napój alkoholowy Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Piwo – napój alkoholowy otrzymywany w wyniku fermentacji alkoholowej brzeczki piwnej. Brzeczka stanowi wodny wyciąg ze słodu browarnego z dodatkiem chmielu i ewentualnie innych surowców[1]. W szerokim znaczeniu, zwłaszcza historycznym, piwem określa się napój fermentowany oparty na zbożowym surowcu[2]. Piwo to najstarszy[3] i najczęściej spożywany napój alkoholowy oraz trzeci pod względem popularności po wodzie i herbacie napój na świecie[4].
Produkcja piwa najczęściej przebiega następująco: 1) rozdrobniony słód (zwykle jęczmienny) miesza się z ciepłą wodą, czasem z dodatkiem innych surowców skrobiowych i enzymów, 2) uzyskany ekstrakt (brzeczka) wraz z chmielem poddawany jest gotowaniu, 3) ciecz jest klarowana i schładzana, 4) dodane drożdże piwowarskie powodują fermentację, 5) powstałe piwo zazwyczaj filtruje się i podaje jako napój musujący z uwalniającymi się pęcherzykami dwutlenku węgla tworzącymi pianę[5].
Na charakterystyczne cechy sensoryczne piwa składają się substancje pochodzenia zbożowego, aromat i goryczka chmielowa, alkohol i dwutlenek węgla[6]. Istotnym parametrem piwa jest zawartość ekstraktu przed fermentacją złożonego głównie z cukrów (ulegających przemianom biochemicznym do alkoholu) i dekstryn, a także ze związków azotowych i soli mineralnych[7]. Zwykle zawartość ekstraktu wyrażana jest w stopniach Plato[8]. Najpopularniejsze piwa, jasne lagery[9], zawierają przeciętnie ponad 90% wody i ok. 5% alkoholu objętościowo[10], ale wartości te mogą odbiegać w zależności od stylu piwa[11]. Drożdże piwne w procesie fermentacji pozwalają uzyskać do kilkunastu procent alkoholu obj., ale w wyniku wymrażania wody jego zawartość można zwiększyć nawet do ponad 60%[12]. Z drugiej strony przy użyciu odpowiedniej technologii produkcji można uzyskać piwo bezalkoholowe, zawierające poniżej 0,5% alkoholu obj.[13]
Do piwa w szerokim znaczeniu można zaliczyć podpiwek, jak również kwas chlebowy z Europy Wschodniej (wytwarzany poprzez fermentację chleba), tak zwane wina ryżowe (np. japońskie sake, chińskie huangjiu, koreańskie cheongju), mętne, fermentujące piwa afrykańskie z prosa, sorga, kukurydzy określane jako opaque beer, wiele fermentowanych napojów z Ameryki Środkowej i Południowej jak chicha z kukurydzy[14].
Wyraz piwo wywodzi się z prasłowiańskiego słowa pivo oznaczającego napitek, napój[15]. Podobnie jest w wielu językach słowiańskich: białoruski: піва, bośniacki, chorwacki, czeski, słowacki, słoweński: pivo, macedoński, rosyjski, ukraiński: пиво. Prasłowiański wyraz *pivo utworzony został od prasłowiańskiego czasownika *piti, czyli pić (z indoeuropejskiego *pō(i)-: *pī-[16]) z dodatkiem przyrostka -vo.
Z czasem pierwotne znaczenie „napitek, napój” uległo zawężeniu w rodzaj napoju otrzymywanego przez fermentację ze słodu, chmielu, drożdży i wody, wypierając prasłowiańską nazwę piwa olь[15]/olъ, które jest poświadczone w cerkiewnosłowiańskim redakcji ruskiej i staroruskim olъ – σίκερα[17], słoweńskim ôl, dopełniacz ôla//olû (temat na -u), ze śladami w innych językach słowiańskich, np. bułgarskim dialektalnym wyrazie olovina // alovina – „podobny do piwa napój, przyrządzany z różnych gatunków zbóż, najczęściej z pszenicy”[18]. Słowa te, podobnie jak litewski alùs „piwo”, staronordyjski ǫl i staroangielski ealu oraz pragermański *aluth[19], wywodzą się być może z praindoeuropejskiego *h₂elud- o znaczeniu gorzki[19][20]. W języku angielskim słowo to ostatecznie przekształciło się w ale. Dla Anglosasów ówczesne odpowiedniki słów ale i beer były najprawdopodobniej synonimami, choć wraz z upływem czasu pojawiały się lokalnie pewne rozróżnienia[21].
Angielski beer pochodzi od staroangielskiego bēor i przed XV w. nie było często używanym słowem[21]. Pochodzenie tego słowa nie jest pewne, ale wiele słów o tej samej etymologii oznaczających piwo występuje w wielu językach germańskich, romańskich i innych: albańskim birrë, bretońskim i holenderskim bier, bułgarskim бира, francuskim bière (słowo to całkowicie przyjęło się dopiero w XVI wieku, wcześniej używanym określeniem piwa było cervoise), niemieckim Bier, rumuńskim bere, włoskim birra[22]. Według jednej z hipotez słowo to pochodzi od wczesnośredniowiecznego rzeczownika biber, czyli „napój”, który z kolei powstał z łacińskiego bibere – „pić”[21][22].
W klasycznym języku łacińskim słowo oznaczające piwo brzmiało cervesia lub cervisia i zostało zapożyczone z języka galijskiego. Od niego pochodzą wyrazy w części języków romańskich: w hiszpańskim cerveza, katalońskim cervesa, portugalskim cerveja[23].
Celtyckie wpływy zawiera również słowo brzeczka, które wywodzi się od słowa braces, oznaczającego w języku celtyckim słód lub kiełkujący jęczmień[24]. Słód natomiast to urzeczownikowiony przymiotnik powstały od prasłowiańskiego *soldь, czyli „coś słodkiego, słodki”[15].
Najstarszy zapis w języku polskim słowa piwo to kolofon z roku 1414[25]. Kopista Lutosław z Chrościechowa dopisał na końcu zaginionego w czasie II wojny światowej rękopisu wiersz:
Kapłanie, chcesz polepszyć dusze swej,
Nie mow często: „Piwa nalej!” –
Boć piwo jest dziwny olej,
więc z nich kłamają chłopi,
A rzekąc: „Szaleni są popi.”[26]
Z około 1448 r. pochodzi najstarszy zachowany do dzisiaj tekst w języku polskim ze słowem piwo[27] – Explicit hoc totum. Nieznany kopista dopisał po dziele Flawiusza Wegecjusza Renata „Epitoma institutorum rei militaris ad Theodosium imperatorem” czterowersowy kolofon, którego dwa ostatnie wersy brzmiały:
Dum bibo piwo stat mihi kolano krzywo[28]
Wierszyk ten powstał jednak już wcześniej, znalazł się na końcu innego dzieła – rękopisu zawierającego homilie z 1415 roku[29].
Przedstawiając historię piwa, autorzy opracowań zazwyczaj odnoszą się do piwa w szerokim znaczeniu, tj. napoju fermentowanego opartego na zbożowym surowcu. Piwo w tym znaczeniu pojawiło się na początku rewolucji neolitycznej. Choć najprawdopodobniej ludzie korzystali z fermentowanych produktów już w czasach paleolitu, to aby uwarzyć piwo, nieodzowna była dostępność[2]:
Zapewne warzenie fermentowanego napoju wymagało także uprzedniego opanowania pewnej wiedzy związanej z przechowywaniem i przerobem zbóż (jak kontrolowane kiełkowanie, rozdrabnianie). Powyższe warunki na szeroką skalę spełnione mogły być nie wcześniej niż ok. 5000 lat p.n.e.[2] Zdaniem Manfreda Heuna z Uniwersytetu Przyrodniczego w Oslo produkcja piwa mogła być głównym powodem, dla którego człowiek zaczął uprawiać pszenicę[31].
Właściwie przechowywane zboża mogły służyć jako surowiec do produkcji napojów przez cały rok, ale miały dwie duże wady: skrobia zawarta w zbożach musiała w jakiś sposób być przekształcona w fermentujące cukry, a następnie cukry te musiały być przefermentowane przez odpowiednie drożdże, które nie występują na powierzchni tych surowców. Oczywiście z tych mechanizmów nie zdawano sobie wówczas sprawy. Początkowo przekształcanie skrobi w cukry (słodowanie) było bardzo nieefektywne. Dodawano różne dodatkowe surowce zwiększające poziom cukrów jak soki owocowe czy miód, dodatki wprowadzające enzymy, drożdże przeprowadzające fermentację alkoholową, mikroorganizmy zakwaszające przeprowadzające fermentację mlekową. Sprawiało to, że napoje tego typu bardzo różniły się między sobą w zależności od uwarunkowań klimatycznych i kulturowych. Tego typu mieszane napoje popularne były zarówno w epoce hellenistycznej i dominacji rzymskiej, ale także w średniowieczu, i obecne są nadal w tradycji piwowarstwa belgijskiego (lambic)[2].
Wymiana towarów i coraz wyraźniejsze rozwarstwienie społeczeństwa na klasy sprzyjało rozwojowi pisma na terenie Mezopotamii (Sumerowie i następcy) oraz Egiptu (3300–3100 p.n.e.). O piwie można znaleźć wzmianki nawet w najwcześniejszych pisanych dokumentach, co świadczy o jego roli. W Eposie o Gilgameszu dzikus Enkidu jest cywilizowany przez kobietę, która uczy go jeść chleb i pić piwo – podstawy ówczesnej cywilizacji. W Hymnie do Ninkasi z ok. 1800 r. p.n.e. pojawiają się szczegóły procesu warzenia piwa. Piwo w starożytnym Egipcie, podobnie jak w Mezopotamii, odgrywało ważną rolę w praktykach religijnych i medycynie. Do wyrobu piwa był używany zwykle specjalny typ chleba lub zakwasu chlebowego będący źródłem drożdży i bakterii kwasu mlekowego[2].
Choć w większości społeczności piwo i wino występowało równocześnie, to jednak dominacja jednego z tych napojów mogła wyrażać pewną kulturową czy ideologiczną przynależność[2]. W związku ze zwiększaniem gęstości zaludnienia pojawiał się problem mikrobiologicznego zanieczyszczenia wody. Piwo natomiast dzięki gotowaniu i zawartości alkoholu było pod tym względem znacznie czystsze[32], poza tym było łatwo dostępne i tanie. Napoje alkoholowe mogły być stosowane jako stymulanty, środki do odurzania podczas rytuałów i w odróżnieniu od innych używek dostarczały też cennych kalorii[33]. W czasach hellenistycznych Ozyrys był odpowiednikiem Dionizosa, który miał nauczyć ludzi warzyć piwo. Grecy, a później Rzymianie, pili na ogół wino. Będąc otoczonymi przez wrogie nacje pijące piwo, picie wina zamiast piwa uznawali w efekcie za cechę odróżniającą ich od prymitywnych barbarzyńców[2].
Piwowarstwo rozwijały intensywnie plemiona celtyckie i germańskie[2] na północy Europy, gdzie chłodny klimat utrudniał rozwój winiarstwa[34]. Suszenie przemokniętych ziaren na wolnym powietrzu w tym klimacie prowadziło często do rozwoju pleśni, dlatego wprowadzono suszenie słodu w piecach. W średniowieczu tradycje piwowarskie rozwijały klasztory[2].
Uprawa chmielu oraz warzenie piwa były w owych czasach przywilejami dóbr klasztornych i jako pierwsze przemysłową produkcję piwa rozpoczęto w klasztorach. Za najstarszy klasztorny browar benedyktyński uważany jest szwajcarski Sankt Gallen. W okresie między VIII a XI w. do produkcji piwa włączyli się cystersi, którzy wprowadzili na szeroką skalę sprzedaż piwa klasztornego[35].
Pierwszy dowód użycia chmielu pochodzi z IX w.[2] Od X w. użycie chmielu jako przyprawy do piwa stopniowo rozprzestrzeniało się poza tereny Niemiec, wypierając inne stosowane do tej pory rośliny. W XV w. chmiel pojawił się na Wyspach Brytyjskich[34]. Choć dla Anglosasów początkowo słowa ale i beer stanowiły synonimy, lokalne społeczności wytworzyły z czasem rozróżnienie i zwykle ale oznaczało piwo niechmielone w przeciwieństwie do chmielonego beer[21]. Niechmielone piwa warzone były też w innych częściach świata, np. napój tella jest od wieków popularny w Etiopii[36].
W XVI w. w Bawarii wprowadzono Prawo Czystości (niem. Reinheitsgebot) pozwalające na warzenie piwa wyłącznie z użyciem słodu, chmielu i wody. Produkcję piwa ograniczono do okresu pomiędzy październikiem a marcem ze względu na duże ryzyko zepsucia piwa w ciepłych miesiącach[34]. Przemysłowa produkcja piwa została zapoczątkowana w Anglii w związku z opracowaniem receptury i dużą popularnością chmielonego porteru w XVIII w.[2][37] Po wojnach napoleońskich związku z liberalizacją przepisów handlowych, ujednoliceniem jednostek miar i preferencyjnym prawem podatkowym w Bawarii zaczęto warzyć piwo w skali przemysłowej na wzór angielski. Technologia produkcja piwa nie była jednak identyczna. Typowym bawarskim piwem było piwo dolnej fermentacji o ciemnobrązowej barwie (związanej ze stosunkowo wysoką temperaturą suszenia słodu) w przeciwieństwie do jaśniejszych angielskich piw górnej fermentacji jak ale czy porter[2][34]. W zacieraniu stosowano metodę dekokcji zamiast infuzji[34]. Obecność jaskiń u stóp Alp i dostępność lodu pozwalała na przechowywanie piwa w niskich temperaturach, podczas gdy dla zwiększenia trwałości piw w Anglii stosowano wyższe nachmielenie i dążono do wyższej zawartości alkoholu[34].
Bawarskie metody warzenia rozprzestrzeniały się stopniowo do innych części Europy. Pierwsze piwo dolnej fermentacji o słomkowej barwie, powstałe przy użyciu jasnych słodów suszonych w łagodniejszych warunkach zostało uwarzone w Pilźnie przez Bawarczyka Joseffa Grolla w 1842 r.[34] Piwo to szybko zyskało popularność i inne browary zaczęły naśladować pilzneński styl piwa. Na przełomie XIX i XX wieku produkcja piwa i jego spożycie stało się popularne również w innych częściach świata (w Azji, Ameryce). Wówczas w Europie miało miejsce ok. 80% światowej produkcji (obecnie ok. 35%)[2].
Zmiany w piwowarstwie następowały powoli, a liczne wojny skutecznie hamowały rozwój. Dopiero zapoczątkowany w XVIII w. postęp techniczny i rozwój gospodarczy przyniósł znaczne zmiany dla browarnictwa europejskiego. Istotną rolę odegrały tu odkrycia i wynalazki takie jak termometr alkoholowy skonstruowany przez René Antoine Ferchault de Réaumur, badania nad fermentacją Antoine Lavoisiera czy odkrycie kwasu węglowego (dwutlenku węgla). W roku 1862 Ludwik Pasteur przeprowadził udane testy nad konserwacją pożywienia poprzez obróbkę termiczną, w 1876 r. wydał swoją książkę Studium nad piwem, a 7 lat później Emil Christian Hansen – syn założyciela browaru Carlsberg w Kopenhadze swoje badania w laboratorium browaru zwieńczył uzyskaniem czystej kultury drożdży dolnej fermentacji, która na jego cześć nazwana została Saccharomyces carlsbergensis (syn. Saccharomyces pastorianus) i do dziś stanowi podstawę piw dolnej fermentacji[24].
W Rosji piwo nie było uznawane za alkohol do 1 stycznia 2013 roku[38].
Piwo na ziemiach polskich było znane na długo przed przybyciem Słowian w związku z obecnością Celtów i Germanów[39]. Obok miodu piwo było najstarszym napojem alkoholowym znanym Słowianom, które powszechnie pijano do posiłków, przy uroczystościach i spotkaniach[32]. Ponadto składano je bogom w ofierze[39]. Najdawniejszym rodzajem piwa był najprawdopodobniej kwas chlebowy, sporządzany przez moczenie chleba lub placka na zakwasie w przegotowanej wodzie z dodatkiem ziół[32].
Piwo w średniowieczu sporządzano z różnych zbóż, ale najpopularniejsze było piwo pszeniczne. Z piwa przyrządzano także zupy – piwną polewkę[39]. Jako pełnoprawne rzemiosło piwowarstwo rozwinęło się wraz z pojawieniem się karczm – instytucji życia towarzyskiego i gospodarczego[40]. Średniowieczni władcy, dostrzegając w piwie źródło bogactwa, zaczęli nadawać przywileje na warzenie i wyszynk piwa oraz nakładać stosowne podatki i regulować działalność piwowarską, określając np. warunki otrzymania tytułu mistrza piwowara. Z kolei rozwój miast i piwowarstwa świeckiego zaowocowały powstawaniem małych rynków lokalnych, wzmożoną konkurencją oraz organizowaniem się piwowarów i właścicieli browarów w cechy piwowarskie broniące interesów tej grupy zawodowej[24].
Browary dworskie, dzięki przywilejom i ulgom na przełomie XVI i XVII w. zaczęły wypierać browary miejskie i wiejskie, choć same nie reprezentowały one wysokiego poziomu sztuki browarniczej. Walczono też z partaczami, czyli browarnikami spoza cechu[41]. W XIX w. kosztem piwa nastąpił wzrost popularności gorzałki jako napoju alkoholowego[42].
Na ziemiach polskich pod zaborami piwowarstwo stało na dość niskim poziomie[43]. Na początku XIX w. polskie piwowarstwo nadal było przed rewolucją przemysłową, podczas gdy brytyjskie i niemieckie były unowocześnione. Między innymi stąd brała się popularność zachodniego piwa, zwłaszcza porteru[44]. Modernizacja postępowała przede wszystkim w zaborze pruskim i austriackim jako że w obu tych krajach powszechne było spożycie i produkcja piwa[43]. Dzięki nowym zamknięciom do butelek zastępującym zwykły korek (zamknięcia kabłąkowe z porcelanowym korkiem i uszczelką z 1875 r., kapsle z 1892 r.) nastąpiło upowszechnienie butelkowanego piwa i powstała możliwość jego długotrwałego przechowywania. Dominujące do tej pory beczki zmniejszyły udział w rynku – sporą niedogodnością był fakt, że po jej otwarciu trzeba było ją w dość krótkim czasie opróżnić[45]. Browary przemysłowe z XIX w. w związku z odkryciami natury drożdży i ekonomicznymi stratami związanymi z zanieczyszczeniami mikrobiologicznymi wprowadzały nowe standardy higieniczne. Powstawały przemysłowe budynki o ciekawej architekturze[46].
Pierwsza i druga wojna światowa przyniosły olbrzymie straty w mieniu i ludziach, brakowało fachowców. Przerwana została ciągłość działania polskiego piwowarstwa. W komunistycznej Polsce browary odbierano prawowitym, kompetentnym właścicielom i nacjonalizowano[47]. Jakość piwa w PRL-u była bardzo zróżnicowana. Browary nie zawsze mogły liczyć na surowce najwyższej jakości, produkowały głównie niepasteryzowane piwo, które łatwo się psuło w nieodpowiednich warunkach[48]. Brak prawdziwej konkurencji skutkował brakiem dbałości o wysokie standardy[49].
W związku z wprowadzeniem wolnego rynku w 1990 r. zaczęto proces prywatyzacji polskich browarów, nierzadko sprzedając zakłady za pieniądze znacznie mniejsze od prawdziwej wartości. Systematycznie rósł udział browarów z dominującym kapitałem zagranicznym (w 1996 r. – ok. 61%, w 1999 r. niemal 85%). Zagraniczne firmy, w przeciwieństwie do polskich, mogły korzystać z licznych zwolnień i ulg podatkowych. Dzięki ich inwestycjom polski przemysł browarniczy przeszedł skokową modernizację, automatyzację oraz optymalizację w organizacji i zarządzaniu, często nie odbiegając od zachodnich standardów. Pod koniec lat 90. polski rynek piwa zaczął się też konsolidować[50].
Podstawowymi surowcami do produkcji piwa są[51]:
Woda obok słodu z jęczmienia jest głównym surowcem stosowanym przy produkcji piwa. Wykorzystywana jest głównie w procesie zacierania, a w gotowym piwie zajmuje ok. 90% objętości. Całość zużycia wody, która w browarach stosowana jest ponadto do mycia i chłodzenia, waha się od 3,7 do 10,9 hl/hl piwa[52]. Większość browarów czerpie wodę z własnych ujęć[53].
Dla piwowarstwa najważniejszymi parametrami wody są jej twardość, szczególnie twardość węglanowa oraz alkaliczność resztkowa[52]. Na twardość wody składa się twardość przemijająca (węglanowa), spowodowana obecnością w wodzie wodorowęglanów, głównie wapnia i magnezu (które w wyniku gotowania przekształcają się w węglany i wytrącają), oraz twardość stała (niewęglanowa), którą wywołują głównie siarczany oraz chlorki wapnia i magnezu[53]. Twardość wody określana jest w piwowarstwie zwykle w stopniach niemieckich (°n). Twardość ogólna właściwie nie wpływa na jakość wody technologicznej (jeśli nie przekracza 30°n), ale bardzo istotny jest wzajemny stosunek twardości węglanowej i niewęglanowej[54], a rozpuszczone sole wpływają na procesy enzymatyczne i zjawiska koloidalne[53].
Drugim istotnym parametrem wody w piwowarstwie jest tzw. alkaliczność resztkowa podawana w stopniach niemieckich, czyli różnica właściwości alkalizujących anionów (HCO−
3) i właściwości zakwaszających kationów (głównie wapnia i magnezu, które reagując z fosforanami wypłukiwanymi ze słodu, wyzwalają protony[55]). Im wyższa alkaliczność resztkowa, tym wyższe pH zacieru i brzeczki. Z kolei im wyższa jest wartość pH zacieru, tym dłużej trwa proces filtrowania brzeczki przedniej, następuje silniejsze wyekstrahowanie związków garbnikowych z łuski słodu i z chmielu, skutkujące cierpką i nieprzyjemną goryczką w piwie[53].
Zawartość magnezu w wodzie wpływa ujemnie na goryczkę chmielową w piwie, powodując gorzki i nieprzyjemny smak. Zawartość żelaza powyżej 1 mg/dm³ ma negatywny wpływ na rozwój i aktywność drożdży[53], przyciemnia barwę piwa, może powodować zmętnienia w interakcji ze związkami fenolowymi i nadawać metaliczny posmak[56]. Kwas krzemowy i jego sole, w ilości powyżej 20 mg/dm³, hamują rozwój drożdży i obniżają stopień odfermentowania brzeczki. Azotany niekorzystnie wpływają na aktywność drożdży, ich zawartość nie powinna przekraczać 25 mg/dm³. Azotyny dopuszczalne są jedynie w ilościach śladowych[53].
W celu otrzymania wody o określonych parametrach browary dokonują często korekty składu chemicznego wody. Zmiany dotyczą najczęściej alkaliczności resztkowej, twardości węglanowej i niewęglanowej, odżelazienia i odtlenienia wody oraz poprawy jej cech smakowo-zapachowych. Korekta składu wody może wymagać takich procesów jak sedymentacja, flotacja, filtracja i sterylizacja[57].
Do produkcji niektórych stylów piwa używana jest woda o specyficznych parametrach, które wynikają z tradycji i czasów, kiedy nie były dostępne metody uzdatniania wody. Dlatego do piwa pilzeńskiego wymagana jest woda bardzo miękka, do monachijskiego – twarda, a do dortmundzkiego – bardzo twarda[58].
Jęczmień jest głównym surowcem do produkcji piwa – dostarcza skrobi, która później jest przetwarzana na cukry fermentujące, a poza tym ma plewkę (łuskę) przyrośniętą na stałe do ziarna (która nie odpada w czasie kolejnych procesów technologicznych), dzięki czemu może posłużyć na późniejszym etapie jako złoże filtracyjne[59]. W ziarnie jęczmienia brakuje jednak aktywnych enzymów koniecznych do rozkładu skrobi i białka. Aby uzyskać odpowiednią barwę i walory smakowo-zapachowe, pozyskać ekstrakt, jęczmień musi ulec rozluźnieniu dzięki kontrolowanemu kiełkowaniu zwanemu słodowaniem[60].
Jako jęczmienia browarnego najczęściej używa się odmian dwurzędowych jarych. W porównaniu z jęczmieniem sześciorzędowym odmiana dwurzędowa ma grubsze ziarno o wyrównanej wielkości i bardziej symetrycznym kształcie[59], niższą zawartość białka i wyższą ekstraktywność. Do oceny jakości jęczmienia bierze się pod uwagę cechy organoleptyczne (pożądane są symetryczne, krótkie i grube ziarna, bez plam i obcych zapachów), cechy fizyczne i fizjologiczne (wyrównanie ziarna, energia kiełkowania, żywotność ziarna) oraz cechy chemiczne (wilgotność, zawartość białka, ekstraktywność)[61]. Jęczmień bezpośrednio po zbiorach nie nadaje się do słodowania ze względu na niepełną dojrzałość fizjologiczną, a zarazem niską energię kiełkowania, dlatego w celu zwiększenia jego przydatności słodowniczej magazynowany jest przez 6–8 tygodni[62].
Chmiel stosowany jest w piwie w niewielkich ilościach jako rodzaj przyprawy. Zawiera żywice nadające szlachetną goryczkę i olejki eteryczne nadające aromat[63]. Ze względu na ich zawartość odmiany chmielu dzieli się tradycyjnie na odmiany goryczkowe i aromatyczne, choć istnieją również odmiany o dużej zawartości obu tych składników[64].
Chmiel zwyczajny (Humulus lupulus) to roślina pnąca z rodziny konopiowatych. W piwowarstwie stosuje się go przede wszystkim dla nadania przyjemnej i szlachetnej goryczki oraz specyficznego aromatu, a poza tym korzystnie wpływa na trwałość piwa ze względu na właściwości antyseptyczne. Z rośliny tej w piwowarstwie wykorzystuje się wyłącznie szyszki (kwiatostany) żeńskie, co najczęściej wymaga usunięcia z plantacji osobników męskich, aby zapobiec zapłodnieniu i powstaniu oleistych nasion. W szyszkach znajduje się lupulina o barwie żółtej zawierająca substancje goryczkowe i aromatyczne. Zbiór szyszek chmielowych odbywa się w Polsce między sierpniem a wrześniem[65].
Przy zbiorze chmielu oddziela się szyszki chmielowe od pnączy i zanieczyszczeń. Takie szyszki są nietrwałym produktem, dlatego poddaje się je suszeniu, zmniejszając zawartość wody z ok. 80% do ok. 10% i przechowuje w niskiej temperaturze. Wysuszone szyszki mogą być sprzedawane w całości, ale ze względu na spore rozmiary takiego produktu i nieefektywną ekstrakcję przetwarza się poprzez sprasowanie. Taki chmiel może mieć postać cylindrycznych czopów lub po sproszkowaniu tworzyć granulaty (pellety). Składniki chmielu można też od razu wyekstrahować z granulatów lub sproszkowanego chmielu, używając np. ciekłego CO
2[66].
Żywice chmielowe (wśród nich najważniejsze alfa-kwasy), muszą być poddane gotowaniu, aby ulec izomeryzacji umożliwiającej rozpuszczenie ich i nadanie goryczki[67]. Dlatego też chmiel sypie się do gotującej się brzeczki. Dostępne są również gotowe, wcześniej zizomeryzowane ekstrakty. Mogą one dodatkowo zostać chemiczne zredukowane, dzięki czemu finalnie w piwie nie ma tendencji do tworzenia się nieprzyjemnego, „skunksowego” aromatu pod wpływem wystawienia na działanie światła słonecznego[66].
Olejki eteryczne chmielu nadające piwu specyficzny aromat są lotne i odparowują podczas procesu gotowania, więc część chmielu można dodawać do stygnącej brzeczki, do piwa (tj. po fermentacji burzliwej, tzw. chmielenie na zimno), a nawet przy wyszynku[64]. Poza tym chmiel zawiera garbniki (polifenole) o ściągającym smaku, które tworzą kompleksy z białkami i wytrącają się[67].
Na świecie uprawia się ok. 50 000 ha chmielu (dokładna wielkość areału dość istotnie zależy od sytuacji ekonomiczno-rynkowej). Jego głównym odbiorcą jest branża piwowarska. W produkcji chmielu dominują dwa kraje – Niemcy (powierzchnia upraw w 2015 wynosiła 17 847 ha) i USA (17 801 ha), produkując łącznie 64 500 t szyszek, tj. 74% światowej produkcji. Poza tym do dużych producentów chmielu należą: Czechy (4 617 ha), Chiny (2 543 ha), Polska (1 424 ha) i Słowenia (1 403 ha). Obserwuje się tendencję zmniejszania areału upraw odmian goryczkowych na rzecz aromatycznych. Na zmiany na rynku chmielu wywiera wpływ dynamiczny rozwój browarów rzemieślniczych na świecie, które stosują nawet 10-krotnie większe dawki chmielu, głównie odmian aromatycznych o unikatowych nutach zapachowych[68].
W roku 2015 spośród odmian goryczkowych najbardziej popularne w Polsce są odmiany ‘Magnum’ (495,5 ha) i ‘Marynka’ (294,5 ha), a spośród odmian aromatycznych – odmiana ‘Lubelski’ (383,8 ha)[68]. W Czechach najbardziej znany jest chmiel 'Żatecki' (Saaz) i ‘Premiant’, w Niemczech ‘Tettnanger’ i ‘Hallertau’, w Anglii ‘Fuggle’ i ‘East Kent Goldings’, a w USA ‘Simcoe’, ‘Citra’, ‘Amarillo’ i ‘Cascade’[69].
Drożdże dodawane są do brzeczki w celu przeprowadzenia fermentacji alkoholowej. Z obecnych w brzeczce cukrów w wyniku ich działalności powstaje alkohol etylowy i dwutlenek węgla oraz produkty uboczne fermentacji, które nadają piwu odpowiedni smak i zapach. Smak i zapach zależą w dużym stopniu od zastosowanego szczepu drożdży, ich stanu fizjologicznego, składu chemicznego brzeczki i warunków fermentacji[70]. W piwowarstwie stosuje się głównie drożdże z rodzaju Saccharomyces. Drożdże piwowarskie można podzielić na szczepy fermentacji górnej (Saccharomyces cerevisiae) oraz fermentacji dolnej (Saccharomyces pastorianus stanowiącego krzyżówkę międzygatunkową pomiędzy S. cerevisiae a S. eubayanus)[71].
Drożdże dolnej fermentacji przystosowane są do niższych temperatur (5–10 °C)[54] i tworzą warstwę na dnie fermentora[72]. Brzeczka zarówno fermentuje, jak i leżakuje w niskich temperaturach, co powoduje dłuższe dojrzewanie piwa, większą trwałość, jak również większe niż w piwach górnej fermentacji wydzielanie się dwutlenku węgla, a tym samym bardziej orzeźwiający smak[73].
Drożdże fermentacji dolnej w zależności od zdolności flokulacji dzielą się na drożdże kłaczkujące i pyliste. Drożdże kłaczkujące w krótkim czasie osiadają na dnie, łącząc się w duże grupy komórek o wyglądzie kłaczków. Drożdże pyliste utrzymują się dłużej zawieszone w fermentującej brzeczce zanim opadną na dno[72].
Drożdże górnej fermentacji fermentują w temperaturach wyższych (15–25 °C), a podczas burzliwej fazy fermentacji zbierają się na powierzchni brzeczki, w pianie, tworząc kożuch[74]. Przy samym końcu fermentacji również osiadają na dno podobnie jak drożdże fermentacji dolnej, ale w porównaniu z nimi dzieje się to znacznie później. Nie mają zdolności tworzenia kłaczków[72].
Drożdże kłaczkujące dają piwo klarowne, niezbyt wysoko odfermentowane. Drożdże pyliste i drożdże górnej fermentacji pozwalają uzyskać wyższy stopień odfermentowania, a piwo powstałe przez ich działalność jest mniej klarowne[72]. Drożdże fermentacji górnej tworzą więcej ubocznych produktów fermentacji, głównie wyższych alkoholi i estrów[75].
Drożdże o odpowiednich cechach namnaża się w jałowych brzeczkach, w zbiornikach o wzrastającej objętości, aż do osiągnięcia ilości potrzebnej do nastawienia fermentacji. Proces ten nazywa się propagacją drożdży i wymaga dobrego natlenienia brzeczki, a także odpowiedniej zawartości związków odżywczych[76]. Browary mogą wielokrotnie wykorzystać drożdże zebrane z naczyń fermentacyjnych[77], ale ze względu na możliwe zanieczyszczenie i możliwą niestabilność genetyczną, współcześnie większość browarów zawraca drożdże nie więcej niż 5–20 razy[78]. Czyste kultury drożdży pozyskuje się z materiału izolowanego z fazy burzliwej fermentacji (wysokich krążków)[76], można je również zakupić, np. w postaci skosów agarowych[77] czy w postaci liofilizowanej (suszonej)[79].
Choć większość piw sprzedaje się bez zawartości drożdży, istnieją piwa w sprzedaży zawierające żywe, aktywne komórki drożdży[79].
Poza podstawowymi surowcami stosowane są często surowce niesłodowane – szacuje się, że 85–90% piw na świecie produkowanych jest z ich wykorzystaniem[80]. Surowce niesłodowane uzupełniają zawartość węglowodanów[51], zastępując słód (w Europie zwykle ich ilość w zasypie mieści się w granicach 10–30%), obniżają koszty produkcji, zmieniają skład chemiczny brzeczki (przekłada się to również zmiany w metabolizmie drożdży), co wywołuje odmienne cechy organoleptyczne gotowego piwa[80], zwłaszcza wyższą zawartość etanolu[81].
Do surowców tych należą zboża takie jak jęczmień, pszenica, kukurydza, owies, ryż, sorgo[80] (w postaci płatków, mąki, grysu), syropy (uzyskane poprzez hydrolizę skrobi zbóż), cukry (sacharoza, cukier inwertowany)[51]. Zboża, jako że zawierają skrobię, po rozdrobnieniu dodawane są podczas zacierania w celu rozkładu na cukry. Wymaga to dostosowania parametrów zacierania, często również dodatku egzogennych enzymów dla wydajniejszego pozyskania ekstraktu, a nawet osobnego kleikowania. Syropy i cukry dodawane są natomiast na późniejszym etapie, podczas gotowania brzeczki. Dzięki nim można znacznie podwyższyć poziom ekstraktu w brzeczce, co ułatwia warzenie metodą HGB[80].
Głównym składnikiem piwa, podobnie jak i whisky, jest słód, który poddawany jest fermentacji. Użycie słodu odróżnia piwo od wina, które produkowane jest z soku winogron lub innych owoców. Natomiast to, co odróżnia piwo od wódki, która również może powstawać ze zboża, jest przede wszystkim technologia produkcji wykorzystująca w przypadku wódki proces destylacji. Dla piwa charakterystyczny jest także proces gotowania (warzenia) brzeczki.
Podstawowymi etapami produkcji piwa są zacieranie, filtracja zacieru, gotowanie brzeczki (warzenie), fermentacja, dojrzewanie piwa, filtracja oraz rozlew[82].
Nie istnieje jedna receptura produkcji piwa, a każdy gatunek piwa czy jego odmiana wymaga innego postępowania. Dużą rolę odgrywają używane surowce i sprzęt jakim dysponuje browar. Historia piwowarstwa liczy tysiące lat i wykorzystuje wiedzę wielu pokoleń piwowarów tworzących tradycyjne podstawy warzenia piwa, swoisty kunszt piwowarski. Z jednej strony tradycje te mają wielki wpływ na to, jak współcześnie wygląda produkcja piwa, np. nie produkuje się piwa bezpośrednio z jęczmienia (zupełnie bez słodu), wykorzystując preparaty enzymatyczne, choć jest to technologicznie możliwe. Z drugiej strony nowe technologie i większa wiedza naukowa doprowadziły do zrewidowania wielu tradycyjnych procesów[83].
Produkcja piwa składa się z następujących etapów:
Podstawowym surowcem do produkcji słodu jest wysiewany w okresie wiosennym dwurzędowy jęczmień jary, który w słodowni poddawany jest procesowi słodowania[59]. W wyniku słodowania powstaje słód browarny, czyli ziarno jęczmienia poddane kiełkowaniu do określonego stadium, a następnie wysuszone[84].
Słodowanie ma na celu uaktywnienie zjawisk fizjologicznych i fizykochemicznych, które towarzyszą kiełkowaniu ziaren, przede wszystkim wytworzenie w ziarnach maksymalnej ilości enzymów amylolitycznych, proteolitycznych i celulolitycznych oraz uzyskanie odpowiedniego rozluźnienia struktury wewnętrznej ziarna[85]. Słód produkuje się obecnie niemal wyłącznie w wielkich słodowniach zaopatrujących rynek, podczas gdy niegdyś browary same produkowały słód na własne potrzeby, a piwowarzy byli jednocześnie słodownikami[86].
Proces produkcji słodu obejmuje sześć faz[85]:
Jęczmień świeżo zebrany jest magazynowany, a następnie czyszczony i sortowany pod kątem ciężaru właściwego, długości i grubości. Do tego celu służą wialnie, tryjery i sortowniki[87].
Następny etap produkcji słodu – moczenie jęczmienia odbywa się przez ok. 3 dni, a jego celem jest stworzenie odpowiednich warunków dla rozwoju zarodków ziaren oraz kiełka liścieniowego i korzonkowego, które zapoczątkowują aktywność enzymów i zmiany biochemiczne. W trakcie moczenia objętość ziarna wzrasta o ok. 45%, następuje pęcznienie takich składników jak białka, skrobia i celuloza, zmienia się barwa jęczmienia ze słomkowej na brązową i następuje usunięcie z ziarna niekorzystnych substancji goryczkowych, garbnikowych, polifenoli i.in., które mogłyby ujemnie wpłynąć na smak końcowy piwa[88].
Kiełkowanie jęczmienia trwa ok. 7 dni. Przemiany fizjologiczne polegają na rozwoju kiełka liścieniowego i korzonkowego w zarodku. Zarodek wytwarza kwas giberelinowy, który stymuluje wytwarzanie enzymów celulolitycznych, proteolitycznych i amylolitycznych w warstwie aleuronowej. Enzymy te umożliwiają rozluźnienie, powodują rozkład skrobi, białek i innych związków[89]. W celu ograniczenia strat, pożądane jest, by rozwój kiełków ograniczyć do minimum[90] i otrzymać jak największą ilość aktywnych enzymów. Z tego powodu kiełkowanie przebiega w niskich temperaturach do 16 °C, po osiągnięciu odpowiedniego stopnia namoczenia, przy obecności tlenu. Pod koniec kiełkowania dopuszczalne jest zwiększenie temperatury do 20 °C[89], co wzmaga działanie enzymów, jednocześnie ze względu na nagromadzony CO
2 zarodek ulega zwiędnięciu[91]. Kiełkowanie umożliwia wydobycie substancji nagromadzonych w ziarnie słodowym na etapie zacierania, które pod wpływem działania enzymów stają się rozpuszczalne[92]. Słody jasne typu pilzneńskiego wymagają jęczmienia słabo wyrośniętego, rosnącego w warunkach chłodnych, natomiast słody ciemne typu monachijskiego powinny być produkowane z jęczmienia zawierającego więcej białka, o wyższej aktywności enzymów, a tym samym winny być poddane dłuższemu procesowi kiełkowania[93].
Suszenie mokrego słodu trwa do 2 dni. Jego celem jest całkowity zanik funkcji życiowych zarodka, czyli przerwanie kiełkowania i oddychania, zmniejszenie zawartości wody (z ponad 40% do poniżej 5%), wstrz