затирание

Затирание солода. Дополнение - температурные паузы.

Здарова, реакторчане!

После предыдущего выпуска попалась на глаза одна статья про ферменты, работающие при затирании солода и их температурные паузы, в том числе, в статье содержится много полезных нюансов. Поэтому решил поделиться с вами, так что сегодня в текстовом радио "Сам себе пивовар" рубрика "из-за бугра".

Ссылка на статью: http://byo.com/stories/item/1497-the-science-of-step-mashing

Далее вольный перевод:

Введение

Пошаговое затирание - это процесс последовательного повышения температуры затора для прохождения температурных пауз. Повсеместность использования высокомодифицированного солода отменила необходимость температурных пошагового затирания в большинстве случаев. Итак, зачем же нам знать больше о процессе и науке пошагового затирания? Всё просто. Зная точно, что вы делаете, процесс затирания будет лучше контролироваться, а результат при варке особенного пива, лучше.

Пошаговое затирание позволяет пивоварам детально управлять приготовлением сусла, получать в итоге сухое или сладкое пиво, бархатистое или пустоватое на вкус. Можно заметить, что эффективность варок увеличивается при использовании дополнительных пауз. Понимание химии и биохимии процесса помогает зерновым пивоварам самим составлять нужное расписание температурных пауз.

Модификация солода

Соложение играет ключевую роль в пивоварении. Цель затирания – это всего лишь продолжения процесса соложения, всё что происходит в солодовне должно влиять на ваш выбор способа затирания.

Основная цель соложения – начало проращивания ячменя, позже подсушивание, для прекращения прорастания. Для пивоваров это очень важный процесс, во время которого образуются основные ферменты, кроме того, он запускает 2 важных изменения в зерне. Первое – расщепляются глюканы в клеточных оболочках, второе – также расщепляются и белки, что насыщает сусло аминокислотами, необходимыми для роста дрожжей, понижая вероятность появления белковой мути в пиве, повышая его биологическую устойчивость. Степень расщепления глюканов и белков называют модификацией. В наши дни большая часть солода является полностью модифицированной. Глюканы и белки расщепляются до такой степени, что пивоварам нужно просто запустить процесс преобразования крахмала в сахара, и качественное сусло готово. Слабомодифицированный солод позволяет пивовару в большем объёме контролировать процесс приготовления сусла.

Модификация зерна размягчает эндосперм, в то же время несоложеный ячмень очень твёрдый. Многие производители имеют в своём ассортименте слабомодифицированный солод, что отражается в названии, например «Less Modified Pilsner Malt» от Briess. Имея дело с таким солодом следуют использовать отварочный или пошаговый метод затирания. Это же можно сказать и о солоде неизвестного качества.

Таблица 1

Ферменты

Ферменты – это белки, которые работают катализатором химических реакций. Существуют так же и ферменты, основанные на РНК, но в затирании они не играют первых ролей.

Белки – это длинные, неразветвлённые цепи аминокислот, насчитывающие от 50 до 8000 звеньев. Некоторые участки белка могут формироваться аминокислотами в виде спирали, другие же в виде листа. Вся последовательность спиралей и листов формирует 3-х мерные фигуры. Форма белков по большей части поддерживается силами Ван-дер-Ваальса, которые очень слабы и рвутся при изменениях температуры или pH.

Форма ферментов определяет их функцию. Ферменты специфичны субстратам. Так якорная площадка конкретного фермента подойдёт только к своёму субстратному центру. В нашем случае фермент амилаза прикрепляется к определённому элементу молекулы крахмала и ускоряет реакцию расщепления на 2 молекулы сахара.

При пошаговом затирании ферменты, расщепляющие крахмал и белки, работают по принципу гидролиза, что дословно переводится как «разламывая водой». Так фермент амилаза подсоединяется двум будущим молекулам сахара. Как только молекула воды попадает в зону непосредственной близости к связи между молекулами будущих сахаров, фермент ускоряет реакцию между водородом (H+) молекулы воды и основанием (OH-) сахара. Фактически, связь между молекулами сахара заменяется на молекулу воды, которая расщепляется, разрывая молекулу крахмала. Как только связь разорвалась, фермент освобождается, так как субстратный центр нужного типа перестаёт существовать. Далее фермент опять попадает на другой субстратный центр и продолжает своё действие.

Если разрушается любая из связей, стабилизирующая форму фермента, он не может подцепиться к субстратному центру, так как его якорная площадка изменяется. Когда структура фермента меняется под действием температуры, происходит его денатурация. После денатурации большинство ферментов, участвующий в затирании, не может возвратиться в предыдущее состояние. Т.е. денатурация полностью деактивирует фермент.

В пивоваренной литературе можно найти оптимальный температурный диапазон для различных ферментов. (Для справки см. Таблицу 2.) Для продвинутых пивоваров важно понимать значение этих данных. Ферменты – это простые «механизмы», которые действуют отдельно друг от друга, а их действие зависит от их формы. В заторе, при столкновении фермента с субстратным центром крахмала или сложного сахара, химическая реакция расщепления молекул. При нагреве затора, скорость протекания реакции с катализатором увеличивается, так как молекулы белка (фермента) начинают двигаться быстрее и успевают сталкиваться с большим количеством субстратных центров за единицу времени. В заторе все ферменты активны, начиная с температуры замерзания и заканчивая температурой денатурации. В литературе даётся обычно оптимальная температура работы ферментов, однако, это не означает, что при иной температуре фермент бездействует. Просто эта работа идёт более медленно. Верхняя точка работы ферментов определяется температурой денатурации. Нагрев затора выше температуры денатурации не означает мгновенную остановку работы ферментов. Так например, бета-амилаза денатурируется за 40-60 минут при температуре 65 градусов. Альфа-амилаза же будет работать ещё 2 часа при поднятии температуры до 67 градусов. Имейте в виду, что повышая температуру затора, вы не мгновенно включаете-выключаете ферменты, вся эта система очень инертна.

Таблица 2

Итак, существует 4 фактора, которые определяют скорость ферментирования - концентрация фермента, плотность, температура и pH затора. Собственно пивовар может манипулировать всеми 4-мя факторами при проведении пошагового затирания.

Кислотная пауза

Кислотную паузу можно использовать следом за замачиванием при любом способе затирания. Во время кислотной паузы понижается pH затора до нужных нам значений, также разрушаются глюканы, которые превращают затор в клейстер. Типичный диапазон температур 35-45 °C, при которых фермент фитаза разрушает молекулы фитина, освобождая фитиновую кислоту, которая и понижает pH затора.

Фитаза очень восприимчива к теплу, поэтому большая её часть разрушается при нагреве во время соложения. По этой же причине фитаза присутствует только в солодах, прошедших лёгкую обжарку. Более того, по-настоящему она себя раскрывает при использовании мягкой воды с небольшим pH-буфером и слабомодифицированного солода. Как правило, для изменения pH затора, просто добавляют кислоту при добавлении вода на одну из пауз. Есть и другая причина по которой пивовары часто игнорируют эту паузу, нужен по крайней мере час, чтобы в pH затора прошли заметные изменения.

Вторая роль этой температурной паузы заключается в расщеплении глюканов. Бета-глюканы - углеводы, находящиеся в зерне вместе с крахмалом. Бета-глюканаза – фермент, расщепляющий эти углеводы. Есть целый ряд сходных ферментов, действующих при температурах до 60 °C, но самый важный из них, 1,4 бета-глюканаза, наиболее активен при 45 °C. Больше всего бета-глюканов во ржи, пшенице, овсе и слабомодифицированых солодах. Известно, что бета-глюканы ответственны за помутнение в пиве.

Бета-глюканы не должны проявлять себя в полностью модифицированных солодах, однако при проблемах с фильтрацией или помутнением пива, следует выдержать 15-ти минутную кислотную паузу.

Белковая пауза

Традиционно температурный диапазон 44–59 °C называется белковой паузой. В наши дни многие учёные от пивоварения не считают что расщепление белков должно идти во время затирания, оставляя на откуп этот процесс солодовникам. Однако нам стоит рассмотреть действие ферментов в этой температурной паузе.

В этом температурном диапазоне работает 2 фермента – протеиназа и пептидаза, известные как протеолитические, ферменты из класса гидролаз, которые расщепляют пептидную связь между аминокислотами в белках.

Протеиназа работает с белками из длинных цепей аминокислот, расщепляя их до средней длинны. Пепдидаза способствует отщеплению концевых аминокислот от молекул белков. Оптимальная температура действия этих ферментов разная, поэтому мы можем предпочесть действие одного фермента другому.

Пивоварам не нужны белки из длинных цепей аминокислот в сусле. Большая концентрация таких белков ведёт к помутнению и нестабильности пива. В то же время, нам интересны белки из средних цепей аминокислот – они добавляют стойкость пене и тело пиву. Оптимальная температура для пептидазы 45-53 °C, для протеиназы - 55–58 °C. Пауза в 15-30 минут в температурном диапазоне, оптимальном для протеиназы, уменьшает помутнение и не сказывается отрицательно на пенообразовании или теле пива.

Осахаривание

Единственная температурная пауза, без которой нельзя обойтись - пауза осахаривания. При использовании полностью модифицированного солода часто ей и ограничиваются.

Преобразование крахмала проводится 2-мя ферментами, которые нападают на молекулы крахмала в разной манере. Эти ферменты называют диастатическими. Обычно паузу осахаривания проводят при 61–71°C. Иногда используют более узкий диапазон 66–70°C. Помните, что действие ферментов не прекращается полностью вне своего температурного диапазона.
Бета-амилаза откусывает концы молекул крахмала, получая на выходу мальтозу. Так как молекулы крахмала могут быть очень длинными, то процесс может занять до 2-х часов. Долгая пауза в начале температурного диапазона делает ваше пиво более сухим.

Другой фермент, альфа-амилаза, действует в более высоком температурном диапазоне 68–72 °C, хотя действие её наблюдается и при более низких температурах. Альфа-амилаза разрывает молекулы крахмала в случайных местах цепи. Этот фермент довольно громоздок и не может действовать в местах разветвления цепей, в результате чего получаются несбраживаемые сахара – декстрины. Эти сахара придают пиву тело и сладость. Короткая 20-ти минутная пауза в довольно густом заторе (2 литра воды на 1 кг солода) даст очень плотное, полнотелое пиво.

Это особенно верно для сортов пива, которые варят из солода с низкой диастатической активностью, таких как пейл.

Автор: 
Dave Green

P.S. Фотографии с логотипом OPEN SOURCE честно украдены отсюда - http://www.opensourcebeer.ru/ В целом, очень интересный проект.

P.P.S. Держитесь, котаны! Один день остался и вечер пятницы порадует нас прекрасным пивом!)

Этапы приварке чистозернового пива. Затирание солода.

Здравствуйте начинающие/опытные пивовары и просто любители хорошего пива!!

Очередной выпуск текстового радио "Сам себе пивовар" подоспел даже раньше чем предполагалось. Ну что же, оно и к лучшему.

Сегодня мы с вами откроем небольшой (а может и большой, тут уж как пойдет) цикл статей по этапам процесса варки пенного напитка. И начнем с этапа затирания. По-хорошему, стоило начать, пожалуй, с подготовки воды, но это не самый интересный процесс и далеко не все домашние пивовары на первых этапах придают ему значение, хотя и незаслуженно. Безусловно, состав воды влияет на вкус пива, но пока скажу что достаточно использовать либо качественную бутилированную воду, либо установить бытовой фильтр. Можно еще очищать воду обратным осмосом и добавлять необходимые соли в "ручном режиме". Короче, если интересна эта тема, пишите в комменты и я посвещу ей отдельный пост. А пока двинемся дальше.

Вот уже какое-то время консультирую начинающих пивоваров в различных сетях (самая большая концентрация почему-то во вконтактике) и заметил, что для многих процесс затирания солода является чем-то загадочным и необъяснимым. А на самом деле, суть в том, что горячая вода и натуральные энзимы создают среду, в которой сложные сахара солода превращаются в более простые сахара, которые, в свою очередь, легко подвергаются ферментации (сбраживанию).

В одном из первых постов я сказал, что затирание - это замачивание зерна в воде при определенной температуре. Не сказать, чтобы это утверждение было неверным, но назвать его однозначно точным нельзя.

По сути, затирание – это превращение длинных молекул крахмалистых веществ (или полисахаридов) в гораздо более короткие молекулы сахаров. Ключевую роль в расщеплении полисахаридов играют некоторые натуральные энзимы, которые встречаются в ячменном солоде. Процесс начинается во время осолаживания, когда зерна ячменя проращиваются и сушатся. Бета-глюконаза и протеолитические энзимы делят длинные молекулы полисахаридов на более короткие цепочки. (Это мы уже с вами проходили).

Во время затирания основная работа делается диастатическими энзимами (альфа- и бета-амилазой), которые разрывают белковые и углеводные цепочки, связывающие сбраживаемые сахара. Кроме того, когда крахмалистые вещества нагреваются, они становятся более растворимыми в воде, что дает возможность извлечь их из солода и создать сладкое сусло, которое отделяется путем фильтрации. Дробление зерен перед затиранием увеличивает растворимость, делая возможным экстракцию большего процента сахаров и крахмала.

Давайте рассмотрим с вами наиболее важные энзимные группы, которые естественно присутствуют в осоложеном ячмене, и температурные диапазоны их активности:

1. Фитаза (30 – 52,2 °C) – понижает pH затора, что имеет множество положительных сторон, хотя фитазная (кислотная) пауза редко используется в современном пивоварении.

2. Деветвящий фермент (35 – 44,4 °C) – помогает увеличить растворимость крахмалистых веществ, что приводит к увеличению степени экстракции для некоторых типов солодов.

3. Бета-глюконаза (35 – 45 °C) – расщепляет клейкие тяжелые крахмалистые вещества, что улучшает стабильность и экстрактивность процесса, в особенности для солодов, богатых протеином, а также добавок, таких, как пшеница.

4. Пептидаза (45 – 55 °C) – вырабатывает свободный амидный азот, который способствует ферментации.

5. Бета-амилаза (45 – 65,6 °C) – вырабатывает мальтозу, основной ферментируемый при варке пива сахар.

6. Альфа-амилаза (67,8 – 72,2 °C) – вырабатывает разные сахара, включая мальтозу и некоторые неферментируемые сахара. Затирание у верхней границы этого температурного диапазона увеличивает количество неферментируемых сахаров и поэтому увеличивает плотность готового пива.

По количеству ферментов и тому, при каких температурах они активны (в той или иной степени), можно догадаться что в процессе затирания нужно пройти несколько температурных шагов. Ну что же - и да, и нет. Современный солод позволяет применять как многошаговое (многопаузное) затирание, так и одношаговое (однопаузное). Тут каждый решает сам. От себя скажу - большее количество пауз позволяет точнее контролировать весь процесс создания пива и получить на выходе именно то, что тебе нужно. Но и доводить до фанатизма тоже не следует.

Кроме того, помимо использования различного количества пауз, есть и две разных техники затирания - инфузионная и декокционная. Давайте по порядку.

Одношаговое затирание.

Большинство начинающих пивоваров начинают (простите за тавтологию) с одношагового инфузионного затирания. Процесс состоит в нагревании воды до определенной температуры, несколько превышающей целевую, и затем в добавлении дробленого зерна. Если расчеты были сделаны правильно, то температура полученного затора обычно находится в диапазоне 64,4-68,9°C. При этой температуре комбинация альфа- и бета-амилаз расщепляет высокомолекулярные сложные сахара, содержащиеся в ячмене, на простые сахара, которые легко сбраживаются. Изменение температуры влияет также на тело получаемого пива.

Обычно этот процесс занимает от 30 до 90 минут. Для поддержания температуры часто используют кулер или чан с теплоизоляцией, а также более сложные системы с использованием рециркуляционного насоса и нагревательного элемента.В конце процесса затирания для отделения горячего сусла делается промывка затора горячей водой через зерновой слой и фильтрующее устройство, и полученное сусло затем кипятится.

Многошаговое затирание.

При многошаговом затирании делаются паузы при различных температурах - обычно в последовательности от более низких к более высоким, до тех пор, пока не достигается температура в диапазоне 63,9-69,9 °C, при которой происходит расщипление сложных сахаров, и затем делается сцеживание (фильтрация).

В этом случае процесс может занимать до 1,5-2 часов. Исторически, применение такого метода было обусловлено тем, что нужно было создать оптимальные условия для работы энзимов. Современный солод позволяет обойтись без использования нескольких пауз и тем не менее, если вы хотите максимально контролировать все нюансы вкуса будущего пива - применяйте многошаговое затирание, как минимум 2-4 шага.

Теперь немного по техникам затирания (сильно расписывать не буду, если будет интересно, пишите в комменты). Различные методы затирания оказывают значительное влияние на варку пива в домашних условиях. Использование особой техники затирания для разных типов пива улучшит вкус, цвет и характер готового продукта.

Инфузионное затирание.

При инфузионном затирании можно использовать как одношаговый способ, так и многошаговый. Суть данной техники заключается в том, что проход по паузам происходит в результате добавления горячей воды к затору. Это иногда бывает не очень удобно, так как в итоге не остается промывочной воды для фильтрации сусла. По своему опыту могу сказать, что больше трех пауз таким методом мне сделать было проблематично. 

Декокционное затирание.

Декокционное затирание является продолжительным процессом, разработанным еще до того, как точные термометры стали широкодоступными. Вместо добавления воды при фиксированных температурах, часть затора забирают и варят в несколько шагов, постепенно поднимая температуру сусла для каждого последующего шага. 
Декокционное затирание - всегда многоступенчатый процесс (как минимум 2 ступени) и требует дополнительных емкостей для варения порции затора. Результатом таких действий становится более насыщенный цвет, запах и вкус пива. За частую, многие темные сорта варятся именно с применением такой техники.

Итог.

При одношаговом и многошаговом затирании есть главный шаг, который называется осахариванием. Основную работу в процессе затирания выполняют ферменты альфа- и бета-амилаза, они активны (в разной степени) в стандартном диапазоне для осахаривания 64,4 – 70,0 °C.

Затирание при температуре, близкой к нижней границе этого диапазона, т.е. при 64,4 – 66,7 °C, увеличивает активность бета-амилазы, что увеличивает количество мальтозы, получаемой при осахаривании. Дрожжи предпочитают именно мальтозу, которая с этой точки зрения является самым важным сахаром, поэтому пониженная температура затирания приводит к увеличенному проценту ферментирующихся сахаров и в целом к получению пива с чистым послевкусием, с более полным сбраживанием, с повышенным содержанием алкоголя и с меньшей плотностью. Чтобы бета-амилаза завершила свою работу, обычно требуется немного большее время, поэтому при низких температурах следует увеличивать продолжительность шага осахаривания.

Затирание у верхней границы этого температурного диапазона, то есть при 67,8 – 70,0 °C активирует альфа-амилазу, что приводит к выработке не только мальтозы, но и других, неферментируемых сахаров. Меньшее количество сахаров ферментируется, сбраживание получается неполным и повышается плотность готового пива. Альфа-амилаза заканчивает процесс ферментации быстрее, чем бета-амилаза, поэтому можно использовать более короткий по времени шаг осахаривания.

Конечно же, по итогам затирания проводится сцеживание сусла, или, правильнее сказать, фильтрация, с добавлением промывочной воды. Промывочная вода добавляется для того, чтобы вымыть как можно больше сахаров из дробины, тем самым повысив экстрактивность сусла и увеличив общую эффективность варки.

Фильтрация затора.

Добавление промывочной воды.

Итак, сегодня мы с вами разобрали первый этап в приготовлении домашнего пива. Рассказать обо всех нюансах и тонкостях, увы, не представляется возможным в рамках одной статьи, да и нет в этом большого смысла. Лично я убежден, что все должно познаваться на практике! До тех пор, пока вы не сварите свое первое пиво, понять какое ваше действие и на какой показатель будет влиять, довольно сложно. Пробуйте, экспериментируйте, творите!

Хорошей рабочей недели, Реактор! И конечно же вкусного пива!