FORMULATION OF SUSTAINABLE GLUTEN-FREE BEER FROM RICE MALT AND POTATO PROCESSING RESIDUE WITH A VIEW TO A CIRCULAR ECONOMY

The thesis examines a gluten-free brewing value chain based on local raw materials, focusing on Sibari rice as the principal starch source, Sila potato peels as a starchy co-material, functionalization with forest botanicals (Juniperus communis, Helichrysum italicum, Hypericum perforatum), and valorization of brewing by-products through vermicomposting. The study integrates technological, functional, and environmental dimensions within a circular economy framework. Process development was performed at laboratory scale and transferred to a pilot scale to assess robustness and reproducibility. Technologically, the limited enzymatic endowment of rice was addressed by adopting thermostable enzymes and defining mashing profiles with high temperature steps near 85 °C. These conditions increased fermentability, shortened process time, and improved inter-batch repeatability, while enabling targeted modulation of the pre-fermentation sugar profile. Inclusion of potato peels at operationally compatible levels further supported fermentability and allowed adjustment of residual carbohydrate composition without compromising filtrability or sensory quality. Pilot-scale validation confirmed process stability; filtration remained more demanding than barley but was manageable with practical measures such as enzyme pre-dosing, use of rice hulls, and tuning of liquor-to-grist ratios. Yeast strain selection proved decisive for residual sugars and apparent attenuation, allowing deliberate calibration of dryness, body, and aromatic cleanliness. Functionalization with botanicals did not impair clarity as measured by turbidity indices and, in several cases, improved foam stability and antioxidant capacity relative to controls. These outcomes indicate potential to mitigate typical sensory limitations of gluten-free beers while adding identity linked to territorial resources. By-product management completed the circular profile: vermicomposting of rice spent grains with chestnut sawdust produced an organic amendment that enhanced soil fertility indicators and increased nutraceutical attributes in a model crop. Multivariate analyses supported a consistent relationship between soil improvement and plant biochemical responses. Overall, the results demonstrate the technical feasibility of a rice-based gluten-free beer supported by targeted enzymatic strategies and locally sourced co-materials, together with a coherent circular pathway that returns agronomic value to the soil-plant system. The work identifies clear operational levers, including enzyme scheduling, co-material dosing, yeast selection, and botanical protocols, and outlines priorities for further optimization in filtrability, sensory validation with descriptive panels and consumer tests, and shelf-life stability. The proposed framework provides a credible route to industrial scale-up and competitive positioning within the gluten-free segment while delivering environmental benefits at the territorial level.

La tesi esamina una filiera birraria senza glutine basata su materie prime locali, concentrandosi sul riso di Sibari come principale fonte amidacea, sulle bucce di patata della Sila come co-materiale, sulla funzionalizzazione con essenze forestali (Juniperus communis, Helichrysum italicum, Hypericum perforatum) e sulla valorizzazione dei sottoprodotti della birrificazione tramite vermicompostaggio. Lo studio integra dimensioni tecnologiche, funzionali e ambientali all’interno di un quadro di economia circolare. Lo sviluppo di processo è stato condotto in scala di laboratorio e trasferito in scala pilota per valutarne robustezza e riproducibilità. Sul piano tecnologico, la limitata dotazione enzimatica del riso è stata affrontata adottando enzimi termostabili e definendo profili di ammostamento con step ad alta temperatura prossimi a 85 °C. Tali condizioni hanno incrementato la fermentabilità, ridotto i tempi di processo e migliorato la ripetibilità inter-lotto, consentendo al contempo una modulazione mirata del profilo zuccherino pre-fermentativo. L’inclusione di bucce di patata a livelli compatibili con la filtrabilità e con la qualità sensoriale ha ulteriormente sostenuto la fermentabilità e ha permesso di regolare la composizione dei carboidrati residui senza compromessi tecnologici. La validazione in scala pilota ha confermato la stabilità del processo; la filtrazione è rimasta più impegnativa rispetto all’orzo ma gestibile tramite accorgimenti pratici come il pre-dosaggio enzimatico, l’uso di lolla di riso e l’ottimizzazione del rapporto acqua/grani. La scelta del ceppo di lievito si è rivelata decisiva per zuccheri residui e attenuazione apparente, permettendo una calibrazione deliberata di secchezza, corpo e pulizia aromatica. La funzionalizzazione con le botaniche non ha compromesso la limpidezza misurata con indici di torbidità e, in diversi casi, ha migliorato la stabilità della schiuma e la capacità antiossidante rispetto ai controlli. Tali risultati indicano un potenziale nel mitigare limitazioni sensoriali tipiche delle birre senza glutine, aggiungendo al contempo elementi identitari legati alle risorse territoriali. La gestione dei sottoprodotti ha completato il profilo circolare: il vermicompostaggio delle trebbie di riso con segatura di castagno ha prodotto un ammendante organico in grado di migliorare indicatori di fertilità del suolo e di incrementare attributi nutraceutici in una coltura modello. Analisi multivariate hanno supportato una relazione coerente tra miglioramento del suolo e risposte biochimiche della pianta. Nel complesso, i risultati dimostrano la fattibilità tecnica di una birra senza glutine a base di riso, sostenuta da strategie enzimatiche mirate e da co-materiali di origine locale, insieme a un percorso circolare coerente che restituisce valore agronomico al sistema suolo-pianta. Il lavoro identifica chiare leve operative, tra cui pianificazione dell’impiego enzimatico, dosaggio dei co-materiali, selezione del lievito e protocolli botanici, e delinea priorità di ottimizzazione per filtrabilità, validazione sensoriale con panel descrittivi e test di consumo, nonché stabilità di shelf-life. Il quadro proposto fornisce un percorso credibile verso lo scale-up industriale e un posizionamento competitivo nel segmento gluten free, con benefici ambientali a livello territoriale.