Как хмель обеззараживает пиво?

Эта статья о том, как хмель предотвращает заражение пива бактериями. Если кратко отвечать на этот вопрос, то альфа-кислота, содержащаяся в хмеле, нарушает нормальное функционирование клетки бактерии. Поэтому чем выше содержание альфа-кислоты (а значит и показатель горечи пива IBU, который определяется ее количеством), тем пиво устойчивее к заражению бактериями.

Изомеризация альфа-кислот — единственный путь к победе над бактериями в сусле

Сами по себе альфа-кислоты плохо растворяются в пиве: их можно сравнить с растительным маслом, плавающим на поверхности жидкости. Это значит, что они не распределяются по всему суслу, контакт с бактериями минимален и они неэффективно защищают пиво от заражения.

Указанная выше проблема решается просто — сусло нужно прокипятить. При нагревании колебания молекул становятся более интенсивными. Они чаще и сильнее ударяются друг о друга. Соударения с другими молекулами приводят к изменению угла одной из химических связей альфа-киcлот. Это называется изомеризация: молекула состоит абсолютно из тех же атомов, формула остается той же, но форма её изменяется.
Так при кипячении альфа-кислоты превращаются в изо-альфа-кислоты. (IBU на самом деле измеряет количество изо-альфа-кислот). Они растворяются в пиве гораздо лучше. Это приводит к большему контакту кислот с бактериями — именно то, что нам нужно. К тому же они более горькие по сравнению с альфа-кислотами.

Обычно один час кипячения приводит к изомеризации около 30% альфа-кислот, то есть продуктивноcть изомеризации не очень высока. Сильный нагрев в течение продолжительного времени приводит к образованию большего числа изо-альфа-кислот. Кипячение самый эффективный способ изомеризации в данном случае.

Молекула гумулона

С какими бактериями хмель может справиться, а с какими — нет?

Как известно, бактерии делятся на грамположительные и грамотрицательные. Грамотрицательные бактерии имеют такую структуру стенки клетки, которая позволяет им не пропускать альфа-кислоты внутрь. Таким образом, альфа-кислоты неэффективно противодействуют грамотрицательным бактериям.

А что происходит с грамположительными? Это уже интереснее: хмель заставляет такие бактерии голодать. Они получают меньше питательных веществ и поэтому не могут размножаться. Расскажем, как это происходит.

Чтобы обеспечить свою жизнедеятельность, бактерия для втягивания питательных веществ внутрь клеток использует механизм, называемый «протондвижущая сила». Этот механизм работает за счёт разницы электрического заряда и разности pH внутри клетки и снаружи. Так, бактерия для переноса питательных веществ внутрь клетки использует комбинацию этих двух сил.

Принцип действия протондвижущей силы. На внешней поверхности клетки сосредоточены протоны. Небольшой «шлюз» с левой стороны выталкивает протоны из клетки с помощью «трансмембранного протонного градиента», который является составляющей протондвижущей силы.

Клетка бактерии не устойчивая к хмелю

Альфа-кислота вмешивается в жизнь бактерии, проникая внутрь сквозь стенки клеток. (Hop-H на рисунке). Более высокий pH внутри клетки приводит к распаду кислоты на более мелкие молекулы (Hop^– и H⁺). Две из этих более мелких молекул (Hop^–) захватывают свободные ионы (электрически заряженные молекулы Mn²⁺) внутри бактерии и покидают клетку в виде молекулы Hop-Mn-Hop. Но внутри клетки остаются другие составляющие альфа-кислоты (H⁺). Однако молекулы хмеля оставляют слишком много протонов внутри клетки (H⁺) и протондвижущая сила слабеет. В итоге клетка слабеет и теряет возможность размножаться.

Бактериальная природа кислоты в пиве

Интересно, что бактерии, которые добавляют пиву кислинку, в большинстве своем грамположительные. Однако теперь мы знаем, что они не выносят присутствие хмеля. Как могла сложиться такая ситуация?

Оказывается, некоторые виды молочно-кислых бактерий развили устойчивость к хмелю. Но даже в пределах этих видов не все штаммы имеют такую защиту. Исключение — Lactobacillus lindneri, все штаммы протестированы, и они устойчивы к хмелю.

Устойчивость к хмелю проявляется в двух аспектах:

1. значительно увеличено число ионов водорода на внешней стороне клетки (H⁺ в левой части схемы клетки);
2. бактерии научились вытеснять вещества хмеля (в нижней части схемы клетки).

Клетка бактерии устойчивая к хмелю

Благодаря этим аспектам клетка эффективно очищается и сохраняет силу, с помощью которой бактерия получает питательные вещества.