Ah…, le bollicine!

Nota: si ricorda che le opinioni espresse in questo blog non sono da ascrivere alla SCI o alla redazione ma al solo autore del testo.

a cura di Gianfranco Scorrano, ex Presidente della SCI

In occasione di una recente ricorrenza familiare, in qualità di anziano, ho dovuto aprire una bottiglia di spumante. Già il fatto che non si può chiamare champagne, (in vari trattati è specificato che il nome champagne è riservato al prodotto derivato da viti coltivate nella regione Champagne, capitale Reims localizzata a 150 km da Parigi), mi ha fatto innervosire. Per rilassarmi ho cominciato a fare alcune riflessioni chimiche, che vi racconto.

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Ma quante bollicine ci sono in una bottiglia di champagne? Per fortuna ci sono stati alcuni bontemponi (pardon, ricercatori) che si sono cimentati con questo problema. Vi riferisco il ragionamento del Sig.Bill Lembeck il quale,conscio che ogni bottiglia avrà il suo numero di bollicine, si contentò di una stima ragionevole. Dunque, il sig Lembeck partì con il calcolare il volume di CO2 nella bottiglia di champagne da 750ml per dividere questo numero per il volume di una singola bollicina.

Per prima cosa Lumbeck stabilì che la pressione media nella bottiglia di champagne sia di circa 5,5 atmosfere (dato confermato da parecchie altre stime) a 20°C: in altri termini una bottiglia di champagne contiene 5,5 volte il suo volume nella forma del gas prodotto nella seconda fermentazione (vedi dopo) e quindi in una bottiglia da 750 ml vi sono disciolti (alla pressione atmosferica standard) 4125 ml di CO2: di questi 750 ml rimangono sciolti nel liquido e quindi non vengono espulsi dalla bottiglia al momento di fare saltare il tappo. In conclusione solo 3375 ml di anidride carbonica (4125-750) spariscono in bollicine.

Quant’è il volume di una bollicina? Qui Lembeck ricorre a complicate misure, di cui vi racconto solo il risultato: 69 milionesimi di un ml!

Il calcolo è presto fatto: le bollicine sono 3375/69 x 10-6 = 49 milioni

Lo studio delle bollicine di gas nelle bottiglie di spumante sembra un gioco di bontemponi, è invece importante non solo per meglio apprezzare le proprietà organolettiche dello spumante, ma anche in relazione, per esempio, agli studi sull’embolia, sulla salita della linfa nelle piante, sulla modellizzazione dei processi di nucleazione delle bolle nelle rocce porose petrolifere che permettono il recupero del petrolio in esse inglobato.

Non è perciò sorprendente che seri studi sono dedicati a questo problema. Per esempio il prof.Gerard Liger-Belair dell’Univeristé de Reims Champagne-Ardenne (è professore di fisica), da tempo attivo nello studio degli spumanti, ha pubblicato sull’americano J.Phys.Chem. B,2014, 118, pp.3156-3163 un articolo intitolato “Quante bollicine nel vostro bicchiere di champagne?”. Ci sono molti altri lavori sull’argomento, per esempio quello dei chimici dell’università di Bologna, F.Lugli e F.Zerbetto apparso su Phys.Chem.Chem.Phys., 2007, 9,pp.2447-2456, ma mi riferisco al lavoro più recente.

Dunque Ligier-Belair conclude che la scelta del bicchiere è importante e bisogna adoperare il bicchiere a flauto (vedi foto) e non la coppa larga, che fa disperdere più efficacemente la CO2 . In questo bicchiere, bisogna versare lo champagne di preferenza facendolo scorrere lungo le pareti, piuttosto che versarlo al centro del bicchiere. Comunque il calcolo, per i dettagli vi rinvio al testo citato, ci dice che nel bicchiere contenete circa 100mL di spumante restano all’incirca 1 milione di bollicine, se si versa al centro del bicchiere, numero che cresce di svariate centinaia di migliaia se si versa di lato.

Non ci resta che riflettere da dove viene tutta quella anidride carbonica. Ricordo brevemente il metodo champenois che comunemente si adopera per preparare lo champagne e anche lo spumante.

La fermentazione si svolge in due fasi: nella prima il lievito scinde, tramite l’enzima invertasi, gli zuccheri complessi (disaccaridi, come il saccarosio), mentre nella seconda avviene la formazione di etanolo (o alcol etilico) a partire dagli zuccheri semplici (ad esempio il fruttosio).

La reazione che caratterizza la prima fase è:

C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6

con formazione di glucosio e fruttosio (due isomeri).

Nella seconda fase (che distingue la vera e propria fermentazione) a partire dal glucosio nel citoplasma dell’organismo anaerobico si verifica la glicolisi:

Glucosio + 2 NAD+ + 2 ADP + 2 Pi → 2 NADH + 2 piruvato + 2 ATP + 2 H2O + 2 H+

La formula generale che sintetizza la formazione di etanolo e anidride carbonica a partire dal glucosio è quella del chimico-fisico francese Joseph Louis Gay-Lussac:

C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2 CO2

Al termine della prima fermentazione il vino viene separato dal mosto e messo a riposo e poi imbottigliato. In questo modo la fermentazione è fermata, un fenomeno che era noto anche ai vinai dei tempi antichi. In particolare in Francia si accorserò però che il vino così imbottigliato poteva dare luogo, quando la temperatura esterna aumentava, ad una successiva fermentazione che conduceva a produrre anidride carbonica all’interno delle bottiglie e quindi alla frequente esplosione delle medesime.

E’ nata poi la leggenda che ad inventare lo champagne fu il frate Dom Perignon (1639-1725). Il compito a lui affidato fu quello di risollevare la produzione di vino della regione Champagne nella cui abbazia di Saint-Pierre d’ Hautvillers ebbe il compito di cellario dal 1668 alla morte. Messe da parte le versioni più o meno romanzate, i veri grandi meriti di Dom Pérignon nell’evoluzione della tecnica di produzione dello champagne furono quelli di definire il vitigno più adatto (il pinot noir), di applicare metodicamente la tecnica dell'”assemblaggio” (dei vari tipi di uva) e di sostituire i tappi di legno a forma tronco-conica, usati fino ad allora, con tappi di sughero, ancorati al collo della bottiglia per mezzo di una gabbietta metallica. La prima fermentazione, chiamata fermentazione alcolica, è identica a quella che subiscono i vini cosiddetti “tranquilli” (cioè non effervescenti). Quando questa prima fermentazione si conclude (di solito in primavera), si imbottiglia il “vino di base” con un tappo metallico a corona (lo stesso impiegato per chiudere le bevande gassate) in grado di sopportare la pressione che si svilupperà all’interno della bottiglia, dopo avergli aggiunto lieviti selezionati (prelevati da ceppi della zona dello champagne) e zucchero, al fine di far avviare la seconda fermentazione; questa seconda fermentazione produce anidride carbonica che determina la formazione di bollicine, cioè della spuma. Tuttavia, questa seconda fermentazione provoca anche la formazione della feccia, costituita dai residui dei lieviti esausti, che intorbidisce il vino, e che è necessario eliminare. Per far ciò occorre sistemare le bottiglie sulle pupitres strutture a “V” rovesciata costituite da due tavole di legno incernierate su un lato e dotate di fori in cui inserire i colli delle bottiglie. Ogni giorno le bottiglie vengono ruotate con un movimento secco (remuage sur pupitres), con una rotazione inizialmente di un ottavo di giro e successivamente aumentata a un sesto e, alla fine del processo, a un quarto di giro. Tale operazione ha lo scopo di staccare la feccia dalla parete interna della bottiglia e farla scendere in basso verso il collo della stessa. Infatti, dopo ogni scuotimento, le bottiglie sono riposizionate inclinandole sempre più, fino a quando saranno in posizione quasi verticale; in tal modo le fecce saranno tutte a contatto del tappo. Per eliminare le fecce si inserisce il collo della bottiglia in una soluzione salina a bassissima temperatura, che provoca l’istantaneo congelamento delle fecce; a questo punto si toglie il tappo (questa operazione si chiama dégorgément, e se fatta a mano è definita à la volée), e con esso il deposito dei lieviti.

Rabboccata la bottiglia, lo champagne è pronto.

4 thoughts on “Ah…, le bollicine!

  1. Francesco Dondi, f.dondi@unife.it

    Ho letto stamane il simpatico e bel Blog SCI di Gianfranco Scorrano “Ah …le bollicine”.
    Avendo fatto parte di una commissione di abilitazione scientifica nazionale mi sono chiesto se fare il “bubblologo” (già perchè esiste la “Bubbleology”) possa essere conveniente per un giovane chimico.
    Certamente è un argomento affascinante, interdisciplinare, perché tocca molti aspetti della chimica (molti SSD Settori scientifico-disciplinari..) e quindi tal chimico dovrebbe essere versatile e di talento. Ma a quale SSD potrebbe iscriversi e da quale SSD sarebbe accettato?
    Dato però che gli interessi economici sono enormi, tal valente giovane chimico potrebbe avere molte consulenze e molti finanziamenti da privati. La sua vita sarebbe poi anche assai piacevole poiché sarebbe sempre in trasferta in zone bellissime dell’Italia (Trentino, Veneto, Franciacorta) per non parlare della Francia (Parigi, Champagne ..). Il che però potrebbe ingenerare invidia..
    Molti sarebbero gli svantaggi se concorresse per una abilitazione: a quale SSD presentarsi? Come sarebbero valutati i titoli dal momento che i finanziamenti non sarebbero stati verosimilmentenottenuti sulla base di bandi competitivi? Poi le pubblicazioni non sarebbero numerose, poiché la materia sarebbe necessariamente riservata.. Supererebbe le “asticelle” ?
    Quand’anche ottenesse l’ASN, sarebbe poi ben accetto ai colleghi che seguono canoni di produzione scientifica e di ottenimento fondi più “canonici”? (sappiamo quanto sia spesso duro vincere progetti). Sarebbero poi disposti – i colleghi del dipartimento – a mettere a concorso un posto su tale ambito così “uncommon” e potenzialmente così competitivo?
    Il valente giovane ricercatore potrebbe però intraprendere la strada della letteratura, alla fine, come fa Carl Djerassi – chimico assai famoso e di successo – nella sua ultima commedia “Insufficiency”, sommariamente qui descritta:
    “Jerzy Krzyz è un chimico polacco con una specializzazione insolita Bubbleology ( sì, è un argomento scientifico serio ! ). Recentemente è arrivato presso un Dipartimento di Chimica di una università americana, determinato a garantirsi un posto permanente di alto livello. Ma gli altri accademici respingono lui e il suo soggetto. Strani fatti accadono…” ( https://alumni.stanford.edu/get/page/events/details?event_id=10366).

    Insomma le strade sarebbero molte..ma tutte incerte e perigliose.

    La commedia “Insufficiency” prende come spunto la “Bubbleology” per riflettere sulla inadeguatezza e le contraddizioni del sistema accademico americano, temi pertinenti ed attualissimi anche per Italia.

    Francesco Dondi, f.dondi@unife.it

  2. Articolo interessante e simpatico al contempo (trovo spettacolari e coinvolgenti queste riflessioni del quotidiano)! Leggerlo mi ha ricordato che dovrei ultimare la frizzante lettura di un libricino scritto da Sidney Perkowitz intitolato “Universal Foam: From Cappuccino to the Cosmos” (tradotto in italiano come “La teoria del cappuccino”….vabé…) nel quale anche lui affronta il tema bollicine oscillando dalla schiuma quantistica alle “bolle del brodo primordiale”.
    Magari invece del classico thé, questa sera mi lascio colmare di brio da una bottiglia di gazzosa, che qui tra bubbleology, schiume e bollicine, potrei decidere d’avventurarmi sulla via incerta e tortusa, come il professor Dondi l’ha giustamente definita, delle bollicine e magari divenire il primo specializzato in foamology!
    P.s. c’è la possibilità di ammirare la commedia di Carl Djerass in qualche modo? mi piacerebbe molto!

  3. A proposito di specializzazioni curiose “inventate” da Djerassi e che compaiono nella raccolta “Il futurista e altri racconti” (Sellerio, 1993) ricordo, per il divertimento di Riccardo e forse di altri lettori, le seguenti:
    1) Il dacriologo, ossia l’esperto di lacrime in grado di individuarne tutti i componenti e quindi ottenere una sorta d’impronta digitale chimica;
    2) Lo psomofilo, ossia l’appassionato ed esperto di tutte le forme di pane.

    N.B.: Il dacriologo esiste nella versione hard e soft. A voi scoprire la differenza.

  4. Se ancora non conoscete il video “Beautiful Chemical Reactions”, vi consiglio di rimediare al più presto: sono sicuro che non vi deluderà. Tra l’altro, nella sequenza n. 6, potrete ammirare bolle e bollicine prodotte da reazioni chimiche ed elettrochimiche in azione.
    Ecco l’indirizzo e buona visione!

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