
Queste sono definizioni. Nella pratica né durezza né alcalinità si azzerano completamente.
In particolare è assai difficile ridurre l’alcalinità al di sotto di 20-30 ppm di CaCO3 (che comunque è un risultato assolutamente soddisfacente).
Se l’alcalinità è molto maggiore della durezza dopo la bollitura rimarrebbe ancora una quantità di HCO3 che potrebbe ancora essere eccessiva e (quasi) tutto il calcio (che è invece indispensabile) sarebbe eliminato col precipitare del CaCO3. Il problema si può risolvere aggiungendo all’acqua, prima della bollitura, una dose supplementare di calcio (tramite CaSO4 o CaCl), oppure ricorrendo alla decarbonazione mediante calce oppure all’acidificazione dell’acqua tramite aggiunta di acido (in genere ortofosforico o lattico).
Dette:
l’alcalinità residua è definita come:
RA = Alk - 0.71 * [Ca] - 0.59 * [Mg]
Nel caso non si conoscano [Ca] e [Mg] ma si conosca la durezza totale HD, si può ipotizzare
[Mg] = [Ca] / 4
da cui:
HD = 2.5 * [Ca] + 4.16 * [Ca] / 4 = 3.54 * [Ca]
[Ca] = HD / 3.54
[Mg] = HD / ( 4* 3.54) = HD / 14.16
Sostituendo nella formula della RA si ottiene
RA = Alk – 0.24 * HD
L’alcalinità residua è utile poiché è stato dimostrato che:
Espresso in altri termini si può affermare che:
ΔpH = (RA/180) *0.3
Oppure
ΔpH = 0.00167 * Alk - 0.0012 * [Ca] - 0.000982 * [Mg]
Dove:
- ΔpH è la variazione di pH rispetto al caso di utilizzo di acqua distillata.
Se ad esempio con i dati della nostra acqua otteniamo RA = 400, questo vuol dire che superiamo di 400-50 = 350 il valore di RA ideale, e questo ci porterà ad avere un pH nel mash superiore a quello ideale (o meglio, quello dell’acqua distillata) di una quantità:
ΔpH = (350/180) * 0.3 = 0.58
Questo ci porterebbe, considerando il pH ideale nell’intorno di 5.7 (a 20°C), a un pH di 6.28 che è inaccettabile. La conclusione è che tale acqua necessita di un trattamento che porti RA al di sotto di 50.
Per molti autori il criterio dell’alcalinità residua è preferibile alla semplice valutazione dell’alcalinità, perché tiene conto anche dei fenomeni chimici che si verificano nel mash, ed è dunque più accurata.
Per valutare esattamente il pH nel mash occorre conoscere il pH ottenuto con acqua distillata. Se si usano solo malti chiari questo valore può essere stimato attorno a 5.6 - 5.8 (a 20°C).
D: come faccio a conoscere le caratteristiche della acqua del mio rubinetto?
R: normalmente gli acquedotti municipali forniscono su richiesta i dati di composizione dell’acqua erogata. Questi dati sono di solito dati medi rilevati nel corso di un periodo più o meno lungo e possono non corrispondere all’acqua disponibile dal rubinetto in quel dato momento. E’ comunque meglio di niente e, almeno a livello generale potremmo trarne utili indicazioni.
Tuttavia per i parametri che più ci stanno a cuore (durezza, alcalinità e calcio) consiglio di effettuare direttamente un’analisi mediante gli appositi kit di titolazione disponibili presso i fornitori di materiali per laboratori o presso i negozi di materiali per acquari (in quest’ultimo caso i kit sono più economici).
Ciascun kit misura una sola grandezza e il costo, a seconda del tipo, varia solitamente dalle 10 alle 30 mila lire.
Il sistema usato per la misura è quello della titolazione. Si preleva un campione misurato di acqua ( di solito 5 ml) e lo si mette dentro una provetta, alla quale si aggiungono, in precise quantità, una sostanza "reagente". Si ottiene così una soluzione colorata. Mediante un apposito contagocce si aggiunge a goccia a goccia un’ulteriore sostanza detta "indicatore". A un certo punto, con l’aggiunta di una n-esima goccia, di colpo il colore della soluzione cambia. La misura della grandezza cercata è proporzionale al numero di gocce di indicatore che si sono aggiunte fino a quel momento, secondo una scala fornita nelle istruzioni.
E’ possibile aumentare la risoluzione della misura raddoppiando (o triplicando, o quadruplicando) tutti i quantitativi (acqua e chimici). In questo caso il risultato della misura si ottiene dividendo per due (o per tre o per quattro..) il risultato finale.
Nei kit che ho finora utilizzato una goccia di rivelatore corrisponde a circa 10 °D (gradi tedeschi di durezza). 1°D corrisponde a 17.8 ppm ( o mg/l ).
I kit che consiglio di acquistare sono:
D: La mia acqua di rubinetto necessita di trattamento?
R: Il criterio che consiglio per valutare questa possibilità è quello dell’alcalinità residua. Pigliamo ad esempio le acque già viste precedentemente.
In base alla composizione in ioni, ho calcolato i parametri HD, Alk, TH e RA
Vediamo quali considerazioni si possono fare su queste acque dal punto di viste del possibile trattamento.
Una delle acque più leggere al mondo. Sicuramente non necessita di decarbonazione!
I mastri birrai di questa città, patria della Pilsner Urquell riescono a produrre una delle migliori pilsener usando quest’acqua con così poco calcio. Io che non sono così bravo, nel fare una pilsener aggiungerei un po’ di calcio, tramite CaSO4 e/o CaCl2, in modo da raggiungere almeno i 50 ppm.
Si tratta di un’acqua piuttosto alcalina, l’alcalinità residua sembra consigliare un trattamento di decarbonazione, almeno nel caso di birre chiare. Nel caso di birre scure non ci dovrebbero viceversa essere problemi di stabilizzazione del pH ai giusti valori. Non per niente Monaco è famosa per le sue lager scure.
Un trattamento di decarbonazione ideale porterebbe ai seguenti valori:
(Nota: RA1 viene calcolato presupponendo che dopo il trattamento il rapporto Ca/Mg rimanga lo stesso. Questo non è sempre vero, tuttavia ci accontentiamo qui di una certa approssimazione)
Nella realtà non si riesce mai a eliminare totalmente la durezza temporanea, per cui dei valori più realistici sono:
Che sono ugualmente degli ottimi valori.
Si noti come RA qui assume valori negativi, per cui dovremmo aspettarci un calo del pH rispetto ai valori relativi all’acqua distillata. Ricordando che
ΔpH = (RA/180) *0.3
Avremo nel nostro caso
ΔpH = -0.005
Trascurabile nella nostra applicazione.
Non trattare quest’acqua significa (ricordando che 180 ppm CaCO3 di RA provocano un aumento del pH di 0.3) che nel mash il pH si scosterà dal valore ideale di:
ΔpH = 99/180 * 0.3 = 0.17
E’ un’acqua molto simile a quella di Monaco, per cui valgono esattamente le stesse considerazioni. Considerando che qui RA è ancora più bassa, sembra ancora meno opportuno procedere a un trattamento.
Si tratta di un’acqua molto dura e molto alcalina. I valori di alcalinità residua ci obbligano al trattamento, a meno di non voler utilizzare dosi significative di grani scuri o di malto acido (sauermalz). Nel caso volessimo una birra tutta di malti chiari, decarbonando si otterrebbe (caso ideale):
caso reale:
Si può notare l’efficacia della decarbonazione, che letteralmente rovescia il fronte, causando una diminuzione del pH del mash (rispetto all’acqua distillata) di
ΔpH = (RA/180) *0.3 = -0.086
E’ una delle acque apparentemente più pazzesche, con valori molto alti di durezza e alcalinità, e con quantità abnormi di solfati. Sembra impossibile che con questa acqua si riesca a fare una birra decente, eppure questa città inglese è tra le più rinomate al mondo per la qualità delle sue ale.
Valori strani a parte, si nota però subito come l’alcalinità residua sia molto bassa (RA=10), ad indicare un’acqua che non darà problemi dal punto di vista del pH nel mash.
Quello che dà maggiormente il carattere a quest’acqua sono però i solfati, le cui caratteristiche vengono abilmente valorizzate dai birrai di Burton che fanno ricorso ad abbondanti luppolature.
Che dire? l’acqua del mio rubinetto è in fondo simile a quella di Monaco e Dublino.
Vale la pena di trattarla nel caso si vogliano delle pilsener di stile ceco.
Per quest’acqua posso fornire i dati (misurati) che effettivamente ho ottenuto dalla decarbonazione. Sia mediante bollitura sia con l’uso di calce biidrata i risultati che ottengo sono pressoché gli stessi, cioè:
Questo corrisponde a un’acqua la cui composizione è, dopo il trattamento, approssimativamente:
L’alcalinità residua dopo il trattamento è:
RA1 = Alk1 - 0.71 * [Ca] - 0.59 * [Mg] = 40 - 0.71*48 - 0.59*10 = 0.02
che in pratica porta il pH di un mash di grani chiari allo stesso valore ottenibile con acqua distillata. Nella mia esperienza comunque, nel caso di utilizzo di malti scuri, a volte il pH può raggiungere valori addirittura troppo bassi.
In caso di dubbio questo inconveniente può essere previsto misurando il pH di un pugno dello stesso mix di malti in acqua distillata.
Se si prevede di ottenere un pH troppo basso utilizzando l'acqua così decarbonata, si potrà effettuare un trattamento meno drastico oppure aggiungere acqua non trattata a quella trattata.
Nel caso ci accorgessimo che il pH è troppo basso solo a cose fatte, è possibile aggiungere al mash sostanze in grado di alzare il pH (ad esempio minute quantità di calce idrata).
D: è possibile trattare l’acqua in modo da renderla più adatta alla birrificazione?
R: I trattamenti più comuni che possono venire eseguiti sull’acqua destinata alla birrificazione sono i seguenti:
Inoltre è possibile intervenire sugli effetti negativi di un acqua non ottimale mediante interventi a livello di mashing:
In generale la decarbonazione dovrebbe essere applicata quando il livello di HCO3 è sull’ordine di 100 ppm o superiore. Questo significa che, per pH < 8.35 l’alcalinità è superiore a circa 80 ppm CaCO3.
La decarbonazione per bollitura è il metodo più semplice. La bollitura favorisce la combinazione di ioni Ca e ioni HCO3 che precipitano come CaCO3. E’ applicabile solo nei casi in cui la durezza dell’acqua sia prevalentemente di natura temporanea (TH). Ci deve cioè essere una quantità di calcio sufficiente ad eliminare i bicarbonati . Per valutare TH basta stimare durezza (HD) e alcalinità (Alk) e ricordarsi che:
se HD < Alk => TH = HD
se HD > Alk => TH = Alk
Decarbonazione per aggiunta di calce idrata
Questo metodo ha il vantaggio di non consumare energia e quello di permettere la decarbonazione anche in presenza di acque con alta durezza permanente ( cioè con HCO3 sensibilmente superiore a Ca). Per queste acque la decarbonazione per bollitura non è efficace, poiché non c’è abbastanza calcio per precipitare una quantità adeguata di HCO3.
L’aggiunta di calce idrata Ca(OH)2 fornisce il calcio necessario a far precipitare tutti i carbonati (fuorché quei 20-30 ppm che rimangono sempre) senza inoltre privare l’acqua del calcio necessario.
Il metodo è però un po’ più complesso, perché è necessario effettuare delle misure di pH. Queste misure non richiedono grossa precisione, e gli economici rotolini di carta al tornasole da 1 a 10 pH sono sufficienti.
Si comincia col calcolare la quantità di calce necessaria. La relazione è:
Ca(OH)2 = TH * 0,74 * l / 1000
Dove:
Per trattare 40 litri di acqua di Torino, che ha TH=140, occorreranno
Ca(OH)2= 140 * 0.74 * 40 / 1000 = 4 grammi (circa)
Il valore ottenuto dal calcolo è da considerare solo una base di partenza.
In realtà è sempre necessario utilizzarne almeno un 30% in più per ottenere i migliori risultati.
Si mescola questa calce con un po’ d’acqua per farne una pappetta.
Si riempie il nostro pentolone con una quantità d’acqua circa metà di quella che vogliamo trattare. E’ meglio che il pentolone sia più capiente rispetto al volume totale previsto.
Si aggiunge la pappetta di calce, si mescola e si misura subito il pH. Dovrebbe raggiungere valori attorno a 10-12. Se è più basso, preparare un altro po’ di pappetta mescolando un cucchiaino di calce in un po’ d’acqua e aggiungerlo all’acqua del pentolone, misurando anche stavolta il pH. Continuare finché il pH non raggiunge un valore almeno di 10.
A questo punto mescolare l’acqua per aiutare la reazione. Dopo 5-10 minuti si dovrebbero formare minuti fiocchi bianchi (CaCO3) che hanno la tendenza a precipitare.
Dopo un’altra decina di minuti si aggiunge pian piano il resto dell’acqua, continuando a mescolare e controllando spesso il pH.
L’obbiettivo è quello di arrivare ad un pH di circa 8. Se una volta aggiunta tutta l’acqua prevista il pH è ancora alto, significa che si è utilizzata troppa calce, e, se il pentolone è grande a sufficienza, si può continuare ad aggiungere acqua fino al raggiungimento del pH finale. Vorrà dire che finiremo con più acqua trattata del previsto!
Se il pH di 8 viene invece raggiunto prima di aggiungere tutto il volume di acqua previsto, significa che abbiamo utilizzato una quantità di calce non sufficiente. Si può in questo caso aggiungere ancora un po’ di calce oppure accontentarsi di una decarbonazione inferiore al massimo ottenibile, che può comunque essere ugualmente accettabile.
E’ necessario lasciar depositare tutto il CaCO3 facendo riposare l’acqua per qualche ora (meglio per una notte), e poi si decanta lasciando il deposito sul fondo del pentolone.
E’ consigliabile effettuare prima un po’ di prove in modo da impratichirsi del procedimento e stabilire la quantità effettiva di calce da utilizzare per la propria acqua.
E’ anche estremamente consigliabile verificare la riuscita del trattamento misurando i parametri dell’acqua ottenuta mediante i kit in commercio (durezza, alcalinità, calcio)
Un altro modo di venire a capo di un’acqua con troppi carbonati è quello di aggiungere all’acqua una quantità di acido (alimentare) sufficiente a contrastare l’effetto tampone dei carbonati.
Il metodo è meno elegante della decarbonazione e in presenza di acque con alcalinità molto alta può richiedere quantità di acido tali da essere percepibili anche al gusto.
Ha il pregio di essere il sistema più semplice.
Anche qui occorre disporre di un modo per misurare il pH con una precisione almeno di 0.2-0.3.
Converrà mirare a un pH di circa 6.
Utilizzando acido lattico (quello di Mr. Malt), converrà aggiungere ai 30-40 litri d’acqua che useremo, tramite una siringa, circa 1 ml di acido alla volta e misurare il pH ottenuto, finché questo non raggiunge il valore desiderato.
Si può usare anche acido citrico o tartarico (reperibili presso le enoteche). In questo caso conviene aggiungerne una punta di cucchiaino alla volta e verificare il pH.
L’acqua così trattata può essere usata sia nel mash sia nello sparge.
Qualora si voglia modificare la composizione della propria acqua (ad esempio per imitare le caratteristiche di un’acqua utilizzata per produrre birre famose) è possibile, se la nostra acqua lo consente, aggiungere dei sali in quantità che possono essere facilmente calcolate. Questo a patto di conoscere la composizione di partenza dell’acqua utilizzata.
Naturalmente in questo modo possiamo solo aggiungere ioni di un certo tipo, non possiamo invece diminuire la concentrazione di uno ione nella nostra acqua, a meno di non diluirla con acqua distillata o oligominerale.
Non è consigliabile tuttavia utilizzare come acqua di base da trattare l’acqua distillata in quanto l’acqua risultante sarebbe priva di alcuni elementi (es. zinco) assolutamente necessari. Però si può partire da una miscela di acqua distillata e acqua di rubinetto o oligominerale, in modo da assicurarsi la presenza di quegli elementi minoritari indispensabili.
La seguente tabella indica le quantità di ioni fornite da alcuni sali facilmente reperibili
Supponiamo ad esempio di voler aggiungere 60 ppm di Ca a 20 litri di acqua. 60 ppm significa 60 mg/litro, per cui occorrerà aggiungere
60*20 = 1200 mg = 1.2 gr. di calcio.
Utilizzando cloruro di calcio (biidrato), che contiene 0.27 gr. di calcio per ogni grammo, occorrerà utilizzarne
1.2 /0.27 = 4.4 gr.
Aggiungendo questa quantità dovremo anche tenere conto che aggiungiamo anche
0.48*4.4 = 2.1 gr. di cloruri
cioè 2100 mg che per 20 litri equivalgono a
2100/20 = 105 mg/l o ppm.
Si possono evitare calcoli complicati utilizzando uno dei tanti programmi di sintesi dell’acqua che sono disponibili su Internet. Uno tra tutti è BreWater di Ken Schwartz, disponibile gratuitamente all’indirizzo:
http://home.elp.rr.com/brewbeer/water/brewater.zip
Anche Promash ha un modulo che consente di fare le stesse cose, ma non è gratuito.
Aggiunta di calcio nel mashing
Se il pH del mash è troppo elevato è possibile ridurlo mediante l’aggiunta di un sale di calcio.
Non è il calcio di per sé che abbassa il pH, ma è la sua reazione con i fosfati contenuti nell’ammostamento che provoca il precipitare di fosfati di calcio e il liberarsi di ioni H che diminuiscono il pH.
La quantità di sali da aggiungere dovrebbe essere piuttosto contenuta per evitare gli squilibri derivanti dall’aggiunta di altri ioni. I sali più utilizzati in questo impiego sono il solfato di calcio (CaSO4) che introduce ioni solfato e il cloruro di calcio (CaCl2) che introduce ioni cloruro. Quest’ultimo è in genere preferibile dal punto di vista organolettico.
Utilizzo di malti scuri o acidi
Una ricetta contenente una quantità significativa (almeno 200-300 gr./20 l) di malti scuri (crystal, chocolate, roast, caramunich...) acidifica il mash aiutando a controbilanciare l’effetto tampone dei bicarbonati.
Questo in genere sistema le cose nel caso di alcalinità medio-alta.
D’altra parte una quantità rilevante di malti scuri e un’acqua poco alcalina possono portare a un mash eccessivamente acido.
Il pH di un ammostamento contenente grani scuri può essere stimato in anticipo mediante un microbatch, cioè un ammostamento di una piccola quantità di grani e acqua nelle stesse proporzioni del mash reale.
A volte succede, come nel caso di un’acqua poco alcalina e di utilizzo di malti scuri, che il pH scenda a valori troppo bassi rispetto a quelli ritenuti ottimali (5.6-5.8 a 20°C oppure 5.3-5.5 a temperatura di mash). In questo caso, se ci troviamo di fronte al "fatto compiuto", potremo provare a porvi rimedio aggiungendo al mash una sostanza che aiuti a ridurre l’eccessiva acidità. La sostanza migliore in questo caso è la calce idrata in quanto si limita ad introdurre calcio e ioni OH. Gli ioni calcio tenderebbero in realtà ad acidificare ulteriormente il mash, ma il loro effetto è mascherato dall’introduzione di ioni OH che di fatto elevano il pH.
Le quantità da introdurre sono molto minute, per cui conviene aggiungere una puntina di cucchiaino alla volta, mescolare bene e misurare il pH risultante. Non superare i 2 cucchiaini.
Se fate la birra a partire dagli estratti:
Se la vostra acqua del rubinetto è gradevole da bere, usatela senza problemi.
Se non è gradevole da bere, usate acqua minerale naturale.
Tenete presente che la più grande preoccupazione legata all’acqua è dovuta alla necessità di raggiungere nel mash i corretti valori di pH.
Cercate di ottenere un’analisi della vostra acqua di rubinetto oppure misurate direttamente tramite gli appositi kit la durezza, l’alcalinità e il calcio.
Procuratevi delle cartine per la misura del pH con precisione attorno a 0.2
Valutate quindi l’alcalinità residua (che è una caratteristica della vostra acqua) con la formula
RA = Alk - 0.71 * [Ca] - 0.59 * [Mg]
Se non conoscete [Ca] e/o [Mg], partite dalla durezza totale HD e, ipotizzando [Mg] = [Ca]/4, usate la relazione:
In ogni caso, qualunque sostanza chimica introducete nel mash, aggiungetene minute quantità per volta (diciamo la punta di un cucchiaino) e non superate mai in linea di massima i 2 cucchiaini totali.
Fate il mash con l’acqua del rubinetto (purché sia gradevole da bere) e, appena mischiati acqua e malti, misurate il pH di un piccolo campione di liquido fatto raffreddare a 20°C.
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