O pivu očima kemičara. dio 1

Pozdrav %username%.

Kao što sam ranije obećao, bio sam malo odsutan zbog poslovnog puta. Ne, još nije gotovo, ali je potaknulo neke misli koje sam odlučio podijeliti s vama.

Razgovarat ćemo o pivu.

Sada neću raspravljati o određenim sortama, raspravljati koji se okus i boja u tijelu manje mijenjaju od trenutka konzumacije do trenutka... dobro, razumijete - samo želim govoriti o tome kako ja vidim proces proizvodnje, razlike i utjecaj piva na naš organizam s kemijskog gledišta.

Mnogi ljudi vjeruju da je pivo piće običnih ljudi - i jako su u zabludi; mnogi vjeruju da je pivo štetno - a također su u zabludi, ali baš kao i oni koji vjeruju da pivo nije štetno. A riješit ćemo i ovo

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

Idemo.

dosije

Povijest piva u svijetu seže nekoliko tisuća godina unatrag. Prvi spomeni datiraju iz ranog neolitika. Već prije 6000 godina ljudi su koristili tehnologije koje su omogućile pretvaranje kruha u ukusno piće – a općenito se vjeruje da je pivo najstarije alkoholno piće na svijetu.

Povijest podrijetla piva započela je prije naše ere, a lovorike izumitelja pripadaju Sumeranima. Njihovo klinasto pismo, koje je otkrio E. Huber u Mezopotamiji, sadržavalo je oko 15 recepata za ovo piće. Stanovnici Mezopotamije koristili su pir (pir) za pravljenje piva. Samljelo se s ječmom, zalijevalo vodom, dodavalo bilje i ostavljalo da fermentira. Od dobivene sladovine napravljeno je piće. Napominjemo: pšenično pivo je u biti izmišljeno, ali još nitko ništa nije rekao o hmelju, odnosno kuhalo se u biti gruit ili biljno pivo. Štoviše, slad nije proklijao.

Sljedeća prekretnica u povijesti piva bila je babilonska civilizacija. Babilonci su bili ti koji su smislili kako poboljšati piće. Zrno su proklijali, a zatim sušili da bi proizveli slad. Pivo napravljeno od žitarica i slada čuvalo se ne više od jednog dana. Kako bi piće bilo aromatičnije, u njega su dodani začini, hrastova kora, lišće, med - aditivi u hrani su već tada bili izmišljeni, naravno, prije Reinheitsgebota ili, što je razumljivo, njemačkog zakona o čistoći piva. bila još uvijek stara oko 5000 godina!

Postupno 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.

Povijest stvaranja piva razvila se s početkom srednjeg vijeka. To razdoblje nazivamo razdobljem drugog rođenja piva. Vjeruje se da se to dogodilo u Njemačkoj. Njemački naziv Bier dolazi od starogermanskog Peor ili Bror. Iako isti engleski Ale (ale) navodno etimološki seže do protoindoeuropskog korijena, vjerojatno sa značenjem "opijenost". Indoeuropsko podrijetlo korijena uvjerljivo je dokazano u usporedbi sa suvremenim danskim i norveškim øl, kao i islandskim öl (germanska skupina jezika, kojoj je pripadao stari engleski) te litvanskim i latvijskim alus - pivo (baltička skupina indo -europska obitelj), sjevernoruski ol (što znači opojno piće), kao i estonski õlu i finski olut. Ukratko, nitko ne zna kako su te riječi nastale, jer netko je zeznuo nešto u Starom Babilonu - pa sad svi pivo zovu drugačije. Međutim, kuhaju ga drugačije.

Hmelj se počeo dodavati piću u srednjem vijeku. Njegovom pojavom okus piva se poboljšao, a rok trajanja produžio. Zapamtite, %username%: hmelj je prvenstveno bio konzervans za pivo. Sada se piće moglo transportirati i postalo je predmet trgovine. Pojavile su se stotine recepata i vrsta piva. Neki znanstvenici iz pojedinih krajeva smatraju da su Slaveni začetnici uzgoja hmelja, jer je pivarstvo u Rusiji bilo rašireno već u XNUMX. stoljeću.

Inače, u srednjem vijeku u Europi su se uvelike konzumirala svijetla piva 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 se mračnjaci htjeli napiti do smrti, nego zato što su kušanjem vode lako mogli izliječiti čitavu hrpu poznatih i još nepoznatih bolesti. S razinom medicine na razini trputca i babice bilo je preopasno. Osim toga, takozvano stolno pivo ("mali ale") također je bilo hranjivo i dobro je išlo za stolom u ogromnim količinama, jer je sadržavalo oko 1% alkohola. Logično pitanje je "što je onda ubilo svu infekciju?" Svakako ćemo i to razmotriti.

1876. stoljeće obilježeno je još jednim preokretom u povijesti piva. Louis Pasteur prvi je otkrio odnos između fermentacije i stanica kvasca. Rezultate svojih istraživanja objavio je 5., a 1881 godina kasnije, XNUMX., danski znanstvenik 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 Volsteadov zakon iz 1919. godine, koji je označio početak ere prohibicije u Sjedinjenim Državama: proizvodnja, transport i prodaja alkoholnih pića jačih od 0,5% zapravo bila zabranjena. Dakle, to više nije ni "small ale". Sve pivarske tvrtke bavile su se proizvodnjom takvih praktički 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". Naime, za prelazak s onog uobičajenog, zabranjenog, na novo “skoro-pivo” bilo je dovoljno u proizvodni proces dodati samo još jednu fazu (i nju ćemo sigurno zapamtiti), koja se nije osobito povećala troškove konačnog proizvoda i omogućio najbrži mogući povratak na proizvodnju tradicionalnog pića: “Mislim da će ovo biti veličanstveno vrijeme za pivo,” rekao je američki predsjednik Franklin Roosevelt, potpisujući Cullen-Harrisonov zakon 22. ožujka, 1933, koji je dopuštao da se alkohol u pićima podigne na 4%. Zakon je stupio na snagu 7. travnja te je od tada ovaj datum nacionalni dan piva u SAD-u! Kažu da su Amerikanci već 6. travnja stajali u redovima po barovima, a kad je otkucala draga ponoć, onda... Ukratko, statistika kaže da se samo 7. travnja u SAD-u popilo milijun i pol barela piva. Države. Jeste li popili čašu piva 7. travnja, %username%?


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

Trenutno se pivo ne kuha osim na Antarktici - iako to nije sigurno. Postoje deseci kategorija i stotine stilova – a ako ste zainteresirani, možete pročitati njihove opise ovdje. Pivo nije tako jednostavno kao što se vjeruje; cijena boce ponekad može premašiti cijenu sanduka vina - a ne govorim o vinu Chateau de la Paquette.

Stoga, %username%, ako ste sada otvorili bocu piva dok ste čitali, budite puni poštovanja i nastavite čitati.

Sastojci

Prije nego što pogledamo od čega se sastoji pivo, podsjetimo se ukratko na tehnologiju proizvodnje ovog pića.

Pivo je - kao i mnoge stvari na ovom svijetu - proizvod nepotpunog izgaranja. Zapravo, fermentacija - proces kroz koji kušamo ovaj užitak, kao i vaša, %korisničko ime%, sposobnost čitanja ovih redaka - produkt je nepotpunog izgaranja šećera, samo što u slučaju piva šećeri izgaraju ne u vašem mozgu, ali u metaboličkom lancu kvasca.
Kao i kod svakog izgaranja, proizvodi su ugljični dioksid i voda - ali sjećate se da sam rekao "nepotpuno"? I doista: u proizvodnji piva kvasac se ne smije prežderavati (iako to nije posve točno, ali je dobro za opće razumijevanje slike) - pa stoga, osim ugljičnog dioksida, nastaje i alkohol.

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

Voda.

Sjetivši se da sam ipak kemičar, prijeći ću na dosadan kemijski jezik.

Pivo je vodena otopina ekstrakta slada koji nije pretrpio promjene tijekom fermentacije i naknadne fermentacije piva, etilnog alkohola i aromatičnih tvari, koje su ili sekundarni metaboliti kvasca ili potječu iz hmelja. U sastav ekstraktivnih tvari ulaze neprevreli ugljikohidrati (α- i β-glukani), fenolne tvari (antocijanogeni, oligo- i polifenoli), melanoidini i karamele. Njihov sadržaj u pivu, ovisno o masenom udjelu suhe tvari u početnoj sladovini, sastavu sladovine, tehnološkom načinu vrenja 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 tvari za okus (viši alkoholi, eteri, aldehidi itd.), čija sinteza ovisi o sastavu sladovine, a posebno o načinima vrenja 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 njihova razina 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 možda više ili manje razlikuju, ali shvaćate: sve je to vrlo malo u usporedbi s udjelom vode u pivu. Slično kao i ti, %username%, pivo se sastoji od oko 95% vode. Nije iznenađenje da kvaliteta vode ima izravan utjecaj na pivo. I usput, to je jedan od razloga zašto ista vrsta piva, proizvedena u različitim tvornicama na različitim mjestima, može imati različit okus. Specifičan i vjerojatno najpoznatiji primjer je Pilsner Urquell koji su svojedobno pokušali kuhati u Kalugi, ali nije išlo. Sada se ovo pivo proizvodi samo u Češkoj zbog posebne meke vode.

Niti jedna pivovara neće skuhati pivo bez prethodnog testiranja vode s kojom će raditi – kvaliteta vode je previše važna za konačni proizvod. Glavni igrači u tom smislu su isti kationi i anioni koje vidite na boci bilo kojeg soda - samo što se razine kontroliraju ne u rasponu od "50-5000" mg/l, već mnogo preciznije.

Hajde da shvatimo na što utječe sastav vode?

Pa, prije svega, voda mora biti u skladu sa sanitarnim propisima i propisima, i stoga odmah odbacimo teške metale i druge otrovne stvari - ovo sranje uopće ne bi trebalo biti u vodi. Glavna ograničenja za vodu koja se koristi izravno u proizvodnji piva (tijekom muljanja) odnose se na pokazatelje kao što su pH vrijednost, tvrdoća, omjer između koncentracija kalcijevih i magnezijevih iona, koji u vodi za piće uopće nije reguliran. Voda za pripremu piva trebala bi sadržavati znatno manje iona željeza, silicija, bakra, nitrata, klorida i sulfata. Nitriti, koji su jaki toksini za kvasce, nisu dopušteni u vodi. Voda treba sadržavati dva puta manje mineralnih sastojaka (suhi ostatak) i 2,5 puta manji COD (kemijska potrošnja kisika - oksidabilnost). Pri ocjeni prikladnosti vode za pripremu piva uveden je pokazatelj kao što je alkalnost, koji nije uključen u standarde za vodu za piće.

Osim toga, dodatni zahtjevi vrijede za vodu koja se koristi za podešavanje masenog udjela krutih tvari i alkohola u proizvodnji piva visoke gravitacije. Ta voda mora, prvo, biti mikrobiološki čista, a drugo, deaerirana (tj. praktički ne sadržavati u vodi topljivi kisik) i sadržavati još manje kalcijevih iona i bikarbonata u usporedbi s vodom koja se općenito preporučuje za pripremu piva. Što je kuhanje piva visoke gravitacije?Ako niste znali, tehnologija kuhanja piva visoke gustoće je da se, kako bi se povećala produktivnost pivovare, sladovina kuha s masenim udjelom suhe tvari koji je 4...6% veći od masenog udjela suhe tvari u gotovom pivu. Zatim se ta sladovina razrijedi vodom do željenog masenog udjela suhe tvari, bilo prije fermentacije, ili gotovog piva (da, pivo se razrjeđuje - ali to je samo u tvornici, a o tome ću kasnije). Istodobno, kako bi se dobilo pivo koje se okusom ne razlikuje od piva dobivenog klasičnom tehnologijom, ne preporučuje se povećanje ekstrakta početne sladovine za više od 15%.

Izuzetno je važno održavati točan pH u vodi - ne govorim sada o okusu gotovog piva, već o procesu fermentacije sladovine (usput, kako je utvrđeno, to ne utječe na okus - jednostavno nećete osjetiti tako suptilnu razliku). Činjenica je da aktivnost enzima koje kvasac koristi za prehranu ovisi o pH. Optimalna vrijednost je 5,2..5,4, ali ponekad se ta vrijednost pomakne na više da bi se povećala gorčina. pH vrijednost utječe na intenzitet metaboličkih procesa u stanicama kvasca, što se odražava na koeficijent rasta biomase, brzinu rasta stanica i sintezu sekundarnih metabolita. Tako u kiseloj sredini nastaje uglavnom etilni alkohol, dok je u alkalnoj pojačana sinteza glicerola i octene kiseline. Octena kiselina negativno utječe na proces razmnožavanja kvasca, pa se 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 čimbenika u stvaranju 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 tu vrijednost. Ali ni ovdje nije sve tako jednostavno, jer osim aniona 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: dakle, prisutnost kalcija i magnezija (i usput natrija i kalija) na pozadini visokog sadržaja karbonata povećava pH, dok kalcij i magnezij (ovdje već postoji) natrij i kalij u zraku) - ali u suradnji sa sulfatima i kloridima snižavaju pH. Igrajući se s koncentracijama kationa i aniona, možete postići optimalnu kiselost medija. U isto vrijeme, pivari vole kalcij više od magnezija: prvo, fenomen flokulacije kvasca povezan je s kalcijevim ionom, a drugo, kada se privremena tvrdoća ukloni kuhanjem (to je kao u kuhalu), kalcijev karbonat se taloži i može se dok se magnezijev karbonat polako taloži i kad se voda ohladi ponovno se djelomično otapa.

Ali zapravo su kalcij i magnezij samo sitnice. Kako ne bih preopterećivao članak, jednostavno ću skupiti neke od učinaka ionskih nečistoća u vodi na različite čimbenike proizvodnje i kvalitete piva.

Utjecaj na proces proizvodnje piva

• Ioni kalcija - Stabiliziraju alfa-amilazu i povećavaju njezinu aktivnost, što rezultira povećanim prinosom ekstrakta. Oni povećavaju aktivnost proteolitičkih enzima, zbog čega se povećava sadržaj ukupnog i α-aminskog dušika u sladovini.
• Određuje se stupanj smanjenja pH sladovine tijekom muljanja, vrenja sladovine s hmeljem i fermentacije. Određuje se flokulacija kvasca. Optimalna koncentracija iona je 45-55 mg/l sladovine.
• Magnezijevi ioni - Dio enzima glikolize, tj. neophodan i za fermentaciju i za razmnožavanje kvasca.
• Ioni kalija - Potiču razmnožavanje kvasaca, dio su enzimskih sustava i ribosoma.
• Ioni željeza - Negativan učinak na procese gnječenja. Koncentracije veće od 0,2 mg/l mogu uzrokovati degeneraciju kvasca.
• Ioni mangana - uključeni kao kofaktor u enzime kvasca. Sadržaj ne smije biti veći od 0,2 mg/l.
• Amonijevi ioni - Mogu biti prisutni samo u otpadnoj vodi. Apsolutno neprihvatljivo.
• Ioni bakra - U koncentracijama većim od 10 mg/l - otrovni za kvasce. Može biti mutagen faktor za kvasac.
• Ioni cinka - U koncentraciji od 0,1 - 0,2 mg/l potiču razmnožavanje kvasca. U visokim koncentracijama inhibiraju aktivnost α-amilaze.
• Kloridi - Smanjuju flokulaciju kvasca. Pri koncentraciji većoj od 500 mg/l usporava se proces fermentacije.
• Hidrokarbonati - U visokim koncentracijama dovode do povećanja pH, a posljedično do smanjenja aktivnosti amilolitičkih i proteolitičkih enzima, smanjujući prinos ekstrakta. te doprinose povećanju boje sladovine. Koncentracija ne smije prelaziti 20 mg/l.
• Nitrati – nalaze se u otpadnim vodama u koncentracijama većim od 10 mg/l. U prisutnosti bakterija iz obitelji Enterbacteriaceae stvara se toksični nitritni ion.
• Silikati - Smanjuju aktivnost fermentacije pri koncentracijama većim od 10 mg/l. Silikati uglavnom potječu iz slada, no ponekad, osobito u proljeće, voda može biti razlogom njihovog povećanja u pivu.
• Fluoridi - Do 10 mg/l nema učinka.

Utjecaj na okus piva

• Ioni kalcija - Smanjuju ekstrakciju tanina koji pivu daju oštru gorčinu i opor okus. Smanjuje iskoristivost gorkih tvari iz hmelja.
• Ioni magnezija - Daju gorak okus pivu, koji se osjeti u koncentraciji većoj od 15 mg/l.
• Natrijevi ioni - U koncentracijama većim od 150 mg/l uzrokuju slan okus. U koncentracijama od 75...150 mg/l - smanjuju punoću okusa.
• Sulfati - Daju pivu trpkost i gorčinu, uzrokujući naknadni okus. U koncentraciji većoj od 400 mg/l daju pivu “suhi okus” (pozdrav, Guiness Draft!). Može prethoditi stvaranju sumpornog okusa i mirisa povezanih s aktivnošću zaraznih mikroorganizama i kvasaca.
• Silikati - Utječu na okus neizravno.
• Nitrati - Negativno utječu na proces fermentacije u koncentraciji većoj od 25 mg/l. Mogućnost stvaranja toksičnih nitrozamina.
• Kloridi - Daju pivu suptilniji i slatki okus (da, da, ali ako nema natrija). S koncentracijom iona od oko 300 mg/l povećavaju punoću okusa piva te mu daju okus i aromu dinje.
• Ioni željeza - Kada je sadržaj u pivu veći od 0,5 mg/l, pojačavaju boju piva i pojavljuje se smeđa pjena. Daje pivu metalni okus.
• Ioni mangana - Slično učinku iona željeza, ali puno jače.
• Ioni bakra - negativno utječu na stabilnost okusa. Ublažava sumporni okus piva.

Učinak na stabilnost koloida (zamućenost)

• Ioni kalcija - Talože oksalate, čime se smanjuje mogućnost zamućenja oksalata u pivu. Oni povećavaju koagulaciju proteina pri kuhanju sladovine s hmeljem. Smanjuju ekstrakciju silicija, što povoljno utječe na koloidnu stabilnost piva.
• Silikati - Smanjuju koloidalnu stabilnost piva zbog stvaranja netopljivih spojeva s ionima kalcija i magnezija.
• Ioni željeza - Ubrzavaju oksidativne procese i uzrokuju koloidno zamućenje.
• Ioni bakra - Negativno utječu na koloidnu stabilnost piva, djelujući kao katalizator za oksidaciju polifenola.
• Kloridi - poboljšavaju koloidnu stabilnost.

Pa, kako je? Naime, 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 pivovari u drugom proizvodili izvrsna piva s primjetnim 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:

No, jasno je da uvijek postoje odstupanja - 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, filtraciju i, ako je potrebno, prilagođavanje sastava. Vrlo često pivovara provodi proces pripreme vode: voda dobivena na ovaj ili onaj način prolazi kroz uklanjanje klora, promjenu mineralnog sastava i prilagođavanje tvrdoće i lužnatosti. Ne morate se zamarati oko svega toga, ali onda - i samo ako imate sreće s nominalnim sastavom vode - pivovara će moći kuhati samo nekoliko varijanti. Stoga se nadzor i priprema vode UVIJEK provodi.

Suvremene tehnologije, uz dovoljno sredstava, omogućuju dobivanje vode gotovo svih željenih karakteristika. Baza može biti ili gradska voda iz slavine ili voda dobivena izravno iz arteškog izvora. Ima i egzotičnih slučajeva: jedna je švedska pivovara, primjerice, kuhala pivo od pročišćene otpadne vode, a čileanski obrtnici prave pivo od vode prikupljene 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 dosta za prvi dio. Ako moja priča bude zanimljiva, u sljedećem dijelu ćemo pričati o još dva obavezna sastojka piva, a možda i jednom neobveznom, razgovarat ćemo zašto pivo drugačije miriše, postoji li “svijetlo” i “tamno” i dotaknite se i čudnih slova OG, FG, IBU, ABV, EBC. Možda će biti nešto drugo, 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 onu da je “ razrijeđeno” i “pojačano”, također ćemo govoriti o tome možete li piti pivo kojem je istekao rok trajanja.

Ili možda bude i četvrti dio... Izbor je vaš, %username%!

Izvor: www.habr.com