Misurare la C02
La CO2 è importante per le caratteristiche organolettiche della bevanda e deve pertanto essere misurata con precisione. L’efficienza della carbonatazione è infl uenzata dalla solubilità del gas, a sua volta dipendente da diversi parametri: è direttamente proporzionale alla temperatura e alla pressione del liquido ed è inversamente proporzionale alla turbolenza del liquido e alla concentrazione delle altre sostanze disciolte, gas inclusi. Per esempio 1 ml di ossigeno sciolto in 1 litro d’acqua impedisce la dissoluzione di 55 ml di CO2. Nella produzione delle bibite gassate la CO2 è iniettata subito dopo il dosaggio degli ingredienti (acqua e sciroppo); prima dell’imbottigliamento la bevanda attraversa un fascio tubiero refrigerato in cui si muove con moto laminare lungo le pareti dei tubi ed è poi raccolta in un serbatoio. Queste operazioni danno il tempo alla soluzione di stabilizzarsi. In condizioni ottimali dalla miscelazione alla stabilizzazione intercorre poco più di un minuto.
Le fasi del processo produttivo dove solitamente si misura la concentrazione di CO2 sono: la fermentazione (se presente); il recupero della CO2; l’aggiunta di CO2; lo sfiato dei serbatoi; i serbatoi di stoccaggio; la riempitrice; e il prodotto confezionato. Al momento dell’imbottigliamento la gasatura è solitamente compresa tra 2,5 e 4,5 Volumi Gas. Il metodo più diffuso e più rapido per misurare la gassatura consiste nel valutare la pressione totale del liquido dopo averlo agitato energicamente, misurare la temperatura del campione e infi ne calcolare la concentrazione della CO2 nel liquido in Volumi Gas equivalenti, tramite un’apposita tabella o con una formula. Il limite di questo metodo consiste nel presupporre che l’unico gas presente al momento della misurazione sia la CO2; il risultato non tiene quindi conto della presenza di aria, ossigeno o azoto, il cui valore può però variare nelle diverse fasi di lavorazione. La pressione totale di questi gas è dovuta alla somma delle loro pressioni parziali e la loro presenza cambia in funzione di diversi fattori: la temperatura dell’acqua utilizzata; la non completa deaerazione; la contaminazione con aria durante la produzione, la fi ltrazione, il riempimento.
Non considerandoli si incorre spesso in una sovrastima della CO2. I suddetti gas sono insapori e non creano gli effetti sensoriali tipici della CO2. Alla misurazione con il metodo pressionetemperatura, i contenitori con un basso tenore di CO2 e molta aria danno gli stessi risultati dei contenitori conformi eppure a 25 °C e a una pressione di 3,63 bar la concentrazione di gas disciolti in una birra è in media 5,16 g di CO2 per kg, 1,79 ppm di azoto e 30 ppb di ossigeno; in una bibita gassata considerata a 20° C a una pressione di 3,03 bar, i gas diventano rispettivamente 3,41 CO2 v/v, 1 ppm di azoto e 0,5 ppm di ossigeno. Queste interferenze possono essere eliminate usando il metodo con espansione del volume (metodo MVE). L’analisi prevede operazioni più complesse e la CO2 è comunque ricavata per calcolo partendo dalla pressione totale. Un terzo metodo sfrutta la specifica conduttività termica dei singoli gas.
La conduttività termica è il rapporto, in condizioni stazionarie, fra il flusso di calore e il gradiente di temperatura che provoca il passaggio del calore, ossia la misura dell’attitudine di una sostanza a trasmettere il calore. Per un impiego ai fini pratici è misurata in chilocalorie per ora-metro-grado Celsius (Kcal/(h·m °C) o (Kcal/ h·m·°C). Lo strumento di misura sfrutta il principio di diffusione dei gas attraverso le membrane e la valutazione della conducibilità termica dei gas stessi. Il sistema è calibrato con una soluzione contenente una quantità standardizzata di CO2, ottenuta miscelando una precisa quantità di bicarbonato di sodio con una altrettanto precisa quantità di acido citrico per ottenere una ben definita quantità di CO2 nel liquido. Per un suo utilizzo nel settore birrario il metodo è stato validato da 23 laboratori aderenti alla EBC (European Brewing Convention). Un solo tipo di sensore copre un ampio raggio di misure di CO2 in laboratorio, sulla linea o direttamente in linea permettendo di avere dati ricavati in modo omogeneo nel corso dell’intero processo.
CO2 e metrologia
Le bevande gassate non sono esentate dal dover rispettare la normativa metrologica. In molte aziende i controlli sono effettuati pesando il prodotto e convertendo i valori in volume mediante la densità. Nelle bevande gassate la conversione deve tenere conto della quantità di CO2 presente. La variazione di densità del prodotto in presenza di CO2 può essere espressa come PMV (volume molale parziale) di CO2. Tale valore non è una costante, varia in funzione dei diversi liquidi in cui in cui il gas è sciolto. Per esempio il volume dell’acqua aumenta di un fattore pari a 0,85 per ogni grammo di CO2 aggiunto. Inoltre durante la determinazione della densità, se il prodotto non è stato sufficientemente degassato il dato risulta inferiore al reale.
È quindi necessario correggere i valori della densità e nella determinazione del volume riscontrati in lettura. Per la birra i fattori di correzione sono stati calcolati e validati dalla EBC (European Brewing Convention). I valori medi di PMV di CO2 ottenuti analizzando diverse birre europee e statunitensi analizzati dalla EBC variavano da 0,65 a 0,85 ml/g. I risultati variavano molto in funzione delle caratteristiche delle diverse birre, in conseguenza della loro maggiore o minor capacità di legare la CO2 alle proteine e alle destrine.
La tabella 1 ne sintetizza alcuni. EBC ha costruito un’equazione empirica che modella il PMV della CO2 in funzione della composizione della birra dove EOH è la concentrazione di etanolo (%(m/m)) e RE (%P). PMV=0,9045–0,02988 (EOH)+ – 0,002939 (RE)2 Per le birre europee il valore medio di PMV da utilizzare è pari a 0,73+/- 0,01 ml/g.
