Prefazione:
Come ben sapete inoculare la giusta quantità di lievito nella birra è un fattore essenzialeal fine della realizzazione del prodotto finito. Un' adeguato pitching rate, ovvero l'inoculo di una corretta quantità di lievito, influenza positivamente il sapore della birra; viceversa l' underpitching (inoculare quantità minori di quelle necessarie) e overpitching (inoculare troppo lievito) danno luogo a sapori e odori indesiderati.
Nel caso di underpitching è possibile che la fermentazione proceda con una maggior lentezza (aumentando il rischio di contaminazione dei batteri e lieviti selvaggi) ottenendo una minor attenuazione, allungamento del lag-time e alti livelli di diacetile e acetaldeide.
Nel caso di overpitching invece si può avere una scarsa ritenzione della schiuma, bassa attenuazione, possibilità di esteri indesiderati e alti livelli di diacetile e acetaldeide.
Teoricamente la formula che viene data per il calcolo della quantità ottimale di cellule di lievito da inoculare è data da:
#CELLULE= (1MILIONE) x (ML mosto) x (GRADI PLATO DEL MOSTO)
Per fare un esempio, per 20 litri di una generica ale con 12° plato (circa 1048), avremo (1 milione) x 20.000 x 12 = 240.000.000.000 di cellule (240 miliardi).
Nell realtà si lavora con dosi di lievito leggermente minori. Nelle ale al posto di 1 milione si usano 750.000 cellule per ml (con l'esempio di prima risulterebbero 180 miliardi di cellule) mentre per le lager sarebbe indicato usare una dose doppia : 1,5 milioni per ml (360 miliardi di cellule); infine per le ale in stile british e per le german weizen è consigliata una dose ancora minore: da 0,5-0,75 milioni per ml (120-180 miliardi).
Tutti questi numeri sono riferiti a dosi per lieviti conservat; infatti quando viene inoculato un lievito fresco, da laboratorio, sano, con il mosto ben ossigenato e nutrito la pitching rate può diminurire anche del 50%.
Stimare la densita delle cellule del lievito senza microscopio
Se abbiamo il lievito all'interno di un contenitore-provetta che si è depositato bisogna calcolare l'intero volume del liquido all'interno della provetta, e il volume occupato dal lievito sul fondo. Sapendo che quest'ultimo è una sostanza ad alta densità e impaccante e che ha al suo interno circa 8 miliardi cells/ml, il gioco è fatto!
Esempio: se ho, per semplicità, una provetta cilidrica di raggio r=1 cm, e misuriamo l'altezza del volume totale pari a h_tot=10cm e l'altezza del volume del lievito pari a h_y=5cm, abbiamo che: Vtot_liquidi=Base x Altezza = (pigreco*r*r) x (h_tot) = 31,4 ml. Vtot_lievito=(pigreco*r*r) x (h_y) = 15,7 ml. Conclusione: cellule totali: (8 miliardi) x (15,7) = 125,6 miliardi. Se viene scossa la provetta si ottiene un liquido con una quantità di cellule pari a : 125,6 miliardi / 31,4 = 4 miliardi cellule /ml.
Se si vuole prelevare il lievito dal fermentatore bisogna stare attenti perchè in mezzo ci possono essere altre sostanze indesiderate. Con il susseguirsi della fermentazione e del decantamento, si possono distinguere sostanzialmente 3 stati nel fermentatore: il primo contenente lieviti che sono flocculati per ultimi e quindi meno flocculanti e con possibili cellule mutanti, il secondo contenente lievito con flocculazione sulla media e il terzo contenete lieviti flocculati prima, morti , e altri residui proteici precipitati nel primo stadio di fermentazione.
Quando andiamo a prelevare dal fermentatore un campione bisognerebbe puntare a prendere quello nel secondo strato, quello in mezzo. In ogni caso una volta prelevato e fatto decantare si stratificherà nuovamente formando una parte superiore contenete la birra finita, uno centrale contenente il nostro lievito mediamente attivo e in salute e uno finale contenete residui proteici. Bisogna tenere conto di questi fattori al fine di calcolare la quantità di cellule presenti nella provetta sottraendo al volume di lievito attivo quello degli scarti.
Una altro metodo è basato sul riscontro visivo. Per realizzarlo c'è bisogno di munirsi di un tubo di vetro cilindrico dello spessore di 13x100mm e di un buon occhio. Il metodo è basato sul fatto che una quantità di lievito inferiore a 1 milione cellulle/ml rendono il liquido non torbido (praticamente limpido) e che, attorno a 1 milione risulta visibilmente opaco. Quindi si aggiusta la densità di cellule, aggiungendo lievito, finchè il campione è parzialmente visibile. Tenendo conto delle diluizioni si tiene pure conto della quantita' di cellule totali.
Esempio: parto dalla provetta contenente un liquido (starter) limpido, senza lieviti. Aggiungo piano piano delle piccola quantità di lievito fino a renderlo visibilmente opaco. A quel punto ho raggiunto una quantità di lievito stimata di 1 milione cell/ml. Calcolo l'altezza del liquido totale nella provetta (es: h_tot= 9cm) e il volume occupato da esso: V_tot=(Base) x (h_tot) =1,3*1,3*pigreco*9 = 47,76 ml. Infine calcolo il numero delle totali: (1milione / ml) * (47,76 ml) = 47,76 milioni di cellule. Svuoto e ripeto il procedimento fino a ottenere il quantitativo desiderato.
Quando prendi il lievito dal top o dal bottom si ha solitamente 0.8-2 miliardi cellule per ml. Lo slant di lievito liquido contiene circa 100 miliardi cellule mentre le buste di lievito secco contengono solitamente dai 7-20 miliardi di cellule per grammo dipendente dalla grandezza cellule e dalla presenza di altre sostanze. Sicuramente questo non è il numero di cellule ottenute dopo la reidratazione perchè questo dipende da molti fattori tra cui come è stato conservata la busta e il metodo di reidratazione. Un fallimento nella reidratazione del lievito può portare ad avere la metà di cellule attive presenti nel mosto. Una volta saputo il numero di cellule per grammo presenti nella busta, e una volta saputo di quante cellule/ml abbiamo bisogno, è un attimo calcolare la quantità di grammi di lievito secco di cui necessitare.
Se si vuole cercare di stimare il numero di cellule in base al peso, basta considerare che 2 miliardi di cellule di lievito per ml puro dovrebbero persare circa 1.02 grammi/ml con l'acqua che pesa 1 g/ml.
Lo starter
Lo scopo dello starter è quello di generare abbastanza lievito vitale per una corretta fermentazione utilizzando mosto come nutrimento per il lievito. Spesso ci si concentra sulla moltiplicazione delle cellule a scapito della loro vitalità. E' preferibile avere poco lievito sano e vitale che tante cellule deboli. E' consigliato quindi garantire la massima igiene, nutrimento e una corretta ossigenazione. Lo starter può essere fatto con estratto secco light con una densità compresa tra 1,030-1,040. Per le ricoltivazioni da lieviti in fondo alla bottiglia è consigliata un OG di 1,025. Una densità bassa non favorisce una sufficiente crescita cellulare mentre una alta esercita troppa pressione sul lievito risultando dannosa. E' quindi sbagliato pensare che uno starter ad alta gravità debba essere fatto per una birra ad alta gravità. Per calcolare la quantità di estratto da usare si deve pensare di utilizzarlo con un rapporto di 10 a 1, cioè 1 grammo DME ogni 10 ml di starter.
Esempio: per 2 litri di starter si aggiungono circo 200 grammi di estratto secco ligth. Va fatto bollire 15 minuti prima dell'inoculo.
E' molto più facile crescere lievito sano e attivo se viene somministrata una continua dose di ossigeno che è un fattore critico per la crescita del lievito. Ci sono molti modi per aggiungere ossigeno: agitare a intermittenza, in continuo, ossigeno puro, agitatore magnetico o aria pompata con un filtro sterile. L'agitatore è la scelta migliore in quanto garantisce un buon scambio di gas, mantiene il lievito in sospensione e espelle l'anidride carbonica; tutti fattori che incrementano la crescita cellulare (che risulta 2-3 volte maggiore rispetto a uno starter senza agitazione magnetica). Essenziale è mantenere una temperatura che favorisca la crescita dei lieviti : attorno ai 22 gradi per lager e ale. Bisogna stare attenti che la continua agitazione del lievito favorisce lo scambio di calore della soluzione con l'ambiente cosi che variazioni di temperatura nell'ambiente si trasferiscono subito sullo starter. Quando si usa l'agitazione magnetica non inserire un gorgogliatore ma basta un pezzo di alluminio sanitizzato che permette ai lieviti selvaggi di restare fuori e di garantire un miglior scambio di gas. Se non si ha a disposizione un agitatore magnetico, agitare il più possibile lo starter può fare una gran differenza (agitare vigorosamente lo starter ogni ora può portare a un numero di cellule raddoppiate rispetto allo stesso non agitato).
Ogni volta che si fa uno starter bisogna tenere a mente le 4 chiavi principali che influenzano la crescita del lievito e la sua vitalità:
- Nutrienti (ossigneno, zinco, ammino acidi e nitrogeni)
- Temperatura
- Zuccheri
- Ph
Il ph ideale dovrebbe essere attorno a 5 ma non preoccupatevi se non riuscite a misurarlo, il ph tipico dopo l'aggiunta dell'estratto di malto va da 4 a 6. Se avete un acqua particolarmente dura aggiungete pure una piccola porzione di acqua distillata o osmotizzata.
Ci sono due principali modi per inoculare lo starter:
1) Attenuandolo completamente: se lo starter è maggiore del 5% del volume della birra da fermentare lasciate che il lievito finisca di fermentare e si depositi e poi inoculate solo quello eliminando la parte liquida. Aspettate che il lievito abbia consumato tutti gli zuccheri presenti e aspettate 8/12 ore dalla fine della fermentazione in modo che il lievito sviluppi la propria riserva di glicogeno. Dall'inoculo prematuro può risultare un attenuazione finale minore in quanto il più flocculante è ancora presente nella parte liquida.
2) Alla massima attività (high krausen): per chi volesse inoculare i lieviti nel massimo della loro attività bisogna stare attenti a controllare la temperatura del mosto e evitare che la differenza sia compresa tra 3-6 gradi. Maggior temperatura può stordire le cellule e influenzare l'attenuazione o la produzione di sulfuri nei ceppi lager. La minor temperatura invece potrebbe portare il lievito a uno stadio dormiente che vanificherebbe il proposito di volerlo inoculare al massimo della sua attività. Non è possibile quindi separare la parte liquida dal lievito e quindi risulta inevitabile la diluizione del mosto. E' una tecnica che viene utilizzata per aggiungere lievito fresco a un mosto già parzialmente fermentato per migliorarne l'attenuazione.
Quanto grande fare lo starter?
Il tasso di inoculo influenza la frequenza di crescita. Non è importante il volume dello starter ma quante cellule si aggiungono in rapporto al volume. Idealmente si vuole far crescere il lievito nella quantita giusta di volume in modo da garantire una salute ottimale del lievito e la quantità giusta per non creare problemi di fermentazione.
Nielsen ha introdotto il cosiddetto Yield Factor, ovvero la misura della crescita cellulare rispetto allo zucchero consumato dal lievito che viene misurato come:
Yield Factor = [ (milion/ml cellule finali) - (milion/ml cellule iniziali) ] / ( gravity in plato)
Ad esempio, se facciamo un litro di starter usando 100 milardi di cellule (il contenuto di un paccheto Wyeast o di uno slant White lab), avremo un tasso di inoculo di 100 milioni per millilitro; se alla fine avremo 152 milioni di cellule per ml, e lo starter sarà passato da 9° plato a 2° plato, il lievito avrà consumato 7° plato di zucchero, la formula ci darà Yield Factor = (152 – 100) / 7 = 7.4.
Maggiore lo YF più efficente è stata la crescita. Una quantità >20 indica una fermentazione aerobica mentre una < 20 anaerobica. A livello casalingo è difficile raggiungere tali livelli di crescita ma è più importante ottenere una cultura pura e vitale. Bisogna capire quando stiamo massimizzando la crescita o quando stiamo semplicemente facendo una birra di starter. La maggior parte degli homebrewers infatti fanno starter con una gran quantità di popolazione di lievito. Un lievito liquido solitamente contiene 100 miliardi di cellule e cercare di moltiplicarle in maniera sostanziale richiederebbe uno starter molto grande.
Nella figura si nota un esperimento fatto con diversi tassi di inoculo rapportati a diversi volumi di starter dello stesso lievito (temperatura 21 gradi e OG 1,036) contenente la stessa quantità di cellulle (100 miliardi).
Nella prima riga mescolando 100 miliardi di cellule in 1/2 litri di starter totale (=500 ml), si ottengono un totale di 100 miliardi / 500 ml = 200 milioni/ml di cellule.
Si nota come lo starter piccolo è quasi inutile dal punto di vista della crescita cellulare ma comunque serve per migliorare la salute del lievito attivandone il metabolismo. Si ha una crescita significativa a partire da 1.5 litri con un tasso di inoculo di 67 milioni per ml.
C'e' comunque un limite superiore a quanto il lievito può crescere e moltiplicarsi; per esempio, con un tasso di inoculo di 4 milioni/ml, partendo da una quantità di 100 miliardi di cellule esse genereranno un massimo di 600 miliardi di cellule e non oltre indipendentemente dalla quantità di nutrienti. Con le stesse caratteristiche di temperatura e OG di prima, questo grafico mostra la crescita cellulare del lievito per una quantità iniziale di 100 miliardi di cellule in volumi di starter sempre maggiori e quindi con tassi di inoclulo (cell/ml) diversi. Da notare appunto che la curva possiede un limite superiore di 600 miliardi di cellule cresciute, come sopracitato.
In questa ultima immagine è indicato, all'interno della griglia, il numero di fiale (da circa 100 miliardi di cellule) che bisognerebbe inoculare in uno starter con un determinato volume (sopra indicato) per ottenere il numero di cellule indicate a lato.
Esempio: per avere 250 miliardi di cellule bisogna fare uno starter di 3 litri di una fiala di 100 miliardi di cellule. Se se ne vogliono 300 miliardi invece le opzioni sono 2: o 1 fiala con uno starter di 5 litri o altrimenti 2 fiale per uno starter da 2 litri.
Starter a piu passaggi
Quello che bisogna tenere conto quando si fa uno starter multiplo (e uno starter in generale) è il tasso di inoculo che si viene a creare nel passaggio da uno starter a un altro. Passare da uno starter piccolo a uno di dimensioni elevate non è una strategia consigliabile in quanto risulterebbe in un tasso di inoculo basso. Allo stesso modo (come abbiamo visto sopra) uno starter composto di tanti piccoli step può portare a una bassa formazione di nuove cellule e sicuramente la possibilità di contaminazione è maggiore.
Ad esempio, se vogliamo fare uno starter con lievito lager con un pacchetto di lievito liquido per un mosto di 19 litri con OG di 1048, e di voler ottenere 360 miliardi di cellule avendo a disposizione un contenitore da 2 litri. Facendo uno starter con 200 grammi di estratto in due litri, otterremo 200 miliardi di cellule. Se ora aggiungiamo il lievito ottenuto ad un altro starter di 2 litri, non otterremo 400 miliardi di cellule, ma soltanto 300 miliardi di cellule finali, quantità che comunque si avvicina abbastanza a quella desiderata. Per avere la stessa quantità di cellule con un singolo starter avremmo avuto bisogno di 6 litri di mosto.
Se facessimo lo stesso con 1 litro di starter (100 grammi di estratto), avremmo 150 miliardi di cellule dopo il primo step e 168 miliardi dopo il secondo; la bassa crescita del secondo step è dovuta al tasso di inoculo troppo alto rispetto al volume dello starter.
Percentuale di cellule vitali nei lieviti liquidi dopo l'imbottigliamento
Seguendo un programma che calcola le percentuali di cellule vitali in un lievito liquido ho notato che viene calcolata nel seguente modo:
1) ricavare la data di imbottigliamento del lievito (per le fiale del white labs sono solitamente 4 mesi prima dalla best before date)
2) calcolare quanti giorni sono passati da allora a oggi (x)
sapendo che 4 mesi sono 120gg allora:
%celluleVitali= 90*[ (120-x) / 120 ] + 10
Esempio: data scadenza lievito: 01/04/2014, data oggi: 01/03/2014 allora: x = 3 mesi = 90 giorni. Quindi % cell vitali= 90*(1/4) + 10 = 32,5 %, allora il numero di cellule attive sono 32,5 miliardi.
In ogni caso se qualcuno si è perso con i calcoli esistono molti programmi che calcolano i litri di starter per una data quantità di cellule, tra cui:
http://www.mrmalty.com/calc/calc.html
Tratto da : Yeast a pratical guide for brewing