Alcalinità residua for dummies

La gestione dell’acqua rappresenta per molti birrai casalinghi un tema ostico da gestire. Lo è stato (e per molti aspetti lo è ancora) anche per me, che per formazione ho sempre masticato poco la chimica. Fortunatamente, grazie al lavoro di alcuni smanettoni di buon cuore, sono disponibili in forma gratuita diversi fogli excel (qui, qui) in grado di fare tutti i calcoli al posto nostro.

Credo però sia molto importante comprendere alcuni concetti chiave che sono alla base di questi calcolatori, onde evitare di sparare sempre le solite minchiate in giro per i forum e i tanti gruppi attivi sul web. Fare bella figura, alla fine dei conti, fa sempre piacere a tutti. Ma, soprattutto, la conoscenza è utile anche per fare buona birra.

Oggi vorrei quindi riprendere l’ostico tema dell’alcalinità residua, cercando di affrontarlo tramite qualche esempio pratico, aiutandomi con il foglio excel “EZ Water Calculator” (download) che ha in chiaro tutte le formule ed è utilissimo per comprendere alcuni passaggi chiave. Cercherò di essere il meno prolisso possibile, promesso.

Definizione di alcalinità  

Senza riscrivere il solito pippone, possiamo semplicemente dire che l’alcalinità determina la resistenza dell’acqua alla riduzione del pH quando si aggiunge acido in soluzione: maggiore l’alcalinità, maggiore la quantità di acido necessaria per abbassare il pH.

ll calcolo dell’alcalinità come valore numerico è complicato, ma possiamo semplificarlo. Nell’acqua, infatti, i composti che si oppongono alla discesa del pH possono essere solo di tre tipologie:

• carbonati (CO3)
• bicarbonati (HCO3)
• ioni idrossile (OH-)

Fortunatamente, un simpatico grafico corre in nostro aiuto mostrandoci come, al pH dell’acqua potabile (in genere intorno a 8), la concentrazione di ioni idrossile è nulla (non è nel grafico ma lo potete leggere qui) e quella dei carbonati è di pochi punti percentuali rispetto a quella dei bicarbonati (il grafico evidenzia il range di pH utile per la gestione di una piscina, ma si vede bene che sotto pH 8 la percentuale di carbonati è zero).

Possiamo quindi affermare con gioia che, nel nostro caso, l’alcalinità dell’acqua coincide con la concentrazione di bicarbonati. 

Questo grafico ci dice anche un’altra cosa molto importante: al contrario di quanto molti affermano, i bicarbonati non hanno influenza sul profilo organolettico della birra finita semplicemente perché non ce ne sono, di bicarbonati, nella birra finita. Se vi posizionate infatti su pH = 4.3 nel grafico sopra (il pH medio di una birra), notate come la loro percentuale è ininfluente (non necessariamente nulla) rispetto a quella dell’acido carbonico (e della CO2 disciolta). Ovviamente un effetto indiretto c’è, ma è sul pH di mash.

Che succede quando mischiamo i malti all’acqua?

Alcalinità residua

Quando i malti vengono mischiati all’acqua, calcio e magnesio interagiscono con i malti riducendo l’alcalinità della soluzione. Questo significa che, per capire a quale pH si assesterà la miscela, dobbiamo ricalcolare la nuova alcalinità della miscela.

Questo valore è chiamato Alcalinità Residua (RA, ovvero Residual Alkalinity) e sarà ovviamente minore rispetto a quello dell’alcalinità di partenza dell’acqua. La riduzione dell’alcalinità dipende dalla concentrazione di calcio e magnesio: maggiore la loro concentrazione, minore l’alcalinità residua.

Prima di rincoglionirci completamente e perdere il filo, passiamo all’esempio pratico.

Acqua di Burton

La mitica acqua di Burton viene spesso presa come riferimento quando si vuole produrre una IPA. Premesso che a mio parere questo approccio è da evitare assolutamente per via della folle concentrazione di solfati presente in quest’acqua, è interessante invece focalizzarsi su un altro aspetto.

Come è possibile produrre una birra chiara (o pseudo chiara, comunque non un stout) con tutti quei bicarbonati? Come facevano a Burton a far funzionare gli enzimi durante il mash con un’acqua del genere?

Mettiamo questi valori nel file di EZ Water Calculator, ipotizzando una produzione di 21 litri di birra senza contare per ora le perdite, che non ci interessano (i solfati sono leggermente sbagliati ma me ne sono accorto dopo e non mi andava di rifare tutti gli screenshot, perdonatemi):

Se andiamo a smanettare con il programma, vediamo che l’alcalinità di quest’acqua vale 262, espressa come ppm di carbonato di calcio (ovvero ppm di CaCO3). Questo valore viene fuori semplicemente convertendo le ppm di bicarbonati (320) in ppm di CaC03. La costante di conversione è 0,82. 320 x 0,82 = 262.L’acqua di Burton ha quindi una alcalinità = 262 ppm di CaCO3, che è altissima. Questo significa che serve molto acido per far abbassare il pH di quest’acqua fino al valore di 4.3 (ovvero per eliminare tutti i bicarbonati, vedi grafico della piscina di cui sopra).

Per fortuna ci vengono in aiuto i malti.

Questi infatti, interagendo con calcio e magnesio, abbassano l’alcalinità dell’acqua. Quella che rimane è l’alcalinità residua. Di quanto viene ridotta l’alcalinità? La formula non è particolarmente complessa, c’è solo da stare attenti alle unità di misura. Proviamo a recuperarla dal file EZ Water Calculator:

Calcio e magnesio sono in mg/L (quindi in ppm, come nella tabella sopra), mentre l’alcalinità dell’acqua è in ppm di CaCO3, ma per fortuna abbiamo già fatto la conversione ottenendo un valore pari a 262. Mettiamo questi numeri nella formula:

RA = 262  – [352/1,4 +  24/1,7 ] = -3

che torna con il numero che calcola EZ Water Calculator:

Ta-dah! Un numero negativo? Come è possibile?

Ebbene sì, l’alcalinità residua dell’acqua di Burton è un numero negativo. Ma cosa diavolo significa? Vediamo.

Il pH dei malti

Tutti i cereali hanno un proprio pH di riferimento. Questo viene misurato, convenzionalmente, simulando delle condizioni simili a quelle dell’ammostamento (in termini di rapporto tra Kg di malto e litri di acqua) utilizzando acqua distillata. Questo perché l’acqua distillata, essendo priva di minerali disciolti e avendo pH neutro, riesce a mettere in evidenza il potenziale acidificante del singolo cereale.

Più i malti sono tostati, maggiore è il loro potenziale acidificante (in realtà i malti crystal molto tostati hanno un potenziale acidificante maggiore di quello dei malti bruciati come il roasted, ma poco importa).

Attenzione: stiamo parlando del potenziale acidificante intrinseco dei malti, dovuto principalmente ai composti derivanti dalla tostatura (tra cui le melanoidine). Questo non ha nulla a che vedere con l’effetto di calcio e magnesio evidenziato sopra, dato che l’acqua distillata non contiene sali.

Sempre da EZ Water Calculator, è possibile scoprire quale sia questo pH in relazione alla tipologia di malto:

Vediamo che un malto base ha un potenziale acidificante sufficiente per portare il pH dell’acqua distillata (che è pari a 7 in origine) fino a 5,7. Un malto Vienna, maggiormente tostato, può farlo scendere fino a 5,56. Quando in ricetta impieghiamo un mix di diversi malti con diversi livelli di tostatura, il pH risultante di un mash in acqua distillata sarà un mix dell’effetto combinato dei diversi malti, pesato per le rispettive quantità.

Siamo arrivati al punto chiave: possiamo finalmente applicare coscientemente il parametro del l’alcalinità residua. Questa in pratica ci dice quanto il pH di mash si discosterà dalla situazione ideale in acqua distillata. In soldoni: se l’alcalinità residua è pari a zero, il mix di malti e acqua si comporterà esattamente come l’acqua distillata, offrendo resistenza nulla alla discesa del pH.

Se facciamo quindi un mash con 100% malto base in un’acqua che ha alcalinità residua pari a zero, il pH di mash sarà quello ideale. Ovvero, nel caso di malto base, si assesterà sul valore di 5,70.

Più l’alcalinità residua è maggiore di zero, più il pH di mash reale si discosterà (verso l’alto) dal valore ideale in acqua distillata. Più il valore dell’alcalinità residua è negativo, maggiore sarà invece lo scostamento verso il basso.

Facile, no?

Birra chiara e acqua di Burton

Proviamo allora a fare una ricetta di solo malto base con l’acqua di Burton. Ipotizziamo di voler produrre una birra da circa 1,050 di densità utilizzando 4 Kg di malto base.

Indovinate dove si assesterà il pH di mash? Vi ricordo che l’alcalinità residua che avevamo calcolato è poco minore di zero… oplà!

Ph quasi ottimale anche senza l’utilizzo di acidi.

Proviamo ora ad aggiungere un filo di crystal da 30L (60 EBC), facciamo un 4% (le IPA di Burton erano piuttosto ambrate).

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E di nuovo oplà: pH di mash perfetto.

Siamo arrivati al pH di mash ideale senza aggiungere nessun acido e solo con un filo di malto tostato. Eccoci, di fatto, vestire i panni dei birrai di Burton-On-Trent.

Visto? Nonostante la quantità spropositata di bicarbonati, con l’acqua di Burton si arriva facilmente in un range di pH decente anche utilizzando quasi solo malti chiari e senza aggiungere acidi.

Questo grazie all’effetto di calcio e magnesio che abbassano l’alcalinità dell’acqua generando una alcalinità residua pari a zero che non offre praticamente nessuna resistenza all’abbassamento del pH.

E ancora: abbiamo mai considerato il pH dell’acqua di partenza come valore di riferimento? No, non ci è servito assolutamente a nulla. Quindi smettiamola di dire in giro “la mia acqua ha pH pinco o pallo“, non ce ne frega una ceppa.

Tutto chiaro, no?

Perché ricreare l’acqua di Burton è da idioti

Be’, dovrebbe essere chiaro ormai. Mettersi ad aggiungere bicarbonato di sodio o carbonato di calcio (tra l’altro poco solubile in acqua potabile) per far salire i bicarbonati a 320 e aggiungere Gypsum per far salire il calcio a 352 per fare in modo che poi i due effetti si compensino abbassando l’alcalinità è un po’ come aggiungere sale alla pasta in bollitura per poi risciacquarla con acqua dopo la cottura.

Non ha alcun senso.

Senza parlare poi dei solfati che a quel livello sono molto pericolosi per il profilo organolettico.

Io vi ho avvertito.

Lezione in formato video

Per chi fosse interessato, è disponibile su YouTube una registrazione video in cui affronto nel dettaglio l’argomento trattato in questo post. Il video è la prima puntata di un progetto ideato da James Bonanni di Homebrewing Experience e Davide Cantoni di RovidBeer chiamato Homebrewing Experience Academy. L’idea è di chiamare homebrewer con esperienza a parlare di argomenti a rotazione. La lezione si svolge in diretta tramite la piattaforma Discord. Maggiori informazioni le trovate qui.