Наука о хмеле для домашних пивоваров

Объём доступных знаний о хмеле и технологиях охмеления постоянно растёт, и даже домашние пивовары могут опираться в своих экспериментах на данные научных разработок. О том, что домашним пивоварам стоит знать о новейших исследованиях в мире хмеля, рассказывает Стэн Хиеронимус.

Основатель пивоварни Zebulon Artisan Ales и автор книги Homebrew Beyond the Basics Майк Карновски начал своё выступление на конференции для домашних пивоваров  со слов: «Двадцать лет назад нам всё было известно». Дальше он рассказал о том, что пивоварам — как профессионалам, так и любителям — ещё многое предстоит узнать. Он верно отметил, насколько иными выглядели некоторые явления в середине девяностых годов. Пивовары были заняты отладкой процессов, чтобы создавать пиво, диапазон вкусов которого, в сравнении с современным, был ограниченным. Иллюстрацией этого могут служить заголовки некоторых статей из журнала Brewers Association of the Americas Technical Quarterly за 1995 год: «Купажирование высокоплотного пива», «Химическая оценка стабильности вкуса пива», «Анаэробная очистка сточных вод при помощи реактора с псевдоожиженным слоем».

А вот заголовки некоторых презентаций с конференции Американского сообщества пивоваренных химиков в июле 2019 года: «Смешанные домашние культуры: генетическое и метаболическое разнообразие на территории США», «Проявление летучих компонентов хмеля при сухом охмелении разными сортами хмеля на разных этапах брожения разными штаммами дрожжей» и «Влияет ли терруар на хмель Cascade, выращенный на Среднем Западе?».

Видите изменения? Пиво с 1995 года изменилось намного сильнее, чем кто-либо мог предсказать, что обусловило необходимость развития науки о пивоварении. Многие исследования дали актуальную для домашних пивоваров информацию, но любителю её объём может показаться огромным. Вот семь явлений и упрощённое объяснение того, почему домашнему пивовару важно о них знать.

Биотрансформация

В случае пива биотрансформация — это модификация компонентов при участии дрожжей. Монотерпеновые спирты линалоол, гераниол и цитронеллол — это лишь три компонента, участвующие в трансформации, но они ярко выражены во вкусоароматических хмелях. Это Citra, Mosaic, Galaxy, Nelson Sauvin и многие другие. Кумулятивный эффект ароматов и вкусов, созданных биотрансформацией этих компонентов, даёт цитрусовый, лаймовый характер, которого в ином случае бы не было.

(Если вам интересно, немного деталей: гераниол может быть преобразован в цитронеллол и, путём присоединения, в линалоол. Нерол может быть преобразован в линалоол и терпинеол. Линалоол может быть частично циклизирован в α-терпинеол. Вдобавок прекурсоры геранилы могут быть преобразованы в гераниол.)

Монотерпены легче удерживаются в сусле, чем углеводороды, такие как мирцен; тем не менее около половины объёма каждого из них будет потеряно за 10 минут кипячения. Позднее охмеление, охмеление в вирпуле, или hop stand, и сухое охмеление сохраняют больше компонентов.

Учёные продолжают исследовать, как могут трансформироваться другие компоненты (в хмеле их содержится более 500), и как разные штаммы дрожжей способствуют этой трансформации. Например, вот что обнаружили немецкие учёные, которые исследовали два сорта хмеля и два штамма дрожжей. Они сварили шесть образцов пива. Для брожения использовали White Labs WLP001 American Ale или WLP029 German Ale/Kölsch, для охмеления, в том числе сухого — сорта Cascade или Hallertau Mittelfrüh, ещё два образца остались контрольными. Исследователи измерили содержание эфиров и терпенов. Содержание тиолов и их прекурсоров измерили во французской лаборатории Nyseos. Также пиво прошло органолептическую оценку. Вот к каким выводам пришли учёные:

• Тиол 3-меркаптогексан-1-ол (3MH) был более выражен в пиве с Cascade, однако в пиве с Mittelfrüh его содержание также было выше порогового. Хотя результаты больше зависели от сорта хмеля, брожение штаммом WLP001 дало значительно больше 3MH.
• Тиол 4-меркаптометилпентан-2-он (4MMP) во всех образцах с Cascade содержался в количестве значительно выше порога ощущения, в образцах с Mittelfrüh — ниже.
• Пиво, сброженное WLP001, содержало больше гераниола и цитронеллола, чем сброженное WLP029.
• Пиво с хмелем Cascade содержит почти вдвое больше терпенов, чем пиво с Mittelfrüh. А пиво, охмелённое Cascade и сброженное WLP001, содержит больше терпенов, чем с Cascade и WLP029. Напротив, общий объём эфиров больше зависит от использованных дрожжей: пиво с WLP029 проявляет более высокие значения.
• Участники органолептических панелей обнаружили, что пиво с Cascade и WLP001 имеет более цитрусовый характер, а в пиве с Cascade и WLP029 сильнее ощущается характер сладких фруктов, зелёных фруктов и красных ягод.

Тиолы

Тиолы — это содержащие серу компоненты, которые составляют менее одного процента эссенциальных масел, которые, в свою очередь составляют от менее чем половины процента до четырёх процентов шишки хмеля. Вплоть до последних двух десятилетий исследователи обращали внимание только на 3-метил-2-бутен-1-тиол (3MBT), который может придать пиву нежелательный «засвеченный», «скунсовый» привкус. Только в начале 2000-х годов учёные обратили внимание на другие тиолы, сначала на 4MSP и 3SH, а позднее на 3-сульфанил-4-метилпентан-1-ол (3S4MP). Хотя в пиве они могут содержаться в очень небольшом количестве, их порог восприятия также мал, измеряется в частях на триллион. (4MSP — 4-метил-4-сульфанилпентан-2-он, в некоторых статьях он также может фигурировать как 4-меркапто-4-метилпентан-2-он (4MMP). 3SH — это 3-сульфанилгексан-1-ол, также известный как 3-меркаптогексан-1-ол (3MH).)

Виноделы на протяжении десятилетий изучали эти компоненты — они могут быть выражены в совиньон-блане, рислинге и других винах, хотя не содержатся в винограде. Они образуются во время брожения из прекурсоров в винном сусле. Однако свободные тиолы были идентифицированы во многих сортах хмеля. Анализировать их сложно из-за низкой концентрации и высокой реактивности. Оборудование для их измерения очень дорогое.

Некоторые исследователи обнаружили эффект синергии между монотерпенами и тиолами, который усиливает фруктовые ароматы и вкусы. Например, участники органолептической панели японской пивоваренной компании Sapporo оценили различные ароматические характеристики раствора с содержанием 4MSP и поставили ему два балла из четырёх за тропический характер. Раствор с содержанием смеси линалоола, гераниола и цитронеллола получил менее двух баллов за тропический характер. Однако при смешивании всех четырёх веществ раствор получил полные четыре балла.

Вкусоароматические компоненты разных сортов хмеля

Богатые гераниолом сорта: Bravo, Cascade, Chinook, Citra, Mosaic, Motueka, Sorachi Ace

Богатые и бедные 4MSP сорта:

• Высокое содержание: Citra, Simcoe, Eureka, Summit, Apollo, Topaz, Mosaic, Ekuanot, Galaxy, Nelson Sauvin
• Значительное содержание: CTZ, Cluster, Chinook, Cascade, Centennial, Amarillo, немецкий Northern Brewer, Hallertau Blanc, немецкий Cascade, Mandarina Bavaria, Polaris
• Измеримое, но низкое: Bravo, Calypso, Denali, Galena, Lemondrop, Sorachi Ace, Super Galena, Willamette, Hallertau Tradition, Herkules, Perle, Taurus, Tettnanger, Styrian Golding, новозеландский Pacific Gem, возможно, Saaz
• Отсутствует: Hallertau Mittelfrüh, Hersbrucker, Hüll Melon, Magnum, Saphir, Spalter Select, Bramling Cross, East Kent Golding, First Gold, Fuggle, Pilgrim, Progress, Wye Challenger, Wye Target

Богатые 3SH сорта: Nelson Sauvin, Amarillo, Mandarina Bavaria, Mosaic, Citra, Cascade, Calypso, CTZ

Богатые 3S4MP сорта: Hallertau Blanc, Nelson Sauvin, Mosaic

«Дешёвый хмель»

Несколько лет назад Майк Тонсмейр, автор книги American Sour Beers и сооснователь пивоварни Sapwood Cellars, придумал определения cheaper hops и cheater hops. Второе, «читерские хмели» — это сорта типа Citra и Mosaic, которые дают популярные сегодня яркие тропические ароматы. Cheaper hops, или «дешёвые хмели» — более доступные, недорогие сорта, которые можно смешать между собой, чтобы создать те же характеристики, что дают более дорогостоящие хмели.

Английская лаборатория Campden BRI, занимающаяся исследованиями в сфере напитков и продуктов питания, определила принципы составления таких смесей, задавшись вопросом, можно ли использовать методы аналитической и органолептической оценки для точного предсказания характеристик хмеля в готовом пиве. В ходе исследования оценили 14 новых и хорошо известных сортов хмеля. Их оценили органолептически, с участием экспертной панели дегустаторов пива, и с точки зрения химического состава хмеля и готового пива. Конечной целью было сварить пиво со смесью хмелей, чтобы получить органолептический характер целевого сорта, в данном случае Amarillo.

Они установили, что «настои хмеля — плохой способ прогнозирования органолептических характеристик хмеля в готовом пиве», и указали, что смешиванию хмелей могут помочь данные органолептической и аналитической оценки, но лучше всего это происходит в пиве. С учётом того, что известно о роли дрожжей в биотрансформации, это понятно.

Campden BRI определила, что лучше всего характер пива с Amarillo воспроизводит пиво, в котором использовались Cascade и Lemondrop в соотношении 4:1. Lemondrop — проприетарный сорт компании Hopsteiner, поэтому неудивительно, что Campden BRI попросили составить смеси, которые повторят аромат, создаваемый сухим охмелением Citra и Simcoe, двумя проприетарными сортами, принадлежащими другим компаниям. Большинство сортов, но не все, использованные при составлении смесей, были собственными сортами Hopsteiner.

При варке использовали хмелевой экстракт для получения 20 IBU. Пиво сбродили дрожжами Nottingham Ale и провели сухое охмеление из расчёта 5 г/л при 13 °C. В итоге лучше всего характер Citra воспроизвело сочетание 70 процентов Calypso и 30 процентов Bravo. Для замены Simcoe предложили 50 процентов Eureka, 40 процентов Apollo и 10 процентов Cascade.

У домашних пивоваров нет доступа к такому лабораторному оборудованию, но они могут вдохновиться выводом BRI: «Смешивание — это скорее искусство, чем наука».

DDH

Что означает double dry hopped — двухкратное охмеление или использование двойного объёма хмеля? Иногда верны оба ответа. А следом идёт вопрос о том, когда увеличение объёма или кратности охмеления становится просто переводом продукта.

На этот вопрос помогает ответить исследование университета штата Орегон, показавшее, что добавление большего количества хмеля не приводит к усилению интенсивности аромата, а меняет его характер. Сухое охмеление с использованием более чем 8 г/л хмеля даёт скорее травяной и чайный, чем цитрусовый аромат.

Чтобы поддерживать более сбалансированный хмелевой аромат, исследование предлагает использовать от 4 до 8 граммов на литр. Использование более чем 8 г/л уменьшает эффект с точки зрения усиления хмелевого аромата и эффективности использования сырья. Однако нужно отметить, что многие промышленные пивоварни используют для сухого охмеления в четыре-пять раз больше хмеля.

Сухое охмеление в два отдельных этапа — не новшество. Firestone Walker Union Jack с двойным сухим охмелением два раза подряд выиграл золото Great American Beer Festival больше десяти лет назад. Пивовар Мэтт Бринильдсон разделил объём хмеля на две порции, первую добавил на три дня, затем удалил хмель и дрожжи со дна танка и задал вторую порцию ещё на три дня.

Недавнее исследование университета Орегона изучило различия между однократным и двухкратным сухим охмелением. Пиво с двухэтапным сухим охмелением продемонстрировало изменение в количестве единиц горечи, составе гумулинонов и изо-альфа-кислот. Дегустаторы отметили значительное усиление шести характеристик аромата: общей интенсивности хмелевого аромата, цитрусового, травянистого/чайного, тропического/кошачьего, тропического/фруктового и соснового/смолистого аромата.

Пивовары также могут проводить сухое охмеление в разное время, потому что считают, что это может повлиять на биотрансформацию. Хотя исследование пивоварен Sierra Nevada Brewing Co. и New Belgium Brewing Co. было посвящено однократным добавкам на разных этапах, его результаты могут быть интересны. Sierra Nevada оценила пиво с сухим охмелением в нулевой, четвёртый и восьмой день брожения — пиво проанализировали в лаборатории и представили на оценку дегустационной панели. Дегустаторы установили, что общая интенсивность хмеля была одинаковой у всех трёх образцов, однако пиво с охмелением на восьмой день было более пахучим, с кошачьими, луковыми, сернистыми нотами. Цитрусовый характер ощущался одинаково в пиве с охмелением в нулевой и четвёртый день, но образец нулевого дня дегустаторам показался более розовым/цветочным, с более выраженным фруктовым тропическим характером.

Пивоварня New Belgium изучила сухое охмеление разными сортами хмеля на разных этапах брожения разными дрожжевыми штаммами. Это были хмели Cascade и Centennial, дрожжи California Ale (WLP001) и London Ale III (WLP1318). Время добавления хмеля зависело от плотности. Исследователи установили, что сухое охмеление богатым гераниолом хмелем Centennial при более высокой плотности и брожении дрожжами WLP001 привело к повышению концентрации цитронеллола, компонента, дающего характерный аромат лемонграсса. Сухое охмеление тем же хмелем при более низкой плотности и брожении теми же дрожжами повысило концентрацию гераниола, основного компонента розового масла. Сухое охмеление при низкой плотности и брожении WLP1318 богатым геранил-ацетатом хмелем Cascade, или охмеление при высокой плотности и тех же дрожжах хмелем Centennial повысило концентрацию геранил ацетата, напоминающего лаванду.

Время добавления не было критически важным параметром сухого охмеления при брожении штаммом California Ale, но при брожении дрожжами London Ale III оно было важно.

Hop creep

Исследователи лаборатории брожения университета штата Орегон определяют hop creep как повторное брожение полностью сброженного пива после добавления хмеля, что выглядит как медленное снижение остаточного экстракта и постепенное нарастание содержания алкоголя и углекислого газа. В ходе этого повторного брожения также образуется диацетил.

Эта информация не новая. Это явление пивовары впервые заметили в XIX веке, однако оно стало намного более актуально при появлении современных практик сухого охмеления, разных сортов хмеля и разных способов его использования.

Сухое охмеление высвобождает в пиве сбраживаемые сахара (в основном мальтозу и немного глюкозы), и хмель тоже содержит немного сахаров; сухое охмеление пива с высоким содержанием остаточного экстракта даёт больше сбраживаемых сахаров, ферментная активность у разных сортов разная, кроме того, она зависит от обработки хмеля (когда он был собран, и как его сушили), более длительное сухое охмеление и более высокая температура даёт больше сахаров.

Сложность этого явления иллюстрируют результаты исследования, проведённого Кейлин Киркпатрик в университете Орегона, в ходе которого была изучена ферментная сила 30 сортов хмеля. Она разделила хмель на четыре группы: 1 — с высоким образованием мальтозы, 2 — с низким образованием мальтозы, 3 — с умеренным, 4 — с сильным образованием фруктозы и глюкозы (аналогично группе 3, с умеренным уровнем образования сбраживаемых сахаров). Интересно, что Amarillo одного года урожая имел высокую ферментную активность, а следующего — низкую. Многое ещё предстоит понять.

• Группа 1 (сильная активность): Amarillo 2015, Cluster, Fuggle, Nugget, Perle
• Группа 2 (слабая активность): Amarillo 2016, Centennial, Citra, Crystal, East Kent Golding, El Dorado, Galaxy, Hersbrucker, Saazer, Summit
• Группа 3 (умеренная активность): Azacca, Comet, Golding, Kohatu, Mosaic, Mt. Hood, Rakau, Simcoe, Wai-ti, Willamette
• Группа 4 (умеренная активность): Cascade, Dr. Rudi, Moutere, Pacific Gem, Pacific Jade

Предполагается, что пивовары могут сократить ферментную активность путём использования меньшего количества хмеля для сухого охмеления, сокращения времени контакта и температуры, проведения затирания таким образом, чтобы способствовать большему сбраживанию, и использования Cryo Hops, что сокращает объём хмелевого вещества. Пауза после сухого охмеления удалит диацетил, однако он может снова образоваться во время дображивания в бутылках.

Мутность

Учёные компании-поставщика хмеля Hopsteiner сублимировали осадок из 12 разных сортов NEIPA, чтобы определить, из чего он состоит.

Анализ показал, что примерно 36 процентов осадка составляет белок, 12 процентов — хмелевые компоненты, 10 процентов — углеводы, 3 процента — полифенолы. Дрожжи в основном не присутствовали в осадке. Сырьё с высоким содержанием белка, такое как пшеница и овёс, богатое проламинами (формирующими муть белками), связываясь с полифенолами, образует муть. Хмелевые кислоты также могут способствовать мути, но их вклад невелик.

«Главный секрет» в том, что муть в NEIPA важна потому, что она выступает носителем и увеличивает концентрацию неполярных компонентов, таких как альфа-кислоты, ксантогумол, бета-кислоты и, вероятнее всего, других неполярных вкусоароматических компонентов.

«Тиолы — полярные компоненты, поэтому не стоит ожидать насыщения ими за счёт мути, — объясняет технический директор Hopsteiner Джон Пол Мэйе. — Ещё интересный момент — мы не обнаружили большого содержания в мутном осадке растворимых хмелевых компонентов, таких как изо-альфа-кислоты или гумулиноны. Поэтому я считаю, что муть выступает скорее эмульгатором, чем ловушкой».

Гумулиноны

Гумулиноны образуются в процессе окисления альфа-кислот хмеля. О них известно давно, но на них особо не обращали внимания до того, как пивовары стали проводить сухое охмеление в таких объёмах, как сейчас. Они на треть менее горькие, чем изо-альфа-кислоты, основной компонент, придающий горечь пиву, но — вот в чём суть — они более растворимы и растворяются в пиве во время сухого охмеления, что усиливает горечь.

Исследование Hopsteiner пришло к выводу, что мягкая горечь NEIPA обусловлена высокой концентрацией гумулинонов и сравнительно низким содержанием изо-альфа-кислот.

Когда в ёмкость для брожения (или дображивания) попадает большой объём хмеля, он впитывает некоторое количество изо-альфа-кислот. Компания Hopsteiner установила это ещё в одном исследовании. Увеличение дозы сухого охмеления с 0 до 1,9, 3,9 и 7,7 граммов на литр привело к прогрессивному снижению концентрации изо-альфа-кислот, с 48 до 39, 35 и 30 ppm соответственно. «Эта значительная потеря горечи, однако, была уравновешена большим увеличением объёма растворённых в пиве гумулинонов», — показало исследование.

И горечь была другой. «В ходе органолептической оценки пиво с очень низким показателем IBU и добавлением 22 ppm гумулинонов сравнили с тем же самым пивом, в которое добавили 14,5 ppm изо-альфа-кислот, — говорится в отчёте Hopsteiner. — Горечь в пиве с добавлением гумулинонов ощущалась более мягкой, менее стойкой на языке, чем в пиве с изо-альфа-кислотами. Эта мягкая горечь может объясняться тем, что гумулиноны более полярны, чем изо-альфа-кислоты, а значит, не должны оставаться на языке так долго, как изо-альфа-кислоты».