1. Hmelj, Duhan i Začini

Opće značajke hmelja (Humulus lupulus) i njegova primjena u pivarstvu

Hmelj se u pivarstvu sustavno upotrebljava još od $IX$ stoljeća, prvenstveno zbog svojih ljekovitih svojstava te sposobnosti da pivu podari ugodan gorak okus i specifičnu aromu. U tehnološkom procesu proizvodnje piva, hmelj se koristi u količinama koje se kreću od $100$ do $500\,g/hL$ piva. Botanički, hmelj pripada redu kopriva, porodici konoplje ($Cannabbinaceae$), rodu $Humulus$, a najznačajnija vrsta je $Humulus\,lupulus$.

Riječ je o višegodišnjoj biljci s trajnim korijenom i stabljikom iz koje svake godine izrasta loza dugačka između $5$ i $10\,m$. U uzgoju se ova loza vodi na žičanu mrežu podignutu sustavom drvenih stupova na visinu koja najčešće iznosi od $5$ do $7\,m$ iznad zemlje. Iako hmelj raste diljem svijeta kao divlja biljka (Amerika, Europa, Srednja Azija, Australija), za potrebe pivarstva isključivo se koristi uzgojeni hmelj. Posebno su cijenjene tzv. "plemenite" ($Noble$) sorte hmelja, među kojima se ističu $Saazer$ (uzgaja se u Bohemiji, Češka), njemački $Tettnang\,Tettnanger$, $Spalter\,Spalt$ te bavarski $Hallertauer\,Mittelfrüh$.

Morfologija i anatomija šišarke hmelja

Šišarka hmelja sastoji se od brakteja i brakteola. Tijekom procesa dozrijevanja, na donjem dijelu brakteola razvijaju se lupulinska zrnca i sjemenke. Biljka razvija muške i ženske cvjetove: muški cvjetovi su sitni, zelenkasto-bijeli i razvijeni u metlicama, dok su ženski cvjetovi žuto-zeleni, jajastog oblika i slični češerima. Upravo se ti ženski cvjetovi, odnosno šišarke, koriste u industriji.

Struktura šišarke obuhvaćapeteljku, središnju vijugavu os, listiće (latice) i lupulinska zrnca. Ključno je naglasiti da se za pivarstvo u Europi upotrebljavaju isključivo neoplođeni ženski cvjetovi, dok se u Engleskoj koriste i oplođene šišarke hmelja. Lupulin, koji se nalazi u zrncima, predstavlja žućkasto-zeleni prah koji sadrži $50\,\%$ smole, $1$ do $3\,\%$ eteričnog ulja (s mircenom, humulenom i esterima valerijanske, octene i maslačne kiseline), mineralne tvari, flavonoide, vosak te alkaloid hopein, koji posjeduje narkotička svojstva. Lupulin je zaslužan za okus piva i ima značajno antiseptično djelovanje.

Kemijski sastav šišarki hmelja i hmeljne smole

Kemijski sastav šišarki hmelja nije fiksni parametar, već ovisi o sorti, mjestu uzgoja, agroekološkim uvjetima te uvjetima čuvanja. Najznačajnije tvari za pivarstvo su hmeljne smole, eterična ulja i taninske tvari.

Hmeljne smole dijele se na meke i tvrde. Meke smole su topljive u heksanu i sastoje se od $\alpha$-kiselina i $\beta$-frakcija. $\alpha$-kiseline su ključni kemijski spojevi koji uključuju:

• Humulon ($C_{21}H_{30}O_5$)

• Kohumulon ($C_{20}H_{28}O_5$)

• Adhumulon ($C_{21}H_{30}O_5$)

• Posthumulon ($C_{19}H_{26}O_5$)

• Prehumulon ($C_{20}H_{32}O_5$)

U lupulinskim zrncima udio $\alpha$-kiselina može doseći i do $45\,\%$. One se u sladovini ne otapaju ili se otapaju vrlo teško. Međutim, tijekom kuhanja hmelja, ove kiseline prelaze u izo-$\alpha$-kiseline. One imaju istu bruto kemijsku formulu, ali različitu strukturu; topljive su u sladovini i posjeduju znatno veću gorčinu od izvornih $\alpha$-kiselina. Opća formula izo-$\alpha$-kiselina varira ovisno o bočnom lancu ($R$), pa je tako za humulon $R = -CH_2-CH(CH_3)_2$, za kohumulon $R = -CH(CH_3)_2$, a za adhumulon $R = -CH(CH_3)-CH_2-CH_3$.

$\beta$-frakcija obuhvaća lupulon, hulupone, kolupulon, adlupulon i huminske kiseline. Iako su važne, primarni nositelji gorčine ostaju $\alpha$-kiseline.

Eterična ulja i taninske tvari hmelja

Hmeljna eterična ulja čine kompleksnu smjesu od preko $200$ različitih spojeva. Ugljikovodici čine oko $75\,\%$ ukupnih ulja, a među njima su najzastupljeniji monoterpeni poput mircena (do $60\,\%$) te seskviterpeni kao što su $\beta$-kariofilen (do $60\,\%$) i humulen ($0$ do $40\,\%$). Spojevi s kisikom čine preostalih $25\,\%$ i uključuju oksidirane terpene. Važno je napomenuti da sami mirceni mogu biti nepoželjni, dok su $\beta$-kariofilen, $\beta$-farnezen i humuleni poželjni. Nositelji tipične hmeljne arome zapravo nisu sama eterična ulja u izvornom obliku, već u vodi topljivi proizvodi njihove oksidacije.

Taninske tvari hmelja su smjesa tanina, flavonola, katehina i antocijanidina. Oni pivu daju oporost, imaju sposobnost stvaranja kompleksa s proteinima (što pomaže u taloženju bjelančevina tijekom proizvodnje) te se spajaju s $Fe$-solima. Sorte hmelja se prema sastavu dijele na aromatične ($6$ do $8.5\,\%$ ili čak do $11.5\,\%$ $\alpha$-kiselina) i gorke ($6$ do $8.5\,\%$ do čak $14\,\%$ $\alpha$-kiselina).

Tehnološka prerada, čuvanje i sastav suhog hmelja

Hmelj se bere početkom rujna kada šišarke dosegnu tehnološku zrelost, prepoznatljivu po zlatno-žutoj boji. Berba se mora obaviti brzo kako bi se izbjegao gubitak korisnih sastojaka. Nakon berbe, šišarke se suše u struji toplog zraka na temperaturi od oko $50\,^{\circ}C$ u kontinuiranim tunelskim sušnicama. Tijekom procesa, hmelj se izlaže struji $SO_2$ radi zaštite od oksidacije i očuvanja boje.

Prosječni kemijski sastav suhog hmelja je sljedeći:

• Voda: $10$ do $17\,\%$ (prosjek $12.5\,\%$)

• Sirova celuloza: $12$ do $16\,\%$ (prosjek $13.3\,\%$)

• Pepeo: $6$ do $9\,\%$ (prosjek $7.5\,\%$)

• Sirove bjelančevine: $15$ do $24\,\%$ (prosjek $17.5\,\%$)

• Ekstraktivne tvari bez dušika: $25$ do $30\,\%$ (prosjek $27.5\,\%$)

• Taninske tvari: $2$ do $6\,\%$ (prosjek $3.0\,\%$)

• Eterična ulja: $0.3$ do $1.0\,\%$ (prosjek $0.4\,\%$)

• Ukupne smole: $9$ do $25\,\%$ (prosjek $18.3\,\%$)

Radi stabilnosti i lakšeg transporta, hmelj se prerađuje u različite proizvode: brikete (pelete) promjera $4$ do $6\,mm$, koncentrat hmelja, lupulin (hmeljni prah), ekstrakte dobivene etanolom ili tekućim $CO_2$ te izomerizirane ekstrakte. Ovi proizvodi zauzimaju manji volumen, imaju povećan udio gorkih tvari i otporniji su na oksidaciju.

Duhan (Nicotiana): Podrijetlo i botaničke karakteristike

Duhan pripada rodu $Nicotiana$ i porodici pomoćnica ($Solanaceae$), koja obuhvaća oko $60$ samoniklih vrsta. Domovina duhana su Južna i Sjeverna Amerika, dok neke vrste potječu iz Australije i s otoka Tihog oceana. Najznačajnije komercijalne vrste su $Nicotiana\,tabacum$ (američki ili virginijski duhan s ružičastim cvjetovima) i $Nicotiana\,rustica$ (hržak ili seoski duhan sa zeleno-žutim cvjetovima).

U uvjetima umjerene klime duhan je jednogodišnja zeljasta biljka, dok u tropskim predjelima može biti ograničeno višegodišnja. Stabljika doseže visinu od $0.5$ do $3.0\,m$. Listovi su izuzetno varijabilni: duljina im je od $5$ do $100\,cm$, širina od $2$ do $50\,cm$, a broj listova po biljci kreće se od $20$ do $30$, pa čak i do $100$. Oblici lista mogu biti elipsasti, kopljasti, jajasti ili srcoliki. Kemijski sastav listova varira čak i na istoj biljci, što određuje njihovu upotrebnu vrijednost.

Svjetska proizvodnja i klasifikacija duhana

Globalna proizvodnja duhana dominira u Aziji i Južnoj Americi. Za sortu Virginia, Kina drži čak $47\,\%$ svjetske proizvodnje, Brazil $18\,\%$, dok SAD, Indija, Španjolska i Italija drže po $5\,\%$. Kod sorte Burley, Brazil vodi sa $17\,\%$, Malavi sa $15\,\%$, a SAD sa $14\,\%$. U Europi se duhan uzgaja u brojnim zemljama, uključujući Hrvatsku, Italiju, Grčku, Njemačku i Poljsku.

Duhan se dijeli prema nekoliko kriterija:

• Prema namjeni: grupa za cigarete i grupa za cigare.

• Prema geografskom podrijetlu: američki, srednjoeuropski, orijentalni, kubanski, brazilski, itd.

• Prema veličini lista: sitnolisni i krupnolisni.

• Prema načinu sušenja:

  • $Flue\,cured$: sušenje toplim zrakom u sušnicama.

  • $Air\,cured$: sušenje na zraku.

  • $Sun\,cured$: sušenje na suncu.

  • $Fire\,cured$: sušenje iznad otvorene vatre.

Tehnološki proces prerade i upotreba duhana

Proces prerade počinje berbom koja je najčešće ručna i obavlja se postepeno, od donjih prema gornjim dijelovima stabljike kako listovi zriju. Slijedi nizanje lišća i sušenje. Ključna faza je fermentacija (dozrijevanje) koja traje od $8$ do $12$ tjedana na temperaturama od $30$ do $50\,^{\circ}C$. Nakon toga slijedi klasiranje lišća po boji i otprašivanje.

Upotreba duhana je višestruka:

• Proizvodnja cigareta i cigara.

• Duhanski lug kao pesticid.

• Ekstrakcija nikotina za farmaceutsku i kemijsku industriju (proizvodnja insekticida, niacina, izoniazida).

• Štavljenje kože.

• Dobivanje eteričnih ulja iz cvijeta.

Posebne vrste prerađevina uključuju duhan za žvakanje, koji se drži u posebnim "sosovima" (voda, vino, med, začini), te duhan za šmrkanje (burmut), koji se melje u fini prah s visokim udjelom nikotina.

Nikotinske zamjene i suvremeni proizvodi

Zbog štetnosti duhanskog dima, razvijene su razne nikotinske zamjene koje smanjuju rizik od krvožilnih oboljenja jer ne sadrže ugljični monoksid i druge toksine izgaranja. To uključuje transdermalne flastere, nikotinske žvakaće gume, inhalatore i sprejeve za nos. Moderni oblici uključuju i nikotinske vrećice s dehidriranim nikotinom u obliku bijelog praha koji se apsorbira preko sluznice usta, te e-cigarete koje koriste smjese propilen glikola, glicerina i nikotina.

Začini (Mirodije): Definicija, klasifikacija i sastav

Naziv "začin" potječe od latinske riječi $species$, što znači poseban. Začini su tvari koje se dodaju hrani u malim količinama radi poboljšanja okusa i mirisa, djelujući kao stimulansi konzumacije. Kao začini koriste se gotovo svi biljni organi:

• Sjemenke (anis, kumin, korijander)

• Plodovi (vanilija, papar, paprika)

• Kora (cimet)

• Koštica (muškatni oraščić)

• Korijen i gomolj (đumbir, hren, peršin)

• Cvijet i pupoljak (šafran, klinčić)

• List (lovor, menta, peršin)

Kemijski sastav začina je izuzetno složen i uključuje eterična ulja, smole, estere, fenole, terpene, alkaloide i sumporne spojeve. Klasificiraju se prema okusu na slane, kisele, ljute, aromatične, slatke i masne. Postoje i industrijski sastavljeni začini poput senfa ili umaka od soje.

U prometu začini dolaze kao cijeli dijelovi biljaka, u komadima ili u prahu. Kvalitativna prednost uvijek se daje cijelim začinima jer bolje čuvaju aromu i teže ih je patvoriti (falsificirati). Pravilan odabir ambalaže i uvjeti skladištenja ključni su za očuvanje kvalitete industrijski pripravljenih začina.