Sobre a cerveja pelos olhos de um químico. Parte 1

Olá %nomedeusuario%.

Como prometi anteriormente, estive um pouco ausente devido à minha viagem de negócios. Não, ainda não está finalizado, mas inspirou algumas reflexões que resolvi compartilhar com vocês.

Falaremos sobre cerveja.

Agora não vou discutir certas variedades, argumentar qual sabor e cor no corpo muda menos do momento do consumo até o momento... bem, você entende - eu só quero falar sobre como vejo o processo de produção, diferenças e influência da cerveja no nosso organismo do ponto de vista químico.

Muita gente acredita que a cerveja é a bebida do cidadão comum - e está muito enganada; muitos acreditam que a cerveja faz mal - e também se enganam, porém, assim como aqueles que acreditam que a cerveja não faz mal. E vamos descobrir isso também

E ao contrário dos artigos anteriores, tentarei me livrar dos longreads, mas sim dividir esta história em várias. E se em algum momento não houver interesse, simplesmente deixarei de traumatizar o cérebro do pobre leitor.

Vamos.

Fundo

A história da cerveja no mundo remonta a vários milhares de anos. As primeiras menções a ele datam do início do Neolítico. Já há 6000 mil anos, as pessoas utilizavam tecnologias que permitiam transformar o pão em uma bebida saborosa - e em geral acredita-se que a cerveja seja a bebida alcoólica mais antiga do mundo.

A história da origem da cerveja começou antes de nossa era, e os louros dos inventores pertencem aos sumérios. Sua escrita cuneiforme, descoberta por E. Huber na Mesopotâmia, continha cerca de 15 receitas desta bebida. Os residentes da Mesopotâmia usavam espelta (espelta) para fazer cerveja. Foi moído com cevada, enchido com água, acrescentadas ervas e deixado fermentar. Uma bebida foi preparada com o mosto resultante. Atenção: a cerveja de trigo foi essencialmente inventada, mas ninguém ainda havia dito nada sobre o lúpulo, ou seja, essencialmente se fabricava cerveja de gruit ou de ervas. Além disso, o malte não germinou.

O próximo marco na história da cerveja foi a civilização babilônica. Foram os babilônios que descobriram como melhorar a bebida. Eles germinaram o grão e depois o secaram para produzir malte. A cerveja feita com grãos e malte não era armazenada por mais de um dia. Para tornar a bebida mais aromática, adicionaram-se especiarias, casca de carvalho, folhas de árvores, mel - os aditivos alimentares já foram inventados então, claro, antes do Reinheitsgebot ou, como é compreensível, da lei alemã sobre a pureza da cerveja ainda tinha cerca de 5000 anos!

Gradualmente, a cerveja se espalhou pelo Antigo Egito, Pérsia, Índia e Cáucaso. Mas na Grécia Antiga não era popular porque era considerada uma bebida dos pobres. Foi aí que surgiram todos esses preconceitos.

A história da criação da cerveja desenvolveu-se desde o início da Idade Média. Este período é denominado período do segundo nascimento da cerveja. Acredita-se que isso tenha acontecido na Alemanha. O nome alemão Bier vem do antigo germânico Peor ou Bror. Embora a mesma Ale inglesa (ale) supostamente remonte etimologicamente à raiz proto-indo-europeia, presumivelmente com o significado de “intoxicação”. A origem indo-europeia da raiz é comprovada de forma convincente em comparação com o øl dinamarquês e norueguês moderno, bem como com o öl islandês (grupo de línguas germânicas, ao qual pertencia o inglês antigo) e alus - cerveja lituano e letão (grupo báltico do Indo -família europeia), ol do norte da Rússia (que significa bebida intoxicante), bem como õlu da Estônia e olut da Finlândia. Resumindo, ninguém sabe como surgiram as palavras, porque alguém errou na Antiga Babilônia - bem, agora todo mundo chama a cerveja de forma diferente. No entanto, eles cozinham de forma diferente.

Foi na Idade Média que o lúpulo começou a ser adicionado à bebida. Com seu advento, o sabor da cerveja melhorou e sua vida útil aumentou. Lembre-se, %username%: o lúpulo era principalmente um conservante para cerveja. Agora a bebida podia ser transportada e tornou-se um item comercial. Surgiram centenas de receitas e variedades de cerveja. Alguns cientistas de certas regiões acreditam que os eslavos foram os fundadores do cultivo do lúpulo, porque a produção de cerveja era difundida na Rússia já no século IX.

Aliás, na Idade Média, as light ales eram amplamente consumidas na Europa em vez de água. Até as crianças podiam comprar cerveja - e sim, era especificamente cerveja, e não kvass, como alguns acreditam. Eles beberam não porque os escuros quisessem beber até morrer, mas porque provando a água poderiam facilmente curar um monte de doenças conhecidas e ainda desconhecidas. Com o nível da medicina ao nível da banana e da parteira, era muito perigoso. Além disso, a chamada cerveja de mesa (“small ale”) também era nutritiva e ia bem à mesa de jantar em quantidades colossais, pois continha cerca de 1% de álcool. A questão lógica é “o que então matou toda a infecção?” Nós definitivamente consideraremos isso também.

O século XIX foi marcado por outro avanço na história da cerveja. Louis Pasteur descobriu pela primeira vez a relação entre fermentação e células de levedura. Ele publicou os resultados do estudo em 1876 e, 5 anos depois, em 1881, o cientista dinamarquês Emil Christian Hansen obteve uma cultura pura de levedura de cerveja, que se tornou o ímpeto para a fabricação industrial de cerveja.

Se falamos da história da cerveja sem álcool, o impulso para o seu surgimento foi a Lei Volstead de 1919, que marcou o início da era da Lei Seca nos Estados Unidos: produção, transporte e venda de bebidas alcoólicas com mais de 0,5% foi realmente proibido. Portanto, não é mais "cerveja pequena". Todas as cervejarias estavam envolvidas na produção dessas bebidas praticamente não alcoólicas à base de malte, porém, de acordo com a lei, a bebida deveria ser chamada de “bebida de cereal”, que as pessoas imediatamente apelidaram de “mulher da borracha” e “quase cerveja". Na verdade, para passar da habitual e proibida, para a nova “quase cerveja”, bastou acrescentar apenas uma etapa adicional ao processo de produção (e com certeza nos lembraremos dela), o que não aumentou muito o custo do produto final e permitiu o retorno mais rápido possível à produção da bebida tradicional: “Acho que este será um momento glorioso para a cerveja”, disse o presidente dos EUA, Franklin Roosevelt, ao assinar a Lei Cullen-Harrison em 22 de março, 1933, que permitiu aumentar o teor de álcool nas bebidas para 4%. A lei entrou em vigor no dia 7 de abril e, portanto, desde então esta data é o Dia Nacional da Cerveja nos EUA! Dizem que já no dia 6 de abril os americanos faziam fila em bares, e quando soou a querida meia-noite, então... Resumindo, as estatísticas dizem que só no dia 7 de abril foram bebidos um milhão e meio de barris de cerveja nos Estados Unidos Estados. Você tomou um copo de cerveja no dia 7 de abril, %username%?


A propósito, se você estiver interessado, em uma das partes a seguir contarei sobre uma lei de proibição ainda mais severa - e esta não é nem a URSS, mas a Islândia.

Atualmente, a cerveja não é produzida exceto na Antártica – embora isso não seja certo. Existem dezenas de categorias e centenas de estilos - e se estiver interessado, você pode ler suas descrições aqui. A cerveja está longe de ser tão simples como se pensa; o custo de uma garrafa pode por vezes exceder o custo de uma caixa de vinho - e não estou a falar do vinho Chateau de la Paquette.

Portanto, %username%, se você abriu uma garrafa de cerveja enquanto lia, encha-se de respeito e continue lendo.

Ingredientes

Antes de vermos em que consiste a cerveja, vamos relembrar brevemente a tecnologia de produção desta bebida.

A cerveja – como tantas coisas neste mundo – é produto de uma combustão incompleta. Na verdade, a fermentação - o processo pelo qual provamos este prazer, bem como a sua capacidade de ler estas linhas, %username% - é um produto da combustão incompleta dos açúcares, só que no caso da cerveja os açúcares são queimados não em seu cérebro, mas na cadeia metabólica da levedura.
Como acontece com qualquer combustão, os produtos são dióxido de carbono e água – mas lembra que eu disse “incompleto”? E de fato: na produção de cerveja, o fermento não pode comer demais (embora isso não seja totalmente correto, mas é bom para uma compreensão geral do quadro) - e portanto, além do dióxido de carbono, também se forma álcool.

Como o alimento não é açúcar puro, mas uma mistura de vários compostos, o produto não é apenas dióxido de carbono, água e álcool - mas um buquê completo, por isso existem essas mesmas cervejas. Agora falarei sobre alguns dos principais ingredientes e também desmascararei alguns mitos sobre a cerveja ao longo do caminho.

Água.

Lembrando que, afinal, sou um químico, mudarei para uma linguagem química enfadonha.

A cerveja é uma solução aquosa de extrativos de malte que não sofreram alterações durante a fermentação e pós-fermentação da cerveja, álcool etílico e substâncias aromatizantes, que são metabólitos secundários da levedura ou provenientes do lúpulo. A composição das substâncias extrativas inclui carboidratos não fermentados (α- e β-glucanos), substâncias fenólicas (antocianogênios, oligo e polifenóis), melanoidinas e caramelos. Seu conteúdo na cerveja, dependendo da fração mássica de substâncias secas no mosto inicial, da composição do mosto, dos modos tecnológicos de fermentação e das características da cepa de levedura, varia de 2,0 a 8,5 g/100 g de cerveja. Os mesmos indicadores de processo estão associados ao teor de álcool, cuja fração mássica na cerveja pode variar de 0,05 a 8,6%, e às substâncias aromatizantes (álcoois superiores, éteres, aldeídos, etc.), cuja síntese depende da composição do mosto e, especialmente, dos modos de fermentação e da natureza da levedura. Via de regra, para cerveja fermentada com levedura inferior, a concentração de produtos secundários do metabolismo da levedura não excede 200 mg/l, enquanto para cerveja fermentada superior seu nível excede 300 mg/l. Uma proporção ainda menor na cerveja é composta por substâncias amargas do lúpulo, cuja quantidade na cerveja não excede 45 mg/l.

Tudo isso é muito chato, os números podem até diferir mais ou menos, mas você entendeu: tudo isso é muito pouco comparado ao teor de água da cerveja. Assim como você, %username%, a cerveja contém cerca de 95% de água. Não é surpresa que a qualidade da água tenha impacto direto na cerveja. E aliás, esse é um dos motivos pelos quais um mesmo tipo de cerveja, produzida por fábricas diferentes em locais diferentes, pode ter sabores diferentes. Um exemplo específico e provavelmente o mais famoso é a Pilsner Urquell, que uma vez tentaram fabricar em Kaluga, mas não deu certo. Agora esta cerveja é produzida apenas na República Checa devido à sua água macia especial.

Nenhuma cervejaria produzirá cerveja sem primeiro testar a água com a qual trabalhará - a qualidade da água é muito importante para o produto final. Os principais atores nesse sentido são os mesmos cátions e ânions que você vê em uma garrafa de qualquer refrigerante - apenas os níveis são controlados não na faixa de “50-5000” mg/l, mas com muito mais precisão.

Vamos descobrir o que afeta a composição da água?

Bem, antes de mais nada, a água deve obedecer às Normas e Regulamentações Sanitárias e, portanto, descartamos imediatamente metais pesados ​​​​e outras coisas tóxicas - essa porcaria não deveria estar na água. As principais restrições à água utilizada diretamente na produção de cerveja (durante a mosturação) dizem respeito a indicadores como o valor do pH, a dureza, a relação entre as concentrações de íons cálcio e magnésio, que não são regulamentados de forma alguma na água potável. A água para fabricação de cerveja deve conter significativamente menos íons de ferro, silício, cobre, nitratos, cloretos e sulfatos. Os nitritos, que são toxinas fortes para o fermento, não são permitidos na água. A água deve conter duas vezes menos componentes minerais (resíduo seco) e 2,5 vezes menos DQO (demanda química de oxigênio - oxidabilidade). Ao avaliar a adequação da água para a fabricação de cerveja, foi introduzido um indicador como a alcalinidade, que não está incluído nas normas para água potável.

Além disso, requisitos adicionais se aplicam à água usada para ajustar a fração mássica de sólidos e álcool na fabricação de cerveja em alta gravidade. Esta água deve, em primeiro lugar, ser microbiologicamente pura e, em segundo lugar, desaerada (ou seja, praticamente não conter oxigênio solúvel em água) e conter ainda menos íons de cálcio e bicarbonatos em comparação com a água recomendada para a fabricação de cerveja em geral. O que é cerveja em alta gravidade?Se você não sabia, a tecnologia de fabricação de cerveja de alta densidade é que, para aumentar a produtividade da cervejaria, o mosto é fabricado com uma fração mássica de substâncias secas que é 4...6% maior que a fração mássica de substâncias secas na cerveja acabada. A seguir, esse mosto é diluído em água até a fração mássica desejada de substâncias secas, seja antes da fermentação, ou na cerveja acabada (sim, a cerveja é diluída - mas isso é só na fábrica, e falarei sobre isso mais tarde). Ao mesmo tempo, para obter uma cerveja que não difira em sabor da cerveja obtida com tecnologia clássica, não é recomendado aumentar o extrato do mosto inicial em mais de 15%.

É extremamente importante manter o pH correto da água - não estou falando agora do sabor da cerveja acabada, mas do processo de fermentação do mosto (aliás, como foi constatado, isso não afeta o sabor - você simplesmente não sentirá uma diferença tão sutil). O fato é que a atividade das enzimas que a levedura utiliza para se alimentar depende do pH. O valor ideal é 5,2..5,4, mas às vezes esse valor é aumentado para aumentar o amargor. O valor do pH afeta a intensidade dos processos metabólicos nas células de levedura, o que se reflete no coeficiente de crescimento da biomassa, na taxa de crescimento celular e na síntese de metabólitos secundários. Assim, em ambiente ácido forma-se principalmente álcool etílico, enquanto em ambiente alcalino intensifica-se a síntese de glicerol e ácido acético. O ácido acético afeta negativamente o processo de reprodução da levedura e, portanto, deve ser neutralizado ajustando o pH durante o processo de fermentação. Para diferentes “alimentos” pode haver diferentes valores de pH ideais: por exemplo, 4,6 é necessário para o metabolismo da sacarose e 4,8 para a maltose. O pH é um dos principais fatores na formação dos ésteres, dos quais falaremos mais tarde e que criam aqueles aromas frutados na cerveja.

Ajustar o pH é sempre um equilíbrio de carbonatos e bicarbonatos na solução, são eles que determinam esse valor. Mas mesmo aqui nem tudo é tão simples, porque além dos ânions também existem cátions.

Na fabricação de cerveja, os cátions minerais que constituem a água são divididos em quimicamente ativos e quimicamente inativos. Todos os sais de cálcio e magnésio são cátions quimicamente ativos: assim, a presença de cálcio e magnésio (e, a propósito, sódio e potássio) no contexto de um alto teor de carbonatos aumenta o pH, enquanto cálcio e magnésio (aqui já existe sódio e potássio no ar) - mas em colaboração com sulfatos e cloretos, baixam o pH. Brincando com as concentrações de cátions e ânions, você pode atingir a acidez ideal do meio. Ao mesmo tempo, os cervejeiros amam mais o cálcio do que o magnésio: em primeiro lugar, o fenômeno da floculação da levedura está associado ao íon cálcio e, em segundo lugar, quando a dureza temporária é removida pela fervura (é como em uma chaleira), o carbonato de cálcio precipita e pode ser removido, enquanto o carbonato de magnésio precipita lentamente e, quando a água esfria, se dissolve parcialmente novamente.

Mas, na verdade, o cálcio e o magnésio são apenas pequenas coisas. Para não sobrecarregar o artigo, simplesmente reunirei alguns dos efeitos das impurezas iônicas na água sobre vários fatores de produção e qualidade da cerveja.

Efeito no processo de fermentação

• Íons de cálcio - Estabilizam a alfa-amilase e aumentam sua atividade, resultando em maior rendimento do extrato. Aumentam a atividade das enzimas proteolíticas, devido a isso aumenta o teor de nitrogênio total e α-amina no mosto.
• É determinado o nível de redução do pH do mosto durante a mosturação, fervura do mosto com lúpulo e fermentação. A floculação de levedura é determinada. A concentração ideal de íons é de 45-55 mg/l de mosto.
• Íons de magnésio - parte das enzimas da glicólise, ou seja, necessário tanto para a fermentação quanto para a propagação da levedura.
• Íons de potássio - estimulam a reprodução de leveduras, fazem parte de sistemas enzimáticos e ribossomos.
• Íons de ferro - Efeito negativo nos processos de mosturação. Concentrações superiores a 0,2 mg/l podem causar degeneração de leveduras.
• Íons manganês - Incluídos como cofator em enzimas de levedura. O conteúdo não deve exceder 0,2 mg/l.
• Íons de amônio - Podem estar presentes apenas em águas residuais. Absolutamente inaceitável.
• Íons de cobre - Em concentrações superiores a 10 mg/l - tóxicos para leveduras. Pode ser um fator mutagênico para leveduras.
• Íons de zinco - Na concentração de 0,1 - 0,2 mg/l, estimulam a proliferação de leveduras. Em altas concentrações inibem a atividade da α-amilase.
• Cloretos - Reduz a floculação de leveduras. A uma concentração superior a 500 mg/l, o processo de fermentação é retardado.
• Hidrocarbonatos - Em concentrações elevadas levam ao aumento do pH e consequentemente à diminuição da atividade das enzimas amilolíticas e proteolíticas, reduzindo o rendimento do extrato. e contribuem para aumentar a cor do mosto. A concentração não deve exceder 20 mg/l.
• Nitratos - Encontrados em efluentes em concentrações superiores a 10 mg/l. Na presença de bactérias da família Enterbacteriaceae, forma-se íon nitrito tóxico.
• Silicatos - Reduzem a atividade fermentativa em concentrações superiores a 10 mg/l. Os silicatos vêm principalmente do malte, mas às vezes, especialmente na primavera, a água pode ser a razão do seu aumento na cerveja.
• Fluoretos - Até 10 mg/l não tem efeito.

Influência no sabor da cerveja

• Íons de cálcio - Reduzem a extração de taninos, que conferem à cerveja um amargor forte e sabor adstringente. Reduz a utilização de substâncias amargas do lúpulo.
• Íons de magnésio - Conferem um sabor amargo à cerveja, que é sentido em concentrações superiores a 15 mg/l.
• Íons de sódio - Em concentrações superiores a 150 mg/l, provocam sabor salgado. Em concentrações de 75...150 mg/l - reduzem a plenitude do sabor.
• Sulfatos - Conferem adstringência e amargor à cerveja, causando sabor residual. Na concentração superior a 400 mg/l, conferem à cerveja um “sabor seco” (olá, Guiness Draft!). Pode preceder a formação de sabores e odores sulfurosos associados à atividade de infectar microrganismos e leveduras.
• Silicatos - Afetam indiretamente o sabor.
• 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 sutil e doce (sim, sim, mas se não houver sódio). Com uma concentração iônica de cerca de 300 mg/l, aumentam a plenitude do sabor da cerveja e conferem-lhe sabor e aroma de melão.
• Íons de ferro - Quando o teor da cerveja é superior a 0,5 mg/l, aumentam a cor da cerveja e surge espuma marrom. Dá à cerveja um sabor metálico.
• Íons de manganês - Semelhante ao efeito dos íons de ferro, mas muito mais forte.
• Íons de cobre - afetam negativamente a estabilidade do sabor. Suaviza o sabor sulfuroso da cerveja.

Efeito na estabilidade coloidal (turbidez)

• Íons de cálcio - Precipitam oxalatos, reduzindo assim a possibilidade de turvação do oxalato na cerveja. Eles aumentam a coagulação das proteínas ao ferver o mosto com lúpulo. Reduzem a extração de silício, o que tem um efeito benéfico na estabilidade coloidal da cerveja.
• Silicatos - Reduzem a estabilidade coloidal da cerveja devido à formação de compostos insolúveis com íons cálcio e magnésio.
• Íons de ferro - Aceleram os processos oxidativos e causam turbidez coloidal.
• Íons de cobre - Afetam negativamente a estabilidade coloidal da cerveja, atuando como catalisador para a oxidação dos polifenóis.
• Cloretos - Melhoram a estabilidade coloidal.

Bem, como é? Na verdade, diferentes estilos de cerveja foram formados em diferentes partes do mundo graças, entre outras coisas, a diferentes águas. Os cervejeiros de uma área produziam cervejas de sucesso com forte sabor e aroma de malte, enquanto os cervejeiros de outra produziam excelentes cervejas com um perfil notável de lúpulo – tudo porque diferentes regiões tinham águas diferentes que tornavam uma cerveja melhor que outra. Agora, por exemplo, a composição da água para cerveja é considerada ótima nesta forma:

No entanto, é claro que sempre há desvios - e esses desvios muitas vezes determinam que “Baltika 3” de São Petersburgo não é de forma alguma “Baltika 3” de Zaporozhye.

É lógico que qualquer água utilizada na produção de cerveja passe por diversas etapas de preparo, incluindo análise, filtração e, se necessário, ajuste de composição. Muitas vezes, uma cervejaria realiza um processo de preparação de água: a água obtida de uma forma ou de outra sofre remoção de cloro, alterações na composição mineral e ajuste de dureza e alcalinidade. Você não precisa se preocupar com tudo isso, mas então - e somente se tiver sorte com a composição nominal da água - a cervejaria só poderá produzir algumas variedades. Portanto, o monitoramento e a preparação da água são SEMPRE realizados.

As tecnologias modernas, com recursos suficientes, permitem obter água com quase todas as características desejadas. A base pode ser água de torneira municipal ou água extraída diretamente de fonte artesiana. Há também casos exóticos: uma cervejaria sueca, por exemplo, fabricava cerveja a partir de águas residuais tratadas, e artesãos chilenos fabricam cerveja usando água coletada da neblina do deserto. Mas é claro que na produção em massa, o caro processo de tratamento da água afeta o custo final - e talvez seja por isso que a já mencionada Pilsner Urquell não é produzida em nenhum outro lugar, exceto em casa, na República Tcheca.

Acho que isso é suficiente para a primeira parte. Se minha história for interessante, na próxima parte falaremos sobre mais dois ingredientes obrigatórios da cerveja, e talvez um opcional, discutiremos por que a cerveja tem cheiro diferente, se existe “claro” e “escuro”, e toque também nas letras estranhas OG, FG, IBU, ABV, EBC. Talvez haja algo mais, ou talvez algo não aconteça, mas aparecerá na terceira parte, na qual pretendo passar brevemente pela tecnologia, e depois lidar com os mitos e equívocos sobre a cerveja, inclusive que ela é “ diluída” e “fortificada”, também falaremos se você pode beber cerveja vencida.

Ou talvez haja uma quarta parte... A escolha é sua, %username%!

Fonte: www.habr.com