Gli acidi grassi ricoprono un ruolo fondamentale nel metabolismo degli esseri viventi: sono fonte di energia, possono essere accumulati nell’organismo, costituiscono alcuni dei mattoncini essenziali per la salute cellulare.
Nella birra finita si cerca di ridurli il più possibile, in quanto possono compromettere la stabilità della schiuma e dare origine a difetti ossidativi come il cartone bagnato, il metallico e molti altri.
Durante la fermentazione il lievito produce alcuni acidi grassi come componenti fondamentali della membrana cellulare, oltre a metabolizzare quelli già presenti nel mosto che solitamente vengono, per la maggior parte, dai malti.
Gli acidi grassi sono anche alla base del metabolismo degli esteri fruttati, quindi non sempre costituiscono un elemento di scarto indesiderato.
Ma cosa sono esattamente gli acidi grassi? Perché si chiamano grassi? Quali possiamo trovare nella birra e come ci finiscono?
Partiamo dalle basi.
Cosa sono gli acidi grassi?
Gli acidi grassi sono una specifica tipologia di acidi carbossilici. Si definiscono così gli acidi che contengono il gruppo funzionale -COOH, costituito da un atomo di carbonio legato tramite doppio legame a un ossigeno e a un ossidrile (OH).
Nel gruppo ossidrile, ossigeno e idrogeno sono legati da un legame covalente, ovvero un legame chimico piuttosto saldo che unisce due atomi tramite la condivisione di una coppia di elettroni di valenza. Avevamo già visto questo gruppo funzionale quando abbiamo parlato di alcoli, dove è presente da solo. Negli acidi grassi è invece collocato all’interno del gruppo funzionale -COOH.
È proprio questo gruppo carbossilico a conferire alla molecola le proprietà acide, poiché l’idrogeno dell’ossidrile tende a dissociarsi in soluzione, aumentando la concentrazione degli ioni idrogeno e rendendo la soluzione più acida.
Il gruppo carbossilico si trova all’estremità di una catena carboniosa, la cui lunghezza viene comunemente indicata con una C seguita dal numero di atomi di carbonio. L‘acido caproico, ad esempio, che è formato da una catena di sei atomi di carbonio, si indica spesso come C6:0. Lo zero dopo i due punti rappresenta il numero dei doppi legami, in questo caso zero (ma ne parleremo tra poco).
Il gruppo carbossilico è la parte reattiva e polare degli acidi grassi, mentre la restante parte della molecola è idrofobica (ovvero non si lega facilmente alle molecole d’acqua) e non particolarmente reattiva. Privando il gruppo carbossilico del suo gruppo ossidrile (–OH), ciò che rimane è un gruppo acile.
Nell’immagine seguente, ho rappresentato la struttura dell’acido esanoico (detto anche acido caproico), composto da sei atomi di carbonio (il C6 di cui sopra).
Sulla destra dell’immagine troviamo il gruppo carbossilico -COOH, che a sua volta contiene al suo interno il gruppo ossidrile. Per chiarezza, in figura non ho rappresentato gli atomi di idrogeno legati a quelli di carbonio (due per ciascuno sui quattro centrali, tre sul carbonio all’estremità di sinistra).
Gli acidi grassi si trovano generalmente in natura legati ad altre molecole, formando diversi tipi di lipidi. Tra questi, i più comuni sono i trigliceridi, costituiti da una molecola di glicerolo legata a tre acidi grassi, presenti in questo caso sotto forma di gruppi acile.
Il nome “acidi grassi” deriva proprio da qui. Storicamente, questi acidi venivano ottenuti per idrolisi dei grassi e degli oli (che sono una tipologia di lipidi), cioè rompendo con l’aiuto dell’acqua i legami che tengono uniti il glicerolo e i gruppi acile. In questo processo l’acqua restituisce al gruppo acile l’ossidrile che aveva perso per formare il lipide, ricostituendo così il gruppo carbossilico e quindi l’acido grasso di partenza.
Grassi e oli differiscono principalmente per la loro consistenza: i grassi sono solidi a temperatura ambiente, gli oli sono liquidi. Questa differenza dipende soprattutto dagli acidi grassi che li compongono, che influenzano il modo in cui le molecole riescono a disporsi e impacchettarsi tra loro.
Le tipologie di acidi grassi
La catena di carbonio degli acidi grassi più comuni in natura può arrivare fino a circa 28 atomi e ha quasi sempre un numero pari di atomi: questo perché gli organismi viventi costruiscono gli acidi grassi aggiungendo unità di due atomi di carbonio alla volta.
Gli acidi con meno di 4 atomi di carbonio, ovvero l’acido acetico (C2:0) e l’acido propionico (C3:0), sebbene siano strutturalmente acidi a catena carboniosa con gruppo carbossilico, vengono trattati a parte rispetto agli acidi grassi propriamente detti e classificati semplicemente come acidi carbossilici a corta catena.
Alcuni acidi grassi presentano legami doppi tra uno o più atomi di carbonio della catena. In questo caso si parla di acidi grassi insaturi, in contrapposizione agli acidi grassi saturi, dove tutti i legami carbonio-carbonio sono singoli.
Si definiscono insaturi perché, quando compare un doppio legame tra due atomi di carbonio, quei due carboni possono legarsi a un numero minore di atomi di idrogeno. Sono quindi “non saturi” rispetto al numero di atomi di idrogeno che potrebbero essere presenti nella catena se gli atomi di carbonio non impegnassero un secondo legame per legarsi tra loro.
Gli acidi grassi insaturi si distinguono in due categorie, in base al numero di doppi legami presenti: i monoinsaturi ne contengono uno solo, i polinsaturi due o più. L’acido oleico, monoinsaturo, ha ad esempio 18 atomi di carbonio e un solo doppio legame (C18:1); l’acido linoleico, polinsaturo, ne ha sempre 18 ma con due doppi legami (C18:2).
I doppi legami possono introdurre una piegatura nella catena di atomi di carbonio. Questo spiega perché, generalmente, i grassi insaturi, a parità di lunghezza della catena, tendono a essere liquidi a temperatura ambiente, mentre i grassi saturi, con catene lineari più compatte, tendono a essere solidi. La piegatura rende più difficile l’impacchettamento dei grassi insaturi, mantenendoli liquidi a temperature più basse rispetto ai saturi.
Nella tabella sotto ho riportato i principali acidi grassi di interesse per la birra, tutti a catena lineare (ovvero con atomi di carbonio disposti in sequenza, senza ramificazioni, come l’acido propionico nell’immagine precedente), in relazione agli ingredienti dai quali derivano. Ho inserito anche un breve commento sulle loro principali trasformazioni durante il processo di produzione, di cui parleremo in modo più approfondito nella seconda parte di questo articolo. Cliccando sull’immagine si può ingrandire per leggere meglio.
La tabella sopra raccoglie solo acidi grassi con un numero pari di atomi di carbonio. Questo perché la maggior parte dei lieviti sintetizza gli acidi grassi attraverso la principale via di sintesi, ovvero partendo dall’acetato (acido acetico attivato con due atomi di carbonio) e aggiungendo due atomi di carbonio alla volta per costruire gli altri acidi grassi.
Ma non è l’unico percorso possibile.
Il lievito può produrre alcuni acidi grassi anche attraverso vie metaboliche diverse. È il caso, ad esempio, dell’acido isobutirrico (C4:0), che può essere prodotto a partire dall’amminoacido valina attraverso la via di Ehrlich, un percorso che porta alla formazione di acidi grassi con una struttura diversa da quelli prodotti dalla via standard.
Ed è proprio questa via che ci interessa, perché può portare anche alla formazione di un acido grasso particolarmente importante per la birra: l’acido isovalerico.
L’acido isovalerico (quello della puzza di formaggio)
L’acido isovalerico rappresenta un caso particolare. Si tratta di un acido grasso che può effettivamente essere presente nel luppolo e la cui concentrazione aumenta durante l’invecchiamento dei coni o dei pellet.
La sua origine è legata alla degradazione delle resine del luppolo, in particolare degli α- e β-acidi. Con il tempo, queste resine degradano per via ossidativa, favorendo la formazione e la liberazione di acido isovalerico, che può finire quindi nel mosto e nella birra. Per questa ragione l’aroma dell’acido isovalerico, che ricorda il formaggio, è particolarmente caratteristico dei luppoli invecchiati, come quelli utilizzati tradizionalmente nella produzione del Lambic.
A differenza degli acidi in tabella, l’acido isovalerico (come anche l’acido isobutirrico) non è un acido grasso a catena lineare, ma un acido grasso a catena ramificata. La sua formula bruta è identica a quella dell’acido valerico (entrambi hanno 5 atomi di carbonio e nessun doppio legame), ma la catena carboniosa dell’acido isovalerico è ramificata.
L’acido isovalerico è infatti un isomero dell’acido valerico: ha una struttura ramificata anziché lineare, come si può vedere nella figura sotto. È un po’ come la differenza strutturale che esiste tra un α-acido e un iso-α-acido: stessa formula molecolare, ma struttura e proprietà fisiche differenti. Anche l’acido isobutirrico è un isomero ramificato dell’acido butirrico.
La catena ramificata contribuisce a determinare proprietà aromatiche diverse tra i due isomeri. Pur avendo descrittori in parte simili, l’acido isovalerico è più facilmente percepibile e presenta spiccate note di formaggio, rancido e sudore. La diversa struttura della catena carboniosa ne influenza anche volatilità e soglia di percezione: l’acido isovalerico è percepibile a concentrazioni più basse rispetto all’acido valerico.
L’acido isovalerico viene quindi principalmente dal luppolo: avendo un numero dispari di atomi di carbonio, il lievito non lo sintetizza attraverso la via standard.
Può però produrlo tramite la via di Ehrlich, il percorso metabolico con cui degrada gli amminoacidi partendo, in questo caso, dalla leucina e passando per la formazione e l’ossidazione dell’isovaleraldeide. Questa via è particolarmente rilevante in alcuni lieviti selvaggi, come evidenziato in iquesto interessante articolo di Beer & Brewing.
Si tratta però di una via di sintesi che nei lieviti standard produce quantità trascurabili di acido isovalerico, mantenendolo tendenzialmente sotto la soglia di percezione. La produzione di acido isovalerico è invece tipica delle fermentazioni con lieviti Brettanomyces, che possono successivamente esterificare l’acido isovalerico in isovalerato di etile, dal tipico aroma fruttato presente ad esempio nei Lambic o nelle Gueuze. Questa esterificazione, nei Lambic e nelle Gueuze, avviene anche per l’acido isovalerico introdotto dai luppoli invecchiati, il cosiddetto luppolo suranné (luppolo invecchiato e ossidato).
