🥇O pivu očima chemika. Část 1

Ahoj, %username%.

Jak jsem slíbil dříve, trochu jsem zmizel kvůli své služební cestě. Ne, ještě neskončila, ale vyvolala určité myšlenky, o které se chci s tebou podělit.

Bude řeč o pivu.

Nehodlám teď obhajovat různé druhy piva nebo se dohadovat, jaká chuť a barva se v těle mění méně od okamžiku konzumace do okamžiku… no, chápeš – chci jen mluvit o tom, jak je pro mě vidět proces výroby, rozdíly a vlivy piva na náš organismus z pohledu chemie.

Mnozí považují pivo za nápoj prostého lidu – a velmi se mýlí; mnozí si myslí, že pivo je škodlivé – a to je také omyl; stejně jako ti, kteří si myslí, že pivo není škodlivé. A to si také rozebereme.

Na rozdíl od předchozích článků se pokusím zbavit dlouhých textů a raději rozdělím tento příběh na několik částí. A pokud na nějakém stupni nebude zájem — prostě přestanu zatěžovat mozek chudého čtenáře.

Tak jdeme na to.

Historie otázky

Historie piva ve světě sahá několik tisíc let zpět. První zmínky o něm pocházejí z období raného neolitiku. Už před 6000 lety lidé používali technologie, které umožňovaly přetvářet chléb na voňavý nápoj — a obecně se považuje, že pivo je nejstarší alkoholický nápoj na světě.

Historie vzniku piva začala ještě před naším letopočtem a sláva vynálezců náleží Sumerům. Jejich klínové písmo, objevené E. Huberem v Mezopotámii, obsahovalo asi 15 receptů na tento nápoj. Obyvatelé Mezopotámie používali k výrobě piva špaldu. Tu mletli spolu s ječmenem, zalévali vodou, přidávali byliny a nechávali kvasit. Na základě získaného sladového výluhu vyráběli nápoj. Všimni si: v podstatě bylo vynalezeno pšeničné pivo, ale o chmelu ještě nikdo nic neříkal, tedy v podstatě se vařil gruit nebo bylinné pivo. Přitom slad nebyl klíčený.

Další milník v historii piva představovala babylónská civilizace. To právě Babylóňané vymysleli, jak vylepšit tento nápoj. Klíčili obilí a poté je sušili, čímž získali slad. Pivo na obilí a sladu vydrželo maximálně jeden den. Aby se nápoj stal aromatičtější, přidávali do něj koření, dubovou kůru, listy stromů, med — již tehdy přišli na potravinové přísady, vždyť od zákona o čistotě piva, známého jako Reinheitsgebot, uběhlo ještě přibližně 5000 let!

Postupně se pivo rozšířilo ve starověkém Egyptě, Persii, Indii a na Kavkaze. V starověkém Řecku však nebylo populární, neboť bylo považováno za nápoj chudých. Tehdy také vznikly všechny tyto předsudky.

Historie výroby piva se rozvinula se začátkem středověku. Toto období je nazýváno obdobím druhého zrození piva. Považuje se, že k němu došlo v Německu. Německé slovo Bier pochází ze starohornoněmeckého Peor nebo Bror. Ačkoli anglické slovo Ale (pilsner) údajně etymologicky vychází z praslovanského kořene, který by měl znamenat „opojení“. Indo-evropský původ kořene je přesvědčivě dokázán ve srovnání se současnými dánskými a norskými øl, jakož i islandským öl (germánská skupina jazyků, k níž patřil i staroangličtina) a litevským a lotyšským alus — pivo (baltská skupina indoevropské rodiny), severorusky ол (ve smyslu opojného nápoje), a také estonským õlu a finským olut. Zkrátka, nikdo neví, jak vznikla tato slova, protože někdo to popletl ve starověkém Babylóně — a nyní každý nazývá pivo různě. Každopádně se také vaří různými způsoby.

Právě ve středověku se do nápoje začal přidávat chmel. S jeho příchodem se zlepšily chuťové vlastnosti piva a doba jeho skladovatelnosti se prodloužila. Pamatuj, %username%: chmel byl především konzervantem pro pivo. Nyní se nápoj dal přepravovat a stal se předmětem obchodu. Objevily se stovky receptů a různých druhů piva. Někteří vědci z vcelku jasných regionů tvrdí, že zakladatelem pěstování chmele byli Slované, neboť v Rusku už v IX. století bylo vaření piva široce rozšířené.

Mimochodem, ve středověku se lehké ales v Evropě obecně používaly místo vody. Pivo si mohly dovolit i děti — a ano, bylo to konkrétně pivo, ne kvas, jak si někteří myslí. Nepilo se proto, že by se lidé chtěli opít, ale proto, že po ochutnání vody by bylo snadné umřít na celou řadu známých i neznámých nemocí. Při úrovni medicíny na úrovni podběhlíku a babičky-původkyně bylo to příliš riskantní. Navíc takzvané stolní pivo („small ale“) bylo také výživné a skvěle se hodilo ke stolu v obrovských množstvích, protože alkoholu tam bylo přibližně 1%. Logická otázka „co tedy zabíjelo všechny nemoci?“ bude také důkladně prozkoumána.

XIX. století se vyznačovalo dalším průlomem v historii vzniku piva. Nejprve Louis Pasteur objevil závislost mezi fermentací a kvasinkovými buňkami. Výsledky svého výzkumu publikoval v roce 1876, a o pět let později, v roce 1881, dánský vědec Emil Christian Hansen získal čistou kulturu pivovarských kvasnic, což se stalo impulsem pro průmyslové pivovarnictví.

Pokud hovoříme o historii nealkoholického piva, jeho vznik byl povzbudivý zákonem Volsteada z roku 1919, který znamenal začátek doby prohibice v USA: v podstatě bylo zakázáno výrobu, přepravu a prodej alkoholických nápojů silnějších než 0,5 %. Takže to už ani není "small ale". Výrobou takových prakticky nealkoholických nápojů na bázi sladu se zabývaly všechny pivovarnické společnosti, pravda, podle zákona bylo nutné nápoj nazývat "obilným nápojem", který lidé okamžitě přezdívili "gumová žena" a "téměř pivo" ("near beer"). Ve skutečnosti stačilo k přechodu od běžného, zakázaného, k novému "téměř-pivu" přidat do výrobního procesu pouze jednu dodatečnou fázi (a na tu si určitě vzpomeneme), což nijak nezvýšilo výrobní náklady a umožnilo co nejrychleji se vrátit k produkci tradičního nápoje: "Myslím, že to bude skvělá doba pro pivo," řekl prezident USA Franklin Roosevelt, když podepisoval zákon Cullen-Harrison 22. března 1933, který povolil zvýšit obsah alkoholu v nápojích na 4 %. Zákon vstoupil v platnost 7. dubna, a od té doby je tento den Národním dnem piva v USA! Říká se, že už 6. dubna se Američané stavěli do fronty v barech, a když odbila vzácná půlnoc, tak… Zkrátka statistiky říkají, že jen 7. dubna bylo v USA vypito jeden a půl milionu soudků piva. A ty sis dal šálek piva 7. dubna, %username%?

Mimochodem, pokud by to bylo zajímavé — v jedné z dalších částí budu vyprávět o ještě přísnějším prohibičním zákoně — a to není ani SSSR, ale Island.

V současnosti se pivo nevyrábí snad jen na Antarktidě — ačkoli to není přesné. Existuje desítky kategorií a stovky stylů — a pokud tě to zajímá, můžeš se s jejich popisem seznámit tady. Pivo rozhodně není tak jednoduché, jak se zdá, cena láhve někdy může překonávat cenu bedny vína — a teď nemluvím o víně odrůdy "Château de la Paquet".

Takže, %username%, pokud jsi si nyní při čtení otevřel láhev piva — vzdej úctu a pokračuj ve čtení.

Ingredience

Než se podíváme na to, z čeho se pivo skládá, stručně si připomeňme technologii výroby tohoto nápoje.

Pivo – jako mnoho jiného na tomto světě – je produkt neúplného spalování. Ve skutečnosti je fermentace proces, díky němuž si užíváme toto potěšení, stejně jako tvá, %username%, schopnost číst tyto řádky – je výsledkem neúplného spalování cukrů, přičemž v případě piva cukry neshoří v tvé hlavě, ale u kvasinek v metabolickém řetězci.
Jak už to bývá u každého spalování, produkty jsou oxid uhličitý a voda – ale pamatuješ, že jsem řekl „neúplné“? A skutečně: při výrobě piva se kvasinkám nedovoluje přejídat (ačkoli to není úplně správné, ale pro obecné pochopení situace to stačí) – a proto kromě oxidu uhličitého vzniká i alkohol.

Jelikož potravou není čistý cukr, ale směs nejrůznějších sloučenin – produkty nejsou jen oxid uhličitý, voda a alkohol – ale celý buquet, díky čemuž existují tyto pivní varianty. Teď ti povím o některých základních ingrediencích a zároveň vyvrátím některé mýty o pivu.

Voda.

Při vzpomínce na to, že jsem chemik, přejdu na nudný chemický jazyk.

Pivo je vodní roztok extraktivních látek sladu, které se nezměnily během fermentace a dokvašování piva, etanolu a chuťově-aromatických látek, které jsou buď sekundárními metabolity kvasinek, nebo pocházejí z chmele. Mezi extraktivní látky patří neskvasitelné sacharidy (α- a β-glukany), fenolové sloučeniny (antocianogeny, oligo- a polyfenoly), melanoidiny a karamel. Jejich obsah v pivu se v závislosti na hmotnostním podílu sušiny v počátečním mladině, složení mladiny, technologických režimech fermentace a odrůdovém charakteru kvasinek pohybuje od 2,0 do 8,5 g/100 g piva. S těmito ukazateli procesu souvisí i obsah alkoholu, jehož hmotnostní podíl v pivu může činit od 0,05 do 8,6 %, a chuťově-aromatických látek (vyšších alkoholes, esterů, aldehydů atd.), jejichž syntéza závisí jak na složení mladiny, tak zejména na režimech fermentace a přírodě kvasinek. Obecně platí, že pro pivo, při jehož kvašení se používají spodní kvasinky, koncentrace sekundárních metabolických produktů kvasinek nepřesahuje 200 mg/l, zatímco pro pivo svrchního kvašení jejich úroveň překračuje 300 mg/l. Ještě menší podíl v pivu tvoří hořké látky chmele, jejichž množství v pivu nepřesahuje 45 mg/l.

To všechno je velmi nudné, čísla se ve skutečnosti mohou lišit v obou směrech, ale podstatu jsi pochopil: je toho velmi málo na pozadí obsahu vody v pivu. Přibližně jako ty, %username%, pivo se skládá asi z 95 % z vody. Není žádným překvapením, že kvalita vody má na pivo velmi přímý vliv. A mimochodem, to je jeden z důvodů, proč se stejný druh piva vyráběný různými pivovary na různých místech může lišit chutí. Konkrétní a asi nejznámější příklad je Pilsner Urquell, který se kdysi pokoušeli vařit v Kaluze, ale nic z toho nebylo. Nyní se toto pivo vyrábí pouze v Čechách kvůli zvláštní měkké vodě.

Žádný pivovar nebude vařit pivo, aniž by předem zkontroloval vodu, se kterou má pracovat — kvalita vody je pro konečný produkt příliš důležitá. Hlavními hráči v tomto ohledu jsou stejné kationty a anionty, které vidíte na láhvi jakékoliv limonády — jen úrovně jsou kontrolovány nikoli v rozmezí '50-5000' mg/l, ale mnohem přesněji.

Pojďme se podívat, jaký vliv má složení vody?

V první řadě musí voda splňovat normy SanPiN, proto okamžitě vylučujeme těžké kovy a další toxické látky — tyto škodliviny ve vodě vůbec být nemají. Hlavní omezení pro vodu používanou přímo ve výrobě piva (během rmutování) se týkají ukazatelů, jako je hodnota pH, tvrdost, a poměru mezi koncentracemi iontů vápníku a hořčíku, které nejsou regulovány v pitné vodě. Výrazně méně by mělo být ve vodě pro vaření piva iontů železa, křemíku, mědi, dusičnanů, chloridů a síranů. Nepřítomnost nitritů, které jsou silnými toxiny pro kvasnice, je v této vodě nezbytná. Voda by měla mít dvakrát méně minerálních složek (suchý zbytek) a hodnota CHSK (chemická spotřeba kyslíku — oxidovatelnost) musí být 2,5krát nižší. Při hodnocení vhodnosti vody pro vaření piva je zahrnut také faktor alkalinity, který chybí v normách pro pitnou vodu.

Kromě toho jsou k vodě použité k úpravě hmotnostního podílu pevných látek a alkoholu ve vysoce hustém vaření piva (high-gravity brewing) kladeny dodatečné požadavky. Tato voda musí být za prvé mikrobiologicky čistá, a za druhé deárována (tj. téměř vůbec neobsahovat rozpuštěný kyslík) a obsahovat ještě méně iontů vápníku a bicarbonátů v porovnání s vodou doporučenou pro vaření piva obecně. Co je to vysoce husté vaření piva?Pokud jsi to nevěděl, technologie vysoce koncentrovaného vaření piva spočívá v tom, že za účelem zvýšení výkonnosti varny se vaří mladina s hmotnostním podílem pevných látek o 4…6 % vyšším než je hmotnostní podíl pevných látek hotového piva. Poté se tato mladina zředí vodou na požadovaný hmotnostní podíl pevných látek buď před kvašením, nebo už hotového piva (ano, pivo se ředí — ale to jen v továrně, a o tom ti později také povím). Přitom za účelem získání piva, které se chuťově neliší od piva vyrobeného klasickou technologií, se nedoporučuje zvyšovat extraktivitu počáteční mladiny nad 15 %.

Extrémně důležité je udržovat ve vodě správné pH — nyní nemluvím o chuti hotového piva, ale o procesu kvašení mladiny (mimochodem, jak bylo zjištěno — na chuť to právě vůbec neovlivňuje — tu jemnou odlišnost zkrátka necítíš). Je to proto, že pH ovlivňuje aktivitu enzymů, které kvasinky používají k tomu, aby se živily. Optimální hodnota se považuje za 5,2..5,4, ale někdy se toto číslo posune výše, aby se zvýšila hořkost. Hodnota pH má vliv na intenzitu metabolických procesů v buňkách kvasinek, což se odráží na koeficientu nárůstu biomasy, rychlosti růstu buněk a syntéze sekundárních metabolitů. Tak například v kyselém prostředí se vytváří převážně ethylalkohol, zatímco v alkalickém prostředí se zintenzivňuje syntéza glycerolu a octové kyseliny. Octová kyselina negativně ovlivňuje proces reprodukce kvasinek, a proto je nutné ji neutralizovat úpravou pH během kvašení. Pro různé "potravy" může být optimální pH různá: například pro metabolismus sacharózy je potřeba 4,6, pro maltózu – 4,8. pH je jedním z hlavních faktorů tvorby složených esterů, o kterých si později promluvíme, a které vytvářejí ty ovocné vůně piva.

Úprava pH je vždy balancem karbonátů a hydrogenuhličitanů v roztoku, právě ty určují tuto hodnotu. Ale ani tady to není tak jednoduché, protože kromě aniontů existují i kationty.

V pivovarnictví se minerální kationty obsažené ve vodě dělí na chemicky aktivní a chemicky neaktivní. Chemicky aktivní kationty jsou všechny soli vápníku a hořčíku: přítomnost vápníku a hořčíku (a také sodíku a draslíku) na pozadí vysokého obsahu karbonátů zvyšuje pH, zatímco vápník a hořčík (sodík a draslík se zde již neprojevují) — ve spojení se sírany a chloridy snižují pH. Hraním s koncentracemi kationtů a aniontů lze dosáhnout optimální hodnoty kyselosti prostředí. Pivovarníci preferují vápník před hořčíkem: za prvé, s iontem vápníku souvisí jev zvaný flokulace kvasnic, a za druhé — při odstranění dočasné tvrdosti převařením (to jako v konvici) vypadává uhličitan vápenatý jako sediment a může být odstraněn, zatímco uhličitan hořečnatý sráží pomalu a při ochlazení vody se částečně opět roztahuje.

Ale ve skutečnosti je vápník a hořčík teprve začátek. Abych článek nepřetěžoval, shrnu jen některé vlivy příměsí iontů ve vodě na různé výrobní faktory a kvalitu piva.

Vliv na proces pivovarnictví

Ionty vápníku — Stabilizují alfa-amylázu a zvyšují její aktivitu, díky čemuž se zvyšuje výtěžnost extraktu. Zvyšují aktivitu proteolytických enzymů, což zvyšuje obsah celkového a α-aminového dusíku v mladině.
Určují úroveň snížení pH mladiny při rmutování, vaření mladiny s chmelem a kvašení. Určují flokulaci kvasnic. Optimální koncentrace iontů je 45-55 mg/l mladiny.
Ionty hořčíku — Jsou součástí enzymů glykolýzy, tj. jsou nezbytné jak pro kvašení, tak pro množení kvasnic.
Ionty draslíku — Stimulují množení kvasnic, jsou součástí fermentačních systémů a ribozomů.
Ionty železa — Mají negativní vliv na procesy rmutování. Při koncentraci více než 0,2 mg/l mohou způsobit degeneraci kvasnic.
Ionty manganu — Vstupují jako kofaktor do enzymů kvasnic. Obsah by neměl překročit 0,2 mg/l.
Ionty amonnné — Mohou se vyskytnout pouze v odpadních vodách. Absolutně nepřijatelné.
Ionty mědi — Při koncentracích nad 10 mg/l jsou toxické pro kvasnice. Mohou představovat mutagenní faktor pro kvasnice.
Ionty zinku — V koncentraci 0,1 – 0,2 mg/l stimulují množení kvasinek. Při vysokých koncentracích inhibují aktivitu α-amylázy.
Chloridy — Snižují flokulaci kvasinek. Při koncentraci nad 500 mg/l zpomalují proces fermentace.
Hydrog karbonáty — Při vysokých koncentracích zvyšují pH, a tím snižují aktivitu amylolytických a proteolytických enzymů, snižují výtěžek extraktu a podporují zvýšení barevnosti sladu. Koncentrace by neměla překročit 20 mg/l.
Dusičnany — Při koncentracích nad 10 mg/l se objevují ve splašcích. V přítomnosti bakterií z rodiny Enterobacteriaceae vzniká toxický dusitý ion.
Křemičitany — Snižují aktivitu fermentace při koncentraci nad 10 mg/l. Křemičitany pocházejí většinou z sladu, ale někdy, zejména na jaře, může být jejich zvýšení v pivu způsobeno vodou.
Fluoridy — Do 10 mg/l nemají vliv.

Vliv na chuť piva

Ionty vápníku — Snižují extrakci tříslovin, které dodávají pivu hrubou hořkost a svíravou chuť. Snižují využití hořkých látek chmele.
Ionty hořčíku — Dodávají pivu hořký nádech, který se projevuje při koncentraci nad 15 mg/l.
Ionty sodíku — Při koncentracích nad 150 mg/l dávají pivu slanou chuť. Při koncentracích 75…150 mg/l snižují plnost chuti.
Sulfáty — Dodávají pivu trpkost a hořkost, ovlivňují dochuť. Při koncentraci nad 400 mg/l dodávají pivu "suchou chuť" (ahoj, Guiness Draught!). Mohou předcházet vzniku sírových chutí a vůní spojených s činností infikujících mikroorganismů a kvasinek.
Křemičitany — Ovlivňují chuť nepřímo.
Dusičnany — Negativně ovlivňují proces fermentace při koncentraci nad 25 mg/l. Možnost vzniku toxických nitrosaminů.
Chloridy — Dodávají pivu jemnější a sladší chuť (ano-ano, ale pouze pokud není sodík). Při koncentraci iontů kolem 300 mg/l zvyšují plnost chuti piva a dodávají mu melounovou chuť a aroma.
Ionty železa — Při obsahu v pivu nad 0,5 mg/l zvyšují barvu piva, vzniká hnědá pěna. Dodávají pivu kovový nádech.
Ionty manganu — Podobně jako vliv iontů železa, ale mnohem silněji.
Ionty mědi - Negativně ovlivňují stabilitu chuti. Zjemňují sirný nádech piva.

Vliv na koloidní stabilitu (zakalení)

Ionty vápníku - Srážejí oxaláty, čímž snižují možnost vzniku oxalátového zakalení v pivu. Zvyšují koagulaci bílkovin při varu sladu s chmelem. Snižují extrakci křemíku, což příznivě ovlivňuje koloidní stabilitu piva.
Silikáty - Snižují koloidní stabilitu piva v důsledku tvorby nerozpustných sloučenin s ionty vápníku a hořčíku.
Ionty železa - Zrychlují oxidační procesy, způsobují koloidní zakalení.
Ionty mědi - Negativně ovlivňují koloidní stabilitu piva, působí jako katalyzátor oxidace polyfenolů.
Chloridy - Zlepšují koloidní stabilitu.

Jak to vypadá? Různé styly piva se vyvinuly v různých koutech světa také díky různým vodám. Pivovarníci z jedné oblasti dokázali vyrobit úspěšné pivo s výraznou sladovou chutí a aromatem, zatímco výrobci z jiné oblasti vytvářeli skvělý nápoj s výrazným chmelovým profilem — to všechno proto, že v různých regionech byla různá voda, na jejímž základě se jedno pivo líbilo více než jiné. Například nyní se považuje, že ideální složení vody pro pivo vypadá takto:

Je však jasné, že vždy existují odchylky — a tyto odchylky často zaručují, že „Baltika 3“ z Petrohradu není zrovna „Baltika 3“ ze Záporoží.

Je zcela logické, že jakákoliv voda používaná pro výrobu piva prochází několika fázemi přípravy, včetně analýzy, filtrace a, pokud je to nutné, úpravy složení. Velmi často pivovar provádí proces přípravy vody: voda získaná tím či oním způsobem se podrobuje odstranění chloru, změně minerálního složení a úpravě tvrdosti a alkalinity. Tím vším se lze nezatěžovat, ale pak — a to za předpokladu, že se podaří dosáhnout nominalniho složení vody — pivovar uvaří pouze pár druhů. Proto je kontrola a příprava vody prováděna VŽDY.

Moderní technologie, pokud jsou k dispozici dostatečné prostředky, umožňují získat vodu s prakticky jakýmikoli potřebnými vlastnostmi. Základem může být buď městská vodovodní voda, nebo voda získaná přímo z artéského zdroje. Existují i exotické případy: jedna švédská pivovar, například, vařila pivo z čištěných odpadních vod, a chilští odborníci dělají pivo na vodě, která byla shromážděna v poušti z mlhy. Je však jasné, že při sériové výrobě drahý proces úpravy vody ovlivňuje koncovou cenu — a možná právě proto se již zmíněný Pilsner Urquell nevyrábí nikde mimo domov v Česku.

Myslím, že pro první část to stačí. Pokud bude můj příběh zajímavý, v další části budeme mluvit o dalších dvou povinných ingrediencích piva, a možná i o jedné volitelné, probereme, proč pivo voní různě, zda existuje „světlé“ a „tmavé“, a také se dotkneme podivných zkratek OG, FG, IBU, ABV, EBC. Možná bude ještě něco navíc, a možná bude něco chybět a objeví se ve třetí části, ve které plánuju stručně projít technologii a poté se věnovat mýtům a omylům ohledně piva, včetně toho, že se jeho „naředí“ a „zpevní“, také si promluvíme o tom, zda je možné pít prošlé pivo.

A možná bude i čtvrtá část… Volba je na tobě, %username%!

Zdroj: habr.com