Il 4-vinilguaiacolo
Il 4-vinilguaiacolo, tanto nominato dai moderni mastri birrai e da tutti gli homebrewers che producono weizenbier, wit o altri stili che prevedono l'aggiunta di frumento o malto di frumento, è la sostanza responsabile dell'aroma speziato delle sopracitate birre; esso è un composto fenolico descritto con aromi come medicinale, affumicato e chiodi di garofano.
Fig. 1 Decarbossilazione dell'acido ferulico [2].
Il 4-vinilguaiacolo viene prodotto dalla decarbossilazione, cioè la perdita di un gruppo carbossilico (CO2), dell'acido ferulico, per via termica o enzimatica, fig.1. Infatti, una prima parte di questa sostanza viene prodotta con l'ebollizione del mosto, mentre la rimanente è prodotta durante la fermentazione dai lieviti POF+ mediante l'enzima FDC1 (Ferulic acid DeCarboxylase) [2].
Fig. 2 Struttura di un chicco di frumento [1].
Quindi l'acido ferulico è il responsabile di tutto ciò! Sorge ora il dubbio dove si trova e a cosa serve. Esso come tutte le sostanze fenoliche funge da antisettico o meglio antimicotico, permettendo al seme di non essere facilmente attaccato da muffe e fungi e marcire. Si trova nelle pareti cellulari di tutti i cereali, ed è maggiormente presente nel pericarpo ad accezione dei cereali tritici (frumento) che lo si ritrova anche nello strato aleurone, strato proteico tra il pericarpo e l'endosperma fig. 2.
Fig.3 A Struttura dello scheletro xilano, B legami tra xilosio, arabinosio e acido ferulico [1]
L'acido ferulico non è che sia libero tra gli strati del chicco ma è legato all'arabinoxilano. Questo è un emicellulosa presente in tutti i chicchi di cereali e serve come da struttura portante per le pareti cellulari, si compone di uno scheletro di xilosio che va a formare delle lunghe catene, al quale vi sono legate delle molecole di arabinosio a loro volta esterificate con l'acido ferulico, fig. 3. Bisogna anche dire che l'acido ferulico non solo rende l'arabinoxilano una molecola antisettica, ma può creare dei ponti per legare le varie catene tra loro.
Ora il problema è come estrarre questa sostanza, in nostro aiuto arriva l'esterasi dell'acido ferulico, enzima attivo tra i 35°C e i 63°C, avente come massima attività a 45°C e un pH tra 4.5 - 5.5 [3]. L'enzima idrolizza i legami esteri presenti sull'arabinoxilano, utilizzando una molecola d'acqua per ripristinare il gruppo carbossilico dell'acido e quello idrossido dell'arabinosio. Gli bastano 10 min per liberare la maggior parte dell'acido ferulico presente nel cereale [3].
Tutto ciò è in regola con la letteratura, molti birrai confermano che una breve pausa a 45°C, può migliorare una qualsiasi birra di grano. Ma vi è stata una equipe belga che ha osservato qualcosa d'insolito, andando a misurare sia le concentrazioni di acido ferulico che di 4-vinilguaiacolo, durante la fermentazione di vari mosti prodotti con frumento o malto di frumento a varie percentuali, notarono che con l'avanzare della fermentazione il contenuto di queste sostanze andava ad aumentare.
Allora la pausa a 45°C si va a fare benedire? In effetti un po' si, perché il 60-90% dell'acido ferulico viene prodotto durante la fermentazione. E da dove arriva? Come sempre dall'arabinoxilano, durante l'ammostamento la xilanasi idrolizza le catene di xilano [2], andando a produrre fibre solubili chiamate WEAX (Water Extractable ArabinoXylans), le quali a loro volta saranno presenti nel mosto dove i lieviti POF+ produrranno inizialmente l'esterasi per estrarre l'acido ferulico e poi la FDC1 per convertirlo in 4-vinilguaiacolo per renderlo meno tossico.
Bisogna allora creare una sosta per questo enzima durante l'ammostamento? No, questo enzima lavora ottimamente a 50°C e pH 4.5 - 5.0, rimane stabile fino a 55°C e basta lasciarlo agire per 10min [4]. Quindi l'enzima lavora tranquillamente durante la sosta proteolitica, al massimo anziché fare questa sosta a 52°C la si fa a 50°C.
L'acido ferulico contenuto nei cereali
I ricercatori belgi studiarono anche la variazione di acido ferulico, AF, e 4-vinilguaiacolo, 4-VG, facendo variare il contenuto di cereali.
Fig.4 e 5 Variazione di FA e 4-VG durante la fermentazione utilizzando frumento [2]
Utilizzando solo malto d'orzo la quantità di AF nel mosto diminuiva di poco durante la fermentazione, mentre quella di 4-VG aumentava sensibilmente, quasi 4 volte (1.1mg/l) la sopra la soglia di percezione (0.3mg/l), tutto merito dei lieviti e della xilanasi.
Nelle fig.4 e 5, si possono osservare l'evolversi di FA e 4-VG durante la fermentazione di solo malto d'orzo (BM100), 70% di malto d'orzo e 30% di frumento (BM70W30), 40% di malto d'orzo e 60% di frumento (BM40W60). Da queste si può dedurre che la legge "di più è meglio" non vale, appunto facendo variare la quantità di frumento FA non varia di molto durante la fermentazione. Invece si ha un alto contenuto di 4-VG (2.0mg/l), sviluppato durante la fermentazione, utilizzando il 30% di frumento nel grist [2]. Infatti, utilizzando una quantità doppia di frumento il 4-VG diminuisce, ciò perché la bassa quantità di malto d'orzo non fornisce enzimi sufficienti per scindere gli arabinoxilani.
Fig.6 e 7 Variazione di FA e 4-VG durante la fermentazione utilizzando malto di frumento [2].
La storia cambia se si utilizza il malto di frumento, come si può osservare in fig.6 andando ad aumentare la sua percentuale, aumenta la concentrazione di FA nel mosto, vedendo la soglia massima con l'utilizzo di solo malto di frumento (WM100). Sebbene il malto d'orzo contenga quasi la stessa quantità di FA, durante l'ammostamento e la fermentazione di solo malto d'orzo (BM100) se ne libera poco, 1/8 rispetto al solo malto di frumento. Ciò perché il 78% degli arabinoxilani dell'orzo sono contenuti nel pericarpo, non intaccato dagli enzimi nell'ammostamento, a differenza del frumento che contiene il 70% degli arabinoxilani nell'endosperma, maggiormente contenuto nello strato aleurone, come detto prima, di facile accesso per gli enzimi.
Ma il picco di 4-VG, in fig.7, si ha utilizzando il 30% di malto di frumento (BM70WM30), lo stesso che si ha con l'utilizzo della stessa quantità di frumento; mentre utilizzandone il 60% (BM40WM60) e il 100% di malto di frumento (WM100), questa quantità va a scendere. Addirittura nell'ultimo caso si hanno valori di 4-VG al di sotto di quelli di solo malto d'orzo, questo perché sebbene il malto di frumento abbia sufficienti enzimi per la sua maltazione, non ne possiede sufficienti per degradare gli arabinoxilani; mentre il malto d'orzo ne possiede in eccesso permettendo una migliore estrazione. Bisogna anche aggiungere che ad alti livelli di FA, non corrispondono ad alti livelli di 4-VG, questo perché vi sono dei fanomeni di inibizione della decarbossilasi [2].
Conclusioni
Alla luce di tutto si comprende che i livelli di 4-vinilguaiacolo prodotti dai lieviti POF+, non dipendo dall'ammostamento poiché gli enzimi che ci servono, lavorano alle normali temperature di ammostamento. Mentre l'utilizzo di un alta percentuale di frumento o malto di frumento non si traducono in alti livelli di 4-vinilguaiacolo, quindi a mio parere le normali dosi utilizzate, 40-50% di frumento o di malto di frumento, utilizzati per wit e weizen, sono più che accettabili per una buona birra di grano.
Bibliografia
[1] Brouns, F., Hemery, Y., Price, R., Anson, N. M.; Wheat aleurone: separation, composition, health aspects, and potential food use; Critical Reviews in Food Science and Nutrition, 52:553-568 (2012).
[2] Coghe, S., Benoot, K., Delvaux, F., Vanderhaegen, B., Delvaux, F. R.; Ferulic acid release and 4-vinylguaiacol formation during brewing and fermentation: indictions for feruloyl esterase activity in saccharomyces cerevisiae; J. Agric. Food Chem. 2004, 52, 602-608.
[3] Szwajgier, D., Wasko, A., Targonski, Z., Influence of pH and temperature of ferulic acid esterase and acetic acid esterase activities during malting and mashing, Polish journal of food and nutrition sciences, 2006, Vol. 15/56, No 2, pp. 183-191.
[4] megazime.com
Le informazioni presenti su questo blog sono a scopo informativo, quindi mi esento da qualsiasi responsabilità per i danni che potreste causare.
