Процесс производства пива: история и химия брожения

Введение

Процесс производства пива
варение пива
2=химические детали превращения сахаров в этанол путем ферментации

Варение пива – это производство пива путем замачивания источника крахмала (обычно зерновых, наиболее популярным из которых является ячмень) в воде и сбраживания полученной сладкой жидкости с помощью дрожжей. Это может осуществляться на пивоварне профессиональным пивоваром, дома – домашним пивоваром, или общиной. Варение пива началось примерно в 6-м тысячелетии до нашей эры, и археологические свидетельства указывают на то, что развивающиеся цивилизации, включая Древний Египет, с XIX века пивоваренная промышленность является частью большинства западных экономик. Основными ингредиентами пива являются вода и сбраживаемый источник крахмала, такой как солодовый ячмень. Большинство пива сбраживается пивоваренными дрожжами и ароматизируется хмелем. Варение пива началось примерно в 6 тысячелетии до нашей эры, и археологические свидетельства указывают на то, что в развивающихся цивилизациях, включая Китай, Древний Египет и Месопотамию, пиво варили. Описания различных рецептов пива можно найти в клинописи (самой древней известной письменности) из Древней Месопотамии. В Месопотамии ремесло пивовара было единственной профессией, которая получала социальное одобрение и божественную защиту от женских божеств, в частности: Нинкаси, покровительствовавшей производством пива, Сирис, которая использовалась как метонимия для обозначения пива, и Сидури, покровительствовавшей наслаждением пивом. Поскольку почти любая злаковая культура, содержащая определенные сахара, может подвергаться спонтанному брожению из-за диких дрожжей в воздухе, возможно, напитки, подобные пиву, независимо возникали по всему миру вскоре после того, как племена или культуры одомашнили злаки. Химический анализ древних глиняных сосудов показывает, что пиво производилось еще около 7000 лет назад на территории современного Ирана. Это открытие демонстрирует одно из самых ранних известных применений ферментации и является самым ранним свидетельством варения пива на сегодняшний день. В Месопотамии считается, что самым старым свидетельством пива является 6000-летняя шумерская табличка, изображающая людей, пьющих напиток через тростниковые соломинки из общей чаши. В шумерском гимне, написанном 3900 лет назад в честь Нинкаси, богини-покровительницы пивоварения, содержится самый старый сохранившийся рецепт пива, описывающий производство пива из ячменя через хлеб. Изобретение хлеба и пива, как утверждается, способствовало развитию технологий и строительству цивилизации. Самое древнее химически подтвержденное ячменное пиво на сегодняшний день было обнаружено в Годин-Тепе в центральных горах Загроса в Иране, где фрагменты кувшина, возраст которого составляет не менее 5000 лет, были покрыты пивным камнем – побочным продуктом процесса пивоварения. Пиво, возможно, было известно в неолитической Европе еще 5000 лет назад и в основном варилось в домашних условиях. Эль, производившийся до промышленной революции, продолжал производиться и продаваться в домашних условиях, хотя к VII веку нашей эры пиво также производилось и продавалось европейскими монастырями. Во время промышленной революции производство пива перешло от ремесленного к промышленному, и домашнее производство утратило значимость к концу XIX века. Разработка гидрометров и термометров изменила пивоварение, предоставив пивовару больший контроль над процессом и более глубокое понимание результатов. Сегодня пивоваренная промышленность – это глобальный бизнес, состоящий из нескольких доминирующих транснациональных компаний и многих тысяч мелких производителей, от пивоваренных ресторанов до региональных пивоварен.

Brewing is the production of beer by steeping a starch source (commonly cereal grains, the most popular of which is barley) in water and fermenting the resulting sweet liquid with yeast. It may be done in a brewery by a commercial brewer, at home by a homebrewer, or communally. Brewing has taken place since around the 6th millennium BC, and archaeological evidence suggests that emerging civilizations, including ancient Egypt, Since the nineteenth century the brewing industry has been part of most western economies. The basic ingredients of beer are water and a fermentable starch source such as malted barley. Most beer is fermented with a brewer's yeast and flavoured with hops.]] Brewing has taken place since around the 6th millennium BC, and archaeological evidence suggests emerging civilizations including China, ancient Egypt, and Mesopotamia brewed beer. Descriptions of various beer recipes can be found in cuneiform (the oldest known writing) from ancient Mesopotamia. In Mesopotamia the brewer's craft was the only profession which derived social sanction and divine protection from female deities/goddesses, specifically: Ninkasi, who covered the production of beer, Siris, who was used in a metonymic way to refer to beer, and Siduri, who covered the enjoyment of beer. As almost any cereal containing certain sugars can undergo spontaneous fermentation due to wild yeasts in the air, it is possible that beer like beverages were independently developed throughout the world soon after a tribe or culture had domesticated cereal. Chemical tests of ancient pottery jars reveal that beer was produced as far back as about 7,000 years ago in what is today Iran. This discovery reveals one of the earliest known uses of fermentation and is the earliest evidence of brewing to date. In Mesopotamia, the oldest evidence of beer is believed to be a 6,000 year old Sumerian tablet depicting people drinking a beverage through reed straws from a communal bowl. A 3900 year old Sumerian poem honouring Ninkasi, the patron goddess of brewing, contains the oldest surviving beer recipe, describing the production of beer from barley via bread. The invention of bread and beer has been argued to be responsible for humanity's ability to develop technology and build civilization. The earliest chemically confirmed barley beer to date was discovered at Godin Tepe in the central Zagros Mountains of Iran, where fragments of a jug, at least 5,000 years old was found to be coated with beerstone, a by product of the brewing process. Beer may have been known in Neolithic Europe as far back as 5,000 years ago, and was mainly brewed on a domestic scale. Ale produced before the Industrial Revolution continued to be made and sold on a domestic scale, although by the 7th century AD beer was also being produced and sold by European monasteries. During the Industrial Revolution, the production of beer moved from artisanal manufacture to industrial manufacture, and domestic manufacture ceased to be significant by the end of the 19th century. The development of hydrometers and thermometers changed brewing by allowing the brewer more control of the process, and greater knowledge of the results. Today, the brewing industry is a global business, consisting of several dominant multinational companies and many thousands of smaller producers ranging from brewpubs to regional breweries.

Процесс заваривания

В процессе пивоварения происходит несколько этапов, которые могут включать в себя замачивание, затирание, фильтрацию затора, кипячение, брожение, созревание, фильтрацию и розлив. Оборудование для пивоварения со временем становилось все более сложным и теперь охватывает большинство аспектов процесса пивоварения. Замачивание – это процесс подготовки ячменного зерна к пивоварению. Замачивание состоит из трех этапов, чтобы способствовать высвобождению крахмала из ячменя. Сначала зерно добавляют в емкость с водой и оставляют на 40 часов для замачивания. Во время проращивания зерно распределяют по полу в проращиваемой камере примерно на 5 дней. После завершения сушки зерно называют солодом, и его измельчают или дробят, чтобы разрушить зерна и обнажить семядоли, которые содержат большую часть углеводов и сахаров; это облегчает извлечение сахаров во время затирания. Затирание преобразует крахмал, высвобожденный на этапе замачивания, в сахара, которые можно сбраживать. Измельченное зерно смешивают с горячей водой в большом сосуде, известном как заторный чан. В этом сосуде зерно и вода смешиваются для образования зерновой затиры. Во время затирания, естественным образом присутствующие в солоде ферменты преобразуют крахмал (длинноцепочечные углеводы) в зерне в более мелкие молекулы или простые сахара (моно-, ди- и трисахариды). Этот процесс "превращения" называется осахариванием, которое происходит при определенных температурах. Результатом процесса затирания является жидкость, богатая сахаром, или "сусло", которое затем фильтруется через дно заторного чана в процессе, известном как фильтрация затора. Перед фильтрацией затора температуру затора можно повысить примерно до (известный как маш-аут), чтобы высвободить больше крахмала и снизить вязкость затора. Дополнительную воду можно распылить на зерно для извлечения дополнительных сахаров (процесс, известный как ошпаривание). Сусло перекачивают в большой резервуар, известный как "варка" или котел, где его кипятят с хмелем и иногда другими ингредиентами, такими как травы или сахара. На этом этапе происходит множество химических реакций, и принимаются важные решения о вкусе, цвете и аромате пива. Процесс кипячения служит для прекращения ферментативных процессов, осаждения белков, изомеризации хмелевых смол, концентрирования и стерилизации сусла. Хмель придает пиву вкус, аромат и горечь. В конце кипячения сусло отстаивается для осветления в сосуде, называемом "гидроциклон", где более твердые частицы отделяются от сусла. После гидроциклона сусло отделяют от осевшего хмеля и быстро охлаждают с помощью теплообменника до температуры, при которой можно добавить дрожжи. На пивоварнях используются различные конструкции теплообменников, наиболее распространенным является пластинчатый. Вода или гликоль циркулируют в каналах в направлении, противоположном суслу, вызывая быстрое падение температуры. Очень важно быстро охладить сусло до уровня, при котором дрожжи можно безопасно добавить, поскольку дрожжи не могут расти при очень высоких температурах и начинают погибать при температурах выше. После прохождения через теплообменник охлажденное сусло поступает в ферментационный танк. Выбирается определенный вид дрожжей и добавляется, или "забраживается", в ферментационный танк. или осветляется в бочке.

There are several steps in the brewing process, which may include malting, mashing, lautering, boiling, fermenting, conditioning, filtering, and packaging. The brewing equipment needed to make beer has grown more sophisticated over time, and now covers most aspects of the brewing process. Malting is the process where barley grain is made ready for brewing. Malting is broken down into three steps in order to help to release the starches in the barley. First, during steeping, the grain is added to a vat with water and allowed to soak for approximately 40 hours. During germination, the grain is spread out on the floor of the germination room for around 5 days. When kilning is complete, the grains are now termed malt, and they will be milled or crushed to break apart the kernels and expose the cotyledon, which contains the majority of the carbohydrates and sugars; this makes it easier to extract the sugars during mashing. Mashing converts the starches released during the malting stage into sugars that can be fermented. The milled grain is mixed with hot water in a large vessel known as a mash tun. In this vessel, the grain and water are mixed together to create a cereal mash. During the mash, naturally occurring enzymes present in the malt convert the starches (long chain carbohydrates) in the grain into smaller molecules or simple sugars (mono , di , and tri saccharides). This "conversion" is called saccharification which occurs between the temperatures The result of the mashing process is a sugar rich liquid or "wort", which is then strained through the bottom of the mash tun in a process known as lautering. Prior to lautering, the mash temperature may be raised to about (known as a mashout) to free up more starch and reduce mash viscosity. Additional water may be sprinkled on the grains to extract additional sugars (a process known as sparging). The wort is moved into a large tank known as a "copper" or kettle where it is boiled with hops and sometimes other ingredients such as herbs or sugars. This stage is where many chemical reactions take place, and where important decisions about the flavour, colour, and aroma of the beer are made. The boiling process serves to terminate enzymatic processes, precipitate proteins, isomerize hop resins, and concentrate and sterilize the wort. Hops add flavour, aroma and bitterness to the beer. At the end of the boil, the hopped wort settles to clarify in a vessel called a "whirlpool", where the more solid particles in the wort are separated out. After the whirlpool, the wort is drawn away from the compacted hop trub, and rapidly cooled via a heat exchanger to a temperature where yeast can be added. A variety of heat exchanger designs are used in breweries, with the most common a plate style. Water or glycol run in channels in the opposite direction of the wort, causing a rapid drop in temperature. It is very important to quickly cool the wort to a level where yeast can be added safely as yeast is unable to grow in very high temperatures, and will start to die in temperatures above After the wort goes through the heat exchanger, the cooled wort goes into a fermentation tank. A type of yeast is selected and added, or "pitched", to the fermentation tank. or fined in the cask.

Маширование

Маширование – это процесс смешивания смеси измельченного зерна (обычно солодового ячменя с дополнительными зернами, такими как кукуруза, сорго, рожь или пшеница), известной как "гриста" или "зерновой состав", и воды, известной как "сусло", с последующим нагревом этой смеси в сосуде, называемом "машированный чан". Маширование является формой замачивания и определяет суть процесса пивоварения, как, например, при приготовлении чая, саке и соевого соуса. Технически, вино, сидр и медовуха не завариваются, а винифицируются, поскольку отсутствует процесс замачивания с участием твердых веществ. Маширование позволяет ферментам в солоде расщеплять крахмал в зерне на сахара, обычно мальтозу, для создания солодового сусла. Существует два основных метода: инфузионное маширование, при котором зерно нагревается в одном сосуде, и отварное маширование, при котором часть зерна кипятится, а затем возвращается в сусло, повышая температуру. Маширование включает в себя выдержки при определенных температурах (в частности), и происходит в "машированном чане" – изолированном пивоваренном сосуде с ложным дном. Конечным продуктом маширования является "сусло". Обычно маширование занимает от 1 до 2 часов, и в течение этого времени различные температурные выдержки активируют различные ферменты в зависимости от типа используемого солода, его степени модификации и целей пивовара. Активность этих ферментов преобразует крахмал зерна в декстрины, а затем в сбраживаемые сахара, такие как мальтоза. Выдержка сусла активирует различные протеазы, которые расщепляют белки, которые в противном случае могли бы сделать пиво мутным. Эта выдержка обычно используется только с недостаточно модифицированными (т.е. недостаточно осветленными) солодами, которые становятся все менее популярными в Германии и Чехии, или с неосоложенными зернами, такими как кукуруза и рис, которые широко используются в североамериканском пиве. Выдержка сусла при активирует β-глюканазу, которая расщепляет клейкие β-глюканы в сусле, облегчая высвобождение сахаров на более поздних этапах процесса. В современном процессе маширования в качестве добавки может быть добавлена коммерческая β-глюканаза на основе грибов. Наконец, температура выдержки сусла используется для преобразования крахмала в солоде в сахар, который затем может быть использован дрожжами на более поздних этапах пивоварения. Проведение последней выдержки в нижнем диапазоне температур благоприятствует ферментам β-амилазы, производящим сахара более низкого порядка, такие как мальтотриоза, мальтоза и глюкоза, которые более легко сбраживаются дрожжами. Это, в свою очередь, создает пиво с меньшей плотностью и более высоким содержанием алкоголя. Выдержка ближе к верхней границе диапазона благоприятствует ферментам α-амилазы, производящим больше сахаров и декстринов более высокого порядка, которые менее сбраживаются дрожжами, в результате чего получается более плотное пиво с меньшим содержанием алкоголя. Продолжительность и изменения pH также влияют на состав сахаров в полученном сусле.

Mashing is the process of combining a mix of milled grain (typically malted barley with supplementary grains such as corn, sorghum, rye or wheat), known as the "grist" or "grain bill", and water, known as "liquor", and heating this mixture in a vessel called a "mash tun". Mashing is a form of steeping, and defines the act of brewing, such as with making tea, sake, and soy sauce. Technically, wine, cider and mead are not brewed but rather vinified, as there is no steeping process involving solids. Mashing allows the enzymes in the malt to break down the starch in the grain into sugars, typically maltose to create a malty liquid called wort. There are two main methods – infusion mashing, in which the grains are heated in one vessel; and decoction mashing, in which a proportion of the grains are boiled and then returned to the mash, raising the temperature. Mashing involves pauses at certain temperatures (notably ), and takes place in a "mash tun" – an insulated brewing vessel with a false bottom. The end product of mashing is called a "mash". Mashing usually takes 1 to 2 hours, and during this time the various temperature rests activate different enzymes depending upon the type of malt being used, its modification level, and the intention of the brewer. The activity of these enzymes convert the starches of the grains to dextrins and then to fermentable sugars such as maltose. A mash rest from activates various proteases, which break down proteins that might otherwise cause the beer to be hazy. This rest is generally used only with undermodified (i. e. undermalted) malts which are decreasingly popular in Germany and the Czech Republic, or non malted grains such as corn and rice, which are widely used in North American beers. A mash rest at activates β glucanase, which breaks down gummy β glucans in the mash, making the sugars flow out more freely later in the process. In the modern mashing process, commercial fungal based β glucanase may be added as a supplement. Finally, a mash rest temperature of is used to convert the starches in the malt to sugar, which is then usable by the yeast later in the brewing process. Doing the latter rest at the lower end of the range favours β amylase enzymes, producing more low order sugars like maltotriose, maltose, and glucose which are more fermentable by the yeast. This in turn creates a beer lower in body and higher in alcohol. A rest closer to the higher end of the range favours α amylase enzymes, creating more higher order sugars and dextrins which are less fermentable by the yeast, so a fuller bodied beer with less alcohol is the result. Duration and pH variances also affect the sugar composition of the resulting wort.

Лаутер

Лаутеринг – это отделение сусла (жидкости, содержащей сахар, извлеченный при затирании) от зерна. Это осуществляется либо в заторном чане, оборудованном ложным дном, либо в лаутер-чане, либо в фильтр-прессе для затора. Большинство процессов разделения состоят из двух этапов: первый отток сусла, во время которого экстракт отделяется в неразбавленном виде от отработанного зерна, и промывка (спаржинг), при которой экстракт, оставшийся в зерне, промывается горячей водой. Лаутер-чан – это резервуар с отверстиями в дне, достаточно малыми, чтобы задерживать крупные частицы дробленого зерна и оболочек. Слой дробленого зерна, оседающий на дне, и является фактическим фильтром. Некоторые лаутер-чаны оснащены вращающимися плугами или ножами для разрезания слоя зерна и поддержания хорошей фильтруемости. Ножи могут быть установлены так, чтобы проталкивать зерно, что используется для выгрузки отработанного зерна из чана. Фильтр-пресс для затора – это фильтр, состоящий из пластин и рам. Пустые рамы содержат затор, включая отработанное зерно, и имеют вместимость около одного гектолитра. Пластины содержат опорную конструкцию для фильтрующей ткани. Пластины, рамы и фильтрующие ткани располагаются в несущей раме следующим образом: рама, ткань, пластина, ткань, с пластинами на каждом конце конструкции. В современных фильтр-прессах для затора используются камеры, которые могут выжимать жидкость из зерна между промывками. Зерно в фильтр-прессе не выполняет функцию фильтрующей среды.

Кипяток

После затирания, пивное сусло кипятят с хмелем (и другими ароматизирующими добавками, если они используются) в большом резервуаре, известном как "копёр" или варочный котёл – хотя исторически использовался заторный чан, и он до сих пор применяется на некоторых небольших пивоварнях. В процессе кипячения происходят химические реакции. В конечном итоге, пары, образующиеся при кипячении, удаляют нежелательные ароматические соединения, включая предшественники диметилсульфида. В конце кипячения твёрдые частицы в охмелённом сусле отделяются, обычно в резервуаре, называемом "гидроциклон". Самые простые варочные котлы имеют прямое нагревание, с горелкой под котлом. Они могут обеспечить интенсивное и благоприятное кипение, но также склонны к пригоранию сусла в месте контакта пламени с котлом, что приводит к карамелизации и затрудняет очистку. Большинство пивоварен используют котлы с паровой рубашкой, в которых пар подаётся в рубашку котла для кипячения сусла.

Водопады

В конце кипения твердые частицы в охмеленном сусле отделяются, как правило, в сосуде, называемом "гидроциклон" или "отстойник". Системы гидроциклонов различаются: небольшие пивоварни обычно используют варочный котел, а крупные – отдельный резервуар. В основе всех систем лежит принцип, согласно которому, при вращении сусла, центростремительная сила выталкивает дробину в конус в центре дна резервуара, откуда ее легко удалить.

Отскакивание

Хопбек – это традиционная дополнительная камера, которая выполняет функцию сита или фильтра, используя целый хмель для удаления осадка (или "труба") из неферментированного (или "зеленого") сусла, подобно вихревому отстойнику, а также для усиления хмелевого аромата в готовом пиве. Это камера, расположенная между варочным котлом и чиллером сусла. Хмель добавляется в камеру, горячее сусло из котла пропускается через него, а затем немедленно охлаждается в чиллере перед поступлением в ферментер. Хопбеки с герметичной камерой обеспечивают максимальное удержание летучих ароматических соединений хмеля, которые обычно теряются при контакте хмеля с горячим суслом. Хотя хопбек оказывает схожий фильтрующий эффект с вихревым отстойником, принцип их работы различен: вихревой отстойник использует центробежную силу, а хопбек – слой цельного хмеля в качестве фильтрующей прослойки. Более того, вихревой отстойник эффективен в основном для удаления гранулированного хмеля (так как хмелевые шишки не так легко разделяются), в то время как хопбеки обычно используются только для удаления цельных хмелевых шишек (поскольку частицы от гранул склонны проходить сквозь хопбек). В современных пивоварнях хопбек в основном заменен вихревым отстойником.

Охлаждение подсолнечника

После вихря сусло необходимо охладить до температуры брожения. Пластинчатый теплообменник имеет ряд ребристых пластин, формирующих два отдельных канала. Сусло подается в теплообменник и проходит через каждый второй зазор между пластинами. Эффективный теплообменник может охладить сусло до , нагревая при этом охлаждающую среду примерно до . Последние несколько пластин часто используют охлаждающую среду, которую можно охладить ниже точки замерзания, что обеспечивает более точный контроль температуры сусла на выходе и позволяет охлаждать до . После охлаждения в сусло часто растворяют кислород для активизации дрожжей и стимулирования их размножения. Во время кипячения полезно рекуперировать часть энергии, затраченной на кипячение сусла. На выходе из пивоварни пар, образующийся при кипячении, пропускается через змеевик, по которому течет необогреваемая вода. Регулируя скорость потока, можно контролировать температуру воды на выходе. Это также часто делается с помощью пластинчатого теплообменника. Затем вода хранится для последующего использования при следующем затирании, очистке оборудования или там, где это необходимо. Другой распространенный метод рекуперации энергии происходит во время охлаждения сусла. При использовании холодной воды для охлаждения сусла в теплообменнике вода значительно нагревается. На эффективной пивоварне холодная вода пропускается через теплообменник со скоростью, обеспечивающей максимальный нагрев воды на выходе. Эта теперь горячая вода затем хранится в баке-накопителе горячей воды. После охлаждения и аэрации сусла – обычно стерильным воздухом – в него добавляют дрожжи, и начинается брожение. Именно на этом этапе сахара, полученные из солода, превращаются в алкоголь и углекислый газ, и продукт впервые можно назвать пивом. Большинство современных пивоварен используют цилиндроконические танки (ЦКТ), которые имеют коническое дно и цилиндрическую верхнюю часть. Угол конуса обычно составляет около 60°, что позволяет дрожжам стекаться к вершине конуса, но не настолько крут, чтобы занимать слишком много вертикального пространства. В ЦКТ можно проводить как брожение, так и созревание в одном танке. В конце брожения дрожжи и другие твердые вещества, осевшие в вершине конуса, можно просто слить через выходное отверстие в вершине. Открытые бродильные емкости также используются, часто для показа в пивоварнях и в Европе для брожения пшеничного пива. Эти емкости не имеют крышек, что облегчает сбор дрожжей верхнего брожения. Открытые емкости увеличивают риск заражения, но при надлежащей очистке и строгом соблюдении протокола доступа в камеры брожения риск можно контролировать. Бродильные танки обычно изготавливаются из нержавеющей стали. Если это простые цилиндрические танки с коническими днами, они располагаются вертикально, в отличие от танков созревания, которые обычно располагаются горизонтально. Лишь немногие пивоварни до сих пор используют деревянные чаны для брожения, поскольку дерево трудно содержать в чистоте и свободе от инфекций, и его необходимо периодически обновлять. Пивоваренные дрожжи традиционно классифицируются как "верхнего брожения" и "нижнего брожения"; дрожжи верхнего брожения обычно используются при теплом брожении, где они быстро ферментируются, а дрожжи нижнего брожения – при более холодном брожении, где они ферментируются медленнее. Дрожжи называли верхнего или нижнего брожения, потому что дрожжи собирали сверху или снизу бродильного сусла для повторного использования при следующем варении. Эта терминология несколько устарела в современную эпоху; после широкого применения пивоваренной микологии было обнаружено, что два отдельных метода сбора включали два разных вида дрожжей, предпочитающих разные температурные режимы, а именно Saccharomyces cerevisiae при верхнем брожении при более высоких температурах и Saccharomyces pastorianus при нижнем брожении при более низких температурах. С изменением методов пивоварения в 20-м веке цилиндроконические бродильные танки стали стандартом, и сбор дрожжей для обоих видов Saccharomyces осуществляется со дна ферментера. Таким образом, метод сбора больше не указывает на видовую принадлежность. Есть несколько пивоварен, которые до сих пор собирают дрожжи методом верхнего брожения, например, пивоварня Samuel Smiths в Йоркшире, Marstons в Стаффордшире и несколько немецких производителей вайцен. Современная количественная геномика показала сложность видов Saccharomyces, настолько, что дрожжи, используемые в производстве пива и вина, часто представляют собой гибриды так называемых чистых видов. Таким образом, дрожжи, используемые при традиционном верхнем брожении эля, могут быть как Saccharomyces cerevisiae, так и сложными гибридами Saccharomyces cerevisiae и Saccharomyces kudriavzevii. Три известных эля, Chimay, Orval и Westmalle, ферментируются с использованием этих гибридных штаммов, которые идентичны винным дрожжам из Швейцарии.

After the whirlpool, the wort must be brought down to fermentation temperatures A plate heat exchanger has sereral ridged plates, which form two separate paths. The wort is pumped into the heat exchanger, and goes through every other gap between the plates. A good heat exchanger can drop wort to while warming the cooling medium from about to The last few plates often use a cooling medium which can be cooled to below the freezing point, which allows a finer control over the wort out temperature, and also enables cooling to around After cooling, oxygen is often dissolved into the wort to revitalize the yeast and aid its reproduction. While boiling, it is useful to recover some of the energy used to boil the wort. On its way out of the brewery, the steam created during the boil is passed over a coil through which unheated water flows. By adjusting the rate of flow, the output temperature of the water can be controlled. This is also often done using a plate heat exchanger. The water is then stored for later use in the next mash, in equipment cleaning, or wherever necessary. Another common method of energy recovery takes place during the wort cooling. When cold water is used to cool the wort in a heat exchanger, the water is significantly warmed. In an efficient brewery, cold water is passed through the heat exchanger at a rate set to maximize the water's temperature upon exiting. This now hot water is then stored in a hot water tank. After the wort is cooled and aerated – usually with sterile air – yeast is added to it, and it begins to ferment. It is during this stage that sugars won from the malt are converted into alcohol and carbon dioxide, and the product can be called beer for the first time. Most breweries today use cylindroconical vessels, or CCVs, which have a conical bottom and a cylindrical top. The cone's angle is typically around 60°, an angle that will allow the yeast to flow towards the cone's apex, but is not so steep as to take up too much vertical space. CCVs can handle both fermenting and conditioning in the same tank. At the end of fermentation, the yeast and other solids which have fallen to the cone's apex can be simply flushed out of a port at the apex. Open fermentation vessels are also used, often for show in brewpubs, and in Europe in wheat beer fermentation. These vessels have no tops, which makes harvesting top fermenting yeasts very easy. The open tops of the vessels make the risk of infection greater, but with proper cleaning procedures and careful protocol about who enters fermentation chambers, the risk can be well controlled. Fermentation tanks are typically made of stainless steel. If they are simple cylindrical tanks with beveled ends, they are arranged vertically, as opposed to conditioning tanks which are usually laid out horizontally. Only a very few breweries still use wooden vats for fermentation as wood is difficult to keep clean and infection free and must be repitched more or less yearly. Brewing yeasts are traditionally classed as "top cropping" (or "top fermenting") and "bottom cropping" (or "bottom fermenting"); the yeasts classed as top fermenting are generally used in warm fermentations, where they ferment quickly, and the yeasts classed as bottom fermenting are used in cooler fermentations where they ferment more slowly. Yeast were termed top or bottom cropping, because the yeast was collected from the top or bottom of the fermenting wort to be reused for the next brew. This terminology is somewhat inappropriate in the modern era; after the widespread application of brewing mycology it was discovered that the two separate collecting methods involved two different yeast species that favoured different temperature regimes, namely Saccharomyces cerevisiae in top cropping at warmer temperatures and Saccharomyces pastorianus in bottom cropping at cooler temperatures. As brewing methods changed in the 20th century, cylindro conical fermenting vessels became the norm and the collection of yeast for both Saccharomyces species is done from the bottom of the fermenter. Thus the method of collection no longer implies a species association. There are a few remaining breweries who collect yeast in the top cropping method, such as Samuel Smiths brewery in Yorkshire, Marstons in Staffordshire and several German hefeweizen producers. Modern quantitative genomics has revealed the complexity of Saccharomyces species to the extent that yeasts involved in beer and wine production commonly involve hybrids of so called pure species. As such, the yeasts involved in what has been typically called top cropping or top fermenting ale may be both Saccharomyces cerevisiae and complex hybrids of Saccharomyces cerevisiae and Saccharomyces kudriavzevii. Three notable ales, Chimay, Orval and Westmalle, are fermented with these hybrid strains, which are identical to wine yeasts from Switzerland.

Теплая ферментация

В целом, дрожжи, такие как Saccharomyces cerevisiae, ферментируются при теплых температурах между , иногда до , в то время как дрожжи, используемые Brasserie Dupont для производства сезонного пива, ферментируются еще при более высоких температурах. Они обычно образуют пену на поверхности бродящего пива, называемую бармой, поскольку в процессе ферментации их гидрофобная поверхность заставляет хлопья прилипать к CO2 и подниматься вверх; по этой причине их часто называют дрожжами "верхнего брожения" или "верхней ферментации", хотя это различие менее выражено в современном пивоварении с использованием цилиндроконических танков. Как правило, теплые эли готовы к употреблению в течение трех недель после начала ферментации, хотя некоторые пивовары выдерживают их дополнительно в течение нескольких месяцев для кондиционирования или созревания.

Холодная ферментация

Когда пиво было сварено с использованием холодного брожения около , по сравнению с типичными теплыми температурами брожения , а затем выдерживалось (или лагеровалось) в течение обычно нескольких недель (или месяцев) при температурах, близких к точке замерзания, его называют "лагером". Во время фазы лагерования или выдержки несколько вкусоароматических компонентов, образовавшихся в процессе брожения, рассеиваются, что приводит к "более чистому" вкусу. Хотя характер лагера определяется медленным, холодным брожением и холодной выдержкой (или лагерованием), главное техническое отличие заключается в дрожжах, которые обычно используются – Saccharomyces pastorianus. Технические различия включают способность лагерных дрожжей метаболизировать мелибиозу, однако ученые не считают эти технические различия влияющими на характер или вкус готового пива, в то время как пивовары часто культивируют собственные штаммы дрожжей, которые могут подходить для их пивоваренного оборудования или для конкретной цели, например, для варки пива с высоким содержанием алкоголя. На протяжении веков пивовары в Баварии отбирали дрожжи для холодного брожения, выдерживая ("lagern") свое пиво в холодных альпийских пещерах. Процесс естественного отбора означал, что наиболее холодостойкие дикие дрожжи оставались активно ферментирующими в пиве, которое хранилось в пещерах. Образец этих баварских дрожжей был отправлен из пивоварни Spaten в Мюнхене в пивоварню Carlsberg в Копенгагене в 1845 году, где с ними начали варить пиво. В 1883 году Эмиль Хансен завершил исследование по выделению чистой культуры дрожжей, и чистый штамм, полученный из Spaten, поступил в промышленное производство в 1884 году под названием дрожжи Carlsberg No 1. В следующем году на пивоварне Heineken в Роттердаме был установлен еще один специализированный завод по производству чистых дрожжей, и вместе они начали поставлять чистые культивированные дрожжи пивоварам по всей Европе. Этот штамм дрожжей первоначально классифицировался как Saccharomyces carlsbergensis, ныне устаревшее название вида, которое было заменено на современную таксономическую классификацию Saccharomyces pastorianus.

When a beer has been brewed using a cool fermentation of around , compared to typical warm fermentation temperatures of , then stored (or lagered) for typically several weeks (or months) at temperatures close to freezing point, it is termed a "lager". During the lagering or storage phase several flavour components developed during fermentation dissipate, resulting in a "cleaner" flavour. Though it is the slow, cool fermentation and cold conditioning (or lagering) that defines the character of lager, the main technical difference is with the yeast generally used, which is Saccharomyces pastorianus. Technical differences include the ability of lager yeast to metabolize melibiose, though these technical differences are not considered by scientists to be influential in the character or flavour of the finished beer, brewers feel otherwise sometimes cultivating their own yeast strains which may suit their brewing equipment or for a particular purpose, such as brewing beers with a high abv. Brewers in Bavaria had for centuries been selecting cold fermenting yeasts by storing ("lagern") their beers in cold alpine caves. The process of natural selection meant that the wild yeasts that were most cold tolerant would be the ones that would remain actively fermenting
in the beer that was stored in the caves. A sample of these Bavarian yeasts was sent from the Spaten brewery in Munich to the Carlsberg brewery in Copenhagen in 1845 who began brewing with it. In 1883 Emile Hansen completed a study on pure yeast culture isolation and the pure strain obtained from Spaten went into industrial production in 1884 as Carlsberg yeast No 1. Another specialized pure yeast production plant was installed at the Heineken Brewery in Rotterdam the following year and together they began the supply of pure cultured yeast to brewers across Europe. This yeast strain was originally classified as Saccharomyces carlsbergensis, a now defunct species name which has been superseded by the currently accepted taxonomic classification Saccharomyces pastorianus.

Спонтанная ферментация

Пиво ламбик исторически варится в Брюсселе и окрестностях региона Пайоттенланд в Бельгии без добавления каких-либо дрожжей. Сусло охлаждается в открытых чанах (называемых "coolships"), где дикие дрожжи и микроорганизмы, присутствующие в пивоварне (например, Brettanomyces), оседают, вызывая самопроизвольное брожение, после чего пиво выдерживается или созревает в дубовых бочках в течение, как правило, от одного до трех лет.

Побочные продукты

Отходами пивоварения являются "выброженное зерно" и осадок (или "гуща") от процесса фильтрации, которые могут быть высушены и перепроданы как "пивные сухие дрожжи" для корма птицы или переработаны в дрожжевой экстракт, используемый в таких брендах, как Vegemite и Marmite. Процесс превращения дрожжевого осадка в съедобный дрожжевой экстракт был открыт немецким ученым Юстусом фон Либихом. Выброженное зерно (также называемое отработанным зерном, пивоваренным зерном или жмыхом) является основным побочным продуктом процесса пивоварения; оно состоит из остатков солода и зерна, остающихся в лаутер-ванне после процесса фильтрации сусла. Оно состоит главным образом из оболочек зерна, перикарпия и фрагментов эндосперма. Поскольку оно состоит в основном из углеводов и белков, выброженное зерно также может использоваться в качестве удобрения, цельного зерна в хлебе, а также для производства муки и биогаза. Выброженное зерно также является идеальной средой для выращивания грибов, таких как шиитаке, и некоторые пивоварни уже выращивают собственные грибы или поставляют выброженное зерно грибным фермам. Выброженное зерно может использоваться в производстве красного кирпича для улучшения открытой пористости и снижения теплопроводности керамической массы.

Пивоварная промышленность

Пивоваренная промышленность – это глобальный бизнес, состоящий из нескольких доминирующих многонациональных компаний и многих тысяч других производителей, известных как микропивоварни, региональные пивоварни или крафтовые пивоварни, в зависимости от размера, региона и маркетинговых предпочтений. Более [количество] продается ежегодно, что приносит общий мировой доход в 294,5 миллиарда долларов США (147,7 миллиарда фунтов стерлингов) по состоянию на 2006 год. SABMiller стала крупнейшей пивоваренной компанией в мире, приобретя Royal Grolsch, производителя голландского пива премиум-класса Grolsch. InBev была второй по величине пивоваренной компанией в мире, а Anheuser Busch занимала третье место, но после приобретения Anheuser Busch компанией InBev, новая компания Anheuser Busch InBev в настоящее время является крупнейшим пивоваром в мире. Пивоварение в домашних условиях регулируется и запрещено во многих странах. Ограничения на домашнее пивоварение были сняты в Великобритании в 1963 году, Австралии – в 1972 году, а в США – в 1978 году, хотя отдельным штатам было разрешено принимать свои собственные законы, ограничивающие производство.