Когда пиво покидает пределы пивоварни, у пивовара больше нет возможности контролировать его свежесть и качество, однако от того, насколько стабильным останется пиво при хранении, во многом зависит впечатление потребителей. О том, какие изменения можно внести на производстве для обеспечения стабильности пива, рассказывает пивовар Victory Brewing и Lazarus Brewing Мэтт Кауч.
Качество воды
Конечно, вода — самый объёмный ингредиент пива, она составляет до 90% готового продукта. На характеристиках воды строятся стили пива, а от современной пивоварни ждут широкого диапазона стилей. Анализ воды даёт бесценную информацию пивовару, озабоченному стабильностью готовой продукции. Присутствие определённых элементов не только регулирует ферментные реакции, но также может обеспечить оседание компонентов старения пива, катализировать окислительные реакции и поддерживать здоровье дрожжей.
Присутствия кальция в воде избежать нельзя, и он полезен. Слишком много кальция может привести к избыточному отщеплению фосфатов, что может замедлить работу дрожжей. Слишком мало — и достаточной активности ферментов и нужного pH достичь будет нельзя. Нехватку кальция можно компенсировать добавлением гипса и хлорида кальция. Экстремально высокое содержание Ca+ может привести к гашингу упакованного пива. Содержание кальция от 20 до 150 частиц на миллион считается в пределах нормы.
Железом (двух- или трёхвалентным) и медью часто пренебрегают, а они могут создать много проблем при производстве и в готовом пиве. Это ключевой элемент для питания дрожжей, во время фазы роста они используют много железа и меньше меди. Однако эти следовые металлы также выступают катализаторами в окислительных реакциях Габера-Вейса (Fe3+ + •O2− → Fe2+ + O2) и Фентона (Fe2+ + H2O2 → Fe3+ + HO• + OH− или Fe3+ + H2O2 → Fe2+ + HOO• + H+). Эти реакции активнее происходят при более высоких температурах, что может стать проблемой в варочном цеху, но они могут продолжаться во время хранения и в фасованном пиве, снижая стабильность вкуса. Солод и хмель добавят железа в сусло, но в воде желательна концентрация обоих элементов менее 0,1 частицы на миллион.
Марганец (Mn2+ или Mn4+) — это ещё один следовой элемент, который важен для здоровья дрожжей и их жизнеспособности. Однако, как и железо с медью, марганец катализирует окислительные реакции, и в больших количествах его присутствие в пивоваренной воде нежелательно. Удалить его менее легко, но нужно ориентироваться на максимум 0,2 частицы на миллион.
Нужно найти баланс между удалением избытка металлов и созданием здоровой среды для дрожжей. В большинстве случаев солод и хмель привнесут вышеуказанные элементы в необходимом для размножения дрожжей и брожения количестве. Измерение содержания металлов и в воде, и в пиве важно для понимания того, как быстро будет деградировать готовое пиво.
Наука затирания
Происходящие в процессе дробления солода и затирания реакции, приводящие к старению пива, практически невозможно предотвратить. Из-за природы смешиваемых субстанций и требуемых для адекватной подготовки к переводу их в жидкое состояние действий, ограничить поглощение кислорода и окисление довольно сложно. Необходимость кислорода в заторе не установлена, и новые исследования рекомендуют насколько возможно ограничить концентрацию O2.
Эксперименты показали, что сокращение содержания кислорода в заторе идёт на пользу готовому продукту. Пиво, для затирания которого использовалась деаэрированная вода, показывает большую общую антиоксидантную ёмкость (TRAP, Total Reactive Antioxidant Potential), что ограничивает приводящие к старению пива реакции при производстве и хранении. Это логично, так как при затирании при высокой температуре и высоком содержании кислорода такие реакции протекают более активно. Если не дать старящим пиво компонентам сформироваться в начале процесса производства, антиоксиданты могут более активно защищать пиво позднее.
На поглощение кислорода в процессе дробления и затирания влияют многие факторы. Значимая часть кислорода в заторе происходит от воды, которая даёт до 30 частиц на миллион растворённого кислорода на килограмм дроблёного солода. Солод также несёт с собой молекулы кислорода, которые переходят в раствор после дробления. Ёмкости, которые не были продуты инертным газом, при активном размешивании также добавят кислорода в затор. Затирание с деаэрированной водой и продувка ёмкостей азотом или углекислым газом здорово помогут избежать избытка растворённого кислорода.
Образование липидов при затирании — ещё одна причина для беспокойства. Липиды распадаются в ходе окислительных реакций на компоненты, которые придают вкус и запах старого пива, знакомый опытным дегустаторам. Продуктом окисления липидов может быть транс-2-ноненаль (вкус и запах картона, бумаги). Дрожжи во время размножения и брожения используют некоторое количество липидов. Однако причиной для беспокойства является окисление свободных жирных кислот на горячем этапе. Исследования показали, что паузы при затирании при более низкой температуре могут дать вплоть до половины меньше липидных компонентов, чем затирание с паузами при высокой температуре.
Роль фильтрации в стабильности пива
Какой бы тип оборудования ни использовался — отдельный фильтр-чан или заторно-фильтрационный чан, — для стабильности критически важна прозрачность собираемого сусла. Часто необходимость в быстрой оборачиваемости вынуждает сокращать время для фильтрации. Трудно переоценить необходимость достаточного времени рециркуляции сусла. Создание эффективного фильтрующего слоя для сбора сусла крайне важно в деле сокращения содержания компонентов старения пива.
Пивоварни, использующие заторно-фильтрационный чан, должны сразу же начинать рециркуляцию после завершения всех пауз. Когда чистое сусло проходит через слой дробины, его нужно собирать в котёл для сусла или в уравнительный танк. Рециркуляция через слой дробины предотвращает избыточное накопление в сусле белковых компонентов, которые переживут варку и попадут в бродильную ёмкость, что неизбежно приведёт к старению пива и появлению окисленных вкусоароматических компонентов. Ограничение содержания в продукте веществ, которые легко окисляются, уменьшит образование старящих пиво компонентов.
Отдельный фильтр-чан позволяет производить больше пива, но часто слишком много времени оставляется на рециркуляцию сусла в автоматизированной системе. Рециркуляция сусла во время перекачки затора в фильтр-чан может значительно сократить время, требующееся на получение чистого сусла. Однако крайне важно подождать, пока выпускное отверстие будет покрыто, прежде чем начинать рециркуляцию, это предотвратит излишние сдвиги сусла и поглощение кислорода.
Завершение слива сусла не менее важно, чем начало фильтрации — это может значительно повлиять на готовый продукт. Использование слабого сусла может повысить эффективность, но компоненты, часто содержащиеся в последних порциях сусла, редко придают пиву желаемые качества. Больше всего связаны с деградацией вкуса, появлением старого привкуса и терпкости липиды и танины. Содержание этих продуктов можно снизить, остановив фильтрацию, когда плотность сусла снизится до 2 градусов Плато, что не даст температуре промывочной воды подняться выше 72 градусов Цельсия, а её pH останется ниже 7,0. Нежелательные полифенолы и танины обычно легче извлекаются в конце фильтрации, что может привести к более выраженным побочным вкусам в готовом продукте.
Ограничение поглощения кислорода при фильтрации может также помочь отсрочить старение. Наполнение фильтр-чана снизу, продувка инертным газом и рециркуляция ниже уровня затора предотвращают поглощение кислорода. Ещё один метод — промывка ниже уровня жидкости и использование деаэрированной воды. Максимальное ограничение расплёскивания и колебаний жидкости не позволяет ненужному O2 попасть в раствор.
Солод придаёт пиву желаемые вкусы, но может добавить и нежелательных компонентов, которые легко окисляются, в том числе металлов, набранных из почвы. Визуальная оценка прозрачности сусла — крайне полезная практика. Часто компоненты, которые легко увидеть, играют большую роль в нестабильности вкуса, как минимум, в случае солодовых продуктов. Отделение мутной субстанции от собранного сусла может значительно продлить срок жизни пива.
Кипячение и осветление сусла
Необходимо избегать активного перемешивания сусла после варки, потому что, если старящие пиво компоненты принудительно снова перейдут во взвесь, их будет сложно позднее отделить. Брух состоит из коагулированных белков и плотной растительной субстанции, а также из минералов. Если эти компоненты останутся в сусле, они будут легко окисляться, придавая привкус картона, клейкой ленты, а также другие вкусы старого пива (ириска, чёрная смородина).
Сусло кипятится для прекращения ферментной активности, стерилизации собранной жидкости и коагуляции лишних белков. В результате создаётся идеальная среда для добавления хмеля, придающего горечь и вкус. При кипячении сусло подвергается различным изменениям по мере нагрева и добавления хмеля. Многие эти изменения определяют, как долго будет оставаться свежим готовый продукт.
Хмель добавляет в пиво полифенолы, танины, антиоксиданты, кислоты и масла — всё это желательные компоненты. Некоторые полифенолы и танины, извлекаемые из хмеля, выступают как восстановители, которые предотвращают окислительные реакции, тем самым увеличивая общую антиоксидантную ёмкость продукта, в который они добавляются. Исследования показали, что пиво с сухим охмелением демонстрирует более сильный реактивный антиоксидантный потенциал, но хмель тоже виновен в окислении. В разных урожаях хмеля разные уровни содержания следовых металлов, которые могут перейти в сусло и в пиво. Могут в значительном количестве присутствовать железо и медь, и, как обсуждалось ранее, у этих минералов есть свойство катализировать окислительные реакции. Тщательный выбор хорошо проанализированных сортов и урожаев может минимизировать содержание металлов в сырье.
Кипячение сусла нужно для микробиологической стабильности, как как с солодом и хмелем в сусло неизбежно попадают бактерии. Однако кипячение также подвергает сусло тепловой нагрузке, которая может в итоге привести к образованию альдегидов, считающихся показателями старения пива. Всё время, пока сусло остаётся долгое время при высокой температуре, реакции Майяра проходят активнее, в результате чего образуется потенциально недопустимое количество ощутимых меланоидинов и со временем альдегидов Штреккера, которые попадают в готовый продукт. Пивовар может узнать о чрезмерной тепловой нагрузке выбранной системы при помощи оценки индекса тиобарбитуровой кислоты образца сусла или пива. Сократить тепловую нагрузку можно, если не давать суслу слишком долго оставаться при слишком высокой температуре.
Важно коагулировать белки, остающиеся в отделённом от зерна сусле, чтобы уменьшить возможность окислительных реакций. Плотные белки с высоким молекулярным весом в сусле являются идеальным субстратом, с которым могут связываться полифенолы, что в итоге создаёт в пиве затхлый вкус и холодное помутнение. Эти белки имеют свойство легко коагулировать, и, при активном кипении и отличном осветлении сусла, они удаляются до приемлемой степени. Однако при избыточном перемешивании и воздействии на сусло, белки могут перейти из коагулированного состояния снова в раствор и образовать холодное помутнение. Осветлители позволяют собрать эти белки в плотные комки, и оптимизация процесса осветления крайне важна, чтобы не тратить лишние деньги на денатурировавшие неэффективные добавки.
Когда кипение сусла окончено, отделение твёрдых компонентов от жидких становится крайне важно. Часто пивоваров ограничивает их низкотехнологичное оборудование, однако в него можно внести некоторые изменения, чтобы способствовать удалению бруха. За основу изменений, которые помогут быстрее отделять сусло от бруха, можно взять закон Стокса (он помогает рассчитать скорость, с которой объекты оседают в жидкости, увеличение размера частицы увеличит скорость, с которой она оседает). Оптимизация внесения осветлителя при варке, чтобы получить более крупные сгустки, замедление перелива из котла в вирпул и удаление лишних изгибов и тупиков позволят суслу быстрее осесть и создаст более крупные частицы.
Инструменты и анализ
Знание, сколько именно старящих пиво компонентов остаётся в сусле и пиве, крайне важно для того, чтобы уменьшить их воздействие. Без правильного оборудования и методик процесс регулировки может потребовать огромного количества небольших перемен, которые при сенсорном анализе могут не быть оценены как улучшения. Сбор точных данных позволяет вносить точные изменения, которые помогут сохранять желаемый вкус пива на более долгое время.
Избыток твёрдых частиц в сусле можно легко оценить при помощи воронки Имхоффа. Если собрать 1000 мл сусла и дать ему постоять час, твёрдые частицы выпадут из взвеси и соберутся в нижней части воронки. Чем меньше твёрдой материи будет в нижней части воронки после двух часов отстаивания, тем лучше. Образцы, взятые до или после варки, помогут оценить общую эффективность добавляемых при варке осветлителей. Оценка образцов после охмеления в вирпуле или нокаут-охмеления покажет, как «вирпулится» сусло (насколько хорошо твёрдые частицы коагулируют и оседают). Пивовары могут центрифугировать горячее сусло из вирпула, чтобы способствовать удалению избыточного бруха. Эти изменения не требуют больших вложений, а их эффективность можно оценить сразу же.
Упакованную продукцию можно протестировать несколькими способами. Прогнозировать коллоидную стабильность часто можно всего лишь измерив содержание белков и полифенолов. Были созданы специальные тесты для измерения холодного помутнения, которое выступает как отличный индикатор общей стабильности. Пиво может быть титровано дубильной кислотой, которая образует нерастворимые комплексные соединения с белками. Измерение объёма использованной дубильной кислоты в соответствии с объёмом образца и измерение мутности предупредят об изменениях стабильности. Вместо дубильной кислоты можно использовать сульфат аммония, который образует осадок, что также позволит определить оставшуюся общую мутность. Оба эти теста отражают общее холодное помутнение в готовом продукте.
Более точные методы анализа стоят дорого: газовая или жидкостная хроматография, спектроскопия электронного спинового резонанса требуют больших вложений. Меньших расходов требуют спектрофотометрия и флуориметрия, они дают менее детализированный результат, но высокоэффективны в отношении настройки процесса измерения. Для анализа способности продукта замедлять развитие реакций старения был предложен тест с использованием пероксида водорода и люминесцентного счётчика. Цена такого счётчика доступная, и отдача может быть большой.
Самые полезные инструменты для стабильности пива — это следование лучшим практикам при дображивании, фильтрации и розливе пива. Достаточное время холодного созревания позволит осесть тяжёлым белкам, которые нужно удалить — это значительно снизит содержание белков и полифенолов в упакованном продукте. Также большую долю способных к окислению компонентов удаляют фильтрация и центрифугирование. Осветлители на горячем и холодном этапе крайне эффективны, при условии правильного использования, и оптимизация их дозирования крайне важна для эффективного удаления бруха. Хорошие практики на холодном этапе могут помочь скрыть некоторые недостатки горячего этапа.
Заключение
Поиск баланса между вкусом и долгим сроком годности — это деликатный процесс, который требует внимания к деталям. Те же флавоноиды, которые нравятся потребителям, могут привести к тому, что пиво им не понравится. Пиво, как органический продукт, не должно храниться вечно, так как все вещества разлагаются, но можно создать продукт, который будет храниться дольше. Процесс производства крайне важен для развития вкуса и предотвращения появления старящих пиво компонентов, что обеспечит признание потребителей надолго.
