Пивная химия - Beer chemistry

Взвешивание хмель

В химические соединения в пиво придают ему характерный вкус, запах и внешний вид. Большинство соединений в пиве поступают из метаболический деятельность растений и дрожжи и так покрыты полями биохимия и органическая химия.[1] Основным исключением является то, что пиво содержит более 90% воды, и минеральные ионы в воде (жесткость) могут существенно повлиять на вкус.[2]

Ингредиенты

Четыре основных ингредиента используются для приготовления пива в процессе пивоварение.

Углеводы

Источник углеводов - важная часть пива, потому что одноклеточные дрожжевые организмы превращать углеводы в энергию, чтобы жить. Дрожжи метаболизируют источник углеводов с образованием ряда соединений, включая этиловый спирт. Процесс варки пива начинается с солод и затирание, который расщепляет длинные углеводы в зерне ячменя на более простые сахара. Это важно, потому что дрожжи могут метаболизировать только очень короткие цепи сахаров.[3] Длинные углеводы - это полимеры, большие разветвленные связи одной и той же молекулы снова и снова. В случае ячменя чаще всего встречаются полимеры, называемые амилопектин и амилоза, состоящая 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 процесс ускоряется за счет нагрева зерна ячменя.[3] Этот процесс нагрева активирует ферменты, называемые амилазы. Форма этих ферментов, их активный сайт, дает им уникальную и мощную способность ускорять эти реакции разложения более чем в 100 000 раз. Реакция, происходящая в активном центре, называется гидролиз реакция, которая представляет собой расщепление 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 вместе 1,6- или 1,4-связями.

Хмель

Хмель - это цветы растения хмеля Humulus lupulus. Эти цветы содержат более 440 эфирных масел, которые придают пиву аромат и негорький вкус.[4] Однако отчетливая горечь, особенно характерная для светлых элей, происходит от семейства соединений, называемых альфа-кислотами (также называемых гумулоны ) и бета-кислоты (также называемые лупулонами). Как правило, 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 реакции. Шестичленное кольцо в гумулоне изомеризуется в пятичленное кольцо, но обычно не обсуждается, как это влияет на воспринимаемую горечь.

Хумулон - это альфа-кислота и один из основных ароматических компонентов хмеля. Химия пива часто касается реакций таких молекул и того, как лучше контролировать их для лучшего вкуса.[5]

Дрожжи

Химические структуры, показывающие ферментацию этанола

В пиве метаболические отходы дрожжей являются важным фактором. В аэробных условиях дрожжи будут использовать простые сахара из процесса соложения в гликолиз и отправляют основной органический продукт гликолиза (пируват) в углекислый газ и воду посредством клеточного дыхания, многие домашние пивовары используют этот аспект метаболизма дрожжей для карбонизации своего пива. Однако в анаэробных условиях дрожжи не могут использовать конечные продукты гликолиза для выработки энергии клеточного дыхания. Вместо этого они полагаются на процесс, называемый ферментацией. Ферментация превращает пируват в этанол через промежуточный продукт. ацетальдегид.

Вода

Вода часто играет очень важную роль в вкусовых качествах пива.[2][4] поскольку это основной ингредиент. Разновидности ионов, присутствующие в воде, могут влиять на метаболические пути дрожжей и, таким образом, на метаболиты, которые можно почувствовать на вкус. Например, кальций и железо необходимы в небольших количествах для выживания дрожжей, потому что эти металлы обычно являются кофакторами для дрожжевых ферментов.[4]

Карбонизация

В аэробных условиях дрожжи превращают сахар в пируват, а затем превращают пируват в воду и диоксид углерода. Этот процесс может привести к карбонизации пива. При промышленном производстве дрожжи работают в анаэробных условиях, превращая пируват в этанол, и не карбонизируют пиво. Пиво газируется сжатым CO2. При разливе пива углекислый газ, растворенный в пиве, образует пузырьки. Эти пузырьки растут и ускоряются по мере подъема, питаясь ближайшими более мелкими пузырьками, явление, известное как Оствальдское созревание. Эти более крупные пузыри приводят к образованию «более крупной» пены на поверхности разлитого пива.

Нитро пиво

Пиво можно газировать CO.2 или с другими газами, такими как азот. Эти газы не так растворимы в воде, как углекислый газ, поэтому они образуют пузырьки, которые не растут в процессе созревания Оствальда. Это означает, что у пива более мелкие пузырьки и более сливочная и стабильная пена.[6] Этот менее растворимый газ придает пиву более гладкую текстуру. С точки зрения пива, ощущение во рту гладкое, а не пузырьковое, как у пива с нормальной карбонизацией. Нитро-пиво могло быть менее кислым, чем обычное пиво.[7]

Хранение и деградация

Основная статья: Пивные вина

Особая проблема пива заключается в том, что, в отличие от вино, его качество с возрастом ухудшается. А запах кошачьей мочи и аромат называется ребра, названный в честь рода черной смородины, имеет тенденцию к развитию и пику.[8] При этом преобладает запах картона, связанный с выделением 2-Ноненал.[9] В целом химики считают, что "неприятный привкус" старого пива вызван реактивными формами кислорода. Они могут быть бескислородными. радикалы, например, которые могут изменять химические структуры соединений в пиве, которые придают им его вкус.[9] Кислородные радикалы могут вызывать повышение концентрации альдегиды от Деградация Штрекера реакции аминокислоты в пиве.[10]

Пиво уникально по сравнению с другими алкогольными напитками, потому что оно нестабильно в окончательной упаковке. Существует множество переменных и химических соединений, которые влияют на вкус пива на этапах производства, а также во время хранения пива. Пиво будет приобретать неприятный привкус во время хранения из-за многих факторов, включая солнечный свет и количество кислорода в свободном пространстве бутылки. Помимо изменения вкуса, пиво также может вызывать визуальные изменения. При хранении пиво может стать мутным. Это называется коллоидной стабильностью (образование помутнения) и обычно вызвано сырьем, используемым в процессе пивоварения. Первичная реакция, вызывающая помутнение пива, - это полимеризация полифенолы и связывание со специфическими белками. Этот тип помутнения можно увидеть, когда пиво охлаждается ниже 0 градусов по Цельсию. Когда пиво нагревается до комнатной температуры, дымка растворяется. Но если пиво хранится при комнатной температуре слишком долго (около 6 месяцев), образуется постоянная дымка.[11] Исследование, проведенное Heuberger et al. приходит к выводу, что температура хранения пива влияет на стабильность вкуса. Они обнаружили, что профиль метаболитов пива, хранящегося при комнатной и холодной температуре, значительно отличается от свежего пива. У них также есть доказательства, подтверждающие значимость пива. окисление после нескольких недель хранения, что также влияет на вкус пива.[12]

В неприятный запах в пиве, например вкус картона или зеленого яблока, часто ассоциируется с появлением черствения альдегиды. Альдегиды Стрекера, отвечающие за изменение вкуса, образуются во время хранения пива. Филип Уитсток и др. провели эксперименты, чтобы проверить, что вызывает образование альдегидов Штрекера во время хранения. Они обнаружили, что только концентрация аминокислот (Leu, Ile и Phe, в частности) и концентрация кислорода вызывают образование альдегида Стрекера. Они также протестировали углевод и добавки Fe2 +. Была обнаружена линейная зависимость между образующимися альдегидами Стрекера и общим упакованным кислородом1. Это важно для пивоваров, чтобы они могли контролировать вкус своего пива. Wietstock приходит к выводу, что укупорка пива коронными пробками с кислородным барьером уменьшит образование альдегида Стрекера.[10]

В другом исследовании, проведенном Vanderhaegen et al., Различные условия выдержки были проверены на бутылочном пиве через 6 месяцев. Они обнаружили снижение летучий сложные эфиры были ответственны за снижение фруктового вкуса. Они также обнаружили увеличение количества многих других соединений, включая карбонильные соединения, этиловые эфиры, соединения Майяра, диоксоланы, и фурановые эфиры.[13] Карбонильные соединения, как указывалось ранее в экспериментах Wietstock, будут создавать альдегиды Стрекера, которые имеют тенденцию вызывать аромат зеленого яблока. Известно, что сложные эфиры вызывают фруктовые ароматы, такие как груша, розы и бананы. Компаунды Майяра придадут тостовый солодовый вкус.

Исследование, проведенное Чарльзом Бэмфортом и Роем Парсонсом, также подтверждает, что несвежий привкус пива вызван различными карбонильными соединениями. Они использовали тиобарбитуровая кислота (Подлежит уточнению) для оценки черствения веществ после использования метода ускоренного старения. Они обнаружили, что черствость пива снижается за счет поглотителей гидроксильных радикалов, таких как маннит и аскорбиновая кислота. Они также проверили гипотезу о том, что экстракты сои, включенные в ферментирующее сусло, увеличивают срок хранения пивного аромата.[14]

Смотрите также

Рекомендации

Цитаты

  1. ^ Барт 2013, п. 9,89.
  2. ^ а б Барт 2013, п. 69-88.
  3. ^ а б Барт 2013, п. 144.
  4. ^ а б c d е ж Янсон 1996.
  5. ^ Марнетт, Алан, "Химия вонючего пива", benchfly.com
  6. ^ Крейг Беттенхаузен (2015), «Гелиевое пиво, от розыгрыша до бака», Архив новостей химии и машиностроения, т. 93 (43): 56, Дои:10.1021 / cen-09343-newscripts, ISSN  1520-605X
  7. ^ Лиза Джарвис; Джессика Моррисон (2015), «Nitro Cold Brew.», Архив новостей химии и машиностроения, т. 93 (33): 37, Дои:10.1021 / cen-09343-newscripts, ISSN  1520-605X
  8. ^ Барт 2013, п. 231.
  9. ^ а б Барт Вандерхэген; Хедвиг Невен; Хуберт Верахтерт; Гай Дерделинкс (2006 г.), «Химия выдержки пива - критический обзор», Пищевая химия, т. 95 (3): 357–381, Дои:10.1016 / j.foodchem.2005.01.006, ISSN  0308-8146
  10. ^ а б Wietstock, Philip C .; Кунц, Томас; Метнер, Франк-Юрген (2016), «Актуальность кислорода для образования альдегидов Штрекера во время производства и хранения пива», Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии, 64 (42): 8035–8044, Дои:10.1021 / acs.jafc.6b03502, ISSN  1520-5118
  11. ^ Стюарт, Грэм (1 июля 2004 г.). «Химия пивной нестабильности». Журнал химического образования. 7 (81): 963. Дои:10.1021 / ed081p963.
  12. ^ Хюбергер, Адам; Броклинг, Кори; Льюис, Мэтью; Салазар, Лорен; Bouckaert, Питер; Пренни, Джессика (1 декабря 2012 г.). «Метаболомическое профилирование пива показывает влияние температуры на малолетучие молекулы при кратковременном хранении». Пищевая химия. 135 (3): 284–1289. Дои:10.1016 / j.foodchem.2012.05.048.
  13. ^ Вандерхэген, Барт; Невен, Хедвиг; Coghe, Стефан; Verachtert, Verstrepen; Эрделинкс, Гай (2003). «Эволюция химических и сенсорных свойств при старении пива верхового брожения». Журнал сельскохозяйственной и пищевой химии. 51 (23): 6782–6790. Дои:10.1021 / jf034631z.
  14. ^ Бамфорт, Чарльз; Парсонс, Рой (1985). «Новые процедуры для улучшения стабильности вкуса пива». Журнал ASBC. 43 (0197). Дои:10.1094 / ASBCJ-43-0197.

Источники

внешняя ссылка