Что такое сахар?
Сначала стоит объяснить некоторые основы. Любой сахар является углеводом – его молекулы содержат атомы как углерода, так и водорода. Углеводы имеют общую формулу CnH2nOn, что означает, что они содержат один атом углерода (С) и один атом кислорода (O) на каждые два атома водорода (H2). В сахаре “n”, как правило, равно 5 или 6. Например, глюкоза имеет формулу С6Н12О6, то есть она состоит из шести атомов углерода, двенадцати атомов водорода и шести атомов кислорода. Между прочим, фруктоза также имеет формулу С6Н12О6, но атомы в молекуле расположены по-разному.
Наиболее распространенным видом сахара является глюкоза (или декстроза, кровяной сахар, кукурузный сахар). Глюкоза является моносахаридом гексозного типа, а это означает, что она представляет собой молекулу, состоящую из шести атомов углерода. Другие гексозы, имеющие отношение к пивоварению, это фруктоза и галактоза. По сути, все эти моносахариды одинаковы, но представляют собой изомеры друг друга, то есть их химическая структура и расположение атомов дает им различные свойства. Например, изомер глюкозы называется фруктозой (также известной как фруктовый сахар), ее вкус слаще, чем у глюкозы.
Давайте рассмотрим сахар, обычно содержащийся в пивном сусле, которое изготовлено из 2-рядного ячменного базового солода. Основным компонентом сусла является мальтоза, которая обычно содержит около 50% от общего количества углеводов. Затем следует мальтотриоза, которая включает в себя около 18% от общего количества углеводов. Остальная часть сусла состоит из глюкозы (10%), сахарозы (8%), фруктозы (2%) и, наконец, разнообразных декстринов, которые вместе составляют 12% углеводов.
Мальтоза представляет собой дисахарид глюкозы. Это значит, что она состоит из двух молекул глюкозы. Сахароза является еще одним дисахаридом и состоит из одной молекулы глюкозы и одной молекулы фруктозы. Сахароза имеет растительное происхождение и используется в качестве столового сахара во всем мире. Среди источников, из которых получается сахар, можно назвать сахарный тростник, свеклу, кленовый сок и нектар. Мальтотриоза является трисахаридом, состоящим из трех молекул глюкозы. Декстрины (иначе, олигосахариды) являются крупными углеводами, состоящими из более чем трех моносахаридных групп. Моносахариды слаще на вкус, чем полисахариды. В порядке убывания сладости: фруктоза, сахароза, глюкоза, мальтоза, мальтотриоза. Смотрите таблицу ниже с дальнейшим описанием этих сахаридов.
Брожение
Очевидно, дрожжи – это очень последовательные маленькие организмы. Хотя сахароза, как правило, составляет лишь небольшую часть сусла, исследования показали, что большинство штаммов пивных дрожжей первым делом разбивают сахарозу на глюкозу и фруктозу. После того, как сахароза разбита, дрожжевые клетки сперва поглощают глюкозу, а затем фруктозу, мальтозу и, наконец, мальтотриозу. Некоторые штаммы дрожжей ведут себя иначе, поглощая мальтозу одновременно с моносахаридами, но это исключение.
Большинство штаммов дрожжей – глюкофилы и поглощают основную часть глюкозы в сусле перед тем, как взяться за другие моносахариды. Они также ферментируют большинство моносахаридов до начала действия с мальтозой и мальтотриозой. Известно, что высокие уровни глюкозы и фруктозы в сусле (например, >15-20%) будут препятствовать ферментации мальтозы. Это репрессивное поведение часто является причиной «застрявших» взвесей в сусле. Взвеси содержат много рафинированного сахара – дрожжи ферментируют моносахариды, на чем их работа заканчивается, в результате чего более половины от общего количества сахаров прекращают ферментацию.
Дрожжи метаболизируют различные виды сахара в сусле по-разному. Для поглощения дисахарида сахарозы, дрожжи используют фермент инвертазы, который работает за пределами клетки, чтобы гидролизовать молекулу на ее компоненты – глюкозу и фруктозу. Молекулы глюкозы и фруктозы затем переносятся через клеточную стенку и метаболизируются внутри клетки. С другой стороны, мальтоза и мальтотриоза переносятся внутрь клетки, а затем разбиваются на глюкозы с помощью фермента мальтозы. Несмотря на то, что фермент для обоих видов сахара один и тот же, мальтоза, как правило, поглощается в первую очередь. Это указывает на то, что ход переноса клеточной стенки для двух видов сахара различен. Может быть, мальтотриоза слишком велика, чтобы пройти в дверь мальтозы.
Основная мысль заключается в том, что все виды сахара для брожения расщепляются на моносахариды вроде глюкозы перед тем, как за них возьмутся дрожжи. Дрожжи, очевидно, предпочитают поедать их сахар постепенно. Это имеет значительные последствия для производства сусла в нашей погоне за новыми рецептами и неповторимыми стилями.
Сахар, используемый в пивоварении
Множество видов сахара может использоваться в производстве пива. Теперь, когда вы знаете, чем и когда питаются дрожжи, мы можем определиться с их выбором. Это ставит нас перед вопросом: зачем брать что-либо другое, кроме сахара, который получается естественным путем из ячменя? Есть несколько причин:
- повысить крепость без повышения плотности пива
- уменьшить плотность пива, сохраняя крепость
- добавить новые оттенки вкуса
- насытить пиво для появления газа
Первые две причины – это две стороны одной медали, но показывают два разных подхода к пиву с рафинированным сахаром. Бельгийский крепкий золотой эль имеет плотность 1.065-1.080. В его производстве используется бельгийский сахар для получения ясного, крепкого, но легкого напитка. Американское легкое пиво имеет плотность 1.035–1.050, а в ходе приготовления берется кукурузный и тростниковый сахар или рисовый сироп. Получается легкое пиво со средним содержанием спирта, которое лучше всего подойдет для дня работы с газонокосилкой. Большинство американских пивоваров используют кукурузу или рис, или кукурузный сироп с набором углеводов, похожим на такой же в многосолодовом сусле. Для низкоуглеродистых сортов пива берут простые виды сахара.
Разные виды сахара производят разные вкусы. Моносахариды не имеют ярко выраженного вкуса, кроме сладости. Однако, природные источники вроде меда или кленового сиропа и простые виды полученного сахара, такие, как черная патока, отличаются яркими оттенками, которые придадут пиву приятные нотки. В этом заключена вся суть домашнего пивоварения – взятие за основу привычного рецепта и добавление составляющих по вашему усмотрению. Вы можете приготовить портер с кленовым сиропом, или медово-клубничное пиво – возможности неисчислимы. С другой стороны, я выработал формулу, которая поможет вам в вашем творчестве: «Скромность – лучшая часть вкуса». Напиток с 20% черной патоки будет на вкус как черная патока, а не пиво.
Наконец, насыщение (прайминг) пива – добавление около 1 единицы плотности ферментируемого сахара на 1 литр пива для карбонирования (выделения углекислого газа). Большинство наших ребят не хочет изменять вкус на стадии варения, им просто нужно получить сахар для карбонирования. Другие думают добавить нотки в конце приготовления. Как бы там ни было, вы можете выбрать один из видов сахара.
Глюкоза
Наиболее используемым видом простого сахара для пивоварения является кукурузный сахар. Он содержит примерно 95% твердых частиц и 5% жидкости. Твердые частицы примерно на 99% состоят из глюкозы. Кукурузный сахар хорошо рафинирован и не содержит кукурузного вкуса. Пивовары, которые ищут такой вкус, например, в американском пилснере, должны будут добавить в сусло кукурузные зерна.
Как я говорил ранее, мы знаем, что сравнительно большие объемы глюкозы в сусле (свыше 15-20%) будут препятствовать ферментации мальтозы. Ферментация может пострадать, если в сусле дрожжей недостаточно, или есть нехватка свободных амино-азотных соединений (FAN) или других питательных веществ.
Другой источник глюкозы – твердые частицы рисового сиропа. Например, один из видов глюкозы состоит из ферментируемого сахара на 75% (50% глюкозы, 25% мальтозы), на 20% из других углеводов (декстринов) и на 5% из жидкости. Рисовый сироп понадобится для приготовления бадвайзера.
Сахароза
Чистая сахароза является эталонным стандартом для любого ферментируемого сахара, поскольку она отдает 100% своего веса в качестве вытяжки. Сахароза не содержит 5% влаги, как глюкоза. 0.5 килограмма сахарозы, растворенной в достаточном количестве воды, дает выход до 4 литров плотностью 1,046.
Множество рецептов напитков не обходится без сахарозы или ее производных. И сахарная свекла, и сахарный тростник используются в производстве столового сахара, а их производные неотличимы. Тем не менее, для пивоварения свекла не годится. Черная патока является распространенным побочным продуктом и нужна для получения коричневого сахара. В ходе брожения патока создает ромовые нотки и сладкие ароматы. Коричневый сахар содержит лишь небольшое количество черной патоки и добавляет легкий привкус рома к пиву.
Бельгийский сахар – это карамелизированная до определенной степени сахароза, показателем этой степени является свет. Темный бельгийский сахар, в отличие от янтарного, имеет более карамельный вкус. Помимо вкусовых свойств, бельгийский сахар ничем не отличается от столового.
Сиропы инвертного сахара, вроде золотого сиропа Лайла, сделаны из сахарозы, гидролизованной для отделения глюкозы и фруктозы. Это имеет двоякий эффект: во-первых, делает сахар более густым и менее предрасположенным к кристаллизации. Во-вторых, это делает его слаще. Инвертный сахарный сироп, подобный искусственному меду, не имеет узнаваемого медового вкуса. Золотистые сиропы более соленые из-за кислотных реакций, происходящих во время их производства. В состав патоки входит инвертный сахар и другие сиропы. Патока придает напитку сильные нотки, поэтому лучше всего использовать ее в более плотных сортах пива, например, в английских крепких элях, портерах и стаутах. Половина чашки на 20 литров – таков приблизительный расчет.
Кленовый сироп
Кленовый сок обычно содержит около 2% сахарозы. Сироп соответствует как минимум 66° по шкале Брикса, и, как правило, имеет в составе 95% сахарозы или более. Сироп категории Б может содержать 6% инвертного сахара, в то время как свело-янтарный категории А – менее 1%. Вы получите больше кленового вкуса из сиропа «Б». Характерные кленовые ароматы, как правило, теряются во время первичного брожения, так что для сохранения вкуса рекомендуется добавление сиропа после окончания первичного брожения. Этот ход также поможет для более полной ферментации браги, поскольку не приведет к остановке работы мальтозы, о которой мы говорили ранее. Чтобы достичь ощутимого аромата клена, возьмите 1 литр сиропа «Б» на каждые 5 литров пива.
Мед
Сахар, содержащийся в меду, ферментируется на 95% и обычно состоит из 38% фруктозы, 30% глюкозы, 8% различных дисахаридов и 3% не ферментирующих декстринов. В меду также есть дикие дрожжи и бактерии, но малые доли воды (обычно около 18%) держат эти микроорганизмы в спящем состоянии. Следующая составляющая меда – фермент амилазы, разбивающийся на ферментируемый и не ферментирующий сахар (вроде мальтозы и сахарозы) и крахмал. По этим причинам, мед нужно пастеризовать перед добавлением в ферментатор. Сайт www.nhb.org советует пастеризовать мед в течение 30 минут при 80°C, охладить и добавить в сусло. Для сохранения вкуса меда, его следует добавлять при первичном брожении.
Также рекомендуется придерживаться таких соотношений: добавьте 3-10% меда в светлый эль и пиво. Добавьте 11-30% для более выраженного вкуса. Нужно рассмотреть такие составляющие, как хмель, карамелизированный или жареный солод, пряности и другое. Это уравновесит сильное участие меда. 30-66% меда будут еще более ощутимы во вкусе пива. Такая доля присутствует в браггате (напиток из меда и солода) и считается предельно высокой. 66–100% дадут вам уже не пиво, а мед, известный древним славянам и скандинавам.
Насыщение (прайминг)
Как говорилось ранее, при насыщении вы можете выбрать один из двух путей – спрятать сахар или вывести его на первый план. Моносахариды и чистая сахароза позволяют карбонировать пиво, не меняя вкуса. Другие производные сахарозы: бельгийский сахар, инвертный сахарный сироп, медовый и кленовый сироп, придадут напитку некоторые вкусовые нотки. Следующий вопрос – сколько взять?
Наиболее частый ответ – 3/4 чашки (113 г) кукурузного сахара на 19 литров браги. Это произведет около 2.5 единиц двуокиси углерода, что свойственно большинству европейских и американских видов белого эля. 0.1 литра произведут немного меньше углекислого газа (около 2 единиц), а 0.12 – до 3 единиц. Более подробные сведения ищите в книге «Как варить пиво», доступной на сайте www.howtobrew.com.
Вычисление для производных сахарозы несложно, поскольку сахар, как правило, на 100% ферментируется. Есть исключение – частично рафинированный сахар вроде черной патоки, где присутствуют примеси. Солодовая вытяжка обычно имеет значительную долю не ферментирующего сахара, около 60-85%, в зависимости от вида и штамма дрожжей. Типичная ферментируемость для вытяжки составляет около 75%.
Итог
Пивоварение во многом зависит от выбора сахара, а сахар всегда разбивается на моносахариды при брожении. Тем не менее, дрожжи обрабатывают каждый вид сахара по-разному и разбивают его на глюкозу и фруктозу. Эти различия повлияют на брожение. Обычно, высокое содержание глюкозы и фруктозы в браге будут препятствовать ферментации мальтозы и мальтотриозы, что нежелательно.
Таким образом, богатые моносахаридами добавки нужно добавлять после окончания первичного шага брожения. Тем не менее, сахар используют для насыщения браги.
