化学家眼中的啤酒。 第三部分

化学家眼中的啤酒。 第三部分

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如果您现在有疑问:“嘿,第二部分是什么意思 - 第一部分在哪里?!” - 赶紧去 这里.

好了,对于已经熟悉第一部分的人来说,我们直接进入正题吧。

是的,我知道对很多人来说,周五才刚刚开始——好吧,这是为晚上做好准备的理由。

我们走吧

首先给大家讲一下啤酒在冰岛的艰难历程。

冰岛的禁酒令比美国还要早——1915年。 然而,这种情况并没有持续多久,因为正如他们现在所说的那样,出现了严格的反制裁:西班牙失去了冰岛葡萄酒市场,因此停止从冰岛购买鱼作为回应。 他们只容忍了六年,自1921年起,葡萄酒就被排除在冰岛的违禁产品清单之外。 不过,没有啤酒。

顽固的冰岛人又花了14年才重新获得喝烈性酒精饮料的权利:1935年你可以喝葡萄酒、朗姆酒、威士忌和其他一切,但啤酒只能喝浓度不超过2,25%的酒。 该国领导人当时认为,普通啤酒助长了放荡行为,因为它比烈性酒更容易获得(嗯,是的,当然)。

冰岛人找到了一个完全简单明了的解决方案,这比2016年欧洲杯之后更让我同情:人们只是用合法的烈酒稀释合法的啤酒。 当然,政府总是会向公民做出让步,这就是为什么在 1985 年,坚定的禁酒主义者和讽刺的人权部长(多么讽刺!) 禁止了这种简单的方法。

直到 1 年 1989 月 74 日,即禁令颁布 1 年后,冰岛才终于允许饮用啤酒。 很明显,从那时起,XNUMX 月 XNUMX 日就是冰岛的啤酒日:小酒馆一直营业到早上,当地人还记得他们如何等待四分之三个世纪来等待他们最喜欢的饮料的回归。 顺便说一句,您也可以将此日期添加到您的日历中,此时不喝一杯泡沫是相当合理的。

在下一部分中,作为一个有趣的故事,我想我会写一些关于吉尼斯的东西......

但让我们回到我们上次停下来的地方,即啤酒的成分。

盐。

麦芽是啤酒中仅次于水的第二大主要成分。 不仅是啤酒,麦芽还是许多发酵饮料(包括克瓦斯、库拉吉、马克西姆和威士忌)生产的基础。 麦芽为酵母提供了养料,因此决定了酒的浓度和某些口味品质。 蜂蜜、谷物、饼干、坚果、巧克力、咖啡、焦糖、面包——所有这些味道的出现都不是归功于化学(无论好坏)——而是归功于麦芽。 此外:任何理智的酿酒师都不会添加任何无论如何都可以获得的额外东西。 稍后您会发现,这不仅仅与您可以从麦芽中获得的口味有关。

麦芽是一种稍微发芽的谷物:大麦、黑麦、小麦或燕麦。 使用大麦麦芽 всегда如果你喝过小麦啤酒,那么就知道:里面的小麦芽只是大麦芽的混合物。 同样,燕麦麦芽是大麦麦芽的混合物;它的使用频率低于小麦麦芽,但用于生产一些黑啤酒。

麦芽有两种类型:基本麦芽——它为麦芽汁提供大量糖分以供进一步发酵,但不会对味道产生太大影响;特殊麦芽——可发酵糖分含量较低,但赋予啤酒明显的味道。 大量生产的啤酒中有很大一部分是使用几种基础麦芽生产的。

用于酿造的谷物原料需要进行预处理,其中包括将其转化为酿造麦芽。 该过程包括使谷物发芽、干燥并去除芽芽。 麦芽的额外加工可以在啤酒厂和单独的企业(麦芽厂)进行。

生产麦芽的过程分为种子浸泡和发芽。 在发芽过程中,会发生化学变化并形成新的化学物质。 而其中的主要作用是由各种酶发挥的,其中在发芽的麦芽中有很多。 我们现在来看看其中的一些。 准备好,%username%,它即将冲击你的大脑。

所以,我们有现成的发芽麦芽。 让我们开始糖化——这是用麦芽制备麦芽汁。 将麦芽压碎,与热水混合,然后将麦芽浆(压碎的谷物产品的混合物)逐渐加热。 逐渐升高温度是必要的,因为麦芽酶在不同温度下的作用不同。 温度暂停会影响啤酒的味道、浓度、泡沫度和密度。 并且在不同的阶段,不同的酶被激活。

糖化过程中淀粉的水解分解(淀粉分解)由麦芽直链淀粉催化。 除此之外,麦芽还含有淀粉葡萄糖苷酶和转移酶等多种酶,它们会攻击一些淀粉分解产物,但就数量比例而言,它们在糖化过程中仅具有次要性。

糖化时,天然底物是麦芽中含有的淀粉。 就像任何天然淀粉一样,它不是单一的化学物质,而是一种混合物,根据来源不同,含有 20% 至 25% 的直链淀粉和 75-80% 的支链淀粉。

直链淀粉分子形成长的、无支链的卷曲螺旋链,由通过 α-1,4 位糖苷键相互连接的 α-葡萄糖分子组成。 葡萄糖分子的数量不等,从60到600不等。直链淀粉易溶于水,在麦芽β-淀粉酶的作用下,完全水解为麦芽糖。

支链淀粉分子由短支链组成。 除了α-1,4位上的键外,在支化位点也发现了α-1,6键。 分子中约有3000个葡萄糖单位——支链淀粉比直链淀粉大得多。 支链淀粉不加热不溶于水;加热时形成糊状物。

麦芽含有两种淀粉酶。 其中一种酶催化淀粉快速分解为糊精的反应,但形成的麦芽糖相对较少 - 这种淀粉酶称为糊精化酶或 α-淀粉酶(α-1,4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶)。 在第二种淀粉酶的作用下,形成大量的麦芽糖——这就是糖化淀粉酶或β-淀粉酶(β-1,4-葡聚糖麦芽糖水解酶)。

糊精α-淀粉酶是麦芽的典型成分。 α-淀粉酶在麦芽制造过程中被激活。 它催化直链淀粉和支链淀粉两种淀粉成分分子的α-1,4糖苷键断裂,而仅末端键内部不均匀断裂。 发生液化和糊精化,表现为溶液粘度迅速降低(醪液化)。 在自然环境中,即在麦芽提取物和麦芽浆中,α-淀粉酶的最适温度为 70°C,并在 80°C 时失活。 最佳 pH 值范围为 5 至 6,pH 曲线上有明显的最大值。 α-淀粉酶对增加的酸度非常敏感(对酸不稳定):它会在 3°C 的 pH 0 或 4,2°C 的 pH 4,3-20 下因氧化而失活。

大麦中存在糖化β-淀粉酶,其体积在发芽(发芽)过程中大大增加。 β-淀粉酶具有很强的催化淀粉分解为麦芽糖的能力。 它不会液化不溶性天然淀粉,甚至淀粉糊。 β-淀粉酶从无支链的淀粉酶链中裂解二级 α-1,4 糖苷键,即从链的非还原(非醛)端裂解。 麦芽糖一次逐渐从各个链中分离出一个分子。 支链淀粉裂解也会发生,但该酶同时攻击多个空间链中的支链支链分子,即α-1,6键所在的分支位点,在此之前裂解停止。 麦芽提取物和麦芽浆中 β-淀粉酶的最佳温度为 60-65°C; 它在 75°C 时失活。 根据其他数据,最佳 pH 范围为 4,5-5 - 4,65-40°C 时为 50,pH 曲线上有一个软最大值。

总而言之,淀粉酶通常称为淀粉酶;这些酶存在于普通类型的麦芽和特殊的糖化麦芽中,后者是 α- 和 β- 淀粉酶的天然混合物,其中 β-淀粉酶在数量上超过 α-淀粉酶。 两种淀粉酶同时作用,淀粉的水解比单独一种淀粉酶单独作用更深,得到75-80%的麦芽糖。

α-淀粉酶和β-淀粉酶的最适温度差异在实践中用于通过选择正确的温度来支持一种酶的活性而不损害另一种酶的活性来调节两种酶的相互作用。

除了淀粉的分解之外,蛋白质的分解也极其重要。 这个过程——蛋白水解——在糖化过程中被来自肽酶或蛋白酶(肽水解酶)的酶催化,这些酶水解肽键-CO-NH-。 它们分为内肽酶或蛋白酶(肽水解酶)和外肽酶或肽酶(二肽水解酶)。 在麦芽浆中,底物是大麦蛋白质物质的残留物,即白细胞素、麻仁蛋白、大麦醇溶蛋白和谷蛋白,在制麦过程中部分变化(例如,在干燥过程中凝固)及其分解产物,即蛋白糖、蛋白胨和多肽。

大麦和麦芽含有一种来自内肽酶(蛋白酶)的酶和至少两种外肽酶(肽酶)。 它们的水解作用是相互补充的。 就其性质而言,大麦和麦芽蛋白酶属于木瓜蛋白酶类型,在植物中非常常见。 它们的最佳温度为 50-60°C,最佳 pH 范围为 4,6 至 4,9,具体取决于底物。 蛋白酶在高温下相对稳定,因此与肽酶不同。 它在等电区(即 pH 值 4,4 至 4,6)最稳定。 在 1°C 下仅 30 小时后,水环境中的酶活性就会降低; 在 70°C 下 1 小时后完全被破坏。

麦芽蛋白酶催化的水解逐渐发生。 在蛋白质和多肽之间已分离出几种中间产物,其中最重要的是肽片段——蛋白胨,也称为蛋白酶、蛋白等。这些是高级胶体裂解产物,具有蛋白质的典型性质。 煮沸时蛋白胨不会凝固。 溶液具有活性表面,具有粘性,摇动时很容易形成泡沫 - 这在酿造中极其重要!

麦芽蛋白酶催化蛋白质分解的最后阶段是多肽。 它们只是部分具有胶体性质的高分子物质。 通常,多肽形成易于扩散的分子溶液。 通常,它们不会像蛋白质那样发生反应,也不会被单宁沉淀。 多肽是肽酶的底物,它补充蛋白酶的作用。

麦芽中的肽酶复合物由两种酶代表,但也可能存在其他酶。 肽酶催化肽末端氨基酸残基的裂解,首先产生二肽,最后产生氨基酸。 肽酶的特征在于底物特异性。 其中包括仅水解二肽的二肽酶和水解每分子至少含有三个氨基酸的高级肽的多肽酶。 肽酶组区分氨基多肽酶和羧肽酶,氨基多肽酶的活性由游离氨基的存在决定,羧肽酶需要游离羧基的存在。 所有麦芽肽酶的最佳 pH 值均位于 pH 7 至 8 之间的弱碱性区域,最佳温度约为 40°C。 在发芽大麦中发生蛋白水解作用的pH 6 下,肽酶的活性显着,而在pH 4,5-5,0(最佳蛋白酶)下,肽酶失活。 在水溶液中,肽酶的活性在 50°C 时已经降低;在 60°C 时,肽酶很快失活。

糖化时,非常重要的是催化磷酸酯以及细胞膜磷脂水解的酶。 磷酸的消除在技术上非常重要,因为它直接影响酿造中间体和啤酒的酸度和缓冲系统,并且由磷脂形成的脂肪酸在发酵过程中形成酯,产生各种香气。 麦芽磷酸酯酶的天然底物是磷酸酯,其中麦芽中的植酸钙占主导地位。 它是植酸结晶和镁盐的混合物,植酸是肌醇的六磷酸酯。 在磷脂中,磷以酯的形式与甘油结合,而核苷酸则含有与嘧啶或嘌呤碱基结合的核糖磷酸酯。

最重要的麦芽磷酸酯酶是植酸酶(六磷酸肌醇磷酸水解酶)。 她很活跃。 植酸酶逐渐去除植酸中的磷酸。 这会产生各种肌醇磷酸酯,最终产生肌醇和无机磷酸盐。 除了植酸酶之外,还描述了糖磷酸化酶、核苷酸焦磷酸酶、甘油磷酸酶和焦磷酸酶。 麦芽磷酸酶的最佳 pH 值范围相对较窄 - 从 5 到 5,5。 它们以不同的方式对高温敏感。 最佳温度范围为40-50°C,非常接近肽酶(蛋白酶)的温度范围。

酶的形成过程受到氧气的强烈影响 - 如果缺乏氧气,谷物就不会发芽,而光 - 它会破坏一些酶,特别是淀粉酶,因此麦芽室 - 麦芽房 - 布置得几乎没有通道到光。

直到XNUMX世纪,人们都认为只有这样的麦芽才是合适的,在叶子出现之前,这种麦芽不会发芽。 XNUMX世纪,事实证明,如果仅在尽可能低的温度下进行制麦,则小叶已达到相对较大尺寸的麦芽(长麦芽,德国Langmalz)含有明显大量的淀粉酶。

除此之外,麦芽还用于制备所谓的麦芽提取物。 麦芽精是由大麦、黑麦、玉米、小麦和其他谷物的粉碎谷物酿造而成的麦芽汁,通过蒸发浓缩或脱水。 麦芽汁在 45 至 60°C 的温度下在真空中温和蒸发至糖浆稠度,澄清,并通过分离和离心除去结合化合物。 在啤酒生产中,麦芽提取物很少使用,因为它不允许尝试各种口味和颜色。

获得多样性非常容易。 根据干燥程度,您可以获得不同类型的麦芽——浅色、深色、黑色。 为了获得深色的、特别是焦糖的品种,需要烘烤麦芽。 麦芽烘烤得越多,其中焦糖化的糖就越多。 啤酒的焦糖味来自于麦芽,麦芽中几乎含有真正的焦糖:经过蒸煮和干燥后,麦芽中所含的淀粉变成焦糖化的固体块。 正是这一点将为啤酒添加特色风味 - 同样,您可以借助实际烧焦的烤麦芽添加“烧焦的味道”。 德国人还有一种“烟熏啤酒” - rauchbier,在酿造过程中使用了在火上熏制的绿麦芽:燃烧燃料产生的热量和烟雾干燥,同时熏制发芽的谷物。 此外,未来啤酒的味道和香气直接取决于用于熏制麦芽的燃料。 在 Schlenkerla 啤酒厂(顺便说一句,该啤酒厂已有 600 多年的历史),风干的山毛榉木用于这些目的,因此该品种获得了特定的烟熏风味 - 嗯,这些巴伐利亚啤酒商的尝试是可以理解的:有必要在德国关于啤酒纯度的法律的狭隘框架内寻找一些原始品种,但是,在讨论完啤酒的所有成分后,我们将讨论这些而不仅仅是这些“框架”。

还应该说,仅用深色品种酿造啤酒是不可能的:在烘烤过程中,麦芽汁糖化所需的酶会丢失。 因此,任何啤酒,即使是最深色的劳赫啤酒也将含有浅色麦芽。

总的来说,当使用不同类型的麦芽时,在发酵过程之前就已经向啤酒中提供了一系列不同的物质,其中最重要的是:

  • 糖类(蔗糖、葡萄糖、麦芽糖)
  • 氨基酸和蛋白胨
  • 脂肪酸
  • 磷酸(总是可口可乐!注意我,注意我!)
  • 上述所有物质在干燥过程中不完全氧化的产物,其成分复杂

糖的一切都清楚了——这是酵母的未来食物,还有啤酒的甜味(正是这个,之前用香草平衡,后来用啤酒花,增加了苦味),不完整的产品一切都清楚了燃烧 - 这是一种较深的颜色、烟熏和焦糖的味道和气味。 我谈到了蛋白胨和泡沫的重要性 - 但我不会厌倦重复它。 当我们谈论酵母和果香的产生时,我们会回到脂肪酸。

顺便说一句,谈到蛋白胨、蛋白质和细胞死亡,我不知何故想起了我在一个主题公共页面上读到的一个故事。 由于某种原因,它被剧透了。
儿童、妇女和胆小者请勿观看!近 10 年来,一家有趣的苏格兰啤酒厂 BrewDog 推出了一款令人难以置信的烈度啤酒 - 高达 55%,在相当长的一段时间内是世界上最烈的啤酒。 所以,这批饮料中的一小部分是用蛋白质(即蛋白质,不是蛋白质)和其他毛皮动物包装的。 一瓶名为“历史的终结”的啤酒,装饰着小哺乳动物毛绒玩具(据说这些尸体只是在路上发现的),售价约为 750 美元。
化学家眼中的啤酒。 第三部分

我们将在这里结束关于麦芽的话题,仅提到国产麦芽甚至还不错 - 因此与进口麦芽一起被积极使用。

酵母。

啤酒的另一个绝对重要的成分是酵母本身。 好吧,如果没有他们我们会怎么样,对吧?

啤酒酵母是一种进行发酵的微生物。 反过来,发酵是基于有机化合物在厌氧条件下(即没有氧气的情况下)氧化还原转化的生化过程。 在发酵过程中,底物(在我们的例子中是糖)没有完全氧化,因此发酵在能量上是无效的。 对于各种类型的发酵,0,3个葡萄糖分子的发酵产生3,5至38个ATP(三磷酸腺苷)分子,而底物完全氧化的有氧(即耗氧)呼吸产生XNUMX个ATP分子。 由于能量输出低,发酵微生物被迫处理大量底物。 这当然对我们有利!

除了酒精发酵(其中单糖和二糖转化为乙醇和二氧化碳)外,还有乳酸发酵(主要产物是乳酸)、丙酸发酵(结果是乳酸和乙酸)、甲酸发酵(具有变体的甲酸)、丁酸发酵(丁酸和乙酸)和同乙酸发酵(仅乙酸)。 我必须说,除了种族正确的酒精发酵之外,啤酒爱好者不太可能希望发生任何其他事情 - 我认为没有人愿意喝带有腐臭油或缺失奶酪气味的酸啤酒。 因此,“外部发酵”的比例是通过各种可能的方式控制的,特别是通过酵母的纯度。

酵母生产是一个巨大的产业:整个实验室,无论是独立的还是在啤酒厂创建的,都致力于开发具有某些特性的啤酒酵母菌株。 酵母配方通常是酿酒师严格保守的秘密。 他们说,北欧人民有一种世代相传特殊酿酒棒的传统。 如果不用这块木头搅拌啤酒,就无法酿造啤酒,因此这根木棍被认为几乎具有神奇作用,并且被特别小心地保存起来。 当然,当时他们还不知道酵母,也不了解木棍的真正作用,但即便如此,他们也明白了这件圣礼的价值。

但任何规则都有例外。 例如:

  • 在比利时,人们酿造兰比克啤酒——这种啤酒通过从空气中进入麦芽汁的微生物而开始自行发酵。 据信,真正的兰比克啤酒只能在比利时的某些地区才能获得,而且很明显,那里的发酵过程是如此混合和复杂,以至于可以打破魔鬼本身。 不过,坦白说:兰比克啤酒并不适合所有人,也绝对不适合那些认为啤酒不应该酸的人。
  • 美国 Rogue Ales 啤酒厂以首席酿酒师在自己的胡须中精心培养的酵母为基础酿造了一种艾尔啤酒。
  • 他来自 7 Cent 啤酒厂的澳大利亚同事更进一步,在他的肚脐中种植野生酵母,然后推出了以此为基础的啤酒。
  • 几年前,波兰啤酒厂 The Order of Yoni 开始由女性酿造啤酒。 嗯,就像来自女性……来自女性的酵母。 女人们根本没有受到伤害……嗯,总之,你懂的……

在发酵过程中,啤酒酵母不仅消耗糖分并产生其应有的产物,而且还同时进行大量其他化学过程。 特别是,发生酯化过程 - 酯的形成:嗯,有酒精,脂肪酸(还记得麦芽吗?) - 你也可以用它们制作很多有趣的东西! 它可以是一个青苹果(一些美国啤酒有它)、一个香蕉(典型的德国小麦啤酒)、一个梨或黄油。 然后我记得学校和不同的醚,闻起来非常美味。 但不是所有的。 您喝到的饮料是具有果香还是带有杂醇和溶剂混合物的微妙香气,取决于酯的浓度,而酯的浓度又取决于多种因素:发酵温度、麦芽汁提取物、酵母菌株、进入麦芽汁的氧气量。 我们将在讨论酿造技术时讨论这一点。

顺便说一下,酵母也会影响味道——当我们谈论啤酒花时我们会记住这一点。

现在,既然我们已经熟悉了酵母,我们可以告诉您划分啤酒的唯一正确方法。 不,%username%,这不是“浅色”和“深色”,因为浅色和深色都不存在,就像 100% 金发和 100% 黑发不存在一样。 这是艾尔啤酒和淡啤酒的划分。

严格来说,在酿酒师眼中,发酵有两种类型:顶部发酵(酵母上升到麦芽汁的顶部) - 这就是艾尔啤酒的制作方法,以及底部发酵(酵母沉到底部) - 这就是啤酒的制作方法酿造啤酒。 很容易记住:

  • 麦芽酒 -> 酵母发酵高 -> 发酵温度高(约 +15 至 +24 °C) -> 饮用温度高(+7 至 +16 °C)。
  • 啤酒 -> 酵母工作温度低 -> 发酵温度低(约 +7 至 +10 °C) -> 消费温度低(+1 至 +7 °C)。

艾尔啤酒是最古老的啤酒类型,是数百年前第一批啤酒酿造商酿造的啤酒。如今,大多数艾尔啤酒的特点是:浓度更高、味道更复杂、通常有果香、颜色通常较深(与拉格啤酒相比)。 艾尔啤酒的一个重要优点是其生产相对简单且便宜,不需要像啤酒那样额外的制冷设备,因此所有精酿啤酒厂都可以提供一种或另一种艾尔啤酒。

拉格啤酒的出现较晚:直到XNUMX世纪,它的生产才开始或多或少地得到发展,直到XNUMX世纪下半叶才开始获得强劲的发展势头。 现代啤酒具有更清澈且通常更具啤酒花风味和香气,并且颜色通常较浅(尽管也存在黑色啤酒)和较低的酒精度。 与麦芽啤酒的根本区别是:在生产的最后阶段,啤酒被倒入特殊的容器中,并在接近零的温度下熟成数周甚至数月——这个过程称为啤酒化。 啤酒品种保质期更长。 由于易于保持一致的质量和较长的保质期,啤酒是世界上最受欢迎的啤酒类型:几乎所有主要啤酒厂都生产啤酒。 然而,由于生产需要更复杂的技术(请记住啤酒化),以及特殊的抗霜酵母的存在 - 因此在一些精酿啤酒厂提供的品种列表中存在原始(原始的,未重新命名的)啤酒是其酿酒师地位和经验的标志。

许多人(包括我自己)认为,与淡啤酒相比,艾尔啤酒是一种更“正确”的啤酒。 Elis 的香气和口味更加复杂,而且往往更丰富、更多样化。 但啤酒更容易饮用,通常更清爽,而且平均而言,烈度较低。 拉格啤酒与艾尔啤酒的不同之处在于,它缺乏酵母独特的味道和香气,而这对于艾尔啤酒来说很重要,有时甚至是强制性的。

好吧,我们想通了。 正确的? 不,这不是真的——当啤酒是啤酒和麦芽酒的混合啤酒时,还有其他选择。 例如,德国科隆啤酒是一种在低温下成熟的顶部发酵啤酒(即艾尔啤酒)(类似于啤酒)。 由于采用了这种混合生产方案,该饮料兼具了两种啤酒的特点:清澈、轻盈、新鲜,并结合了微妙的果香和短暂但令人愉悦的甜味。 最后,一滴啤酒花。

一般来说,如果你,%username%,突然觉得你开始了解啤酒的分类了,那么这里有最后一件事给你:
化学家眼中的啤酒。 第三部分

我们来总结一下酵母:总而言之,酵母作用的时间越长,啤酒的味道和特性变化就越大。 对于影响味道和香气的物质浓度较高的艾尔啤酒来说尤其如此。 因此,某些类型的啤酒需要在瓶中进一步发酵:啤酒已经装瓶在玻璃容器中并放在商店货架上,但发酵过程仍在内部进行。 通过购买几瓶这种啤酒并在不同时间饮用,您可以感受到显着的差异。 同时,巴氏灭菌消除了啤酒中的一些味道特征,因为它消除了饮料中活酵母的存在。 事实上,这就是为什么未过滤的啤酒受到许多人的重视:即使经过巴氏灭菌,酵母培养物的残留物也可以使饮料更美味。 未过滤啤酒的容器底部可见的沉淀物是酵母的残留物。

但这一切都会在以后发生,现在我们只需列出一些啤酒的可选成分即可。

下一部分将详细介绍这一点。

资料来源:www.habr.com

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