Sobre a cerveja na visão de um químico. Parte 1

Olá, %username%.

Como prometi anteriormente, estive ausente devido à minha viagem de negócios. Não, ela ainda não acabou, mas trouxe algumas reflexões que decidi compartilhar com você.

Vamos falar sobre cerveja.

Não vou me aprofundar em quais tipos são melhores, discutir como o sabor e a cor mudam em nosso corpo desde o momento do consumo até… bem, você entendeu – quero apenas conversar sobre como vejo o processo de produção, as diferenças e as influências da cerveja em nosso organismo do ponto de vista químico.

Muitos acreditam que a cerveja é a bebida do povo – e estão muito enganados, muitos acham que a cerveja é prejudicial – e também estão errados, assim como aqueles que acreditam que a cerveja não faz mal. E vamos abordar isso também.

E, ao contrário dos artigos anteriores — tentarei evitar longas explicações, e melhor, dividirei esta narrativa em várias partes. E se em algum ponto o interesse esfriar — simplesmente vou parar de atormentar a mente do pobre leitor.

Vamos lá.

História da questão

A história da cerveja no mundo remonta a vários milênios. As primeiras menções a ela datam da era neolítica. Há 6.000 anos, os humanos já utilizavam tecnologias para transformar pão em uma bebida aromática — e, de fato, considera-se que a cerveja é a bebida alcoólica mais antiga do mundo.

A história da origem da cerveja começou antes da nossa era, e os louros dos inventores pertencem aos sumérios. Sua escrita cuneiforme, descoberta por E. Huber na Mesopotâmia, continha cerca de 15 receitas dessa bebida. Os habitantes da Mesopotâmia usavam espelta para preparar a cerveja. Ela era moída com cevada, misturada com água, adicionavam ervas e deixavam fermentar. A partir do mosto obtido, faziam a bebida. Note que, essencialmente, foi inventada a cerveja de trigo, mas ninguém mencionava o lúpulo ainda, ou seja, na realidade estava sendo feita uma gruit ou cerveja de ervas. Além disso, o malte não era germinado.

O próximo marco na história da cerveja foi a civilização babilônica. Foi aí que os babilônios descobriram como aprimorar a bebida. Eles germinavam os grãos e depois os secavam, obtendo o malte. A cerveja feita de grãos e malte não durava mais de um dia. Para que a bebida ficasse mais aromática, eram adicionadas especiarias, casca de carvalho, folhas de árvores e mel — já naquela época se inventavam aditivos alimentares, e isso porque havia ainda cerca de 5000 anos até a Reinheitsgebot ou, de forma mais compreensível, a lei alemã da pureza da cerveja!

Gradualmente, a cerveja se espalhou pelo Egito Antigo, Pérsia, Índia e o Cáucaso. Porém, na Grécia Antiga, não era popular, pois era considerada uma bebida dos pobres. Foi nesse período que surgiram todos esses preconceitos.

A história da criação da cerveja se desenvolveu com o início da Idade Média. Esse período é conhecido como o segundo renascimento da cerveja. Acredita-se que ocorreu na Alemanha. O nome alemão Bier deriva do antigo germânico Peor ou Bror. Embora a palavra inglesa Ale supostamente tenha raízes etimológicas no proto-indo-europeu, presumivelmente com o significado de "intoxicação". A origem indo-europeia da raiz é convincentemente comprovada ao se comparar com as palavras modernas dinamarquesa e norueguesa øl e com o islandês öl (grupo de línguas germânicas, do qual o antigo inglês também fazia parte) e com o báltico lituano e letão alus — cerveja, e também com o estoniano õlu e o finlandês olut. Resumindo, ninguém sabe como surgiram essas palavras, porque alguém se confundiu na Babilônia Antiga — e agora cada um chama a cerveja de um jeito diferente. No entanto, também a fabricam de maneiras diferentes.

Foi na Idade Média que o lúpulo começou a ser adicionado à bebida. Com sua introdução, as qualidades gustativas da cerveja melhoraram e o seu tempo de conservação se prolongou. Lembre-se, %username%: o lúpulo foi primeiramente um conservante para a cerveja. Agora a bebida podia ser transportada, e tornou-se objeto de comércio. Surgiram centenas de receitas e variedades de cerveja. Alguns cientistas de certas regiões acreditam que os eslavos foram os pioneiros no cultivo do lúpulo, pois na Rússia, já no século IX, a cervejaria era amplamente difundida.

Aliás, na Idade Média, as cervejas leves eram amplamente consumidas na Europa em vez de água. As crianças podiam até beber um pouco de cerveja — e sim, era realmente cerveja, e não kvass, como alguns pensam. Não bebiam porque estavam se afundando na escuridão, mas porque, ao experimentar a água, poderiam facilmente sucumbir a uma série de doenças já conhecidas e outras ainda desconhecidas. Com o nível da medicina equivalente ao de erva-doce e parteiras, isso era muito perigoso. Além disso, a chamada cerveja de mesa (‘small ale’) era não só nutritiva, mas também se adaptava perfeitamente à refeição em enormes quantidades, já que continha cerca de 1% de álcool. A pergunta lógica 'mas o que então eliminava todos os germes?' também será devidamente abordada.

O século XIX ficou marcado por mais um avanço na história da cerveja. Primeiro, Louis Pasteur descobriu a relação entre a fermentação e as células de levedura. Ele publicou os resultados da pesquisa em 1876 e, cinco anos depois, em 1881, o cientista dinamarquês Emil Christian Hansen obteve uma cultura pura de leveduras de cerveja, o que impulsionou a cervejaria industrial.

Se falarmos sobre a história da cerveja sem álcool, o impulso para seu surgimento veio com a Lei Volstead de 1919, que marcou o início da época da lei seca nos EUA: na prática, a produção, transporte e venda de bebidas alcoólicas com mais de 0,5% de álcool foram proibidos. Assim, não era mais uma 'small ale'. A produção de bebidas praticamente sem álcool à base de malte foi realizada por todas as cervejarias, embora, segundo a lei, a bebida tivesse que ser chamada de 'bebida de grãos', que o povo imediatamente apelidou de 'mulher de borracha', 'quase-cerveja'. Na verdade, para passar da cerveja comum, proibida, para a nova 'quase-cerveja', bastava adicionar um único passo ao processo de produção (e nós certamente iremos lembrar dele), o que não encarecia muito o produto final e permitiu um retorno rápido à produção da bebida tradicional: 'Acho que será um tempo glorioso para a cerveja,' disse o presidente dos EUA Franklin Roosevelt ao assinar o ato Cullen-Harrison em 22 de março de 1933, que permitiu elevar o teor alcoólico das bebidas para 4%. O ato entrou em vigor em 7 de abril, e desde então essa data é o Dia Nacional da Cerveja nos EUA! Dizem que já no dia 6 de abril, os americanos estavam em filas nos bares, e quando o relógio marcou a meia-noite... Enfim, a estatística diz que somente no dia 7 de abril foram consumidas um milhão e quinhentas mil barricas de cerveja. E você tomou uma caneca de cerveja no dia 7 de abril, %username%?


Aliás, se estiver interessado — em uma das próximas partes, contarei sobre uma lei seca ainda mais rígida — e isso nem é na URSS, mas na Islândia.

Atualmente, cerveja só não é produzida na Antártica — embora isso não esteja confirmado. Existem dezenas de categorias e centenas de estilos — e se estiver interessado, você pode consultar suas descrições. aquiA cerveja não é tão simples quanto se pensa, o custo de uma garrafa pode às vezes ultrapassar o custo de uma caixa de vinho — e não estou falando de um vinho do tipo 'Château de la Pacote'.

Portanto, %username%, se agora você abriu uma garrafa de cerveja enquanto lê, comece com respeito e continue lendo.

Ingredientes

Antes de analisarmos do que é feita a cerveja, vamos relembrar brevemente a tecnologia de produção dessa bebida.

Cerveja – assim como muitas coisas neste mundo – é um produto da combustão incompleta. Na verdade, a fermentação é o processo pelo qual desfrutamos desse prazer, assim como a sua capacidade, %username%, de ler estas linhas é um produto da combustão incompleta dos açúcares; apenas, no caso da cerveja, os açúcares não queimam no seu cérebro, mas sim nas leveduras na cadeia metabólica.
Assim como em qualquer combustão, os produtos são gás carbônico e água – mas você se lembra que eu disse "incompleta"? E de fato: na produção de cerveja, as leveduras não são alimentadas em excesso (embora isso não seja exatamente correto, mas serve para um entendimento geral) – então, além do gás carbônico, forma-se também álcool.

Como a alimentação não é apenas açúcar puro, mas uma mistura de vários compostos – o produto resultante não é apenas gás carbônico, água e álcool – mas sim um verdadeiro bouquet, que é o que dá origem a essas cervejas. Agora, vou falar sobre alguns dos ingredientes principais e, ao mesmo tempo, desmistificar algumas crenças sobre a cerveja.

Água.

Lembrando que eu sou um químico, vou mudar para uma linguagem química entediante.

A cerveja consiste em uma solução aquosa de substâncias extrativas do malte, que não sofreram alterações durante a fermentação e o amadurecimento, juntamente com etanol e compostos de sabor e aroma que são, ou metabólitos secundários das leveduras, ou provenientes do lúpulo. As substâncias extrativas incluem carboidratos não fermentáveis (α- e β-glucanas), substâncias fenólicas (antocianinas, oligômeros e polifenóis), melanoidinas e caramelo. Seu teor na cerveja varia de 2,0 a 8,5 g/100 g de cerveja, dependendo da fração de matéria seca no mosto inicial, da composição do mosto, dos regimes tecnológicos de fermentação e das características das cepas de levedura. Esses mesmos parâmetros do processo estão relacionados ao conteúdo de álcool, cuja porcentagem na cerveja pode variar de 0,05 a 8,6%, e aos compostos de sabor e aroma (álcoois superiores, ésteres, aldeídos, etc.), cuja síntese depende da composição do mosto e, especialmente, dos regimes de fermentação e da natureza das leveduras. Normalmente, para cervejas que utilizam leveduras de fermentação baixa, a concentração de produtos secundários do metabolismo das leveduras não ultrapassa 200 mg/L, enquanto para cervejas de fermentação alta esse nível excede 300 mg/L. Uma proporção ainda menor na cerveja é composta por substâncias amargas do lúpulo, cuja quantidade na cerveja não ultrapassa 45 mg/L.

Tudo isso é muito chato, os números podem realmente variar para mais ou para menos, mas você entendeu a essência: tudo isso é muito pouco em comparação com o conteúdo de água na cerveja. Aproximadamente como você, %username%, a cerveja é composta por cerca de 95% de água. Não é surpreendente que a qualidade da água afete a cerveja de forma tão direta. E, a propósito, essa é uma das razões pelas quais a mesma variedade de cerveja, produzida por diferentes fábricas em locais distintos, pode variar no sabor. Um exemplo específico e provavelmente o mais conhecido é o Pilsner Urquell, que tentaram produzir em Kaluga, mas não conseguiram. Hoje, essa cerveja é produzida apenas na República Tcheca devido à sua água especialmente macia.

Nenhuma cervejaria vai produzir cerveja sem primeiro verificar a água com a qual irá trabalhar — a qualidade da água é crucial para o produto final. Os principais componentes envolvidos são os mesmos cátions e ânions que você vê no rótulo de qualquer refrigerante — mas os níveis são controlados de forma muito mais precisa do que no intervalo "50-5000" mg/l.

Vamos entender como a composição da água influencia?

Primeiro, a água deve atender aos padrões sanitários, portanto, descartamos metais pesados e outras substâncias tóxicas — essa sujeira não deve estar presente na água. As principais restrições para a água usada diretamente na produção de cerveja (durante a maceração) dizem respeito a indicadores como pH, dureza e a relação entre as concentrações de íons de cálcio e magnésio, que na água potável não é regulamentada. A água para cervejeiras deve conter menos íons de ferro, silício, cobre, nitratos, cloretos e sulfatos. A presença de nitritos na água, que são fortes toxinas para as leveduras, é proibida. A quantidade de componentes minerais (resíduo seco) na água deve ser metade, e o valor da DBO (demanda biológica de oxigênio — oxidação) deve ser 2,5 vezes menor. Ao avaliar a adequação da água para a fabricação de cerveja, um indicador como a alcalinidade foi introduzido, que não está presente nas normas para água potável.

Além disso, requisitos adicionais são impostos à água utilizada para ajustar a proporção de matérias sólidas e álcool na cerveja de alta gravidade (high-gravity brewing). Essa água deve ser, em primeiro lugar, microbiologicamente pura e, em segundo lugar, desareada (ou seja, praticamente não deve conter oxigênio dissolvido) e deve conter ainda menos íons de cálcio e bicarbonatos em comparação à água recomendada para cervejamento em geral. O que é cervejamento de alta gravidade?Se você não sabia, a tecnologia de alta densidade de cervejaria consiste em fermentar o mosto com uma fração de sólidos secos de 4 a 6% maior do que a fração de sólidos secos da cerveja pronta, com o objetivo de aumentar a produtividade do setor de brassagem. Em seguida, esse mosto é diluído com água até a fração desejada de sólidos secos, seja antes da fermentação ou na cerveja já pronta (sim, a cerveja é diluída — mas isso acontece apenas na fábrica, e eu vou falar mais sobre isso depois). A fim de obter uma cerveja que não difira em sabor daquela produzida pelo método clássico, não é recomendável aumentar a extração do mosto inicial em mais de 15%.

É extremamente importante manter o pH da água adequado — não estou falando do sabor da cerveja pronta, mas sim do processo de fermentação do mosto (a propósito, descobriu-se que isso não afeta o gosto — você simplesmente não notará essa leve diferença). O pH determina a atividade das enzimas, que as leveduras usam para se alimentar. Um valor considerado ideal é de 5,2 a 5,4, mas às vezes esse valor é levemente elevado para aumentar o amargor. O pH influencia a intensidade dos processos metabólicos nas células de levedura, refletindo no coeficiente de aumento da biomassa, na velocidade de crescimento das células e na síntese de metabolitos secundários. Em um ambiente ácido, se forma principalmente etanol, enquanto em um ambiente alcalino, intensifica-se a síntese de glicerina e ácido acético. O ácido acético afeta negativamente o processo de reprodução das leveduras, portanto, é necessário neutralizá-lo, ajustando o pH durante a fermentação. Para diferentes tipos de 'alimento', o valor ótimo de pH pode variar: por exemplo, para o metabolismo da sacarose é necessário 4,6, para a maltose – 4,8. O pH é um dos principais fatores na formação de ésteres complexos, sobre os quais falaremos mais tarde e que criam os aromas frutados da cerveja.

A correção do pH é sempre um balanço entre carbonatos e bicarbonatos na solução, pois estes determinam esse valor. Mas nem tudo é tão simples, pois além dos ânions, há também cátions.

Na fabricação de cerveja, os cátions minerais presentes na água são divididos em ativos e inativos quimicamente. Os cátions quimicamente ativos são todos os sais de cálcio e magnésio: assim, a presença de cálcio e magnésio (e, aliás, de sódio e potássio) em meio a altos níveis de carbonatos aumenta o pH, enquanto o cálcio e o magnésio (aqui já não contam sódio e potássio) — mas em conjunto com sulfatos e cloretos diminuem o pH. Brincando com as concentrações de cátions e ânions, pode-se alcançar o valor óptimo de acidez do meio. Além disso, os cervejeiros preferem cálcio a magnésio: em primeiro lugar, é com o íon cálcio que se relaciona o fenômeno da floculação das leveduras, e em segundo lugar — ao eliminar a dureza temporária pela ebulição (como em uma chaleira), o carbonato de cálcio precipita e pode ser removido, enquanto o carbonato de magnésio precipita lentamente e, ao resfriar a água, novamente se dissolve parcialmente.

Mas, na verdade, cálcio e magnésio são apenas o começo. Para não sobrecarregar o artigo, vou apenas resumir algumas influências das impurezas iônicas na água sobre vários fatores de produção e qualidade da cerveja.

Influência no processo de fabricação de cerveja

• Os íons de cálcio — estabilizam a alfa-amilase e aumentam sua atividade, resultando em maior rendimento de extrato. Aumentam a atividade das enzimas proteolíticas, o que eleva o conteúdo de nitrogênio total e α-amino no mosto.
• Determinante do nível de redução do pH do mosto durante a mosturação, a fervura do mosto com lúpulo e a fermentação. Determinam a floculação das leveduras. A concentração ideal de íons é de 45-55 mg/l de mosto.
• Íons de magnésio — fazem parte das enzimas da glicólise, ou seja, são necessários tanto para a fermentação quanto para a multiplicação das leveduras.
• Íons de potássio — estimulam a multiplicação das leveduras, fazem parte dos sistemas enzimáticos e ribossomos.
• Íons de ferro — têm um efeito negativo nos processos de mosturação. Em concentrações superiores a 0,2 mg/l, podem causar degeneração das leveduras.
• Íons de manganês — atuam como cofatores nas enzimas das leveduras. O teor não deve exceder 0,2 mg/l.
• Íons de amônio — podem estar presentes apenas nas águas residuais. Absolutamente inaceitáveis.
• Íons de cobre — em concentrações superiores a 10 mg/l – são tóxicos para as leveduras. Podem ser um fator mutagênico para as leveduras.
• Os íons de zinco — Na concentração de 0,1 a 0,2 mg/l estimulam a reprodução de leveduras. Em concentrações altas, inibem a atividade da α-amilase.
• Cloretos — Reduzem a floculação de leveduras. Em concentrações superiores a 500 mg/l, retardam o processo de fermentação.
• Bicarbonatos — Em altas concentrações, aumentam o pH, diminuindo, portanto, a atividade de enzimas amilolíticas e proteolíticas, reduzem a extração de extrato e contribuem para o aumento da coloração do mosto. A concentração não deve exceder 20 mg/l.
• Nitratos — Em concentrações superiores a 10 mg/l, são detectados nos efluentes. Na presença de bactérias da família Enterobacteriaceae, forma-se um íon nitrito tóxico.
• Silicatos — Reduzem a atividade de fermentação em concentrações superiores a 10 mg/l. Os silicatos vêm principalmente do malte, mas às vezes, especialmente na primavera, a água pode ser a causa de seu aumento na cerveja.
• Fluoretos — Até 10 mg/l não têm efeito.

Influência no sabor da cerveja

• Íons de cálcio — Reduzem a extração de taninos, que conferem amargor e gosto adstringente à cerveja. Reduzem a utilização de substâncias amargas do lúpulo.
• Íons de magnésio — Conferem um gosto amargo à cerveja, perceptível em concentrações superiores a 15 mg/l.
• Íons de sódio — Em concentrações superiores a 150 mg/l, conferem um sabor salgado. Em concentrações de 75 a 150 mg/l, reduzem a plenitude do sabor.
• Sulfatos — Conferem à cerveja um gosto amargo e adstringente, influenciam o retrogosto. Em concentrações superiores a 400 mg/l, conferem à cerveja um "sabor seco" (olá, Guiness Draught!). Podem preceder a formação de sabores e odores sulfurosos associados à atividade de microrganismos infectantes e leveduras.
• Silicatos — Influenciam o sabor indiretamente.
• Nitratos — Afetam negativamente o processo de fermentação em concentrações superiores a 25 mg/l. Possibilidade de formação de nitrosaminas tóxicas.
• Cloretos — Conferem à cerveja um sabor mais suave e doce (sim, sim, mas apenas se não houver sódio). Em concentrações de íons em torno de 300 mg/l, aumentam a plenitude do sabor da cerveja e lhe conferem um gosto e aroma de melão.
• Íons de ferro — Em concentrações superiores a 0,5 mg/l, aumentam a cor da cerveja, surgindo espuma marrom. Conferem à cerveja um gosto metálico.
• Íons de manganês — Semelhante ao efeito dos íons de ferro, mas muito mais forte.
• Íons de cobre — Afetam negativamente a estabilidade do sabor. Amortecem o sabor sulfuroso da cerveja.

Influência na estabilidade coloidal (turbidez)

• Íons de cálcio — Precipitam oxalatos, reduzindo assim a possibilidade de turbidez por oxalato na cerveja. Aumentam a coagulação de proteínas durante a fervura do mosto com lúpulo. Reduzem a extração de silício, o que favorece a estabilidade coloidal da cerveja.
• Silicatos — Reduzem a estabilidade coloidal da cerveja devido à formação de compostos insolúveis com íons de cálcio e magnésio.
• Íons de ferro — Aceleram os processos oxidativos, causando turbidez coloidal.
• Íons de cobre — Afetam negativamente a estabilidade coloidal da cerveja, atuando como catalisadores na oxidação de polifenóis.
• Cloretos — Melhoram a estabilidade coloidal.

E quanto a isso? Na verdade, diferentes estilos de cerveja se desenvolveram em várias partes do mundo também devido à água diferente. Os cervejeiros de uma região conseguiam produzir uma cerveja de sucesso com um sabor e aroma maltado, enquanto os produtores de outra região conseguiam um excelente beverage com um perfil de lúpulo marcante — tudo porque em diferentes regiões a água era diferente, base sobre a qual uma cerveja saía melhor do que a outra. Atualmente, por exemplo, a composição da água para cerveja é considerada ideal assim:

No entanto, é claro que sempre existem desvios — e esses desvios muitas vezes determinam que a ‘Baltika 3’ de São Petersburgo não é a mesma ‘Baltika 3’ de Zaporozhye.

É bastante lógico que qualquer água usada na produção de cerveja passe por várias etapas de preparação, incluindo análise, filtração e, se necessário, ajuste da composição. Muito frequentemente, a cervejaria realiza um processo de preparação da água: a água obtida por diversos meios passa por remoção de cloro, mudança na composição mineral e ajuste da dureza e alcalinidade. É possível não se preocupar com tudo isso, mas então — e isso se a composição nominal da água for favorável — a cervejaria conseguirá fermentar apenas alguns tipos. Portanto, o controle e preparação da água são sempre realizados.

Tecnologias modernas, quando há recursos suficientes, permitem obter água com praticamente qualquer característica desejada. A fonte pode ser água potável da rede pública ou diretamente de um aquífero. Existem também casos exóticos: uma cervejaria sueca, por exemplo, fez cerveja com água residual tratada, e artesãos chilenos produzem cerveja com água coletada do nevoeiro em desertos. Mas é claro que, em uma produção em larga escala, o caro processo de tratamento da água impacta no custo final — e, possivelmente, é por isso que a já mencionada Pilsner Urquell só é produzida na República Tcheca.

Acho que isso é suficiente para a primeira parte. Se minha história for interessante, na próxima parte falaremos sobre os outros dois ingredientes essenciais da cerveja e talvez sobre um opcional, discutiremos por que a cerveja tem aromas diferentes, se existe cerveja 'clara' e 'escura', e também abordaremos as estranhas siglas OG, FG, IBU, ABV, EBC. Pode que haja mais alguma coisa ou que algo seja adiado para a terceira parte, na qual pretendo abordar brevemente a tecnologia e, em seguida, desmistificar algumas crenças errôneas sobre a cerveja, como a de que ela é 'diluída' ou 'fortificada', e também discutiremos se é seguro beber cerveja vencida.

Ou talvez haja uma quarta parte… A decisão é sua, %username%!

Fonte: habr.com