O pivu očima hemičara. dio 1

Zdravo %username%.

Kao što sam ranije obećao, bio sam malo odsutan zbog službenog puta. Ne, još nije završeno, ali je inspirisalo neke misli koje sam odlučio da podelim sa vama.

Pričaćemo o pivu.

Sad neću da se zalažem za određene sorte, raspravljam koji se ukus i boja u telu manje menjaju od trenutka konzumacije do trenutka... pa, razumete - želim samo da pričam o tome kako ja vidim proces proizvodnje, razlike i uticaj piva na naš organizam sa hemijske tačke gledišta.

Mnogi ljudi vjeruju da je pivo piće običnih ljudi - i jako se varaju; mnogi vjeruju da je pivo štetno - a također se varaju, kao i oni koji vjeruju da pivo nije štetno. Shvatićemo i ovo

I za razliku od prethodnih članaka, pokušat ću se riješiti longread-ova, već podijeliti ovu priču na nekoliko. A ako u nekoj fazi ne bude interesa, onda ću jednostavno prestati traumatizirati mozak jadnog čitaoca.

Idemo.

Pozadina

Istorija piva u svetu seže nekoliko hiljada godina unazad. Prvi spomeni o njemu datiraju iz ranog neolita. Već prije 6000 godina ljudi su koristili tehnologije koje su omogućile pretvaranje kruha u aromatično piće - i općenito se vjeruje da je pivo najstarije alkoholno piće na svijetu.

Istorija nastanka piva počela je prije naše ere, a lovorike pronalazača pripadaju Sumeranima. Njihovo klinasto pismo, koje je E. Huber otkrio u Mesopotamiji, sadržavalo je oko 15 recepata za ovo piće. Stanovnici Mesopotamije koristili su speltu (speltu) za pravljenje piva. To je mljeveno sa ječmom, napunjeno vodom, dodano bilje i ostavljeno da fermentira. Od dobivene sladovine pravi se napitak. Napominjemo: u suštini je izmišljeno pšenično pivo, ali još niko nije rekao ništa o hmelju, odnosno da se u suštini kuvalo gruit ili biljno pivo. Štaviše, slad nije proklijao.

Sljedeća prekretnica u istoriji piva bila je vavilonska civilizacija. Babilonci su bili ti koji su smislili kako da poboljšaju piće. Proklijali su žito, a zatim ga sušili da bi proizveli slad. Pivo napravljeno od žitarica i slada čuvalo se ne više od jednog dana. Da bi piće bilo aromatičnije, dodavani su mu začini, hrastova kora, lišće drveća, med - aditivi za hranu su već tada izmišljeni, naravno, prije Reinheitsgebota ili, kako je razumljivo, njemačkog zakona o čistoći piva. bio star oko 5000 godina!

Postepeno se pivo proširilo na Stari Egipat, Perziju, Indiju i Kavkaz. Ali u staroj Grčkoj nije bio popularan, jer se smatrao pićem siromašnih. Tada su nastale sve te predrasude.

Istorija stvaranja piva razvijala se s početkom srednjeg vijeka. Ovaj period se naziva periodom drugog rođenja piva. Vjeruje se da se to dogodilo u Njemačkoj. Nemačko ime Bier dolazi od starogermanskog Peor ili Bror. Iako isti engleski Ale (ale) navodno etimološki seže do protoindoevropskog korijena, vjerovatno sa značenjem “opijanja”. Indoevropsko porijeklo korijena je uvjerljivo dokazano u poređenju sa savremenim danskim i norveškim øl, kao i islandskim öl (germanska grupa jezika, kojoj je pripadao staroengleski) i litvanskim i letonskim alus - pivom (baltička grupa Indoa -evropska porodica), severnoruski ol (što znači opojno piće), kao i estonski õlu i finski olut. Ukratko, niko ne zna kako su te riječi nastale, jer je neko zeznuo u Drevnom Vavilonu - pa, sada svi drugačije nazivaju pivo. Međutim, kuvaju ga drugačije.

U srednjem vijeku u piće se počeo dodavati hmelj. Njegovim dolaskom, ukus piva se poboljšao, a rok trajanja mu je produžio. Zapamtite, %username%: hmelj je prvenstveno bio konzervans za pivo. Sada se piće moglo transportovati i postalo je predmet trgovine. Pojavile su se stotine recepata i sorti piva. Neki naučnici iz pojedinih krajeva smatraju da su Sloveni bili začetnici uzgoja hmelja, jer je pivarstvo u Rusiji bilo rasprostranjeno već u XNUMX. veku.

Inače, u srednjem vijeku u Evropi su se uveliko konzumirali svijetli alevi umjesto vode. Čak su i djeca mogla priuštiti pivo - i da, bilo je to upravo pivo, a ne kvas, kako neki vjeruju. Pili su ne zato što su tamni hteli da se napiju do smrti, već zato što su kušanjem vode lako mogli da izleče čitavu gomilu poznatih, a još nepoznatih bolesti. Sa nivoom medicine na nivou trputca i babice, bilo je preopasno. Osim toga, takozvano stolno pivo („small ale”) je takođe bilo hranljivo i dobro je išlo za stolom u kolosalnim količinama, jer je sadržavalo oko 1% alkohola. Postavlja se logično pitanje "šta je onda ubilo svu infekciju?" I mi ćemo to svakako razmotriti.

1876. vijek je obilježen još jednim prodorom u istoriji piva. Louis Pasteur je prvi otkrio vezu između fermentacije i stanica kvasca. Rezultate studije objavio je 5. godine, a 1881 godina kasnije, XNUMX. godine, danski naučnik Emil Christian Hansen dobio je čistu kulturu pivskog kvasca, što je postalo poticaj industrijskom pivarstvu.

Ako govorimo o povijesti bezalkoholnog piva, poticaj za njegovu pojavu bio je Volstead Act iz 1919. godine, koji je označio početak ere prohibicije u Sjedinjenim Državama: proizvodnja, transport i prodaja alkoholnih pića jačih od 0,5% je zapravo zabranjeno. Dakle, to više nije ni "small ale". Sve pivarske kompanije bavile su se proizvodnjom ovakvih, praktično bezalkoholnih pića na bazi slada, međutim, prema zakonu, piće se moralo zvati „napitak od žitarica“, koji su ljudi odmah prozvali „gumena žena“ i „blizu pivo”. Zapravo, da bi se sa uobičajenog, zabranjenog, prešlo na novo "skoro pivo", bilo je dovoljno dodati samo jednu dodatnu fazu u proizvodni proces (a to ćemo se sigurno sjetiti), koja se nije mnogo povećala trošak konačnog proizvoda i omogućio najbrži povratak proizvodnji tradicionalnog pića: “Mislim da će ovo biti veličanstveno vrijeme za pivo”, rekao je američki predsjednik Franklin Roosevelt, potpisujući Cullen-Harrisonov zakon 22. marta, 1933, koji je dozvolio da se alkohol u pićima podigne na 4%. Zakon je stupio na snagu 7. aprila, pa je od tada ovaj datum u SAD-u Nacionalni dan piva! Kažu da su se Amerikanci već 6. aprila postrojili u kafane, a kada je otkucala njegujuća ponoć, onda... Ukratko, statistika kaže da je samo 7. aprila u Sjedinjenim Državama popilo milion i po barela piva države. Jeste li popili čašu piva 7. aprila, %username%?


Inače, ako vas zanima, u jednom od sljedećih dijelova ispričat ću vam o još strožem zakonu o zabrani - a to nije čak ni SSSR, već Island.

Trenutno se pivo ne kuva osim na Antarktiku - iako to nije sigurno. Postoje desetine kategorija i stotine stilova - i ako ste zainteresovani, možete pročitati njihove opise ovdje. Pivo je daleko od toga da je tako jednostavno kao što se misli; cijena boce ponekad može premašiti cijenu kutije vina - a ne govorim o vinu Chateau de la Paquette.

Stoga, %username%, ako ste sada otvorili flašu piva dok čitate, budite ispunjeni poštovanjem i nastavite čitati.

Sastojci

Prije nego što pogledamo od čega se sastoji pivo, prisjetimo se ukratko tehnologije za proizvodnju ovog pića.

Pivo - kao i mnoge stvari na ovom svijetu - je proizvod nepotpunog sagorijevanja. Zapravo, fermentacija - proces kroz koji kušamo ovo zadovoljstvo, kao i vaša, %username%, sposobnost čitanja ovih redova - je proizvod nepotpunog sagorijevanja šećera, samo u slučaju piva šećeri se sagorevaju ne u vašem mozgu, ali u metaboličkom lancu kvasca.
Kao i kod svakog sagorijevanja, proizvodi su ugljični dioksid i voda - ali zapamtite da sam rekao "nepotpuno"? I zaista: u proizvodnji piva kvasac se ne smije prejedati (iako to nije sasvim točno, ali je dobro za opće razumijevanje slike) - pa se stoga, osim ugljičnog dioksida, stvara i alkohol.

Kako hrana nije čisti šećer, već mješavina raznih jedinjenja, proizvod nije samo ugljični dioksid, voda i alkohol – već cijeli buket, zbog čega i postoje ova piva. Sada ću govoriti o nekim od glavnih sastojaka, a usput i razotkriti neke mitove o pivu.

Voda.

Sjećajući se da sam ipak hemičar, preći ću na dosadan hemijski jezik.

Pivo je vodeni rastvor sladnih ekstrakata koji nisu pretrpeli promene tokom fermentacije i post-fermentacije piva, etilnog alkohola i aromatičnih supstanci, koje su ili sekundarni metaboliti kvasca ili potiču od hmelja. Sastav ekstraktivnih supstanci uključuje nefermentisane ugljene hidrate (α- i β-glukani), fenolne supstance (antocijanogeni, oligo- i polifenoli), melanoidine i karamele. Njihov sadržaj u pivu, ovisno o masenom udjelu suhih tvari u početnoj sladovini, sastavu sladovine, tehnološkom načinu fermentacije i karakteristikama soja kvasca kreće se od 2,0 do 8,5 g/100 g piva. Isti procesni pokazatelji povezani su sa sadržajem alkohola čiji se maseni udio u pivu može kretati od 0,05 do 8,6% i aromatičnih tvari (viši alkoholi, eteri, aldehidi itd.), čija sinteza ovisi o sastavu. sladovine, a posebno o načinima fermentacije i prirodi kvasca. U pravilu, za pivo fermentirano s donjim kvascem koncentracija sekundarnih produkata metabolizma kvasca ne prelazi 200 mg/l, dok za pivo gornjeg vrenja njihov nivo prelazi 300 mg/l. Još manji udio u pivu čine gorke tvari iz hmelja, čija količina u pivu ne prelazi 45 mg/l.

Sve je to jako dosadno, brojke se zapravo mogu manje-više razlikovati, ali shvatite: sve je to vrlo malo u poređenju sa sadržajem vode u pivu. Slično kao i vi, %username%, pivo je oko 95% vode. Nije iznenađenje da kvalitet vode ima direktan utjecaj na pivo. I to je, inače, jedan od razloga zašto ista vrsta piva, proizvedena u različitim tvornicama na različitim mjestima, može imati različit okus. Konkretan i vjerovatno najpoznatiji primjer je Pilsner Urquell, koji su svojevremeno pokušali skuhati u Kalugi, ali nije išlo. Sada se ovo pivo proizvodi samo u Češkoj zbog posebne meke vode.

Nijedna pivovara neće skuhati pivo bez prethodnog testiranja vode s kojom će raditi - kvaliteta vode je previše važna za konačni proizvod. Glavni igrači u ovom pogledu su isti kationi i anjoni koje vidite na boci bilo koje sode - samo se nivoi kontrolišu ne u rasponu od "50-5000" mg/l, već mnogo preciznije.

Hajde da shvatimo na šta utječe sastav vode?

Pa, prije svega, voda mora biti u skladu sa sanitarnim propisima i propisima, te stoga odmah odbacujemo teške metale i druge otrovne stvari - ovo sranje uopće ne bi trebalo biti u vodi. Glavna ograničenja za vodu koja se koristi direktno u proizvodnji piva (prilikom gnječenja) tiču ​​se pokazatelja kao što su pH vrijednost, tvrdoća, odnos koncentracija jona kalcija i magnezija, koji u vodi za piće uopće nije reguliran. Voda za pripremu piva treba da sadrži znatno manje jona gvožđa, silicijuma, bakra, nitrata, hlorida i sulfata. Nitriti, koji su jaki toksini za kvasac, nisu dozvoljeni u vodi. Voda treba da sadrži dva puta manje mineralnih komponenti (suvi ostatak) i 2,5 puta manje COD (hemijska potreba za kiseonikom - oksidabilnost). Prilikom procjene podobnosti vode za pivarstvo uveden je pokazatelj kao što je alkalnost, koji nije uključen u standarde za vodu za piće.

Osim toga, dodatni zahtjevi se odnose na vodu koja se koristi za prilagođavanje masenog udjela čvrstih tvari i alkohola u pivarstvu visoke gravitacije. Ova voda mora, prvo, biti mikrobiološki čista, a drugo, deaerirana (tj. praktično da ne sadrži kiseonik rastvorljiv u vodi) i da sadrži još manje jona kalcijuma i bikarbonata u odnosu na vodu koja se uopšteno preporučuje za pivarstvo. Šta je pivarstvo visoke gravitacije?Ako niste znali, tehnologija pivarstva visoke gustine je da se, kako bi se povećala produktivnost pivare, sladovina kuha sa masenim udjelom suhih tvari koji je 4...6% veći od masenog udjela. suhih materija u gotovom pivu. Zatim se ova sladovina razrijedi vodom do željenog masenog udjela suhih tvari, bilo prije fermentacije, bilo gotovog piva (da, pivo se razrjeđuje - ali to je samo u tvornici, a o tome ću kasnije). Istovremeno, da bi se dobilo pivo koje se po ukusu ne razlikuje od piva dobijenog klasičnom tehnologijom, ne preporučuje se povećanje ekstrakta početne sladovine za više od 15%.

Izuzetno je važno održavati ispravan pH u vodi - ne govorim sada o ukusu gotovog piva, već o procesu fermentacije sladovine (usput, kako je utvrđeno, to ne utiče ukus - jednostavno nećete osetiti tako suptilnu razliku). Činjenica je da aktivnost enzima koje kvasac koristi za ishranu zavisi od pH vrednosti. Optimalna vrijednost je 5,2..5,4, ali se ponekad ova vrijednost pomjera više kako bi se povećala gorčina. pH vrijednost utiče na intenzitet metaboličkih procesa u stanicama kvasca, što se ogleda u koeficijentu rasta biomase, brzini rasta stanica i sintezi sekundarnih metabolita. Tako u kiseloj sredini nastaje uglavnom etil alkohol, dok se u alkalnoj intenzivira sinteza glicerola i sirćetne kiseline. Sirćetna kiselina negativno utječe na proces reprodukcije kvasca, te se stoga mora neutralizirati podešavanjem pH tijekom procesa fermentacije. Za različite “hrane” mogu postojati različite optimalne pH vrijednosti: na primjer, 4,6 je potrebno za metabolizam saharoze, a 4,8 za maltozu. pH je jedan od glavnih faktora u formiranju estera, o kojima ćemo kasnije govoriti i koji stvaraju one voćne arome u pivu.

Podešavanje pH uvijek je ravnoteža karbonata i bikarbonata u otopini; oni su ti koji određuju ovu vrijednost. Ali ni ovdje nije sve tako jednostavno, jer pored anjona postoje i kationi.

U pivarstvu se mineralni kationi koji čine vodu dijele na kemijski aktivne i kemijski neaktivne. Sve soli kalcija i magnezija su kemijski aktivni kationi: tako prisustvo kalcija i magnezija (i usput natrijuma i kalija) na pozadini visokog sadržaja karbonata povećava pH, dok kalcij i magnezij (ovdje već postoje). natrijum i kalijum u vazduhu) - ali u saradnji sa sulfatima i hloridima snižavaju pH. Igrajući se koncentracijama kationa i aniona, možete postići optimalnu kiselost medija. Istovremeno, pivari više vole kalcijum nego magnezij: prvo, fenomen flokulacije kvasca povezan je s kalcijevim jonom, a drugo, kada se privremena tvrdoća ukloni ključanjem (kao u kotliću), kalcijev karbonat se taloži i može se uklonjen, dok se magnezijum karbonat polako taloži i, kada se voda ohladi, delimično se ponovo otapa.

Ali u stvari, kalcijum i magnezijum su samo sitnice. Da ne bih preopteretio članak, jednostavno ću objediniti neke od efekata jonskih nečistoća u vodi na različite faktore proizvodnje i kvaliteta piva.

Utjecaj na proces kuhanja

• Kalcijumovi joni - Stabiliziraju alfa-amilazu i povećavaju njenu aktivnost, što rezultira povećanim prinosom ekstrakta. Povećavaju aktivnost proteolitičkih enzima, zbog čega se povećava sadržaj ukupnog i α-aminskog dušika u sladovini.
• Određuje se stepen smanjenja pH sladovine tokom gnječenja, vrenja sladovine sa hmeljem i fermentacije. Određuje se flokulacija kvasca. Optimalna koncentracija jona je 45-55 mg/l sladovine.
• Magnezijum joni - Dio enzima glikolize, tj. neophodan i za fermentaciju i za razmnožavanje kvasca.
• Kalijum joni - Stimulišu reprodukciju kvasca, deo su enzimskog sistema i ribozoma.
• Joni gvožđa - Negativno dejstvo na procese gnječenja. Koncentracije veće od 0,2 mg/l mogu uzrokovati degeneraciju kvasca.
• Joni mangana - uključeni kao kofaktor u enzime kvasca. Sadržaj ne smije prelaziti 0,2 mg/l.
• Amonijum joni - mogu biti prisutni samo u otpadnim vodama. Apsolutno neprihvatljivo.
• Ioni bakra - U koncentracijama većim od 10 mg/l - toksični za kvasac. Može biti mutageni faktor za kvasac.
• Joni cinka - U koncentraciji od 0,1 - 0,2 mg/l stimuliraju proliferaciju kvasca. U visokim koncentracijama inhibiraju aktivnost α-amilaze.
• Hloridi - Smanjuje flokulaciju kvasca. Pri koncentraciji većoj od 500 mg/l, proces fermentacije se usporava.
• Hidrokarbonati - U visokim koncentracijama dovode do povećanja pH, a posljedično i do smanjenja aktivnosti amilolitičkih i proteolitičkih enzima, smanjujući prinos ekstrakta. i doprinose povećanju boje sladovine. Koncentracija ne smije prelaziti 20 mg/l.
• Nitrati – nalaze se u efluentima u koncentracijama većim od 10 mg/l. U prisustvu bakterija iz porodice Enterbacteriaceae nastaje toksični nitritni jon.
• Silikati - Smanjuju aktivnost fermentacije pri koncentracijama većim od 10 mg/l. Silikati uglavnom potiču iz slada, ali ponekad, posebno u proljeće, voda može biti razlog njihovog povećanja u pivu.
• Fluoridi - Do 10 mg/l nema efekta.

Uticaj na ukus piva

• Kalcijum joni - Smanjuju ekstrakciju tanina koji pivu daju oštru gorčinu i opor ukus. Smanjuje iskorištavanje gorkih tvari iz hmelja.
• Joni magnezija - Daju gorak okus pivu koji se osjeća u koncentraciji većoj od 15 mg/l.
• Joni natrijuma - U koncentracijama većim od 150 mg/l izazivaju slan okus. U koncentracijama od 75...150 mg/l - smanjuju punoću okusa.
• Sulfati - Daju pivu trpkost i gorčinu, uzrokujući naknadni ukus. U koncentraciji većoj od 400 mg/l daju pivu „suv ukus“ (zdravo, Guiness Draft!). Može prethoditi stvaranju sumpornog ukusa i mirisa povezanih sa aktivnošću inficiranih mikroorganizama i kvasaca.
• Silikati - Indirektno utiču na ukus.
• Nitrati - Negativno utiču na proces fermentacije u koncentraciji većoj od 25 mg/l. Mogućnost stvaranja toksičnih nitrozamina.
• Hloridi - Daju pivu suptilniji i slatki ukus (da, da, ali ako nema natrijuma). Sa koncentracijom jona od oko 300 mg/l povećavaju punoću okusa piva i daju mu okus i aromu dinje.
• Joni gvožđa - Kada je sadržaj u pivu veći od 0,5 mg/l, povećavaju boju piva i pojavljuje se smeđa pjena. Daje pivu metalni ukus.
• Joni mangana - Slično kao i joni gvožđa, ali mnogo jači.
• Joni bakra - Negativno utiču na stabilnost ukusa. Omekšava sumporni ukus piva.

Utjecaj na koloidnu stabilnost (mutnoća)

• Kalcijum joni - Talože oksalate, čime se smanjuje mogućnost zamućenja oksalata u pivu. Povećavaju koagulaciju proteina pri kuhanju sladovine sa hmeljem. Smanjuje ekstrakciju silicijuma, što povoljno utiče na koloidnu stabilnost piva.
• Silikati - Smanjuju koloidnu stabilnost piva zbog stvaranja nerastvorljivih jedinjenja sa jonima kalcijuma i magnezijuma.
• Ioni željeza - Ubrzavaju oksidativne procese i uzrokuju koloidno zamućenje.
• Joni bakra - Negativno utiču na koloidnu stabilnost piva, djelujući kao katalizator oksidacije polifenola.
• Hloridi - Poboljšavaju koloidnu stabilnost.

Pa, kako je? Zapravo, različiti stilovi piva nastali su u različitim dijelovima svijeta zahvaljujući, između ostalog, različitim vodama. Pivari u jednom području proizvodili su uspješna piva s jakim okusom i aromom slada, dok su pivari u drugom proizvodili sjajna piva s uočljivim profilom hmelja – a sve zato što su različite regije imale različite vode koje su jedno pivo činile boljim od drugog. Sada se, na primjer, sastav vode za pivo smatra optimalnim u ovom obliku:

Međutim, jasno je da odstupanja uvijek ima – a ta odstupanja često određuju da “Baltika 3” iz Sankt Peterburga uopće nije “Baltika 3” iz Zaporožja.

Logično je da svaka voda koja se koristi za proizvodnju piva prolazi kroz nekoliko faza pripreme, uključujući analizu, filtriranje i, ako je potrebno, prilagođavanje sastava. Pivara vrlo često provodi proces pripreme vode: voda dobivena na ovaj ili onaj način podliježe uklanjanju hlora, promjenama u mineralnom sastavu i prilagođavanju tvrdoće i alkalnosti. Ne morate se mučiti sa svim ovim, ali tada će - i samo ako budete imali sreće s nominalnim sastavom vode - pivovara moći skuhati samo nekoliko varijanti. Zbog toga se UVIJEK vrši monitoring i priprema vode.

Savremene tehnologije, uz dovoljno sredstava, omogućavaju dobijanje vode sa gotovo svim željenim karakteristikama. Osnova može biti ili gradska voda iz česme ili voda izvučena direktno iz arteškog izvora. Ima i egzotičnih slučajeva: jedna švedska pivara, na primjer, skuhala je pivo iz prečišćenih otpadnih voda, a čileanski majstori prave pivo koristeći vodu prikupljenu iz magle u pustinji. No, jasno je da u masovnoj proizvodnji skup proces obrade vode utječe na konačnu cijenu – i možda se zato već spomenuti Pilsner Urquell ne proizvodi nigdje drugdje osim kod kuće u Češkoj.

Mislim da je to dovoljno za prvi deo. Ako se moja priča pokaže zanimljivom, u sljedećem dijelu ćemo govoriti o još dva obavezna sastojka piva, a možda i o jednom neobaveznom, razgovaraćemo o tome zašto pivo drugačije miriše, da li postoji "svjetlo" i "tamno" i također se dotiču čudnih slova OG, FG, IBU, ABV, EBC. Možda će biti još nečega, a možda se nešto neće dogoditi, ali će se pojaviti u trećem dijelu, u kojem planiram ukratko proći kroz tehnologiju, a zatim se pozabaviti mitovima i zabludama o pivu, uključujući i to da je ono “ razblaženo“ i „obogaćeno“, razgovaraćemo i o tome da li možete piti pivo sa isteklim rokom trajanja.

Ili će možda biti i četvrti dio... Izbor je na vama, %username%!

Izvor: www.habr.com