ΟΞΥΓΟΝΟ : Ο ΕΧΘΡΟΣ ΤΗΣ ΜΠΙΡΑΣ

Το οξυγόνο είναι ο μεγαλύτερος εχθρός της μπίρας γιατί οξειδώνει τις αρωματικές ουσίες και προκαλεί αλλοίωση στη γεύση και στην οσμή. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα την μείωση της διάρκειας ζωής του προϊόντος. Ο έλεγχος των κρίσιμων σημείων στα στάδια της παραγωγικής διαδικασίας ζυθοποίησης και εμφιάλωσης της μπίρας που επηρεάζουν το επίπεδο οξυγόνου στη μπίρα καθώς και η συστηματική παρακολούθηση των τιμών του διαλυμένου οξυγόνου (DO) θεωρείται ζωτικής σημασίας για κάθε ζυθοποιία ώστε να βελτιώσει την ποιότητα της μπίρας που παράγει

1. ΠΕΡΙΓΡΑΦΗ

Το οξυγόνο βρίσκεται στον αέρα σε περιεκτικότητα περίπου 20%. Αυτό σημαίνει ότι το 1/5 του αέρα που υπάρχει σε έναν χώρο είναι καθαρό οξυγόνο. Όταν ο αέρας έρθει σε επαφή με τη μπίρα, ξεκινά να πραγματοποιείται οξείδωση λόγω της παρουσίας του οξυγόνου

1.1. Ορισμός οξείδωσης

Για να γίνει κατανοητή η διαδικασία της οξείδωσης πρέπει αρχικά να την ορίσουμε. Όπως αναφέρεται στα βιβλία της Χημείας, οξείδωση είναι :

a. η ένωση ενός στοιχείου με το οξυγόνο ή η αφαίρεση ενός υδρογόνου από μια ένωση

C + O2 → CO2

b. Επίσης αναφέρεται ως η αποβολή ηλεκτρονίων

c. Τέλος ως αύξηση του αριθμού οξείδωσης

Μια ένωση χαρακτηρίζεται ως οξειδωτικό όταν προκαλεί οξείδωση μιας άλλης ουσίας. Το οξυγόνο (Ο2) είναι οξειδωτικό, επομένως προκαλεί οξείδωση διαφόρων ουσιών

1.2. Το οξυγόνο στην ζυθοποιία

Γνωρίζουμε πως η παρουσία οξυγόνου στη μπίρα οξειδώνει τα συστατικά της μπίρας.. Αποτέλεσμα είναι η αλλοίωση της γεύσης και της εμφάνισης της μπίρας. Ο έλεγχος επομένως των επιπέδων οξυγόνου είναι από τους πιο κρίσιμους που πρέπει μια ζυθοποιία να εκτελεί. Εξαίρεση αποτελεί ο αερισμός του γλεύκους κατά την έναρξη της ζύμωσης καθώς η μαγιά χρειάζεται οξυγόνο για να συνθέσει στερόλες και μη κορεσμένα λιπαρά οξέα τα οποία στη συνέχεια θα συνθέσουν την κυτταρική μεμβράνη. Σε αντίθετη περίπτωση η μαγιά δεν αναπτύσσεται και σταματά να πολλαπλασιάζεται όταν τα επίπεδα στερολών μειώνονται.

Χρειάζεται όμως μεγάλη προσοχή σε 2 σημεία:

a. το επίπεδο οξυγόνου στον αερισμό του γλεύκους να κυμαίνεται 8-10ppm

b. ο αέρας που προστίθεται να είναι αποστειρωμένος (συνήθως φιλτράρεται με μικροβιοκρατή φίλτρα)

Το οξυγόνο αναφέρεται συνήθως ως DO (Dissolved oxygen) και μετριέται κυρίως σε μg/l (ppb) ή σε mg/l (ppm). Γενικώς δεν υπάρχουν στην παγκόσμια βιβλιογραφία ξεκάθαρα όρια τιμών στα διάφορα στάδια. Η κάθε ζυθοποιία πρέπει να ορίσει δικά της όρια που θεωρεί ότι είναι αποδεκτά για την διασφάλιση της ποιότητας της μπίρας. Σε γενικές γραμμές θεωρείται ως πολύ καλές τιμές DO στο τελικό προϊόν κάτω από 200 ppb. Στο τελικό προϊόν μπορεί επίσης να προσδιοριστεί και το TPO (total Packaged Oxygen) το οποίο είναι το άθροισμα του διαλελυμένου και του μη διαλελυμένου οξυγόνου

1.3. Παράγοντες που επιδρούν στα επίπεδα διαλελυμένου οξυγόνου

Ο έλεγχος του διαλελυμένου οξυγόνου (DO) ξεκινά από την διαδικασία της ζυθοποίησης μέχρι την τελική εμφιάλωση της μπίρας. Σε κάθε στάδιο υπάρχουν αρκετοί παράγοντες που επηρεάζουν τη συγκέντρωση του διαλελυμένου οξυγόνου. Γενικά έχουμε κατηγοριοποιήσει την οξείδωση σε 2 στάδια :

• Hot Side Oxidation (HSO) που αφορά την οξείδωση πριν την ζύμωση

• Cold Side Oxidation (CSO) που αφορά την οξείδωση μετά τη ζύμωση

Hot Side Oxidation (HSO)

Σε μια πιο ελεύθερη μετάφραση θα το λέγαμε "Οξείδωση που λαμβάνει χώρα στο ζυθοβραστήριο΄΄. Το νερό που προσθέτουμε στο άλεσμα (strike water) είναι ήδη κορεσμένο με διαλελυμένο οξυγόνο και σε τιμές που κυμαίνονται από 8-12ppm αν είναι κρύο νερό ή 4-5ppm αν είναι ζεστό νερό. Η διαφορά αυτή οφείλεται στο γεγονός πως η διαλυτότητα μειώνεται όσο αυξάνεται η θερμοκρασία ενός διαλύματος.

Τα επίπεδα οξυγόνου του ζυθογλεύκους πρέπει να είναι λιγότερο από 1 ppm - με ιδανικές τιμές κάτω από 0,5ppm - σε όλα τα στάδια της παραγωγής γλεύκους. Σε αντίθετη περίπτωση τα αρωματικά συστατικά της βύνης θα χαθούν πριν καν ξεκινήσει ο βρασμός. Για να γίνει κατανοητός ο βαθμός επίδρασης του οξυγόνου, αρκεί να αναφερθεί ότι απαιτείται λιγότερο από 1 λεπτό έκθεσης του γλεύκους σε οξυγόνο πάνω από 1 ppm για να χαθεί από τη μπίρα το άρωμα της φρέσκιας βύνης. Όταν αυτές οι αρωματικές ουσίες έχουν οξειδωθεί και έχουν γίνει πτητικές τότε πλέον δεν είναι παρούσες στο γλεύκος και επομένως και στην τελική μπίρα.

Ας εξετάσουμε λεπτομερώς ανά διεργασία διάφορα κρίσιμα σημεία:

i. Mashing

Α. Η ανάδευση κατά το στάδιο της εκχύλισης να μην είναι έντονη ώστε να περιορίζεται διαλυτοποίηση αέρα

Β. Το οξυγόνο αντιδρά με τις αρωματικές φαινόλες της βύνης οι οποίες είναι υπεύθυνες για την φρέσκια γεύση και αρώματα που προσδίδονται στην μπίρα. Η οξείδωσή τους επομένως από το οξυγόνο καταστρέφει αυτήν την γεύση και αρώματα γιατί οι φαινόλες πολυμερίζονται σε πολυφαινόλες και ταννίνες που έχουν πιο πικρή γεύση

Γ. Οι πιο σκούρες βύνες περιέχουν προϊόντα από αντιδράσεις Maillard και οι οποίες οξειδώνονται από το οξυγόνο

Δ. Ο σίδηρος, το Μαγγάνιο, ο χαλκός και ο ψευδάργυρος επιταχύνουν τις οξειδώσεις των συστατικών της βύνης και πρέπει η συγκέντρωσή τους να περιορίζεται.

Ε. Προσοχή στις θερμοκρασίες ανάμιξης καθώς όσο αυξάνεται η θερμοκρασία τόσο αυξάνεται και η ταχύτητα χημικών αντιδράσεων όπως είναι η οξείδωση. Από τέτοιου είδους οξειδώσεις προκύπτει ο σχηματισμός αλδεϋδών όπως είναι η trans-2 nonenal, trans-2-butenal και 2-pentyl-2butenal οι οποίες δίνουν μια γεύση χαρτονιού.

Ζ. Επίσης μπορεί να σχηματισθεί και οξικό οξύ που σε μικρή συγκέντρωση δημιουργεί μια γεύση sherry ενώ σε μεγαλύτερες δίνει γεύση ξιδιού

Η. Αν η αλεσμένη βύνη επιπλέει, τότε πιθανότατα να έχει εγκλωβιστεί ποσότητα αέρα στο άλεσμα

Θ. Οι μεγάλες ζυθοποιίες εκτός από την απαέρωση που κάνουν στο strike water "καθαρίζουν" και τις γραμμές της βύνης συνήθως με ένα αδρανές αέριο όπως άζωτο. Ο Kunze αναφέρει πως θα μπορούσε ακόμα και το στάδιο της εκχύλισης να λαμβάνει χώρα προσθέτοντας στον κενό χώρο άζωτο που θα προστατεύει τον πολτό από την επαφή με τον αέρα.

Μια άλλη λύση είναι η προσθήκη μεταμπισουλφίτ Νατρίου το οποίο αντιδρά με το οξυγόνο και έτσι εμποδίζει την οξείδωση των άλλων συστατικών. Τα θειώδη που παράγονται είτε θα απομακρυνθούν κατά τον βρασμό είτε θα απορροφηθούν από την μαγιά. Η δοσολογία είναι 100mg/L γλεύκους. Αυτή η δοσολογία θα δώσει 24 ppm Να και 76 ppm θειώδη. Αν ληφθεί υπόψη ότι για 5 ppm θειώδη δεσμεύουν 1 ppm οξυγόνου τότε τα 100 mg/L μπορούν να δεσμεύσουν 15 ppm οξυγόνου

Δεν συνίσταται η προσθήκη μεταμπισουλφίτ καλίου διότι μια πλεονάουσα ποσότητα καλίου της τάξεως των 10ppm μπορεί να είναι καταστρεπτικό για γλεύκος

ii. Διήθηση

Α. κατά τη μεταφορά του γλεύκους η παρουσία νερού στον ψευδοπυθμένα είναι αναγκαία γιατί εμποδίζει την βίαιη εισροή οπότε και μειώνει την διαλυτότητα του υπάρχοντος οξυγόνου

Β. Σίγουρα ένα σύστημα που δεν χρησιμοποιεί ξεπλύματα (no sparge system) είναι προτιμότερο για να διατηρήσουμε χαμηλά τα επίπεδα οξυγόνου σε σχέση με ένα σύστημα με χρήση ξεπλυμάτων (sparge system).

iii. Βρασμός

Ένα σημείο που πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή είναι ο τρόπος βρασμού του γλεύκους.

Α. Ο βρασμός ναι μεν πρέπει να είναι ζωηρός ώστε να πραγματοποιηθεί η κροκίδωση πρωτεϊνών και πολυφαινολών από την άλλη πλευρά όμως πολύ έντονος βρασμός και για μεγάλη χρονική διάρκεια καταστρέφουν τα αρώματα του γλεύκους.

Β. Βρασμός 60 λεπτών και εξάτμιση της τάξεως 5-10% μέγιστο είναι τα ιδανικά

Γ. το έντονο θερμικό stress μπορεί να επιταχύνει τις αντιδράσεις οξείδωσης

iv. Μεταφορά μπίρας

a. Μεγάλη προσοχή στις μεταφορές καθώς τα λάστιχα και οι σωληνώσεις περιέχουν αέρα

b. Τυχόν διαρροές επίσης είναι εστίες λήψης οξυγόνου και πρέπει να ελέγχονται και να διορθώνονται

v. Συσκευασία

a. Απαιτείται μεγάλη προσοχή κατά την εμφιάλωση/εγκυτίωση καθώς το headspace μπορεί να περιέχει αέρα και το οξυγόνο να ανεβάζει τα επίπεδα DO σε μη επιθυμητά επίπεδα.

b. Ψεκασμός με CO2 ή άζωτο ώστε να αντικαταστήσει τον αέρα στο headspace είναι μέθοδος που χρησιμοποιείται από πολλούς

c. Χρησιμοποιώντας ένα οξυγονόμετρο μπορείς να προσδιορίσεις τα επίπεδα του διαλελυμένου οξυγόνου στα διάφορα στάδια της ζυθοποίησης και να εντοπίσεις τα κρίσιμα σημεία που επιβαρύνουν το γλεύκος με οξυγόνο

1.4 Μετρήσεις

Υπάρχει ποικιλία οργάνων που μετράνε το DO και μπορεί να είναι φορητά ή εργαστηριακά. Η αξιοπιστία τους ποικίλλει καθώς μπορούμε να βρούμε φθηνά με μικρή αξιοπιστία αλλά και ακριβές λύσεις με μεγάλη αξιοπιστία. Αξίζει πάντως να επενδύσει κάποιος σε ένα αξιόπιστο όργανο για να μπορεί να διασφαλίζει την ποιότητά του και να εντοπίζει τυχόν αστοχίες στην παραγωγική του διαδικασία έγκαιρα.

a. Επειδή οι μερικές πιέσεις των αερίων στο headspace δεν είναι σε ισορροπία με το υγρό, το δείγμα πρέπει να ανακινηθεί καλά πριν την μέτρηση

b. Μια καλή μέθοδος είναι η λήψη 6 δειγμάτων και μέτρηση 3 δειγμάτων με ανακίνηση και 3 χωρίς ανακίνηση. Μετά τον υπολογισμό του μέσου όρου του DO συγκρίνουμε τις 2 τιμές . Αν η τιμή DO με την ανακίνηση είναι μεγαλύτερη τότε η κύρια πηγή οξυγόνου είναι το headspace . Αν η τιμή DO με την ανακίνηση είναι μικρότερη τότε το DO προέρχεται από την ίδια την μπίρα

Ενδεικτικές τιμές που δίνει η HACH ανά διεργασία :

In wort 8 – 17+ ppm

Fermentation < 10 ppb

Filtration 5 – 50 ppb

Bright beer after filtration 10 – 50 ppb

Beer at the filler 10 – 30 ppb

Package(bottle) 20 –50 ppb

Package(can) 30 – 60 ppb

Total package dissolved O2 40 – 150 ppb

Πηγές

Brewing Science and practice Dennis E. Briggs, Chris A. Boulton, Peter A. Brookes and Roger Stevens

W. Kunze. Technology Brewing and Malting. VLB Berlin, 2007

HACH - HOW TO MEASURE DISSOLVED OXYGEN IN THE BREWERY

όργανο μέτρησης οξυγόνου