Jump to content

Пивная химия

Взвешивание хмеля

Химические соединения в пиве придают ему характерный вкус, запах и внешний вид. Большинство соединений в пиве образуются в результате метаболической деятельности растений и дрожжей и поэтому рассматриваются в областях биохимии и органической химии . [1] Главным исключением является то, что пиво содержит более 90% воды, а минеральные ионы в воде (жесткость) могут существенно влиять на вкус. [2]

Четыре основных ингредиента

[ редактировать ]

Для приготовления пива в процессе пивоварения используются четыре основных ингредиента : углеводы (из солода ), хмель , дрожжи и вода .

Углеводы (из солода)

[ редактировать ]

Источник углеводов является важной частью пива, поскольку одноклеточные дрожжевые организмы преобразуют углеводы в энергию для жизни. Дрожжи метаболизируют источник углеводов с образованием ряда соединений, включая этанол . Процесс пивоварения начинается с соложения и затирания , в ходе которого длинные углеводы, содержащиеся в ячменном зерне, расщепляются на более простые сахара . Это важно, поскольку дрожжи могут усваивать только очень короткие цепочки сахаров. [3] Длинные углеводы — это полимеры , большие разветвленные связи одной и той же молекулы, повторяющиеся снова и снова. В случае ячменя мы в основном видим полимеры, называемые амилопектином и амилозой , которые состоят из повторяющихся связей глюкозы . В очень больших временных масштабах (термодинамически) эти полимеры разрушались бы сами по себе, и не было бы необходимости в процессе соложения. [4] Обычно этот процесс ускоряют путем нагревания зерна ячменя. [3] Этот процесс нагрева активирует ферменты, называемые амилазами . Форма этих ферментов, их активный центр , дает им уникальную и мощную способность ускорять реакции разложения более чем в 100 000 раз. Реакция, происходящая в активном центре, называется реакцией гидролиза , которая представляет собой разрыв связей между сахарами. Повторный гидролиз расщепляет длинные полимеры амилопектина на более простые сахара, которые могут перевариваться дрожжами. [4]

Амилопектин состоит из множества молекул глюкозы, связанных между собой 1,6 или 1,4 связями.

Хмель — это цветки растения хмеля Humulus lupulus . Эти цветы содержат более 440 эфирных масел, которые придают пиву аромат и не горький вкус. [4] Однако отчетливая горечь, особенно характерная для светлых элей, обусловлена ​​семейством соединений, называемых альфа-кислотами (также называемыми гумулонами ) и бета-кислотами (также называемыми лупулонами ). Обычно пивовары считают, что α-кислоты придают пиву приятную горечь, тогда как β-кислоты считаются менее приятными. [4] α-кислоты изомеризуются в процессе кипения в изображенной на рисунке реакции. Шестичленное кольцо в гумулоне изомеризуется в пятичленное кольцо, но обычно не обсуждается, как это влияет на воспринимаемую горечь.

Гумулон – это альфа-кислота и один из основных вкусовых компонентов хмеля. Химия пива часто касается реакций таких молекул и того, как лучше контролировать их для достижения наилучшего вкуса. [5]
Химические структуры, показывающие ферментацию этанола

В производстве пива значимым фактором являются продукты метаболизма дрожжей. В аэробных условиях дрожжи будут использовать в гликолизе простые сахара, полученные в процессе соложения , и превращать пируват , основной органический продукт гликолиза, в углекислый газ и воду посредством клеточного дыхания . Многие домашние пивовары используют этот аспект метаболизма дрожжей для газирования своего пива. Однако в промышленных анаэробных условиях дрожжи не могут использовать пируват, конечный продукт гликолиза, для выработки энергии при клеточном дыхании. Вместо этого они полагаются на процесс, называемый ферментацией . Ферментация превращает пируват в этанол через промежуточный ацетальдегид .

Вода часто может прямо или косвенно играть очень важную роль в вкусе пива. [2] [4] так как это основной ингредиент. Виды ионов , присутствующие в воде, могут влиять на пути дрожжей метаболические и, следовательно, на метаболиты, которые можно попробовать на вкус. Например, ионы кальция и железа в небольших количествах необходимы дрожжам для выживания, поскольку эти ионы металлов обычно являются кофакторами дрожжевых ферментов . [4]

Карбонизация пива

[ редактировать ]

В аэробных условиях дрожжи превращают сахара в пируват, а затем превращают пируват в воду и углекислый газ . Этот процесс может газировать пиво. При коммерческом производстве дрожжи работают в анаэробных условиях, превращая пируват в этанол , и не газируют пиво. Пиво газируется CO 2 под давлением . Когда пиво наливают, растворенный в пиве углекислый газ выходит и образует крошечные пузырьки. Эти пузырьки растут и ускоряются по мере своего подъема, питаясь близлежащими более мелкими пузырьками, — явление, известное как созревание Оствальда . Эти более крупные пузырьки приводят к образованию «более грубой» пены на поверхности налитого пива.

Нитро-пиво (CO 2 заменен газом N 2 )

[ редактировать ]

Пиво можно газировать CO 2 или делать игристым инертный газ, например азот (N 2 ), аргон (Ar) или гелий (He). Инертные газы не так растворимы в воде, как углекислый газ, поэтому они образуют пузырьки, которые не растут при оствальдовском созревании . Это означает, что в пиве пузырьки меньшего размера, пена более кремовая и устойчивая. [6] Эти менее растворимые инертные газы придают пиву другую, более плоскую текстуру. С точки зрения пива, вкус пива гладкий, а не игристый, как у пива с нормальной карбонизацией. Нитро-пиво (азотное пиво) может иметь менее кислый вкус, чем обычное пиво. [7]

Ароматические соединения

[ редактировать ]

Пиво содержит много ароматических веществ. На сегодняшний день химики, использующие передовые аналитические инструменты, такие как газовые и высокоэффективные жидкостные хроматографы , соединенные с масс-спектрометрами , обнаружили в пиве более 7700 различных химических соединений. [8]

Стабилизаторы пены

[ редактировать ]

Стабильность пивной пены зависит, среди прочего, от присутствия переходных металлов ионов ( Fe 2+
, Ко 2+
, Является 2+
, С 2+
...), макромолекулы, такие как полисахариды , белки и изогумулоновые соединения хмеля в пиве. Стабильность пены является важным фактором при первом восприятии пива потребителем и поэтому является предметом величайшей заботы пивоваров и барменов, отвечающих за подачу разливного пива или за правильное наливание пива в стакан из бутылки ( с хорошей фиксацией пены, без чрезмерного пенообразования и хлестания при открытии бутылки).

За последние десятилетия пивоваренными заводами и агрохимической промышленностью было подано множество патентов на различные типы стабилизаторов пивной пены. Соли кобальта , добавляемые в низкой концентрации (1–2 ppm ), были популярны в шестидесятые годы, но поднимали вопрос о токсичности кобальта в случае необнаруженной случайной передозировки во время производства пива. В качестве альтернативы органические стабилизаторы пены производятся путем гидролиза восстановленных побочных продуктов производства пива, таких как дробина или хмеля . остатки [9]

Среди широкого спектра очищенных или модифицированных натуральных пищевых добавок , доступных на рынке, карбоксиметилгидроксиэтилцеллюлоза растворимая [10] альгинат пропиленгликоля (PGA, пищевая добавка с номером E E405), [11] пектины и геллановая камедь также исследовались в качестве стабилизаторов пены.

Соли кобальта

[ редактировать ]

В 1957 году два химика-пивовара, Торн и Хелм, обнаружили, что компания 2+
Катион смог стабилизировать пену пива и избежать перепенивания и фонтанирования пива. [12] Добавление небольшого количества ионов кобальта в диапазоне 1–2 мг/л ( ppm ) оказалось эффективным. Более высокие концентрации будут токсичными, а более низкие – неэффективными.

Кобальт — это переходный металл которого , атомные орбитали способны взаимодействовать с лигандами или функциональными группами (–OH, –COOH, –NH 2 ), присоединенными к органическим молекулам, естественным образом присутствующим в пиве, образуя макромолекулярные координационные комплексы, стабилизирующие пивную пену. Кобальт может вести себя как меж- или внутримолекулярный мостик между различными молекулами полисахаридов (меняя их форму или размер) или вызывать некоторые конформационные изменения . [13] различных типов молекул, присутствующих в растворе, влияющих на их абсолютную конфигурацию и, следовательно, на молекулярную структуру пены и ее поведение.

Торн и Хелм (1957) также сформулировали гипотезу о том, что кобальт, образуя комплекс с некоторыми азотистыми компонентами пива (например, аминокислотами из солодовых белков ), может образовывать поверхностно-активные вещества, инактивирующие газообразные ядра, ответственные за чрезмерное пенообразование и фонтанирование. [12]

Фонтанирование – это специфическая проблема, которая более подробно изучалась Рудином и Хадсоном (1958). [14] Эти авторы обнаружили, что фонтанированию также способствуют других переходных металлов, ионы например, никеля и железа , но не ионы кобальта . Изогумулон ( изо-альфа-кислота, ответственная за горький вкус хмеля ) и его комбинации с Ni или Fe также способствуют фонтанированию, тогда как чистые ионы Co или их сочетание с изогумулоном не проявляют фонтанирования и чрезмерного пенообразования. Это объясняет, почему соли кобальта были специально выбраны в концентрации 1–2 мг/л в качестве средства, препятствующего вытеканию пива. Рудин и Хадсон (1958) и другие авторы также обнаружили, что ионы Co, Ni и Fe преимущественно концентрируются в самой пене. [14]

В шестидесятые годы, после одобрения FDA США , сульфат кобальта в низкой концентрации широко использовался в США в качестве добавки для стабилизации пивной пены и предотвращения выплескивания пены после того, как пиво подвергалось вибрациям во время его транспортировки или обработки.

Хотя кобальт является важным микроэлементом, необходимым для синтеза витамина B12 , избыточный уровень кобальта в организме может привести к отравлению кобальтом , и его следует избегать. Это послужило толчком к разработке методов качественного и количественного анализа для точного определения кобальта в пиве, чтобы предотвратить случайную передозировку и отравление кобальтом. [15]

Известно, что слишком высокий уровень кобальта является причиной кардиомиопатии у любителей пива . Первые проблемы, упомянутые в литературе, были зарегистрированы в Канаде в середине шестидесятых годов после случайной передозировки на пивоварне Dow Breweries в Квебеке .

В августе 1965 года в больницу Квебека поступил человек с симптомами, указывающими на алкогольную кардиомиопатию . В течение следующих восьми месяцев в том же районе появилось еще пятьдесят случаев с аналогичными результатами, двадцать из них закончились смертельным исходом. Было отмечено, что все они были сильно пьющими, в основном пили пиво и предпочитали марку Dow ; тридцать из них выпивали более 6 литров (12 пинт) пива в день. [16] Эпидемиологические исследования показали, что пивоварня Dow Breweries добавляла сульфат кобальта в пиво для стабильности пены с июля 1965 года, и что концентрация, добавленная на пивоварне в Квебеке, была в десять раз выше, чем в том же пиве, сваренном в Монреале , где не было зарегистрировано ни одного случая заболевания. [17] [18]

Хранение и деградация

[ редактировать ]
Органические ароматические кислоты, содержащиеся в пиве в природе, такие как триптофан , тирозин и фенилаланин , поглощают синий свет и флуоресцируют зеленым под действием лазерного света с длиной волны 450 нм. [19]

Особая проблема пива заключается в том, что, в отличие от вина , его качество имеет тенденцию ухудшаться с возрастом. [20] рибес Запах и вкус кошачьей мочи, называемый , названный в честь рода черной смородины, имеет тенденцию развиваться и достигать пика. [21] При этом преобладает запах картона, обусловленный выделением 2-ноненаля . [22] В целом химики полагают, что «неприятный привкус», исходящий от старого пива, обусловлен активными формами кислорода. Например , они могут иметь форму свободных радикалов кислорода , которые могут изменить химическую структуру соединений в пиве, которые придают ему вкус. [22] Кислородные радикалы могут вызывать повышение концентрации альдегидов в результате разложения реакций аминокислот в пиве по реакции Стрекера. [23]

Пиво уникально по сравнению с другими алкогольными напитками , поскольку оно нестабильно в конечной упаковке. Существует множество переменных и химических соединений, которые влияют на вкус пива на этапах производства, а также во время хранения пива. Во время хранения пиво приобретает неприятный привкус из-за многих факторов, включая солнечный свет и количество кислорода в свободном пространстве бутылки. Помимо изменений вкуса, пиво может также вызывать визуальные изменения. Пиво может помутнеть во время хранения. Это называется коллоидной стабильностью (образованием помутнения) и обычно вызвано сырьем, используемым в процессе пивоварения. Основная реакция, вызывающая мутность пива, — это полимеризация полифенолов и связывание их со специфическими белками. Этот тип дымки можно увидеть, когда пиво охлаждается ниже 0 градусов по Цельсию. Когда пиво поднимается до комнатной температуры, дымка растворяется. Но если пиво хранится при комнатной температуре слишком долго (около 6 месяцев), образуется необратимое помутнение. [24] Исследование, проведенное Heuberger et al. (2012) пришли к выводу, что температура хранения пива влияет на стабильность вкуса. Они обнаружили, что профиль метаболитов пива, хранившегося при комнатной и холодной температуре, значительно отличался от свежего пива. У них также есть доказательства, подтверждающие значительное окисление пива после нескольких недель хранения, что также влияет на вкус пива. [25]

Неприятный привкус пива, например, вкус картона или зеленого яблока, часто связан с появлением несвежих альдегидов . Альдегиды Штрекера, ответственные за изменение вкуса, образуются во время хранения пива. Филип Витсток и др. провел эксперименты, чтобы проверить, что вызывает образование альдегидов Стрекера во время хранения. Они обнаружили, что только аминокислот концентрация (в частности, лейцина (Leu), изолейцина (Ile) и фенилаланина (Phe) и концентрация растворенного кислорода вызывает образование альдегида Стрекера. Они также проверили углеводы и железо. 2+ дополнения. кислорода . Обнаружена линейная зависимость между образовавшимися альдегидами Стрекера и общим количеством упакованного Это важно знать пивоварам, чтобы они могли контролировать вкус своего пива. Витсток заключает, что укупоривание пива кронен-пробками с кислородным барьером уменьшит образование альдегидов Штрекера. [23]

В другом исследовании, проведенном Vanderhaegen et al. (2003), различные условия выдержки были протестированы на бутылочном пиве через 6 месяцев. Они обнаружили, что уменьшение содержания летучих эфиров приводит к уменьшению фруктового вкуса. Они также обнаружили увеличение содержания многих других соединений, включая карбонильные соединения, этиловые эфиры, соединения Майяра, диоксоланы и эфиры фурановой кислоты . [26] Карбонильные . соединения, как было указано ранее в экспериментах Витстока, образуют альдегиды Штрекера, которые имеют тенденцию вызывать аромат зеленого яблока сложные эфиры Известно, что придают фруктовые ароматы, такие как груши, розы и бананы. Соединения Майяра придадут поджаренный солодовый вкус.

Исследование, проведенное Чарльзом Бэмфортом и Роем Парсонсом (1985), также подтверждает, что несвежий вкус пива вызван различными карбонильными соединениями. Они использовали тиобарбитуровую кислоту (ТБК) для оценки веществ, вызывающих старение, после применения метода ускоренного старения. Они обнаружили, что старение пива снижается за счет поглотителей гидроксильного радикала ( OH), такие как маннит и аскорбиновая кислота . Они также проверили гипотезу о том, что экстракты соевых бобов, включенные в бродящее сусло, увеличивают срок хранения вкуса пива. [27]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ Барт 2013 , с. 9,89.
  2. ^ Перейти обратно: а б Барт 2013 , с. 69-88.
  3. ^ Перейти обратно: а б Барт 2013 , с. 144.
  4. ^ Перейти обратно: а б с д и ж Янсон 1996 .
  5. ^ Марнетт, Алан (6 августа 2009 г.), «Химия сканки-пива» , benchfly.com
  6. ^ Крейг Беттенхаузен (2015), «Гелиевое пиво, от розыгрыша до танка», Архив новостей химической и инженерной промышленности , 93 (43): 56, doi : 10.1021/cen-09343-newscripts , ISSN   1520-605X
  7. ^ Лиза Джарвис; Джессика Моррисон (2015), «Nitro Cold Brew», Архив новостей химической и инженерной промышленности , 93 (33): 37, doi : 10.1021/cen-09343-newscripts , ISSN   1520-605X
  8. ^ Уэллетт, Дженнифер (18 августа 2021 г.). «Немецкие химики определили в пиве более 7700 различных химических формул» . Арс Техника . Проверено 5 сентября 2021 г.
  9. ^ Смит, Пол Л. (30 июля 1963 г.), Процесс производства стабилизатора пены для пива , получено 30 сентября 2021 г.
  10. ^ Александр, Фриден; Геллер, Гарольд Х. (11 марта 1952 г.), Стабилизатор пены и метод стабилизации пен , получено 30 сентября 2021 г.
  11. ^ Джексон, Г.; Робертс, RT; Уэйнрайт, Т. (1980). «Механизм стабилизации пивной пены альгинатом пропиленгликоля» . Журнал Института пивоварения . 86 (1): 34–37. дои : 10.1002/j.2050-0416.1980.tb03953.x . ISSN   2050-0416 . Проверено 29 сентября 2021 г.
  12. ^ Перейти обратно: а б Торн, RSW; Хельм, Э. (1957). «Вклад в изучение перепенивания пива» . Журнал Института пивоварения . 63 (5): 415–435. дои : 10.1002/j.2050-0416.1957.tb06280.x . ISSN   2050-0416 .
  13. ^ Урбан, Ян; Дальберг, Клинтон; Кэрролл, Брайан; Каминский, Вернер (2013). «Абсолютная конфигурация горьких компонентов пива» . Энджью. хим. Межд. Эд . 52 (5): 1553–1555. дои : 10.1002/anie.201208450 . ПМЦ   3563212 . ПМИД   23239507 .
  14. ^ Перейти обратно: а б Рудин, А.Д.; Хадсон, младший (1958). «Значение изогумулона и некоторых металлов в хлещущем пиве» . Журнал Института пивоварения . 64 (4): 317–318. дои : 10.1002/j.2050-0416.1958.tb01675.x . ISSN   2050-0416 .
  15. ^ Сигел, Эдвард; Лаутенбах, Альберт Ф. (1 мая 1964 г.). «Определение кобальта в пиве» . Слушания. Ежегодное собрание Американского общества химиков-пивоваров . 22 (1): 49–54. дои : 10.1080/00960845.1964.12006736 . ISSN   0096-0845 . Проверено 29 сентября 2021 г.
  16. ^ Морен, Ю.Л.; Фоли, Арканзас; Мартино, Г.; Руссель, Дж. (1967). «Кардиомиопатия любителей пива из Квебека: сорок восемь случаев» . Журнал Канадской медицинской ассоциации . 97 (15): 881–883. ЧВК   1923396 . ПМИД   6051256 .
  17. ^ Морен Ю., Тету А., Мерсье Г. (1969). «Кардиомиопатия квебекских любителей пива: клинические и гемодинамические аспекты]». Энн, Нью-Йоркская академия наук . 156 (1): 566–576. дои : 10.1111/j.1749-6632.1969.tb16751.x . ПМИД   5291148 . S2CID   7422045 .
  18. ^ «Как квебекское пиво и доктор Хаус на телевидении разрешили медицинскую загадку» . Новости Си-Би-Си. 6 февраля 2014 года . Проверено 7 февраля 2014 г.
  19. ^ Драмичанин, Татьяна; Зекович, Ивана; Периша, Йована; Драмичанин, Мирослав Д. (8 августа 2019 г.). «Параллельный факторный анализ флуоресценции пива» . Журнал флуоресценции . 29 (5): 1103–1111. дои : 10.1007/s10895-019-02421-0 . ПМИД   31396828 . S2CID   199507550 – через Springer.com.
  20. ^ Боффи, Дэниел (1 апреля 2020 г.). «Действуйте: исследователи выяснили, почему бельгийское пиво не хранится» . Хранитель . Проверено 5 сентября 2021 г.
  21. ^ Барт 2013 , с. 231.
  22. ^ Перейти обратно: а б Барт Вандерхеген; Хедвиг Невен; Хуберт Верахтерт; Гай Дерделинкс (2006), «Химия выдержки пива – критический обзор», Food Chemistry , 95 (3): 357–381, doi : 10.1016/j.foodchem.2005.01.006 , ISSN   0308-8146
  23. ^ Перейти обратно: а б Витсток, Филип К.; Кунц, Томас; Метнер, Франк-Юрген (2016), «Значение кислорода для образования альдегидов Штрекера во время производства и хранения пива», Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии , 64 (42): 8035–8044, doi : 10.1021/acs.jafc. 6b03502 , ISSN   1520-5118 , PMID   27718561
  24. ^ Стюарт, Грэм (1 июля 2004 г.). «Химия нестабильности пива». Журнал химического образования . 7 (81): 963. Бибкод : 2004ЖЧЭд..81..963С . дои : 10.1021/ed081p963 .
  25. ^ Хюбергер, Адам; Броеклинг, Кори; Льюис, Мэтью; Салазар, Лорен; Букерт, Питер; Пренни, Джессика (1 декабря 2012 г.). «Метаболомный профиль пива показывает влияние температуры на нелетучие малые молекулы во время кратковременного хранения». Пищевая химия . 135 (3): 284–1289. doi : 10.1016/j.foodchem.2012.05.048 . ПМИД   22953855 .
  26. ^ Вандерхеген, Барт; Невен, Хедвиг; Ког, Стефан; Верахтерт, Ферстрепен; Эрделинкс, Гай (2003). «Эволюция химических и сенсорных свойств во время выдержки пива верхового брожения». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии . 51 (23): 6782–6790. дои : 10.1021/jf034631z . ПМИД   14582975 .
  27. ^ Бэмфорт, Чарльз; Парсонс, Рой (1985). «Новые методы улучшения стабильности вкуса пива». Журнал ASBC . 43 (197): 197–202. дои : 10.1094/ASBCJ-43-0197 .

Источники

[ редактировать ]
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 0a570890fb2d6dd7307997326a993ad2__1718582220
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/0a/d2/0a570890fb2d6dd7307997326a993ad2.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Beer chemistry - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)