🥇O pivu skozi oči kemika. Del 1

Zdravo, %username%.

Kot sem obljubil prej, sem se malo umaknil zaradi svojega službenega potovanja. Ne, še ni končano, a mi je spodbudilo nekaj misli, ki jih želim deliti s tabo.

Govora bo o pivu.

Zdaj ne bom zagovarjal določenih vrst, se spopal, katera aroma in barva se manj spremeni v telesu od trenutka uživanja do trenutka… no, veš, o čem govorim – preprosto želim spregovoriti o tem, kako jaz dojemam proces proizvodnje, razlike in vplive piva na naše telo z vidika kemije.

Mnogo ljudi misli, da je pivo pijača preprostih ljudi – in se zelo motijo, mnogi menijo, da je pivo škodljivo – in se tudi motijo, prav tako kot tisti, ki menijo, da pivo ni škodljivo. In tudi to bomo razčlenili.

In v nasprotju s prejšnjimi članki – poskusil bom brez dolgotrajnih besedil, raje bom to zgodbo razdelil na več delov. In če na kakšni točki ne bo interesa – bom preprosto prenehal mučiti uma ubogega bralca.

No, gremo.

Zgodovina vprašanja

Zgodovina piva v svetu obsega več tisočletij. Prvi omembe o njem segajo v čas zgodnjega neolita. Že pred 6000 leti je človek uporabljal tehnologije, ki so omogočale pretvarjanje kruha v aromatičen napitek – pravzaprav velja, da je pivo najstarejša alkoholna pijača na svetu.

Zgodovina nastanka piva se je začela že pred našim轂ezem, slavo izumiteljev pa imajo Šumeri. Njihova klinopisna besedila, ki jih je odkril E. Huber v Mezopotamiji, so vsebovala približno 15 receptov za to pijačo. Življenjski prostor med rekami je za pripravo piva uporabljal kamut. To so mletli skupaj z ječmenom, prelili z vodo, dodali zelišča in pustili fermentirati. Na osnovi pridobljenega slada so izdelali pijačo. Upoštevaj: v bistvu je bilo izumljeno pšenčno pivo, vendar o hmelju takrat še nihče ni slišal, torej je dejansko šlo za gruijt ali zeliščno pivo. Sicer pa je bil slad nekaljen.

Nasledna točka v zgodovini nastanka piva je bila babylonjska civilizacija. Prav Babylonec so iznašli, kako izboljšati pijačo. Kalili so žito in ga nato sušili, da so dobili slad. Pivo na osnovi žita in slada je bilo shranjeno največ en dan. Da bi pijačo naredili bolj aromatično, so dodajali začimbe, hrastovo lubje, liste dreves, med — že takrat so iznašli prehranske dodatke, kaj šele, saj je do Reichsgebota ali pojasnjeno — nemškega zakona o čistoči piva minilo še približno 5000 let!

Postopoma se je pivo razširilo v starem Egiptu, Perziji, Indiji ter na Kavkazu. V stari Grčiji pa ni bilo priljubljeno, ker se je štelo za pijačo revnih. Takrat so se pojavili vsi ti predsodki.

Zgodovina nastanka piva se je razvila s pričetkom srednjega veka. To obdobje imenujemo obdobje drugega rojstva piva. Menijo, da se je to zgodilo v Nemčiji. Nemška beseda Bier izvira iz stare germanske besede Peor ali Bror. Čeprav naj bi angleška beseda Ale iz etimološkega vidika izhajala iz praindoevropskega korena, ki domnevno pomeni „opijanjenje“. Indoevropsko poreklo korena prepričljivo dokazuje primerjava s sodobnimi danskim in norveškim øl ter islandski öl (germanska jezikovna skupina, v katero je spadal tudi staroangleški) in litvanskim in latvijskim alus — pivo (baltska jezikovna skupina indoevropske družine), severnoruskim ol (v pomenu pijača s hmeljem) ter estonskim õlu in finskim olut. Na kratko, nihče ne ve, kako so nastale besede, ker je nekdo zmešal stvari v starem Babilonu — zdaj pa vsak po svoje imenuje pivo. Vendar pa se tudi pivo pripravlja različno.

prav v srednjem veku so začeli v pijačo dodajati hmelj. Z njegovo prisotnostjo so se izboljšale okusne lastnosti piva, rok trajanja pa se je podaljšal. Zapomni si, %username%: hmelj je bil predvsem konzervans za pivo. Zdaj je bilo pijačo mogoče prevažati, kar je postalo predmet trgovanja. Pojavilo se je na stotine receptov in različic piva. Nekateri znanstveniki iz razumljivih regij menijo, da so Slaveni začetniki kultiviranja hmelja, saj je v Rusiji že v 9. stoletju bilo pivovarstvo široko razširjeno.

Mimogrede, v srednjem veku so se lahki eli povsod uporabljali v Evropi namesto vode. Tudi otroci so si lahko privoščili pivo — in ja, to je bilo prav posebno pivo, ne kvašeno pivo, kot nekatere menijo. Njihova uporaba ni bila posledica temne želje po opijanju, ampak so ga uživali, ker je pitje vode lahko privedlo do smrti zaradi številnih že znanih in še neznanih bolezni. Ob nivoju medicine, ki je segal do zdravilnih rastlin in babic, je bilo to izjemno nevarno. Poleg tega je bilo tako imenovano jedilno pivo („small ale“) hranilno in se je odlično prilegalo k obedu v ogromen količini, saj je vsebovalo približno 1% alkohola. Logično vprašanje „kaj je torej ubilo vse te bolezni?“ bomo prav tako obravnavali.

XIX stoletje je zaznamovalo nov preboj v zgodovini nastanka piva. Najprej je Louis Pasteur odkril odvisnost med fermentacijo in kvasovkami. Rezultate svojih raziskav je objavil leta 1876, pet let kasneje, leta 1881, pa je danski znanstvenik Emil Christian Hansen pridobil čisto kulturo pivovarskih kvasovk, kar je postalo spodbudno za industrijsko pivovarstvo.

Če govorimo o zgodovini brezalkoholnega piva, je bil njegov pojav sprožen z Zakonom Volstead iz leta 1919, ki je označil začetek dobe suhe zakonodaje v ZDA: proizvodnja, prevoz in prodaja alkoholnih pijač z več kot 0,5% alkohola so bili dejansko prepovedani. Tako da to ni bilo niti "small ale". Vse pivovarne so se ukvarjale s proizvodnjo teh skoraj brezalkoholnih pijač na osnovi ječmena, vendar so jih morali po zakonu imenovati "žitna pijača", ki jo je ljudstvo takoj poimenovalo "gumijasta ženska" oziroma "skoraj pivo". V resnici je bilo za prehod iz običajnega, prepovedanega, na novo "skoraj pivo" dovolj dodati en sam dodatni korak v proizvodni proces (in o tem se bomo zagotovo še spomnili), kar ni povzročilo znatnega povečanja stroškov končnega izdelka in je omogočilo hitro vrnitev k proizvodnji tradicionalne pijače: "Mislim, da bo to čudovit čas za pivo," je dejal predsednik ZDA Franklin Roosevelt, ko je podpisal Cullen-Harrison Act 22. marca 1933, ki je dovolil povečanje alkoholne stopnje v pijačah na 4%. Zakon je začel veljati 7. aprila, zato je ta datum od takrat naprej Nacionalni dan piva v ZDA! Govori se, da so se že 6. aprila Američani postavili v vrste pred bari, in ko je odbila znamenita polnoč, ... Na kratko, statistika pravi, da je bilo samo 7. aprila v ZDA popitih poltone milijona sodov piva. Si ti spil vrček piva 7. aprila, %username%?

Še to; če te zanima — v eni od naslednjih delov ti bom povedal o še strožjem suhem zakonu — in to ni niti v ZSSR, temveč na Islandiji.

Trenutno pivo ne proizvajajo le v Antarktiki — čeprav to ni točno. Obstajajo desetine kategorij in stotine slogov — in če te zanima, jih lahko spoznaš tukaj. Pivo ni tako preprosto, kot se zdi, cena steklenice včasih lahko preseže ceno škatle vina — in govorim o vinu, ki ni sort "Chateau de la Paquet".

Zato, %username%, če si ob branju odprl steklenico piva — spoštuj to in nadaljuj z branjem naprej.

Sestavine

Preden se lotimo analize, iz česa pivo dejansko nastaja, si na kratko poglejmo tehnologijo proizvodnje te pijače.

Pivo je, kao i mnogo toga u ovom svetu, proizvod nepotpunog sagorevanja. U stvarnosti, fermentacija je proces zahvaljujući kojem uživamo u ovoj blagodati, baš kao što je i tvoja, %username%, sposobnost da čitaš ove redove proizvod nepotpunog sagorevanja šećera, samo što se u slučaju piva šećeri ne sagorevaju u tvojoj glavi, već kod kvasca u metaboličkom lancu.
Kao i u slučaju bilo kog sagorevanja, proizvodi su ugljen-dioksid i voda – ali se sećaš da sam rekao "nepuno"? I zaista: u proizvodnji piva kvascima ne daju da prejedu (iako to nije baš tačno, ali za opšte razumevanje je dovoljno) – pa pored ugljen-dioksida stvara se i alkohol.

Budući da hrana nije čisti šećer, već mešavina različitih jedinjenja – proizvod nije samo ugljen-dioksid, voda i alkohol – već čitav buket, zbog čega postoje ovi piva. Sada ću ti reći nešto o nekim osnovnim sastojcima, a takođe ću razbiti neke mitove o pivu.

Voda.

Sećajući se da sam ipak hemičar, preći ću na dosadan hemijski jezik.

Pivo je vodni раствор eksperimentalnih tvari slada, koje nisu podlegle promjenama tokom fermentacije i konačne fermentacije piva, etilnog alkohola i ukusan-aromatičnih tvari, koje su ili sekundarni metaboliti kvasca ili potiču iz hmelja. U sastavu eksperimentalnih tvari nalaze se nesvareni ugljikohidrati (α- i β-glukani), fenolne tvari (antocijanogeni, oligo- i polifenoli), melanoidini i karamele. Njihova količina u pivu, ovisno o masenoj udjelu suhih tvari u početnom vrenju, sastavu vrenja, tehnološkim režimima fermentacije i sočnim osobinama kvasca, kreće se od 2,0 do 8,5 g/100 g piva. S ovim pokazateljima procesa povezana je i sadržina alkohola, čija masena udjela u pivu može iznositi od 0,05 do 8,6%, te aromatičnih tvari (visokih alkohola, estera, aldehida itd.), čija sinteza ovisi kako o sastavu vrenja, tako i posebno o režimima fermentacije i prirodi kvasca. Obično, za pivo, pri fermentaciji koje se koriste donji kvasci, koncentracija sekundarnih proizvoda metabolizma kvasca ne prelazi 200 mg/l, dok za pivo gornje fermentacije njihova razina premašuje 300 mg/l. Još manji udio u pivu čine gorke tvari hmelja, čija količina u pivu ne prelazi 45 mg/l.

Sve ovo je vrlo dosadno, brojevi se zapravo mogu razlikovati uvećane ili smanjene, ali suštinu si shvatio: svega toga ima vrlo malo u odnosu na sadržaj vode u pivu. Otprilike kao i ti, %username%, pivo se sastoji od približno 95% vode. Nije iznenađujuće što kvaliteta vode direktno utiče na pivo. I, usput, to je jedan od razloga zašto isti tip piva, proizveden u različitim fabrikama na različitim mestima, može imati različit ukus. Konkretno i vjerojatno najpoznatiji primjer - Pilsner Urquell, koji je nekako pokušao skuhati u Kalugi, ali nije uspjelo. Sada se ovo pivo proizvodi samo u Češkoj zbog posebne mekane vode.

Nobena pivovarna ne bo začela kuhati pivo, ne da bi prej preverila vodo, s katero bo delala – kakovost vode je preveč pomembna za končni izdelek. Glavni igralci v tem smislu so isti kationi in anioni, ki jih vidiš na steklenici vsakega gaziranega napitka – le da so ravni nadzorovane ne v razponu „50-5000“ mg/l, ampak precej natančneje.

Poglejmo, na kaj vpliva sestava vode?

Najprej mora voda ustrezati SanPin, zato takoj izključimo težke kovine in drugo strupeno snov – te snovi ne bi smele biti v vodi. Glavne omejitve za vodo, ki se uporablja neposredno pri proizvodnji piva (med mletjem), se nanašajo na takšne parametre, kot so pH, trdota in razmerje med koncentracijami kalcijevih in magnezijevih ionov, ki v pitni vodi sploh niso regulirane. V vodi za pivo mora biti znatno manj železovih, silikonskih, bakrovih ionov, nitratov, kloridov in sulfatov. Prisotnost nitritov, ki so močni toksini za kvasovke, ni dovoljena. Voda mora imeti dvakrat manj mineralnih komponent (suha snov) in 2,5-krat nižji kazalnik COD (kemijska potreba po kisiku – oksidacija). Pri ocenjevanju primernosti vode za pivo je dodan tudi kazalnik alkalnosti, ki v normativih za pitno vodo ni prisoten.

Poleg tega obstajajo dodatne zahteve za vodo, ki se uporablja za prilagoditev masnega deleža suhih snovi in alkohola pri visokogravitetnem kuhanju piva (high-gravity brewing). Ta voda mora biti, prvič, mikrobiološko čista, in drugič, deoksigenirana (t.j. praktično ne sme vsebovati raztopljenega kisika) ter vsebovati še manj kalcijevih in bikarbonatnih ionov v primerjavi z vodo, priporočeno za pivo nasploh. Kaj je visokogravitetno pivarstvo?Če nisi vedel, tehnologija gostega pivovarstva vključuje kuhanje mladice z maso suhe snovi, ki presega maso suhe snovi končnega piva za 4…6%, z namenom povečanja produktivnosti pivovarne. Nato razredčimo to mladico z vodo do želene mase suhe snovi bodisi pred fermentacijo bodisi končnega piva (da, da, pivo se razredčuje — vendar le v tovarni, o tem pa bom kasneje tudi govoril). Pri tem, da bi dobili pivo, ki se po okusu ne razlikuje od piva, pridobljenega po klasični tehnologiji, ne priporočamo povečanja ekstraktivnosti začetne mladice nad 15%.

Izjemno pomembno je ohranjati pravilen pH v vodi — trenutno ne govorim o okusu pripravljenega piva, temveč o postopku fermentacije mladice (mimogrede, ugotovljeno je bilo, da to na okus pravzaprav ne vpliva — preprosto ne boš občutil tako fine razlike). Gre za to, da pH vpliva na aktivnost encimov, ki jih kvasovke uporabljajo za prehrano. Optimalna vrednost se šteje med 5,2 in 5,4, vendar to vrednost občasno premikajo navzgor, da povečajo grenkobo. Vrednost pH vpliva na intenzivnost presnovnih procesov v celicah kvasovk, kar se odraža v koeficientu rasti biomase, hitrosti rasti celic in sintezi sekundarnih metabolitov. Tako se v kislem okolju večinoma ustvarja etilni alkohol, medtem ko v alkalinem okolju prevladuje sinteza glicerina in ocetne kisline. Ocetna kislina negativno vpliva na proces razmnoževanja kvasovk, zato jo je treba nevtralizirati s korekcijo pH med fermentacijo. Za različne 'hranilne snovi' je lahko optimalna vrednost pH različna: na primer, za metabolizem saharoze je potrebno 4,6, za maltozo – 4,8. pH je eden glavnih dejavnikov pri nastajanju kompleksnih estrov, o katerih bomo govorili pozneje in ki ustvarjajo tiste sadne vonjave piva.

Korekcija pH je vedno ravnotežje med karbonati in hidrogenkarbonati v raztopini, ravno oni določajo to vrednost. Toda tudi tu ni vse tako preprosto, saj poleg anionov obstajajo tudi kationi.

V pivovarstvu se mineralni kationi, ki so del vode, delijo na kemično aktivne in kemično neaktivne. Kemično aktivni kationi so vse soli kalcija in magnezija: tako prisotnost kalcija in magnezija (pa tudi natrija in kalija) ob visoki vsebnosti karbonatov povečuje pH, medtem ko kalcij in magnezij (tukaj pa natrij in kalij ostajata prazna) v sodelovanju s sulfatami in kloridi znižujeta pH. Z igranjem s koncentracijami kationov in anionov lahko dosežemo optimalno raven kislosti medija. Pivovarji imajo raje kalcij kot magnezij: najprej, prav s kalcijem se povezuje fenomen flokulacije kvasa, in drugič — ob odpravi začasne trdote s kuhanjem (to je kot v kuhalniku) kalcijev karbonat obstoji in ga je mogoče odstraniti, medtem ko se magnezijev karbonat počasi obori in pri hlajenju vode delno ponovno raztopi.

Toda v resnici sta kalcij in magnezij šele cvetlice. Da ne bi obremenjeval članka, bom preprosto skupaj strnil nekatere vplive nečistoč ionov v vodi na različne proizvodne dejavnike in kakovost piva.

Vpliv na postopek pivovarstva

Kalcijevi ioni — Stabilizirajo alfa-amilazo in povečujejo njeno aktivnost, kar povečuje donos ekstrakta. Povečuje aktivnost proteolitičnih encimov, zaradi česar se povečuje skupna in α-aminona vsebnost dušika v moštu.
Določajo raven znižanja pH mošta med mazanjem, kuhanjem mošta s hmeljem in fermentacijo. Določajo flokulacijo kvasa. Optimalna je koncentracija ionov 45-55 mg/l mošta.
Magnezijevi ioni — Vstopajo v sestavo encimov glikolize, torej so potrebni tako za fermentacijo kot za razmnoževanje kvasa.
Kalijevi ioni — Spodbujajo razmnoževanje kvasa, vstopajo v sestavo encimskih sistemov in ribosomov.
Železni ioni — Negativen vpliv na procese mazenja. Pri koncentraciji nad 0,2 mg/l lahko povzročijo degeneracijo kvasa.
Manganovi ioni — Vstopajo kot kofaktor v encime kvasa. Vsebnost ne sme presegati 0,2 mg/l.
Amonijevi ioni — Lahko so prisotni le v odpadnih vodah. Absolutno so nesprejemljivi.
Bakerovi ioni — Pri koncentracijah nad 10 mg/l – toksični za kvas. Lahko so mutageni dejavnik za kvas.
Cinkovi ionи — U koncentraciji od 0,1 do 0,2 mg/l stimulišu razmnožavanje kvasaca. U visokim koncentracijama inhibiraju aktivnost α-amilaze.
Hloridi — Smanjuju flokulaciju kvasaca. Pri koncentraciji većoj od 500 mg/l usporavaju proces fermentacije.
Hidrogenkarbonati — U visokim koncentracijama dovode do povećanja pH, a samim tim smanjuju aktivnost amilolitičkih i proteolitičkih enzima, smanjuju prinos ekstrakta. Takođe, tretiraju povećanje obojenosti slada. Koncentracija ne bi trebala prelaziti 20 mg/l.
Nitrati — Pri koncentracijama višim od 10 mg/l javljaju se u otpadnim vodama. U prisustvu bakterija iz porodice Enterobacteriaceae stvara se toksični nitrit-jon.
Silicijumi — Smanjuju aktivnost fermentacije pri koncentraciji većoj od 10 mg/l. Silicijumi se većinom javljaju iz slada, ali ponekad, naročito u proleće, povećanje u pivu može biti posledica vode.
Fluoridi — Do 10 mg/l nemaju uticaj.

Uticaj na ukus piva

Kalcijumovi joni — Smanjuju ekstrakciju tanina, koji pivu daju grub okus i astringentnost. Smanjuju korišćenje gorčina iz hmelja.
Magnezijumovi joni — Daju gorak ukus pivu koji se oseća pri koncentraciji višoj od 15 mg/l.
Natrijumovi joni — Pri koncentracijama višim od 150 mg/l daju slani ukus. Pri koncentracijama od 75 do 150 mg/l smanjuju puninu ukusa.
Sulfati — Daju pivu suvoću i gorčinu, utiču na postukus. Pri koncentraciji višoj od 400 mg/l pivu daju "suvi ukus" (pozdrav, Guiness Draught!). Mogu prethoditi stvaranju sumpornih ukusa i mirisa povezanih sa aktivnostima infektivnih mikroorganizama i kvasaca.
Silicijumi — Uticaе na ukus indirektno.
Nitrati — Negativno utiču na proces fermentacije pri koncentraciji višoj od 25 mg/l. Mogućnost stvaranja toksičnih nitrozamina.
Hloridi — Daju pivu finiji i slađi ukus (da, da, ali ako nema natrijuma). Pri koncentraciji jona oko 300 mg/l povećavaju puninu ukusa piva i daju mu ukus i miris dinje.
Gvožđavi joni — Pri sadržaju u pivu većem od 0,5 mg/l povećavaju boju piva, javlja se smeđa pena. Daju pivu metalni ukus.
Manganski joni — Daju efekat sličan delovanju gvožđavih jona, ali znatno jači.
Kovinski ioni negativno vplivajo na stabilnost okusa. Zmehčajo sulfidni okus piva.

Vpliv na koloidno stabilnost (motnost)

Kalcijevi ioni precipitirajo oksalate, s čimer zmanjšajo možnosti za nastanek oksalatne motnosti v pivu. Povečujejo koagulacijo beljakovin pri vrenju mošta s hmeljem. Zmanjšujejo ekstrakcijo silicija, kar pozitivno vpliva na koloidno stabilnost piva.
Silicijati zmanjšujejo koloidno stabilnost piva zaradi nastajanja neraztopljenih spojin z kalcijevimi in magnezijevimi ionami.
Železni ioni pospešujejo oksidacijske procese, kar povzroča koloidno motnost.
Kovinski ioni negativno vplivajo na koloidno stabilnost piva, saj delujejo kot katalizator oksidacije polifenolov.
Kloridi izboljšujejo koloidno stabilnost.

No, kako je? Različni stili piva so se oblikovali v različnih delih sveta tudi zahvaljujoč različni vodi. Pivarji iz enega območja so ustvarili uspešno pivo z izrazitim sladovim okusom in aromo, medtem ko so proizvajalci iz drugega dobili odličen napitek z izrazitim hmeljevim profilom — vse zaradi tega, ker so v različnih regijah imeli različne vode, na osnovi katerih je bilo eno pivo boljše od drugega. Zdaj, na primer, sestava vode za pivo se šteje za optimalno v takšni obliki:

Vendar je jasno, da so vedno prisotna odstopanja — in ta odstopanja pogosto povzročajo, da „Baltika 3“ iz Peterburga ni prav takšna, kot „Baltika 3“ iz Zaporozja.

Popolnoma logično je, da vsaka voda, uporabljena za proizvodnjo piva, prehaja skozi več stopenj priprave, vključno z analizo, filtracijo in, po potrebi, prilagoditvijo sestave. Zelo pogosto pivovarna izvaja proces priprave vode: voda, pridobljena na ta ali oni način, se podvrže odstranjevanju hlora, spremembi mineralne sestave ter prilagoditvi trdote in alkalnosti. Vsega tega ni treba jemati preveč resno, a če ima pivovarna srečo z nominalno sestavo vode, bo lahko skuhala le nekaj sort. Zato se kontrola in priprava vode izvaja VEDNO.

Sodobne tehnologije, ob ustreznih sredstvih, omogočajo pridobitev vode z praktično katerimikoli potrebnimi značilnostmi. Bazni vir je lahko mestna vodovodna voda ali voda, pridobljena neposredno iz artezijskega izvira. Obstajajo tudi eksotični primeri: ena švedska pivovarna je na primer skuhala pivo iz prečiščenih odpadnih voda, chiliški mojstri pa delajo pivo iz vode, zbrane iz meglice v puščavi. Vendar pa je jasno, da pri serijski proizvodnji drag proces priprave vode vpliva na končno ceno — in morda prav zato omenjeni Pilsner Urquell ni več proizveden nikjer drugje kot doma na Češkem.

Mislim, da je za prvi del dovolj. Če bo moja zgodba zanimiva, se bomo v naslednjem delu pogovorili o še dveh obveznih sestavinah piva, morda tudi o eni neobvezni, razpravljali bomo, zakaj pivo različni diši, ali obstaja 'lahko' in 'temno', ter se dotaknili nenavadnih črk OG, FG, IBU, ABV, EBC. Morda bo še kaj, morda pa ne, tisto pa se bo pojavilo v tretjem delu, v katerem nameravam na kratko predstaviti tehnologijo, nato pa razjasniti mite in napačne predstave v zvezi s pivom, vključno s tem, ali ga 'diluiramo' in 'okrepljamo', ter razpravljali bomo tudi o tem, ali lahko pijemo potegnjeno pivo.

Morda bo tudi četrti del ... Izbira je tvoja, %username%!

Izvor: habr.com