Piwo należy do najstarszych napojów znanych ludzkości. Było wytwarzane i spożywane już w neolicie, czyli epoce kamienia gładzonego (ok. 10 tysięcy lat temu), na obszarze Żyznego Półksiężyca. W Mezopotamii znaleziono na przykład nie tylko pozostałości piwa na szczątkach glinianych naczyń, ale też wizerunki na niektórych pieczęciach przedstawiające prawdopodobnie ludzi raczących się piwem przez słomkę. Użycie słomki było konieczne, ponieważ niefiltrowane piwo zawierało dużo zanieczyszczeń w rodzaju resztek ziaren.
Nazwa „piwo” w języku polskim i niektórych innych językach słowiańskich oznacza po prostu „to, co się pije” (podobnie jak chłodziwo oznacza materiał chłodzący), co świadczy o dużej popularności tego napoju. Od piwa wywodzi się też słowo „piwnica” jako miejsce jego przechowywania w chłodzie. Podobno książę polski panujący w 1. ćwierci XIII wieku, Leszek Biały, wymówił się od udziału w krucjacie, twierdząc, że w Ziemi Świętej zabrakłoby mu wystudzonego piwa, do którego przywykł, a zwykłej wody pić nie może. Unikanie picia nieprzegotowanej wody nie było zresztą wtedy wcale takim złym pomysłem, biorąc pod uwagę, że o jej uzdatnianiu nikomu się jeszcze nie śniło…
Tę anegdotę zaczerpnąłem ze znakomitej książki, a właściwie księgi Władysława Kopalińskiego „Słownik mitów i tradycji kultury”. Kopaliński był peerelowskim odpowiednikiem wyszukiwarki internetowej i Wikipedii – pisał słowniki oraz zbiory ciekawostek i miał świetny gawędziarski styl, dzięki któremu świetnie się czytało nawet jego „Słownik wyrazów obcych”. Tomiszcza z jego nazwiskiem zajmują u mnie całą półkę.
Oto jeszcze jedna anegdota o piwie, jaką przeczytałem u Kopalińskiego:
Warka nad Pilicą jest jednym z miast tradycyjnie słynących z wyrobu piwa: browary istniały tam już w XV wieku. Piwo z Warki ceniono za smak, moc i klarowność – słynęło nawet poza granicami Polski. Nuncjusz papieski w Polsce w XVI wieku, Ippolito Aldobrandini, późniejszy papież Klemens VIII, „…tak się rozsmakował w piwie wareckim, że później w Rzymie, na łożu śmierci, w gorączce wzdychał: O santa piva di Polonia! O santa biera di Warka! [łac. O święte piwo z Polski! O święty napitek z Warki!], a otaczający papieża prałaci, sądząc, że mowa tu o jakiejś świętej, mającej papieża w szczególnej opiece, przyłączyli się do tych westchnień, mówiąc: O Santa Piva, ora pro eo! [łac. O święta Piwo, módł się za nim]”
Przytoczony fragment pochodzi z hasła „Piwo” właśnie w „Słowniku mitów i tradycji kultury”. A teraz przyjrzyjmy się temu napojowi okiem chemika.
Wyrób piwa nie nastręcza szczególnych trudności – właściwie niezbędne jest jedynie źródło węglowodanów, którym mogą być np. ziarna dowolnego ze zbóż. Piwo wytwarza się też – i jest to właściwie jeszcze prostsze – z trzciny cukrowej albo melasy, odpadu przy produkcji cukru spożywczego. Cukier ten (muszą to być konkretnie cukry proste) stanowi pokarm dla drożdży, które, jak to się mówi w piwowarstwie lub winiarstwie, przetwarzają go na alkohol. W rzeczywistości etanol jest metabolitem (odchodem) drożdży, powstającym niejako ubocznie. Te drożdże mogą być przez piwowara dodawane intencjonalnie, ale istnieją też piwa wytwarzane metodą otwartej fermentacji, czyli z udziałem tzw. dzikich drożdży: drożdży znajdujących się w środowisku i trafiających do kadzi fermentacyjnej przypadkowo. I już, można pić – aczkolwiek wątpię, czy tak przyrządzony napój odpowiadałby naszym nowoczesnym gustom (a już na pewno nie gustom piwoszy). Albowiem piwo jest po prostu słodkie – drożdże nie zużywają całego cukru podczas fermentacji. Dlatego w piwowarstwie od wielu wieków używa się środków, które ten słodki smak maskują. W przypadku piw dobrej jakości jest to chmiel, ale używa się też mniej szlachetnych substancji, np. żółci zwierzęcej. Ale to i tak nic w zestawieniu z informacją, że w czasach wikingów Skandynawowie maskowali słodki smak piwa, dodając do niego odchodów hodowanego bydła… brrr.
Wróćmy może zatem do chemii spożywczej i usystematyzujmy sprawę. Współcześnie proces produkcji piwa obejmuje następujące etapy:
1. Słodowanie, polegające na namoczeniu oczyszczonego ziarna (głównie jęczmiennego, ale piwo wytwarza się też z pszenicy lub innych zbóż dostępnych w danym regionie geograficznym) i utrzymywaniu go w stanie wilgotnym i odpowiedniej temperaturze przez kilka dni. Celem tego procesu jest pobudzenie ziarna do kiełkowania, czemu towarzyszy wydzielanie się enzymów, które rozkładają skrobię i inne substancje znajdujące się w ziarnie na proste składniki: monosacharydy, maltozę, aminokwasy itp. Głównym enzymem odpowiadającym za ten efekt jest amylaza, jednak słodowanie należy prowadzić w taki sposób, by kiełek nie zużył powstających surowców. Następnie słód się suszy (co niestety w nieunikniony sposób uśmierca kiełki), a czasem także wędzi lub praży w celu wytworzenia substancji smakowych.
2. Wytworzony słód poddaje się śrutowaniu (czyli zmieleniu), a następnie zacieraniu. Proces ten polega na przeprowadzaniu składników rozpuszczalnych wytworzonych w słodzie do roztworu (w tzw. kadzi zaciernej) i dokończeniu hydrolizy cukrów prostych. Poszczególne etapy zacierania kontroluje się za pomocą temperatury. Przykładowo słód jasny typu lager zawiera dużo fityny, czyli złożonego organofosforanu(V) wapnia i magnezu, oraz enzymu fitazy. Pozostawienie zacieru na jakiś czas w temperaturze 35°C daje temu enzymowi czas na rozłożenie fityny na wytrącające się fosforany(V) wapnia i magnezu oraz kwas fitynowy – jest to tzw. przerwa kwasowa. Na koniec zacier filtruje się (lub odwirowuje), by oddzielić zbędne resztki ziaren i inne odpady nierozpuszczalne. Produkt tego etapu nazywa się brzeczką (piwną), czasem używa się też nazwy „brzeczka przednia”.
3. Następnie dodaje się do brzeczki przedniej odpowiednią ilość wody, chmiel oraz dodatki niesłodowane, takie jak miód, glukoza albo syropy owocowe. Dodatki te stanowią dodatkowe źródło pożywienia dla drożdży, zwiększają więc ilość powstającego alkoholu, a ponadto nadają piwu określony smak. Brzeczka przednia poddawana jest warzeniu, czyli gotowaniu w kadzi warzelnej, a następnie zwykle ponownie filtrowaniu i schładzaniu do odpowiedniej temperatury. Gotowanie jest niezbędne, aby substancje zawarte w szyszkach chmielowych – olejki aromatyczne i gorzkie żywice – mogły przejść do roztworu.
Dodanie chmielu w najmocniejszy sposób wpływa na smak piwa (choć oczywiście zależy on też od stosowanej wody i jej pH, rodzaju użytego słodu oraz późniejszej obróbki piwa). Dla chemika oznacza to wprowadzenie do brzeczki humulonów (alfa-kwasów) oraz lupulonów (beta-kwasów), czyli dokładniej mieszanin izomerów kwasu α-lupulinowego i lupulonu. Oba związki są tak naprawdę skomplikowanymi (lupulon bardziej) hydroksyketonami nienasyconymi o przerażających nazwach systematycznych (6S)-3,5,6-trihydroksy-2-(3-metylobutanoilo)-4,6-bis(3-metylobut-2-en-1-ylo)cykloheksa-2,4-dien-1-on i 3,5-dihydroksy-2,6,6-tris(3-metylobuten-2-ylo)-4-(3-metylo-1-oksobutylo)cykloheksa-2,4-dien-1-on.
4. Powstaje w ten sposób tzw. brzeczka nastawna, którą umieszcza się w fermentatorze (kadzi fermentacyjnej) i zadaje drożdżami, a następnie poddaje fermentacji. Fermentacja jest tym etapem, podczas którego drożdże dokonują swoich czarów i przerabiają cukry na etanol. W piwowarstwie stosowane są najczęściej różne szczepy gatunku Saccharomyces cerevisiae, którego łacińska nazwa oznacza dokładnie „cukrowe grzyby piwne”, aczkolwiek znajdują też one inne zastosowania w przemyśle spożywczym, na przykład w piekarnictwie. Poza Europą używane były też inne gatunki, np. Schizosaccharomyces pombe używany jest w Afryce do wytwarzania piwa z prosa (pombe oznacza zresztą piwo w języku suahili), a Issatchenkia orientalis służy do produkcji słabego środkowoamerykańskiego napoju alkoholowego pozol z ziaren kukurydzy, pochodzącego od cywilizacji Majów.
W trakcie fermentacji piwo nasyca się powstającym dwutlenkiem węgla, co zapewnia mu bąbelki, czyli pienienie się. Bąbelki wynoszą na powierzchnię nieco drobnych cząstek żywic chmielowych znajdujących się w piwie, dlatego piana ma bardzo gorzki smak nawet jeśli piwo nie jest mocno chmielone. Od kilkudziesięciu lat funkcjonuje też zwyczaj nasycania piwa azotem, co daje mniejsze bąbelki i sprawia, że piana na piwie wygląda na gęstszą, przypomina śmietanę. Ale czy to ma jakiś wpływ na smak piwa? Raczej nie, bo azot jest około 73 razy słabiej rozpuszczalny w wodzie niż dwutlenek węgla…
5. Odciąganie (filtrowanie) mające na celu usunięcie pozostałości drożdży. Następnie piwo jest umieszczane w dużych zbiornikach, z których jest podawane klientom (w mniejszych browarach) lub „pakowane”, to znaczy umieszczane w opakowaniach takich jak kegi (beczułki, obecnie zwykle aluminiowe) lub butelki. Niekiedy piwo jest też leżakowane (lagery).
Czasem etap odfiltrowania drożdży jest pomijany. Powstają w ten sposób piwa „białe drożdżowe”, takie jak hefeweizeny lub belgijskie witbiery. Z powodu obecności drożdży mają one mniej gorzki smak, a docenienie pełni ich smaku wymaga wymieszania ich przed wypiciem, by osad drożdży został zawieszony w roztworze.
Post pierwotnie opublikowany na facebookowej grupie „Chemia dla nauczycieli” wydawnictwa Nowa Era. Tutaj wersja rozbudowana.
[źródła: Władysław Kopaliński, Słownik mitów i tradycji kultury, Państwowy Instytut Wydawniczy, Warszawa 1987; Dave Miller, Domowy wyrób piwa, Wydawnictwo Centrum Kształcenia Akademickiego, Gliwice 2009; https://en.wikipedia.org/wiki/Brewing; https://en.wikipedia.org/wiki/Fermentation_in_food_processing; https://en.wikipedia.org/wiki/Humulus_lupulus; https://en.wikipedia.org/wiki/Humulone; https://en.wikipedia.org/wiki/Lupulone; Warka – Wikipedia, wolna encyklopedia; ]
[źródła ilustracji: https://minuman.com/blogs/all/everything-you-need-to-know-about-beer#; Dave Miller, Domowy wyrób piwa, Wydawnictwo Centrum Kształcenia Akademickiego, Gliwice 2009; Mogana Das Murtey and Patchamuthu Ramasamy, https://www.eurekalert.org/multimedia/855416; Harbinary – Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8655660; Jynto (more from this user) – This image was created with Discovery Studio Visualizer., CC0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=80184445; https://www.spicegarden.eu/Hops-Seeds-Humulus-lupulus; Ed (Edgar181) – Praca własna, Domena publiczna, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15567739; Ed (Edgar181) – Own work, Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=15567750; wikopedysta gepard12 – Praca własna, CC BY 1.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=1743461]