Пивоварение — это производство пива путем замачивания источника крахмала (обычно зерновых культур, наиболее популярным из которых является ячмень ) [1] в воде и сбраживания полученной сладкой жидкости дрожжами . Это может сделать коммерческий пивовар на пивоварне, домашний пивовар дома или совместно. [2] Пивоварение началось примерно с 6-го тысячелетия до нашей эры, и археологические данные свидетельствуют о том, что развивающиеся цивилизации, включая Древний Египет , [3] Китай , [4] и Месопотамию , варили пиво. [5] С девятнадцатого века пивоваренная промышленность была частью экономики большинства западных стран.
Основными ингредиентами пива являются вода и источник сбраживаемого крахмала, такой как солодовый ячмень . Большая часть пива сбраживается пивными дрожжами и приправляется хмелем . [6] Менее широко используемые источники крахмала включают просо , сорго и маниоку . [7] Вторичные источники ( добавки ), такие как кукуруза (кукуруза), рис или сахар, также могут использоваться, иногда для снижения стоимости или для добавления каких-либо свойств, например, добавление пшеницы, чтобы помочь сохранить пенистую пену. пиво. [8] Наиболее распространенным источником крахмала являются молотые злаки или «крупка» — пропорция крахмала или зерновых ингредиентов в рецепте пива может называться крупкой, зерновой засыпью или просто ингредиентами пюре . [9]
Этапы процесса пивоварения включают соложение , помол , затирание, фильтрацию, кипячение, ферментацию, кондиционирование, фильтрацию и упаковку. Существует три основных метода ферментации: теплая, прохладная и спонтанная. Ферментация может проходить в открытом или закрытом бродильном сосуде; вторичное брожение также может происходить в бочке или бутылке. Существует несколько дополнительных методов пивоварения , таких как буртонизация , двойное капание и Йоркшир-сквер , а также пост-ферментационная обработка, такая как фильтрация и выдержка в бочках .
Пивоварение началось примерно с 6-го тысячелетия до нашей эры, и археологические данные свидетельствуют о появлении новых цивилизаций, включая Китай , [4] Древний Египет и Месопотамию , где варили пиво. Описания различных рецептов пива можно найти в клинописи (древнейшей известной письменности) древней Месопотамии . [3] [11] [12] В Месопотамии ремесло пивовара было единственной профессией, которая получала социальную санкцию и божественную защиту от женских божеств/богинь, в частности: Нинкаси , который занимался производством пива, Сирис , который использовался в метонимии. способ обозначения пива, и Сидури , который освещал удовольствие от пива. [5] В доиндустриальные времена и в развивающихся странах женщины часто были основными пивоварами. [13] [14]
Поскольку почти любой злак, содержащий определенные сахара, может подвергаться спонтанному брожению из-за диких дрожжей в воздухе, вполне возможно, что напитки, подобные пиву, были независимо разработаны во всем мире вскоре после того, как какое-то племя или культура одомашнило злаки. Химические анализы древних глиняных кувшинов 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 существования пива считается шумерская табличка возрастом 6000 лет, на которой изображены люди, пьющие напиток через тростниковую соломинку из общей чаши . Шумерская поэма, написанная 3900 лет назад в честь Нинкаси, богини-покровительницы пивоварения, содержит старейший сохранившийся рецепт пива, описывающий производство пива из ячменя через хлеб. Утверждается, что изобретение хлеба и пива стало причиной способности человечества развивать технологии и строить цивилизацию. [15] [16] [17] Самое раннее на сегодняшний день химически подтвержденное ячменное пиво было обнаружено в Годин-Тепе в центральных горах Загрос в Иране, где были обнаружены фрагменты кувшина возрастом не менее 5000 лет, покрытые пивным камнем . побочный продукт процесса пивоварения. [18] Пиво, возможно, было известно в неолитической Европе еще 5000 лет назад, [19] и в основном варилось в домашних условиях. [20]
Эль, произведенный до промышленной революции , продолжал производиться и продаваться внутри страны, 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 , а к концу XIX века отечественное производство перестало быть значительным. [21] Разработка ареометров и термометров изменила пивоварение, позволив пивоварам лучше контролировать процесс и лучше знать результаты. Сегодня пивоваренная отрасль представляет собой глобальный бизнес, состоящий из нескольких доминирующих транснациональных компаний и многих тысяч более мелких производителей, от пивных пабов до региональных пивоваренных заводов . [22] В год продается более 133 миллиардов литров (35 миллиардов галлонов), что дает общий мировой доход в 294,5 миллиарда долларов (147,7 миллиардов фунтов стерлингов) в 2006 году. [23]
Основными ингредиентами пива являются вода; источник крахмала, такой как солодовый ячмень , способный ферментироваться (превращаться в спирт); пивные дрожжи для брожения; и ароматизатор, например хмель , [6] для компенсации сладости солода. [24] Можно использовать смесь источников крахмала со вторичным сахаридом, таким как кукуруза (кукуруза), рис или сахар, их часто называют добавками , особенно когда они используются в качестве более дешевого заменителя солодового ячменя. [8] Менее широко используемые источники крахмала включают, среди прочего , просо , сорго и корень маниоки в Африке, картофель в Бразилии и агаву в Мексике. [7] Наиболее распространенным источником крахмала являются молотые злаки или «крупка» — пропорция крахмала или зерновых ингредиентов в рецепте пива может называться крупой, зерновой засыпкой или просто ингредиентами пюре . [9]
Пиво состоит в основном из воды. В регионах имеются воды с разными минеральными компонентами; 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 подходит для изготовления стаутов , таких как Guinness ; в то время как в Пльзене есть мягкая вода, хорошо подходящая для изготовления светлого лагера , такого как Pilsner Urquell . [25] Воды Бертона в Англии содержат гипс , который способствует производству пэйл-эля до такой степени, что пивовары пэйл-эля добавляют гипс в местную воду в процессе, известном как буртонизация . [27]
Источник крахмала в пиве обеспечивает сбраживаемый материал и является ключевым фактором, определяющим крепость и вкус пива. Наиболее распространенным источником крахмала, используемым в пиве, является солодовое зерно. Зерно солодят, замачивая его в воде, позволяя ему начать прорастать , а затем сушат частично проросшее зерно в печи. При солодовении зерна вырабатываются ферменты, которые позволяют превращать крахмалы зерна в сбраживаемые сахара во время процесса затирания. [28] Для получения солода разного цвета из одного и того же зерна используются разное время и температура обжарки. Из более темного солода получается более темное пиво. [29]
Почти все пиво содержит ячменный солод в качестве большей части крахмала. Это связано с его волокнистой шелухой, которая важна не только на стадии промывки пивоварения (когда вода промывает размятые зерна ячменя с образованием сусла ), но также и как богатый источник амилазы , пищеварительного фермента , который облегчает преобразование. крахмала в сахара. Могут использоваться и другие солодовые и несоложенные зерна (включая пшеницу, рис, овес и рожь , реже кукурузу и сорго). В последние годы несколько пивоваров начали производить безглютеновое пиво, приготовленное 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 хмеля Humulus lupulus , [31] которые используются в качестве ароматизатора и консерванта почти во всем пиве, производимом сегодня. [32] Хмель использовался в лечебных и пищевых целях со времен Римской империи; к 7 веку в монастырях Каролингов на территории нынешней Германии пиво варили с хмелем, [33] хотя только в тринадцатом веке было зарегистрировано широкое выращивание хмеля для использования в пиве. [34] До тринадцатого века пиво ароматизировали такими растениями, как тысячелистник , багульник и болотный мирт , а также другими ингредиентами, такими как ягоды можжевельника , анис и имбирь , которые объединялись в смесь, известную как грюйт , и использовалась в качестве хмеля. сейчас используются; Между тринадцатым и шестнадцатым веками, когда хмель стал доминирующим ароматизатором, пиво, приправленное грюйтом, было известно как эль, а пиво, приправленное хмелем, было известно как пиво. [35] [36] Сегодня в некоторых сортах пива, таких как Fraoch от шотландской компании Heather Ales и Cervoise Lancelot от французской компании Brasserie-Lancelot, для ароматизации используются и другие растения, кроме хмеля. [37] [38]
Хмель обладает несколькими характеристиками, которые пивовары хотят видеть в пиве: он придает горечь, которая уравновешивает сладость солода; они придают цветочные, цитрусовые и травяные ароматы и вкусы; они обладают антибиотическим действием, которое благоприятствует активности пивных дрожжей по сравнению с менее желательными микроорганизмами; и они помогают «удерживать пену», то есть продолжительность времени, в течение которого пена на вершине пива ( пивная шапка ) сохраняется. [39] Консервант в хмеле добывается из лупулиновых желез, которые содержат мягкие смолы с альфа- и бета-кислотами. [40] [41] Хотя многие из них изучены, консервирующая природа мягких смол еще не полностью понята, хотя было замечено, что, если не хранить их при низкой температуре, консервирующая природа будет уменьшаться. [42] [43] Пивоварение — единственное крупное коммерческое использование хмеля. [44]
Дрожжи — это микроорганизм , который отвечает за брожение пива. Дрожжи метаболизируют сахара, извлеченные из зерен, с образованием спирта и углекислого газа и тем самым превращают сусло в пиво. Помимо ферментации пива, дрожжи влияют на характер и вкус пива. [45] Преобладающими типами дрожжей, используемых для изготовления пива, являются Saccharomyces cerevisiae , известные как дрожжи для эля, и Saccharomyces Pastorianus , известные как дрожжи для лагера; Brettanomyces сбраживает ламбики , [46] и Torulaspora delbrueckii сбраживает баварский вайсбир . [47] До того, как была понята роль дрожжей в брожении, в ферментации участвовали дикие или переносимые по воздуху дрожжи, и в некоторых стилях, таких как ламбики , этот метод до сих пор используется. Эмиль Кристиан Хансен , датский биохимик, работающий в лаборатории Carlsberg , разработал чистые культуры дрожжей , которые были введены на пивоварню Carlsberg в 1883 году [48] , и сейчас чистые штаммы дрожжей являются основным источником ферментации, используемым во всем мире. [49]
Некоторые пивовары добавляют в пиво один или несколько осветлителей , которые обычно выпадают в осадок (собираются в виде твердого вещества) из пива вместе с сухими белками и обнаруживаются лишь в следовых количествах в готовом продукте. Этот процесс делает пиво ярким и чистым, а не мутным, как у этнических и старых стилей пива, таких как пшеничное пиво . [50]
Примеры осветляющих агентов включают изинглас , полученный из плавательных пузырей рыб; ирландский мох , морская водоросль; каппа- каррагинан из морских водорослей каппафик ; поликлар (торговая марка осветлителя); и желатин . [51] Если пиво помечено как «подходящее для веганов», его обычно осветляли либо морскими водорослями, либо искусственными добавками, [52] хотя метод «Fast Cask», изобретенный Marston's в 2009 году, может обеспечить другой метод. [53]
Процесс пивоварения состоит из нескольких этапов, которые могут включать соложение, затирание, фильтрацию, кипячение, ферментацию , кондиционирование, фильтрацию и упаковку. [54] Пивоваренное оборудование , необходимое для производства пива, со временем стало более сложным и теперь охватывает большинство аспектов процесса пивоварения. [55] [56]
Соложение – это процесс подготовки зерна ячменя к пивоварению. [57] Соложение разбивается на три этапа, чтобы помочь высвободить крахмалы из ячменя. [58] Сначала во время замачивания зерно добавляют в чан с водой и оставляют замачиваться примерно на 40 часов. [59] Во время прорастания зерно раскладывают на полу камеры проращивания примерно на 5 дней. [59] Заключительной частью процесса соложения является обжиг, когда солод подвергается сушке в печи при очень высокой температуре; с постепенным повышением температуры в течение нескольких часов. [60] Когда обжиг завершен, зерна теперь называются солодом , и их размалывают или измельчают, чтобы разбить ядра и обнажить семядоли , которые содержат большую часть углеводов и сахаров; это облегчает извлечение сахаров во время затирания. [61]
Затирание превращает крахмалы, выделяющиеся на стадии соложения, в сахара, которые можно сбраживать. Молотое зерно смешивается с горячей водой в большом сосуде, известном как заторный чан . В этом сосуде зерно и вода смешиваются для получения зернового пюре. Во время затирания природные ферменты, присутствующие в солоде, преобразуют крахмалы (длинноцепочечные углеводы) зерна в более мелкие молекулы или простые сахара (моно-, ди- и трисахариды). Это «преобразование» 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 чана для затора в процессе, известном как фильтрация . Перед фильтрацией температуру затора можно повысить примерно до 75–78 ° C (167–172 ° F) (так называемое затор), чтобы высвободить больше крахмала и снизить вязкость затора. Зерна можно опрыскать дополнительным количеством воды, чтобы извлечь дополнительные сахара (процесс, известный как промывка ). [63]
Сусло помещают в большой резервуар, известный как «медь» или котел , где его кипятят с хмелем , а иногда и с другими ингредиентами, такими как травы или сахар. На этом этапе происходят многие химические реакции и принимаются важные решения относительно вкуса, цвета и аромата пива. [64] Процесс кипячения служит для прекращения ферментативных процессов, осаждения белков, изомеризации смол хмеля , а также концентрирования и стерилизации сусла. Хмель придает пиву вкус, аромат и горечь . В конце кипячения охмеленное сусло оседает для осветления в сосуде, называемом «водоворотом», где более твердые частицы в сусле отделяются. [65]
После водоворота сусло отделяется от уплотненного хмеля и быстро охлаждается через теплообменник до температуры, при которой можно добавлять дрожжи. На пивоваренных заводах используются теплообменники различных конструкций, наиболее распространенной из которых является пластинчатый. Вода или гликоль текут по каналам в направлении, противоположном суслу, вызывая быстрое падение температуры. Очень важно быстро охладить сусло до уровня, на котором можно безопасно добавлять дрожжи, поскольку дрожжи не способны расти при очень высоких температурах и начинают умирать при температуре выше 60 °C (140 °F). [61] [66] После того, как сусло проходит через теплообменник, охлажденное сусло попадает в бродильный резервуар. Тип дрожжей выбирается и добавляется или «забрасывается» в бродильный резервуар. [64] Когда дрожжи добавляются в сусло, начинается процесс брожения, в ходе которого сахара превращаются в спирт, углекислый газ и другие компоненты. Когда брожение завершится, пивовар может перелить пиво в новый резервуар, называемый резервуаром для кондиционирования. [63] Кондиционирование пива — это процесс, в ходе которого пиво выдерживается, вкус становится более гладким, а нежелательные привкусы исчезают. [65] После выдержки от недели до нескольких месяцев пиво может быть отфильтровано и принудительно газировано для розлива в бутылки, [67] или выдержано в бочке . [68]
Затирание — это процесс объединения смеси молотого зерна (обычно солодового ячменя с дополнительными зернами, такими как кукуруза , сорго , рожь или пшеница), известного как «зерно» или «зерновая засыпь», и воды, известной как «ликер». и нагревание этой смеси в сосуде, называемом «заторным чаном». Затирание — это форма замачивания [69] и определяет процесс заваривания, например, приготовление чая, саке и соевого соуса . [70] Технически вино, сидр и медовуху не варят, а скорее винифицируют , поскольку в них не используется процесс замачивания с использованием твердых веществ. [71] Затирание позволяет ферментам солода расщеплять крахмал зерна на сахара, обычно мальтозу, с образованием солодовой жидкости, называемой сусло . [72] Существует два основных метода – настойное затирание, при котором зерна нагревают в одном сосуде; и отварное затирание, при котором часть зерен варят, а затем возвращают в затор, повышая температуру. [73] Затирание включает паузы при определенных температурах (особенно 45–62–73 ° C или 113–144–163 ° F) и происходит в «заторном чане» - изолированном пивоваренном сосуде с двойным дном . [74] [75] [76] Конечный продукт затирания называется «затором».
Затирание обычно занимает от 1 до 2 часов, и в течение этого времени различные температуры активируют разные ферменты в зависимости от типа используемого солода, уровня его модификации и намерений пивовара. Под действием этих ферментов крахмалы зерен преобразуются в декстрины , а затем в сбраживаемые сахара, такие как мальтоза . Выдержка затора при температуре 49–55 °C (120–131 °F) активирует различные протеазы , которые расщепляют белки, которые в противном случае могли бы привести к помутнению пива. Этот остаток обычно используется только с недомодифицированным (то есть недосоложенным) солодом, популярность которого в Германии и Чехии снижается, или с несоложенными зернами, такими как кукуруза и рис, которые широко используются в пиве Северной Америки. Выдержка затора при температуре 60 °C (140 °F) активирует β- глюканазу , которая расщепляет липкие β-глюканы в заторе, благодаря чему сахар выходит более свободно на более позднем этапе процесса. В современном процессе затирания в качестве добавки можно добавлять коммерческую β-глюканазу на основе грибов. Наконец, температура выдержки затора 65–71 °C (149–160 °F) используется для преобразования крахмала в солоде в сахар, который затем может быть использован дрожжами в процессе пивоварения. Выполнение последнего отдыха в нижней части диапазона благоприятствует ферментам β-амилазы , производящим больше сахаров низшего порядка, таких как мальтотриоза , мальтоза и глюкоза , которые более ферментируются дрожжами . Это, в свою очередь, приводит к тому, что в пиве становится меньше тела и больше алкоголя. Остальное, ближе к верхнему концу диапазона, благоприятствует ферментам α-амилазы , создавая больше сахаров более высокого порядка и декстринов , которые менее сбраживаются дрожжами, поэтому в результате получается более полнотелое пиво с меньшим количеством алкоголя. Изменения продолжительности и pH также влияют на сахарный состав полученного сусла. [77]
Фильтрование — это отделение сусла ( жидкости, содержащей сахар, извлеченный при затирании) от зерен. [78] Это делается либо в заторном чане, оборудованном двойным дном, либо в фильтрующем чане, либо в заторном фильтре. Большинство процессов сепарации имеют две стадии: первое сливание сусла, при котором экстракт отделяется в неразбавленном состоянии от дробины, и барботирование , при котором экстракт, оставшийся в зернах, смывается горячей водой. Фильтрующий чан представляет собой резервуар с отверстиями в дне, достаточно маленькими, чтобы удерживать крупные кусочки крупы и шелухи (молотые или перемолотые крупы). [79] Слой частиц, который оседает на нем, и есть настоящий фильтр. В некоторых фильтрующих чанах предусмотрены вращающиеся грабли или ножи, которые позволяют прорезать слой зерна и поддерживать хороший поток. Ножи можно повернуть так, чтобы они выталкивали зерно. Эта функция используется для выталкивания дробины из емкости. [80] Заторный фильтр представляет собой пластинчатый фильтр. Пустые рамы содержат сусло, включая дробину, и имеют емкость около одного гектолитра. Пластины содержат опорную конструкцию для фильтровальной ткани. Пластины, рамы и фильтровальные полотна располагаются в несущей раме следующим образом: рама, ткань, пластина, ткань, с пластинами на каждом конце конструкции. Новые заторные фильтры имеют камеры, которые могут выдавливать жидкость из зерен между промывками. Зерно не действует как фильтрующая среда в заторном фильтре. [81]
После затирания пивное сусло варят с хмелем (и другими ароматизаторами, если они используются) в большом резервуаре, известном как «медный» или варочный котел, хотя исторически сосуд для затора использовался и до сих пор используется на некоторых небольших пивоварнях. [82] В процессе кипячения 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 концентрацию сусло. [83] [84] Наконец, пары, образующиеся во время кипячения, улетучивают неприятные запахи , включая предшественники диметилсульфида . [84] Кипение проводится так, чтобы оно было равномерным и интенсивным - непрерывное «катящееся кипение». [84] Кипячение в среднем длится от 45 до 90 минут, в зависимости от его интенсивности, графика добавления хмеля и объема воды, которую пивовар ожидает испарить. [85] В конце кипячения твердые частицы из охмеленного сусла отделяются, обычно в сосуде, называемом «водоворотом». [65]
Медь является традиционным материалом для кипящего сосуда по двум основным причинам: во-первых, потому, что медь быстро и равномерно передает тепло; во-вторых, потому что образующиеся во время кипячения пузырьки, которые могут действовать как изолятор от тепла, не прилипают к поверхности меди, поэтому сусло нагревается равномерно. [86] Самые простые котлы для кипячения имеют прямой нагрев и имеют горелку внизу. Они могут привести к энергичному и благоприятному кипению, но также могут поджечь сусло в месте соприкосновения пламени с котлом, вызывая карамелизацию и затрудняя очистку. Большинство пивоваренных заводов используют паровые котлы, в которых для кипячения сусла используются паровые рубашки котла. [84] Пивоварни обычно имеют кипящую установку внутри или снаружи котла, обычно это высокий тонкий цилиндр с вертикальными трубками, называемый каландрией, через который прокачивается сусло. [87]
В конце кипячения твердые частицы из охмеленного сусла отделяются, обычно в сосуде, называемом «водоворотом» или «отстойником». [65] [88] Водоворот был изобретен Генри Ранульфом Хадстоном, когда он работал на пивоварне Molson Brewery в 1960 году, чтобы использовать так называемый парадокс чайного листа, чтобы заставить более плотные твердые вещества, известные как «труб» (свернувшиеся белки, растительные вещества из хмеля) в конус в центре гидромассажного резервуара. [89] [90] [91] Системы Whirlpool различаются: небольшие пивоварни, как правило, используют заварной котел, более крупные пивоварни используют отдельный резервуар, [88] и конструкция будет отличаться: днища резервуаров могут быть плоскими, наклонными, коническими или с чашкой. в центре. [92] Принцип во всем заключается в том, что, закручивая сусло, центростремительная сила толкает осадок в конус в центре дна резервуара, откуда его можно легко удалить. [88]
Хмельник — это традиционная дополнительная камера, которая действует как сито или фильтр, используя цельный хмель для очистки мусора (или « отрубка ») из неферментированного (или «зеленого») сусла [93] , как это делает водоворот, а также для увеличения хмелевой аромат в готовом пиве. [94] [95] Это камера между заварочным котлом и охладителем сусла. В камеру добавляется хмель, через нее пропускают горячее сусло из котла, а затем сразу же охлаждают в охладителе сусла перед поступлением в камеру брожения. В хмелехранилищах с герметичной камерой максимально сохраняются летучие ароматические соединения хмеля, которые обычно удаляются при контакте хмеля с горячим суслом. [96] Хотя хмель имеет такой же фильтрующий эффект, как и водоворот, он работает по-другому: в водовороте используются центробежные силы, а в хмеле — слой цельного хмеля, действующий как фильтрующий слой. Кроме того, хотя гидромассажная ванна полезна только для удаления гранулированного хмеля (поскольку цветы не так легко отделяются), в целом хмель используется только для удаления целого цветочного хмеля (поскольку частицы, оставленные гранулами, имеют тенденцию превращать его в через хопбек). [97] В современных пивоварнях хмель в основном заменен вирпулом. [98]
После вихревой обработки сусло необходимо довести до температуры брожения 20–26 °C (68–79 °F) [74] перед добавлением дрожжей. На современных пивоварнях это достигается за счет пластинчатого теплообменника . Пластинчатый теплообменник имеет множество ребристых пластин, которые образуют два отдельных канала. Сусло перекачивается в теплообменник и проходит через все остальные зазоры между пластинами. Охлаждающая среда, обычно вода, проходит через остальные зазоры. Гребни в пластинах обеспечивают турбулентный поток. Хороший теплообменник может снизить температуру сусла с 95 ° C (203 ° F) до 20 ° C (68 ° F), одновременно нагревая охлаждающую среду примерно с 10 ° C (50 ° F) до 80 ° C (176 ° F). В последних нескольких пластинах часто используется охлаждающая среда, которую можно охладить до температуры ниже точки замерзания , что позволяет более точно контролировать температуру оттаивания, а также обеспечивает охлаждение примерно до 10 ° C (50 ° F). После охлаждения в сусло часто растворяется кислород, чтобы оживить дрожжи и способствовать их воспроизводству. Некоторые крафтовые пивоварни, особенно те, которые хотят создавать паровое пиво , вместо этого используют Coolship .
Во время варки полезно восстановить часть энергии, затраченной на кипячение сусла. На выходе из пивоварни пар, образующийся во время кипячения, проходит через змеевик, через который течет ненагретая вода. Регулируя скорость потока, можно контролировать выходную температуру воды. Это также часто делается с использованием пластинчатого теплообменника. Затем вода сохраняется для последующего использования при следующем заторе, при очистке оборудования или там, где это необходимо. [99] Другой распространенный метод восстановления энергии происходит во время охлаждения сусла. При использовании холодной воды для охлаждения сусла в теплообменнике вода значительно нагревается. На эффективном пивоваренном заводе холодная вода проходит через теплообменник со скоростью, установленной для максимизации температуры воды на выходе. Эта уже горячая вода затем хранится в резервуаре для горячей воды. [99]
Ферментация происходит в бродильных емкостях различной формы: от огромных цилиндроконических сосудов до открытых каменных сосудов и до деревянных чанов. [100] [101] [102] После того, как сусло охлаждается и аэрируется – обычно стерильным воздухом – к нему добавляются дрожжи, и оно начинает бродить. Именно на этом этапе сахара, полученные из солода , превращаются в спирт и углекислый газ , и продукт впервые можно назвать пивом.
Большинство пивоваренных заводов сегодня используют цилиндроконические сосуды, или CCV, с коническим дном и цилиндрическим верхом. Угол конуса обычно составляет около 60°, угол, который позволяет дрожжам течь к вершине конуса, но не настолько крутой, чтобы занимать слишком много вертикального пространства. CCV могут проводить как ферментацию, так и кондиционирование в одном резервуаре. В конце ферментации дрожжи и другие твердые вещества, попавшие на вершину конуса, можно просто вымыть из отверстия на вершине. Также используются открытые емкости для брожения, часто для демонстрации в пивоварнях, а в Европе - при ферментации пшеничного пива. Эти сосуды не имеют крышек, что значительно упрощает сбор дрожжей верхового брожения. Открытые верхние части сосудов повышают риск заражения, но при соблюдении надлежащих процедур очистки и тщательном протоколировании посещения бродильных камер риск можно хорошо контролировать. Емкости для брожения обычно изготавливаются из нержавеющей стали. Если это простые цилиндрические резервуары со скошенными концами, они располагаются вертикально, в отличие от резервуаров для кондиционирования, которые обычно располагаются горизонтально. Лишь очень немногие пивоварни до сих пор используют деревянные чаны для ферментации, поскольку древесину трудно содержать в чистоте и защищать от инфекций, и ее необходимо перерабатывать более или менее ежегодно. [100] [101] [102]
Существует три основных метода ферментации: теплая, прохладная и дикая или спонтанная. Ферментация может проходить в открытых или закрытых емкостях. Возможна вторичная ферментация, которая может проходить на пивоварне, в бочке или в бутылке. [103]
Пивные дрожжи традиционно классифицируются как «верхнего брожения» (или «верхнего брожения») и «низового брожения» (или «низового брожения»); дрожжи, отнесенные к категории верхового брожения, обычно используются при теплом брожении, где они бродят быстро, а дрожжи, отнесенные к низовому брожению, используются при более прохладном брожении, где они бродят медленнее. [104] Дрожжи называли верхним или нижним сбором, потому что дрожжи собирали сверху или снизу бродящего сусла для повторного использования для следующего варки. [105] Эта терминология несколько неуместна в современную эпоху; после широкого применения микологии пивоварения было обнаружено, что в двух отдельных методах сбора участвуют два разных вида дрожжей, которые предпочитают разные температурные режимы, а именно Saccharomyces cerevisiae при верхнем сборе при более высоких температурах и Saccharomyces Pastorianus при нижнем сборе при более низких температурах. [106] Поскольку в 20-м веке методы пивоварения изменились, цилиндро-конические бродильные сосуды стали нормой, а сбор дрожжей для обоих видов Saccharomyces осуществляется со дна ферментера. Таким образом, метод сбора больше не подразумевает видовую ассоциацию. Осталось несколько пивоваренных заводов, которые собирают дрожжи методом верхнего сбора, например, пивоварня Samuel Smiths в Йоркшире, Marstons в Стаффордшире и несколько немецких производителей хефевайцена. [105]
В обоих типах дрожжи полностью распределяются по пиву во время его брожения, и оба в равной степени флокулируют (слипаются и оседают на дно емкости), когда брожение заканчивается. Ни в коем случае не все дрожжи верхних культур демонстрируют такое поведение, но оно ярко выражено у многих английских дрожжей, которые также могут демонстрировать образование цепей (неспособность отпочковавшихся клеток отделиться от материнской клетки), что в техническом смысле отличается от истинного. флокуляция. Наиболее распространенные пивные дрожжи высшего сорта, Saccharomyces cerevisiae , относятся к тому же виду, что и обычные хлебопекарные дрожжи. Однако хлебопекарные и пивные дрожжи обычно принадлежат к разным штаммам, культивируемым с разными характеристиками: штаммы хлебопекарных дрожжей более агрессивны и позволяют газировать тесто в кратчайшие сроки; Штаммы пивных дрожжей действуют медленнее, но, как правило, переносят более высокие концентрации алкоголя (обычно максимальная концентрация составляет 12–15% , хотя при специальной обработке некоторые устойчивые к этанолу штаммы можно повысить примерно до 20%). [107] Современная количественная геномика выявила сложность видов Saccharomyces до такой степени, что дрожжи, участвующие в производстве пива и вина, обычно включают гибриды так называемых чистых видов. Таким образом, дрожжи, участвующие в производстве так называемого эля верхового брожения или верхового брожения, могут представлять собой как Saccharomyces cerevisiae , так и сложные гибриды Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces kudriavzevii . Три известных эля, Chimay , Orval и Westmalle , ферментируются этими гибридными штаммами, идентичными винным дрожжам из Швейцарии. [108]
Обычно дрожжи, такие как Saccharomyces cerevisiae , ферментируются при высоких температурах от 15 до 20 °C (59 и 68 °F), иногда до 24 °C (75 °F), [109] в то время как дрожжи, используемые Brasserie Dupont для сэзонов еще выше - от 29 до 35 ° C (от 84 до 95 ° F). [110] Обычно они образуют пену на поверхности бродящего пива, которую называют закваской , так как во время процесса ферментации ее гидрофобная поверхность заставляет хлопья прилипать к CO 2 и подниматься; из-за этого их часто называют «верховыми» или «верховыми» [111] – хотя это различие менее четкое в современном пивоварении с использованием цилиндро-конических емкостей. [112] Как правило, пиво теплого брожения, которое обычно называют элем , готово к употреблению в течение трех недель после начала брожения, хотя некоторые пивовары выдерживают его в течение нескольких месяцев. [113]
Когда пиво сварено с использованием прохладной ферментации при температуре около 10 °C (50 °F), по сравнению с типичной температурой теплого брожения 18 °C (64 °F), [114] [115] затем хранится (или лагерируется) в течение обычно несколько недель (или месяцев) при температуре, близкой к точке замерзания , его называют « лагером ». [116] На этапе лагерирования или хранения некоторые вкусоароматические компоненты, образовавшиеся в ходе ферментации, рассеиваются, в результате чего вкус становится «более чистым». [117] [118] Хотя именно медленное, прохладное брожение и холодное выдерживание (или лагерирование) определяют характер лагера, [119] основное техническое отличие заключается в обычно используемых дрожжах, а именно Saccharomyces Pastorianus . [120] Технические различия включают в себя способность лагерных дрожжей метаболизировать мелибиозу , [121] и склонность оседать на дне ферментера (хотя элевые дрожжи также могут оседать на дне в результате селекции); [121] хотя ученые не считают, что эти технические различия влияют на характер или вкус готового пива, пивовары считают иначе – иногда они выращивают свои собственные штаммы дрожжей, которые могут подойти их пивоваренному оборудованию или для определенной цели, например, для пивоварения. пиво с высокой крепостью. [122] [123] [124] [125]
Баварские пивовары на протяжении веков отбирали дрожжи холодного брожения, храня («лагерны») свое пиво в холодных альпийских пещерах. Процесс естественного отбора означал, что дикие дрожжи, которые были наиболее устойчивы к холоду, продолжали активно бродить в пиве, хранившемся в пещерах. Образец этих баварских дрожжей был отправлен с пивоварни Spaten в Мюнхене на пивоварню Carlsberg в Копенгагене в 1845 году, которая начала варить с их помощью пиво. В 1883 году Эмиль Хансен завершил исследование по выделению чистой культуры дрожжей, и чистый штамм, полученный от Spaten, пошел в промышленное производство в 1884 году как дрожжи Carlsberg № 1. В следующем году на пивоварне Heineken в Роттердаме была установлена еще одна специализированная установка по производству чистых дрожжей. они начали поставлять чистые культивированные дрожжи пивоварам по всей Европе. [126] [127] Этот штамм дрожжей первоначально был классифицирован как Saccharomyces carlsbergensis , ныне несуществующее видовое название, которое было заменено принятой в настоящее время таксономической классификацией Saccharomyces Pastorianus . [128]
Ламбик исторически варят в Брюсселе и близлежащем регионе Бельгии Пайоттенланд без какой-либо прививки дрожжей. [129] [130] Сусло охлаждается в открытых чанах (так называемых « кулшипах »), где дрожжам и микробиоте , присутствующим на пивоварне (например, Brettanomyces ) [131] , позволяют осесть, чтобы вызвать спонтанное брожение, [132] а затем выдерживаются или выдерживаются в дубовых бочках обычно от одного до трех лет. [133]
После первоначального или первичного брожения пиво кондиционируется , созревает или выдерживается [134] одним из нескольких способов, [135] что может занять от 2 до 4 недель, нескольких месяцев или нескольких лет, в зависимости от намерений пивовара. пиво. Пиво обычно переносят во второй контейнер, чтобы оно больше не подвергалось воздействию мертвых дрожжей и другого мусора (также известного как « отруб »), осевшего на дне первичного ферментера. Это предотвращает образование нежелательных ароматов и вредных соединений, таких как ацетальдегид . [136]
Kräusening (произносится как KROY -zen-ing [137] ) — это метод кондиционирования, при котором к готовому пиву добавляется бродящее сусло . [138] Активные дрожжи возобновят брожение готового пива и таким образом внесут свежий углекислый газ; Затем резервуар для кондиционирования будет герметизирован, так что углекислый газ растворяется в пиве, создавая живое «состояние» или уровень карбонизации. [138] Метод Краузенинга также можно использовать для кондиционирования бутылочного пива. [138]
Лагеры хранятся при температуре погреба или ниже в течение 1–6 месяцев, пока они еще на дрожжах. [139] Процесс хранения, или кондиционирования, или созревания, или выдержки пива при низкой температуре в течение длительного периода называется «лагерированием», и хотя он связан с лагерами, этот процесс также может осуществляться с элями, с результат тот же – от очистки различными химикатами, кислотами и соединениями. [140]
Во время вторичного брожения большая часть оставшихся дрожжей осядет на дно второго ферментера, давая менее мутный продукт. [141]
Некоторые сорта пива подвергаются дополнительной ферментации в бутылке, что приводит к естественной карбонизации. [142] Это может быть вторая и/или третья ферментация. Они разливаются по бутылкам с жизнеспособной популяцией дрожжей в суспензии. Если остаточного сбраживаемого сахара не осталось, можно добавить сахар или сусло, или и то, и другое, в процессе, известном как прайминг. В результате ферментации образуется CO 2 , который улавливается в бутылке, оставаясь в растворе и обеспечивая естественную карбонизацию. Пиво, кондиционированное в бутылках, может быть либо разлито нефильтрованным прямо из резервуара для брожения или кондиционирования, либо профильтровано, а затем повторно засеяно дрожжами. [143]
Бочковой эль (или пиво, выдержанное в бочках) — это нефильтрованное , непастеризованное пиво, кондиционированное путем вторичной ферментации в металлических, пластиковых или деревянных бочках. Его разливают из бочки либо разливая из-под крана самотеком, либо перекачивая из подвала с помощью пивного двигателя (ручного насоса). [144] Иногда для поддержания свежести пива используется сапун в бочке , позволяющий углекислому газу заменять кислород, когда пиво выливается из бочки. [145] До 2018 года Кампания за настоящий эль (CAMRA) определяла настоящий эль как пиво, «подаваемое без использования постороннего углекислого газа », что запрещало использование системы вентиляции бочек, [146] и эта политика была отменена в апреле. В 2018 году пиво было разрешено подавать с использованием сапунов в бочках, чтобы оно соответствовало определению настоящего эля. [147]
Выдержка в бочках ( США: Barrel aging) — это процесс выдержки пива в деревянных бочках для достижения различных эффектов в конечном продукте. Кислые сорта пива , такие как ламбики , полностью ферментируются в древесине, тогда как другие сорта пива выдерживаются в бочках, которые ранее использовались для выдержки вин или спиртных напитков . В 2016 году издание Craft Beer and Brewing написало: «Пиво, выдержанное в бочках, настолько модно, что почти в каждой пивной и пивном магазине есть его отдел. [148]
Фильтрация стабилизирует вкус пива, удерживая его на приемлемом для пивовара уровне и предотвращая дальнейшее развитие дрожжей, которые при плохих условиях могут выделять негативные компоненты и вкус. [149] Фильтрация также удаляет дымку, очищая пиво и таким образом придавая ему «полированный блеск и блеск». [150] Пиво с чистым внешним видом было коммерчески желательным для пивоваров с момента разработки стеклянных сосудов для хранения и питья пива, а также с коммерческого успеха светлого лагера , который - благодаря процессу лагерирования , при котором мутность и частицы оседают на поверхности дно резервуара и поэтому пиво « падает ярко » (прозрачно) — имеет естественный яркий вид и блеск. [151]
Существует несколько форм фильтров; они могут быть в форме листов или «свечей», или они могут представлять собой мелкий порошок, такой как диатомит (также называемый кизельгуром), [152] который добавляется в пиво для образования фильтрационного слоя, пропускающего жидкость. но удерживает взвешенные частицы, такие как дрожжи. [153] Фильтры варьируются от фильтров грубой очистки, которые удаляют большую часть дрожжей и любых твердых веществ (например, хмеля, частиц зерна), оставшихся в пиве, [154] до фильтров, достаточно плотных, чтобы отделить цвет и консистенцию пива. [ нужна цитация ] Степень фильтрации делится на грубую, тонкую и стерильную. [ нужна цитата ] Грубая фильтрация оставляет в пиве некоторую мутность, но оно заметно прозрачнее, чем нефильтрованное пиво. [ нужна цитата ] Тонкая фильтрация удаляет почти всю мутность. [ нужна цитация ] Стерильная фильтрация удаляет почти все микроорганизмы. [ нужна цитата ]
В этих фильтрах используются листы, которые пропускают только частицы размером меньше заданного. Листы помещаются в фильтрующую рамку, дезинфицируются (например, кипятком), а затем используются для фильтрации пива. Листы можно промыть, если фильтр засорится. Простыни обычно одноразовые и заменяются между сеансами фильтрации. Часто листы содержат порошкообразный фильтрующий материал, способствующий фильтрации.
Готовые фильтры имеют две стороны. Один со свободными отверстиями, другой с плотными. Поток идет со стороны со свободными отверстиями в сторону с узкими отверстиями, с намерением, чтобы крупные частицы застревали в больших отверстиях, оставляя при этом достаточно места вокруг частиц и фильтрующей среды, чтобы более мелкие частицы могли пройти и застрять в более узких отверстиях. .
Листы продаются с номинальным номиналом, и обычно лист улавливает 90% частиц, размер которых превышает номинальный.
Фильтры, в которых используется порошковая среда, значительно сложнее в эксплуатации, но могут фильтровать гораздо больше пива перед регенерацией. Обычные среды включают диатомит и перлит .
Побочными продуктами пивоварения являются «отработанное зерно» и осадок (или « отбросы ») процесса фильтрации, которые можно высушить и перепродать как «пивные высушенные дрожжи» для корма для птицы [155] или превратить в дрожжевой экстракт , который используется в пивоварении. такие бренды, как Vegemite и Marmite . [156] Процесс превращения дрожжевого осадка в съедобный дрожжевой экстракт был открыт немецким учёным Юстусом фон Либихом . [157]
Пивная дробина (также называемая дробью, пивной дробью или драфтой) является основным побочным продуктом процесса пивоварения; [158] он состоит из остатков солода и зерна, которые остаются в фильтрующем чане после процесса фильтрования. [159] Он состоит в основном из шелухи зерна, околоплодника и фрагментов эндосперма . [160] Поскольку оно в основном состоит из углеводов и белков , [160] и легко потребляется животными, [161] отработанное зерно используется в кормах для животных . [161] Отработанное зерно также можно использовать в качестве удобрения , цельное зерно в хлебе, [162] а также в производстве муки и биогаза . [163] [164] Отработанное зерно также является идеальной средой для выращивания грибов , таких как шиитаке , и уже некоторые пивоварни либо выращивают собственные грибы, либо поставляют отработанное зерно на грибные фермы. [165] Отработанное зерно может быть использовано при производстве красного кирпича, для улучшения открытой пористости и снижения теплопроводности керамической массы. [166]
Пивоваренная промышленность — это глобальный бизнес, состоящий из нескольких доминирующих транснациональных компаний и многих тысяч других производителей, известных как микропивоварни , региональные пивоварни или крафтовые пивоварни, в зависимости от размера, региона и маркетинговых предпочтений. [22] [167] В год продается более 133 миллиардов литров (3,5 × 10 10 галлонов США; 2,9 × 10 10 британских галлонов), что дает общий мировой доход в размере 294,5 миллиардов долларов США (147,7 миллиардов фунтов стерлингов) по состоянию на 2006 год. [168] SABMiller стала крупнейшей пивоваренной компанией в мире, когда приобрела Royal Grolsch, производителя голландского пива премиум-бренда Grolsch . [169] 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 крупнейшим производителем пива в мире. мир. [170]
Домашнее пивоварение подлежит регулированию и запрету во многих странах. Ограничения на домашнее пивоварение были сняты в Великобритании в 1963 году, [171] Австралия последовала этому примеру в 1972 году, [172] и США в 1978 году, хотя отдельным штатам было разрешено принимать свои собственные законы, ограничивающие производство. [173]
Когда люди древнего мира поняли, что могут делать хлеб и пиво из зерна, они перестали кочевать и поселились выращивать зерновые в узнаваемых общинах.