🥇Despre bere prin ochii unui chimist. Partea 1

Bună, %username%.

Așa cum am promis anterior, am dispărut puțin din cauza delegației mele. Nu, aceasta nu s-a încheiat încă, dar mi-a inspirat câteva gânduri pe care am decis să le împărtășesc cu tine.

Discuția va fi despre bere.

Nu voi pleda acum pentru anumite tipuri, nu voi argumenta despre cum gustul și culoarea se schimbă în organism de la momentul consumului până la… bine, ai înțeles – vreau doar să discut despre cum percep eu procesul de producție, diferențele și influențele berii asupra organismului nostru din perspectiva chimiei.

Mulți cred că berea este băutura oamenilor obișnuiți – și se înșală, mulți cred că berea este dăunătoare – și iarăși se înșală, la fel ca și cei care consideră că berea nu este dăunătoare. Și vom analiza și acest aspect.

Și spre deosebire de articolele anterioare – încerc să evit lungile citiri, ci mai bine voi împărți această poveste în mai multe părți. Și, dacă nu va exista interes într-o anumită etapă – voi înceta pur și simplu să îmi traumatizez cititorul.

Așadar, să începem.

Istoricul subiectului

Istoria berii în lume se întinde pe câteva mii de ani. Primele mențiuni despre ea datează din epoca timpurie a neoliticului. Cu 6000 de ani în urmă, oamenii foloseau tehnologii care permiteau transformarea pâinii într-o băutură aromatică – și se consideră că berea este cea mai veche băutură alcoolică din lume.

Istoria originilor berii a început încă dinainte de era noastră, iar laudele inventatorilor le aparțin sumerienilor. Scrierea lor cuneiformă, descoperită de E. Huber în Mesopotamia, conținea aproximativ 15 rețete ale acestei băuturi. Locuitorii dintre râuri foloseau spelta pentru a prepara bere. O măcinau cu orzul, adăugau apă, plante și lăsau să fermenteze. Pe baza mustului obținut se făcea băutura. Observă: de fapt a fost inventată berea de grâu, dar despre hamei nu se știa încă nimic, deci de fapt se pregătea un gruit sau bere din plante. În această situație, malțul nu era germinat.

Următoarea etapă în istoria apariției berii a fost civilizația babiloniană. Exact babilonienii au inventat cum să îmbunătățească băutura. Ei germinau boabele, apoi le usucau, obținând malț. Berea pe bază de cereale și malț era păstrată nu mai mult de o zi. Pentru a face băutura mai aromată, au adăugat condimente, scoarță de stejar, frunze de copaci, miere — deja atunci s-au inventat aditivii alimentari, cu atât mai mult cu cât mai erau aproximativ 5000 de ani până la Reinheitsgebot sau, pe înțelesul tuturor — legea germană a purității berii!

În timp, berea s-a răspândit în Egiptul antic, Persia, India și pe Caucaz. Totuși, în Grecia antică nu era populară, deoarece era considerată băutura sărăcimii. Atunci au apărut toate aceste prejudecăți.

Istoria creării berii a evoluat odată cu începutul Evului Mediu. Această perioadă este numită perioada a celei de-a doua nașteri a berii. Se consideră că a avut loc în Germania. Denumirea germană Bier provine din vechiul germanic Peor sau Bror. Cu toate acestea, același cuvânt englezesc Ale (bere) se pare că are rădăcini etimologice în rădăcina proto-indo-europeană, presupus cu semnificația „îmbătare”. Originea indo-europeană a rădăcinii este demonstrată convingător în comparație cu danezul și norvegianul modern øl, precum și cu islandezul öl (grupa germanică de limbi, din care făcea parte și vechiul englez) și letonul și lituanianul alus — bere (grupa baltică a familiei indo-europene), precum și cu cuvântul nord-rus ol (în sensul de băutură alcoolică) și cu estona õlu și finlandezul olut. Pe scurt, nimeni nu știe cum au apărut cuvintele, pentru că cineva a greșit în Babilonul antic — și acum fiecare numește berea în mod diferit. Totuși, și o fabrică de bere diferă.

Anume în Evul Mediu s-a început adăugarea hameiului în băutură. Odată cu apariția lui, calitatea gustativă a berii s-a îmbunătățit, iar termenul de păstrare a devenit mai lung. Amintește-ți, %username%: hameiul a fost în primul rând un conservant pentru bere. Acum băutura putea fi transportată și a devenit un obiect de comerț. Au apărut sute de rețete și varietăți de bere. Unele studii din regiuni bine cunoscute consideră că slavi au fost cei care au cultivat hameiul, deoarece în Rusia, deja în secolul IX, fabricarea berii era pe larg răspândită.

De altfel, în Evul Mediu, berile ușoare erau consumate pe scară largă în Europa, în loc de apă. Chiar și copiii își permiteau să bea o bere — și da, era vorba despre bere reală, nu kvass, cum cred unii. Nu se bea pentru că erau întunecați și voiau să se îmbete, ci pentru că gustând apă se putea ușor să se moară din cauza unei multitudini de boli cunoscute și necunoscute. Cu un nivel de medicină echivalent cu cel al unei urzici și al unei moașe — acest lucru era mult prea periculos. În plus, așa-numita bere de masă („small ale”) era și nutritivă și se potrivea excelent cu masa, consumată în cantități colosale, deoarece conținea aproximativ 1% alcool. O întrebare firească ar fi „ce anume omora atunci toată infecția?” aceasta o vom discuta cu siguranță.

Secolul XIX a marcat o nouă revoluție în istoria apariției berii. La început, Louis Pasteur a descoperit legătura între fermentare și celulele de drojdie. El a publicat rezultatele cercetărilor în 1876, iar cinci ani mai târziu, în 1881, savantul danez Emil Christian Hansen a obținut o cultură pură de drojdii de bere, ceea ce a reprezentat un impuls pentru industria berii.

Dacă vorbim despre istoria berii fără alcool, impulsul pentru apariția acesteia a fost oferit de Legea Volstead din 1919, care a marcat începutul epocii prohibiției în SUA: de fapt, producerea, transportul și vânzarea băuturilor alcoolice cu o tărie mai mare de 0,5% erau interzise. Așadar, aceasta nu mai era nici măcar „small ale”. Toate companiile de bere au început producția acestor băuturi practic fără alcool pe bază de cereale, dar din cauza legii, băutura a fost nevoită să fie numită „băutură cereală”, pe care poporul a poreclit-o imediat „femeia cauciucată” sau „bere aproape” („near beer”). De fapt, pentru a trece de la berea obișnuită, interzisă, la noua „bere aproape”, era suficient să se adauge un singur pas suplimentar în procesul de producție (și ne vom aminti obligatoriu despre acesta), ceea ce nu a crescut prea mult costul final al produsului și a permis revenirea rapidă la producția de băutură tradițională: „Cred că acesta va fi un timp măreț pentru bere”, a spus președintele american Franklin Roosevelt, semnând Legea Cullen-Harrison pe 22 martie 1933, care a permis creșterea tăriei în băuturi la 4%. Legea a intrat în vigoare pe 7 aprilie, astfel încât această dată este de atunci Ziua Națională a Berii în SUA! Se spune că deja pe 6 aprilie, americanii stăteau la coadă în baruri, iar când a lovit miezul nopții... Statisticile spun că doar pe 7 aprilie în SUA au fost consumate o jumătate de milion de butoaie de bere. Și tu ai băut o halbă de bere pe 7 aprilie, %username%?

Apropo, dacă te interesează — în una dintre părțile următoare voi povesti despre un alt legiuit mai sever — și aceasta nu este nici măcar URSS, ci Islanda.

În prezent, berea nu este fabricată doar în Antarctica — deși nu este exact. Există zeci de categorii și sute de stiluri — și dacă ești interesat, poți citit despre descrierile lor. aici. Berea nu este deloc atât de simplă cum se crede, prețul unei sticle poate depăși uneori prețul unui caz de vin — și acum vorbesc nu despre vinul din sortimentul „Château de la Paquet”.

Așa că, %username%, dacă acum, citind, ai deschis o sticlă de bere — să te încarci cu respect și să continui să citești mai departe.

Ingrediente

Înainte de a discuta despre ce conține berea, să ne amintim pe scurt tehnologia de producție a acestei băuturi.

Bere – ca și multe altele în această lume – este un produs al unei ardere incomplete. De fapt, fermentația este procesul prin care ne bucurăm de această plăcere, la fel cum și abilitatea ta, %username%, de a citi aceste rânduri este tot un rezultat al arderei incomplete a zaharurilor; doar că, în cazul berii, zaharurile nu se ard în mintea ta, ci în metabolismul drojdiilor.
Așa cum se întâmplă în urma oricărei ardere, produsele rezultate sunt dioxidul de carbon și apa – dar îți amintești că am spus „incomplet”? Și, într-adevăr: în producția de bere, drojdiile nu sunt lăsate să se supraalimenteze (deși nu este complet corect, dar este potrivit pentru o înțelegere generală) – așa că, pe lângă dioxidul de carbon, se produce și alcool.

Având în vedere că hrana nu constă în zahăr pur, ci într-o amestecare a celor mai diverse compuși – produsul rezultat nu este doar dioxid de carbon, apă și alcool – ci un adevărat buchet, din care derivă aceste beri. Acum voi vorbi despre câțiva dintre ingredientele de bază și, de asemenea, voi demonta unele mituri despre bere.

Apă.

Amintindu-mi că sunt totuși chimist, voi trece la un limbaj chimic plictisitor.

Bere reprezintă o soluție apoasă de substanțe extractive din malț, care nu au suferit modificări în timpul fermentației și maturării berii, alcool etilic și substanțe aromatice, ce sunt fie metabolite secundare ale drojdiilor, fie provin din hamei. Compoziția substanțelor extractive include carbohidrați nefermentați (α- și β-glucani), substanțe fenolice (antocianogene, oligo- și polifenoli), melanoidine și carameluri. Conținutul acestora în bere variază între 2,0 și 8,5 g/100 g de bere, în funcție de procentul de substanțe uscate în mustul inițial, compoziția mustului, regimurile tehnologice de fermentație și trăsăturile specifice ale drojdiilor. Aceste valori sunt corelate cu conținutul de alcool, care poate varia între 0,05 și 8,6%, și cu substanțele aromatice (alcooli superiori, esteri, aldehide și altele), sinteza căror depinde atât de compoziția mustului, cât și, în special, de regimurile de fermentație și natura drojdiilor. În general, pentru berea fermentată cu drojdii de fermentație inferioară, concentrația produselor secundare de metabolism ale drojdiilor nu depășește 200 mg/l, în timp ce pentru berea de fermentație superioară, nivelul acestora depășește 300 mg/l. O proporție și mai mică în bere o constituie substanțele amare din hamei, cantitatea cărora în bere nu depășește 45 mg/l.

Toate acestea sunt foarte plictisitoare, cifrele pot varia în sus și în jos, dar esența a fost înțeleasă: toate acestea sunt foarte puține în comparație cu conținutul de apă din bere. Aproape ca și tine, %username%, berea este compusă în proporție de aproximativ 95% din apă. Nu este surprinzător că calitatea apei influențează berea în mod direct. Și, de fapt, aceasta este una dintre cauzele pentru care aceeași sortiment de bere, produs de fabrici diferite în locuri diferite, poate avea gusturi diferite. Un exemplu concret și, probabil, cel mai cunoscut este Pilsner Urquell, care a fost odată fabricat în Kaluga, dar nu a avut succes. Acum, această bere este produsă doar în Cehia din cauza apei sale moale specifice.

Nicio fabrică de bere nu va produce bere fără a verifica mai întâi apa cu care va lucra – calitatea apei este prea importantă pentru produsul final. Principalele elemente în acest sens sunt aceleași cationi și anioni pe care îi vezi pe eticheta oricărei băuturi carbogazoase – doar că nivelurile sunt controlate nu în intervalul „50-5000” mg/l, ci mult mai precis.

Să înțelegem, ce influențează compoziția apei?

În primul rând, apa trebuie să respecte SanPiN, așa că imediat excludem metalele grele și alte substanțe toxice — această mizerie nu ar trebui să fie deloc în apă. Principalele restricții pentru apa utilizată în producția de bere (în timpul amestecării) se referă la parametrii precum valoarea pH-ului, duritatea, proporția dintre concentrațiile ionilor de calciu și magneziu, care în apa potabilă nu este de fapt reglementată. De asemenea, apa pentru fabricarea berii ar trebui să conțină semnificativ mai puțini ioni de fier, siliciu, cupru, nitrați, cloruri și sulfati. Prezența nitriților în apă, care sunt toxine puternice pentru drojdie, nu este permisă. Cantitatea de componente minerale (reziduu uscat) din apă trebuie să fie de două ori mai mică iar indicele COD (consumul chimic de oxigen – oxidabilitate) să fie cu 2,5 ori mai mic. În evaluarea adecvării apei pentru fabricarea berii, s-a introdus un indicator, și anume alcalinitatea, care nu este prezent în normativele pentru apa potabilă.

În plus, există cerințe suplimentare pentru apa care este utilizată pentru ajustarea proporției de substanțe uscate și alcool în fabricarea berii de înaltă densitate (high-gravity brewing). Această apă trebuie să fie, în primul rând, microbiologic pură, iar în al doilea rând, deprivată de aer (adică să nu conțină practic oxigen dizolvat în apă) și să conțină și mai puțini ioni de calciu și bicarbonate comparativ cu apa recomandată pentru fabricarea berii în general. Ce este fabricarea berii de înaltă densitate?Dacă nu știai, tehnologia de fabricare a berii cu densitate înaltă constă în faptul că, pentru a crește eficiența secției de fierbere, se prepară must cu o fracție de substanțe uscate cu 4…6% mai mare decât fracția de substanțe uscate a berii gata. Apoi, acest must se diluează cu apă până la fracția dorită de substanțe uscate, fie înainte de fermentare, fie cu berea deja gata (da, berea se diluează — dar asta se întâmplă doar în fabrică, despre care voi povesti mai târziu). În acest context, pentru a obține o bere care să nu se deosebească prin gust de berea obținută prin tehnologia clasică, nu se recomandă creșterea extracției mustului inițial cu mai mult de 15%.

Este extrem de important să menținem pH-ul corect în apă — vorbesc acum despre procesul de fermentare a mustului, nu despre gustul berii gata (aproape că nu influențează gustul — pur și simplu nu vei simți o astfel de diferență fină). Asta deoarece pH-ul afectează activitatea enzimelor pe care drojdia le folosește pentru a se hrăni. Valoarea optimă este considerată a fi între 5,2 și 5,4, dar uneori se mută spre o valoare mai mare pentru a crește amăreala. Valoarea pH-ului influențează intensitatea proceselor metabolice din celulele de drojdie, ceea ce se reflectă în coeficientul de creștere a biomasei, viteza de creștere a celulelor și sinteza metabolizilor secundari. Astfel, într-un mediu acid se formează în principal alcool etilic, în timp ce într-un mediu alcalin se intensifică sinteza glicerolului și a acidului acetic. Acidul acetic are un impact negativ asupra procesului de reproducere a drojdiei, așa că trebuie neutralizat, corectând pH-ul în timpul fermentării. Pentru diferite „alimente” poate exista o valoare optimă diferită a pH-ului: de exemplu, pentru metabolismul zaharozei este nevoie de 4,6, iar pentru maltază – 4,8. pH-ul este unul dintre principalii factori în formarea esterilor complecși, despre care vom vorbi mai târziu și care conferă acele arome fructate berii.

Corectarea pH-ului presupune întotdeauna un echilibru între carbonati și bicarbonati în soluție, acestea determinând acea valoare. Dar aici nu este totul atât de simplu, deoarece pe lângă anioni există și cationi.

În fabricarea berii, cationii minerali care fac parte din apă sunt împărțiți în cationi chimic activi și chimic inactivi. Cationii chimic activi sunt toate sărurile de calciu și magneziu: astfel, prezența calciului și a magneziului (de altfel și a sodiului cu potasiul) pe fundalul unei concentrații mari de carbonati crește pH-ul, în timp ce calciul și magneziul (în acest caz sodiul și potasiul nu au efect) – dar în asociere cu sulfati și cloruri scad pH-ul. Jucându-ne cu concentrațiile de cationi și anioni, putem obține valoarea optimă a acidității mediului. În această privință, berarii preferă calciul față de magneziu: în primul rând, cu ionul de calciu este asociat un fenomen numit flocularea drojdiilor, iar în al doilea rând – prin eliminarea durității temporare prin fierbere (așa cum se întâmplă în ceainic), carbonatul de calciu se precipită și poate fi eliminat, în timp ce carbonatul de magneziu se precipită lent și la răcirea apei se dizolvă din nou parțial.

Dar, de fapt, calciul și magneziul sunt doar începutul. Pentru a nu supraaglomera articolul, voi rezuma împreună unele influențe ale impurităților ionice din apă asupra diverselor factori de producție și calitate a berii.

Influența asupra procesului de fabricare a berii

Ionii de calciu – Stabilizează alfa-amilaza și îi cresc activitatea, ceea ce duce la o creștere a extracției. Cresc activitatea enzimelor proteolitice, astfel că se îmbunătățește conținutul de azot total și α-aminic din must.
Determină nivelul de scădere a pH-ului mustului în timpul măcinării, fierberii mustului cu hamei și fermentării. Determină flocularea drojdiilor. Concentrația optimă este de 45-55 mg/l de must.
Ionii de magneziu – Fac parte din structura enzimelor glicolizei, adică sunt necesari atât pentru fermentare, cât și pentru înmulțirea drojdiilor.
Ionii de potasiu – Stimulează înmulțirea drojdiilor, fac parte din sistemele enzimelor și ribozomilor.
Ionii de fier – Au un efect negativ asupra proceselor de măcinare. La concentrații mai mari de 0,2 mg/l pot cauza degenerarea drojdiilor.
Ionii de mangan – Acționează ca cofactori în enzimile drojdiilor. Conținutul nu trebuie să depășească 0,2 mg/l.
Ionii de amoniu – Pot apărea doar în ape uzate. Total inacceptabili.
Ionii de cupru – La concentrații mai mari de 10 mg/l sunt toxici pentru drojdii. Pot fi un factor mutagen pentru drojdii.
Ionii de zinc — La o concentrație de 0,1 – 0,2 mg/l stimulează reproducerea drojdiei. La concentrații mari, inhibă activitatea α-amilazei.
Clorurile — Reduc flocularea drojdiei. La o concentrație mai mare de 500 mg/l, încetinesc procesul de fermentare.
Hidrogenocarbonatul — La concentrații mari, conduce la creșterea pH-ului și, prin urmare, la scăderea activității enzimelor amilolitice și proteolitice, reduce extracția. și contribuie la creșterea colorării mustului. Concentrația nu trebuie să depășească 20 mg/l.
Nitrații — La concentrații mai mari de 10 mg/l, se găsesc în deverse. În prezența bacteriilor din familia Enterobacteriaceae, se formează ionul nitrit toxic.
Silicat — Reduc activitatea fermentării la o concentrație mai mare de 10 mg/l. Silicatii provin în mare parte din malț, dar uneori, în special primăvara, apa poate cauza creșterea lor în bere.
Fluorurile — Până la 10 mg/l nu au impact.

Impactul asupra gustului berii

Ionii de calciu — Reduc extracția taninilor, care conferă berii un gust aspru și astringent. Reduc utilizarea substanțelor amare din hamei.
Ionii de magneziu — Conferă berii un gust amar, care devine perceptibil la o concentrare mai mare de 15 mg/l.
Ionii de sodiu — La concentrații mai mari de 150 mg/l, conferă un gust sărat. La concentrații de 75…150 mg/l, reduc plinătatea gustului.
Sulfatii — Conferă berii o astringență și amăreală, determină dupăgustul. La o concentrație mai mare de 400 mg/l, conferă berii un „gust uscat” (bun venit, Guiness Draught!). Pot precede formarea gusturilor și mirosurilor sulfuroase legate de activitatea microorganismelor infectante și drojdiilor.
Silicatii — Afectează gustul indirect.
Nitrații — Afectează negativ procesul de fermentare la o concentrație mai mare de 25 mg/l. Posibilitatea formării nitrozaminelor toxice.
Clorurile — Conferă berii un gust mai fin și dulce (da-da, dar numai dacă nu sunt prezenți sodium). La o concentrație de ionii de aproximativ 300 mg/l, cresc plinătatea gustului berii și îi conferă un gust și aromă de pepene.
Ionii de fier — La o concentrație mai mare de 0,5 mg/l, cresc culoarea berii și apare spuma maronie. Conferă berii un gust metalic.
Ionii de mangan — Similar cu influența ionilor de fier, dar mult mai puternică.
Ionii de cupru - Au un impact negativ asupra stabilității gustului. Ameliorează gustul sulfurat al berii.

Influența asupra stabilității coloidale (turbiditate)

Ionii de calciu - Precipită oxalații, ceea ce reduce posibilitatea apariției turburației oxalate în bere. Crește coagularea proteinelor în timpul fierberii mustului cu hamei. Reduce extracția siliciului, ceea ce are un efect favorabil asupra stabilității coloidale a berii.
Silicații - Reduc stabilitatea coloidală a berii prin formarea de compuși insolubili cu ionii de calciu și magneziu.
Ionii de fier - Accelerază procesele oxidative, provocând turburație coloidală.
Ionii de cupru - Au un impact negativ asupra stabilității coloidale a berii, acționând ca un catalizator pentru oxidarea polifenolilor.
Clorurile - Îmbunătățesc stabilitatea coloidală.

Dar cum stau lucrurile? În realitate, diferite stiluri de bere s-au format în colțuri diferite ale lumii, și în parte datorită apei diferite. Berarii dintr-o anumită zonă reușeau să obțină bere bună cu un gust și un miros de malț pronunțat, în timp ce producătorii din alta produceau o băutură remarcabilă cu un profil de hamei evident - toate acestea pentru că în diferite regiuni apa era diferită, pe baza căreia o bere ieșea mai bine decât alta. În prezent, de exemplu, compunerea apei pentru bere este considerată optimă în următoarea formă:

Cu toate acestea, este clar că întotdeauna există abateri - și aceste abateri sunt adesea cauza pentru care „Baltika 3” din Sankt Petersburg nu este deloc „Baltika 3” din Zaporojie.

Este perfect logic că orice apă folosită pentru producerea berii trece prin mai multe etape de pregătire, inclusiv analiză, filtrare și, dacă este necesar, ajustarea compoziției. Foarte adesea, fabrica de bere realizează un proces de pregătire a apei: apa obținută într-un fel sau altul este supusă eliminării clorului, modificării compoziției minerale și ajustării durității și alcalinității. Toate acestea nu sunt necesare, dar apoi - și chiar dacă ai noroc cu compoziția nominală a apei - fabrica de bere va reuși să prepare doar câteva soiuri. Așadar, controlul și pregătirea apei se realizează ÎNTOTDEAUNA.

Tehnologiile moderne, atunci când sunt disponibile suficiente resurse, permit obținerea apei cu practic orice caracteristici necesare. Ca bază, poate fi utilizată atât apa potabilă din rețeaua de oraș, cât și cea extrasă direct dintr-o sursă arteziană. Există și cazuri exotice: o berărie suedeză, de exemplu, a fabricat bere din apă uzată purificată, iar meșteșugarii chilieni fac bere din apa colectată în deșert din ceață. Dar este clar că, în cadrul producției în serie, procesul costisitor de pregătire a apei influențează prețul final — și, poate, din acest motiv, deja menționata Pilsner Urquell nu mai este produsă nicăieri altundeva decât acasă în Cehia.

Cred că pentru prima parte e suficient. Dacă povestea mea se dovedește interesantă, în partea următoare vom vorbi despre încă două ingrediente obligatorii ale berii și poate despre unul opțional, vom discuta de ce berea miroase diferit, dacă există „light” și „dark”, precum și vom aborda literele ciudate OG, FG, IBU, ABV, EBC. Poate va fi ceva în plus, poate va lipsi ceva și va apărea în partea a treia, în care intenționez să trec în revistă tehnologia, apoi să mă ocup de mituri și confuzii legate de bere, inclusiv faptul că aceasta este „diluata” și „fortificata”, vom vorbi și despre dacă se poate bea bere expirată.

Și poate va fi și partea a patra… Alegerea îți aparține, %username%!

Sursă: habr.com