15 Gen Cinetiche fermentative sotto controllo, in vasca e in autoclave.

Il monitoraggio della cinetica fermentativa è un progetto che coltiviamo da diversi anni e del quale abbiamo già parlato “su questi schermi”.

Facciamo un breve riassunto.

Prendendo spunto dalle ricerche svolte a partire dalla fine degli anni ’90 soprattutto all’INRA di Montpellier (F) sulle fermentazioni problematiche e sull’importanza del parametro della velocità di fermentazione, nel 2004 avviammo con il DEISTAF dell’Università di Firenze il primo progetto per lo sviluppo di ACDF, acronimo per Analisi Dinamica della Velocità Fermentativa.

L’idea era di misurare in continuo sulle vasche di fermentazione la produzione di anidride carbonica e quindi monitorare il consumo degli zuccheri che avviene nell’intera massa in fermentazione. Niente campionamenti, niente rischio di disomogeneità, misure fatte praticamente in continuo che permettono di ricavare una curva reale (e non interpolata) di quello che sta accadendo momento per momento nella vasca in fermentazione. Praticamente un sogno per enologi, tecnologi e microbiologi.

In breve ci accorgemmo che le cose non erano così semplici:

1 – la quantità di CO2 prodotta dalla fermentazione alcolica varia enormemente nelle diverse fasi della fermentazione: nel corso delle fasi iniziali e finali una massa da 100 hl produce volumi di CO2 che vanno dagli 0,1 ai 10 l/minuto mentre nella fase tumultuosa si producono anche 320 l di CO2 in un minuto. E un sensore che misuri con la stessa precisione valori su una scala così ampia non è facile da trovare.

2 – molti sensori specifici per la misura della CO2 non sono utilizzabili perché “disturbati” dalla presenza di vapori di acqua e alcol nei gas di fermentazione.

Alla fine ecco la soluzione: un sistema che lavora in leggera sovrapressione (100-400 mBar) e che misura anche le più piccole variazioni di pressione prodotte dalla produzione di anidride carbonica, liberata poi da una valvola di sfiato. Un microprocessore e un sofisticato algoritmo software trasformano poi le misure di pressione in punti della cinetica fermentativa e restituiscono l’informazione in termini di zuccheri consumati e residui.

È nato ADCF

Nel muovere i primi passi con ADCF abbiamo verificato tutti i vantaggi di un controllo continuo, con il quale l’enologo, il produttore o il cantiniere, possono visualizzare anche da remoto sul proprio smartphone o PC, la situazione delle vasche in fermentazione.

Ma sono emersi anche alcuni effetti collaterali: ad esempio abbiamo constatato che mantenendo una leggera sovrapressione nella vasche di vinificazione delle uve rosse il cappello tende a restare sommerso e costantemente bagnato e a rimescolarsi ad ogni apertura della valvola, migliorando l’estrazione del colore e dei tannini dalle bucce.

Poi sono venute altre idee:

Gli ultimi sviluppi del sistema di controllo dinamico della fermentazione alcolica sono stati presentati nel modulo gestito da Parsec e HTS Enologia nel corso di Enoforum 2015, svoltosi a Vicenza nel maggio scorso e nel caso in cui vi interessi approfondire potete leggere questo interessante articolo pubblicato sulla rivista Vigne e Vini.

La prima delle nuove idee era una conseguenza quasi naturale dello sviluppo di ADCF: avevamo trovato il modo di misurare la cinetica fermentativa analizzando con particolari algoritmi le variazioni di sovrapressione, perché non applicare lo stesso sistema nel controllo dell’andamento della presa di spuma per i vini spumanti e frizzanti prodotti in autoclave?

E così è nato Aphromate, il sistema di controllo evoluto che gestisce, attraverso una serie di nuovi ed originali algoritmi appositamente studiati, tutte le fasi del processo di produzione dei vini spumanti e frizzanti.

Come era già avvenuto nella messa a punto di ADCF anche nella misura delle sovrapressioni e nella definizione delle sue relazioni con la CO2 disciolta, con il consumo degli zuccheri e con l’evoluzione del processo di fermentazione, i problemi da risolvere non erano del tutto banali come potrebbe sembrare.

I fattori che entrano in gioco sono molti, la temperatura prima di tutto e le caratteristiche termiche e la geometria del serbatoio, ma anche il riempimento dell’autoclave e la presenza di uno spazio di testa per così dire “vuoto” e le dinamiche del processo, ed è stato necessario sviluppare un sistema che misurasse tutte le loro grandezze e ne estrapolasse le relative interazioni.

Con Aphromate è possibile gestire in modo efficace e tempestivo le operazioni di arricchimento, la chiusura del serbatoio, la durata della presa di spuma e gli zuccheri residui, ottenendo tutte le informazioni necessarie per monitorare lo stato di “salute” della rifermentazione.

Interagendo con le altre funzioni avanzate del sistema integrato e intelligente SAEN5000, il produttore è in grado di impostare programmi che, controllando con la regolazione della temperatura la velocità di fermentazione, permettano di avere prese di spuma più o meno lunghe in funzione del prodotto, che sia uno spumante Charmat o un vino frizzate da uve aromatiche.

È possibile poi ad esempio gestire in modo preciso l’avvio della fermentazione prima della chiusura delle valvole, così come le operazioni di raffreddamento e la conservazione degli zuccheri residui desiderati nelle fasi finali.

Ma non era finita qui.

Grazie all’interazione di ADCF con il sistema intelligente SAEn5000, tutte le funzioni di controllo e gestione di temperatura, agitazione, rimontaggi e macro e micro-ossigenazione sono in grado di dialogare. Impostando la macro-ossigenazione in funzione dell’andamento fermentativo è possibile ad esempio dosare l’ossigeno nelle dosi più adatte nel momento in cui la velocità di fermentazione abbia raggiunto il suo picco massimo, nella fase cioè che gli scienziati hanno identificato come quella ottimale per la sintesi dei cosiddetti fattori di sopravvivenza, acidi grassi insaturi e steroli della membrana cellulare, necessari per garantire alla cellula la necessaria resistenza all’alcol e mantenere efficienti le attività di trasporto.

E allora perché non fare lo stesso con i nutrienti azotati, sali di ammonio e amminoacidi assimilabili dal lievito per la sua crescita e per la sua attività?

L’idea è stata sviluppata in collaborazione con i colleghi di HTS Enologia: con il nostro know how sul controllo della fermentazione ADCF e le loro conoscenze ed esperienze sulla nutrizione dei lieviti è nato Bionica, che al controllo dell’andamento fermentativo attraverso la misura della CO2 prodotta associa un sistema di dosaggio automatico di nutrienti azotati in forma liquida.

Gli studi svolti hanno definito che il periodo migliore per l’aggiunta di nutrimenti azotati va dal periodo immediatamente successivo al momento di massima velocità (a circa 1/4 della fermentazione alcolica) fino a metà fermentazione.

Quando la velocità di fermentazione diminuisce in modo anomalo soprattutto dopo che ha raggiunto il suo picco massimo e durante la fase stazionaria, deviando da questo andamento tipico, può darsi che il lievito stia andando incontro ad una situazione di stress e non sia più in grado (a causa della carenza di sostanze azotate o di uno stato di inefficienza della membrana cellulare) di assimilare e trasformare gli zuccheri.

Se le informazioni date dall’ADCF permettono si identificare i punti chiave ottimali per la nutrizione azotata e l’ossigenazione, la funzione “Bionica” rende possibile il dosaggio automatico di azoto e ossigeno nelle dosi e nei momenti di effettiva necessità. E così il cerchio si chiude.