O pivu očima kemičara. Dio 1

Bok, %username%.

Kao što sam ranije obećao, malo sam se povukao zbog svog poslovnog putovanja. Ne, još nije završeno, ali mi je donelo neke misli koje sam odlučio podeliti s tobom.

Reč je o pivu.

Neću se sada zalagati za određene vrste, niti raspravljati o tome kako se ukus i boja u organizmu menjaju od trenutka konzumacije do trenutka… pa, shvataš – jednostavno želim razgovarati o tome kako ja vidim proces proizvodnje, razlike i uticaje piva na naš organizam iz perspektive hemije.

Mnogi smatraju da je pivo – napitak običnih ljudi – i veoma su u zabludi, mnogi smatraju da je pivo štetno – i takođe greše, kao i oni koji smatraju da pivo nije štetno. To ćemo takođe raspraviti.

Za razliku od prethodnih članaka — pokušaću da izbegnem dugačke tekstove, radije ću podeliti ovu priču na nekoliko delova. I ako na nekom odeljku ne bude interesovanja — jednostavno ću prestati da mučim um jadnog čitaoca.

Pa da krenemo.

Povijest pitanja

Povijest piva u svetu seže nekoliko hiljada godina unazad. Prva pominjanja datiraju iz epohe ranog neolita. Već pre 6000 godina, ljudi su koristili tehnologije koje su omogućavale pretvaranje hleba u aromatičan napitak — i uopšte se smatra da je pivo najstariji alkoholni napitak na svetu.

Istorija porekla piva počela je još pre naše ere, a laureati za izumitelji pripadaju Sumeranima. Njihovi klinasti natpisi, koje je otkrio E. Huber u Mesopotamiji, sadržavali su oko 15 recepata za ovaj napitak. Stanovnici Mezopotamije koristili su za pravljenje piva pšenicu (speltu). Mlela se zajedno sa ječmom, prelivala vodom, dodavala su začin i ostavljala da fermentira. Na osnovu dobijenog slada pravili su napitak. Obrati pažnju: u suštini, izmišljeno je pšenično pivo, ali o hmelju se još nije govorilo, odnosno, u suštini, kuvalo se gruit ili biljno pivo. Pri tome, slad nije bio proklijao.

Sljedeći prekretnica u povijesti piva dogodila se u Babilonskoj civilizaciji. Upravo su Babilonci smislili kako poboljšati napitak. Klijali su zrno, a zatim ga sušili, stvarajući slad. Pivo od zrna i slada čuvalo se najviše jedan dan. Kako bi napitak bio aromatičniji, dodavali su začine, hrastovu koru, lišće drveća i med — već tada su smislili dodatke hrani, pa eto, do Reinheitsgebota ili kako se to razumije — njemačkog zakona o čistoći piva bilo je prošlo još oko 5000 godina!

Postupno se pivo proširilo u Starom Egiptu, Perziji, Indiji i na Kavkazu. Međutim, u Staroj Grčkoj nije bilo popularno, jer se smatralo napitkom siromašnih. Tada su i nastali svi ti predrasudi.

Povijest stvaranja piva razvijala se s početkom Srednjeg vijeka. Ovaj se period naziva periodom drugog rođenja piva. Smatra se da je to dogodilo u Njemačkoj. Njemačka riječ Bier potječe od starogermanskog Peor ili Bror. Iako se ista engleska riječ Ale (elja) navodno etimološki vuče od praindoeuropskog korijena koji vjerojatno znači 'opijanje'. Indoeuropsko podrijetlo korijena uvjerljivo se dokazuje usporedbom s modernim danskim i norveškim øl, kao i islandskim öl (germanska skupina jezika kojoj pripada i staroengleski) i litavskim i latvijskim alus — pivo (baltička skupina indoeuropske obitelji), sjevernoruskim ol (u značenju napitka s alkoholom), te estonskim õlu i finskim olut. Ukratko, nitko ne zna kako su nastale te riječi, jer je netko pogriješio u Starom Babilonu — pa svatko sada zove pivo drugačije. U svakom slučaju, i peku na različite načine.

Upravo je u Srednjem vijeku u napitak počeo dodavati hmelj. S njegovim dolaskom poboljšan je okus piva, a rok trajanja postao je dulji. Zapamti, %username%: hmelj je prvenstveno bio konzervans za pivo. Sada je napitak moglo putovati, a postalo je predmet trgovine. Pojavilo se stotine recepata i vrsta piva. Neki znanstvenici iz raznih regija smatraju da su Slaveni bili začetnici kultiviranja hmelja, jer je u Rusiji već u IX stoljeću pivarstvo bilo široko rasprostranjeno.

Usput, u srednjem veku lagani eliksiri su se svuda u Evropi koristili umesto vode. Čak su i deca mogla priuštiti pivce — i da, to je bila konkretno piva, a ne kvas, kao što neki misle. Pilo se ne zato što je bilo mračno i želelo se napiti, već zato što je pijenje vode moglo lako dovesti do smrti zbog mnoštva poznatih i nepoznatih bolesti. S obzirom na to da je medicinska nega bila na nivou podočnjaka i bakica - to je bilo previše opasno. Osim toga, takozvano točeno pivo („small ale“) bilo je i hranljivo i savršeno se slagalo sa obrokom u ogromnim količinama, s obzirom na to da je alkohol sadržavao oko 1%. Logično pitanje „a šta je onda ubijalo sve te zaraze?“ takođe ćemo obavezno razmotriti.

XIX vek obeležen je još jednim probojem u istoriji nastanka piva. Prvo, Luj Paster otkrio je zavisnost između fermentacije i kvasnih ćelija. Objavio je rezultate istraživanja 1876. godine, a pet godina kasnije, 1881. godine, danski naučnik Emil Kristijan Hansen dobio je čistu kulturu pivskih kvasaca, što je postalo podsticaj za industrijsku proizvodnju piva.

Ako govorimo o povijesti bezalkoholnog piva, onda je poticaj za njegovo pojavljivanje bio Volsteadov zakon iz 1919. godine, koji je označio početak doba suhog zakona u SAD-u: u stvarnosti je bilo zabranjeno proizvoditi, prevoziti i prodavati alkoholna pića jača od 0,5%. Tako da to više nije ni „small ale“. Proizvodnjom takvih praktički bezalkoholnih napitaka na bazi slada bavile su se sve pivovare, ali je prema zakonu napitak morao biti nazvan „žitni napitak“, koji su ljudi odmah nazvali „gumena žena“ ili „gotovo pivo“ („near beer“). U stvarnosti, da bi se prešlo s običnog, zabranjenog, na novo „gotovo pivo“, bilo je dovoljno dodati samo jedan dodatni korak u proizvodni proces (o čemu ćemo svakako pričati), što nije značajno poskupilo konačni proizvod i omogućilo brzo vraćanje proizvodnji tradicionalnog napitka: „Mislim da će to biti divno vrijeme za pivo,“ rekao je predsjednik SAD-a Franklin Roosevelt potpisujući Cullen-Harrisonov zakon 22. ožujka 1933. godine, koji je omogućio povećanje jačine pića do 4%. Zakon je stupio na snagu 7. travnja, a od tada je ta oznaka — Nacionalni dan piva u SAD-u! Kažu da su se 6. travnja Amerikanci već stajali u redovima ispred barova, a kada je otkucala nezaboravna ponoć, ... Ukratko, statistika kaže da je samo 7. travnja u SAD-u popijeno milijun i pol bačvi piva. A jesi li ti popio čašu piva 7. travnja, %username%?


Usput, ako te zanima — u nekom od sljedećih dijelova ću pričati o još strožem suhom zakonu — i to nije čak ni SSSR, već Island.

Trenutno se pivo ne kuha osim na Antarktici — iako to nije sasvim točno. Postoji desetine kategorija i stotine stilova — a ako te zanima, možeš se upoznati s njihovim opisom ovdje. Pivo — daleko nije tako jednostavno kao što se misli, cijena boce ponekad može premašiti cijenu kutije vina — a ne mislim ovdje na vino sorte „Château de la Paquet“.

Stoga, %username%, ako si sada dok čitaš otvorio bocu piva — ispunite se poštovanjem i nastavi čitati dalje.

Sastojci

Prije nego što razložimo od čega se pivo sastoji, kratko ćemo se prisjetiti tehnologije proizvodnje ovog napitka.

Pivo je, kao i mnogo toga u ovom svijetu, proizvod nepotpunog gorenja. U stvarnosti, fermentacija je proces zahvaljujući kojem uživamo u ovom zadovoljstvu, baš kao što je i tvoja sposobnost čitanja ovih redaka, %username%, proizvod nepotpunog gorenja šećera, samo što se u slučaju piva šećeri ne sagorijevaju u tvojoj glavi, već kod kvasca u lancu metabolizma.
Kao i kao rezultat bilo kojeg sagorijevanja, produkti su ugljikov dioksid i voda – ali sjećaš li se da sam rekao „nepotpuno”? I zaista: u proizvodnji piva kvascu se ne dozvoljava da prejedaju (iako to nije sasvim točno, ali za opće razumijevanje slike je dovoljno) – pa osim ugljikovog dioksida nastaje i alkohol.

Budući da hrana nije čisti šećer, već mješavina raznih spojeva – tako je i produkt ne samo ugljikov dioksid, voda i alkohol – već cijeli spektar, zahvaljujući čemu postoje ti različiti tipovi piva. Sada ću ti reći o nekim osnovnim sastojcima, a također ću razbiti neke mitove o pivu.

Voda.

Sjećajući se da sam ipak kemičar, preći ću na dosadan kemijski jezik.

Pivo je vodeni rastvor ekstraktivnih supstanci slada, koje nisu pretrpele promene tokom fermentacije i dofermentacije piva, etilnog alkohola i ukusno-aromatičnih supstanci, koje su ili sekundarni metaboliti kvasca ili potiču iz hmelja. U sastav ekstraktivnih supstanci ulaze nesagoreli ugljeni hidrati (α- i β-glukani), fenolne supstance (antocijanogeni, oligo- i polifenoli), melanoidin i karamel. Njihova koncentracija u pivu, u zavisnosti od masenog udelа suvih supstanci u početnom sladu, sastava slada, tehnoloških režima fermentacije i sojevskih karakteristika kvasca, kreće se od 2,0 do 8,5 g/100 g piva. Ove vrednosti procesa su povezane sa sadržajem alkohola, čiji maseni udeo u pivu može biti od 0,05 do 8,6%, i ukusno-aromatičnih supstanci (viših alkohola, estera, aldehida itd.), čija sinteza zavisi kako od sastava slada, tako i od režima fermentacije i prirode kvasca. Generalno, za pivo, pri fermentaciji kojeg se koriste donji kvasci, koncentracija sekundarnih proizvoda metabolizma kvasca ne prelazi 200 mg/l, dok za pivo visokog fermentacije njihov nivo prelazi 300 mg/l. Još manji udeo u pivu imaju gorke supstance hmelja, čija količina u pivu ne prelazi 45 mg/l.

Sve ovo je veoma dosadno, brojevi se zapravo mogu razlikovati u većim i manjim pravcima, ali si uhvatio suštinu: toga je vrlo malo u poređenju sa sadržajem vode u pivu. Otprilike kao i ti, %username%, pivo se sastoji od oko 95% vode. Nije ni čudo što kvalitet vode ima direktan uticaj na pivo. I usput, to je jedan od razloga zašto isti tip piva, koji se proizvodi u različitim fabrikama na različitim mestima, može imati različit ukus. Konkretni i verovatno najpoznatiji primer je Pilsner Urquell, koji su nekada pokušavali da proizvode u Kalugi, ali nije uspelo. Sada se ovo pivo proizvodi samo u Češkoj zbog posebne meke vode.

Nijedna pivovara ne će skuhati pivo bez prethodne provjere kvalitete vode koju će koristiti - kvaliteta vode je presudna za konačni proizvod. Glavni igrači u ovom pogledu su isti kationi i anioni koje možeš vidjeti na boci svake gazirane napitke - samo se razine kontroliraju puno preciznije.

Razmotrimo, na što utječe sastav vode?

Prvo, voda mora biti u skladu s SanPiN, stoga odmah odbacujemo teške metale i drugu toksičnu tvar - te stvari ne bi trebale biti prisutne u vodi. Glavna ograničenja za vodu koja se koristi direktno u proizvodnji piva (prilikom zamućivanja) odnose se na pokazatelje kao što su pH, tvrdoća, te omjer između koncentracija kalcijevih i magnezijevih iona, što se u pitkoj vodi uopće ne regulira. Značajno manje željezovih, silicijumskih, bakrovih iona, nitrata, klorida i sulfata trebaju biti prisutni u vodi za pivarstvo. Nema dozvoljenih nitrita u vodi, koji su jaki toksini za kvasac. Mineralne komponente (suhi ostatak) trebaju biti dvostruko manje u vodi, a koncentracija HCP (kemijska potrošnja kisika - oksidacija) 2,5 puta niža. Pri procjeni prikladnosti vode za pivarstvo dodan je pokazatelj alkalnosti, koji nije prisutan u normama za pitku vodu.

Osim toga, dodatni zahtjevi postavljeni su za vodu koja se koristi za ispravljanje masenog udjela suhe tvari i alkohola u visoko gustoći pivarstvu (high-gravity brewing). Ova voda mora biti, prije svega, mikrobiološki čista, a zatim, de-zasićena (tj. praktički ne smije sadržavati otapamo kisik) i trebala bi sadržavati još manje kalcijevih iona i bikarbonata u usporedbi s vodom preporučenom za pivarstvo. Što je visoko gusto pivarstvo?Ako nisi znao, tehnologija visokog gustoće pivarstva podrazumijeva kuhanje slada s udjelom suhe tvari od 4…6% većim nego što je udio suhe tvari gotovog piva, kako bi se povećala produktivnost kuhinje. Zatim se taj slad razrjeđuje vodom do željenog udjela suhe tvari ili do fermentacije, ili nakon što je pivo već gotovo (da, pivo se razrjeđuje — ali to se događa samo u tvornici, o čemu ću ti kasnije također pričati). Kako bi se dobilo pivo koje se ne razlikuje po okusu od piva proizvedenog klasičnom tehnologijom, ne preporučuje se povećanje ekstraktivnosti početnog slada iznad 15%.

Izuzetno je važno održavati pravilan pH u vodi — sada ne govorim o okusu gotovog piva, nego o procesu fermentacije slada (usput, kako je pokazano — to ne utječe na okus — jednostavno nećete primijetiti tu finu razliku). Naime, pH utječe na aktivnost enzima koje kvasci koriste za prehranu. Optimalna vrijednost pH je 5,2..5,4, ali ponekad se ta vrijednost pomiče prema višim razinama kako bi se povećala gorčina. Vrijednost pH utječe na intenzitet metaboličkih procesa u stanicama kvasca, što se odražava na koeficijentu rasta biomase, brzini rasta stanica i sintezi sekundarnih metabolita. Tako, u kiselom okruženju se prvenstveno stvara etanol, dok se u alkalnom okruženju intenzivira sinteza glicerina i octene kiseline. Octena kiselina negativno utječe na proces razmnožavanja kvasca, stoga je potrebno neutralizirati je, koregirajući pH tijekom fermentacije. Za različite „namirnice“ može postojati različita optimalna vrijednost pH: na primjer, za metabolizam saharoze potrebno je 4,6, a za maltozu – 4,8. pH je jedan od glavnih faktora u formiranju složenih estera, o kojima ćemo pričati kasnije, a koji stvaraju te iste voćne mirise piva.

Korekcija pH uvijek je ravnoteža karbonata i hidrogen karbonata u otopini, oni zapravo određuju tu vrijednost. No, ni ovdje nije sve tako jednostavno, jer osim aniona postoje i kationi.

U pivarstvu, mineralni kationi sadržani u vodi dijele se na kemijski aktivne i kemijski neaktivne. Kemijski aktivni kationi su sve soli kalcija i magnezija: tako, prisutnost kalcija i magnezija (i, usput, natrija i kalija) u pozadini visokog sadržaja karbonata povećava pH, dok kalcij i magnezij (tu već natrij i kalij nisu prisutni) - ali u suradnji sa sulfatima i kloridima smanjuju pH. Igrajući se s koncentracijama kationa i aniona, moguće je postići optimalnu razinu kiselosti medija. Pivarima je kalcij draži od magnezija: prvo, kako je s ionom kalcija povezano fenomen poput flokulacije kvasca, a drugo - pri uklanjanju privremene tvrdoće kuhanjem (kao u kuhinji) kalcijev karbonat taloži se i može se ukloniti, dok magnezijev karbonat taloži se sporo i pri hlađenju vode dijelom se ponovno otapa.

Ali zapravo, kalcij i magnezij - to su samo površinski problemi. Da ne opterećujem članak, samo ću sažeti neka utjecanja nečistoća iona u vodi na različite proizvodne faktore i kvalitetu piva.

Utjecaj na proces pivarstva

• Kalcijevi ioni - Stabiliziraju alfa-amilazu i povećavaju njezinu aktivnost, što rezultira višim prinosom ekstrakta. Povećavaju aktivnost proteolitičkih enzima, što povećava sadržaj ukupnog i α-amino dušika u sladovini.
• Određuju razinu smanjenja pH sladovine tijekom zgrijavanja, kuhanja sladovine s hmeljom i fermentacije. Određuju flokulaciju kvasca. Optimalna koncentracija ovih iona je 45-55 mg/l sladovine.
• Magnezijevi ioni - Sudjeluju u sastavu enzima glikolize, tj. nužni su i za fermentaciju i za razmnožavanje kvasca.
• Kalijevi ioni - Stimuluju razmnožavanje kvasca, uključeni su u sastav fermentacijskih sustava i ribosoma.
• Željezni ioni - Imaju negativan utjecaj na procese zgrijavanja. Pri koncentracijama višim od 0,2 mg/l mogu uzrokovati degeneraciju kvasca.
• Manganski ioni - Sudjeluju kao kofaktor u enzimima kvasca. Sadržaj ne smije prelaziti 0,2 mg/l.
• Amonijevi ioni - Mogu se pojaviti samo u otpadnim vodama. Apsolutno su neprihvatljivi.
• Koperni ioni - Pri koncentracijama višim od 10 mg/l - toksični su za kvasac. Mogu predstavljati mutagenski faktor za kvasac.
• Cinkovi ioni — U koncentraciji od 0,1 – 0,2 mg/l potiču razmnožavanje kvasaca. U visokim koncentracijama inhibiraju aktivnost α-amilaze.
• Kloridi — Smanjuju flokulaciju kvasaca. U koncentraciji većoj od 500 mg/l usporavaju proces fermentacije.
• Hidrogenkarbonati — U visokim koncentracijama dovode do povišenja pH, a time i smanjenja aktivnosti amilolitičkih i proteolitičkih enzima, smanjuju iznos ekstrakta i doprinose povećanju boje sladovine. Koncentracija ne smije prelaziti 20 mg/l.
• Nitrati — U koncentracijama većim od 10 mg/l prisutni su u otpadnim vodama. U prisutnosti bakterija iz porodice Enterobacteriaceae nastaje toksični nitrit-ions.
• Silikati — Smanjuju aktivnost fermentacije pri koncentraciji većoj od 10 mg/l. Silikati većinom dolaze iz slada, ali ponekad, posebno u proljeće, uzrok povišenja u pivu može biti voda.
• Fluoridi — Do 10 mg/l nemaju utjecaj.

Utjecaj na okus piva

• Kalcijevi ioni — Smanjuju ekstrakciju tanina, koji pivu daju grub okus i astringentni ukus. Smanjuju iskorištavanje gorkih tvari hmelja.
• Magnezijevi ioni — Daju gorki okus pivu, koji se osjeća pri koncentraciji većoj od 15 mg/l.
• Natrijeve ioni — U koncentracijama većim od 150 mg/l daju slan ukus. U koncentracijama 75…150 mg/l — smanjuju puninu okusa.
• Sulfati — Daju pivu suhoću i gorčinu, određuju postfermentacijski okus. U koncentraciji većoj od 400 mg/l daju pivu "suhi okus" (pozdrav, Guiness Draught!). Mogu prethoditi stvaranju sulfitnih okusa i mirisa, povezanih s aktivnostima infekcijskih mikroorganizama i kvasaca.
• Silikati — Utječu na okus indirektno.
• Nitrati — Negativno utječu na proces fermentacije pri koncentraciji većoj od 25 mg/l. Mogućnost stvaranja toksičnih nitrosamina.
• Kloridi — Daju pivu finiji i slađi okus (da, da, ali samo ako nema natrija). Pri koncentraciji joniziranih oko 300 mg/l povećavaju puninu okusa pivu i daju mu okus i miris dinje.
• Željezni ioni — Pri sadržaju u pivu većem od 0,5 mg/l povećavaju boju piva, pojavljuje se smeđa pjena. Daju pivu metalni okus.
• Manganovi ioni — Slično utjecaju željeznih iona, ali mnogo jače.
• Ionovi bakra — Negativno utječu na stabilnost okusa. Ublažavaju miris sumpora u pivu.

Utjecaj na kolloidnu stabilnost (mutnoća)

• Ionovi kalcija — Talose oksalate, čime smanjuju mogućnost pojave oksalatne mutnoće u pivu. Povećavaju koagulaciju bjelančevina tijekom kuhanja slada s hmeljem. Smanjuju ekstrakciju silicija, što pozitivno utječe na kolloidnu stabilnost piva.
• Silicati — Smanjuju kolloidnu stabilnost piva zbog stvaranja netopivih spojeva s ionima kalcija i magnezija.
• Ionovi željeza — Povećavaju oksidacijske procese, uzrokuju kolloidnu mutnoću.
• Ionovi bakra — Negativno utječu na kolloidnu stabilnost piva, djelujući kao katalizator oksidacije polifenola.
• Kloridi — Poboljšavaju kolloidnu stabilnost.

Pa kako je to? U stvarnosti, različiti stilovi piva oblikovali su se u različitim dijelovima svijeta, uključujući različite vrste vode. Ondašnji pivovari iz jedne regije uspješno su proizvodili pivo s izraženim sladnim okusom i aromom, dok su proizvoditelji iz druge regije stvarali izvanredan napitak s izraženim hmeljnim profilom — sve zbog toga što se u različitim regijama koristila različita voda, na temelju koje je jedno pivo ispalo bolje od drugog. Danas, na primjer, sastav vode za pivo smatra se optimalnim u sljedećem obliku:

Međutim, jasno je da uvijek postoje odstupanja — i ta odstupanja često određuju zašto „Baltika 3” iz Peterburga nije ista kao „Baltika 3” iz Zaporožja.

Sasvim je logično da svaka voda koja se koristi za proizvodnju piva prolazi kroz nekoliko faza pripreme, uključujući analizu, filtraciju i, ako je potrebno, prilagodbu sastava. Vrlo često pivovara provodi proces pripreme vode: voda dobivena na ovaj ili onaj način podliježe uklanjanju klora, promjeni mineralnog sastava i prilagodbi tvrdoće i alkalnosti. Sve to nije potrebno previše komplicirati, ali tada — i to, ako imate sreće s nominalnim sastavom vode — pivovara će moći skuhati samo nekoliko vrsta. Stoga se kontrola i priprema vode provodi UVIJEK.

Moderne tehnologije, uz dovoljno sredstava, omogućuju dobivanje vode s praktički svim potrebnim karakteristikama. Osnova može biti gradska vodovodna voda, ili voda dobivena iz artesijskih izvora. Postoje i egzotični primjeri: jedna švedska pivovara, na primjer, skuhala je pivo od pročišćene otpadne vode, dok čileanski majstori prave pivo od vode prikupljene iz magle u pustinji. No, jasno je da skupi proces obrade vode utječe na konačnu cijenu u serijskoj proizvodnji — i možda upravo zbog toga već spomenuti Pilsner Urquell više se ne proizvodi nigdje osim u domovini u Češkoj.

Mislim da će za prvi dio biti dovoljno. Ako moj priča bude zanimljiva, u sljedećem dijelu razgovarat ćemo o još dva obavezna sastojka piva, a možda i o jednom neobaveznom, raspraviti o tome zašto pivo drugačije miriše, postoji li „svijetlo“ i „tamno“ pivo, te se dotaknuti čudnih oznaka OG, FG, IBU, ABV, EBC. Možda će biti još nešto, a možda će nešto izostati i pojaviti se u trećem dijelu, u kojem planiram ukratko proći kroz tehnologiju, a zatim se pozabaviti mitovima i zabludama o pivu, uključujući to da se „razrjeđuje“ i „jakne“, te razgovarati o tome je li moguće piti pokvareno pivo.

A možda će biti i četvrti dio… Izbor je na tebi, %username%!

Izvor: habr.com