Om øl sett fra en kjemikers synspunkt. Del 1

Hei, %username%.

Som eg lova før, har eg vore litt borte grunna forretningsreisa mi. Nei, den er enno ikkje over, men den har gitt meg tankar som eg vil dele med deg.

Det skal handle om øl.

Eg kjem ikkje til å gå inn for eller imot spesifikke sortar, eller diskutere korleis smaken og fargen endrar seg i kroppen frå det øyeblikket det blir drukke til stoppet, du skjøner – eg vil berre snakke om korleis produksjonsprosessen, forskjellane og påverknaden av øl på kroppen vår ser ut frå eit kjemisk perspektiv.

Mange meiner at øl er ein drikke for vanlege folk – og tar feil, mange trur at øl er skadelig – og dei tar også feil, akkurat som dei som trur at øl ikkje er skadelig. Og vi vil gå igjennom det.

I motsetning til dei tidlegare artiklane — vil eg prøve å unngå lange tekstblokker, og i staden dele fortellinga opp i fleire delar. Og dersom interessa forsvinn på noko tidspunkt — så vil eg berre slutte å plage den stakkars lesaren.

Så la oss starte.

Bakgrunnen for temaet

Historien om øl i verda strekkjer seg fleire tusen år tilbake. Dei første omtala av det er frå tidleg neolitikum. Allereie for 6000 år sidan brukte menneska teknologiar som gjorde det mogleg å forvandle brød til ein aromatisk drikk — og generelt er det kjend at øl er den eldste alkoholholdige drikken i verda.

Historien om opphavet til øl begynte alt før vår tidsrekning, og heideren til oppfinnaren tilhøyrer sumerarane. Deres kileskrift, oppdaga av E. Huber i Mesopotamia, inneheldt rundt 15 oppskrifter på denne drikken. Innbyggjarane i Mesopotamia brukte emmer (speltermel) til å lage øl. Det blei mala saman med bygg, blanda med vatn, tilsett urter og latt gjære. På grunnlag av den resulterande vørteren laga dei drikken. Merk deg: det blei i prinsippet oppfunne ei type hveteøl, men ingen snakka enno om humle, altså var det i prinsippet brygga gruit eller urtetøl. Samtidig var malten ikkje spira.

Den neste milepælen i historien om ølets opprinnelse var den babylonske sivilisasjonen. Det var babylonerne som fant ut hvordan de kunne forbedre drikken. De fikk korn til å spire og tørket det deretter for å lage malt. Øl laget av korn og malt kunne lagres i bare én dag. For å gjøre drikken mer aromatisk, tilsatte de krydder, eikebark, blader fra trær og honning — de hadde allerede oppfunnet mattilsetninger, for det var fremdeles ca. 5000 år til Reinheitsgebot, eller på forståelig norsk — den tyske renhetsloven for øl!

Gradvis spredte ølet seg i det gamle Egypt, Persia, India og Kaukasus. I det gamle Hellas var det derimot ikke populært, ettersom det ble ansett som en drikk for de fattige. Det var da alle disse fordommene oppstod.

Historien om øllets skapelse fikk utvikling med starten av middelalderen. Denne perioden blir kalt øllets andre fødsel. Man mener det skjedde i Tyskland. Det tyske ordet Bier stammer fra det gammelsakiske Peor eller Bror. Selv om det engelske Ale angivelig har et etymologisk opphav i den protobalto-slaviske roten, som antas å bety "rusing". Den indoeuropeiske opprinnelsen til roten bevises overbevisende ved sammenligning med moderne dansk og norsk øl, samt islandsk öl (den germanske språkfamilien, som også inkluderte gammelengelsk) og litauisk og latvisk alus — øl (den baltiske gruppen av den indoeuropeiske familien), nordrussisk ол (i betydningen rusdrikk), samt estisk õlu og finsk olut. Kort sagt, ingen vet hvordan ordene oppsto, fordi noen rotet det til i det gamle Babilon — og nå kaller alle øl forskjellig. For øvrig brygger de det også forskjellig.

Det var faktisk i middelalderen at man begynte å tilføre humle til drikken. Med sin inntreden forbedret smaken av ølet seg, og holdbarheten ble lengre. Husk, %username%: humle var først og fremst et konserveringsmiddel for øl. Nå kunne drikken transporteres, og den ble et handelsvare. Det dukket opp hundrevis av oppskrifter og varianter av øl. Noen forskere fra visse regioner mener at slavene var de første til å kultivere humle, for allerede på 800-tallet var ølbrygging utbredt i Russland.

Forresten, i middelalderen ble lette øl brukt overalt i Europa i stedet for vann. Selv barn kunne unne seg en øl — og ja, det var faktisk øl, ikke kvass som noen tror. Man drakk ikke fordi man var mørk og ville bli beruset, men fordi det å drikke vann kunne lett føre til døden fra en mengde kjente og ukjente sykdommer. Med medisinsk kunnskap på nivå med en søt kløverblomst og en erfaren jordmor — var det for risikabelt. Dessuten var det såkalte «matøl» («small ale») også næringsrikt og passet perfekt på middagbordet i enorme mengder, siden alkoholnivået var rundt 1%. Det logiske spørsmålet «men hva drepte da all smitten?» vil vi også ta for oss.

1800-tallet markerer et nytt gjennombrudd i ølets historie. Først oppdaget Louis Pasteur sammenhengen mellom gjæring og gjærceller. Han publiserte resultatene av sin forskning i 1876, og fem år senere, i 1881, fikk den danske forskeren Emil Christian Hansen en ren kultur av ølgjær, noe som ble starten på industriell ølproduksjon.

Hvis vi snakker om historien til alkoholfritt øl, ble oppstarten for dets fremkomst forårsaket av Volstead-loven fra 1919, som markerte starten på tørketiden i USA: produksjon, transport og salg av alkoholholdige drikkevarer med en styrke over 0,5 % ble faktisk forbudt. Så dette er ikke engang 'small ale'. Produksjonen av slike nesten alkoholfrie brygg basert på malt ble håndtert av alle bryggerier, selv om loven krevde at drikken måtte kalles 'korndrikk', som folk straks begynte å kalle 'gummikvinne' eller 'nesten øl'. Faktisk var det nok å legge til ett ekstra trinn i produksjonsprosessen for å gå fra det vanlige, forbudte, til det nye 'nesten-ølet' (og vi vil absolutt nevne dette), noe som ikke økte kostnaden for sluttproduktet mye og gjorde det mulig å raskt gå tilbake til produksjonen av den tradisjonelle drikken: 'Jeg tror dette vil bli en stor tid for øl,' sa president Franklin Roosevelt da han signerte Cullen-Harrison-loven 22. mars 1933, som tillot å øke alkoholinnholdet i drikker til 4 %. Loven trådte i kraft 7. april, og siden den datoen har det blitt National Beer Day i USA! Det sies at allerede 6. april stilte amerikanerne seg i kø i barene, og når klokken slo midnatt, så… Kort sagt, statistikken sier at det på bare 7. april ble drukket 1,5 millioner tønner øl i USA. Og har du drukket et glass øl 7. april, %username%?


Forresten, hvis det er interessant — i en av de neste delene vil jeg fortelle om en enda strengere tørkelov — og det er ikke engang Sovjetunionen, men Island.

Akkurat nå blir det ikke brygget øl bare i Antarktis — selv om dette ikke er helt sikkert. Det finnes titalls kategorier og hundrevis av stiler — og hvis det er interessant, kan du finne en beskrivelse av dem here. Øl er langt fra så enkelt som man skulle tro, prisen på en flaske kan noen ganger overstige prisen på en kasse vin — og jeg snakker ikke om vin av typen 'Château de la Paquet'.

Derfor, %username%, hvis du nå har åpnet en flaske øl mens du leser — vær respektfull og fortsett å lese.

Ingredienser

Før vi går inn på hva øl består av, la oss kort minnes produksjonsteknologien for denne drikken.

Øl – som med mye annet i denne verden – er et produkt av ufullstendig forbrenning. Faktisk er gjæring prosessen som gir oss denne nytelsen, akkurat som din, %username%, evne til å lese disse linjene – er et produkt av ufullstendig forbrenning av sukker, bare at i tilfellet med øl forbrennes sukkeret ikke i hjernen din, men av gjæren i metabolismen.
Som med alle forbrenninger, er produktene karbondioksid og vann – men husker du at jeg sa «ufullstendig»? Og det stemmer: i produksjonen av øl får ikke gjæren overveie (selv om det ikke er helt korrekt, men for generell forståelse fungerer det) – og derfor dannes det også alkohol i tillegg til karbondioksid.

Siden maten ikke er rent sukker, men en blanding av forskjellige forbindelser – så er ikke produktet bare karbondioksid, vann og alkohol – men et helt bukett, noe som gir opphav til disse øltypene. Nå skal jeg fortelle om noen av de viktigste ingrediensene, og samtidig avkrefte noen myter om øl.

Vann.

Med tanke på at jeg faktisk er kjemiker, går jeg over til det kjedelige kjemiske språket.

Øl er en vannløsning av ekstraktive stoffer fra malt, som ikke har gjennomgått endringer under gjæringen og ettergjæringen av øl, etanol og smak- og aromastoffer som enten er sekundære metabolitter fra gjær eller stammer fra humle. De ekstraktive stoffene inkluderer ufermenterbare karbohydrater (α- og β-glukaner), fenoliske forbindelser (antocyanogener, oligo- og polyfenoler), melanoidiner og karameller. Innholdet i øl varierer avhengig av den tørre stoffmengden i den opprinnelige vørteren, sammensetningen av vørteren, de teknologiske gjæringsbetingelsene og egenskapene til gjærstammene, og ligger mellom 2,0 og 8,5 g/100 g øl. Disse indikatorene er også relatert til alkoholinnholdet, som kan variere fra 0,05 til 8,6%, samt smak- og aromastoffer (høyere alkoholer, estere, aldehyder osv.), hvis syntese avhenger både av sammensetningen av vørteren og spesielt av gjæringsbetingelsene og typen gjær. Generelt sett, for øl laget med bunngjær, overstiger ikke konsentrasjonen av sekundære metabolitter fra gjær 200 mg/l, mens for øl fra toppegjæring er nivået over 300 mg/l. Bitterstoffene fra humle utgjør en enda mindre del i øl, og mengden overstiger ikke 45 mg/l.

Alt dette er veldig kjedelig, tallene kan faktisk variere i begge retninger, men poenget er klart: alt dette er veldig lite i forhold til vanninnholdet i øl. Omtrent som deg, %username%, er øl omtrent 95% vann. Det er ikke overraskende at kvaliteten på vannet har en direkte innvirkning på ølet. Og for øvrig er dette en av grunnene til at den samme ølstilen, produsert av forskjellige bryggerier på forskjellige steder, kan smake forskjellig. Et spesifikt og kanskje det mest kjente eksempelet er Pilsner Urquell, som en gang ble forsøkt brygget i Kaluga, men det gikk ikke. Nå produseres dette ølet kun i Tsjekkia på grunn av det særegne milde vannet.

Ingen bryggeri vil brygge øl uten først å sjekke vannet de skal jobbe med—vannkvaliteten er for viktig for sluttproduktet. De samme kationene og anionene som du ser på flasken til enhver brus spiller hovedrollen her—bare at nivåene kontrolleres mye mer presist enn i området '50-5000' mg/l.

La oss finne ut hva sammensetningen av vannet påvirker.

Først og fremst må vannet oppfylle Sanitærstandarder, så vi avviser umiddelbart tungmetaller og annen toksisk - denne skiten skal ikke være i vannet i det hele tatt. Hovedbegrensningene for vann som brukes direkte i ølbrygging (under mesking) gjelder faktorer som pH-verdi, hardhet, og forholdet mellom konsentrasjonene av kalsium- og magnesiumioner, som ikke reguleres i drikkevann. Det bør også være betydelig mindre jern-, silisium-, kobber-, nitrat-, klorid- og sulfat-ioner i vannet for ølbrygging. Tilstedeværelsen av nitritter, som er sterke giftstoffer for gjær, er ikke tillatt i vannet. Det skal være halvparten så mange mineraler (tørrrest) i vannet, og kjemisk oksygenforbruk (CBO) bør være 2,5 ganger lavere. Når man vurderer egnetheten til vannet for ølbrygging, er alkalinitet i tillegg et kriterium som ikke finnes i normene for drikkevann.

I tillegg stilles det ytterligere krav til vannet som brukes for justering av den masseandelen av tørrstoffer og alkohol i høytykt ølbrygging (high-gravity brewing). Dette vannet må, for det første, være mikrobiologisk rent, og for det andre, deoksygenert (dvs. praktisk talt ikke inneholde løst oksygen i vannet) og inneholde enda færre kalsium- og bikarbonationer sammenlignet med vannet som generelt anbefales for ølbrygging. Hva er høytykt ølbrygging?Hvis du ikke visste det, så går teknologien for høy tetthet ølbrygging ut på at for å øke produksjonen i bryggeriet, produseres vørteren med et tørrstoffinnhold som overstiger det tørre stoffet i det ferdige ølet med 4…6%. Deretter fortynnes denne vørteren med vann til ønsket tørrstoffinnhold, enten før gjæring eller til det ferdige ølet (ja, øl blir fortynnet — men dette skjer bare på fabrikken, og det kommer jeg tilbake til senere). For å oppnå øl som ikke skiller seg i smak fra øl laget med den klassiske metoden, anbefales det ikke å øke ekstraktiviteten til den oprinnelige vørteren med mer enn 15%.

Det er ekstremt viktig å opprettholde riktig pH i vannet — jeg snakker ikke om smaken på det ferdige ølet, men om prosessen med å gjære vørteren (for øvrig, som det har vist seg — smaken påvirkes akkurat ikke av dette — du vil rett og slett ikke merke den så fine forskjellen). Grunnen er at pH påvirker aktiviteten til enzymene som gjæren bruker for å spise. Det optimale området anses å være 5,2..5,4, men noen ganger blir dette tallet forskjøvet mot et høyere nivå for å øke bitterheten. pH-verdien påvirker intensiteten av metabolismeprosessene i gjærcellene, noe som gjenspeiles i biomassevekstfaktoren, cellevekstraten og syntesen av sekundære metabolitter. I et surt miljø dannes det hovedsakelig etanol, mens i en alkalisk tilstand intensiveres syntesen av glyserol og eddiksyre. Eddiksyre har en negativ innvirkning på gjærens reproduksjonsprosess, så den må nøytraliseres ved å justere pH under gjæringsprosessen. For forskjellige typer "mat" kan det være forskjellige optimale pH-verdier: for metabolismen av sukrose trenger man 4,6, for maltose – 4,8. pH er en av de grunnleggende faktorene i dannelsen av komplekse estere, som vi vil snakke om senere, og som gir de karakteristiske fruktige duftene i ølet.

Justering av pH er alltid en balanse mellom karbonater og hydrogensulfater i løsningen, da de er det som bestemmer denne verdien. Men her er ikke alt så enkelt, for i tillegg til anioner finnes det også kationer.

I brygging deles mineral kationer i vannet inn i kjemisk aktive og kjemisk inaktive. Kjemisk aktive kationer er alle salter av kalsium og magnesium: dermed, tilstedeværelse av kalsium og magnesium (og faktisk natrium og kalium) mot høy karbonatinnhold øker pH, mens kalsium og magnesium (her er natrium og kalium ute av bildet) - men sammen med sulfater og klorider senker pH. Ved å justere konsentrasjoner av kationer og anioner kan man oppnå en optimal surhetsverdi i miljøet. Bryggerne foretrekker kalsium fremfor magnesium: for det første er flokkulering av gjær knyttet til kalsiumionet, og for det andre - ved å fjerne midlertidig hardhet ved koking (det er som i vannkokeren) faller kalsiumkarbonat ut av løsning og kan fjernes, mens magnesiumkarbonat sedimenterer sakte og delvis oppløses igjen når vannet kjøles ned.

Men egentlig er kalsium og magnesium bare begynnelsen. For ikke å overbelaste artikkelen, oppsummerer jeg bare noen av innflytelsene av ionforurensninger i vannet på ulike produksjons- og kvalitetsfaktorer for øl.

Innvirkning på bryggeprosessen

• Kalsiumioner - Stabiliserer alfa-amylase og øker dens aktivitet, noe som resulterer i høyere utbytte av ekstrakt. Øker aktiviteten til proteolytiske enzymer, noe som øker innholdet av total og α-amino nitrogengass i vørter.
• Bestemmer nivået av pH-reduksjon i vørter under mesking, koking av vørter med humle og gjæring. Bestemmer flokkulering av gjær. Optimal konsentrasjon er 45-55 mg/l vørter.
• Magnesiumioner - Inngår i sammensetningen av glykolyseenzymer, dvs. nødvendig for både gjæring og reproduksjon av gjær.
• Kaliumioner - Stimulerer reproduksjon av gjær, inngår i enzymsystemer og ribosomer.
• Jernioner - Negativ innvirkning på meskeprosessen. Ved konsentrasjoner over 0,2 mg/l kan de forårsake degenerasjon av gjær.
• Manganioner - Inngår som kofaktor i gjærens enzymer. Innholdet bør ikke overstige 0,2 mg/l.
• Ammoniumioner - Kan kun være til stede i avløpsvann. Absolutt uakseptabelt.
• Kobberioner - Ved konsentrasjoner over 10 mg/l - giftige for gjær. Kan være en mutagen faktor for gjær.
• Sinkioner stimulerer veksten av gjær ved en konsentrasjon på 0,1 – 0,2 mg/l. Høye konsentrasjoner hemmer aktiviteten til α-amylase.
• Klorider reduserer flokkulasjonen av gjær. Ved konsentrasjoner over 500 mg/l bremser de fermenteringsprosessen.
• Hydrogenerte karbonater fører til en økning i pH ved høye konsentrasjoner, noe som dermed reduserer aktiviteten til amylolytiske og proteolytiske enzymer, reduserer utbyttet av ekstrakt og øker fargeintensiteten av vørteren. Konsentrasjonen bør ikke overstige 20 mg/l.
• Nitrater finnes ved konsentrasjoner over 10 mg/l i avløpene. I nærvær av bakterier fra familien Enterobacteriaceae dannes det giftige nitritt-ioner.
• Silikater reduserer fermenteringsaktiviteten ved konsentrasjoner over 10 mg/l. Silikater stammer primært fra malten, men noen ganger, spesielt om våren, kan økningen i ølet skyldes vannet.
• Fluorider har ingen effekt opp til 10 mg/l.

Innvirkning på ølets smak

• Kaliumioner reduserer ekstraksjonen av tanniner, som gir ølet grov bitterhet og sammensatt smak. De reduserer utnyttelsen av de bitre stoffene fra humle.
• Magnesiumioner gir en bitter smak til ølet, som merkes ved konsentrasjoner over 15 mg/l.
• Natriumioner gir en salt smak ved konsentrasjoner over 150 mg/l. Ved konsentrasjoner på 75…150 mg/l reduserer de fylden i smaken.
• Sulfater gir ølet en tørrhet og bitterhet, og påvirker ettersmaken. Ved konsentrasjoner over 400 mg/l gir de ølet en 'tørr smak' (hei, Guinness Draught!). De kan forutgå dannelsen av svovlete smaker og lukter assosiert med livsaktivitet fra infiserende mikroorganismer og gjær.
• Silikater påvirker smaken indirekte.
• Nitrater påvirker fermenteringsprosessen negativt ved konsentrasjoner over 25 mg/l. Mulighet for dannelse av giftige nitrosaminer.
• Klorider gir ølet en mer subtil og søt smak (ja, ja, men bare hvis det ikke er natrium). Ved en konsentrasjon av ioner rundt 300 mg/l øker de fylden i smaken og gir ølet en melonsmak og aroma.
• Jernioner øker fargen på ølet når innholdet er over 0,5 mg/l, noe som gir en brun skum. De gir ølet en metallisk smak.
• Manganioner har en effekt som ligner på jernioner, men med mye sterkere innvirkning.
• Kopparioner - Har en negativ effekt på stabiliteten av smaken. Lindrer den svovelaktige smaken i ølet.

Innflytelse på kolloidal stabilitet (uklarhet)

• Kalsioner - Feller ut oksalater, noe som reduserer muligheten for oksalatuklarhet i ølet. Øker koaguleringen av proteiner under kokingen av vørteren med humle. Reduserer ekstraksjonen av silisium, noe som er gunstig for den kolloidale stabiliteten i ølet.
• Silikater - Reduserer den kolloidale stabiliteten til ølet på grunn av dannelsen av uløselige forbindelser med kalsium- og magnesiumioner.
• Jernioner - Fremskynder oksidative prosesser, forårsaker kolloidal uklarhet.
• Kopparioner - Har en negativ påvirkning på den kolloidale stabiliteten til ølet, fungerer som en katalysator for oksidasjonen av polyfenoler.
• Klorider - Forbedrer den kolloidale stabiliteten.

Hvordan er det? Faktisk har forskjellige ølstiler utviklet seg på ulike steder i verden, også på grunn av forskjellig vann. Bryggerne fra ett område laget godt øl med en uttalt maltbase, mens produsenter fra et annet lagde en bemerkelsesverdig drikke med en fremtredende humlearoma — alt fordi det var forskjellig vann i ulike regioner, som ga bedre resultater for forskjellige typer øl. Nå anses for eksempel vannkomposisjonen for øl som optimal i denne formen:

Det er imidlertid klart at det alltid finnes avvik — og disse avvikene er ofte det som gjør at «Baltika 3» fra St. Petersburg ikke er det samme som «Baltika 3» fra Zaporizjja.

Det er ganske logisk at alt vann som brukes til å lage øl går gjennom flere forberedelsesfaser, inkludert analyse, filtrering og, hvis nødvendig, justering av sammensetningen. Bryggerier gjennomfører ofte prosessen med å preparere vann: vannet som på en eller annen måte er fått, blir utsatt for klor fjerning, endring av mineralinnhold og justering av hardhet og alkalinitet. Man kan la dette være, men da — og det, hvis man er heldig med den nominelle vannkomposisjonen — vil bryggeriet kunne lage bare et par tre sorter. Derfor gjennomføres kontroll og forberedelse av vann ALLTID.

Moderne teknologi, når det er tilgængeligt finansielt, gør det muligt at få vand med næsten enhver ønsket egenskab. Basis kan være hvad som helst fra almindeligt byvand til vand udvundet direkte fra en artesisk kilde. Der er også eksotiske tilfælde: en svensk bryggeri, for eksempel, bryggede øl af renset spildevand, og chilenske håndværkere laver øl med vand indsamlet fra tåge i ørkenen. Men det er klart, at i serieproduktion påvirker den dyre vandbehandlingsproces den endelige pris — og måske er det grunden til, at den allerede nævnte Pilsner Urquell ikke produceres andre steder end hjemme i Tjekkiet.

Jeg tror, at det er nok til første del. Hvis min fortælling viser sig at være interessant, vil vi i næste del tale om endnu to obligatoriske ingredienser i øl, og måske om en valgfri, diskutere, hvorfor øl lugter forskelligt, om der findes "lyst" og "mørkt", samt berøre de underlige bogstaver OG, FG, IBU, ABV, EBC. Måske vil der være mere, måske vil noget mangle, men dukke op i tredje del, hvor jeg planlægger kort at gennemgå teknologien og derefter afklare myter og misforståelser omkring øl, inklusive hvad det vil sige at "fortynde" og "forstærke", samt diskutere, om man kan drikke udløbet øl.

Og måske bliver der en fjerde del... Valget er dit, %username%!

Kilde: habr.com