Розбираємося, як утворюється солод, яку роль відіграють амілази та чому пивні дріжджі не можуть просто перетворити крохмаль зерна на спирт.
Ми вже простежили весь шлях пива — від ячмінного зерна до готового напою. І на самому початку технології зустріли досить дивну операцію. Ячмінь спеціально замочують, чекають, поки він почне проростати, а потім сушать, зупиняючи його подальший ріст. Навіщо спочатку «оживляти» зерно, якщо ми зовсім не збираємося вирощувати з нього рослину? Відповідь захована всередині самої зернини.
Ячмінне зерно — це не просто шматочок крохмалю. Це маленька біологічна система, призначена для того, щоб за сприятливих умов дати початок новій рослині. Усередині є зародок, а поруч — запас поживних речовин, значну частину якого становить крохмаль.
Але є проблема. Крохмаль — це великі молекули, побудовані з величезної кількості з’єднаних між собою залишків глюкози. Для майбутньої рослини це чудовий запас енергії, але скористатися ним безпосередньо вона не може.
Це схоже на величезний склад продуктів, двері якого зачинені. Їжа є, але спочатку потрібно отримати до неї доступ.
Що відбувається, коли зерно намочили?
У природі після дощу зерно отримує воду, і за сприятливої температури зародок виходить зі стану спокою та переходить до активного розвитку. Пивовар фактично імітує ці умови. Ячмінь замочують у воді, вміст води в зерні значно зростає, посилюється дихання й запускаються процеси проростання.
І ось тут починається найцікавіше.
Зародку потрібні речовини та енергія для росту. Але значна частина запасу енергії знаходиться у вигляді крохмалю, захованого в ендоспермі зерна. Тому під час проростання запускається ціла система біохімічних процесів, яка поступово готує ці запаси до використання.
Активуються вже наявні ферменти, синтезуються нові, а внутрішня структура зерна починає змінюватися. Руйнуються частина клітинних стінок і білкових структур, які оточують гранули крохмалю. У результаті крохмаль стає доступнішим для подальшої роботи ферментів.
Цей процес називають модифікацією солоду. І для пивовара він не менш важливий, ніж поява активних ферментів. Особливо важливими для подальшої роботи з крохмалем є амілази.
Що роблять амілази?
Амілази — це ферменти, здатні розривати певні зв’язки у великих молекулах крохмалю. У результаті довгі ланцюги поступово перетворюються на коротші вуглеводи й цукри.
У пивоварінні особливо важливі α-амілаза та β-амілаза. Вони працюють по-різному. Значна частина β-амілази вже присутня в ячмінному зерні, хоча спочатку не вся вона доступна для роботи, тоді як α-амілаза активно утворюється під час проростання.
α-амілаза розриває певні зв’язки всередині довгих ланцюгів крохмалю, утворюючи коротші фрагменти. β-амілаза працює з доступних кінців таких ланцюгів і послідовно відщеплює від них переважно мальтозу — цукор, який дуже важливий для майбутнього бродіння.
Тобто дуже спрощено роботу цієї системи можна показати так:
ВЕЛИЧЕЗНІ ЛАНЦЮГИ КРОХМАЛЮ → КОРОТШІ ВУГЛЕВОДИ + ЦУКРИ
Але тут є дуже важливий нюанс.
Під час пророщування пивовар не намагається перетворити весь крохмаль зерна на цукри. Це було б навіть невигідно. Адже зародок одразу почав би використовувати отримані речовини для власного росту, а пивовар поступово втрачав би запаси, які хоче використати для виробництва сусла.
Головне завдання солодження — підготувати зерно до наступного етапу. Під час проростання перебудовується ферментна система, змінюється внутрішня структура зерна, а його запаси стають доступнішими для подальшої переробки.
А основна робота з перетворення крохмалю на доступні дріжджам цукри відбудеться пізніше — під час затирання солоду з водою.
А навіщо тоді зерно сушити?
Якщо залишити пророслий ячмінь у сприятливих умовах, він зробить саме те, для чого створений природою, — продовжить рости. З’являться корінці й пагін, а молода рослина дедалі активніше використовуватиме запаси зерна для власного розвитку. Для пивовара це означає втрату частини сировини, з якої він хоче отримати майбутнє сусло. Тому пророщування потрібно зупинити в потрібний момент.
Проросле зерно висушують у контрольованих умовах. Через видалення значної частини води активні життєві процеси різко сповільнюються, і подальший ріст припиняється. При цьому температурний режим підбирають так, щоб у базових солодах зберегти достатню активність ферментів, які ще знадобляться під час затирання. Після цього пророщений і висушений ячмінь уже називається солодом.
І спосіб термічної обробки солоду має величезне значення. За відносно м’яких режимів сушіння отримують світлі базові солоди, які зазвичай добре зберігають ферментативну активність. А для отримання різноманітних спеціальних солодів використовують інші режими обробки, зокрема вищі температури, а для деяких типів — обсмажування.
Під час нагрівання відбуваються різні хімічні перетворення. Зокрема, реакції між цукрами та амінокислотами — реакції Майяра — сприяють появі темнішого кольору й багатьох характерних ароматів. Залежно від типу солоду в пиві можуть з’являтися хлібні, горіхові, карамельні, підсмажені, кавові або шоколадні відтінки.
Тому майбутній колір і значна частина смако-ароматичного характеру пива починають формуватися ще під час виробництва солоду.
Чому не можна просто дати ячмінь дріжджам?
У зерні багато крохмалю. Крохмаль складається із залишків глюкози. Дріжджі можуть використовувати глюкозу. То чому не можна просто подрібнити звичайний ячмінь, додати воду та дріжджі?
Тому що крохмаль і глюкоза — зовсім не одне й те саме для дріжджової клітини.
Пивні дріжджі Saccharomyces добре використовують певні прості цукри, зокрема глюкозу. Пивоварні штами також здатні засвоювати мальтозу та деякі інші цукри сусла. Але звичайні пивні дріжджі не мають необхідного набору ферментів, щоб ефективно розщепити зерновий крохмаль до цукрів, які вони здатні засвоїти.
Тому в пивоварінні виникає своєрідний розподіл роботи.
Спочатку:
КРОХМАЛЬ —(ФЕРМЕНТИ СОЛОДУ)→ ДОСТУПНІ ДРІЖДЖАМ ЦУКРИ
А вже потім:
ЦУКРИ —(ДРІЖДЖІ)→ ЕТАНОЛ + CO₂
Саме тому дріжджі не є початком пивоваріння. Перш ніж запросити їх до роботи, пивовар має фактично приготувати для них їжу.
Але тут виникає нова загадка.
Дріжджі нарешті отримали доступні їм цукри. Вони використовують їх, щоб забезпечувати клітину енергією. Але одним із кінцевих продуктів цього процесу стає етанол — речовина, яка зі зростанням концентрації починає шкодити навіть самим дріжджам.
Більше інформації на сторінці “Харчова хімія” (Хімія алкогольних напоїв)