Хабрахабр

О пиве глазами химика. Часть 1

Привет, %username%.

Нет, она ещё не закончилась, но навеяла некоторые мысли, которыми я решил поделиться с тобой. Как я и обещал ранее, я немного пропал в связи со своей командировкой.

Речь пойдёт о пиве.

Я не буду сейчас топить за те или иные сорта, спорить, какой вкус и цвет в организме меняется меньше от момента употребления до момента… ну ты понял – я хочу просто поговорить о том, как видится мне процесс производства, различия и влияния пива на наш организм с точки зрения химии.

И мы разберём и это Многие считают, что пиво – напиток простого люда – и очень ошибаются, многие считают, что пиво вредное – и тоже ошибаются, впрочем, как и те, что считают, что пиво – не вредное.

И если на каком-то этапе интереса не будет — то просто перестану травмировать мозг бедного читателя. И в отличие от предыдущих статей — я постараюсь избавить от лонгридов, а лучше разделю этот рассказ на несколько.

Ну поехали.

История вопроса

История пива в мире насчитывает несколько тысячелетий. Первые упоминания о нём относятся к эпохе раннего неолита. Уже 6000 лет назад человек использовал технологии, позволяющие превращать хлеб в ароматный напиток — да и вообще считается, что пиво — самый древний алкогольный напиток в мире.

Их клинопись, обнаруженная Е. История происхождения пива началась ещё до нашей эры, а лавры изобретателей принадлежат шумерам. Жители Междуречья использовали для приготовления пива полбу (спельту). Хубером в Месопотамии, содержала около 15 рецептов этого напитка. На основе полученного сусла делали напиток. Её перемалывали с ячменём, заливали водой, добавляли травы и оставляли бродить. При этом солод был не пророщенным. Обрати внимание: по сути изобретено пшеничное пиво, но о хмеле никто ещё ничего не говорил, то есть по сути варился грюйт или травяное пиво.

Именно вавилоняне придумали, как улучшить напиток. Следующей вехой в истории появления пива стала Вавилонская цивилизация. Пиво на зерне и солоде хранилось не более суток. Они проращивали зерно, а затем его сушили, получая солод. Для того чтобы сделать напиток ароматнее, в него добавляли пряности, дубовую кору, листья деревьев, мёд — уже тогда придумали пищевые добавки, ещё бы, ведь до Райнхайтсгебота или по-понятному — немецкого закона о чистоте пива было ещё порядка 5000 лет!

А вот в Древней Греции оно популярностью не пользовалось, поскольку считалось напитком бедных. Постепенно пиво распространилось в Древнем Египте, Персии, Индии, на Кавказе. Тогда-то и возникли все эти предрассудки.

Этот период называют периодом второго рождения пива. История создания пива получила развитие с началом Средневековья. Немецкое название Bier происходит от старогерманского Peor или Bror. Считается, что произошло оно в Германии. Индоевропейское происхождение корня убедительно доказывается в сравнении с современными датским и норвежским øl, а также исландским öl (германская группа языков, к которой принадлежал и древнеанглийский) и литовским и латышским alus — пиво (балтийская группа индоевропейской семьи), севернорусским ол (в значении хмельной напиток), а также эстонским õlu и финским olut. Хотя тот же английский Ale (эль) якобы этимологически восходит к праиндоевропейскому корню, предположительно со значением «опьянение». Впрочем, и варят по-разному. Короче, никто не знает, как получились слова, потому что кто-то напортачил в Древнем Вавилоне — ну и каждый теперь называет пиво по-разному.

С его появлением улучшились вкусовые качества пива, а срок его хранения стал более длительным. Именно в Средневековье в напиток стали добавлять хмель. Теперь напиток можно было перевозить, и оно стало предметом торговли. Помни, %username%: хмель в первую очередь был консервантом для пива. Некоторые учёные из понятно каких регионов считают, что родоначальником культивирования хмеля были славяне, ведь на Руси уже в IX веке пивоварение было широко распространено. Появились сотни рецептов и разновидностей пива.

Пивко могли себе позволить даже дети — и да, это было конкретно пиво, а не квас, как некоторые считают. Кстати, в средние века лёгкие эли повсеместно употреблялись в Европе вместо воды. При уровне медицины на уровне подорожника и бабки-повитухи — это было слишком опасно. Пили не потому, что тёмные и хотели спиться, а потому, что отведав водицы можно было легко двинуть концы от целой кучи уже ведомых и ещё неведомых болезней. Логичный вопрос «а что же тогда убивало всю заразу?» мы тоже обязательно рассмотрим. К тому же так называемое столовое пиво («small ale») было еще и питательным и отлично шло за обеденным столом в колоссальных количествах, поскольку алкоголя там было порядка 1%.

Сначала Луи Пастер открыл зависимость между брожением и дрожжевыми клетками. XIX век ознаменовался очередным прорывом в истории возникновения пива. Он опубликовал результаты исследования в 1876 году, а через 5 лет, в 1881 году, датский учёный Эмиль Кристиан Хансен получил чистую культуру пивных дрожжей, что и стало толчком для промышленного пивоварения.

Так что это уже даже не «small ale». Если говорить про историю безалкогольного пива, то толчком к его появлению стал Акт Волстеда 1919 года, ознаменовавший начало эпохи сухого закона в США: фактически было запрещены производство, перевозка и продажа алкогольных напитков крепче 0,5%. На самом деле для того, чтобы перейти с обычного, запрещённого, к новому «почти-пиву», достаточно было добавить к производственному процессу всего один дополнительный этап (и мы обязательно вспомним о нём), что не сильно удорожало конечный продукт и позволило максимально быстро вернуться к производству традиционного напитка: «Думаю, это будет славное время для пива,» — сказал президент США Франклин Рузвельт, подписывая акт Каллена-Харрисона 22 марта 1933 года, разрешивший поднять крепость в напитках до 4%. Выпуском таких практически безалкогольных напитков на основе солода занимались все пивоваренные компании, правда, по закону напиток пришлось называть «злаковый напиток», который народ немедленно прозвал «резиновой женщиной» «почти-пивом» («near beer»). Говорят, что уже 6 апреля американцы выстраивались в очередь в бары, а когда пробила заветная полночь, то… Короче, статистика говорит, что за одно только 7 апреля в США было выпито полтора миллиона бочек пива. Акт вступил в силу 7 апреля, а потому с тех пор эта дата — Национальный день пива в США! А ты выпил кружечку пива 7 апреля, %username%?

Кстати, если будет интересно — я в одной из следующих частей расскажу про ещё более суровый сухой закон — и это даже не СССР, а Исландия.

Существуют десятки категорий и сотни стилей — и если интересно, то ознакомиться с их описанием можно тут. В настоящий момент пиво не варится разве что в Антарктиде — хотя это неточно. Пиво — далеко не так просто, как считается, стоимость бутылки иногда может превышать стоимость ящика вина — и я сейчас говорю не про вино сорта «Шато де ля Пакет».

Поэтому, %username%, если сейчас ты за чтением открыл бутылочку пива — преисполнись уважением и продолжай читать дальше.

Ингредиенты

Перед тем, как разбирать то, из чего состоит пиво, кратко вспомним технологию производства этого напитка.

На самом деле брожение – процесс, благодаря которому мы вкушаем сие удовольствие, равно как и твоя, %username%, способность читать эти строки – есть продукт неполного сгорания сахаров, только в случае пива сахара сгорают не у тебя в мозгу, а у дрожжей в цепочке метаболизма.
Как и в результате любого сгорания, продуктами являются углекислый газ и вода – но помнишь я сказал «неполное»? Пиво – как и очень многое в этом мире – есть продукт неполного сгорания. И действительно: в производстве пива дрожжам не дают переедать (хотя это и не совсем корректно, но для общего понимания картины годится) – а потому кроме углекислого газа образуется ещё и спирт.

Сейчас я расскажу о некоторых основных ингредиентах, а также попутно развенчаю некоторые мифы о пиве. Поскольку пищей выступает не чистый сахар, а смесь самых разных соединений – то и продуктом выступает не просто углекислый газ, вода и спирт – а целый букет, благодаря чему и существуют эти самые пива.

Вода.

Вспоминая то, что всё-таки я — химик, перейду на скучный химический язык.

В состав экстрактивных веществ входят несброженные углеводы (α- и β-глюканы), фенольные вещества (антоцианогены, олиго- и полифенолы), меланоидины и карамели. Пиво представляет собой водный раствор экстрактивных веществ солода, не претерпевших изменения в ходе брожения и дображивания пива, этилового спирта и вкусо-ароматических веществ, являющихся либо вторичными метаболитами дрожжей, либо происходящими из хмеля. С этими же показателями процесса связано содержание спирта, массовая доля которого в пиве может составлять от 0,05 до 8,6%, и вкусоароматических веществ (высших спиртов, эфиров, альдегидов и т.п.), синтез которых зависит как от состава сусла и, особенно от режимов брожения и природы дрожжей. Их содержание в пиве в зависимости от массовой доли сухих веществ в начальном сусле, состава сусла, технологических режимов брожения и штаммовых особенностей дрожжей колеблется от 2,0 до 8,5 г/100 г пива. Еще меньшую долю в пиве составляют горькие вещества хмеля, количество которых в пиве не превышает 45 мг/л. Как правило, для пива, при сбраживании которого используют низовые дрожжи, концентрация вторичных продуктов метаболизма дрожжей не превышает 200 мг/л, в то время как для пива верхового брожения их уровень превышает 300 мг/л.

Примерно как и ты, %username%, пиво примерно на 95% состоит из воды. Всё это очень скучно, цифры на самом деле могут отличаться в большие и меньшие стороны, но суть ты уловил: всего этого очень мало на фоне содержания воды в пиве. И кстати это — одна из причин, почему один и тот же сорт пива, производимый разными заводами в разных местах, может отличаться по вкусу. Неудивительно, что качество воды влияет на пиво самым непосредственным образом. Сейчас это пиво производится только в Чехии из-за особой мягкой воды. Конкретный и, наверное, самый известный пример — Pilsner Urquell, который как-то пытались варить в Калуге, но ничего не вышло.

Основными игроками в этом плане выступают те же самые катионы и анионы, которые ты видишь на бутылке любой газировки — только уровни контролируются отнюдь не в диапазоне «50-5000» мг/л, а куда точнее. Ни одна пивоварня не станет варить пиво, не проверив предварительно воду, с которой ей предстоит работать — качество воды слишком важно для конечного продукта.

Разберёмся, на что же влияет состав воды?

Основные ограничения для воды, применяемой непосредственно в производстве пива (при затирании), касаются таких показателей как величина рН, жесткость, соотношения между концентрациями ионов кальция и магния, которое в питьевой воде вообще не регламентируется. Ну в первую очередь вода должна соответствовать СанПиН, а потому сразу отбрасываем тяжёлые металлы и прочее токсичное — этой дряни в воде вообще быть не должно. Не допускается наличие в воде нитритов, которые являются сильными токсинами для дрожжей. Значительно меньше в воде для пивоварения должно содержаться ионов железа, кремния, меди, нитратов, хлоридов, сульфатов. При оценке пригодности воды для пивоварения внесен такой показатель, как щелочность, который отсутствует в нормативах для питьевой воды. В два раза меньше в воде должно быть минеральных компонентов (сухой остаток) и в 2,5 раза ниже показатель ХПК (химическое потребление кислорода — окисляемость).

Эта вода должна быть, во-первых, микробиологически чистая, а во вторых, деаэрирована (т.е. Кроме того, дополнительные требования предъявляются к воде, которая используется для корректировки массовой доли сухих веществ и спирта в высокоплотном пивоварении (high-gravity brewing). практически не содержать растворимый в воде кислород) и содержать ещё меньше ионов кальция и бикарбонатов по сравнению с водой, рекомендованной для пивоварения вообще.

Что такое высокоплотное пивоварение?

Далее, это сусло разбавляют водой до желаемой массовой доли сухих веществ либо до брожения, либо уже готовое пиво (да-да, пиво разбавляют — но это только на заводе, и об этом я позже тоже расскажу). Если ты не знал, то технология высокоплотного пивоварения заключается в том, что с целью повышения производительности варочного цеха варят сусло с массовой долей сухих веществ на 4…6% превышающее массовую долю сухих веществ готового пива. При этом с целью получения пива, не отличающегося по вкусу от пива, полученного по классической технологии, не рекомендуется повышать экстрактивность начального сусла более 15%.

Чрезвычайно важно поддерживать в воде правильный рН — я говорю сейчас вовсе не о вкусе готового пива, а о процессе сбраживания сусла (кстати, как было найдено — на вкус это как раз не влияет — ты просто не почувствуешь столь тонкую разницу). Дело в том, что от рН зависит активность ферментов, которые дрожжи используют для того, чтобы кушать. Оптимальным считается значение 5,2..5,4, но иногда это значение смещают в более высокую сторону, чтобы повысить горечь. Величина рН оказывает влияние на интенсивность обменных процессов в клетках дрожжей, что отражается на коэффициенте прироста биомассы, скорости роста клеток и синтезе вторичных метаболитов. Так, в кислой среде образуется в основном этиловый спирт, в то время как в щелочной — интенсифицируется синтез глицерина и уксусной кислоты. Уксусная кислота отрицательно сказывается на процессе размножения дрожжей, а потому её необходимо нейтрализовать, корректируя рН в процессе брожения. Для различной «еды» может быть разное значение оптимального рН: например, для метаболизма сахарозы нужно 4,6, для мальтозы – 4,8. рН — один из основных факторов образования сложных эфиров, о которых мы поговорим позже и которые и создают те самые фруктовые запахи пива.

Но и тут не всё так просто, потому что кроме анионов есть и катионы. Корректировка рН — это всегда баланс карбонатов и гидрокарбонатов в растворе, именно они и определяют это значение.

Химически активными катионами являются все соли кальция и магния: так, присутствие кальция и магния (и кстати натрия с калием) на фоне высокого содержания карбонатов повышает рН, в то время как кальций и магний (тут уже натрий и калий в пролёте) — но в содружестве с сульфатами и хлоридами понижают рН. В пивоварении минеральные катионы, входящие в состав воды, делят на химически активные и химически неактивные. При этом пивовары больше любят кальций, чем магний: во-первых, именно с ионом кальция связано такое явление как флокуляция дрожжей, а во-вторых — при устранении временной жесткости кипячением (это как в чайнике) карбонат кальция выпадает в осадок и может быть удалён, в то время как карбонат магния осаждается медленно и при охлаждении воды снова частично растворяется. Играя с концентрациями катионов и анионов, можно добиться оптимального значения кислотности среды.

Чтобы не перегружать статью, просто сведу вместе некоторые влияния примесей ионов в воде на различные факторы производства и качества пива. Но на самом деле кальций и магний — это ещё цветочки.

Влияние на процесс пивоварения

  • Ионы кальция — Стабилизируют альфа-амилазу и увеличивают ее активность, в результате чего повышается выход экстракта. Увеличивают активность протеолитических ферментов, за счет этого возрастает содержание в общего и α-аминного азота в сусле.
  • Определяют уровень снижения рН сусла при затирании, кипячении сусла с хмелем и брожении. Определяют флокуляцию дрожжей. Оптимальным является концентрация ионов 45-55 мг/л сусла.
  • Ионы магния — Входят в состав ферментов гликолиза, т.е. необходимы как для брожения, так и для размножения дрожжей.
  • Ионы калия — Стимулируют размножение дрожжей, входят в состав ферметных систем и рибосом.
  • Ионы железа — Отрицательное влияние на процессы затирания. При концентрации более 0,2 мг/л могут вызвать дегенерацию дрожжей.
  • Ионы марганца — Входят в качестве кофактора в ферменты дрожжей. Содержание не должно превышать 0,2 мг/л
  • Ионы аммония — Могут присутствовать только в сточных водах. Абсолютно неприемлемы.
  • Ионы меди — При концентрациях более 10 мг/л – токсичны для дрожжей. Могут являться мутагенным фактором для дрожжей.
  • Ионы цинка — В концентрации 0,1 – 0,2 мг/л стимулируют размножение дрожжей. При высоких концентрациях ингибируют активность α-амилазы
  • Хлориды — Снижают флокуляцию дрожжей. При концентрации более 500 мг/л замедляют процесс брожения.
  • Гидрокарбонаты — При высоких концентрациях приводят к повышению рН, а следовательно к снижению активности амилолитических и протеолитических ферментов, снижают выход экстракта. и способствуют повышению цветности сусла. Концентрация не должна превышать 20 мг/л.
  • Нитраты — При концентрациях более 10 мг/л обнаруживаются в стоках. В присутствии бактерий семейства Enterbacteriaceae образуется токсичный нитрит-ион.
  • Силикаты — Снижают активность брожения при концентрации более 10 мг/л. Силикаты происходят большей частью из солода, но иногда, особенно весной, причиной их повышения в пиве может быть вода.
  • Фториды — До 10 мг/л не оказывает влияния.

Влияние на вкус пива

  • Ионы кальция — Снижают экстракцию таннинов, которые придают пиву грубую горечь и вяжущий вкус. Снижают утилизацию горьких веществ хмеля.
  • Ионы магния — Придают горький привкус пиву, который ощущается при концентрации более 15 мг/л.
  • Ионы натрия — При концентрациях более 150 мг/л обуславливают соленый вкус. При концентрациях 75…150 мг/л – снижают полноту вкуса.
  • Сульфаты — Придают пиву терпкость и горечь, обуславливают послевкусие. При концентрации более 400 мг/л придают пиву «сухой вкус» (привет, Guiness Draught!). Могут предшествовать образованию сернистых вкусов и запахов, связанных с жизнедеятельностью инфицирующих микроорганизмов и дрожжей.
  • Силикаты — Оказывают влияние на вкус косвенным путем.
  • Нитраты — Отрицательно влияют на процесс брожения при концентрации более 25 мг/л. Возможность образования токсичных нитрозаминов.
  • Хлориды — Придают пиву более тонкий и сладкий вкус (да-да, но если нет натрия). При концентрации ионов около 300 мг/л повышают полноту вкуса пиву и придают ему дынный вкус и аромат.
  • Ионы железа — При содержании в пиве более 0,5 мг/л увеличивают цвет пива, появляется коричневая пена. Придают пиву металлический привкус.
  • Ионы марганца — Подобно влиянию ионов железа, но намного сильнее.
  • Ионы меди — Отрицательно влияют на стабильность вкуса. Смягчают сернистый привкус у пива.

Влияние на коллоидную стойкость (мутность)

  • Ионы кальция — Осаждают оксалаты, тем самым снижают возможность появления оксалатного помутнения в пиве. Увеличивают коагуляцию белков при кипячении сусла с хмелем. Снижают экстракцию кремния, что благоприятно сказывается на коллоидной стойкости пива.
  • Силикаты — Снижают коллоидную стойкость пива в связи с образованием нерастворимых соединений с ионами кальция и магния.
  • Ионы железа — Ускоряют окислительные процессы, вызывают коллоидное помутнение.
  • Ионы меди — Отрицательно влияют на коллоидную стабильность пива, выступая катализатором окисления полифенолов.
  • Хлориды — Улучшают коллоидную стойкость.

На самом деле разные стили пива формировались в разных уголках мира благодаря в том числе разной воде. Ну каково? Сейчас, например, состав воды для пива считается оптимальным в таком виде:

Однако понятно, что всегда есть отклонения — и эти отклонения часто обуславливают то, что «Балтика 3» из Питера — вовсе не «Балтика 3» из Запорожья. У пивоваров из одной местности получалось удачное пиво с выраженным солодовым вкусом и ароматом, а у производителей из другой выходил замечательный напиток с заметным хмелевым профилем — все потому, что в разных регионах была разная вода, на базе которой одно пиво получалось лучше, чем другое.

Очень часто пивоварня проводит процесс подготовки воды: получаемая тем или иным образом вода подвергается удалению хлора, изменению минерального состава и корректировке жесткости и щелочности. Вполне логично, что любая вода, используемая для производства пива, проходит несколько стадий подготовки, включая анализ, фильтрацию и, при необходимости, корректировку состава. Поэтому контроль и подготовка воды выполняется ВСЕГДА. Всем этим можно не заморачиваться, но тогда — и то, если повезет с номинальным составом воды — у пивоварни получится сварить лишь пару-тройку сортов.

Базой при этом может служить хоть городская водопроводная вода, хоть добытая напрямую из артезианского источника. Современные технологии, при наличии достаточных средств, позволяют получить воду с практически любыми нужными характеристиками. Но понятно, что при серийном производстве дорогой процесс водоподготовки влияет на конечную стоимость — и, возможно, именно потому уже упомянутый Pilsner Urquell не производится больше нигде, кроме как дома в Чехии. Есть и экзотичные случаи: одна шведская пивоварня, например, сварила пиво из очищенных сточных вод, а чилийские умельцы делают пиво на воде, собранной в пустыне из тумана.

Если мой рассказ окажется интересным, в следующей части мы поговорим о ещё двух обязательных ингредиентах пива, а возможно — и об одном необязательном, обсудим, почему же пиво по-разному пахнет, есть ли «светлое» и «тёмное», а также коснёмся странных букв OG, FG, IBU, ABV, EBC. Думаю, что для первой части хватит. Может что-то будет ещё, а может — чего-то не будет, а появится в третьей части, в которой я планирую пройтись вкратце по технологии, а затем разобраться с мифами и заблуждениями касательно пива, в том числе, что его «разбавляют» и «крепят», также поговорим о том, можно ли пить просроченное пиво.

А может будет и четвёртая часть… Выбор за тобой, %username%!

Теги
Показать больше

Похожие статьи

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Кнопка «Наверх»
Закрыть