Наука температурных пауз
Введение
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.
| Тип Зерна | Содержание глюканов | Разрушение клеточной мембраны | Разрушение больших белков |
|---|---|---|---|
| Недомодифированное | Среднее | Среднее | Лёгкое |
| Лагер/Пилс | Слабое | Высокое | Среднее |
| Пейл | Очень слабое | Почти полное | Почти полное |
| Несоложеная пшеница | Высокое | Отсутствует | Отсутствует |
| Соложеная пшеница | Среднее | Среднее | Среднее |
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.
| Фермент | Диапазон температур | Оптимальная температура | Температура денатурации |
|---|---|---|---|
| Phytase | 30-53 °C | 35 °C | 60 °C |
| Beta-Glucanase | 35-55 °C | 45 °C | 60 °C |
| Peptidase | 45-53 °C | 50 °C | 63 °C |
| Proteinase | 50-59 °C | 58 °C | 69 °C |
| Beta-amylase | 54-66 °C | 64 °C | 71 °C |
| Alpha-amylase | 66-71 °C | 70 °C | 77 °C |
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.
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.
Другой важный пункт заключается в том, что низкотемпературные паузы более эффективны в густом заторе (1,7 – 2,1 литра на кг. молотого солода). Далее затор можно сделать более жидким, доводя его температуру горячей водой до пауз осахаривания.
Слабое действие бета-глюканазы наблюдается и во время белковой паузы. По этой причине некоторые пивовары и проводят эту самую белковую паузу. Не проводите белковую паузу при температурах 45–53 °C дабы не возникали проблемы со стойкостью пены в вашем пиве. Если вы варите пиво из слабомодифицированного солода, то температурный диапазон 55–58 °C будет полезен для уменьшения вязкости затора.
Влияет или нет эта пауза на расщепление белков, а качество сусла от неё зависит. Лишнее помешивание и время, затрачиваемое на паузу, положительно влияет на экстрактивность затора. Это особенно актуально для пивоваров, которые редко размешивают затор или обычно получают слабую эффективность варок.
Осахаривание
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.
Альфа-амилаза обычно используется вместе с бета-амилазой для получения пива умеренным и плотным телом. Тут мысль заключается в том, что разрывая молекулы крахмала, альфа-амилаза даёт новые концы молекул для работы бета-амилазы. Работая при температуре 66–67 °C, эти ферменты производят умеренно сбраживаемое сусло, которое является популярным у домашних пивоваров. Температура 68 °C даст более полнотелое пиво, но не слишком сладкое или навязчивое.
Типичная продолжительность паузы осахаривания 60 минут. Большая часть видов солода осахаривается гораздо быстрее.
Альфа-амилаза менее активна и менее стабильна в сусле с низким содержанием ионов кальция. Особенно это актуально для жидкого затора.
Для любого пива, которое должно быть полнотелым, необходим мэш-аут, пятимитуная пауза при температуре 76–77 °C. Кроме того, следите за тем, чтобы подушка из дробины держалась этой температуры при промывке и фильтрации. Отфильтрованное сусло тоже не должно остывать ниже этой температуры, иначе ферменты продолжат свою работу уже в собранном сусле.
Мэш-аут также уменьшает вязкость сусла и улучшает скорость фильтрации сусла.
Белковая пауза
Белковая пауза при затирании солода — это еще одна температурная пауза, без которой можно обойтись, но делать этого не стоит. А вот почему не нужно пропускать белковую паузу, вы узнаете прочитав эту статью.
Что происходит во время белковой паузы.
Как и во время проведения других температурных пауз, во время белковой, так же включаются определенные ферменты, а именно:
Эти два фермента выполняют очень важную роль при затирании солода. И, не смотря на то, что можно обойтись и без белковой паузы, вам, все же, следует ее делать, поскольку во время ее проведения происходит расщепление аминокислот
Зачем нужна белковая пауза.
Во время работы ферментов, происходит несколько важных для нас, как для пивоваров, процессов.
Во первых, во время работы Пептидазы, расщепляются пептидные связи и высвобождается азот из аминокислот. Как вы уже знаете, азот необходим дрожжам для нормальной жизнедеятельности.
Второй, не менее важный процесс, происходящий во время белковой паузы — это понижение вязкости затора. Происходит это благодаря расщеплению белков Протеиназой.
Помимо уменьшения вязкости затора и высвобождения азота, белковая пауза, так же повышает пеностойкость в готовом пиве.
Думаю, вы согласитесь, что приятно, когда пенная шапка плотная и не спадает долгое время. Для этого стоит потратить несколько минут и сделать белковую паузу, согласны?
Ну и еще, добавлю, что не стоит пренебрегать этой температурной паузой, если вы варите пиво из солода с высоким содержанием белка, например пшеничным. Это также облегчит фильтрацию сусла.
При какой температуре делать белковую паузу.
Поскольку, во время белковой температурной паузы, работают два фермента, то ее температуру следует подбирать исходя из температурных режимов этих ферментов.
Напомню, что для Пептидазы, рабочая температура варьируется от 45 до 53 градусов, оптимальная же составляет 50 градусов Цельсия.
Для Протеиназы, оптимальная рабочая температура 58 градусов, что выше рабочего диапазона предыдущего фермента. Однако, в целом рабочий диапазон составляет от 50 до 60 градусов.
Это позволяет найти общее рабочее значение для обоих ферментов, в районе 50 градусов.
Длительность белковой паузы
Не смотря на то, что делать белковую паузу, рекомендуется, затягивать ее, все же, не нужно. Общая продолжительность этой паузы составляет 10-15 минут.
Если же вы проводите паузу не стабилизируя температуру, а постепенно поднимая ее или делаете двухступенчатую паузу с оптимумом для каждого фермента, то я бы рекомендовал увеличить длительность ее проведения до 20 минут. Или по 10 минут на работу каждого фермента.
В целом же, белковая пауза очень полезна, и если вы раньше не делали ее, то сейчас стоит начать, вы увидите, как преобразится вкус вашего пива.
Если же вы делали паузу раньше, но не знали зачем, то теперь, я надеюсь, вам стало понятно, зачем она нужна и что происходит во время проведения белковой паузы. И, возможно, вы пересмотрите свои рецепты и сможете добиться еще более чистого и лучшего вкуса своего пива.
Затирание солода. Температурные паузы и их влияние на характеристики пива
1) Как температурные паузы влияют на пиво.
2) Как степень модифицированности солода влияет на выбор температурных пауз.
Затирание солода — этап варки пива из зерна, который нельзя пропустить. В результате затирания из смешанного с водой солода получается сладкое сусло, которое в дальнейшем будет сброжено дрожжами. Дрожжи съедят сахар и переработают его в спирт. Процесс затирания состоит из нескольких температурных пауз. Эти температурные паузы наравне с ингредиентами (солод, хмель, вода) влияют на вкус, крепость и аромат будущего пива.
Перемолотый солод смешивают с водой, обычно в соотношении 1 кг солода на 4 л воды. Полученную смесь называют «затор». Затор необходимо нагреть, но важно не просто нагреть до нужной температуры, но и выдержать эту температуру в течение определённого времени, т.е. выдержать «температурную паузу». В зависимости от качества солода и желаемых характеристик пива, может потребоваться выдержка нескольких температурных пауз.
Температурные паузы при затирании солода
В соложенном зерне (солоде) содержатся ферменты. При определённой температуре эти ферменты превращают сложные вещества, содержащиеся в солоде, в простые. Разные ферменты активизируются при разных температурах, поэтому требуется выдерживать несколько температурных пауз.
Чтобы определить, какие температурные паузы понадобятся, необходимо решить, пиво с какими характеристиками вы хотите получить (крепкое или лёгкое, сладкое или сухое и т.д.) и солод какого качества будет использоваться (степень его модифицированности).
Рассмотрим, какие температурные паузы существуют, что происходит на каждой из них, как они влияют на характер пива.
1) Кислотная пауза (35-44℃, 15-60 минут). Во время этой паузы понижается pH затора (т. е. повышается кислотность). Кроме того глюканы, которые делают солод вязким, а пиво могут сделать мутным, разрушаются.
При использовании ржаного, пшеничного, овсяного, а также слабо модифицированного солода кислотную паузу рекомендуется выдерживать в течение 60 минут — концентрация глюканов в этих видах солода очень высока. Если этого не сделать, пиво получится мутным. В то же время в затор можно добавить молочную кислоту или кислый солод — эта мера снимет необходимость выдержки кислотной паузы.
В сильно и хорошо модифицированном солоде (число Кольбаха от 40%) глюканов мало, поэтому они не влияют на качество сусла и конечного пива. Однако если при использовании конкретного солода пиво получается мутным, в ходе следующей варки стоит выдерживать как минимум 15-минутную кислотную паузу.
2) Белковая пауза (45-59℃, 15-30 минут). Цель паузы — расщепление белков для получения полнотелого пива с устойчивой пенной шапкой. Кроме того, во время этой паузы из солода высвобождается крахмал, который в дальнейшем распадётся на сбраживаемые и несбраживаемые сахара.
Белковую паузу целесообразно проводить при использовании солода с числом Кольбаха от 30 до 44%, а также при использовании в заторе помимо хорошо модифицированного солода также и несоложенного зерна (более 25% от всей смеси). Рекомендуемая температура от 49 до 54℃. Оптимальная длительность паузы 20-30 минут.
Сильно модифицированный солод (число Кольбаха от 44%) не нуждается в этой паузе, так как все белки в нём уже расщеплены.
3) Осахаривание (60-72℃, 30-120 минут). Ключевая пауза в процессе затирания. Во время этой паузы происходит распад крахмала на сбраживаемые и несбраживаемые дрожжами сахара. Сбраживаемые сахара дрожжи переработают в спирт, а несбраживаемые останутся в неизменном виде — они определяют сладость и полнотелость пива. Осахаривание производится с помощью двух ферментов:
Осахаривание можно проводить при «средней» температуре (66—67°C). Тогда в результате получится сбалансированное пиво с умеренным телом, не слишком сладкое. При затирании с одной (осахаривание) или двумя (белковой и осахаривания) температурными паузами выдерживают именно эту температуру в течение 60 минут
4) Мэш-аут (76-78°C, 3-5 мин). Технически мэш-аут не считается температурной паузой, это скорее просто этап, на котором высокая температура деактивирует ферменты. Мэш-аут также нужен для того, чтобы сделать затор менее вязким и подготовить его к фильтрации сусла (проводят сразу после затирания). Обратите внимание, во время мэш-аута нельзя допускать падения температуры ниже 76℃, в противном случае ферменты снова активизируются.
Модифицированность солода и её влияние на выбор пауз
При затирании необходимо учитывать степень модифицированности солода — она влияет на количество температурных пауз, которые требуется выдержать, а также на их длительность.
Модифицированность солода определяется степенью расщепления в нём глюканов и белков. Процесс модификации происходит в зерне естественным путём в ходе соложения: глюканы и белки, содержащиеся в нём, разрушаются и преобразуются в ферменты. Чем выше степень расщепления (а значит и выше количество ферментов) в солоде, тем выше степень его модифицированности.
Определить степень модифицированности солода можно, опираясь на число Кольбаха — этим индексом определяется соотношение растворимых белков к их общему количеству. Считается, что слабо модифицированный солод имеет индекс не выше 30-35%, число Кольбаха умеренно модифицированного солода лежит в пределах 36-40%, хорошо модифицированный имеет индекс 40-44%, а сильно модифицированный — 44-48%.
В большинстве случае современный солод известных производителей является умеренно (число Кольбаха 36-40%) или хорошо (40-44%) модифицированным.
Влияние степени модифицированности солода на количество температурных пауз при затирании
Сильно модифицированный солод (ч. Кольбаха 44-48%). В сильно модифицированном солоде степень расщепления глюканов и белков высока. Поэтому для получения сусла остаётся запустить только процесс преобразования крахмала в сахара, т. е. выдержать температурную паузу осахаривания и провести мэш-аут.
Хорошо модифицированный солод (ч. Кольбаха 40-44%). То же самое касается хорошо модифицированного солода. Однако, выдержав помимо осахаривания и белковую паузу, можно улучшить выход экстракта из солода, а также сделать пиво более полнотелым.
Слабо (ч. Кольбаха 30-35%) и умеренно (ч. Кольбаха 36-40%) модифицированный солод. Слабо и умеренно модифицированный, а также домашний солод требует выдержки всех температурных пауз, так как процесс образования ферментов в нём не завершился.
Выбор температурных пауз в зависимости от желаемых характеристик пива
Понимание процесса затирания позволяет создавать пиво с желаемыми характеристиками — сухое или сладкое, бархатистое или терпкое, и т.д.
В процессе затирания можно повлиять на следующие характеристики пива:
Рекомендуемые параметры затора при однопаузном затирании (только осахаривание и мэш-аут)
При таких показателях получается сусло с отличным солодовым вкусом и хорошей сбраживаемостью.
Температурные паузы при затирании солода для пива
Затирание сусла для пива – один из самых сложных процессов в домашнем пивоварении, который во многом формирует конечный результат – органолептические характеристики пива. Самое главное – четко соблюдать при варке нужную температуру в установленный период времени. Мы рассмотрим теоретические аспекты и выясним, на что влияет каждая температурная пауза.
Затирание солода – это процесс приготовления пивного сусла, при котором солод смешивают с горячей водой, затем последовательно нагревают до определенных температурных диапазонов с целью активизации разных групп ферментов, отвечающих за вкус, крепость, плотность, прозрачность и пенообразованние в пиве.
С химической точки зрения затирание солода является продолжением процесса соложения – проращивания и сушки зерна для образования ферментов, выступающих катализаторами реакций. При соложении рушатся глюканы (молекулы полисахарида) в клеточных оболочках, а также расщепляются белки, что снижает вероятность мути и повышает биологическую устойчивость сусла.
Модификация солода – это степень разрушения глюканов и белков в зерне. Процесс не имеет ничего общего с генномодифицированными продуктами, происходит на солодовне естественным путем и безопасен для здоровья человека.
Большинство продаваемого сегодня солода является полностью модифицированным, поэтому можно ограничиться только осахариванием. Обязательно соблюдение всех температурных пауз требуется только для домашнего и солода неизвестного происхождения.
Термометр – лучший способ контролировать температуру в отсутствие автоматизированной пивоварни
Температурные паузы при варке пива
Точная длительность всех температурных пауз зависит от рецепта пива и типа солода.
1. Кислотная пауза (35-45°C, 15-70 минут). Понижает кислотность затора. В результате пиво получается прозрачным. В основном требуется для солода, прошедшего легкую обжарку, или при добавлении в сусло солода из пшеницы, ржи либо овса. Проблема в том, что ощутимое снижение кислотности достигается только после 60 минут варки.
Для перестраховки модифицированному ячменному солоду без обжарки достаточно 15-минутной кислотной паузы.
2. Белковая пауза (44-59°C, 10-15 минут). Происходит расщепление белков, что уменьшает стойкость пены. Также белковая пауза повышает экстрактивность и снижает вязкость затора в случае редких перемешиваний при варке.
3. Осахаривание (61-72°C, 50-120 минут). Обязательная пауза для любого типа солода (степени модификации), при которой крахмал превращается в нужный для брожения сахар и формируется плотность пива.
За осахаривание сусла для пива отвечают два фермента: альфа-амилаза и бета-амилаза. При 61-67°C активируется бета-амилаза, чем дольше работает этот фермент, тем суше и крепче получается пиво. При повышении температуры до 68-72°C в действие вступает альфа-амилаза, образующая несбраживаемые сахара, которые делают пиво сладким, но снижают содержание алкоголя, поскольку падает концентрация сахаров, подходящих дрожжам для переработки на спирт.
4. Мешаут или мэш-аут (77-79°C, 5 минут). Требуется для остановки работы ферментов. Производится перед внесением хмеля. Практическая цель – уменьшить вязкость, увеличить скорость фильтрации сусла и полнотелость пива.
Очень важно, чтобы при промывке подушка из дробины, а также само сусло после фильтрации имели нужную температуру, иначе ферменты продолжат работу.
При температуре выше 80°C в сусле появляются танины, вследствие чего во вкусе появляется терпкость.
Однопаузное затирание (66-67°C, примерно 60 минут). Методика для начинающих пивоваров, у которых нет автоматизированного оборудования. Подходит только для модифицированного солода. Температурный диапазон однопаузного затирания является золотой серединой для альфа- и бета-амилазы. В результате получается умеренное крепкое и достаточно плотное пиво, но пропадает возможность корректировать органолептические свойства напитка только изменением температуры и длительности варки.
О практическом совмещении разных видов пауз в домашнем пивоварении с минимальными усилиями подробно рассказано на видео.
