🥇La birra vista da un chimico. Parte 1

Ciao, %username%.

Come avevo promesso in precedenza, sono un po' scomparso a causa del mio viaggio di lavoro. No, non è ancora finito, ma mi ha fatto venire in mente alcune riflessioni, che ho deciso di condividere con te.

Parleremo di birra.

Non intendo ora difendere determinate varietà, né discutere su quale gusto e colore cambi meno nel corpo dal momento dell'assunzione... beh, hai capito – voglio semplicemente parlare di come vedo il processo di produzione, le differenze e l'impatto della birra sul nostro corpo dal punto di vista chimico.

Molti considerano la birra come una bevanda per la gente comune – e si sbagliano, altri pensano che la birra sia dannosa – e anche loro si sbagliano, così come quelli che ritengono che la birra non sia dannosa. E analizzeremo anche questo.

E a differenza degli articoli precedenti, cercherò di evitare i lunghi articoli, meglio suddividere questo racconto in più parti. E se in un certo momento non ci sarà interesse – smetterò semplicemente di mettere a dura prova il povero cervello del lettore.

Bene, cominciamo.

Storia della questione

La storia della birra nel mondo si estende per millenni. Le prime menzioni risalgono all'epoca del neolitico antico. Già 6000 anni fa, l'uomo utilizzava tecniche per trasformare il pane in una bevanda aromatica — d'altronde, si considera che la birra sia la bevanda alcolica più antica del mondo.

La storia dell'origine della birra inizia addirittura prima della nostra era, e i meriti degli inventori appartengono ai Sumeri. La loro scrittura cuneiforme, scoperta da E. Huber in Mesopotamia, conteneva circa 15 ricette di questa bevanda. Gli abitanti della Mesopotamia utilizzavano per la preparazione della birra il farro. Veniva macinato insieme all'orzo, mescolato con acqua, aggiunti erbe e lasciato fermentare. Dalla miscela ottenuta si creava la bevanda. Nota: in sostanza era stata inventata la birra di frumento, ma nessuno parlava ancora del luppolo, cioè, in pratica, si stava facendo un gruit o birra alle erbe. In questo caso, il malto non era germinato.

La prossima tappa nella storia della birra è stata la civiltà babilonese. Fu infatti dai babilonesi che nacque l'idea di migliorare questa bevanda. Germinavano il grano e poi lo essiccavano, ottenendo così il malto. La birra a base di grano e malto si conservava per meno di un giorno. Per rendere la bevanda più aromatica, aggiungevano spezie, corteccia di quercia, foglie di alberi e miele — già allora inventarono additivi alimentari; ci sarebbe voluto ancora circa 5000 anni prima che venisse introdotto il Reinheitsgebot, la legge tedesca sulla purezza della birra!

Gradualmente la birra si diffuse nell'antico Egitto, Persia, India e nel Caucaso. Ma nell'Antica Grecia non era molto popolare, poiché era considerata una bevanda per i poveri. È allora che emersero tutti questi pregiudizi.

La storia della birra si sviluppò con l'inizio del Medioevo. Questo periodo è conosciuto come il secondo rinascimento della birra. Si ritiene che sia avvenuto in Germania. Il termine tedesco Bier deriva dall'antico germanico Peor o Bror. Anche l'inglese Ale sembra avere una radice etimologica che risale al proto-indoeuropeo, presumibilmente con il significato di "ubriachezza". L'origine indoeuropea della radice è chiaramente dimostrata quando si confronta con il danese e il norvegese moderni øl, così come l'islandese öl (che appartiene al gruppo delle lingue germaniche, a cui si collegava anche l'antico inglese) e il lettone e il lituano alus — birra (del gruppo baltico della famiglia indoeuropea), il russo settentrionale ол (nel significato di bevanda alcolica), insieme all'estone õlu e al finlandese olut. In breve, nessuno sa come siano nati questi termini, poiché qualcuno ha combinato dei guai nell'antica Babilonia — e ora ognuno chiama la birra in modo diverso. Tuttavia, ognuno la prepara in modo diverso.

È proprio nel Medioevo che si iniziò ad aggiungere il luppolo nella bevanda. Con la sua introduzione, le qualità organolettiche della birra migliorarono e la sua durata di conservazione si allungò. Ricorda, %username%: il luppolo era principalmente un conservante per la birra. Ora la bevanda poteva essere trasportata e divenne un oggetto commerciale. Comparvero centinaia di ricette e varietà di birra. Alcuni studiosi di regioni ben definite ritengono che i Slavi siano stati gli iniziatori della coltivazione del luppolo, poiché già nel IX secolo la produzione di birra era ampiamente diffusa in Russia.

A proposito, nel Medioevo le birre leggere erano comunemente consumate in Europa al posto dell'acqua. Anche i bambini potevano permettersi una birra — e sì, si trattava specificamente di birra, non di kvass, come alcuni pensano. Non si beveva perché si voleva sballarsi, ma perché bere acqua poteva facilmente portare alla morte per una serie di malattie già conosciute e altre ancora sconosciute. Con livelli di medicina paragonabili a quelli di una pianta medicinali e di una levatrice, era troppo pericoloso. Inoltre, la così detta birra da tavola ('small ale') era anche nutriente e andava benissimo a tavola in enormi quantità, dato che conteneva all'incirca l'1% di alcool. La domanda logica 'e cosa uccideva allora tutti i germi?' la esamineremo di sicuro.

Il XIX secolo segnò un'altra svolta nella storia della birra. Inizialmente, Louis Pasteur scoprì il legame tra fermentazione e cellule di lievito. Pubblicò i risultati della sua ricerca nel 1876 e cinque anni dopo, nel 1881, lo scienziato danese Emil Christian Hansen ottenne una cultura pura di lieviti per birra, che fu il nuovo impulso per la produzione industriale di birra.

Parlando della storia della birra analcolica, l'atto Volstead del 1919 è stato il catalizzatore per la sua creazione, segnando l'inizio dell'era del proibizionismo negli Stati Uniti: di fatto, la produzione, il trasporto e la vendita di bevande alcoliche oltre il 0,5% erano vietati. Quindi, non si trattava nemmeno di un "small ale". Tutte le birrerie si dedicavano alla produzione di queste bevande praticamente analcoliche a base di malto, ma secondo la legge dovevano essere chiamate "bevande a base di cereali", un nome che il popolo ribattezzò immediatamente "donna di gomma" e "quasi birra". In realtà, per passare dalla tradizionale birra proibita a questa nuova "quasi-birra", bastava aggiungere un solo passaggio in più nel processo produttivo (e ne parleremo sicuramente), il che non aumentava di molto il costo finale del prodotto e permetteva un rapido ritorno alla produzione della bevanda tradizionale: "Penso che sarà un grande momento per la birra", ha dichiarato il presidente degli Stati Uniti Franklin Roosevelt firmando l'atto Cullen-Harrison il 22 marzo 1933, che consentiva di alzare il grado alcolico nelle bevande fino al 4%. L'atto è entrato in vigore il 7 aprile, e da allora quella data è diventata il Giorno Nazionale della Birra negli Stati Uniti! Si dice che già il 6 aprile gli americani formassero code davanti ai bar, e quando scoccò la fatidica mezzanotte... Insomma, le statistiche dicono che solo il 7 aprile negli Stati Uniti furono consumati un milione e mezzo di barili di birra. E tu, hai bevuto una pinta di birra il 7 aprile, %username%?

A proposito, se ti interessa, in una delle prossime parti parlerò di una legge ancora più severa — e non parlo della URSS, ma dell'Islanda.

Attualmente, la birra non viene prodotta solo in Antartide — anche se non è certo. Ci sono decine di categorie e centinaia di stili — e se ti interessa, puoi trovare la loro descrizione. qui. La birra non è affatto così semplice come si pensa; il prezzo di una bottiglia può a volte superare il prezzo di un case di vino — e non parlo del vino di tipo «Château de la Paquet».

Quindi, %username%, se ora hai aperto una bottiglia di birra mentre leggi — abbi rispetto e continua a leggere.

Ingredienti

Prima di esaminare cosa compone la birra, ripassiamo brevemente la tecnologia di produzione di questa bevanda.

La birra è, come molte cose in questo mondo, un prodotto di combustione incompleta. In realtà, la fermentazione è il processo grazie al quale gustiamo questo piacere, proprio come la tua, %username%, capacità di leggere queste righe — è il prodotto della combustione incompleta degli zuccheri, solo che nel caso della birra gli zuccheri non bruciano nel tuo cervello, ma nei lieviti nella catena metabolica.
Come in ogni combustione, i prodotti sono anidride carbonica e acqua – ma ti ricordi che ho detto «incompleto»? Ed effettivamente: nella produzione della birra, ai lieviti non è permesso abbuffarsi (anche se non è del tutto corretto, ma serve a comprendere meglio la situazione) – e quindi oltre all'anidride carbonica si forma anche alcol.

Poiché il cibo non è zucchero puro, ma una miscela di vari composti – il prodotto finale non è semplicemente anidride carbonica, acqua e alcol, ma un intero bouquet, grazie al quale esistono le birre. Ora parlerò di alcuni degli ingredienti principali, smontando anche alcuni miti sulla birra.

Acqua.

Ricordando che, dopotutto, sono un chimico, passerò a un linguaggio chimico noioso.

La birra è una soluzione acquosa di sostanze estrattive del malto, che non subiscono modifiche durante la fermentazione e la maturazione della birra, etanolo e sostanze aromatiche, che sono o metaboliti secondari dei lieviti o derivano dal luppolo. Le sostanze estrattive comprendono carboidrati non fermentabili (α- e β-glucani), composti fenolici (antocianogeni, oligo- e polisaccaridi), melanoidine e caramelli. La loro concentrazione nella birra, a seconda della percentuale di sostanze secche nel mosto iniziale, della composizione del mosto, dei regimi tecnologici di fermentazione e delle caratteristiche dei lieviti, varia da 2,0 a 8,5 g/100 g di birra. Questi stessi parametri del processo sono legati alla concentrazione di alcool, che può variare dallo 0,05 all'8,6% nella birra, e alle sostanze aromatiche (alcoli superiori, esteri, aldeidi, ecc.), la sintesi delle quali dipende sia dalla composizione del mosto sia, in particolare, dai regimi di fermentazione e dalla natura dei lieviti. In generale, per la birra fermentata con lieviti a bassa fermentazione, la concentrazione dei prodotti secondari del metabolismo dei lieviti non supera i 200 mg/l, mentre per la birra a fermentazione alta il loro livello supera i 300 mg/l. Ancora minore è la quota di sostanze amare del luppolo nella birra, la cui quantità non supera i 45 mg/l.

Tutto ciò è davvero noioso; i numeri possono variare considerevolmente, ma il concetto è chiaro: rispetto al contenuto d'acqua nella birra, è tutto molto poco. Proprio come te, %username%, la birra è composta di circa il 95% di acqua. Non sorprende che la qualità dell'acqua influenzi profondamente la birra. A proposito, questo è uno dei motivi per cui lo stesso tipo di birra, prodotto da differenti impianti in posti diversi, può avere un sapore diverso. Un esempio specifico, e probabilmente il più noto, è il Pilsner Urquell, che qualche volta è stato tentato di produrre a Kaluga, ma senza successo. Oggi questa birra viene prodotta solo in Repubblica Ceca a causa della sua acqua particolarmente morbida.

Nessun birrificio si metterebbe a produrre birra senza prima controllare l'acqua con cui lavorerà: la qualità dell'acqua è troppo importante per il prodotto finale. I principali attori in questo sono gli stessi cationi e anioni che puoi vedere sulla bottiglia di qualsiasi bevanda gassata: solo che i livelli sono monitorati ben oltre l'intervallo "50-5000" mg/l, e in modo molto più preciso.

Analizziamo su cosa influisce la composizione dell'acqua?

In primo luogo, l'acqua deve rispettare le normative SanPiN, quindi scartiamo immediatamente i metalli pesanti e altre sostanze tossiche — non dovrebbe esserci affatto spazzatura nell'acqua. Le principali limitazioni per l'acqua utilizzata direttamente nella produzione della birra (durante il mash) riguardano indicatori come il valore del pH, la durezza e il rapporto tra le concentrazioni di ioni di calcio e magnesio, che non sono regolamentati nell'acqua potabile. Inoltre, nell'acqua per la birrificazione devono essere presenti significativamente meno ioni di ferro, silicio, rame, nitrati, cloruri e solfati. È vietata la presenza di nitriti nell'acqua, poiché sono potenti tossine per i lieviti. Nella composizione minerale, ci devono essere la metà dei componenti (residuo secco) e il valore della COD (domanda chimica di ossigeno — ossidabilità) deve essere inferiore di 2,5 volte. Nella valutazione della cidoneità dell'acqua per la birrificazione è stato introdotto un indicatore, l'alcalinità, che non è presente nelle norme per l'acqua potabile.

Inoltre, ci sono requisiti aggiuntivi per l'acqua utilizzata per regolare la percentuale di sostanze secche e alcol nel processo di birrificazione ad alta densità (high-gravity brewing). Quest'acqua deve essere, prima di tutto, microbiologicamente pura e, in secondo luogo, deareata (cioè praticamente priva di ossigeno disciolto) e deve contenere ancora meno ioni di calcio e bicarbonati rispetto all'acqua raccomandata per la birrificazione in generale. Cos'è la birrificazione ad alta densità?Se non lo sapevi, la tecnologia della birrificazione ad alta densità consiste nel produrre un mosto con una percentuale di sostanze secche superiore del 4...6% rispetto a quella della birra finita, al fine di migliorare l'efficienza del birrificio. Successivamente, questo mosto viene diluito con acqua fino a raggiungere la percentuale desiderata di sostanze secche, sia prima della fermentazione sia nella birra già finita (sì, la birra viene diluita — ma questo avviene solo in fabbrica, e di questo parlerò più avanti). In tal modo, per ottenere una birra che non si differenzi per sapore da quella prodotta con la tecnologia classica, non si raccomanda di aumentare l'estrattività del mosto iniziale oltre il 15%.

È estremamente importante mantenere il pH dell'acqua a un livello corretto. Non mi riferisco al sapore della birra finita, ma al processo di fermentazione del mosto. A proposito, come è stato scoperto, questo non incide sul gusto, poiché è una differenza troppo sottile per essere percepita. Il fatto è che l'attività degli enzimi utilizzati dai lieviti per alimentarsi dipende dal pH. Un valore ottimale si aggira tra 5,2 e 5,4, ma a volte si sposta verso un valore più alto per intensificare l'amarezza. Inoltre, il pH influisce sull'intensità dei processi metabolici all'interno delle cellule di lievito, il che si riflette nel tasso di crescita della biomassa, nella velocità di crescita delle cellule e nella sintesi di metaboliti secondari. In un ambiente acido si produce principalmente etanolo, mentre in un ambiente alcalino si intensifica la sintesi di glicerina e acido acetico. L'acido acetico ha un effetto negativo sulla proliferazione dei lieviti, perciò è necessario neutralizzarlo, regolando il pH durante il processo di fermentazione. Diverse "alimentazioni" possono avere valori di pH ottimale differenti: ad esempio, per il metabolismo del saccarosio è necessario un pH di 4,6, mentre per il maltosio è di 4,8. Il pH è uno dei fattori principali nella formazione di esteri complessi, di cui parleremo più avanti e che creano quegli aromi fruttati nella birra.

La regolazione del pH comporta sempre un equilibrio tra carbonati e bicarbonati nella soluzione, che determinano questo valore. Tuttavia, la situazione è più complessa, poiché oltre agli anioni ci sono anche i cationi.

Nella produzione della birra, i cationi minerali presenti nell'acqua si dividono in chimicamente attivi e chimicamente inattivi. I cationi chimicamente attivi includono tutti i sali di calcio e magnesio: così, la presenza di calcio e magnesio (assieme a sodio e potassio) in un contesto di alto contenuto di carbonati aumenta il pH, mentre il calcio e il magnesio (senza sodio e potassio) in combinazione con solfati e cloruri lo abbassano. Giocando con le concentrazioni di cationi e anioni, si può raggiungere un valore ottimale di acidità. I birrai preferiscono generalmente il calcio rispetto al magnesio: da un lato, il fenomeno della flocculazione dei lieviti è associato agli ioni di calcio, dall'altro, quando si elimina la durezza temporanea per ebollizione (come nella teiera) il carbonato di calcio precipita e può essere rimosso, mentre il carbonato di magnesio si deposita lentamente e si dissolve parzialmente nuovamente al raffreddamento dell'acqua.

Ma in realtà il calcio e il magnesio sono solo la punta dell'iceberg. Per non sovraccaricare l'articolo, riassumerò alcune influenze delle impurità ioniche nell'acqua su vari fattori di produzione e qualità della birra.

Influenza sul processo di produzione della birra

Ioni di calcio — Stabilizzano l'alfa-amilasi e ne aumentano l'attività, il che porta a un maggiore rendimento dell'estratto. Aumentano l'attività degli enzimi proteolitici, di conseguenza aumenta il contenuto di azoto totale e α-amminico nel mosto.
Determinano il livello di abbassamento del pH del mosto durante la macerazione, l'ebollizione del mosto con luppolo e la fermentazione. Determinano la flocculazione dei lieviti. La concentrazione ottimale è di 45-55 mg/l di mosto.
Ioni di magnesio — Fanno parte degli enzimi della glicolisi, ovvero sono necessari sia per la fermentazione che per la moltiplicazione dei lieviti.
Ioni di potassio — Stimolano la moltiplicazione dei lieviti, fanno parte dei sistemi enzimatici e dei ribosomi.
Ioni di ferro — Influenza negativa sui processi di macerazione. A concentrazioni superiori a 0,2 mg/l possono causare degenerazione dei lieviti.
Ioni di manganese — Fanno parte come cofattore negli enzimi dei lieviti. Il contenuto non deve superare 0,2 mg/l.
Gli ioni di ammonio possono essere presenti solo nelle acque reflue. Sono assolutamente inaccettabili.
Gli ioni di rame sono tossici per i lieviti a concentrazioni superiori a 10 mg/l. Possono essere un fattore mutageno per i lieviti.
Gli ioni di zinco stimolano la proliferazione dei lieviti a concentrazioni di 0,1 - 0,2 mg/l. A concentrazioni elevate inibiscono l'attività dell'α-amilasi.
I cloruri riducono la flocculazione dei lieviti. A concentrazioni superiori a 500 mg/l rallentano il processo di fermentazione.
I bicarbonati, a concentrazioni elevate, portano ad un aumento del pH, riducendo così l'attività degli enzimi amilolitici e proteolitici, diminuiscono il rendimento dell'estratto e contribuiscono ad aumentare la colorazione del mosto. La concentrazione non deve superare i 20 mg/l.
I nitrati, a concentrazioni superiori a 10 mg/l, si trovano negli scarichi. In presenza di batteri della famiglia Enterobacteriaceae si forma l'ion nitrito tossico.
I silicato riducono l'attività fermentativa a concentrazioni superiori a 10 mg/l. I silicati derivano principalmente dal malto, ma talvolta, specialmente in primavera, la loro elevazione nella birra può essere causata dall'acqua.
I fluoruri fino a 10 mg/l non hanno alcun effetto.

Influenza sul gusto della birra

Ioni di calcio — Riduce l'estrazione dei tannini, che conferiscono alla birra una ruvida amarezza e un gusto astringente. Riduce l'utilizzo delle sostanze amare del luppolo.
Ioni di magnesio — Conferiscono un sapore amaro alla birra, percepito a concentrazioni superiori a 15 mg/l.
Ioni di sodio — A concentrazioni superiori a 150 mg/l provocano un sapore salato. A concentrazioni di 75…150 mg/l diminuiscono la pienezza del gusto.
Solfati — Conferiscono alla birra una sensazione di secchezza e amarezza, influenzando il retrogusto. A concentrazioni superiori a 400 mg/l conferiscono un 'gusto secco' (saluti, Guiness Draught!). Possono precedere la formazione di sapori e odori sulfurei associati all'attività di microrganismi e lieviti infettivi.
Silicati — Influiscono sul gusto in modo indiretto.
Nitrati — Influiscono negativamente sul processo di fermentazione a concentrazioni superiori a 25 mg/l. Possibilità di formazione di nitrati tossici.
Cloruri — Conferiscono alla birra un gusto più raffinato e dolce (sì-sì, ma solo se non ci sono sodio). A concentrazioni di circa 300 mg/l migliorano la pienezza del gusto della birra e le conferiscono un sapore e aroma di melone.
Gli ioni di ferro - Quando la loro concentrazione nella birra supera 0,5 mg/l, intensificano il colore della birra e producono una schiuma marrone. Conferiscono un sapore metallico alla birra.
Gli ioni di manganese - Hanno un effetto simile a quello degli ioni di ferro, ma molto più forte.
Gli ioni di rame - Hanno un impatto negativo sulla stabilità del sapore. Ammorbidiscono il retrogusto sulfureo nella birra.

Influenza sulla stabilità colloidale (torbidità)

Gli ioni di calcio - Precipitano gli ossalati, riducendo così la possibilità di torbidità ossalatica nella birra. Aumentano la coagulazione delle proteine durante l'ebollizione del mosto con il luppolo. Riducendo l'estrazione della silice, questo ha un effetto positivo sulla stabilità colloidale della birra.
I silicati - Riducono la stabilità colloidale della birra a causa della formazione di composti insolubili con gli ioni di calcio e magnesio.
Gli ioni di ferro - Accelerano i processi ossidativi e causano torbidità colloidale.
Gli ioni di rame - Hanno un impatto negativo sulla stabilità colloidale della birra, fungendo da catalizzatori per l'ossidazione dei polifenoli.
I cloruri - Migliorano la stabilità colloidale.

E allora, qual è la situazione? In realtà, i diversi stili di birra si sono sviluppati in varie parti del mondo anche grazie all'acqua differente. I birrai di una zona creavano birre di successo con un sapore e un aroma maltato ben definiti, mentre i produttori di un'altra regione ottenevano fantastiche bevande con un profilo luppolato pronunciato — tutto grazie al fatto che in diverse aree c'era acqua diversa, rendendo alcune birre migliori di altre. Attualmente, ad esempio, la composizione dell'acqua per la birra è considerata ottimale nella seguente forma:

Tuttavia, è chiaro che ci sono sempre delle variazioni — e queste variazioni spesso determinano che la "Baltika 3" di San Pietroburgo non sia affatto la stessa "Baltika 3" di Zaporižžja.

È del tutto naturale che ogni acqua utilizzata per la produzione della birra debba subire diverse fasi di preparazione, tra cui analisi, filtrazione e, se necessario, regolazione della composizione. Spesso, il birrificio esegue un processo di preparazione dell'acqua: l'acqua ottenuta in un modo o nell'altro subisce la rimozione del cloro, la modifica della composizione minerale e la regolazione della durezza e dell'alcalinità. Si potrebbe anche decidere di non preoccuparsene, ma a quel punto — e solo se il profilo dell'acqua è fortunato — il birrificio riesce a produrre soltanto un paio di tipi di birra. Pertanto, il controllo e la preparazione dell'acqua vengono sempre effettuati.

Le tecnologie moderne, quando ci sono risorse adeguate, consentono di ottenere acqua con praticamente qualsiasi caratteristica desiderata. La fonte può essere qualsiasi cosa, dall'acqua dell'acquedotto urbano all'acqua prelevata direttamente da una sorgente artesiana. Ci sono anche casi particolari: una birreria svedese, ad esempio, ha prodotto birra utilizzando acqua reflua purificata, mentre degli artigiani cileni producono birra con acqua raccolta nel deserto dalla nebbia. È chiaro, però, che in caso di produzione in serie, il costoso processo di trattamento dell'acqua influisce sul costo finale — e, forse, è proprio per questo che il già citato Pilsner Urquell non viene prodotto in nessun altro luogo se non a casa, in Repubblica Ceca.

Penso che per la prima parte possa bastare. Se il mio racconto risulterà interessante, nella prossima parte parleremo di altri due ingredienti indispensabili per la birra, e magari anche di uno opzionale; discuteremo perché la birra ha odori diversi, esistono le birre "chiare" e "scure", e toccheremo lettere strane come OG, FG, IBU, ABV, EBC. Potrebbe esserci qualcos'altro o magari ci sarà qualcosa nella terza parte, in cui intendo dare una breve panoramica sulla tecnologia e poi affrontare miti e idee sbagliate sulla birra, compreso se viene "diluita" o "potenziata", e parleremo se si possa bere birra scaduta.

E potrebbe anche esserci una quarta parte… La scelta è tua, %username%!

Fonte: habr.com