Пивоварение — это производство пива путем замачивания источника крахмала (обычно злаковых зерен, наиболее популярным из которых является ячмень ) [1] в воде и ферментации полученной сладкой жидкости дрожжами . Это может быть сделано в пивоварне коммерческим пивоваром, дома домашним пивоваром или совместно. [2] Пивоварение существует с 6-го тысячелетия до нашей эры, и археологические свидетельства свидетельствуют о том, что зарождающиеся цивилизации, включая Древний Египет , [3] Китай , [4] и Месопотамию , варили пиво. [5] С девятнадцатого века пивоваренная промышленность стала частью большинства западных экономик.
Основными ингредиентами пива являются вода и источник ферментируемого крахмала, такой как соложеный ячмень . Большая часть пива ферментируется пивными дрожжами и ароматизируется хмелем . [6] Менее широко используемые источники крахмала включают просо , сорго и маниоку . [7] Вторичные источники ( добавки ), такие как кукуруза, рис или сахар, также могут использоваться, иногда для снижения стоимости или для придания особого свойства, например, добавление пшеницы для сохранения пенной шапки пива. [8] Наиболее распространенным источником крахмала являются молотые злаки или «засыпь» — доля крахмала или злаковых ингредиентов в рецепте пива может называться засыпью, зерновой засыпью или просто ингредиентами затора . [9]
Этапы процесса пивоварения включают соложение , помол , затирание, фильтрацию, кипячение, брожение, кондиционирование, фильтрацию и упаковку. Существует три основных метода ферментации: теплый, холодный и спонтанный. Ферментация может происходить в открытом или закрытом бродильном сосуде; вторичная ферментация может также происходить в бочке или бутылке. Существует несколько дополнительных методов пивоварения , таких как Burtonisation , double dropping и Yorkshire Square , а также обработка после ферментации, такая как фильтрация и выдержка в бочке .
Пивоварение началось примерно в 6 тысячелетии до нашей эры, и археологические свидетельства свидетельствуют о том, что зарождающиеся цивилизации, включая Китай , [4] Древний Египет и Месопотамию , варили пиво. Описания различных рецептов пива можно найти в клинописи (самая древняя известная письменность) из древней Месопотамии . [3] [11] [12] В Месопотамии ремесло пивовара было единственной профессией, которая получила социальную санкцию и божественную защиту от женских божеств/богинь, в частности: Нинкаси , которая занималась производством пива, Сирис , которая использовалась метонимическим образом для обозначения пива, и Сидури , которая занималась наслаждением пивом. [5] В доиндустриальные времена и в развивающихся странах женщины часто были основными пивоварами. [13] [14]
Поскольку почти любой злак, содержащий определенные сахара, может подвергаться спонтанной ферментации из-за диких дрожжей в воздухе, возможно, что напитки, похожие на пиво, были независимо разработаны по всему миру вскоре после того, как племя или культура одомашнили злаки. Химические анализы древних керамических сосудов показывают, что пиво производилось еще около 7000 лет назад на территории современного Ирана. Это открытие раскрывает одно из самых ранних известных применений ферментации и является самым ранним свидетельством пивоварения на сегодняшний день. В Месопотамии самым древним свидетельством пива считается 6000-летняя шумерская табличка, изображающая людей, пьющих напиток через тростниковые соломинки из общей чаши . 3900-летняя шумерская поэма в честь Нинкаси, покровительницы пивоварения, содержит самый древний сохранившийся рецепт пива, описывающий производство пива из ячменя с помощью хлеба. Утверждается, что изобретение хлеба и пива ответственно за способность человечества развивать технологии и строить цивилизацию. [15] [16] [17] Самое раннее химически подтвержденное ячменное пиво на сегодняшний день было обнаружено в Годин-Тепе в центральных горах Загрос в Иране, где были обнаружены фрагменты кувшина, возрастом не менее 5000 лет, покрытые пивным камнем , побочным продуктом процесса пивоварения. [18] Пиво, возможно, было известно в неолитической Европе еще 5000 лет назад, [19] и в основном варилось в домашних масштабах. [20]
Эль, произведенный до промышленной революции, продолжал производиться и продаваться в домашних масштабах, хотя к 7 веку нашей эры пиво также производилось и продавалось европейскими монастырями . Во время промышленной революции производство пива перешло от кустарного производства к промышленному , и домашнее производство перестало быть значимым к концу 19 века. [21] Развитие гидрометров и термометров изменило пивоварение, предоставив пивовару больше контроля над процессом и больше знаний о результатах. Сегодня пивоваренная промышленность является глобальным бизнесом, состоящим из нескольких доминирующих многонациональных компаний и многих тысяч более мелких производителей, начиная от пабов-пивоварок и заканчивая региональными пивоварнями . [22] Более 133 миллиардов литров (35 миллиардов галлонов) продается в год, что принесло общий мировой доход в размере 294,5 миллиарда долларов (147,7 миллиарда фунтов стерлингов) в 2006 году. [23]
Основными ингредиентами пива являются вода; источник крахмала, такой как соложеный ячмень , который может быть подвергнут ферментации (превращению в спирт); пивные дрожжи для проведения ферментации; и ароматизатор, такой как хмель , [6] чтобы компенсировать сладость солода. [24] Может использоваться смесь источников крахмала с вторичным сахаридом, таким как кукуруза (кукуруза), рис или сахар, их часто называют добавками , особенно когда они используются в качестве более дешевой замены соложеного ячменя. [8] Менее широко используемые источники крахмала включают просо , сорго и корень маниоки в Африке, картофель в Бразилии и агаву в Мексике, среди прочих. [7] Наиболее распространенным источником крахмала является молотый злак или «засыпь» — доля крахмала или злаковых ингредиентов в рецепте пива может называться засыпью, зерновой засыпью или просто ингредиентами затора . [9]
Пиво в основном состоит из воды. В разных регионах вода содержит различные минеральные компоненты; в результате разные регионы изначально лучше подходили для производства определенных сортов пива, что придавало им региональный характер. [25] [26] Например, в Дублине жесткая вода, хорошо подходящая для производства крепкого пива , такого как Guinness ; в то время как в Пльзене мягкая вода, хорошо подходящая для производства светлого лагера , такого как Pilsner Urquell . [25] Воды Бертона в Англии содержат гипс , который способствует производству светлого эля до такой степени, что производители светлого эля добавляют гипс в местную воду в процессе, известном как Бертонизация . [27]
Источник крахмала в пиве обеспечивает ферментируемый материал и является ключевым фактором, определяющим крепость и вкус пива. Наиболее распространенным источником крахмала, используемым в пиве, является солодовое зерно. Зерно солодится путем замачивания его в воде, позволяя ему начать прорастать , а затем высушивая частично пророщенное зерно в печи. Солодовое зерно производит ферменты, которые позволят преобразовать крахмалы в зерне в ферментируемые сахара в процессе затирания. [28] Для получения разных цветов солода из одного и того же зерна используются различные времена и температуры обжарки. Более темный солод даст более темное пиво. [29]
Почти все пиво включает ячменный солод как большую часть крахмала. Это из-за его волокнистой шелухи, которая важна не только на стадии промывки при пивоварении (когда вода промывает размятые зерна ячменя для образования сусла ), но и как богатый источник амилазы , пищеварительного фермента , который облегчает преобразование крахмала в сахара. Могут использоваться другие соложеные и несоложеные зерна (включая пшеницу, рис, овес и рожь , и, реже, кукурузу и сорго). В последние годы несколько пивоваров производят безглютеновое пиво, сделанное из сорго без ячменного солода для людей, которые не могут переваривать содержащие глютен зерна, такие как пшеница, ячмень и рожь. [30]
Хмель — это женские соцветия или семенные шишки хмелевой лозы Humulus lupulus , [31] которые используются в качестве ароматизатора и консерванта почти во всем пиве, производимом сегодня. [32] Хмель использовался в медицинских и пищевых целях со времен Римской империи; к 7 веку в монастырях Каролингов на территории современной Германии пиво варили с хмелем, [33] хотя широко распространенное выращивание хмеля для использования в пиве зафиксировано только в 13 веке. [34] До 13 века пиво ароматизировали такими растениями, как тысячелистник , дикий багульник и болотный мирт , а также другими ингредиентами, такими как ягоды можжевельника , анис и имбирь , которые объединяли в смесь, известную как грюйт , и использовали так, как сейчас используется хмель; между тринадцатым и шестнадцатым веками, когда хмель стал доминирующим ароматизатором, пиво, ароматизированное грюйтом, было известно как эль, в то время как пиво, ароматизированное хмелем, было известно как пиво. [35] [36] Некоторые сорта пива сегодня, такие как Fraoch от шотландской компании Heather Ales и Cervoise Lancelot от французской компании Brasserie-Lancelot, используют для ароматизации растения, отличные от хмеля. [37] [38]
Хмель обладает несколькими характеристиками, которые пивовары хотят видеть в пиве: он придает горечь, которая уравновешивает сладость солода; он обеспечивает цветочные, цитрусовые и травяные ароматы и вкусы; он обладает антибиотическим эффектом, который благоприятствует активности пивных дрожжей по сравнению с менее желательными микроорганизмами; и он способствует «пеностойкости», продолжительности времени, в течение которого пена на поверхности пива ( пивная пена ) будет держаться. [39] Консервант в хмеле поступает из лупулиновых желез, которые содержат мягкие смолы с альфа- и бета-кислотами. [40] [41] Несмотря на многочисленные исследования, консервирующая природа мягких смол еще не полностью изучена, хотя было замечено, что если не хранить при низкой температуре, консервирующая природа будет уменьшаться. [42] [43] Пивоварение является единственным крупным коммерческим использованием хмеля. [44]
Дрожжи — это микроорганизм , который отвечает за брожение в пиве. Дрожжи метаболизируют сахара, извлеченные из зерна, что приводит к образованию спирта и углекислого газа , и таким образом превращают сусло в пиво. Помимо брожения пива, дрожжи влияют на характер и вкус. [45] Доминирующими типами дрожжей, используемых для приготовления пива, являются Saccharomyces cerevisiae , известные как дрожжи для эля, и Saccharomyces pastorianus , известные как дрожжи для лагера; Brettanomyces сбраживают ламбик , [46] а Torulaspora delbrueckii сбраживает баварский вайсбир . [47] До того, как была понята роль дрожжей в брожении, в брожении участвовали дикие или воздушные дрожжи, и несколько стилей, таких как ламбик, до сих пор используют этот метод. Эмиль Кристиан Хансен , датский биохимик, работавший в лаборатории Carlsberg , разработал чистые культуры дрожжей , которые были введены в пивоварню Carlsberg в 1883 году [48] , и чистые штаммы дрожжей в настоящее время являются основным источником брожения, используемым во всем мире. [49]
Некоторые пивовары добавляют в пиво один или несколько осветляющих агентов , которые обычно выпадают в осадок (собираются в виде твердого вещества) из пива вместе с твердыми частицами белка и обнаруживаются только в следовых количествах в готовом продукте. Этот процесс делает пиво ярким и чистым, а не мутным, как этнические и старые стили пива, такие как пшеничное пиво . [50]
Примерами осветляющих агентов являются рыбий жир , получаемый из плавательных пузырей рыб; ирландский мох , морская водоросль; каппа- каррагинан , из морской водоросли kappaphycus ; поликлар (коммерческая марка осветлителя); и желатин . [51] Если пиво помечено как «подходящее для веганов», оно, как правило, осветлялось либо морскими водорослями, либо искусственными агентами, [52] хотя метод «Fast Cask», изобретенный Marston's в 2009 году, может предоставлять другой метод. [53]
Процесс пивоварения состоит из нескольких этапов, которые могут включать соложение, затирание, фильтрацию, кипячение, брожение , кондиционирование, фильтрацию и упаковку. [54] Оборудование для пивоварения, необходимое для приготовления пива, со временем стало более сложным и теперь охватывает большинство аспектов процесса пивоварения. [55] [56]
Соложение — это процесс, при котором зерно ячменя подготавливается к пивоварению. [57] Соложение делится на три этапа, чтобы помочь высвободить крахмалы из ячменя. [58] Сначала, во время замачивания, зерно добавляется в чан с водой и замачивается примерно на 40 часов. [59] Во время проращивания зерно расстилается на полу помещения для проращивания примерно на 5 дней. [59] Заключительная часть соложения — это сушка в печи при очень высокой температуре; с постепенным повышением температуры в течение нескольких часов. [60] После завершения сушки зерна теперь называются солодом , и их измельчают или дробят, чтобы разбить зерна и обнажить семядоли , которые содержат большую часть углеводов и сахаров; это облегчает извлечение сахаров во время затирания. [61]
Затирание преобразует крахмалы, высвобождаемые на этапе соложения, в сахара, которые можно сбраживать. Измельченное зерно смешивают с горячей водой в большом сосуде, известном как заторный чан . В этом сосуде зерно и вода смешиваются вместе, чтобы создать зерновое затор. Во время затирания природные ферменты, присутствующие в солоде, преобразуют крахмалы (длинноцепочечные углеводы) в зерне в более мелкие молекулы или простые сахара (моно-, ди- и трисахариды). Это «превращение» называется осахариванием , которое происходит при температуре 60–70 °C (140–158 °F). [62] Результатом процесса затирания является богатая сахаром жидкость или «сусло» , которое затем процеживается через дно заторного чана в процессе, известном как фильтрация . Перед фильтрацией температура затора может быть повышена примерно до 75–78 °C (167–172 °F) (известно как mashout), чтобы высвободить больше крахмала и снизить вязкость затора. Дополнительная вода может быть разбрызгана на зерна, чтобы извлечь дополнительные сахара (процесс, известный как промывка ). [63]
Сусло перемещается в большой резервуар, известный как «медь» или котел , где оно кипятится с хмелем и иногда другими ингредиентами, такими как травы или сахара. На этом этапе происходит много химических реакций, и где принимаются важные решения о вкусе, цвете и аромате пива. [64] Процесс кипячения служит для прекращения ферментативных процессов, осаждения белков, изомеризации хмелевых смол , а также для концентрирования и стерилизации сусла. Хмель придает пиву вкус, аромат и горечь . В конце кипячения охмеленное сусло отстаивается для осветления в сосуде, называемом «вихревой пул», где более твердые частицы в сусле отделяются. [65]
После вихревой ванны сусло отводится от уплотненного хмелевого осадка и быстро охлаждается через теплообменник до температуры, при которой можно добавлять дрожжи. На пивоваренных заводах используются различные конструкции теплообменников, наиболее распространенный из которых — пластинчатый. Вода или гликоль текут по каналам в противоположном направлении от сусла, вызывая быстрое падение температуры. Очень важно быстро охладить сусло до уровня, при котором можно безопасно добавлять дрожжи, поскольку дрожжи не могут расти при очень высоких температурах и начнут погибать при температуре выше 60 °C (140 °F). [61] [66] После того, как сусло проходит через теплообменник, охлажденное сусло поступает в бродильный танк. Выбирается тип дрожжей и добавляется, или «закапывается», в бродильный танк. [64] Когда дрожжи добавляются в сусло, начинается процесс брожения, в ходе которого сахара превращаются в спирт, углекислый газ и другие компоненты. Когда брожение завершено, пивовар может перелить пиво в новый танк, называемый танком для созревания. [63] Кондиционирование пива — это процесс, в ходе которого пиво выдерживается, вкус становится более мягким, а нежелательные привкусы рассеиваются. [65] После выдерживания в течение недели или нескольких месяцев пиво можно отфильтровать и принудительно газировать для розлива по бутылкам, [67] или осветлить в бочке . [68]
Затирание — это процесс объединения смеси молотого зерна (обычно соложеного ячменя с дополнительными зернами, такими как кукуруза , сорго , рожь или пшеница), известной как «затор» или «зерновая засыпь», и воды, известной как «ликёр», и нагревание этой смеси в сосуде, называемом «заторный чан». Затирание — это форма замачивания, [69] и определяет процесс пивоварения, например, при приготовлении чая, саке и соевого соуса . [70] Технически вино, сидр и медовуха не варятся, а скорее винифицируются , поскольку процесс замачивания не включает в себя твердые частицы. [71] Затирание позволяет ферментам в солоде расщеплять крахмал в зерне на сахара, обычно мальтозу, для создания солодовой жидкости, называемой суслом . [72] Существует два основных метода — инфузионное затирание, при котором зерна нагреваются в одном сосуде; и отварочное затирание, при котором часть зерен кипятят, а затем возвращают в затор, повышая температуру. [73] Затирание включает паузы при определенных температурах (в частности, 45–62–73 °C или 113–144–163 °F) и происходит в «заторном чане» — изолированном варочном сосуде с двойным дном . [74] [75] [76] Конечный продукт затирания называется «затор».
Затирание обычно занимает от 1 до 2 часов, и в течение этого времени различные температурные паузы активируют различные ферменты в зависимости от типа используемого солода, уровня его модификации и намерения пивовара. Активность этих ферментов преобразует крахмалы зерен в декстрины , а затем в сбраживаемые сахара, такие как мальтоза . Пауза затирания при температуре от 49 до 55 °C (120–131 °F) активирует различные протеазы , которые расщепляют белки, которые в противном случае могли бы сделать пиво мутным. Эта пауза обычно используется только с недостаточно модифицированными (т. е. недостаточно соложеными) солодами, которые становятся все менее популярными в Германии и Чехии, или несоложеными зернами, такими как кукуруза и рис, которые широко используются в североамериканском пиве. Пауза затирания при 60 °C (140 °F) активирует β- глюканазу , которая расщепляет вязкие β-глюканы в заторе, заставляя сахара вытекать более свободно на поздних этапах процесса. В современном процессе затирания в качестве добавки может быть добавлена коммерческая β-глюканаза на основе грибков. Наконец, температура паузы затирания 65–71 °C (149–160 °F) используется для преобразования крахмалов в солоде в сахар, который затем может быть использован дрожжами на поздних этапах процесса пивоварения. Выполнение последней паузы на нижнем конце диапазона благоприятствует ферментам β-амилазе , производя больше низкосортных сахаров, таких как мальтотриоза , мальтоза и глюкоза , которые лучше сбраживаются дрожжами . Это, в свою очередь, создает пиво с более низкой плотностью и более высоким содержанием алкоголя. Пауза ближе к верхнему пределу диапазона благоприятствует ферментам α-амилазы , создавая больше сахаров высшего порядка и декстринов, которые менее поддаются брожению дрожжами, поэтому в результате получается более насыщенное пиво с меньшим содержанием алкоголя. Длительность и колебания pH также влияют на состав сахара в полученном сусле. [77]
Фильтрация — это отделение сусла ( жидкости, содержащей сахар, извлеченный во время затирания) от зерен. [78] Это делается либо в заторном чане, оснащенном ложным дном, в фильтрующем чане или в фильтре для затора. Большинство процессов разделения имеют два этапа: первый слив сусла, во время которого экстракт отделяется в неразбавленном состоянии от дробины, и промывка , во время которой экстракт, который остается с зернами, смывается горячей водой. Фильтрующий чан — это резервуар с отверстиями в дне, достаточно маленькими, чтобы удерживать крупные куски помола и шелухи (молотые или молотые злаки). [79] Слой помола, который оседает на нем, и есть фактический фильтр. Некоторые фильтрующие чаны имеют приспособления для вращающихся граблей или ножей, чтобы врезаться в слой помола для поддержания хорошего потока. Ножи можно поворачивать так, чтобы они выталкивали зерно, эта функция используется для выталкивания дробины из сосуда. [80] Фильтр для затора представляет собой пластинчатый рамный фильтр. Пустые рамки содержат затор, включая отработанные зерна, и имеют емкость около одного гектолитра. Пластины содержат опорную конструкцию для фильтровальной ткани. Пластины, рамки и фильтровальные ткани расположены в несущей раме следующим образом: рама, ткань, пластина, ткань, с пластинами на каждом конце конструкции. Более новые фильтры для затора имеют баллоны, которые могут выдавливать жидкость из зерен между промывками. Зерно не действует как фильтрующая среда в фильтре для затора. [81]
После затирания пивное сусло кипятят с хмелем (и другими ароматизаторами, если они используются) в большом резервуаре, известном как «медный» или варочный котел — хотя исторически заторный сосуд использовался и до сих пор используется в некоторых небольших пивоварнях. [82] Процесс кипячения — это процесс, в котором происходят химические реакции, [64] включая стерилизацию сусла для удаления нежелательных бактерий, высвобождение хмелевых вкусов, горечи и ароматических соединений посредством изомеризации , остановку ферментативных процессов, осаждение белков и концентрирование сусла. [83] [84] Наконец, пары, образующиеся во время кипячения, улетучивают посторонние привкусы , включая предшественников диметилсульфида . [84] Кипячение проводится таким образом, чтобы оно было равномерным и интенсивным — непрерывное «непрерывное кипение». [84] Кипячение в среднем длится от 45 до 90 минут, в зависимости от его интенсивности, графика добавления хмеля и объема воды, который пивовар ожидает испарить. [85] В конце кипячения твердые частицы в охмеленном сусле отделяются, обычно в сосуде, называемом «вихревой». [65]
Медь является традиционным материалом для варочного сосуда по двум основным причинам: во-первых, потому что медь быстро и равномерно передает тепло; во-вторых, потому что пузырьки, образующиеся во время кипячения, которые могут действовать как изолятор против тепла, не прилипают к поверхности меди, поэтому сусло нагревается равномерно. [86] Самые простые варочные котлы имеют прямой обогрев, с горелкой внизу. Они могут производить энергичное и благоприятное кипение, но также склонны поджигать сусло там, где пламя касается котла, вызывая карамелизацию и затрудняя очистку. Большинство пивоварен используют паровой котел, который использует паровые рубашки в котле для кипячения сусла. [84] Пивоваренные заводы обычно имеют варочный блок либо внутри, либо снаружи котла, обычно это высокий тонкий цилиндр с вертикальными трубками, называемый каландрией, через который перекачивается сусло. [87]
В конце кипячения твердые частицы в охмеленном сусле отделяются, как правило, в сосуде, называемом «вихревой пул» или «отстойник». [65] [88] Вихревой пул был изобретен Генри Ранульфом Хадстоном во время работы на пивоварне Molson в 1960 году, чтобы использовать так называемый парадокс чайного листа , чтобы заставить более плотные твердые частицы, известные как «труб» (коагулированные белки, растительное вещество из хмеля), поместиться в конус в центре вихревого резервуара. [89] [90] [91] Системы вихревых пулов различаются: небольшие пивоварни, как правило, используют сусловарочный котел, более крупные пивоварни используют отдельный резервуар, [88] и конструкция будет отличаться, с дном резервуара либо плоским, либо наклонным, коническим или с чашей в центре. [92] Принцип в целом заключается в том, что при вращении сусла центростремительная сила будет толкать осадок в конус в центре дна резервуара, откуда его можно будет легко удалить. [88]
Hopback — это традиционная дополнительная камера, которая действует как сито или фильтр, используя цельный хмель для очистки мусора (или « осадка ») из непереброженного (или «зеленого») сусла , [93] как это делает вихревой бассейн, а также для усиления аромата хмеля в готовом пиве. [94] [95] Это камера между варочным котлом и охладителем сусла. Хмель добавляется в камеру, горячее сусло из котла пропускается через него, а затем немедленно охлаждается в охладителе сусла перед поступлением в камеру брожения. Hopback, использующие герметичную камеру, способствуют максимальному удержанию летучих соединений аромата хмеля, которые обычно удаляются, когда хмель контактирует с горячим суслом. [96] Хотя hopback имеет аналогичный фильтрующий эффект, как и вихревой бассейн, он работает по-другому: вихревой бассейн использует центробежные силы, hopback использует слой цельного хмеля в качестве фильтрующего слоя. Кроме того, в то время как вихревая ванна полезна только для удаления гранулированного хмеля (поскольку цветы, как правило, не отделяются так легко), хмельные баки, как правило, используются только для удаления целых цветков хмеля (поскольку частицы, оставленные гранулами, как правило, проходят через хмельную ванну). [97] В современных пивоваренных заводах хмельную ванну в основном заменили вихревой ванной. [98]
После вирпула сусло должно быть доведено до температуры брожения 20–26 °C (68–79 °F) [74] перед добавлением дрожжей. В современных пивоваренных заводах это достигается с помощью пластинчатого теплообменника . [99] Пластинчатый теплообменник имеет несколько ребристых пластин, которые образуют два отдельных пути. Сусло закачивается в теплообменник и проходит через все остальные зазоры между пластинами. [99] Охлаждающая среда, обычно вода из бака с холодной жидкостью , проходит через другие зазоры. Гребни на пластинах обеспечивают турбулентный поток. [100] Хороший теплообменник может понизить температуру сусла 95 °C (203 °F) до 20 °C (68 °F), одновременно нагревая охлаждающую среду примерно с 10 °C (50 °F) до 80 °C (176 °F). Последние несколько пластин часто используют охлаждающую среду, которая может быть охлаждена ниже точки замерзания , что позволяет более точно контролировать температуру сусла, а также позволяет охлаждать до примерно 10 °C (50 °F). После охлаждения кислород часто растворяется в сусле, чтобы оживить дрожжи и помочь их размножению. [101]
Во время кипячения полезно восстановить часть энергии, используемой для кипячения сусла. На выходе из пивоварни пар, образующийся во время кипячения, пропускается через змеевик, через который протекает ненагретая вода. Регулируя скорость потока, можно контролировать выходную температуру воды. Это также часто делается с помощью пластинчатого теплообменника. Затем вода хранится для последующего использования в следующем заторе, при очистке оборудования или в других случаях, когда это необходимо. [102] Другой распространенный метод восстановления энергии происходит во время охлаждения сусла. Когда для охлаждения сусла в теплообменнике используется холодная вода, вода значительно нагревается. В эффективной пивоварне холодная вода пропускается через теплообменник со скоростью, установленной для максимизации температуры воды на выходе. Затем эта теперь горячая вода хранится в резервуаре для горячей воды. [102]
Ферментация происходит в бродильных емкостях, которые бывают разных форм: от огромных цилиндроконических сосудов, через открытые каменные сосуды, до деревянных чанов. [103] [104] [105] После того, как сусло охлаждается и аэрируется — обычно стерильным воздухом — в него добавляются дрожжи, и оно начинает бродить. Именно на этой стадии сахара, полученные из солода, превращаются в спирт и углекислый газ , и продукт впервые можно назвать пивом.
Большинство пивоварен сегодня используют цилиндроконические сосуды, или CCV, которые имеют коническое дно и цилиндрическую верхушку. Угол конуса обычно составляет около 60°, угол, который позволит дрожжам течь к вершине конуса, но не настолько крутой, чтобы занимать слишком много вертикального пространства. CCV могут обрабатывать как брожение, так и кондиционирование в одном и том же резервуаре. В конце брожения дрожжи и другие твердые частицы, которые упали на вершину конуса, можно просто вымыть из порта на вершине. Открытые бродильные сосуды также используются, часто для показа в пивных пабах, а в Европе для брожения пшеничного пива. У этих сосудов нет верхушек, что делает сбор дрожжей верхового брожения очень простым. Открытые верхушки сосудов увеличивают риск заражения, но при надлежащих процедурах очистки и тщательном протоколе относительно того, кто входит в бродильные камеры, риск можно хорошо контролировать. Ферментационные емкости, как правило, изготавливаются из нержавеющей стали. Если это простые цилиндрические емкости со скошенными концами, они располагаются вертикально, в отличие от емкостей для кондиционирования, которые обычно располагаются горизонтально. Только очень немногие пивоварни все еще используют деревянные чаны для ферментации, поскольку древесину трудно содержать в чистоте и без заражения, и ее нужно пересушивать более или менее ежегодно. [103] [104] [105]
Существует три основных метода ферментации: теплая, холодная и дикая или спонтанная. Ферментация может происходить в открытых или закрытых емкостях. Может быть вторичная ферментация, которая может происходить в пивоварне, в бочке или в бутылке. [106]
Пивоваренные дрожжи традиционно классифицируются как «верхового сбора» (или «верхового брожения») и «низового сбора» (или «низового брожения»); дрожжи, классифицируемые как верховые брожения, обычно используются в теплом брожении, где они быстро сбраживаются, а дрожжи, классифицируемые как низовые брожения, используются в более холодном брожении, где они сбраживаются медленнее. [107] Дрожжи были названы верховыми или нижними сборами, потому что дрожжи собирались с верхней или нижней части бродящего сусла для повторного использования для следующего варевания. [108] Эта терминология несколько неуместна в современную эпоху; после широкого применения пивоваренной микологии было обнаружено, что два отдельных метода сбора включают два разных вида дрожжей, которые предпочитают разные температурные режимы, а именно Saccharomyces cerevisiae в верхнем сборе при более высоких температурах и Saccharomyces pastorianus в нижнем сборе при более низких температурах. [109] Поскольку методы пивоварения изменились в 20 веке, цилиндро-конические бродильные емкости стали нормой, а сбор дрожжей для обоих видов Saccharomyces производится со дна ферментера. Таким образом, метод сбора больше не подразумевает ассоциацию видов. Осталось несколько пивоварен, которые собирают дрожжи методом верхнего сбора, например, пивоварня Samuel Smiths в Йоркшире, Marstons в Стаффордшире и несколько немецких производителей хефевайцена. [108]
Для обоих типов дрожжи полностью распределены по пиву во время брожения, и оба в равной степени флоккулируют (слипаются и выпадают в осадок на дно сосуда) по окончании брожения. Ни в коем случае не все верховые дрожжи демонстрируют такое поведение, но оно ярко выражено во многих английских дрожжах, которые также могут демонстрировать образование цепей (неспособность почковых клеток отделиться от материнской клетки), что в техническом смысле отличается от настоящей флокуляции. Наиболее распространенные верховые пивные дрожжи, Saccharomyces cerevisiae , являются тем же видом, что и обычные пекарские дрожжи. Однако пекарские и пивные дрожжи обычно принадлежат к разным штаммам, культивируемым для достижения разных характеристик: штаммы пекарских дрожжей более агрессивны, чтобы карбонизировать тесто в кратчайшие сроки; Штаммы пивных дрожжей действуют медленнее, но, как правило, выдерживают более высокие концентрации алкоголя (обычно 12–15% abv является максимальным значением, хотя при специальной обработке некоторые штаммы, устойчивые к этанолу, могут быть доведены до примерно 20%). [110] Современная количественная геномика выявила сложность видов Saccharomyces в той степени, в которой дрожжи, участвующие в производстве пива и вина, обычно включают гибриды так называемых чистых видов. Таким образом, дрожжи, участвующие в том, что обычно называется верховым сбором или верховым брожением эля, могут быть как Saccharomyces cerevisiae , так и сложными гибридами Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces kudriavzevii . Три известных эля, Chimay , Orval и Westmalle , ферментируются этими гибридными штаммами, которые идентичны винным дрожжам из Швейцарии. [111]
В целом, такие дрожжи, как Saccharomyces cerevisiae, ферментируются при теплых температурах от 15 до 20 °C (от 59 до 68 °F), иногда до 24 °C (75 °F) [112] , в то время как дрожжи, используемые Brasserie Dupont для saison , ферментируются еще выше при температуре от 29 до 35 °C (от 84 до 95 °F). [113] Обычно они образуют пену на поверхности бродящего пива, которая называется дрожжами , так как во время процесса брожения ее гидрофобная поверхность заставляет хлопья прилипать к CO2 и подниматься; из-за этого их часто называют «верховыми» или «верховыми» [114] — хотя это различие менее четкое в современном пивоварении с использованием цилиндро-конических танков. [115] Как правило, пиво, полученное теплым брожением, которое обычно называют элем , готово к употреблению в течение трех недель после начала брожения, хотя некоторые пивовары выдерживают его в течение нескольких месяцев. [116]
Когда пиво было сварено с использованием холодной ферментации около 10 °C (50 °F), по сравнению с типичными температурами теплой ферментации 18 °C (64 °F), [117] [118] а затем хранилось (или выдерживалось) в течение, как правило, нескольких недель (или месяцев) при температурах, близких к точке замерзания , его называют « лагером ». [119] Во время фазы лагерирования или хранения несколько компонентов вкуса, образовавшихся во время брожения, рассеиваются, что приводит к «более чистому» вкусу. [120] [121] Хотя именно медленная, холодная ферментация и холодное кондиционирование (или выдерживание в лагере) определяют характер лагера, [122] основное техническое отличие заключается в обычно используемых дрожжах, которыми являются Saccharomyces pastorianus . [123] Технические различия включают способность лагерных дрожжей метаболизировать мелибиозу , [124] и тенденцию оседать на дне ферментера (хотя элевые дрожжи также могут стать оседающими на дне в результате отбора); [124] хотя ученые не считают, что эти технические различия влияют на характер или вкус готового пива, пивовары думают иначе - иногда они выращивают собственные штаммы дрожжей, которые могут подойти для их пивоваренного оборудования или для определенной цели, например, для приготовления пива с высоким содержанием алкоголя. [125] [126] [127] [128]
Пивовары в Баварии на протяжении столетий отбирали дрожжи для холодного брожения, храня («lagern») свое пиво в холодных альпийских пещерах. Процесс естественного отбора означал, что дикие дрожжи, которые были наиболее устойчивы к холоду, оставались теми, которые продолжали активно бродить в пиве, хранящемся в пещерах. Образец этих баварских дрожжей был отправлен из пивоварни Spaten в Мюнхене на пивоварню Carlsberg в Копенгагене в 1845 году, которая начала варить пиво с его использованием. В 1883 году Эмиль Хансен завершил исследование по выделению чистой культуры дрожжей, и чистый штамм, полученный из Spaten, был запущен в промышленное производство в 1884 году как дрожжи Carlsberg No 1. Еще одна специализированная установка по производству чистых дрожжей была установлена на пивоварне Heineken в Роттердаме в следующем году, и вместе они начали поставлять чистые культивированные дрожжи пивоварам по всей Европе. [129] [130] Этот штамм дрожжей изначально был классифицирован как Saccharomyces carlsbergensis , ныне несуществующее название вида, которое было заменено в настоящее время принятой таксономической классификацией Saccharomyces pastorianus . [131]
Пиво ламбик традиционно варится в Брюсселе и близлежащем регионе Бельгии Пайоттенланд без какой-либо инокуляции дрожжей. [132] [133] Сусло охлаждается в открытых чанах (называемых « кулшипами »), где дрожжи и микробиота, присутствующие в пивоварне (например, Brettanomyces ) [134] , осаждаясь, создают спонтанную ферментацию, [135] а затем выдерживаются или выдерживаются в дубовых бочках обычно от одного до трех лет. [136]
После первичной или первичной ферментации пиво кондиционируется , созревает или выдерживается [137] одним из нескольких способов, [138] что может занять от 2 до 4 недель, несколько месяцев или несколько лет, в зависимости от намерений пивовара относительно пива. Пиво обычно переливают во вторую емкость, чтобы оно больше не подвергалось воздействию мертвых дрожжей и других остатков (также известных как « trub »), которые осели на дне первичного ферментера. Это предотвращает образование нежелательных привкусов и вредных соединений, таких как ацетальдегид . [139]
Kräusening (произносится как KROY -zen-ing [140] ) - это метод кондиционирования, при котором ферментирующее сусло добавляется к готовому пиву. [141] Активные дрожжи возобновляют брожение в готовом пиве и таким образом вводят свежий углекислый газ; затем резервуар для кондиционирования герметизируется, так что углекислый газ растворяется в пиве, создавая живое «состояние» или уровень карбонизации. [141] Метод kräusening может также использоваться для кондиционирования бутылочного пива. [141]
Лагеры хранятся при температуре подвала или ниже в течение 1–6 месяцев, пока они все еще находятся на дрожжах. [142] Процесс хранения, или кондиционирования, или созревания, или выдержки пива при низкой температуре в течение длительного периода называется «лагерированием», и хотя он ассоциируется с лагерами, этот процесс может также применяться и к элям, с тем же результатом — очисткой различных химикатов, кислот и соединений. [143]
Во время вторичного брожения большая часть оставшихся дрожжей осядет на дно второго ферментера, что даст менее мутный продукт. [144]
Некоторые сорта пива подвергаются дополнительной ферментации в бутылке, что обеспечивает естественную карбонизацию. [145] Это может быть вторая и/или третья ферментация. Их разливают по бутылкам с жизнеспособной популяцией дрожжей в суспензии. Если не осталось остаточного ферментируемого сахара, можно добавить сахар или сусло или и то, и другое в процессе, известном как прайминг. В результате ферментации образуется CO2 , который задерживается в бутылке, оставаясь в растворе и обеспечивая естественную карбонизацию. Пиво, выдержанное в бутылке, можно либо разливать нефильтрованным прямо из бродильного или кондиционирующего резервуара, либо фильтровать и затем повторно засевать дрожжами. [146]
Cask ale (или бочковое пиво) — это нефильтрованное , непастеризованное пиво, которое кондиционируется путем вторичного брожения в металлической, пластиковой или деревянной бочке. Его разливают из бочки либо из крана самотеком, либо перекачивают из погреба с помощью пивного двигателя (ручного насоса). [147] Иногда для сохранения свежести пива используется дыхательный клапан бочки , позволяющий углекислому газу заменять кислород по мере того, как пиво выливается из бочки. [148] До 2018 года Кампания за настоящий эль (CAMRA) определяла настоящий эль как пиво, «подаваемое без использования постороннего углекислого газа », что запрещало использование дыхательного клапана бочки, [149] политика, которая была отменена в апреле 2018 года, чтобы разрешить подачу пива с использованием дыхательных клапанов бочки, чтобы соответствовать определению настоящего эля. [150]
Выдержка в бочках ( США: Barrel aging) — это процесс выдержки пива в деревянных бочках для достижения различных эффектов в конечном продукте. Кислое пиво, такое как ламбик, полностью ферментируется в дереве, в то время как другие сорта пива выдерживаются в бочках, которые ранее использовались для созревания вин или спиртных напитков . В 2016 году «Craft Beer and Brewing» писал: «Пиво, выдержанное в бочках, настолько популярно, что почти в каждом баре и пивном магазине есть его секция. [151]
Фильтрация стабилизирует вкус пива, удерживая его на приемлемом для пивовара уровне и предотвращая дальнейшее развитие дрожжей, которые при плохих условиях могут выделять отрицательные компоненты и ароматы. [152] Фильтрация также удаляет мутность, очищая пиво и, таким образом, придавая ему «отполированный блеск и сияние». [153] Пиво с прозрачным внешним видом стало коммерчески желанным для пивоваров с момента разработки стеклянных сосудов для хранения и употребления пива, а также коммерческого успеха светлого лагера , который — из-за процесса лагерирования , в котором мутность и частицы оседают на дно танка, и, таким образом, пиво « осветляется » — имеет естественный яркий внешний вид и блеск. [154]
Существует несколько видов фильтров; они могут быть в форме листов или «свечей», или они могут быть мелким порошком, таким как диатомовая земля (также называемая кизельгуром), [155] который добавляется в пиво для формирования фильтрационного слоя, который пропускает жидкость, но удерживает взвешенные частицы, такие как дрожжи. [156] Фильтры варьируются от грубых фильтров, которые удаляют большую часть дрожжей и любых твердых веществ (например, хмель, частицы зерна), оставшихся в пиве, [157] до фильтров, достаточно плотных, чтобы отфильтровать цвет и тело из пива. [ требуется цитата ] Рейтинги фильтрации делятся на грубую, тонкую и стерильную. [ требуется цитата ] Грубая фильтрация оставляет некоторую мутность в пиве, но оно заметно прозрачнее нефильтрованного пива. [ требуется цитата ] Тонкая фильтрация удаляет почти всю мутность. [ необходима цитата ] Стерильная фильтрация удаляет почти все микроорганизмы. [ необходима цитата ]
Эти фильтры используют листы, которые пропускают только частицы меньше заданного размера. Листы помещаются в фильтрующую рамку, дезинфицируются (например, кипятком), а затем используются для фильтрации пива. Листы можно промывать, если фильтр засоряется. Листы обычно одноразовые и заменяются между сеансами фильтрации. Часто листы содержат порошкообразные фильтрующие среды для облегчения фильтрации.
Готовые фильтры имеют две стороны. Одна с свободными отверстиями, а другая с узкими отверстиями. Поток идет со стороны с свободными отверстиями на сторону с узкими отверстиями, с намерением, чтобы крупные частицы застревали в больших отверстиях, оставляя достаточно места вокруг частиц и фильтрующего материала для прохождения более мелких частиц и застревания в более узких отверстиях.
Листы продаются по номинальным показателям, и обычно лист улавливает 90% частиц, размер которых превышает номинальный показатель.
Фильтры, использующие порошковую среду, значительно сложнее в эксплуатации, но могут фильтровать гораздо больше пива перед регенерацией. Обычные среды включают диатомовую землю и перлит .
Побочные продукты пивоварения — это «пивная дробина» и осадок (или « муть ») от процесса фильтрации, который можно высушить и перепродать как «пивные сухие дрожжи» для корма птицы [158] или превратить в дрожжевой экстракт , который используется в таких брендах, как Vegemite и Marmite . [159] Процесс превращения дрожжевого осадка в съедобный дрожжевой экстракт был открыт немецким ученым Юстусом фон Либихом [160] .
Пивная дробина (также называемая дробиной, пивной дробиной или дробиной) является основным побочным продуктом процесса пивоварения; [161] она состоит из остатков солода и зерна, которые остаются в фильтр-чане после процесса фильтрования. [162] Она состоит в основном из зерновой шелухи, перикарпия и фрагментов эндосперма . [163] Поскольку она в основном состоит из углеводов и белков , [163] и легко потребляется животными, [164] дробина используется в кормах для животных . [164] Дробину также можно использовать в качестве удобрения , цельного зерна в хлебе, [165] а также в производстве муки и биогаза . [166] [167] Дробина также является идеальной средой для выращивания грибов , таких как шиитаке , и некоторые пивоваренные заводы уже либо выращивают собственные грибы, либо поставляют дробину на грибные фермы. [168] Дробленое зерно может быть использовано в производстве красного кирпича для улучшения открытой пористости и снижения теплопроводности керамической массы. [169]
Пивоваренная промышленность — это глобальный бизнес, состоящий из нескольких доминирующих многонациональных компаний и многих тысяч других производителей, известных как микропивоварни , региональные пивоварни или крафтовые пивоварни в зависимости от размера, региона и маркетинговых предпочтений. [ 22] [170] Более 133 миллиардов литров (3,5 × 1010 галлонов США; 2,9 × 1010 имперских галлонов) продается в год, что обеспечивает общий мировой доход в размере 294,5 миллиарда долларов (147,7 миллиарда фунтов стерлингов) по состоянию на 2006 год. [171] SABMiller стала крупнейшей пивоваренной компанией в мире, когда она приобрела Royal Grolsch, производителя голландского премиального бренда пива Grolsch . [172] InBev была второй по величине компанией по производству пива в мире, а Anheuser-Busch занимала третье место, но после приобретения Anheuser-Busch компанией InBev, новая компания Anheuser-Busch InBev в настоящее время является крупнейшей пивоваренной компанией в мире. [173]
Пивоварение в домашних условиях регулируется и запрещается во многих странах. Ограничения на домашнее пивоварение были сняты в Великобритании в 1963 году, [174] Австралия последовала этому примеру в 1972 году, [175] а США в 1978 году, хотя отдельным штатам было разрешено принимать собственные законы, ограничивающие производство. [176]
люди древнего мира поняли, что могут делать хлеб и пиво из зерна, они перестали кочевать и осели, чтобы выращивать злаки в узнаваемых общинах.