La birra deriva da complessi meccanismi chimici che determinano aspetti visivi e organolettici della degustazione. Approfondire l’articolato mondo della chimica risulta sicuramente complicato, tuttavia alcuni argomenti vanno necessariamente affrontati per comprendere l’essenza di questa bevanda. Tra i fenomeni di natura chimica della birrificazione, ne esiste uno comune alla cucina perché coinvolge la cottura di determinati alimenti. Si tratta della cosiddetta reazione di Maillard, dal nome del chimico francese Louis Camille Maillard che nel 1912 osservò e descrisse l’imbrunimento in soluzioni di zuccheri e amminoacidi. E’ una reazione d’imbrunimento non enzimatico degli alimenti a base glucidica, responsabile d’importanti modificazioni organolettiche. Un effetto evitato in alcuni alimenti (latte), ma che in altri è ampiamente ricercato come la crosta del pane, la doratura dei biscotti, i corn flakes, la carne arrostita, il caffè oppure la cioccolata. Un effetto volutamente indotto anche nella produzione della birra, della quale influenza favorevolmente le proprietà sensoriali.
Indice
- Cosa c’è dietro il colore, l’aroma e il sapore della birra?
- La Reazione di Maillard nella birra
- Gli zuccheri riducenti
- Le fasi della reazione
- Fattori che influenzano la Reazione di Maillard
Cosa c’è dietro il colore, l’aroma e il sapore della birra?
Gli aspetti sensoriali della birra sono strettamente connessi agli ingredienti con cui si realizza. Tra i diversi componenti, il malto è sicuramente la base su cui si fonda gran parte della ricetta, insieme ovviamente a luppolo, acqua e lievito.
Dal grado di tostatura del malto si delineano colore e parte dei componenti aromatici e gustativi della birra, che si originano per l’appunto dal verificarsi dalla reazione di Maillard.
Ciò che innesca la reazione di Maillard è la concomitante presenza di zuccheri riducenti, in condizioni di temperature superiori a 110°C (oppure a temperature inferiori ma con tempi estremamente prolungati), e di amminoacidi liberi (unità costitutive delle proteine).
L’interazione tra zuccheri riducenti e amminoacidi scatena una serie di complesse ed eterogenee reazioni chimiche che portano alla formazione di prodotti diversificati. Prodotti responsabili di una vasta gamma di aromi e sapori e di una colorazione caratteristica. Il sapore e/o aroma risultante è determinato dalla tipologia di amminoacido interessato.
La Reazione di Maillard nella birra
Nel paragrafo precedente abbiamo affermato che la reazione di Maillard si verifica grazie all’interazione tra zuccheri riducenti e amminoacidi presenti nei prodotti alimentari sottoposti a trattamenti termici o conservati per lunghi periodi di tempo, in determinate condizioni.
Come avviene l’incontro tra zuccheri riducenti e amminoacidi nel complesso mondo della birra?
Amido e proteine sono i componenti principali dell’orzo ed entrambi subiscono una significativa degradazione e modificazione durante i processi della maltazione e della birrificazione.
Durante il processo di maltatura, ovvero quando le cariossidi germinate sono prima essiccate e poi riscaldate a temperature differenti per ottenere diversi tipi di malto, le proteine vengono idrolizzate a polipeptidi, peptidi e amminoacidi liberi, ad opera di enzimi proteolitici.
La maggior parte degli amminoacidi verrà successivamente metabolizzata dal lievito durante la fermentazione, mentre la percentuale rimanente andrà a favorire la reazione di Maillard.
Gli zuccheri riducenti
Anche gli zuccheri riducenti, così come gli amminoacidi, sono il risultato dell’azione degradativa di enzimi durante il processo di maltazione e birrificazione.
Cos’è uno zucchero riducente?
I carboidrati sono composti organici costituiti da carbonio, idrogeno e ossigeno. A livello molecolare sono poliidrossialdeidi o poliidrossichetoni (a seconda che sia presente il gruppo aldeidico o il gruppo chetonico) o composti che possono formarli per idrolisi.
Gli zuccheri sono i membri più semplici della famiglia dei carboidrati e sono caratterizzati da una struttura formata solo da 1 o 2 unità base e dal sapore dolce (glucosio, fruttosio, lattosio, saccarosio). I carboidrati complessi, invece, sono costituiti da decine o centinaia di unità base legate tra loro (amido, glicogeno, fibra).
Gli zuccheri, possono essere classificati in riducenti e non riducenti secondo la loro capacità di ridurre particolari reattivi in ambiente basico.
Affinché uno zucchero presenti attività riducente è necessario che in soluzione possa esistere in una forma a catena aperta con un gruppo aldeidico o chetonico. Gli zuccheri non riducenti, invece, in soluzione non presentano né un gruppo aldeidico né un gruppo chetonico libero e pertanto non possono agire da agenti riducenti. Esempi di zuccheri riducenti sono il glucosio, il fruttosio, il maltosio, mentre il non riducente è invece il saccarosio, ovvero il comune zucchero da cucina.
Gli zuccheri riducenti utili nella birra derivano dall’amilosio. Si tratta di un polimero composto da lunghe catene di glucosio presente nei cereali, il quale viene scisso dagli enzimi amilolitici presenti nel chicco generando polimeri di glucosio più corte, come destrine, maltosio, glucosio.
Le fasi della reazione
La reazione di Maillard avviene in diverse fasi, con la formazione di composti differenti a seconda della temperatura, del tempo, del pH e della concentrazione degli zuccheri riducenti e amminoacidi, che portano quindi a risultati disparati in termini di colore e aroma.
Aldeidi volatili, pirazine (composti eterociclici aromatici) e altri composti derivanti dagli zuccheri saranno responsabili dell’aroma; le melanoidine, pigmenti polimerici bruni o neri, invece, conferiranno il colore caratteristico degli alimenti cotti.
Fase primaria
La prima fase consiste nella reazione di condensazione tra il gruppo amminico di un amminoacido (-NH2) e il gruppo carbonilico (C=O) di uno zucchero riducente nella forma a catena aperta. Il composto di addizione che si forma perde una molecola di acqua per formare la base di Schiff, che, per ciclizzazione, si trasforma nella glicosilamina N-sostituita.
Quest’ultima, essendo molto instabile, subisce un riarrangiamento dei doppi legami che porterà alla formazione di un composto di Amadori o di un composto di Heyns. Il composto varia a seconda che lo zucchero riducente sia rispettivamente un aldoso o un chetoso (negli aldosi, il gruppo carbonilico fa parte di una funzione aldeidica, nei chetosi, invece, fa parte di una funzione chetonica).
In ogni caso, questa reazione è conosciuta come “riarrangiamento di Amadori – Heyns” ed è sempre catalizzata dalla presenza degli acidi. Questi intermedi sono estremamente stabili e in alcuni prodotti (ad esempio il latte sterilizzato) possono già essere considerati come prodotti finali della reazione. In questo stadio della reazione non si manifesteranno né composti coloranti né profumanti.
Fase intermedia
Strettamente connessa a fattori termici e alcalini, questa fase genera i primi sviluppi della reazione di Maillard, con una leggera colorazione e un particolare aroma.
Le trasformazioni di carattere chimico subite dai prodotti di Amadori-Heyns che interessano questa fase sono particolarmente difficili da studiare e descrivere. Tuttavia è possibile individuare alcuni prodotti principali, come l’idrossimetilfurfurale, le aldeidi di Strecker (aromatiche, dotate di un proprio odore caratteristico e precursori di molti composti aromatici), i composti dicarbonilici, derivanti dalla frammentazione degli zuccheri.
Fase finale
Nell’ultima fase si ha il più alto grado d’imbrunimento possibile, grazie alla sintesi delle melanoidine a seguito della condensazione dei composti a basso peso molecolare precedentemente formatisi.
Le melanoidine (C17-18H26-27O10N) sono pigmenti polimerici insolubili, a elevato peso molecolare, con contenuto variabile di azoto e sono dotate di una colorazione che può andare dal giallo chiaro al marrone scuro e pertanto sono responsabili della tipica colorazione del substrato dal marrone scuro al nero (da qui il termine “imbrunimento non enzimatico”).
E’ importante sottolineare come l’apporto di melanoidine alla birra finita, oltre che dalla maltatura, è dovuto anche alla successiva fase di bollitura del mosto.
Fattori che influenzano la Reazione di Maillard
Abbiamo visto che la reazione di Maillard conferisce colore e aroma agli alimenti e che avviene in funzione del tempo e della temperatura di trattamento, a patto che vi siano proteine e zuccheri riducenti. Tuttavia esistono anche altri fattori che influenzano indirettamente il risultato della reazione. In particolare:
- Natura e concentrazione dei reagenti;
- pH: ambienti basici di pH favoriscono la reazione, la quale risulterà più veloce con valori leggermente superiori a 7;
- Attività dell’acqua: la reazione, per compiersi, necessita di molecole d’acqua a bassa reattività. Questo perché, in soluzioni troppo diluite, i reagenti si incontrano con maggiore difficoltà;
- Tempo e temperatura del trattamento: sono due fattori che incidono sempre sullo sviluppo della reazione, ma vanno considerati in coppia. Una temperatura eccessivamente alta unitamente a tempi troppo prolungati, non solo comprometterà il risultato della reazione, ma favorirà la formazione di sostanze amare e dannose.
Si ringrazia Erika per la gentile supervisione!
Buona birra a tutti.
