О пиве глазами химика

Мы не будем сейчас топить за те или иные сорта, спорить, какой вкус и цвет в организме меняется меньше от момента употребления до момента… ну ты понял. Просто поговорим о том, каков процесс производства, различия и влияния пива на наш организм с точки зрения химии.

Многие считают, что пиво – напиток простого люда – и очень ошибаются, многие считают, что пиво вредное – и тоже ошибаются, впрочем, как и те, что считают, что пиво – не вредное. И мы разберём и это! Ну поехали.

История вопроса

История пива в мире насчитывает несколько тысячелетий. Первые упоминания о нём относятся к эпохе раннего неолита. Уже 6000 лет назад человек использовал технологии, позволяющие превращать хлеб в ароматный напиток — да и вообще считается, что пиво — самый древний алкогольный напиток в мире.

История происхождения пива началась ещё до нашей эры, а лавры изобретателей принадлежат шумерам. Их клинопись, обнаруженная Е. Хубером в Месопотамии, содержала около 15 рецептов этого напитка. Жители Междуречья использовали для приготовления пива полбу (спельту). Её перемалывали с ячменём, заливали водой, добавляли травы и оставляли бродить. На основе полученного сусла делали напиток. Обрати внимание: по сути изобретено пшеничное пиво, но о хмеле никто ещё ничего не говорил, то есть варился грюйт или травяное пиво. При этом солод был непророщенным.

Следующей вехой в истории появления пива стала Вавилонская цивилизация. Именно вавилоняне придумали, как улучшить напиток. Они проращивали зерно, а затем его сушили, получая солод. Пиво на зерне и солоде хранилось не более суток. Для того, чтобы сделать напиток ароматнее, в него добавляли пряности, дубовую кору, листья деревьев, мёд — уже тогда придумали пищевые добавки, ещё бы, ведь до Райнхайтсгебота или по-понятному — немецкого закона о чистоте пива было ещё порядка 5000 лет!

Постепенно пиво распространилось в Древнем Египте, Персии, Индии, на Кавказе. А вот в Древней Греции оно популярностью не пользовалось, поскольку считалось напитком бедных. Тогда-то и возникли все эти предрассудки.

История создания пива получила развитие с началом Средневековья. Этот период называют периодом второго рождения пива. Считается, что произошло оно в Германии. Немецкое название Bier происходит от старогерманского Peor или Bror. Хотя тот же английский Ale (эль) якобы этимологически восходит к праиндоевропейскому корню, предположительно со значением «опьянение». Индоевропейское происхождение корня убедительно доказывается в сравнении с современными датским и норвежским øl, а также исландским öl (германская группа языков, к которой принадлежал и древнеанглийский) и литовским и латышским alus — пиво (балтийская группа индоевропейской семьи), севернорусским ол (в значении хмельной напиток), а также эстонским õlu и финским olut. Короче, никто не знает, как получились слова, потому что кто-то напортачил в Древнем Вавилоне — ну и каждый теперь называет пиво по-разному. Впрочем, и варят по-разному.

Именно в Средневековье в напиток стали добавлять хмель. С его появлением улучшились вкусовые качества пива, а срок его хранения стал более длительным. Помни, %username%: хмель в первую очередь был консервантом для пива. Теперь напиток можно было перевозить, и он стал предметом торговли. Появились сотни рецептов и разновидностей пива. Некоторые учёные из понятно каких регионов считают, что родоначальником культивирования хмеля были славяне, ведь на Руси уже в IX веке пивоварение было широко распространено. 

Кстати, в средние века лёгкие эли повсеместно употреблялись в Европе вместо воды. Пивко могли себе позволить даже дети — и да, это было конкретно пиво, а не квас, как некоторые считают. Пили не потому, что тёмные и хотели спиться, а потому, что отведав водицы можно было легко двинуть концы от целой кучи уже ведомых и ещё неведомых болезней. При уровне медицины на уровне подорожника и бабки-повитухи — это было слишком опасно. К тому же так называемое столовое пиво («small ale») было еще и питательным и отлично шло за обеденным столом в колоссальных количествах, поскольку алкоголя там было порядка 1%. Логичный вопрос «а что же тогда убивало всю заразу?» мы тоже обязательно рассмотрим. 

XIX век ознаменовался очередным прорывом в истории возникновения пива. Сначала Луи Пастер открыл зависимость между брожением и дрожжевыми клетками. Он опубликовал результаты исследования в 1876 году, а через 5 лет, в 1881 году, датский учёный Эмиль Кристиан Хансен получил чистую культуру пивных дрожжей, что и стало толчком для промышленного пивоварения.

Если говорить про историю безалкогольного пива, то толчком к его появлению стал Акт Волстеда 1919 года, ознаменовавший начало эпохи сухого закона в США: фактически было запрещены производство, перевозка и продажа алкогольных напитков крепче 0,5%. Так что это уже даже не «small ale». Выпуском таких практически безалкогольных напитков на основе солода занимались все пивоваренные компании, правда, по закону напиток пришлось называть «злаковый напиток», который народ немедленно прозвал «резиновой женщиной» «почти-пивом» («near beer»). На самом деле для того, чтобы перейти с обычного, запрещённого, к новому «почти-пиву», достаточно было добавить к производственному процессу всего один дополнительный этап (и мы обязательно вспомним о нём), что не сильно удорожало конечный продукт и позволило максимально быстро вернуться к производству традиционного напитка: «Думаю, это будет славное время для пива», — сказал президент США Франклин Рузвельт, подписывая акт Каллена-Харрисона 22 марта 1933 года, разрешивший поднять крепость в напитках до 4%. Акт вступил в силу 7 апреля, а потому с тех пор эта дата — Национальный день пива в США! Говорят, что уже 6 апреля американцы выстраивались в очередь в бары, а когда пробила заветная полночь, то… Короче, статистика говорит, что за одно только 7 апреля в США было выпито полтора миллиона бочек пива. А ты выпил кружечку пива 7 апреля, %username%?

Кстати, если будет интересно — я в одной из следующих частей расскажу про ещё более суровый сухой закон — и это даже не СССР, а Исландия.

В настоящий момент пиво не варится разве что в Антарктиде — хотя это неточно. Существуют десятки категорий и сотни стилей — и если интересно, то ознакомиться с их описанием можно тут. Пиво — далеко не так просто, как считается, стоимость бутылки иногда может превышать стоимость ящика вина — и я сейчас говорю не про вино сорта «Шато де ля Пакет».

Поэтому, %username%, если сейчас ты за чтением открыл бутылочку пива — преисполнись уважением и продолжай читать дальше.

Ингредиенты

Перед тем, как разбирать то, из чего состоит пиво, кратко вспомним технологию производства этого напитка.

Пиво – как и очень многое в этом мире – есть продукт неполного сгорания. На самом деле брожение – процесс, благодаря которому мы вкушаем сие удовольствие, равно как и твоя, %username%, способность читать эти строки – есть продукт неполного сгорания сахаров, только в случае пива сахара сгорают не у тебя в мозгу, а у дрожжей в цепочке метаболизма. 
Как и в результате любого сгорания, продуктами являются углекислый газ и вода – но помнишь, я сказал «неполное»? И действительно: в производстве пива дрожжам не дают переедать (хотя это и не совсем корректно, но для общего понимания картины годится) – а потому кроме углекислого газа образуется ещё и спирт.

Поскольку пищей выступает не чистый сахар, а смесь самых разных соединений – то и продуктом выступает не просто углекислый газ, вода и спирт – а целый букет, благодаря чему и существуют эти самые пива. Сейчас я расскажу о некоторых основных ингредиентах, а также попутно развенчаю некоторые мифы о пиве.

Вода

Вспоминая то, что всё-таки я — химик, перейду на скучный химический язык. 

Пиво представляет собой водный раствор экстрактивных веществ солода, не претерпевших изменения в ходе брожения и дображивания пива, этилового спирта и вкусо-ароматических веществ, являющихся либо вторичными метаболитами дрожжей, либо происходящими из хмеля. В состав экстрактивных веществ входят несброженные углеводы (α- и β-глюканы), фенольные вещества (антоцианогены, олиго- и полифенолы), меланоидины и карамели. Их содержание в пиве в зависимости от массовой доли сухих веществ в начальном сусле, состава сусла, технологических режимов брожения и штаммовых особенностей дрожжей колеблется от 2,0 до 8,5 г/100 г пива. С этими же показателями процесса связано содержание спирта, массовая доля которого в пиве может составлять от 0,05 до 8,6%, и вкусоароматических веществ (высших спиртов, эфиров, альдегидов и т.п.), синтез которых зависит как от состава сусла и, особенно от режимов брожения и природы дрожжей. Как правило, для пива, при сбраживании которого используют низовые дрожжи, концентрация вторичных продуктов метаболизма дрожжей не превышает 200 мг/л, в то время как для пива верхового брожения их уровень превышает 300 мг/л. Еще меньшую долю в пиве составляют горькие вещества хмеля, количество которых в пиве не превышает 45 мг/л. 

Всё это очень скучно, цифры на самом деле могут отличаться в большие и меньшие стороны, но суть ты уловил: всего этого очень мало на фоне содержания воды в пиве. Примерно как и ты, %username%, пиво примерно на 95% состоит из воды. Неудивительно, что качество воды влияет на пиво самым непосредственным образом. И кстати это — одна из причин, почему один и тот же сорт пива, производимый разными заводами в разных местах, может отличаться по вкусу. Конкретный и, наверное, самый известный пример — Pilsner Urquell, который как-то пытались варить в Калуге, но ничего не вышло. Сейчас это пиво производится только в Чехии из-за особой мягкой воды.

Ни одна пивоварня не станет варить пиво, не проверив предварительно воду, с которой ей предстоит работать — качество воды слишком важно для конечного продукта. Основными игроками в этом плане выступают те же самые катионы и анионы, которые ты видишь на бутылке любой газировки — только уровни контролируются отнюдь не в диапазоне «50-5000» мг/л, а куда точнее.

Разберёмся, на что же влияет состав воды?

Ну в первую очередь вода должна соответствовать СанПиН, а потому сразу отбрасываем тяжёлые металлы и прочее токсичное — этой дряни в воде вообще быть не должно. Основные ограничения для воды, применяемой непосредственно в производстве пива (при затирании), касаются таких показателей как величина рН, жесткость, соотношения между концентрациями ионов кальция и магния, которое в питьевой воде вообще не регламентируется. Значительно меньше в воде для пивоварения должно содержаться ионов железа, кремния, меди, нитратов, хлоридов, сульфатов. Не допускается наличие в воде нитритов, которые являются сильными токсинами для дрожжей. В два раза меньше в воде должно быть минеральных компонентов (сухой остаток) и в 2,5 раза ниже показатель ХПК (химическое потребление кислорода — окисляемость). При оценке пригодности воды для пивоварения внесен такой показатель, как щелочность, который отсутствует в нормативах для питьевой воды.

Кроме того, дополнительные требования предъявляются к воде, которая используется для корректировки массовой доли сухих веществ и спирта в высокоплотном пивоварении (high-gravity brewing). Эта вода должна быть, во-первых, микробиологически чистая, а во вторых, деаэрирована (т.е. практически не содержать растворимый в воде кислород) и содержать ещё меньше ионов кальция и бикарбонатов по сравнению с водой, рекомендованной для пивоварения вообще. 

Что такое высокоплотное пивоварение?

Чрезвычайно важно поддерживать в воде правильный рН — я говорю сейчас вовсе не о вкусе готового пива, а о процессе сбраживания сусла (кстати, как было найдено — на вкус это как раз не влияет — ты просто не почувствуешь столь тонкую разницу). Дело в том, что от рН зависит активность ферментов, которые дрожжи используют для того, чтобы кушать. Оптимальным считается значение 5,2..5,4, но иногда это значение смещают в более высокую сторону, чтобы повысить горечь. Величина рН оказывает влияние на интенсивность обменных процессов в клетках дрожжей, что отражается на коэффициенте прироста биомассы, скорости роста клеток и синтезе вторичных метаболитов. Так, в кислой среде образуется в основном этиловый спирт, в то время как в щелочной — интенсифицируется синтез глицерина и уксусной кислоты. Уксусная кислота отрицательно сказывается на процессе размножения дрожжей, а потому её необходимо нейтрализовать, корректируя рН в процессе брожения. Для различной «еды» может быть разное значение оптимального рН: например, для метаболизма сахарозы нужно 4,6, для мальтозы – 4,8. рН — один из основных факторов образования сложных эфиров, о которых мы поговорим позже и которые и создают те самые фруктовые запахи пива.

Корректировка рН — это всегда баланс карбонатов и гидрокарбонатов в растворе, именно они и определяют это значение. Но и тут не всё так просто, потому что кроме анионов есть и катионы.

В пивоварении минеральные катионы, входящие в состав воды, делят на химически активные и химически неактивные. Химически активными катионами являются все соли кальция и магния: так, присутствие кальция и магния (и кстати натрия с калием) на фоне высокого содержания карбонатов повышает рН, в то время как кальций и магний (тут уже натрий и калий в пролёте) — но в содружестве с сульфатами и хлоридами понижают рН. Играя с концентрациями катионов и анионов, можно добиться оптимального значения кислотности среды. При этом пивовары больше любят кальций, чем магний: во-первых, именно с ионом кальция связано такое явление как флокуляция дрожжей, а во-вторых — при устранении временной жесткости кипячением (это как в чайнике) карбонат кальция выпадает в осадок и может быть удалён, в то время как карбонат магния осаждается медленно и при охлаждении воды снова частично растворяется. 

Но на самом деле кальций и магний — это ещё цветочки. Чтобы не перегружать статью, просто сведу вместе некоторые влияния примесей ионов в воде на различные факторы производства и качества пива.

Влияние на процесс пивоварения

• Ионы кальция — Стабилизируют альфа-амилазу и увеличивают ее активность, в результате чего повышается выход экстракта. Увеличивают активность протеолитических ферментов, за счет этого возрастает содержание в общего и α-аминного азота в сусле. Определяют уровень снижения рН сусла при затирании, кипячении сусла с хмелем и брожении. Определяют флокуляцию дрожжей. Оптимальным является концентрация ионов 45-55 мг/л сусла.
• Ионы магния — Входят в состав ферментов гликолиза, т.е. необходимы как для брожения, так и для размножения дрожжей.
• Ионы калия — Стимулируют размножение дрожжей, входят в состав ферметных систем и рибосом.
• Ионы железа — Отрицательное влияние на процессы затирания. При концентрации более 0,2 мг/л могут вызвать дегенерацию дрожжей.
• Ионы марганца — Входят в качестве кофактора в ферменты дрожжей. Содержание не должно превышать 0,2 мг/л.
• Ионы аммония — Могут присутствовать только в сточных водах. Абсолютно неприемлемы.
• Ионы меди — При концентрациях более 10 мг/л – токсичны для дрожжей. Могут являться мутагенным фактором для дрожжей.
• Ионы цинка — В концентрации 0,1 – 0,2 мг/л стимулируют размножение дрожжей. При высоких концентрациях ингибируют активность α-амилазы.
• Хлориды — Снижают флокуляцию дрожжей. При концентрации более 500 мг/л замедляют процесс брожения.
• Гидрокарбонаты — При высоких концентрациях приводят к повышению рН, а следовательно к снижению активности амилолитических и протеолитических ферментов, снижают выход экстракта. и способствуют повышению цветности сусла. Концентрация не должна превышать 20 мг/л.
• Нитраты — При концентрациях более 10 мг/л обнаруживаются в стоках. В присутствии бактерий семейства Enterbacteriaceae образуется токсичный нитрит-ион.
• Силикаты — Снижают активность брожения при концентрации более 10 мг/л. Силикаты происходят большей частью из солода, но иногда, особенно весной, причиной их повышения в пиве может быть вода.
• Фториды — До 10 мг/л не оказывает влияния.

Влияние на вкус пива

• Ионы кальция — Снижают экстракцию танинов, которые придают пиву грубую горечь и вяжущий вкус. Снижают утилизацию горьких веществ хмеля.
• Ионы магния — Придают горький привкус пиву, который ощущается при концентрации более 15 мг/л.
• Ионы натрия — При концентрациях более 150 мг/л обуславливают соленый вкус. При концентрациях 75…150 мг/л – снижают полноту вкуса.
• Сульфаты — Придают пиву терпкость и горечь, обуславливают послевкусие. При концентрации более 400 мг/л придают пиву «сухой вкус» (привет, Guiness Draught!). Могут предшествовать образованию сернистых вкусов и запахов, связанных с жизнедеятельностью инфицирующих микроорганизмов и дрожжей.
• Силикаты — Оказывают влияние на вкус косвенным путем.
• Нитраты — Отрицательно влияют на процесс брожения при концентрации более 25 мг/л. Возможность образования токсичных нитрозаминов.
• Хлориды — Придают пиву более тонкий и сладкий вкус (да-да, но если нет натрия). При концентрации ионов около 300 мг/л повышают полноту вкуса пиву и придают ему дынный вкус и аромат.
• Ионы железа — При содержании в пиве более 0,5 мг/л «затемняют» цвет пива, появляется коричневая пена. Придают пиву металлический привкус.
• Ионы марганца — Подобно влиянию ионов железа, но намного сильнее.
• Ионы меди — Отрицательно влияют на стабильность вкуса. Смягчают сернистый привкус у пива.

Влияние на коллоидную стойкость (мутность)

• Ионы кальция — Осаждают оксалаты, тем самым снижают возможность появления оксалатного помутнения в пиве. Усиливают коагуляцию белков при кипячении сусла с хмелем. Снижают экстракцию кремния, что благоприятно сказывается на коллоидной стойкости пива.
• Силикаты — Снижают коллоидную стойкость пива в связи с образованием нерастворимых соединений с ионами кальция и магния.
• Ионы железа — Ускоряют окислительные процессы, вызывают коллоидное помутнение.
• Ионы меди — Отрицательно влияют на коллоидную стабильность пива, выступая катализатором окисления полифенолов.
• Хлориды — Улучшают коллоидную стойкость.

Ну каково? На самом деле разные стили пива формировались в разных уголках мира благодаря в том числе разной воде. У пивоваров из одной местности получалось удачное пиво с выраженным солодовым вкусом и ароматом, а у производителей из другой выходил замечательный напиток с заметным хмелевым профилем — все потому, что в разных регионах была разная вода, на базе которой одно пиво получалось лучше, чем другое. Сейчас, например, состав воды для пива считается оптимальным в таком виде:

Однако понятно, что всегда есть отклонения — и эти отклонения часто обуславливают то, что «Балтика 3» из Питера — вовсе не «Балтика 3» из Запорожья.

Вполне логично, что любая вода, используемая для производства пива, проходит несколько стадий подготовки, включая анализ, фильтрацию и, при необходимости, корректировку состава. Очень часто пивоварня проводит процесс подготовки воды: получаемая тем или иным образом вода подвергается удалению хлора, изменению минерального состава и корректировке жесткости и щелочности. Всем этим можно не заморачиваться, но тогда — и то, если повезет с номинальным составом воды — у пивоварни получится сварить лишь пару-тройку сортов. Поэтому контроль и подготовка воды выполняется ВСЕГДА.

Современные технологии, при наличии достаточных средств, позволяют получить воду с практически любыми нужными характеристиками. Базой при этом может служить хоть городская водопроводная вода, хоть добытая напрямую из артезианского источника. Есть и экзотичные случаи: одна шведская пивоварня, например, сварила пиво из очищенных сточных вод, а чилийские умельцы делают пиво на воде, собранной в пустыне из тумана. Но понятно, что при серийном производстве дорогой процесс водоподготовки влияет на конечную стоимость — и, возможно, именно потому уже упомянутый Pilsner Urquell не производится больше нигде, кроме как дома в Чехии.

Думаю, что для первой части хватит. В следующей части мы поговорим о ещё двух обязательных ингредиентах пива, а возможно — и об одном необязательном, обсудим, почему же пиво по-разному пахнет, есть ли «светлое» и «тёмное», а также коснёмся странных букв OG, FG, IBU, ABV, EBC.

В самом начале я расскажу всё-таки про трудный путь пива в Исландии.

Сухой закон в Исландии наступил даже раньше, чем в США — в 1915 году. Однако ситуация долго не продержалась, поскольку в ответ пошли жёсткие, как сейчас говорят, контрсанкции: Испания потеряв исландский рынок сбыта вина, перестала в ответ покупать у Исландии рыбу. Терпеть это удалось всего шесть лет, и с 1921 года из списка запрещённых продуктов в Исландии вино исключили. Пиво, впрочем, нет.

Еще 14 лет у стойких исландцев ушло на то, чтобы вернуть себе право пить крепкие спиртные напитки: в 1935 году можно было пить вино, ром, виски и все прочее, но вот пиво можно было пить не крепче 2,25%. В руководстве страны тогда считали, что нормальное пиво способствует процветанию разврата, потому что оно доступнее крепкого алкоголя (ну да, конечно).

Решение исландцы нашли совершенно простое и очевидное, чем даже стали мне ещё более симпатичны, чем после Чемпионата Европы 2016 года: люди просто разбавляли разрешенное пиво разрешенным же крепким спиртным. Конечно, правительство всегда идёт навстречу своим гражданам, и именно потому в 1985 году убеждённый трезвенник и язвенник министр по правам человека (какова ирония!) добился запрета и этого нехитрого способа.

Окончательно употребление пива в Исландии было разрешено лишь 1 марта 1989 года, спустя 74 года после запрета. И понятно, что с тех самых пор 1 марта в Исландии — День пива: кабаки работают до самого утра, а местные вспоминают, как три четверти века ждали возвращения своего любимого напитка. Можешь, кстати, тоже добавить эту дату в свой календарь, когда вполне обоснованно стоит пропустить кружечку пенного.

В следующей части в качестве интересной истории думаю, что напишу что-нибудь про Гиннесс…

Но вернёмся к тому, на чём остановились, а именно — на ингредиентах пива.

Солод

Солод — второй после воды основной компонент пива. И не только пива — солод служит основой для производства многих ферментированных напитков — в том числе кваса, кулаги, махсымы, а также виски. Именно солод представляет собой пищу для дрожжей, а потому определяет и крепость, и некоторые вкусовые качества. Медовый, зернистый, бисквитный, ореховый, шоколадный, кофейный, карамельный, хлебный — все эти вкусы появляются не благодаря химии (к счастью или несчастью) — а благодаря солоду. Более того: ни один вменяемый пивовар не будет добавлять что-то лишнее, что можно получить и так. Позже ты увидишь, что речь не только о вкусах, которые можно получить от солода.

Солод — это чуть пророщенный злак: ячмень, рожь, пшеница или овес. Ячменный солод используется всегда, если ты пьёшь пшеничное пиво, то знай: пшеничный солод в нём — лишь примесь к ячменному. Точно так же овсяный солод — примесь к ячменному, он используется реже пшеничного, но применяется при производстве некоторых стаутов.

Солод бывает двух типов: базовый — дает суслу много сахара для дальнейшего сбраживания, но не слишком сильно влияет на вкус, и специальный — на сбраживаемый сахар беден, зато отдает пиву выраженный вкус. Значительная часть массовых сортов пива производится с применением нескольких базовых солодов.

Предназначенное для пивоварения зерновое сырьё требует предварительной обработки, которая заключается в превращении его в пивоваренный солод. Процесс включает в себя проращивание зёрен злаков, сушку и очистку от ростков. Подработка солода может производиться как на пивоваренном заводе, так и на отдельном предприятии (солодовенном заводе).

Процесс получения солода делится на намачивание и проращивание семян. При проращивании идут химические реакции, образуются новые химические вещества. И главную роль в этом играют различные ферменты, которых в прорастающем солоде — множество. Некоторые мы сейчас разберём. Приготовься, %username%, сейчас будет удар по мозгу.

Итак, у нас есть готовый пророщенный солод. Приступаем к затиранию — это приготовление сусла из солода. Солод дробится, смешивается с горячей водой, затор (смесь дроблёных зернопродуктов ) постепенно нагревается. Постепенное повышение температуры необходимо, потому что при разной температуре по-разному действуют ферменты солода. Температурные паузы влияют на то, какие вкус, крепость, пенистость и плотность в результате будут у пива. И при разных стадиях включаются различные ферменты.

Гидролитическое расщепление крахмала (амилолиз) при затирании катализируют амилозы солода. Кроме них солод содержит несколько ферментов из групп амилоглюкозидаз и трансфераз, которые атакуют некоторые продукты расщепления крахмала, однако по количественному соотношению они имеют при затирании только второстепенное значение.

При затирании природным субстратом является крахмал, содержащийся в солоде. Так же как любой природный крахмал, он не является единым химическим веществом, а смесью, содержащей в зависимости от происхождения от 20 до 25% амилозы и 75-80% амилопектина.

Молекула амилозы образует длинные, неразветвленные, спиральносвернутые цепочки, состоящие из молекул α-глюкозы, взаимно связанных глюкозидными связями в положении α-1,4. Количество глюкозных молекул различно и колеблется от 60 до 600. Амилоза растворима в воде и под действием β-амилазы солода полностью гидролизуется до мальтозы.

Молекула амилопектина состоит из коротких разветвленных цепочек. Наряду со связями в положении α-1,4, в разветвленных местах встречаются также связи α-1,6. Глюкозных единиц в молекуле насчитывается около 3000 — амилопектин значительно крупнее амилозы. Амилопектин без нагрева нерастворим в воде, при нагреве образует клейстер.

Солод содержит две амилазы. Одна из них катализирует реакцию, при которой быстро расщепляется крахмал до декстринов, однако мальтозы образуется относительно мало — эта амилаза называется декстринирующей или α-амилазой (α-1,4-глюкан-4-глюканогидролаза). Под действием второй амилазы образуется большое количество мальтозы — это амилаза осахаривающая или β-амилаза (β-1,4-глюканмальтогидролаза).

Декстринирующая α-амилаза является типичным компонентом солода. α-Амилаза активизируется при солодоращении. Она катализирует расщепление α-1,4 глюкозидных связей молекул обоих компонентов крахмала, т. е. амилозы и амилопектина, при этом неравномерно разрываются внутри только конечные связи. Происходит разжижение и декстринизация, проявляющиеся в быстром снижении вязкости раствора (разжижение затора). В естественных средах, т. е. в солодовых экстрактах и заторах, α-амилаза имеет температурный оптимум 70°С и инактивируется при 80°С. Оптимальная зона pH равна от 5 до 6 с четким максимумом на рН-кривой. α-Амилаза очень чувствительна к повышенной кислотности (является кислотонеустойчивой): инактивируется окислением при pH 3 при 0°С или при pH 4,2-4,3 при 20°С.

Осахаривающая β-амилаза содержится в ячмене и её объем при соложении (проращивании) сильно возрастает. β-Амилаза обладает высокой способностью катализировать расщепление крахмала до мальтозы. Она не разжижает нерастворимый нативный крахмал и даже крахмальный клейстер. Из неразветвленных цепочек амилазы β-амилаза отщепляет вторичные α-1,4 глюкозидные связи, а именно от невосстанавливающихся (неальдегидных) концов цепей. Мальтоза постепенно отщепляет от отдельных цепочек по одной молекуле. Расщепление амилопектина происходит так же, однако фермент атакует разветвленную молекулу амилопектина одновременно в нескольких пространственных цепочках, а именно в местах разветвления, где находятся связи α-1,6, перед которыми расщепление прекращается. Температурный оптимум β-амилазы в солодовых экстрактах и заторах находится при 60-65°С; она инактивируется при 75°С. Оптимальная зона pH равна 4,5-5, по другим данным — 4,65 при 40-50°С с нерезким максимумом на рН-кривой.

Суммарно амилазы называют часто диастазой, эти ферменты содержатся в солоде обычных типов и в специальном диастатическом солоде, является природной смесью α- и β-амилазы, в которой β-амилаза количественно преобладает над α-амилазой. При одновременном действии обеих амилаз гидролиз крахмала намного глубже, чем при самостоятельном действии каждого поодиночке, и мальтозы при этом получается 75-80%.

Разницу температурного оптимума α- и β-амилазы на практике используют для регулировки взаимодействия обоих ферментов тем, что подбором правильной температуры поддерживают деятельность одного фермента в ущерб другому.

Кроме расщепления крахмала также крайне важно расщепление белков. Этот процесс — протеолиз — катализируют при затирании ферменты из группы пептидаз или протеиназ (пептид гидролаз), гидролизующие пептидные связи -СО-NH-. Они делятся на эндопептидазы, или протеиназы (пептид пептидогидролазы) и экзопептидазы или пептидазы (дипептид гидролазы). В заторах субстратами являются остатки белкового вещества ячменя, т. е. лейкозина, эдестина, гордеина и глютелина, частично измененного при соложении (например, коагулированного при сушке) и продукты их расщепления, т. е. альбумозы, пептоны и полипептиды.

Ячмень и солод содержат один фермент из группы эндопептидаз (протеиназ) и не менее двух экзопептидаз (пептидаз). Их гидролизующее действие взаимно дополняется. По своим свойствам ячменная и солодовая протеиназы относятся к ферментам типа папаина, очень распространенным в растениях. Их оптимальная температура находится между 50-60°С, оптимум pH колеблется от 4,6 до 4,9 в зависимости от субстрата. Протеиназа относительно стабильна при высоких температурах и тем самым отличается от пептидаз. Наиболее стабильна она в изоэлектрической области, т. е. при pH от 4,4 до 4,6. Активность фермента в водной среде снижается уже спустя 1 ч при 30°С; при 70°С через 1 ч он полностью разрушается.

Гидролиз, катализированный солодовой протеиназой, протекает постепенно. Между белками и полипептидами было выделено несколько промежуточных продуктов, из которых важнейшими являются осколки пептидов — пептоны, называемые также протеозы, альбумозы и т. д. Это высшие продукты расщепления коллоидного характера, которые имеют типичные свойства белков. При кипячении пептоны не коагулируют. Растворы имеют активную поверхность, они вязки и при встряхивании легко образуют пену — это крайне важно в пивоварении!

Последнюю степень расщепления белков, катализированных солодовой протеиназой, представляют полипептиды. Они только отчасти являются высокомолекулярными веществами с коллоидными свойствами. Нормально полипептиды образуют молекулярные растворы, легко диффундирующие. Как правило, они не реагируют как белки и не осаждаются танином. Полипептиды являются субстратом пептидаз, которые дополняют действие протеиназы.

Комплекс пептидаз представлен в солоде двумя ферментами, однако допускается наличие и других. Пептидазы катализируют отщепление терминальных остатков аминокислот от пептидов, причем сначала образуются дипептиды и, наконец, аминокислоты. Пептидазы характеризуются субстратной специфичностью. Среди них имеются и дипептидазы, гидролизующие только дипептиды, и полипептидазы, гидролизующие высшие пептиды, содержащие в молекуле не менее трех аминокислот. В группе пептидаз различаются аминополипептидазы, активность которых обуславливает присутствие свободной аминогруппы, и карбоксипептидазы, требующие присутствия свободной карбоксильной группы. Все солодовые пептидазы имеют оптимальный pH в слабощелочной области между pH 7 и 8 и оптимальную температуру около 40°С. При pH 6, при котором протекает протеолиз в прорастающем ячмене, активность пептидаз ярко выражена, в то время как при pH 4,5-5,0 (оптимум протеиназ) пептидазы инактивируются. В водных растворах активность пептидаз снижается уже при 50°С, при 60°С пептидазы быстро инактивируются.

При затирании большое значение придается ферментам катализирующим гидролиз сложных эфиров фосфорной кислоты, а также фосфолипидов клеточных мембран. Отщепление фосфорной кислоты технически очень важно из-за ее непосредственного влияния на кислотность и буферную систему пивоваренных полупродуктов и пива, а жирные кислоты, образующиеся из фосфолипидов, образуют сложные эфиры при брожении, обуславливая различные ароматы. Природным субстратом солодовых фосфоэстераз являются сложные эфиры фосфорной кислоты, из которых в солоде преобладает фитин. Это смесь кальциевых и магниевых солей фитиновой кислоты, которая является гексафосфорным сложным эфиром инозита. В фосфатидах фосфор связан как сложный эфир с глицерином, в то время как нуклеотиды содержат фосфорный эфир рибозы, связанный с пиримидиновым или пуриновым основанием.

Важнейшей солодовой фосфоэстеразой является фитаза (мезоинозитгексафосфатфосфогидролаза). Она очень активна. От фитина фитаза постепенно отщепляет фосфорную кислоту. При этом образуются различные фосфорные сложные эфиры инозита, которые в конце концов дают инозит и неорганический фосфат. Наряду с фитазой были описаны также сахарофосфорилаза, нуклеотидпирофосфатаза, глицерофосфатаза и пирофосфатаза. Оптимальный pH солодовых фосфатаз находится в относительно узком диапазоне — от 5 до 5,5. К высоким температурам они чувствительны по-разному. Оптимальный температурный интервал 40-50°С очень близок к температурному интервалу пептидаз (протеиназ).

На процесс образования ферментов сильно влияет кислород — при его недостатке зерно попросту не прорастает, и свет — он разрушает некоторые ферменты, в частности — диастазу, а потому помещения для соложения — солодовни — устраиваются с малым доступом света.

До XIX века полагали, что пригоден только такой солод, прорастание которого не шло до появления листочка. В XIX веке было доказано, что солод, в котором листочек достиг сравнительно большой величины (длинный солод, нем. Langmalz), содержит значительно большие количества диастаз, если только соложение велось при возможно невысокой температуре.

Кроме всего прочего, солод находит себе применение и для приготовления так называемого солодового экстракта. Солодовый экстракт — это сгущенное или обезвоженное выпариванием сусло, сваренное из раздробленных зёрен ячменя, ржи, кукурузы, пшеницы, других злаковых культур. Сусло выпаривают щадящим способом в вакууме при температуре от 45 до 60°С до консистенции сиропа, осветляют, освобождают от вяжущих соединений методом сепарирования и центрифугирования. В производстве пива солодовый экстракт используется достаточно редко, поскольку не позволяет экспериментировать с разнообразием вкуса и цвета.

А разнообразие получают очень просто. В зависимости от степени сушки можно получить солод разных типов — светлый, тёмный, чёрный. Для получения тёмных и особенно карамельных сортов солод поджаривают. Чем сильнее жарят солод, тем больше сахаров карамелизуются в нём. Карамельный привкус пиву дает солод с фактически самой настоящей карамелью внутри: после обработки паром и сушки содержащийся в солоде крахмал превращается в карамелизованную твердую массу. Именно она внесет в пиво характерные нотки — и точно так же можно добавить «жжёный вкус» с помощью фактически подгоревшего жжёного солода. А у немцев существует также и «дымное пиво» — раухбир, при приготовлении которого используется копченый на огне зеленый солод: жар и дым от горящего топлива сушат и одновременно коптят пророщенное зерно. Причем вкус и аромат будущего пива напрямую зависят от того, какое топливо используется для копчения солода. В пивоварне «Шленкерла» (которой, кстати, уже больше 600 лет) для этих целей используют выдержанную буковую древесину, благодаря которой данный сорт и приобретает специфический копченый профиль — ну потуги этих баварских пивоваров понятны: необходимо искать какие-то оригинальные варианты в узких рамках немецкого закона о чистоте пива, впрочем об этих и не только этих «рамках» мы поговорим после того, как обсудим все ингредиенты пива.

Надо также сказать, что невозможно сварить пиво из только тёмных сортов: при обжаривании теряются ферменты, необходимые для осахаривания сусла. а потому любой, даже самый тёмный раухбир будет содержать и светлый солод в том числе.

Итого, при использовании различных сортов солода в пиво до процесса сбраживания уже поступает целый набор различных веществ, важнейшие из которых:

• Сахара (сахароза, глюкоза, мальтоза)
• Аминокислоты и пептоны
• Жирные кислоты
• Фосфорная кислота (Always Coca-Cola! Чур меня, чур!)
• Продукты неполного окисления при сушке всего вышеперечисленного богатства со сложным составом

С сахарами всё понятно — это будущая пища для дрожжей, а также сладковатый вкус пива (именно его балансировали раньше травами, а позже — хмелем, добавляя горечи), всё понятно и с продуктами неполного горения — это более тёмный цвет, копчёный и карамельный вкус и запах. Про важность пептонов и пены я говорил — но не устану это повторять. К жирным кислотам мы ещё вернёмся, когда поговорим о дрожжах и появлении фруктовых ароматов.

Кстати, говоря про пептоны, белки и смерть клеток — чего-то вспомнилась одна история, которую я прочёл на одном из тематических пабликов. Она под спойлером по некоторым причинам.

Детям, женщинам и слабонервным не смотреть!

На этом про солод мы закончим, упомянув только, что отечественный солод очень даже не плох — а потому активно используется наряду с импортным.

Дрожжи

Ещё одним абсолютно необходимым компонентом пива являются, собственно, дрожжи. Ну а куда без них-то, верно?

Пивные дрожжи — это микроорганизмы, осуществляющие брожение. В свою очередь, брожение (англ. fermentation) — биохимический процесс, основанный на окислительно-восстановительных превращениях органических соединений в анаэробных условиях, то есть без доступа кислорода. При брожении субстрат — а в нашем случае сахар — окисляется не полностью, поэтому брожение энергетически малоэффективно. При различных видах брожение сбраживание одной молекулы глюкозы даёт от 0,3 до 3,5 молекул АТФ (аденозинтрифосфата), при этом аэробное (то есть с потреблением кислорода) дыхание с полным окислением субстрата имеет выход 38 молекул АТФ. В связи с низким энергетическим выходом микроорганизмы-бродильщики вынуждены перерабатывать огромное количество субстрата. И это конечно же нам на руку!

Кроме спиртового брожения, в котором моно- и дисахариды превращаются в этанол и углекислый газ, существует ещё и молочнокислое брожение (основной итог — молочная кислота), пропионовокислое брожение (итог — молочная и уксусная кислоты), муравьинокислое брожение (муравьиная кислота с вариантами), маслянокислое брожение (масляная и уксусная кислота) и гомоацетатное брожение (только уксусная кислота). Надо сказать, что вряд ли любитель пива захочет, чтобы кроме расово верного спиртового брожения происходило что-то ещё — не думаю, что кому-то захочется пить кисляк, пахнущий прогорклым маслом или пропавшим сыром. А потому доля «постороннего брожения» всячески контролируется, в частности, чистотой дрожжей. 

Производство дрожжей — огромная индустрия: над выведением штаммов пивных дрожжей с теми или иными характеристиками трудятся целые лаборатории — независимые или созданные при пивоварне. Рецептура дрожжей часто представляет собой секрет, тщательно охраняемый пивоваром. Говорят, что у народов северной Европы существовала традиция передавать из поколения в поколение специальную пивоваренную палку. Без помешивания варева этой деревяшкой пиво не получалось, так что палку считали чуть ли не волшебной и хранили ее особенно бережно. Разумеется, о дрожжах тогда не знали и истинной роли палки не понимали, но уже тогда понимали ценность этого таинства.

Но на любое правило бывают и исключения. Например:

• В Бельгии варят ламбики — это пиво, которое начинает бродить самостоятельно, благодаря попадающим в сусло из воздуха микроорганизмам. Считается, что настоящие ламбики можно получить только в определенных регионах Бельгии, и понятно, что брожжение там настолько смешанное и сложное, что сам чёрт ногу сломит. Впрочем, откровенно: ламбики — на любителя, и точно не подойдут тем, кто считает, что пиво не должно кислить.
• Американская пивоварня Rogue Ales сварила эль на базе дрожжей, которые главный пивовар заботливо выращивал в собственной бороде.
• Его австралийский коллега из пивоварни 7 Cent пошел еще дальше и вырастил дикие дрожжи у себя в пупке, а потом выпустил пиво на их основе.
• Польская пивоварня The Order of Yoni несколько лет назад сварила пиво из женщин. Ну как из женщин… из дрожжей из женщин. Женщины не пострадали вообще… Ну короче ты понял...

Пивные дрожжи в процессе брожения не только кушают сахара и производят что положено, но и одновременно выполняют большое количество других химических процессов. В частности, происходят процессы этерификации — образования сложных эфиров: а что, спирт есть, жирные кислоты (помнишь про солод?) — тоже, из них можно сделать много чего интересного! Это может быть и зеленое яблоко (есть у некоторых американских лагеров), и банан (типично для немецкого пшеничного пива), и груша, и сливочное масло. А на самом деле — этилацетат, который самый распространённый (ещё бы — этанол + уксусная кислота) в высокой концентрации будет напоминать по запаху лак для ногтей, а в той концентрации, какая обычно присутствует в пиве, он проявляется как фруктовый аромат. Изоамилацетат придает напитку банановую отдушку. Этилбутират – ананасовую, этилгексаноат – яблочные и анисовые ноты. Тут мне вспоминается школа и разные эфиры, которые пахли так, что ням-ням-ням. Но не все. Получится ли напиток с фруктовым ароматом или тонким ароматом смеси сивухи и растворителя — зависит от концентрации сложных эфиров, что в свою очередь — от разных факторов: температуры брожения, экстрактивности сусла, штамма дрожжей, количества попавшего в сусло кислорода. Мы поговорим об этом, когда придём к рассмотрению технологии пивоварения. 

На вкус, кстати, дрожжи влияют тоже — об этом мы вспомним, когда заговорим о хмеле.

А сейчас, раз уж мы познакомились с дрожжами, можно сообщить о единственном верном способе деления пива. И нет, %username%, это не «светлое» и «тёмное», ибо ни светлого ни тёмного не существует, как не существует 100% блондинок и 100% брюнеток. Это — деление на эль и лагер.

Строго говоря, брожение в глазах пивоваров бывает двух типов: верховое (дрожжи поднимаются наверх сусла) — так получается эль, и низовое (дрожжи опускаются на дно) — так готовится лагер. Запомнить несложно:

• Эль —> дрожжи бродят высоко —> температура брожения высокая (примерно от +15 до +24 °C) —> температура потребления высокая (от +7 до +16 °C).
• Лагер —> дрожжи работают низко —> температура брожения низкая (примерно от +7 до +10 °C) —> температура потребления низкая (от +1 до +7 °C).

Эль — самый древний вид пива, именно его варили самые первые пивовары сотни лет назад Сейчас для большинства элей характерны: более высокая плотность, более сложный вкус, часто фруктовый аромат и в основном более темный (по сравнению с лагерами) цвет. Важное преимущество элей — сравнительно простое и дешевое производство, не требующее дополнительного холодильного оборудования, как в случае с лагерами, а потому все крафтовые пивоварни могут предложить тот или иной эль.

Лагер же появился позже: более-менее сносно его производство начали осваивать только в XV веке, и лишь во второй половине XIX века оно стало набирать серьезные обороты. Современные лагеры отличаются более понятным и часто более хмелевым вкусом и ароматом, а также, как правило, светлым цветом (хотя, существуют и черные лагеры) и более низким значением крепости. Принципиальное отличие от элей: на последнем этапе производства лагер переливается в специальные емкости и дозревает там несколько недель или даже месяцев при близких к нулю температурах — этот процесс называется лагеризацией. Лагерные сорта хранятся дольше. Благодаря лёгкости поддержания стабильности качества и долгому сроку хранения, лагер — самый популярный в мире вид пива: практически все крупные пивоваренные заводы производят лагеры. Однако, поскольку для производства необходимо усложнение технологии (помним про лагеризацию), а также наличие специальных морозостойких дрожжей — а потому присутствие оригинальных (именно оригинальных, а не ребрендованных) лагеров в перечне предлагаемых сортов в какой-нибудь крафтовой пивоварне — признак её статуса и опытности пивоваров.

Многие (и я в том числе) считают, что эли — более «правильное» пиво по сравнению с лагерами. Эли более сложные с точки зрения ароматов и вкусов, они часто более насыщенные и более разнообразные. Зато лагеры проще для восприятия, они зачастую более освежающие и в среднем менее крепкие. Лагер отличается от эля в том числе и тем, что в нем отсутствуют явные вкус и аромат дрожжей, которые являются важными, а порой — обязательными для элей.

Ну вот и разобрались. Верно? Нет, неверно — существуют варианты, когда пиво представляет собой гибрид лагера и эля. Например, немецкие кёльши — это пиво верхового брожения (то есть эль), которое созревает при низких температурах (как лагер). В результате такой гибридной схемы производства напиток обладает характеристиками обоих видов пива: понятность, легкость и свежесть соседствуют с едва заметными фруктовыми нотками во вкусе и непродолжительной, но приятной сладостью. Ну и капелька хмеля напоследок.

Ну строго говоря это — не пивные дрожжи, а скорее сопутствующие микроорганизмы, как в бельгийских ламбиках — но информация в любом случае интересная.

А вообще, если ты, %username%, внезапно почувствовал, что стал разбираться в классификации пива, то вот тебе напоследок:

Подведём итоги про дрожжи: итого — чем дольше дрожжи трудятся, тем больше может измениться вкус и характер пива. Особенно это касается элей, в которых выше концентрация веществ, влияющих на вкус и аромат. По этой причине некоторые сорта элей подразумевают дображивание в бутылке: пиво уже разлито в стеклянную тару и стоит на полке магазина, но внутри все еще происходит процесс брожения. Купив пару бутылок такого пива и выпив их в разное время, можно почувствовать значительную разницу. Одновременно, пастеризация лишает пиво некоторых вкусовых особенностей, так как исключает присутствие в напитке живых дрожжей. Собственно, именно поэтому многими ценится нефильтрованное пиво: даже после пастеризации остатки дрожжевой культуры способны сделать напиток вкуснее. Тот осадок, что виден на дне емкости с нефильтрованным пивом — это и есть остатки дрожжей.

Но всё это будет после, а сейчас нам осталось перечислить ещё несколько необязательных компонентов пива.

Об этом — уже в следующей части.

Источник