Il problema: riempimento difficoltoso di vini spumanti con linee isobariche
Durante l’imbottigliamento isobarico di vini spumanti charmat può succedere che il riempimento sia difficoltoso, o talvolta impossibile da realizzare, tanto che dopo la sgasatura, quando il rubinetto si stacca dalla bottiglia, si vede una colonna di schiuma che fuoriesce dalla bottiglia, come se fosse una fontana. Questo fenomeno altera il livello di riempimento, provoca perdite di prodotto e, non da ultimo, favorisce l’ingresso di ossigeno nello spazio di testa; quindi anche una modesta tendenza alla nucleazione incontrollata della CO₂ si traduce in fermi linea, riempimenti irregolari e scarti, con conseguente diminuzione qualitativa del prodotto.
Il fenomeno non dipende da un solo fattore: entrano in gioco la fisica della soprasaturazione, lo stato della superficie interna del vetro, i parametri di processo (temperatura, pressione, geometria di riempimento) e la composizione stessa del vino.
Perché la CO₂ schiuma: la nucleazione eterogenea
Un vino spumante è una soluzione soprassatura di anidride carbonica. Sotto una pressione parziale di CO₂ intorno ai 6 bar, il vino può trattenere in soluzione dell’ordine di 11–12 g/L di CO₂ (Liger-Belair e coll.). Questa CO₂ non “esplode” spontaneamente: la formazione di una bolla dal nulla (nucleazione omogenea) richiederebbe di vincere una barriera energetica altissima, praticamente irraggiungibile alle soprasaturazioni tipiche del vino.
Le bolle nascono invece per nucleazione eterogenea: la CO₂ disciolta diffonde verso sacche di gas già presenti, intrappolate in cavità, particelle o fibre a contatto con il liquido. È il meccanismo classificato come type IV nella letteratura sulla nucleazione (Jones e coll., 1999) e ben documentato da Gérard Liger-Belair sull’effervescenza dello champagne: la CO₂ si raccoglie in micro-tasche di gas, spesso all’interno di fibre di cellulosa o di imperfezioni della parete e da lì produce colonne di bolle ripetitive, anche decine al secondo dai siti più attivi.
La superficie interna del vetro come fabbrica di siti di nucleazione
La superficie interna di una bottiglia può presentare micro-difetti, deposizioni cristalline e rugosità che si comportano esattamente come i siti type IV descritti sopra. La letteratura sul gushing (l’eruzione incontrollata di schiuma nelle bevande gassate, molto studiata nella birra) elenca, tra le cause di sovraschiumatura, una superficie interna rugosa della bottiglia oppure un lavaggio/risciacquo inadeguato prima del riempimento (The Oxford Companion to Beer). Studi al microscopio confermano che picchi e cavità netti sulla superficie funzionano anch’essi da siti di nucleazione (analisi AFM, Rutgers).
Da dove vengono questi difetti in una bottiglia “nuova”? In buona parte dal weathering, l’alterazione atmosferica del vetro sodico-calcico durante lo stoccaggio. Il meccanismo è ben consolidato ed è descritto in dettaglio anche nella dissertazione di dottorato di Barsheek Roy (Università di Bayreuth, 2024), che dedica un intero capitolo all’alterazione superficiale del vetro:
- Attacco idrolitico e scambio ionico. L’umidità reagisce con il vetro: gli ioni alcalini (Na⁺) diffondono verso la superficie e si scambiano con ioni idrogeno/idronio (H⁺, H₃O⁺) dell’acqua (modello di Doremus). Si forma uno strato idratato e dealcalizzato, con rottura di ponti Si–O–Si in gruppi silanolo (Si–OH).
- Velo di carbonati. Gli alcali lisciviati reagiscono con la CO₂ atmosferica formando cristalli di carbonato di sodio e di calcio (il tipico velo o leggera iridescenza sulla parete interna). In atmosfera inquinata da SO₂ possono evolvere in solfati.
- Pit e degrado meccanico. Con l’alterazione avanzata compaiono pit (vaiolature) sotto i cristalli, che deteriorano le proprietà meccaniche e moltiplicano le cavità di innesco.
Un punto operativamente prezioso, sempre da Roy e dalla letteratura sul weathering: i carbonati sono solubili in acqua e questa fase è reversibile dal punto di vista ottico e meccanico, dopo pulizia, il vetro torna molto simile all’originale. Talvolta però il risciacquo pre-riempimento non è sufficiente a scongiurare il problema (vedi §6).
Tempo di stoccaggio, umidità ed “effetto serra”
Esiste una correlazione diretta tra tempo trascorso dalla produzione, condizioni di stoccaggio e insorgenza del problema:
- Umidità e tempo di esposizione. Il weathering cresce con il tempo e, soprattutto, con l’umidità relativa. Pallet non protetti, sbalzi termici e condensa creano un micro-clima ideale per l’alterazione.
- “Effetto serra” nella bottiglia vuota. Una bottiglia stoccata a lungo, con umidità intrappolata e cicli termici, sviluppa internamente strati di alterazione più profondi e depositi salini più voluminosi. Da qui l’importanza di una logica FIFO (First-In, First-Out) rigorosa e di uno stoccaggio riparato da umidità e calore.
In pratica: a parità di vino e di linea di riempimento, bottiglie “vecchie” e mal stoccate schiumano più facilmente di bottiglie nuove e pulite, perché offrono più siti di nucleazione.
I fattori di processo: come la linea di riempimento isobarica può agire sulla schiumatura eccessiva.
Il riempimento isobarico (contropressione), nato proprio per imbottigliare bevande con presenza di anidride carbonica senza perdere effervescenza, in particolare Tecnobolle impiega riempitrici isobariche GAI con una tecnologia studiata per limitare i problemi di eccessiva formazione della schiuma in riempimento; il processo di compone dei seguenti step:
- Tenuta: la bottiglia viene sollevata e premuta contro il cono di centraggio fino a sigillarsi contro il corpo della valvola, così da contenere la pressione di riempimento; un sensore di prossimità avvia il ciclo.
- Deaerazione: una valvola collega l’interno della bottiglia a un circuito di vuoto ed espelle l’aria prima del riempimento, passaggio fondamentale per ridurre l’ossigeno presente.
- Compensazione della pressione: il gas del serbatoio viene messo in comunicazione con la bottiglia fino a equalizzare le pressioni; un sensore di pressione misura il valore raggiunto e, se la bottiglia è rotta o scoppia, segnala che la pressione non è stata raggiunta e la macchina interrompe il ciclo.
- Sovrapressione anti-schiuma: si porta la bottiglia a una pressione leggermente superiore a quella del serbatoio (circa 0,2 bar in più) così che le eventuali gocce di liquido rimaste sulla parete del tubo interno vengano sospinte nel serbatoio invece di cadere nella bottiglia, dove potrebbero causare formazione di schiuma.
- Il liquido scende per gravità attraverso il condotto anulare mentre il gas presente nella bottiglia rientra nel serbatoio; il riempimento termina quando il livello del liquido ostruisce il foro dell’organo di chiusura.
- Svuotamento e degasaggio: infine una valvola viene aperta e chiusa in successione, mettendo la bottiglia alternativamente in comunicazione con l’atmosfera per eliminare gradualmente la pressione e limitare la formazione di schiuma.
La composizione chimica del vino
La quantità di schiuma dipende anche dalla composizione del vino, tuttavia bisogna distinguere la schiumogenicità (facilità e volume con cui la schiuma si forma) dalla stabilità della schiuma (la sua persistenza). Per il riempimento è molto importante soprattutto la prima. C’è un compromesso pratico da tenere presente: le stesse mannoproteine che entrano all’interfaccia liquido/aria riducendone la tensione superficiale, dando un perlage fine, sono anche le principali cause della formazione della schiuma.
Tra le macromolecole tensioattive che formano e stabilizzano la schiuma: le mannoproteine del lievito, rilasciate in fermentazione e durante l’autolisi sui lieviti, che si adsorbono all’interfaccia gas/liquido riducendo la tensione superficiale e aumentano la viscosità, rallentando il drenaggio e prevenendo la coalescenza delle bolle; le glicoproteine in genere, che grazie alla struttura anfifilica con domini idrofobici e idrofilici sono formatori e stabilizzatori migliori delle proteine non glicosilate; le proteine totali (uva + lievito), la cui correlazione con la schiumogenicità è positiva, mentre con la stabilità è contraddittoria, alcune proteine sono buoni formatori ma cattivi stabilizzatori e viceversa. Contribuiscono inoltre gli amminoacidi e i polisaccaridi dell’uva: antociani e amminoacidi hanno un contributo positivo alla schiumogenicità, mentre mannoproteine e polisaccaridi ricchi di arabinosio e galattosio sono scarsi formatori ma buoni stabilizzatori.
Ciò che riduce la schiuma sono soprattutto le proantocianidine (tannini condensati), con un contributo negativo alla schiumogenicità perché precipitano le proteine tensioattive; i lipidi e gli acidi grassi (antischiuma, benché alcuni a catena ≥12 C siano legati al gushing); e la chiarifica con bentonite e la filtrazione, che rimuovono proteine e colloidi.
Infine i fattori che scatenano l’eccessiva formazione di schiuma eruttiva (gushing): presenza particelle e colloidi con domini idrofobo-idrofili, cristalli di tartrato e di calcio, e l’assenza della proteina di lievito PAU5, proposta come biomarcatore (Kemp, Wiles & Inglis, 2015; Kupfer et al., 2018).
Conclusione
La schiumatura eccessiva nel riempimento isobarico dello spumante non è un evento accidentale né un semplice difetto del vino: è un fenomeno di interfaccia, che si manifesta ogni volta che un liquido soprassaturo di CO₂ incontra un punto d’innesco. Ricondurla sotto controllo significa agire insieme sulle tre leve che questo articolo ha percorso. Il vino, anzitutto: le sue macromolecole tensioattive — proteine e mannoproteine in primo luogo — sono un pregio, perché costruiscono il perlage, ma anche un fattore di rischio, perché abbassano la soglia di formazione della schiuma; governarne limpidezza, stabilità colloidale e chiarifica, senza limitare il perlage e la tenuta della schiuma, è il primo equilibrio da trovare. La superficie del vetro può essere un problema: il weathering deposita carbonati e crea rugosità che diventano siti di nucleazione, ma è un’alterazione in larga parte reversibile, che un risciacquo efficace, uno stoccaggio riparato da umidità e calore e una rigorosa rotazione FIFO riducono alla radice. E infine il processo: il riempimento isobarico esiste proprio per mantenere la CO₂ in soluzione, a patto di gestire temperatura, pressione e depressurizzazione finale.
Fonti
Sul contenitore in vetro e la sua alterazione
- Roy, Surface modification of soda-lime-silica glass by superheated steam, Dissertazione di Dottorato, Universität Bayreuth, 2024.
- Stazione Sperimentale del Vetro (SSV) — metodiche di analisi superficiale del vetro (FE-SEM, FTIR/ATR). Link
- Cetie — linee guida tecniche per lo stoccaggio e la movimentazione dei contenitori in vetro. Link
Sulla fisica della nucleazione delle bolle
- Liger-Belair et al., “Kinetics of Gas Discharging in a Glass of Champagne: The Role of Nucleation Sites”, Langmuir, 2002, 18(4), 1294. Link
- Liger-Belair, “Modeling the Kinetics of Bubble Nucleation in Champagne and Carbonated Beverages”, J. Phys. Chem. B, 2006. Link
- G. Jones, G.M. Evans, K.P. Galvin, “Bubble nucleation from gas cavities — a review”, Adv. Colloid Interface Sci., 1999, 80, 27–50.
- “Bubbles and Flow Patterns in Champagne”, American Scientist, 2018 (raggio critico ~2 µm). Link
- Rassegna sulla degustazione degli spumanti (solubilità CO₂ ~11–12 g/L a ~6 bar; soglia ~3 g/L), Food Research International, 2024. Link
Su gushing, rugosità superficiale e trattamenti
- “gushing”, The Oxford Companion to Beer (superficie rugosa e risciacquo inadeguato tra le cause). Link
- Šavel et al., “Mechanism of gushing induction by carbon dioxide transfer activator”, J. Inst. Brew., 2017. Link
- “The Gushing Experience — A Quick Overview”, Beverages, 2017, 3(2), 25. Link
- Analisi AFM su superfici e siti di nucleazione, Rutgers University. Link
