В чем заключается биотрансформация соединений хмеля

Клэр Баллен на сайте Good Beer Hunting рассказывает о необъяснимых изменениях хмеля и его вкусоароматических свойств, которые удивляют даже самих пивоваров.

Чед Якобсон до сих пор помнит тот момент, когда пиво изменилось для него навсегда. Это произошло только один раз: ничем не обоснованная трансформация вкуса и аромата оказалась настолько поразительной и неожиданной, что изменила взгляд основателя и пивовара Crooked Stave на крафтовое пиво в принципе.

Пивом, о котором идет речь, было India Barleywine с сухим охмелением Amarillo и Simcoе, сброженное бреттовым штаммом Orval, сваренное на Odell в 2009 году. Будучи свежим, оно имело классический привкус апельсина и древесной смолы. Но через два-три месяца оно утратило свой хмелевой профиль в стиле Западного побережья и превратилось во что-то незнакомое и вообще – более дикое.

— Внезапно передо мной оказалось совершенно другое пиво — и оно было прекрасным. Мы начали переглядываться: «Кто-то принёс сюда лимонную цедру и лаванду?» Пиво просто не может так пахнуть — слишком идеальный запах. Пиво было поистине изящное, — говорит Якобсон.

Якобсон приписывает эти радикально новые вкусоароматические характеристики биотрансформации соединений хмеля: сложному химическому процессу, в ходе которого дрожжевые клетки превращают компоненты хмеля в новые, часто очень ароматные соединения. Существуют многочисленные формы биотрансформации, и эта тема, ещё недостаточно изученная, до сих пор так и остается terra incognita – заманчивой и привлекательной для пивоваров, жаждущих новизны и экспериментов, или просто более глубокого понимания возможностей брожения.

— Это был настоящий экстрим! Просто небо и земля – другой аромат и вкус. И это было так удивительно! – делится Якобсон своими впечатлениями от этого полностью преобразованного пива.

Раскрытие аромата

Сама идея о том, что хмель, уже сам по себе яркий и мощный ароматический компонент, может содержать еще больше скрытых ароматических веществ, которые можно раскрыть при определенных условиях во время брожения, — восхитительна. Чтобы как-то визуализировать этот процесс, представьте себе цветовые метаморфозы популярного в инстаграме синего чая, который при добавлении лимонного сока меняет свой электрический синий оттенок на пурпурный. Или сравните это с разноцветными драже, меняющими свой вкус прямо у вас во рту. Выберите свой вариант.

Эти возможности хамелеона вполне объяснимы. А еще — в такой же степени неизучены: большинство экспериментов и исследований, посвященных биотрансформации, начали проводиться только в течение последнего десятилетия, — так что пивовары все еще на самой ранней стадии открытий. Многие из них случайно, опытным путём узнали о биотрансформации соединений хмеля: отличительной чертой недавно появившегося стиля NEIPA стало то, что часто сухое охмеление проводится во время активного брожения, что создает необходимые условия для взаимодействия дрожжевых и хмелевых соединений и создания новых вкусов и ароматов.

— Мы совершенно случайно наткнулись на это. Когда мы только открылись, нам нужно было варить пиво быстрее, чем мы это делали обычно. Это, конечно, звучит как нелепое оправдание или отговорка. Изначально мы открылись с производительностью варочного цеха в 585 литров — максимум, что мы могли получить – около 810 литров за партию, и на сухое охмеление у нас уходило три-четыре дня в процессе брожения, — говорит Жан Бройе IV, основатель Tired Hands.

У Tired Hands простая необходимость породила идеальные условия для биотрансформации — и последствия были очевидны.

— Мы сразу заметили, что профиль хмеля и его ароматика были гораздо более насыщенными. Это был самый легкий путь, благодаря которому нам удалось извлечь максимум от этого сделанного на скорую руку продукта, — продолжает Бройе.

На данный момент было предпринято несколько попыток познакомить потребителей с биотрансформацией. В 2016 году Cloudwater стала одной из первых пивоварен, которая вынесла эту тему на всеобщее обсуждение, когда выпустила свои версии DIPA — 4 и 5. Два пива были сварены с использованием одного и того же сусла, тех же дрожжей, того же количества хмеля и сбраживались одно и то же время. Единственное отличие заключалось в сухом охмелении: одна версия была охмелена в процессе брожения — когда активные дрожжевые клетки подвергались воздействию соединений хмеля и потенциально могли их трансформировать. Другая – после него.

Оба сорта получились отличными. Как писал в то время Зак Фаул в своей статье в DRAFT, DIPA v4 была «древесной, почти мшистой, с нотами перезревшего апельсина, манго, рубленого лука, в ней отчетливо ощущались стебли травы и мякоть мандарина», в то время как DIPA v5 оказалась «похожей на цитрусовый лимонад, с ярким привкусом апельсиновой кожуры и цветом апельсина, меда и лайма, вероятно, выращенных в каком-то зеленом калифорнийском саду». «Публичный эксперимент» Cloudwater, казалось, продемонстрировал убедительные доказательства мощного воздействия биотрансформации на вкус и аромат пива. И надо сказать, спровоцировал заметный интерес к теме.

В ожидании данных

Однако два с половиной года спустя исследования Cloudwater, похоже, зашли в тупик, и владелец пивоварни Пол Джонс явно сомневается в результатах своего исследования.

— Я думаю, что биотрансформацию было просто интересно обсуждать, потому что казалось, что мы стоим на пороге какого-то открытия или понимания чего-то, — казалось, что у нас есть достойные доказательства. Но теперь все настолько неубедительно, что мы не уверены, понимаем ли мы, что на самом деле происходит. Все, что нам доподлинно известно на данном этапе, — то, что когда вы меняете процесс, результаты могут в корне отличаться, — сказал он.

Биотрансформация хмелевых соединений — возможно, просто современное новомодное название, но помимо того, что его непросто выговорить, существует множество препятствий для более глубокого понимания этого явления: от недостатка лабораторных возможностей и финансирования до неуловимой природы самих соединений. Многие предполагаемые доказательства биотрансформации, от сопоставляемых DIPA Cloudwater до пахнущего лавандой барливайна Якобсона, основаны на ощущениях вместо научной строгости фактов. Подавляющее большинство пивоварен просто не в состоянии исследовать эту тему по-настоящему глубоко.

— Вот почему, похоже, все и приостановилось, и мы ждём, чтобы исследователи и ученые сделали эту работу за нас, потому что в мире существует всего несколько пивоваренных лабораторий, которые могли бы провести этот подробный анализ преобразований вкусовых соединений. Сейчас мы слышим об этом гораздо реже, чем пару лет назад, и я подозреваю, что это потому, что все, кто интересуется вкусовыми характеристиками хмеля и биотрансформацией, осознали, что на самом деле ничего не могут доказать, — прокомментировал Джонс.

О главном

Существует множество причин, по которым биотрансформация не столь доступна для понимания даже опытным профессионалам отрасли. Начнем с самого названия. Как отмечает Том Шеллхаммер, профессор наук о брожении в университете штата Орегон отмечает, что термин «биотрансформация» — весьма неопределённый и скользкий и может относиться к любому общему изменению органических соединений — даже к самому брожению (производству этанола дрожжами).

Теперь давайте добавим дополнительный вектор сложности. Даже в рамках, казалось бы, узкой направленности на изучение соединений хмеля существуют еще многочисленные формы биотрансформации, каждая из которых может оказывать уникальное влияние на вкус и аромат пива. В этом контексте существует четыре основных варианта биотрансформации соединений хмеля, о которых следует рассказать подробнее.

1. Сложные эфиры. С научной точки зрения сложные эфиры представляют собой связь между спиртом и кислотой. Они могут пахнуть яблоками, грушами, красными ягодами, сладкой ватой и множеством других ароматических веществ. Недавние исследования показали, что сложные эфиры могут быть получены в результате взаимодействия дрожжей и хмеля. Один из примеров: дрожжи могут превращать гераниол — органическое соединение, которое вырабатывается хмелем, а также марихуаной и другими растениями, — в геранилацетат, со сложным, богатым запахом розы.
2. Гликозиды. Хмель также содержит гликозиды: молекулы, которые связаны между собой ароматическими соединениями и сахарами. Будучи связанными с сахаром ароматические соединения находятся в заключении, ожидая высвобождения, и их нельзя обнаружить. Но голодные дрожжи, неугомонные в своих поисках пищи, содержат ферменты, которые могут расщеплять гликозиды на две части. В результате ароматические соединения становятся летучими и высвобождаются. По словам Шеллхаммера, «существует мнение, что значительную часть аромата хмеля могут составлять эти гликозиды».
3. Тиолы. Тиолы представляют собой класс очень сильных серосодержащих соединений, которые могут существовать в свободной и связанной формах. Человеческое обоняние может уловить их даже в концентрации пяти частей на триллион. Хотя связанные формы ведут себя подобно гликозидам, в этом случае их ароматические соединения связаны с аминокислотами или небольшими пептидами вместо сахаров. По словам Шеллхаммера, «тиолы в 10 000 раз более эффективны, чем гераниол, но они присутствуют в хмеле только в крошечных, совсем крошечных количествах». Тиолы «имеют разнообразные запахи, которые варьируются от тропических фруктов, папайи и гуавы до подмышечного пота или кошачьей мочи» и присутствуют в более высоких концентрациях в некоторых сортах хмеля, таких как Mosaic и Citra.
4. Очищенные соединения. Одна из последних форм биотрансформации, которую отмечает Шеллхаммер, отличается от остальных, так как приводит к сокращению, а не к увеличению ароматических соединений хмеля. И дрожжевые клетки, и соединения хмеля являются гидрофобными. То есть они могут затем прилипнуть друг к другу, и в этом случае более гидрофобные соединения хмеля, такие как ароматический мирцен, поглощаются клеточной поверхностью дрожжей и «отделяются» от пива. Во время активного брожения может возникать явление, при котором углекислый газ, вырабатываемый дрожжами, может потенциально снизить содержание более летучих ароматических соединений хмелевого масла из-за мощного эффекта очистки, которые дают пузырьки углекислого газа, покидающие ферментер.

Фух!

Неразведанная местность

Рассмотрим ярко выраженную, фрактальную сложность этой темы. Только представьте, что каждый сорт хмеля имеет свой собственный состав химических соединений — Simcoe никогда не будет вести себя как Saaz в контексте биотрансформации. Только представьте себе, что мы идентифицировали лишь 450 соединений хмеля, в то время как их может существовать до 1000 (как отмечалось в исследовании 2017 года, проведенном Дэниелом Шарпом, Янпингом Цянем, Джиной Шеллхаммер и Томом Шеллхаммером). Подумайте только, что отдельные штаммы дрожжей, от классических элевых дрожжей до бреттов, по-разному взаимодействуют с каждым отдельным соединением. Вдумайтесь, мы начали обсуждать эту тему и особенно ее новые аспекты, такие как тиолы хмеля, всего несколько лет назад. Биотрансформация по-прежнему остается непроходимыми джунглями, а ученые только начинают каталогизировать деревья.

Сам Шеллхаммер заинтригован возможностями биотрансформации, но он также скептически относится к общему влиянию темы.

— Иногда меня беспокоит то, что происходит в мире исследований — это же что-то новое, верно? Так что мы имеем новое открытие, и пивоваренное сообщество рассматривает его как единственный ответ на все вопросы. И люди начинают упорствовать или, может быть, даже фетишизируют его. Моя интуиция подсказывает мне, что [биотрансформация] не станет серебряной пулей или волшебным открытием, которое сможет описать все вкусовые качества хмеля в пиве, — говорит он.

Он ссылается на исследование 2017 года, посвященное гликозидам, которое он провел совместно с Дэниелом Шарпом и Яном Стенсельсом. В ходе этого исследования было протестировано и оценено более 150 штаммов дрожжей в соответствии с их биотрансформирующими способностями. Затем они были снова протестированы вместе с чистыми ферментами. Результаты оказались неутешительными: даже самые активные штаммы дрожжей показали лишь немного большую способность к трансформации соединений хмеля, чем менее активные, и оказались заметно менее эффективны, чем чистые ферменты.

Так и есть: хмель в своем естественном состоянии насыщен эфирными маслами. Засунув голову в мешок со свежими гранулами, вы попадете в обонятельные зеленые джунгли. Может, и существует какое-то фантастическое предание о скрытых вкусовых и ароматических характеристиках, но есть и грубая реальность об их и без того ярких ароматических веществах.

— В конце нашего исследования мы подумали, что… собственный аромат хмеля, вероятно — 90% [хмелевого вкуса и аромата в пиве], а гликозиды — может быть, около 10%, — говорит Шеллхаммер.

Но некоторые больше убеждены в силе и влиянии биотрансформации. Мария Мутсоглу, специалист по брожению в Sierra Nevada, недавно в соавторстве с Уильямом Кейлором и Эндрю Рейесом провела исследование о влиянии сухого охмеления на разных этапах брожения, которое было представлено на саммите пивоваров в Сан-Диего в 2018 году. Научный труд, в котором сравнивалось пиво, которое подверглось сухому охмелению в присутствии дрожжей, с пивом, которое было охмелено после охлаждения, представил «убедительные доказательства» «влияния биотрансформации на вкус пива».

— Согласно нашим результатам, — говорит она, — вкусовые характеристики, которые мы получили в пиве с сухим охмелением в присутствии дрожжей, оказались в целом более предпочтительными по сравнению с сухим охмелением после охлаждения в резервуаре при отсутствии дрожжей. Наша группа определила значительно более яркие цитрусовые, розовые/цветочные и фруктовые/тропические вкусы в пиве с добавлением хмеля в присутствии дрожжей. Сенсорные результаты были подтверждены результатами нашего анализа летучих профилей ГХ-МС, где мы идентифицировали значительно более высокие относительные концентрации монотерпеновых спиртов, гераниола, линалоола и нерола, обеспечивающих цитрусовые и цветочные вкусы.

В исследовании Мутсоглу представлены достоверные признаки влияния биотрансформации. Но до тех пор, пока не будут проведены дополнительные подтверждающие исследования и пока не появится больше пивоварен или компаний, готовых выделить деньги на такие исследования, делать конкретные заявления о влиянии биотрансформации пока затруднительно.

Манипуляции с материалом

Сегодняшние пивовары и любители пива настолько страстно увлеклись хмелем, что легко и забыть, насколько недавно он стал нашим любимчиком. Кристина Шёнбергер, руководитель отдела образования и инноваций в группе Barth-Haas (крупнейший в мире поставщик хмелепродуктов), отмечает, что около 10 лет назад хмель в основном выращивался с учетом урожайности и процента альфа-кислоты. Сегодня главное — вкус и аромат.

И, тем не менее, селекционеры хмеля все еще стараются изо всех сил придать своим сортам хотя бы базовые ароматические характеристики. Но на данный момент селекционирование хмеля на основе скрытых характеристик его соединений практически невозможно.

— Селекция в зависимости от вкуса чрезвычайно сложна, потому что нет никаких маркеров… которые вы могли бы связать с фенотипом. В культивировании хмеля до сих пор работает метод проб и ошибок, — говорит Шёнбергер.

Изменение дрожжей может быть более плодотворной попыткой приблизиться к биотрансформации.

— Нужно проделать работу по исследованию конкретных механизмов, лежащих в основе биотрансформации дрожжей, что, в свою очередь, подскажет методы манипулирования дрожжами для биотрансформации в соответствии с нашими требованиями, — говорит Мутсоглу. — Было бы глупо игнорировать генную инженерию не только как основной способ детального рассмотрения биотрансформации в высоком разрешении, но и как инструмент инновационного пивоварения. Модификация дрожжей для выявления ферментов, участвующих в биотрансформации, с использованием генной инженерии имеет большой исследовательский потенциал.

Шёнбергер согласна с коллегой. Поскольку многие пивные дрожжи, по ее словам, видимо, ограниченно эффективны в производстве новых вкусовых соединений во время биотрансформации, «нам, вероятно, нужно искать уже известные винные дрожжи, обладающие такой активностью, или искать конкретные ферменты, присутствующие в этих винных дрожжах, или вести переговоры с поставщиками ферментов или их производителями о том, смогут ли они создавать ферменты, которые подойдут для биотрансформации».

Мутсоглу предупреждает, что использование генетически модифицированных дрожжей во время сухого охмеления может не понравиться потребителям. Но для пивоваров, которые жаждут понять это явление, контролировать его и увидеть его собственными глазами, инокуляция модифицированными дрожжевыми клетками — или даже использование первичных ферментов в качестве стадии брожения — может быть реальным способом в содействии открытию.

Святой Грааль

Что касается будущего, то Шеллхаммер, Шёнбергер и Мутсоглу согласны с тем, что исследования биотрансформации соединений хмеля, вероятно, в будущем быстро продвинутся (при условии удовлетворения потребностей в финансировании), и что в ближайшие годы будут сделаны дальнейшие открытия. «Я думаю, что в ближайшие пять лет мы узнаем еще больше», — заключает Шеллхаммер.

Многие пивовары с нетерпением ждут новых результатов.

— Вы делаете IPA, а IPA — это хмель. Если бы мне удалось сварить пиво, полностью основанное на биотрансформации – это стало бы настоящим святым Граалем, — говорит Якобсон.

Но пока не появится больше информации, это так и останется планами на будущее.

— Я надеюсь, что это явление станет предметом дальнейших исследований, потому что оно чрезвычайно интересно. Мне бы хотелось изучить его более подробно, чтобы выяснить, правда это или миф, — продолжает он.

Другие готовы полагаться на сенсорные данные, чтобы сохранить ощущение загадочности.

— Мы хотим сохранить магию в нашем пиве. Знать больше о том, что происходит с точки зрения биотрансформирующих элементов охмеленного пива – не обязательно лучше, — говорит Бройе.

Не то, чтобы эта перспектива помешала Tired Hands продолжать расширять свои исследовательские границы. Несколько месяцев назад пивоваренный завод выпустил Sustained Transient Self — двойной IPA с «межшишечным» охмелением (хмель добавлялся точно отмеренными дозами только во время брожения. Бройе сравнивает получившийся напиток со сливочным джелато. Он также взволнован новой серией пива, MilkStave, который он описывает как «новый межкультурный рифф, сыгранный на наших милкшейк-IPA».

— Мы следовали протоколу для выдержанного в бутылке сэзона, — говорит он.

Но они также использовали ингредиенты, характерные для десертных, ультрамутных IPA : овес, пшеничную муку, яблочное пюре, и убойную дозу хмеля. Пройдут месяцы, прежде чем результаты эксперимента — и любые его биотрансформирующие элементы — станут очевидными, но Бройе уверен, что они им будут «до лампочки». И вряд ли кто-то будет их внимательно изучать после этого.

— Хорошо это или плохо, этот факт, на который никто из нашей пивоварни не делает ставку. Мы в курсе, что [биотрансформация] существует, да, мы о ней знаем, и нам этого достаточно, — говорит Бройе.