Per molti homebrewer (me compreso) il concetto di efficienza non è facile da digerire: quando pensi di averlo capito, scopri che esistono piccole sfumature che non avevi considerato. Ne ho già scritto molto su questo blog (link1, link2, link3) riportando concetti e formule essenzialmente corrette, ma non sempre esatte al centesimo di litro. Questa consapevolezza è cresciuta progressivamente dentro me negli ultimi tempi, da quando sono passato dal BIAB al tre tini. Con la nuova configurazione mi sono messo a fare le pulci ai volumi e all’efficienza e mi sono reso conto che i miei dati ballavano troppo. Non di tanto, per carità, alla fine più o meno ci prendevo, ma mi sfuggiva sempre qualche punto di densità e qualche decilitro di mosto. Dove diavolo finivano?
A un certo punto il mio animo nerd ha preso il sopravvento e ho deciso di scoprirlo. Sono partito dai calcoli di Brewfather, programma per la gestione delle ricette che amo molto e che utilizzo ormai da più di un anno. Per il log dei dati della cotta non uso mai i programmi standard (nemmeno Brewfather) perchè nella maggior parte dei casi mi chiedono troppi dati e non salvano invece quelli che servono a me. Uso un mio foglio Excel che una volta pubblicai nella versione primordiale (forse in futuro ne pubblicherò una versione aggiornata e fruibile da chiunque non solo da me). Mentre su efficienza complessiva e OG mi trovavo con i calcoli di Brewfather (e anche di altri programmi tipo Beersmith che usavo in precedenza), sui volumi di mosto misurati nei vari step della cotta c’era sempre qualcosa che non andava. Si discostavano di poco, ma si discostavano.
Ho deciso quindi di indagare e ne è uscito fuori un ragionamento secondo me molto interessante di cui, forse, non tutti sono a conoscenza (tranne chi scrive i programmi per gestire le ricette). Provo a raccontarlo, tirando fuori l’ennesimo foglio Excel fatto da me. WARNING: è un post molto nerd con calcoli e formule, potete anche evitare di leggere e scaricare direttamente il file. Se poi però non lo capite non scrivetemi via chat 🙂
L’EFFICIENZA DEL SISTEMA
Facciamo che sappiamo più o meno tutti che l’efficienza del sistema di produzione esprime la capacità di estrarre zuccheri dagli amidi presenti nei grani. Un ragionamento semplificato per calcolare l’efficienza partendo da litri e OG ottenuti rispetto a quelli massimi teorici lo trovate a questo link. Oggi invece voglio addentrarmi in un concetto più tecnico per spiegare l’efficienza, ovvero le Gravity Units (GU).
Le Gravity Units rappresentano il massimo potenziale estraibile da una determinata quantità di cereali, in condizioni ideali (ovvero efficienza al 100%). Non hanno unità di misura perché esprimono un valore assoluto legato al potenziale del singolo malto. Bisogna fare attenzione a usare il potenziale nella giusta unità di misura. Spesso, come in questa tabella, il potenziale viene espresso in PPG (Pound per Gallone) ma se lo usiamo per i calcoli della nostra efficienza è meglio utilizzare l’equivalente in Kg/10L, visto che misuriamo le varie quantità in Kg e litri durante la cotta. Passare dal primo al secondo è facile, basta moltiplicare le ultime due cifre del potenziale per la costante 0,8345.
Il bello delle GU è che sono addizionali: per calcolare la GU potenziale di una ricetta, si calcolano quelle dei singoli malti e si sommano. La GU di un malto si ottiene moltiplicando il potenziale espresso in Kg/10L per il peso in ricetta (in Kg) per 10L. Nella tabella sotto il calcolo per la semplice ricetta della mia ultima session IPA:
In questo caso, la mia ricetta ha quindi un potenziale teorico massimo pari a 894 GU. Se dividiamo la GU per i litri che intendiamo versare nel fermentatore, otteniamo la OG (Original Gravity) massima ottenibile dal sistema. Ipotizzando di voler produrre 12 Litri di birra nel fermentatore con le quantità in tabella, otteniamo:
894/12 = 74,5 ovvero OG max = 1,074.
Aumentando i litri a parità di quantità di cereali, ovviamente, cala la OG. Se ipotizziamo che il nostro sistema ha efficienza al 65%, le GU effettive che otterremo saranno
894 x 0,65 = 581 GU
ovvero OG = 581/12 = 48,4 = 1,048
Con questa ricetta e un sistema che ha efficienza del 65% dovremmo ottenere 12 litri di birra con OG 1,048.
Se invece otteniamo 11 litri con OG=1,049, qual è l’efficienza? Facile, calcoliamo le GU effettive che sono il prodotto tra OG (ultime due cifre) e litri:
49 x 11 = 539 GU effettive
Efficienza effettiva = GU eff. / GU Max = 539/894 = 0,60 = 60%
Possiamo anche ragionare al contrario, partendo da OG e litri che vorremmo ottenere. Ci calcoliamo la GU obiettivo (OG x litri) e tramite l’efficienza del sistema (che a questo punto conosciamo dalle cotte precedenti) risaliamo alle quantità di cereali da impiegare in ricetta. In questo caso si moltiplica la GU potenziale di ogni cereale (calcolata come in tabella sopra) per l’efficienza e si variano le quantità per raggiungere la GU obiettivo.
Il bello della GU, come vedremo subito, è che non dipende dai litri in gioco ma solo dalla quantità degli zuccheri. Se i volumi del mosto variano ma non vengono aggiunti o tolti zuccheri (come per esempio durante la bollitura), la GU prima e dopo rimane la stessa. Prima abbiamo più litri e meno OG, dopo la bollitura meno litri e più OG. Ma il prodotto tra i due, ovvero la GU, rimane invariata.
Questo aiuta a capire come la bollitura non influisce sull’efficienza ma fa solo evaporare acqua. Senza bollitura avremmo la stessa efficienza, perché semplicemente useremmo meno acqua all’inizio. Inutile quindi far evaporare quintalate di acqua: è sufficiente che ci sia un po’ di agitazione indotta dalle bolle per far “scontrare” proteine e tannini favorendo la coagulazione, stimolare l’evaporazione del DMS (che potrebbe generare aroma di verdura bollita) e mescolare il luppolo. I birrifici in genere hanno tassi di evaporazione molto più bassi di noi homebrewer: eccessiva evaporazione porterebbe solo spreco di acqua e di energia.
Vediamo ora come si muove l’efficienza lungo il sistema e arriviamo al punto di cui parlavo all’inizio del post: come calcolano i programmi le perdite del sistema?
PERDITE ED EFFICIENZA
Ultimamente mi sono incaponito nel calcolo delle perdite, in particolare da quando ho cambiato sistema e ho iniziato a prendere delle misure più precise sui volumi. Un calcolo semplice delle perdite del sistema si può fare tenendo conto dei classici parametri, ovvero:
- assorbimento dei grani
- perdite sul fondo del tino di ammostamento (per chi usa tre tini)
- evaporazione durante la bollitura
- trub (fondo che rimane nella pentola di boil)
Queste sono essenzialmente le perdite di un sistema. Sommandole al volume che desideriamo ottenere nel fermentatore dovremmo arrivare ai litri da inserire in mash (o da dividere tra sparge e mash, ma non cambia nulla). Come, del resto, ho raccontato nel dettaglio in quest’altro post. Ma i conti non tornavano. Di poco, ma non tornavano.
Dopo un po’ di approfondimenti, ho scoperto che il problema sta nella temperatura a cui vengono misurati i volumi: il famoso “shrinkage“, ovvero la proprietà che ha l’acqua di cambiare volume in funzione della temperatura. Sapevo che i software considerano in genere una riduzione del volume post-raffreddamento pari al 4%, ma nella mia testa se misuravo i volumi a freddo sia all’inizio che alla fine del processo, potevo non considerarlo. Sbagliato. Ma non lo si può nemmeno considerare come una vera e propria perdita, perché altrimenti i conti non tornano.
Per uscire dal dilemma ho creato un semplice foglio excel che ricostruisce il percorso dell’efficienza (e delle perdite) passo passo, con indicazione specifica dei volumi misurati a freddo e a caldo. Per quelli misurati a caldo si intendono misurati vicino ai 100°C, quando il mosto subisce un’espansione termica del +4%. Il file con le formule potete scaricarlo al seguente link:
Qui sotto il file compilato con i dati numerici dell’esempio proposto a inizio post. In giallo vengono evidenziati i campi che solitamente i programmi prendono come input.
Il primo aspetto che emerge e che mi era sfuggito, è che tutte le perdite sono da intendersi misurate a freddo: assorbimento grani, fondo del mash-tun e trub. L’evaporazione, giustamente, si intende misurata tra volumi a caldo, con misura del volume subito prima e subito dopo la bollitura: riportando a freddo questi volumi, l’evaporazione da considerare nelle perdite è minore di quella misurata come differenza tra i due volumi a caldo. Nel mio caso, la differenza tra i volumi a caldo è 3L (valore di input del programma), ma riportando i due volumi a freddo scende a 2,9 litri. Sembra una magia, ma è matematica. È questo valore che dobbiamo considerare nelle perdite (riquadro in alto a destra nell’immagine sopra).
Come calcolo la densità che dovrei avere prima della bollitura per arrivare a 1,048 post bollitura? Facile. Come dicevamo al’inizio del post, la GU non cambia prima e dopo la bollitura perché non abbiamo variato la quantità in peso degli zuccheri: cambia il volume di acqua e quindi la OG. Come ragiona il programma? Parte dalla fine, calcolando la GU post-boil (trub incluso) come prodotto della OG finale per i litri (a freddo! altrimenti si va in errore).
GU finale = 14,5 x 48 = 702 (il 48 della OG è in realtà 48,41)
Sappiamo che la GU (calcolata come litri x densità del mosto) non varia con la bollitura, quindi è facile calcolare la OG prima della bollitura:
702 (GU) = L-Pre-Boil (17,4L) x Densità-Pre-Boil
quindi
Densità-Pre-Boil = 702/17,4 = 40,3 = 1,040
L’EFFICIENZA DI MASH
Vi siete mai chiesti perché i programmi in genere non vi lasciano impostare l’efficienza di mash ma la calcolano da soli una volta che avere inserito le perdite e l’efficienza totale del sistema? La motivazione è una conseguenza diretta di quanto detto finora: il trub (ovvero il mosto che lasciamo sul fondo della pentola di boil) porta via mosto e quindi acqua ma anche zuccheri. Per bilanciare questa perdita occorre aggiungere altra acqua e altri zuccheri da qualche lungo il processo. L’acqua si può aggiungere in qualsiasi momento, ma l’unico punto in cui possiamo aumentare l’estrazione degli zuccheri è il mash (a parità di quantità di grani impiegati, ovviamente). Quindi, se ci lasciamo dietro molto trub, dobbiamo ncessariamente aumentare l’efficienza di mash per ottenere più mosto a parità di altri fattori.
Esempio: riprendiamo la ricetta di prima e continuiamo a ipotizzare di avere un sistema con efficienza complessiva 65% che produce 12 litri di mosto nel fermentatore. Calcolare la OG nel fermentatore è facile: 894/12 x 0,65=48, ovvero OG = 1.048 con il 65% di efficienza. Con perdite da trub pari a 2,5 (ripeto lo screenshot sotto) abbiamo una efficienza di mash calcolata pari a 78,5%. Abbiamo estratto 702 GU delle 894 potenziali, quindi 702/894 = 0,785 = 78,5%.
Proviamo ad aumentare i litri di trub da 2,5 a 5, a parità di peso dei cereali in ricetta. Per arrivare sempre a 12 litri con OG 1.048 nel fermentatore, dobbiamo aggiungere 2,5 litri di acqua all’inizio (l’Excel lo fa da solo quando cambiamo il volume del trub).
Cos’è successo all’efficienza di mash? È aumentata a 92,1%! Questo perché, mentre le GU nel fermentatore restano uguali a parità di volume (12 litri) e OG (1,048), quelle in pentola di bollitura aumentano per via del maggiore trub. Nello specifico passiamo da 702 GU (immagine precedente) a 823 GU (immagine qui sopra). L’unico modo per recuperarle senza aggiungere altri cereali è aumentare l’efficienza di mash.
Esistono anche programmi che ragionano diversamente, chiedendo come input l’efficienza di mash e calcolando poi, in base a questa e alle perdite dopo la bollitura, l’efficienza di sistema. Ma il concetto e le interdipendenze sono esattamente le stesse.
Grande Frank, chiarissimo come sempre! Hai sciolto dubbi che era un po’ che mi circolavano in testa!!
Ciao Frank, grazie e complimenti per il post, ogni tanto è bene ritornare su certi concetti che dopo qualche cotta vengono un po’ accantonati.
Vorrei suggerire alcuni spunti di riflessione ai tuoi giusti ragionamenti:
1) premetto che ho sempre e solo usato CB, con cui mi trovo molto bene, e che non conosco altri software di calcolo….
Detto questo, mi pare strano che ci siano programmi che ti chiedono di impostare l’efficienza di sistema e poi a ritroso ti calcolano quella di mash; nel tuo esempio, se l’ho interpretato bene, basterebbe aumentare i litri di trub per far schizzare l’efficienza di mash….
Per me l’unica vera efficienza da calcolare durante le proprie cotte è quella di mash (o meglio ancora di estrazione), da cui poi discendono tutte le altre;
2) la bollitura, e quindi l’evaporazione, io penso sia importante perché, se aumenta l’evaporato, a ritroso ho più acqua di sparge da poter usare per “strippare” zuccheri dalle trebbie, con conseguente beneficio sull’efficienza di estrazione (naturalmente considerando il fantomatico limite 1,010 per evitare di estrarre tannini). Non ho mai provato a farlo, ma sono convinto che se faccio una stessa ricetta, e imposto la bollitura una volta a 60′ e un’altra a 90′, nel secondo caso, a fine procedimento, dovrei riscontrare un aumento di efficienza (certo sprecherei anche più tempo ed energia, e forse cambierà anche il colore finale della birra… ma finalmente potrei vantarmi anch’io del fatto che raggiungo efficienze dell’ 80% 😉 )
3) un errore che spesso faccio io per distrazione, è quello di misurare l’acqua di sparge come calcolato del programma CB. In realtà siccome faccio sempre un po’ più acqua di sparge del dovuto, per stare sicuro su eventuali overboost di efficienza – sperati ma mai avuti 🙂 – i litri di sparge io li misuro quando li verso, cioè a 78 °C anziché a 20 °C quind, a rigore, il volume da versare lo devo aumentare del 3% rispetto a quello che mi restituisce CB.
4) sarebbe interessante capire se un aumento globale dell’efficienza di sistema (tipo portarsi dietro il trub nel fermentatore), poi non vada ad inficiare sulla qualità del prodotto finito…
Ciao Emanuele, osservazioni interessanti e corrette. Sul primo punto, dipende dai programmi. Quando usavo Beersmith, si impostava l’efficienza finale e quella di mash la calcolava a ritroso. Anche brewfather di default fa così, ma lo puoi impostare anche inserendo quella di mash come input da cui poi calcola quella finale. A ofni modo la loro interdipendenza non cambia. Come ho scritto e come dici giustamente, l’estrazione si fissa nel mash, ma a mio avviso è molto importante considerare le perdite nell’efficienza per migliorare il sistema e aumentare il mosto che finisce nel fermentatore.
Sul fatto che il tasso di evaporazione regola lo sparge ok, ma non credo che possa variare di molto l’efficienza senza arrivare a fare sparge estremi con pericolo di estrazione tannini. Secondo me, perdere un sacco di acqua durante la bollitura non conviene (ho letto anche che bolliture troppo vigorose creano altri tipi di problemi). A ogni modo sono sempre compromessi. Nel post volevo sottolineare il fatto che anche se la OG sale a fine efficienza, si perde acqua e di fatto non si altera la GU.
Infine, per quanto riguarda il trub nel fermentatore, per la mia esperienza a livello hb non crea grandi problemi.
Grazie mille per gli spunti interessanti!
Ciao Frank, dunque partendo dai dati che ti restituisce il tuo foglio di calcolo ti vai ad impostare luppoli e tutto?
Li imposti manualmente su brewfather?
Io ho riscontrato che prendendo in esame i conteggi che mi fa BF in pratica ho una differenza di utilizzo di malti di 0,4 ovvero dovrei usare meno grani rispetto a quelli inseriti nel programma, utilizzando il tuo foglio di calcolo le quantità corrispondo.
Non ho ben capito cosa intendi. La quantità dei grani ha a che fare con l’efficienza, non con con il calcolo delle perdite (se non per l’assorbimento post mash). Il mio foglio di calcolo serve per il log dopo la cotta, non per calcolare la ricetta.
Ciao Frank, questo post è davvero una perla! Complimenti!
C’è un solo passaggio che non riesco a capire dal punto di vista numerico, dove leggo: “Nel mio caso, la differenza tra i volumi a caldo è 3L (valore di input del programma), ma riportando i due volumi a freddo scende a 2,9 litri. Sembra una magia, ma è matematica.”
Immagino che tu abbia provato a raffreddare i volumi PreBoil e PostBoil riscontrando questa oscillazione (3%?) diversa dal software. Volevo capire, appunto, come spieghi la matematica 🙂
Grazie in anticipo per la risposta.
Era approssimativo. Diciamo che siamo intorno al 3-4%. Tra l’altro ultimamente ho realizzato che il modo migliore per misurare i volumi nelle varie fasi è pesare il mosto dividendo per la densità, visto che il peso non è influenzato dal calore. Ci farò un post prossimamente.
Era approssimativo. Diciamo che siamo intorno al 3-4%. Tra l’altro ultimamente ho realizzato che il modo migliore per misurare i volumi nelle varie fasi è pesare il mosto dividendo per la densità, visto che il peso non è influenzato dal calore. Ci farò un post prossimamente.
Ah ecco, infatti credevo che fosse una sorta di stima, grazie per la risposta! Attenderò il nuovo post, buona birra! 🍻
ciao Frank, grazie per la spiegazione, mi ci sono ritrovato completamente.
La mia domanda riguarda i sistemi di misurazione. Per tutto il processo utilizzo il rifrattometro per comodità, mentre a fine bollitura, una volta raffreddato il mosto, uso il densimetro. Ho notato che le misure non collimano mai e al densimetro ottengo meno di quanto mi aspettavo. In particolare ho notato che al rifrattometro, ogni volta che riprendo la misura, facendo picchiare il vetrino sullo stesso mosto, e arieggiandolo, la misura aumenta. Alla fine anche di 1,5 / 2° brix. Da cosa dipende questo aumento? e quale misura va considerata sul rifrattometro? grazie
Da diversi anni ho smesso di usare il rifrattometro, non lo trovo affatto affidabile. Uso solo densimetro. Tanto alla fine si stratta di prendere una misura preboil e una prima dell’inoculo. Le altre non servono, a meno di situazioni di emergeza.
San Frank!!! Mi hai prima messo un po’ di confusione in testa con un tuo precedente post, poi hai riportato la luce con questo! Ma hai anche chiarito un dubbio pesante che avevo in testa.
Grazie come sempre
Ciao Frank,
c’è un altro fattore. Lo spazio morto del tino di ammostamento. Ovvero quella quantità di acqua che serve in più prima che arrivi al cestello dei grani. Non so se è considerato come una perdita, il fatto è che tutta quell’acqua che serve per arrivare ai grani mi viene poi tolta dallo sparging da Brewfather. Diminuendo così lefficacia dello stesso. Infatti quando facevo Biab con sparge avendo 0 come spazio morto avevo molta più acqua di sparge.
Ciao Frank! Arrivo un po’ in ritardo su questo post.
L’assorbimento misurato a freddo lo misuri pesando il grist esausto a fine mash, una volta raffreddato il tutto e rapportandolo al peso a secco iniziale?
Grazie mille
No, misuro il residuo di acqua sul fondo della pentola di mash con una brocchetta (in genere verso fine cotta, quando si è un pò freddato) e poi calcolo l’assorbimento per differrenza rispetto ai litri iniziali (pesati) e al volume di boil (pesato). Non è perfetto perchè qualcosa continua a scolare dai grani, ma sufficiente.
Ciao Frank, ho fatto una session IPA con 3 step di mash+mash out a 64-67-71-77 gradi. Era un esperimento, e non mi è costata fatica visto che con il mio All-in-one è automatica la gestione delle temperature. Considerate le 3 rampe necessarie per salire allo step successivo, la durata complessiva del mash è stata di 110 minuti. Ho ottenuto un rendimento dell’ammostamento dell’88%, rispetto all’81% preventivato in base alle precedenti cotte fatte con lo stesso impianto. Le altre volte ho sempre fatto mash monostep 67 gradi + mash out, quindi durata totale intorno ai 75 minuti. Mi sembra moltissima la differenza di efficienza, anche troppa, visto che i malti usati sono circa i soliti e il pH cerco di tenerlo sempre dentro l’intervallo 5.2-5.5. Secondo te è verosimile questa differenza di efficienza per mezz’ora in più di mash? Grazie
Ciao Manuel. Be’, che allungando il mash si ottenga maggiore efficienza è noto, il problema è che mediamente si altera anche la fermentabilità perchè si lasciano lavorare più a lungo gli enzimi. Il mosto esce più fermentabile e con OG più alta, per una maggiore solubilizzazione degli amidi (maggiore tempo di ammollo) e conseguente riduzione a zuccheri semplici. Ora non so se quei +7% siano plausibili, ma un aumento di qualche punto percentuale dovuto al mash di quasi due ore è sicuramente nella norma.
Quindi il rischio di un mosto molto fermentabile è una alta attenuazione della fermentazione e quindi la birra risultante rischia di risultare watery, giusto? Oppure ci sono anche altre controindicazioni?
Più o meno sì, anche se il watery non è che dipenda tutto dalla FG.
Ciao Frank! Una domanda. Mi chiedevo come mai aumentando o diminuendo il mash tun loss non cambia l’efficenza di ammostamento, ho notato la stessa cosa anche su brewfather.
Perché l’efficienza è un parametro di input per il sistema, la devi impostare tu. Non è qualcosa che calcola in automatico, in quanto dipende in parte dalle perdite del mosto ma anche dalla quantità di zuccheri che estrai in ammostameto (e quella la devi stimare tu, poi misurare, e poi reimpostare sul sistema).
Se imposti ll’efficienza di sistema, Brewfather ti calcola a ritroso quella di ammostamento in base alle perdite sul fondo dell apentola a fine bollitura. Banalmente, se hai più perdite sul fondo del tino di ammostamento a parità di tutto il resto, avrai un’efficienza più bassa ma la devi inserire tu nel sistema. Brewfather (o qualsiasi sistema) non può sapere a priori quanti zuccheri estrai dai grani.
Se invece vari le perdite post bollitura, vedrai che ti cambia l’efficienza in automatico perché a quel punto il calcolo dipende solo dal volume, in quanto gli zuccheri che hai estratto sono fissati dall’efficienza di mash. Sembra strano ma in realtà è un concetto lineare.
Ciao Frank,
c’è un altro fattore. Lo spazio morto del tino di ammostamento. Ovvero quella quantità di acqua che serve in più prima che arrivi al cestello dei grani. Non so se è considerato come una perdita, il fatto è che tutta quell’acqua che serve per arrivare ai grani mi viene poi tolta dallo sparging da Brewfather. Diminuendo così lefficacia dello stesso. Infatti quando facevo Biab con sparge avendo zero come spazio morto avevo molta più acqua di sparge.