Bollire l’acqua per ridurre l’alcalinità

Vivo e produco birra a Roma. Nella mia zona, l’acqua che esce dal rubinetto di casa è particolarmente dura. Per questa ragione, fin dalla prima cotta, ho utilizzato acqua in bottiglia per produrre birra. Nonostante negli anni abbia ridotto i volumi, fino ad arrivare agli attuali 12 litri di birra in fermentatore, mi servono ancora quasi tre casse di acqua per ogni cotta. Tutto questo spreco di plastica non mi è mai andato a genio, ma fino a oggi non avevo avuto tempo né particolare voglia di provare strade alternative.

Tra queste, le più comuni sono pre-bollire l’acqua o utilizzare un impianto di filtrazione a osmosi inversa. Quest’ultimo è sicuramente il metodo più efficace, ma l’impianto costa, va manutenuto e comunque si spreca molta acqua. Essendo costretto a casa in questo assurdo momento storico, l’ipotesi più semplice da percorrere era senza dubbio quella della pre-bollitura.

Ce l’ho dura (l’acqua)

Cosa significa esattamente acqua dura? Partiamo dalla mia acqua di rete per comprendere meglio questo concetto in ottica birraria. Nel mio caso, la rete idrica è gestita da Acea. Sul sito dell’azienda è disponibile una comoda e semplice mappa per recuperare informazioni sull’acqua di rete. Basta inserire il proprio CAP nella piccola casella sopra la mappa di questa pagina per scaricare le analisi dell’acqua aggiornate a Dicembre 2019.

Leggendo attentamente la tabella sopra riportata, notiamo che in realtà nell’acqua solo alcuni sali hanno concentrazioni molto alte, mentre altri sono addirittura scarsi. Nello specifico, bicarbonati (HCO3) e calcio presentano valori piuttosto elevati, mentre la concentrazione di sodio, solfati, cloruri e anche magnesio è assolutamente gestibile.

Calcio e magnesio sono i responsabili della cosiddetta durezza temporanea, mentre solfati e cloruri contribuiscono alla durezza permanente. La differenza tra queste due tipologie di durezza è che la prima si riduce con la bollitura, la seconda invece non si altera se l’acqua viene bollita. Anzi, bollendo a lungo, l’acqua evapora e le ppm (parti per milione o mg/L) di solfati e cloruri tendono ad aumentare.

Ma come fanno calcio e magnesio (soprattutto il calcio, in realtà) a ridursi con la bollitura? Dove vanno? La risposta non è complicata. Questi due ioni, che hanno carica positiva, nell’acqua si legano ad altri ioni con carica negativa. Possono quindi legarsi ai bicarbonati, formando gli idrogenocarbonati. Quando viene applicato calore (sopra gli 80°C) bicarbonati e calcio reagiscono secondo le seguenti equazioni:

Sembra complicato, ma in realtà è molto semplice: applicando calore si formano carbonato di calcio (calcare, quella patina bianca che si deposita sul fondo della pentola); acqua (H2O), che entra in soluzione; anidride carbonica (CO2), che si libera nell’aria. Dopo qualche minuto di bollitura avremo quindi meno calcio e bicarbonati in soluzione e più calcare sulle pareti della pentola. Anche il magnesio teoricamente prende parte a questa reazione, ma il suo contributo è trascurabile per via della maggiore solubilità in acqua del carbonato di magnesio (si forma ma poi si solubilizza nuovamente).

Facendo bollire l’acqua, quindi, possiamo ridurre la durezza temporanea, ovvero abbassare la concentrazione di bicarbonati che è quella che crea maggiori problemi durante il processo di produzione della birra. Di fatto, stiamo abbassando l’alcalinità residua dell’acqua, evitando così che i troppi bicarbonati ostacolino la discesa del pH durante l’ammostamento (qui maggiori dettagli sull’alcalinità residua).

Di quanto si riducono bicarbonati e il calcio? Non è possibile ottenere un numero preciso senza misurare la concentrazione degli ioni nell’acqua bollita, ma per fortuna esistono delle formule approssimative che ci consentono di ottenere una stima ragionevole dei valori finali di calcio e bicarbonati ( si ipotizza che il magnesio non vari significativamente). Martin Brungard, nel suo sito Bru’n Water, utilizza la formula seguente (ppm e mg/L sono la stessa cosa nel caso dell’acqua).

dove:

• Calcium-End = concentrazione del calcio dopo la bollitura (incognita)
• Calcium-Start = concentrazione iniziale del calcio
• HCO3-Start = concentrazione iniziale dei bicarbonati
• HCO3-End = concentrazione finale dei bicarbonati (incognita)

Ovviamente non è possibile risolvere una singola equazione con due incognite, quindi dobbiamo fare delle ipotesi. Brungard ci dice che, in generale, la concentrazione di bicarbonati dopo una bollitura di 10-15 minuti si attesta intorno alle 50-80 ppm. Ci dice anche che, sempre dopo la bolliura, la concentrazione di calcio non scende sotto le 12 ppm.

Non resta quindi che inserire i valori nell’equazione, ipotizzando, ad esempio, una concentrazione di bicarbonati pari al minimo (50 ppm). Se dalla formula otteniamo una concentrazione di calcio maggiore di 12-20 ppm, l’ipotesi delle 50 ppm per i bicarbonati è ragionevolmente corretta. Se invece otteniamo per il calcio un valore troppo basso, si riprova l’equazione alzando la concentrazione di bicarbonati finché non otteniamo un valore superiore alle 12 ppm.

Esempio con la mia acqua di Roma:

Bollendo l’acqua di Roma otterrò quindi un profilo con 140 ppm di bicarbonati e circa 15 ppm di calcio. Dato che i valori di solfati e cloruri sono bassi, posso aggiungere a questo punto solfato di calcio o cloruro di calcio per riportare il calcio intorno alle 50 ppm (valore ottimale per la fermentazione) bilanciando solfati e cloruri secondo lo stile che andrò a produrre. L’aggiunta di calcio a parità di bicarbonati diminuisce ulteriormente l’alcalinità residua.

Non sto qui ad annoiarvi con altri calcoli ma è interessante notare come, grazie alla pre-bollitura, l’alcalinità residua scende da 247 a 85. Aggiungendo successivamente solfato di calcio e cloruro di calcio per portare il calcio a 50 ppm, l’alcalinità residua scende ulteriormente fino a 50 ppm. Con queste semplici operazioni siamo passati da una alcalinità residua di 247 a 50 ppm.

Una bella riduzione. Servirà molto meno acido per abbassare il pH di ammostamento.

Se non vi va di fare i calcoli a mano, nel file Excel di Bru’n Water, nello sheet “1. Water Report Input”, c’è un pulsantino per lanciare una formula che li fa al posto vostro. Dal menù a tendina si può scegliere l’efficacia della bollitura tra bassa, media o alta. Selezioniamo media per tenerci in un range ragionevole. Come potete vedere nell’immagine sotto, i valori finali sono simili a quelli calcolati con la formula precedente.

[Nota] Per usare le funzioni avanzate del file Brun Water (come questa sulla bollitura dell’acqua) occorre acquistare la versione a pagamento (è sufficiente una donazione di pochi euro che si può fare dal suo sito).

Se non volete usare il file di Bru’n Water, nel tool dell’acqua di Brewer’s Friend potete fare un’operazione molto simile inserendo i valori dell’acqua di partenza nel form Mash Chemistry (link). I valori post bollitura li trovate scendendo in basso fino al TAB “Boiling and Lime Softening”.

Ma non bastava aggiungere acido nel mash?

Ovviamente sì. L’effetto dei bicarbonati nel processo di produzione può essere efficacemente contrastato con l’aggiunta di acido nel mash (lattico, citrico, fosforico).

Ci sta. Potremmo semplicemente aggiungere acido lattico a secchi o usare l’acqua per produrre birre molto scure (avremmo comunque bisogno di un po’ di acido vista la mole di bicarbonati, ma sicuramente meno).

Tuttavia, 400 ppm di bicarbonati, a fronte di sole 100 ppm di calcio, sono troppe. L’alcalinità residua, come abbiamo visto, è molto alta. Per far scendere il pH di ammostamento a valori ragionevoli (5.2-5.5) serve tanto acido. Se si produce una birra chiara, come capita spesso, ne serve ancora di più. Non esiste una concentrazione nota a priori oltre cui un acido inizia ad avere effetti sul profilo organolettico della birra. La percezione nella birra finita dipende da moltissimi fattori come la tipologia di acido, la luppolatura, l’intensità della birra, lo stile di birra e via dicendo. Tuttavia, in genere, meno acido si aggiunge, meglio è. Non lo dico per ragioni di purismo tipo editto di purezza, intendiamoci, ma semplicemente perché nessun acido è completamene insapore e ad alti dosaggi può avere il suo effetto.

Una sola volta ho usato acqua di rete in una cotta, senza prima bollirla ma facendo affidamento sul solo acido lattico per abbassare il pH di mash. Sarà stato un caso, ma la birra che ne è venuta fuori, nonostante avessi raggiunto il pH corretto, aveva decisamente qualcosa che non andava. Non sono stato in grado di capire bene cosa, sinceramente, ma senza dubbio non può essere definita una birra riuscita (vedi recensione della “Yeah I Know” English IPA). 

C’è anche da dire che bollendo l’acqua si ha anche il vantaggio di eliminare il cloro, sempre presente nelle acque della rete idrica, in concentrazioni più o meno alte. Il cloro, legandosi ai polifenoli del malto diventa meno volatile, generando fastidiosi aromi di medicinale (clorofenoli) che permangono nella birra finita.

Purtroppo alcuni gestori idrici usano additivi a base di clorammine, che non sono volatili e non si eliminano con la bollitura. In questo caso si può intervenire con metabisolfito di potassio, ma non ho mai provato. Sul suo sito, Martin Brungard spiega anche questo e indica un dosaggio di circa 8 mg/L di metabisolfito di potassio.

Infine, anche se meno importante, l’acqua bollita è praticamente priva di ossigeno, il che aiuta a ridurre le ossidazioni a caldo (HSA, Hot Side Aeration).

Nella pratica

Bollire l’acqua con cui si andrà a produrre birra è molto più facile a dirsi che a farsi. Nella pratica impegna un bel po’ di tempo, oltre al fatto che bisogna necessariamente farlo prima della produzione, aggiungendo altre operazioni a quelle già impegnative della cotta in sè.

Bisogna fare attenzione perché l’acqua cambia di volume quando viene riscaldata (aumenta di circa un 4%). Se misuriamo il volume dell’acqua calda dopo la bollitura, il giorno dopo ci troveremo con meno acqua rispetto al previsto (in genere l’acqua che si aggiunge per il mash si misura a freddo).

Io ho fatto così. Per prima cosa ho raccolto l’acqua nella pentola di ammostamento, che nel mio caso è più grande di quella di bollitura e ha un rubinetto. Ho misurato un volume (a freddo) leggermente maggiore di quello che mi sarebbe servito per la cotta includendo mash e sparge. Questo perché una parte dell’acqua sarebbe evaporata con la bollitura.

Ho portato quindi a bollitura l’acqua e l’ho lasciata bollire vigorosamente per una decina di minuti. Una volta spento il calore, ho lasciato riposare qualche minuto. Volendo, si può fare un piccolo whirpool per concentrare il calcare nel centro della pentola. Ho quindi iniziato a prelevare l’acqua ancora calda spostandola in un’altra pentola. Non vi preoccupate se vi portate dietro un po’ dei residui calcarei, restano non solubili.

Non mi sono però reso che stavo misurando l’acqua in base al volume occupato a caldo, ragion per cui poi mi sono trovato con un po’ di acqua in meno una volta raffreddata. Ho compensato aggiungendo mezza bottiglia di acqua Panna che avevo in casa.

La pentola in cui ho bollito l’acqua non ne è uscita molto bene.

Devo dire che non ci ho messo molto a pulirla: 5 litri di acqua tiepida e acido citrico sul fondo (4 g/L), un passata con pezzetta sulle pareti, ammollo della resistenza per una decina di minuti e il gioco è fatto.

Pentola tornata come nuova.

Come è andata la cotta con l’acqua di rete pre-bollita?

Il giorno seguente ho fatto la cotta di una session IPA, utilizzando il profilo modificato dell’acqua e Brun Water per stimare il pH di ammostamento. Ho aggiunto poco più di 3 ml di acido lattico in ammostamento, su un totale di 18 litri di acqua.  Il pH è sceso molto vicino a quanto previsto: 5.3 contro i previsti 5.2. Questo mi fa pensare che la stima sulla quantità finale di bicarbonati fosse ragionevolmente corretta.

Ora la birra sta fermentando, quando l’assaggerò aggiornerò anche questo post per valutare il risultato (eccolo! link).

Che dire: un procedimento un po’ laborioso ma utile, in particolare in questo difficile periodo in cui comprare casse di acqua al supermercato è fuori discussione. Non è detto tuttavia che non userò questo metodo anche in futuro, se la birra viene bene. Serve un minimo di tempo in più e si utilizza un po’ di energia (nel mio caso elettricità), ma si risparmiano tante bottiglie di plastica e in finale anche non pochi soldi.