il pH è un fattore importante nella produzione di birra di qualità. I livelli di pH durante le varie fasi del processo di birrificazione influenzano il potenziale di estratto, il colore della birra, la formazione di hot-break, la stabilità della schiuma, l’estrazione dell’olio di luppolo, l’amarezza del luppolo e la liofilizzabilità della birra. È anche una considerazione importante per la qualità della birra durante la conservazione, poiché un pH basso inibisce la crescita batterica.

Cos’è, esattamente, il pH?

Il valore del pH di una soluzione è un modo di esprimere l’acidità o l’alcalinità di quella soluzione. La maggior parte degli homebrewers hanno familiarità con la scala del pH e sanno che valori superiori a 7 sono basici (o alcalini) e valori inferiori a sette sono acidi (supponendo che la lettura del pH sia fatta a 68 °F/20 °C). Forse non sapete che Soren Sorensen, un biochimico danese che lavorava per i laboratori Carlsberg, è l’uomo che ha stabilito il concetto di pH. Ma cos’è esattamente il pH? Un buon punto di partenza per spiegare il pH è l’acqua pura. L’acqua pura è una miscela di molecole di H2O e un numero molto piccolo di ioni idronio (H3O+) e di ioni idrossile (OH-). Questo perché, nell’acqua pura, un piccolo numero di molecole d’acqua si dissocia spontaneamente in ioni H+ e OH-. Gli ioni H+ si combinano quasi immediatamente con una molecola d’acqua per formare H3O+. L’idea del pH può essere approcciata piacevolmente usando il concetto di costante di ionizzazione dell’acqua, o Kw. Kw è definito come il prodotto della concentrazione di ioni H3O+ e OH- presenti all’interno della soluzione o:

Kw =

(In un’equazione chimica, le parentesi intorno a uno ione o a una molecola indicano la concentrazione di quella sostanza.)

Kw = 2 = 10-14

Risolvendo per , troviamo che:

= 10-7 (o 0.0000001)

pH è definito come il log negativo della concentrazione dello ione idronio, o equivalentemente:

pH = -log

Quindi, in acqua pura a 25 °C (77 °F), la concentrazione di H3O+ è 10-7, e quindi il pH è 7.

In acqua pura a 25 °C (77 °F), il pOH – il log negativo della concentrazione di ioni idrossile – è anche 7 (perché la concentrazione di ioni idronio e idrossile sono uguali). Inoltre, in qualsiasi soluzione acquosa diluita, a qualsiasi temperatura, è vero quanto segue:

pH + pOH = pKw

Questa relazione diventa importante quando si misura il pH di soluzioni – come l’ammostamento o il mosto in ebollizione – a temperature diverse da 25 °C (77 °F) poiché Kw varia con la temperatura.

L’acidità o alcalinità relativa di una soluzione acquosa dipende dal fatto che ci siano più ioni H3O+ o ioni OH- presenti nella soluzione. Se sono presenti più ioni H3O+, la soluzione è acida. Se sono presenti più ioni OH-, la soluzione è basica (o alcalina).

Per esempio, se si aggiunge dell’acido all’acqua pura a 25 °C (77 °F), la concentrazione di ioni idronio sale. Di conseguenza, il pH scende perché il pH è il log negativo di quella concentrazione. Inoltre, poiché a questa temperatura pH + pOH = 14, la concentrazione di ioni idrossile scende – perché alcuni ioni idronio e ioni idrossile reagiscono per formare molecole d’acqua – e di conseguenza il pOH sale.

A causa del modo in cui il pH è definito, la scala del pH non è lineare. Una soluzione che ha un pH di 4 è dieci volte più acida di una soluzione che ha un pH di 5, e cento volte più acida di una soluzione che ha un pH di 6.

Cambiamenti durante il processo di fermentazione

Durante il processo di fermentazione, il pH del mosto e della birra cambia. L’acqua della maggior parte delle fonti d’acqua municipali avrà un pH superiore a 7 (perché è trattata per prevenire la corrosione dei tubi). Quando è combinata con il malto frantumato, il pH della miscela di grano e acqua scende considerevolmente rispetto al pH iniziale della sola acqua.

Diminuzione naturale del pH

Questa diminuzione del pH osservata è il risultato del cambiamento della composizione minerale all’interno della soluzione. Il principale cambiamento che avviene durante il processo di ammostamento è la precipitazione di fosfati e amminoacidi derivati dal malto. I fosfati, come l’acido fosforico, si dissociano. Per esempio:

H3PO4 -> H+ + H2PO4-

H2PO4- -> H+ + HPO4-2

e

HPO4-2 -> H+ + PO4-3

Se sono presenti ioni calcio, i fosfati precipiteranno come fosfato di calcio, lasciando dietro di sé ioni idrogeno:

3Ca+2 + 2H3PO4 -> 6H+ + Ca3(PO4)2

Una reazione simile avviene se sono presenti ioni magnesio, ma il fosfato di magnesio è più solubile del fosfato di calcio, quindi l’effetto sul pH è meno drammatico.

Una reazione avverrà anche se nella soluzione sono presenti aminoacidi o polipeptidi. Gli ioni di calcio reagiranno con il gruppo degli aminoacidi:

2(Gruppo aminoacido – COOH) + Ca+2 -> Ca (Gruppo aminoacido – COO)2 + 2H+

Se il solfato di calcio (CaSO4) viene aggiunto all’acqua di birra, gli aminoacidi formeranno il precipitato insolubile descritto sopra, lasciando dietro di sé ioni idrogeno (H+) – che, ricordiamo, si combinano istantaneamente con l’acqua per formare ioni idronio – e ioni solfato, (SO4-2).

Questi cambiamenti nella composizione minerale e la precipitazione di sali di calcio sono responsabili della maggior parte della diminuzione del pH che si osserva prima della fermentazione. Tuttavia, anche la composizione della distinta dei cereali influenza il pH. Se la stessa acqua è usata per due mash, un mash con malti speciali scuri si stabilizzerebbe in un pH più basso di un mash composto interamente da malti base chiari. Un mash di malti chiari e un’aggiunta amidacea – come il riso o il mais – avrebbe un pH più alto dei due precedenti.

Interferenza con la diminuzione naturale del pH

La presenza di altri minerali nell’acqua di fermentazione può interferire con la diminuzione del pH durante il processo di fermentazione. In particolare, gli ioni carbonato (CO3-2) e bicarbonato (HCO3-) (gli ioni associati alla durezza temporanea dell’acqua) possono agire come tamponi alla diminuzione del pH. Questi ioni interagiscono con le molecole d’acqua per formare ioni ossidrile (OH-):

CO3-2 + H2O -> HCO3- + OH-

HCO3- + H2O -> H2CO3 + OH-

Questi ioni OH- extra reagiranno poi con qualsiasi ione H3O+ che incontrano e produrranno molecole di acqua. Questo rimuove efficacemente gli ioni H+ extra generati dal processo di birrificazione e limita la naturale diminuzione del pH. Questo è il motivo per cui è importante assicurarsi che gli ioni responsabili della durezza temporanea siano rimossi dall’acqua di fermentazione, specialmente quando si producono birre chiare.

Proprio pH di mash

Ottimamente, il pH di un mash di infusione dovrebbe essere nell’intervallo 5.2-5.6, con la metà inferiore di questo intervallo spesso citata come preferibile. Questo intervallo è un compromesso tra i pH ottimali per una varietà di processi. Il pH del mash influisce su molti aspetti della birra, tra cui la resa dell’estratto, la fermentabilità, l’estrazione dei tannini, la liofilizzazione e il tempo di saccarificazione.

In un mash per infusione, la maggior resa dell’estratto si ottiene quando il pH del mash è 5,2-5,4. Il mosto più fermentabile si ottiene nell’intervallo 5,3-5,4. Il tempo di conversione più veloce si ottiene nell’intervallo 5,3-5,6.

Se il pH durante l’ammostamento è troppo alto, l’idrolisi dell’amido e delle proteine può essere influenzata negativamente. Inoltre, un pH elevato durante l’ammostamento aumenterà la quantità di destrine presenti nel mosto, risultando in un mosto meno fermentabile.

Le bucce dell’orzo maltato contengono composti come polifenoli (come i tannini) e composti di silice che sono più solubili, e quindi più facilmente estraibili, in condizioni di pH elevato. I polifenoli possono contribuire all’instabilità colloidale e possono produrre astringenza nella birra finita.

La maggior parte dei polifenoli sono estratti durante le fasi finali dello sparging, quando il pH del mosto in uscita dal mash aumenta. E’ quindi importante smettere di raccogliere il mosto quando il pH dell’ultimo mosto sale a 5,8-6,0. (Si noti che è il pH del mosto in uscita che conta, non il pH dell’acqua di sparge.)

Il pH ottimale per molti aspetti dell’ammostamento varia effettivamente a causa della temperatura, dello spessore del mosto e di altri fattori, compreso l’impiego di un mash per infusione o decozione. Come tale, gli intervalli di pH ottimali citati nella letteratura sulla birra a volte variano di un bel po’.

Per l’homebrewer, ottenere il pH di ammostamento nel giusto campo di gioco migliorerà notevolmente la vostra birra se avete precedentemente mancato il bersaglio. Tuttavia, fare piccoli aggiustamenti all’interno della gamma accettabile probabilmente non si tradurrà in grandi cambiamenti nella vostra birra. E generalmente, una volta che si impara a controllare il pH per una data birra, non sarà necessario monitorare il pH ad ogni sessione di birrificazione. In molti casi, la prima volta che un birraio controlla il suo pH, scoprirà che tutto è stato a posto per tutto il tempo.

Controllo del pH del mash

Se il pH del tuo mash non cade naturalmente nell’intervallo accettabile, ci sono una varietà di modi per manipolarlo. Il problema più comune per i birrai, specialmente quelli con molti ioni carbonati nella loro acqua, è un pH di mash troppo alto. Per abbassare il pH, i birrai spesso aggiungono ioni di calcio, dal gesso (solfato di calcio) o dal cloruro di calcio. In un lotto da 5 galloni (19 litri), uno o due cucchiaini di uno di questi risolveranno spesso il problema. Allo stesso modo, gli acidi organici – come l’acido lattico o l’acido fosforico – possono essere aggiunti per abbassare direttamente il pH del mash. L’aggiunta di malto acido, fino a circa il 5% del macinato, è un modo “naturale” per aggiungere acido lattico al mash.

Se l’acqua del birraio ha molti carbonati, e questo è ciò che mantiene il suo livello di pH troppo alto, il livello di carbonato può essere notevolmente ridotto bollendo l’acqua e travasando il precipitato. Di solito è più facile, comunque, trattare semplicemente l’acqua ricca di carbonati con un acido (per neutralizzare i carbonati) o diluirla con acqua distillata o acqua preparata con osmosi inversa (RO).

In alcuni casi, specialmente se un birraio usa acqua molto dolce e fa una birra scura, il pH del mash può essere troppo basso. In questi casi, l’aggiunta di un po’ di gesso (carbonato di calcio) o di bicarbonato di sodio aiuterà.

L’importanza del pH di bollitura

Dopo l’ammostamento, il mosto viene portato nel bollitore e bollito. Proprio come il pH è importante nell’ammostamento, esso influenza anche molti processi diversi nella bollitura. Durante la bollitura, il fosfato di calcio continuerà ad essere precipitato – proprio come durante l’ammostamento – finché nel mosto sarà presente una quantità sufficiente di calcio. Come tale, il pH diminuisce e continua a diminuire man mano che la bollitura procede.

Ottimamente, si dovrebbe raggiungere un pH del mosto post-bollitura di 5.0-5.2. L’atterraggio nella gamma giusta vi aiuterà a ottenere il miglior carattere estratto dal vostro luppolo, a massimizzare la quantità di rottura del luppolo che si forma e a mantenere al minimo il prelievo di colore durante la bollitura. Di solito, stabilire il giusto pH di ammostamento vi permetterà di raggiungere il giusto pH di bollitura senza alcuna manipolazione, ma questo non è sempre il caso.

L’isomerizzazione degli alfa acidi in iso-alfa acidi durante la bollitura del mosto è influenzata dal pH. Questa reazione di isomerizzazione è favorita da un pH più alto. In un intervallo di pH di 8-10, la conversione in iso-alfa acidi può avvicinarsi al 90%. (Questo è il motivo per cui gli estratti di luppolo sono prodotti a livelli di pH molto alti.) Alle gamme di pH tipiche del mosto (5,2-5,4), la conversione è limitata a un massimo teorico di circa il 60%, con un valore di utilizzo finale di circa il 35%. Questo non significa che un alto pH di bollitura sia una buona cosa; anche se le bolliture ad alto pH estraggono più amaro dal luppolo, il carattere dell’amaro è più “grossolano” e la birra soffrirà probabilmente di molti altri problemi legati al pH.

La coagulazione dell’hot break – un complesso di proteine e polifenoli – è un’altra importante funzione della bollitura. Il pH della vostra bollitura ha un effetto molto visibile su questo. Il pH ottimale per la formazione del break è 5,2. Se, all’inizio della bollitura, vedete grossi e soffici pezzi di materiale di rottura nel vostro mosto, avrete la conferma visiva che il vostro pH è nel range giusto.

Il colore del mosto generalmente aumenta durante il processo di bollitura del mosto a causa delle reazioni di Maillard, reazioni tra aminoacidi e zuccheri. Le reazioni di Maillard non sono favorite a valori di pH più bassi, quindi avere un mosto con un pH più basso è importante se si vuole produrre una birra di colore più chiaro.

Se il pH del tuo bollitore deve essere abbassato, aggiungere un po’ di calcio di solito aiuta. Per cinque galloni (19 L) di mosto, 1⁄4-1⁄2 cucchiaino di gesso o cloruro di calcio dovrebbe fare il trucco. Si può anche aggiungere acido.

E infine, la fermentazione

Durante la fermentazione, il pH continua a scendere per una varietà di ragioni. Le cellule del lievito assumono ioni di ammonio (che sono fortemente basici) ed espellono acidi organici (compreso l’acido lattico). Il ceppo di lievito scelto può influenzare il pH finale della birra. La maggior parte delle birre lager finiscono a 4,2-4,6, con alcune birre chiare che finiscono a 3,8. (Le birre acide possono avere valori di pH intorno a 3.0.)

Raggiungere un pH ottimale, inferiore a 4.4, favorisce una maturazione più veloce della birra (incluso l’assorbimento del diacetile), una migliore chiarezza della birra, una migliore stabilità biologica e un gusto di birra più “raffinato”.

I birrai raramente regolano il pH finale della birra con l’acido. Per raggiungere un pH finale adatto, basta condurre una buona e vigorosa fermentazione. Poiché il pH diminuisce con l’attenuazione, le birre più secche tendono ad avere valori di pH leggermente inferiori. Una curiosità interessante sulla fermentazione è che alcune molecole nella birra in fermentazione vengono decolorate quando il pH si abbassa e quindi il colore della birra si schiarisce leggermente durante la fermentazione.

Sommario

Il pH influenza quasi tutte le reazioni fisiche, chimiche e biochimiche che avvengono nel processo di birrificazione. I birrai che capiscono i fattori che influenzano il pH e come gestirli durante il processo di birrificazione saranno più in grado di produrre costantemente buona birra. Anche se il pH è chiaramente una variabile importante nel processo di birrificazione, raramente richiede una grande attenzione da parte dell’homebrewer. Di solito abbinare la distinta dei cereali con l’acqua di fermentazione adatta dovrebbe essere tutto ciò che serve per assicurare un giorno di birra di successo.

Misurare il pH (di Chris Colby)

Il modo migliore per misurare il pH in un homebrewery è con un misuratore di pH poco costoso. Ci sono molti modelli adeguati che costano meno di $100.

Quando si ottiene per la prima volta il misuratore di pH, iniziare a immergere l’elettrodo nella soluzione di conservazione dell’elettrodo. Ogni volta che il misuratore non è in uso, dovrà essere conservato in questa soluzione. Idealmente, l’elettrodo non dovrebbe mai essere lasciato asciugare.

Calibrare il misuratore secondo le istruzioni del misuratore, usando un tampone a pH 7.01 e un tampone a pH 4.01.

Prendere il campione di mosto in un bicchiere pulito. Se il campione proviene dal mosto, raffreddatelo a temperatura ambiente, anche se il vostro pH-metro ha un controllo automatico della temperatura (a temperatura ambiente, il pH del campione raffreddato sarà circa 0,35 unità più alto del pH a temperatura di mosto). Effettuare letture di campioni caldi ridurrà la vita dell’elettrodo. Sciacquare l’elettrodo con acqua distillata e poi asciugarlo con un fazzoletto. Non lasciare che il fazzoletto tocchi l’elettrodo, ma avvicinarlo abbastanza da rimuovere il liquido.

Posizionare l’elettrodo nel campione e dare al campione una rapida rotazione. Assicurati che non ci siano bolle attaccate all’elettrodo. Accendere l’alimentazione dell’elettrodo. L’alimentazione dell’elettrodo non dovrebbe mai essere accesa a meno che l’elettrodo non sia immerso.

Con l’alimentazione dell’elettrodo, lo strumento effettuerà la lettura. Annotala nel tuo quaderno di laboratorio, poi spegni l’elettrodo prima di tirarlo fuori dalla soluzione. Sciacquare nuovamente l’elettrodo con acqua distillata, asciugarlo e rimetterlo nella soluzione di conservazione.