Tecniche di propagazione. Demiurghi da laboratorio

Idea originaria della propagazione in laboratorio

Molto probabilmente, i birrai a cui è passata per la testa l’idea di realizzare una Brett Beer si sono dapprima chiesti dove reperire un ceppo brett puro già pronto, approdando dopo varie difficoltà all’idea di farselo produrre da un laboratorio. Altrettanto probabilmente la metà di questi ha poi visto il tecnico di laboratorio fingere un malore dopo aver sentito “Brett[…]”.

In effetti, la propagazione “in casa” di lieviti in generale non è un mestiere per tutti, non tanto per la complessità del lavoro, quanto perché potrebbe essere ingiustificato, c’è un compromesso risorse/risultato da valutare. Usando i Brett però, il discorso si ribalta, e soprattutto i vincoli tecnici per volerlo/poterlo usare e poterlo propagare aumentano, da qui la scarsa diffusione di questi interessanti funghetti.

 

Costruzione del propagatore in garage

Abbiamo già raccontato perché abbiamo scelto di propagarci il lievito. Ora vi spieghiamo come lo facciamo. Mi interessa fare però una premessa: la nostra cantina è un ambiente fortemente cross-contaminato. Lo scambio microbiologico tra le botti è inevitabile ed è accettato, motivo per cui anche se è importante propagare un ceppo in purezza, alla fine della propagazione seguirà una contaminazione certa. Per questo, Ca’ del Brado può permettersi ricerca e sperimentazione sulle macchine e sulle tecniche, passi avanti e indietro, un laboratorio attrezzato in modo essenziale, in modo coerente con la filosofia brada.

 

Propagazione Batch vs Fed-batch

Nel prossimo articolo, già promesso tempo fa, vi parleremo di come abbiamo realizzato il propagatore. Oggi vogliamo parlarvi invece di come si comporta il lievito, nell’ottica del birraio, quando vogliamo replicarlo. In effetti, prima di progettare un sistema di propagazione bisogna aver capito di necessitarne, aver compreso cioè se è sufficiente lavorare con starter classici.

Beute in propagazione batch

La propagazione batch è una tecnica classica e diffusa, raccomandata per produrre starter dai produttori di lievito, perché è semplice da gestire. In sintesi, si tratta di una vera e propria mini-fermentazione. Nella propagazione batch infatti le cellule, poste in un substrato di mosto con un grado saccarometrico elevato, si replicano con una cinetica molto rapida, consumando ossigeno, carboidrati, proteine e grassi, abbassando il pH del mosto e producendo nel mentre anidride carbonica ed alcool. La replicazione, dopo un po’, termina per due motivi: o quando una qualsiasi di queste fonti viene esaurita (mai), oppure (sempre) quando la concentrazione di alcool supera la soglia tollerata dal lievito. Purtroppo, somministrare ossigeno, ad esempio usando un agitatore magnetico, aiuta ad espellere alcool e CO2, ma non risolve il problema: con la concentrazione di glucosio elevata, anche in presenza di ossigeno, il metabolismo del lievito non riesce ad essere aerobico ossidativo e quindi produce ugualmente alcool. Si chiama effetto Crabtree. Ecco spiegato perché la propagazione batch è una sorta di fermentazione.

Per fortuna (o meglio per natura), il lievito si è evoluto per sopravvivere anche non disponendo di molto glucosio ed in modo continuo (pensateci, la frutta sugli alberi non è sempre matura…). Quando una cellula di lievito dispone di poco glucosio (circa sotto 0.1 grammi/litro) e ossigeno, riesce a replicarsi, seppure lentamente, in modo continuo e non fermentativo, quindi producendo pochissimo alcool. Si chiama effetto Pasteur. Il metabolismo aerobico si presta quindi a produrre biomassa continuamente, dando al lievito poco glucosio, e tenendolo in basse concentrazioni. Per farlo, del substrato a base di mosto viene iniettato continuamente, per rimpiazzare il nutrimento consumato. E’ per questo che la tecnica è chiamata fed-batch. Fantastico, mi butto sul fed-batch! Beh, purtroppo c’è un limite. Essendo lento, per produrre un target di cellule, il processo può durare molto. Ciò implica che dopo un po’, le prime generazioni di cellule si saranno replicate moltissime volte, e la popolazione di cellule “anziane”, con membrane cellulari assottigliate e danneggiate, aumenta: i bio-guru la chiamano senescenza della popolazione. Non è il top: per avere buone fermentazioni servono lieviti vitali.

Quindi che si fa? Noi, ed altri, abbiamo scelto un mix delle due tecniche. Con il batch otteniamo in poco tempo e tollerando l’arresto della crescita una certa quantità di cellule di lievito, che poi passiamo in fed-batch per raggiungere il target in alcuni giorni, limitando la senescenza.

 

Assemblaggio del propagatore, Mario Quark ed Enrico Govoni di Vecchia Orsa

Ma entriamo nei dettagli. La  propagazione inizia dal ceppo puro (o presunto tale: ho ricevuto da noti produttori, di cui non farò il nome, buste di Brett non scadute parecchio contaminate da batteri). Il ceppo di partenza è una popolazione variabile da 10 a 300 miliardi di cellule, a seconda che si tratti di Brett o Sacc e dei litri da inoculare. La biomassa iniziale viene dapprima propagata con propagazioni a batch, in beute di borosilicato, con due step successivi di 24 ore ognuno. Nello step 1 uno usiamo due beute con 500 ml di substrato ognuna, su agitatore magnetico e temperatura controllata, normalmente sopra i 25 gradi. Nello step 2 usiamo 4 beute, con 2 litri di substrato ognuna. L’approccio a due step ha lo scopo di diluire l’alcool prodotto e far ripartire la propagazione. Il substrato è composto da estratto liquido di malto e nutrienti, e la OG del mosto dipende dalla ricetta di propagazione, in generale varia dai 20 ai 50 grammi/litro di zucchero. Si passa quindi al fed-batch: la replicazione nel propagatore fed-batch da 50 litri, di nostra realizzazione, dura dai 3 ai 5 giorni. All’inizio, il lievito viene posto nel bioreattore e diluito con acqua e nutrienti. La concentrazione di glucosio nel tempo si abbassa, quindi ogni ora viene iniettata una quantità di substrato, che rimpiazza il mosto consumato. Ricircoli continui e immissione di ossigeno puro tengono la biomassa in sospensione e favoriscono la fuoriuscita di CO2 ed alcool.

Per orchestrare la propagazione ci serviamo di fogli di calcolo, che per ogni stadio del processo e per ogni lievito stimano la dinamica del processo e calcolano le quantità di gas e liquidi da utilizzare.

Rimandiamo i più curiosi alla prossima puntata.
Nel mentre, abbandonatevi alle nostre bevute selvagge!

 

 

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