Sono diversi i lieviti in grado di causare contaminazioni indesiderate nella birra, e Saccharomyces cerevisiae subsp. diastaticus (in breve S. diastaticus) rappresenta uno dei lieviti contaminanti più pericolosi. A differenza di S. cerevisiae, S. diastaticus possiede i geni delle glucoamilasi extracellulari STA1–3, che gli consentono di degradare l’amido e le destrine.
Le glucoamilasi sono una famiglia di enzimi che rimuovono singole molecole di glucosio dalle estremità non riducenti dell’amido e delle destrine mediante idrolisi dei legami glucosidici α-1,4 (4).
Di conseguenza ne risente il corpo della birra, ma non solo: S. diastacus produce un sapore fenolico sgradevole, provoca la formazione di torbidità e una super-attenuazione.
Quest’ultima porta ad un aumento del contenuto alcolico e ad un’eccessiva carbonatazione della birra.
Quest’ultima è fra tutti il difetto più temuto.
Si presume che i costi associati all’incidenza di infezioni dovute a S. diastaticus varino da milioni a miliardi di euro all’anno solo in Europa. L’incidenza di contaminazioni da S. diastaticus nell’industria della birra è aumentata da 1 a 19 casi ogni anno tra il 2008 e il 2016.
Le contaminazioni da S. diastaticus si verificano in circa due terzi di questi casi durante il confezionamento, molto probabilmente originata dalla presenza di biofilm. È noto che le cellule nei biofilm hanno una maggiore resistenza allo stress e non vengono facilmente rimosse; la presenza di un biofilm rappresenta un fattore di rischio elevato se si pensa che già in sole 2-13 ore i microrganismi che lo formano possono ricolonizzare altri punti.
In tabella è riportata la crescita e la potenziale formazione di biofilm di lieviti di coltura selezionati, lieviti indicatori igienici e lieviti
deterioranti obbligati. Si osserva come S. diastaticus abbia un forte potenziale biofilmogeno.
Si verificano invece più occasionalmente contaminazioni primarie, in cui il lievito diastaticus compete con il lievito di coltura durante il processo di fermentazione, soprattutto qualora in birrificio vengano già utilizzati ceppi diastatici per la produzione, per esempio di birre in stile Saison, oppure vengano utilizzati lieviti contaminati.
Altra fonte di contaminazione è la circolazione dell’aria nell’area della riempitrice e del tappatore. Anche la successiva pastorizzazione del prodotto non sempre riesce ad evitare gli effetti e le conseguenze dannose di una precedente contaminazione a causa della capacità di S. diastaticus di formare ascospore.
Le ascospore rappresentano la fase più resiliente di S. cerevisiae. Ad esempio, sono più resistenti alle condizioni alcaline e acide rispetto alle cellule vegetative.
Tuttavia, le cellule vegetative in fase stazionaria sono altrettanto resistenti al gelo e all’essiccamento. Inoltre, le cellule in fase stazionaria e quiescenti hanno una resistenza al calore simile a quella delle ascospore fino a 42 ◦C, ma queste ultime cellule possono essere più resistenti a temperature più elevate (oltre 60°C).
La resistenza delle ascospore può avvenire nei birrifici anche mediante esposizione ad agenti detergenti e disinfettanti a concentrazioni subletali.
Proprio per questo motivo è un contaminante non trascurabile nemmeno nei birrifici industriali, in quanto il processo di pastorizzazione non può garantire un eventuale post contaminazione sul prodotto finito.
Tabella – Nella tabella si mostra la resistenza al calore di ascospore di diversi ceppi di Saccaromiceti. La resistenza al calore delle ascospore di ceppi di lievito in grado di produrre spore è stata determinata ad una temperatura (60°C). Le ascospore più resistenti al calore sono state prodotte da Saccharomyces cerevisiae BRYC 501.
Le contaminazioni riscontrate sono per lo più il risultato di una presenza casuale, non diffusa sull’intera produzione, rendendo molto difficile la rilevazione certa sul prodotto imbottigliato. A seconda del ceppo di lievito S. diastaticus e del corrispondente potenziale di deterioramento/danno, della velocità di crescita cellulare e della conseguente sovrapproduzione di CO2, il tempo necessario per rilevare la contaminazione visivamente o assaggiando il prodotto è piuttosto variabile.
Alcuni studi hanno mostrato come la conservazione del prodotto contaminato a 2-8°C non sia sufficiente per garantire un minor rischio che la contaminazione da S. diastaticus si sviluppi, al contrario temperature più basse potrebbero conferire a S. diastaticus un vantaggio competitivo rispetto ad altri ceppi tecnologici.
Metodi per l’identificazione
La PCR è un potente strumento molecolare in grado di amplificare e rilevare la presenza di regioni specifiche del DNA. Per lo screening del lievito diastatico, i primer sono progettati per riconoscere i geni STA, che non sono presenti nei ceppi normali di S. cerevisiae e possono quindi essere utilizzati per l’identificazione specie-specifica di S. cerevisiae var. diastaticus (Balogh e Maraz´ 1996).
Se fino a qualche anno fa la tecnologia PCR richiedeva investimenti importanti e personale specializzato, oggi è possibile inserire tale tecnologia anche all’interno del singolo birrificio grazie alla riduzione del costo dei termociclatori e alla disponibilità di kit ready/easy-to-use che possono essere facilmente utilizzati anche da personale meno esperto ottenendo risultati affidabili in tempi rapidi (anche in poche ore).
Tuttavia, la PCR sebbene sia uno strumento molto potente, presenta anch’essa dei limiti. Infatti, tramite l’analisi in PCR è possibile amplificare le regioni specifiche del DNA per i geni STA, ma non si può determinare l’effettiva funzionalità delle proteine. Ciò significa che un campione contenente lievito diastatico morto, non vitale o lievito che contiene versioni non funzionali dei gene STA risulterà positivo in un test PCR, senza esercitare alcun effetto netto sull’integrità del campione.
Per questo è consigliabile sempre affiancare ad un test molecolare in PCR anche un metodo tradizionale in piastra o in coltura liquida (associati a campanella di Durham per osservare la formazione di gas) che permetta di verificare l’effettiva capacità diastasica dei lieviti isolati nel proprio campione.
A sx piastre petri con terreno selettivo per S. diastaticus. A dx durham test con brodo selettivo per S. diastatus
Infine, mai trascurare alcune caratteristiche sul prodotto quali:
- Quantità di zuccheri fermentescibili su prodotto finito prossimi allo zero
- Discesa del plato
- Aumento sensibile della gradazione alcolica
- Sovracarbonazione
Riduzione del rischio di contaminazione
Se si sceglie di utilizzare un ceppo diastatico in birrificio è necessario prendere in considerazione delle azioni per ridurre il rischio di cross-contaminazione. La cosa migliore da fare innanzitutto è designare uno specifico fermentatore dedicato alla produzione di birre con lievito diastatico.
Tale tank, sia se dedicato alla produzione di birre con lievito diastatico, sia se utilizzato per produzioni differenti, dev’essere sempre soggetto a delle procedure di detergenza/sanificazione stringenti, soprattutto nel caso sia utilizzato per produrre birre con lieviti differenti. È consigliabile sempre prendere in considerazione il rischio di un biofilm resistente.
Oltre al fermentatore bisognerà considerare anche:
- Filtri/centrifughe
- BBT, Propagatori
- Linea di confezionamento
Referenze
- Heat resistance acquirement of the spoilage yeast Saccharomyces diastaticus during heat exposure (Inge et al. 2023)
- Presence of Saccharomyces cerevisiae subsp. diastaticus in industry and nature and spoilage capacity of its vegetative cells and ascospores (Inge M. et al. 2021)
- Combined Yeast Biofilm Screening – Characterization and Validation of Yeast Related Biofilms in a Brewing Environment with Combined Cultivation and Specific Real-time PCR Screening of Selected Indicator Species (Riedl et al.)
- Saccharomyces cerevisiae variety diastaticus friend or foe?—spoilage potential and brewing ability of different Saccharomyces cerevisiae variety diastaticus yeast isolates by genetic, phenotypic and physiological characterization (Dornberg et al. 2023)
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