Шишки хмелю містять комплекс специфічних смол, поліфенольних сполук, ефірних масел і біологічно активних речовин, які володіють не тільки смаковими і ароматичними, але і антибіотичними, антиокислювальними та лікувально-профілактичними властивостями. В цілому, шишки хмелю містять більше 400 різних сполук.
В якості сировини для виробництва пива та лікарських екстрактів використовуються жіночі суцвіття хмелю – шишки, що, загалом, позначаються в усіх технологічних процесах, як «хміль». Хімічний склад шишок залежить в основному від сорту хмелю, а також від погодних умов, післязборової обробки та зберігання.
Дозріли шишки мають середню вологість 78-80%. Приблизно 25-35% води в шишках знаходиться у вільному стані і легко випаровується при активній вентиляції. Значна частина вологи в шишках (57-68% від загального її вмісту) – це внутрішньоклітинна волога, яка практично повністю видаляється при висушуванні хмелю нагрітим повітрям. І тільки 7,5% вологи міститься у хмелі у вигляді адсорбційної, міцно зв’язаної.
Хімічний склад висушених шишок такий (%): вода – 7-13; клітковина – 12-16; крохмаль – 2-5; азотисті речовини – 13-18; амінокислоти – 0,1-0,2; пектинові речовини – 12-14; зола – 6-9; гіркі речовини (смоли) – 8-32; поліфеноли – 2-7; ефірні олії – 0,2-2,7.
Хміль – дуже багатий фітогормонами і токоферолами, містить комплекс вітамінів (С, Н, РР, В3, В6, Р, провітамін А), більше 90 поліфенольних сполук з різною лікувальною дією, більше 220 компонентів ефірних олій з лікувальними властивостями і приємним ароматом, велику групу гірких речовин з дуже сильними антибіотичними та іншими лікувальними властивостями.
Поряд з біологічно-активними речовинами у хмелі є і мінеральні сполуки. Зольність шишок хмелю становить 6...9%. Серед мінеральних речовин найбільший вміст калію, кальцію, фосфору, кремнію.
До гірких речовин хмелю відносяться α-кислоти, які є кристалічними речовинами з сильним гірким смаком без запаху. Розчинність у воді незначна (420 мг/дм3) і значною мірою залежить від рН середовища. Разом зі своїми похідними α-кислоти у водних розчинах забезпечують 85% і більше гіркоти хмелю.
До основних компонентів хмелю відносяться також β-кислоти (хмелеві смоли), які порівняно з α-кислотами мають значно меншу гіркоту, що пов’язано з їх поганою розчинністю у воді. Але β-кислоти легше окислюються, ніж α-кислоти. При окисленні β-кислоти утворюють речовини, які мають приємну гіркоту і значно легше розчиняються у воді (35 мг/дм3). Окислюються β-кислоти при кип’ятінні хмелю з водою або суслом.
Всі речовини при кип’ятінні хмелю з водою зазнають ряд змін (окислення і трансформація) і, що особливо важливо, проходить ізомеризація α-кислот з утворенням добре розчинних сполук зі значною приємною гіркотою (ізо-α-кислоти).
Основна частина гіркоти утворюється протягом перших 30 хвилин кип’ятіння хмелю з водою і практично припиняється після 120 хвилин кип’ятіння.
Поліфеноли, що містяться у хмелі, легко розчиняються у водно-спиртовій суміші і утворюють колоїдні розчини. Серед поліфенолів хмелю є катехіни, які представляють собою кристалічні речовини, що легко розчиняються в спирті, ацетоні і важко в воді. До найбільш окислених поліфенолів відносяться флавоноли - кристалічні речовини жовтого кольору, які є носіями в’язкого смаку.
Важливою особливістю поліфенолів хмелю є їх здатність полімеризуватися. Зі збільшенням ступеня полімеризації розчинність цих речовин знижується.
Встановлено, що поліфенольні сполуки (флавоноїди і фенольні кислоти) хмелю та інших рослин є природними антиоксидантами. У хмелі флавоноїди гальмують окислення гірких речовин, попереджають необоротне окислення аскорбінової кислоти. Фенольні антиоксиданти здатні навіть в невеликих кількостях сильно пригнічувати процеси окислення інших речовин. Враховуючи нетоксичність фенольних антиоксидантів, їх широко застосовують для стабілізації жирів та інших продуктів харчування.
Ефірні олії хмелю - це рідина світло-жовтого кольору, у якої відсутній гіркий смак. Вони погано розчиняються у воді (0,4 мг/дм3), але повністю розчиняються в абсолютному етиловому спирті-ректифікаті.
На сьогодні хміль для промислових потреб, головним чином для пивоваріння, виготовляють у вигляді пресованого, меленого гранульованого, екстрактів з хмелю і лупулінових препаратів.
Виготовляють неізомеризовані і ізомеризовані екстракти хмелю, які можуть бути повністю очищені та неочищені. Неочищені екстракти містять, поряд з продуктами ізомеризації α-кислот, і інші компоненти гірких речовин хмелю (β-кислоти, м’які смоли, тверді смоли, поліфеноли та інші водорозчинні речовини). Такі екстракти використовують, як правило, для охмелювання пивного сусла шляхом додавання їх в варильний апарат в кінці кип’ятіння сусла.
Очищені екстракти являють собою суміш ізо-α-кислот, що володіють основними властивостями хмелю (гірким смаком, приємним ароматом тощо). Такі екстракти можна використовувати на будь-якій стадії виробництва пива, в т.ч. для регулювання гіркоти в пиві після його доброджування.
При використанні хмелю для отримання неізомеризованих екстрактів найефективнішим способом є екстрагування шишок хмелю в екстракторі. В екстрактор вносять водопровідну питну воду у кількості 40 об’ємів на 1 масову частину хмелю, доводять її до кипіння і додають бікарбонат натрію до рН = 6,9-7, потім суміш кип’ятять протягом 10 хв. Потім в киплячий розчин додають заздалегідь розраховану кількість шишок хмелю при ввімкненій мішалці. Суміш кип’ятять протягом 50-60 хвилин.
Очищені ізомеризовані екстракти хмелю отримують виділенням α-кислот з хмелю і продуктів його переробки шляхом екстракції органічними розчинниками, що не змішуються з водою. Потім отриманий екстракту багаторазово обробляють розчином гідроксиду або карбонату натрію (калію) при рН = 9-9,5. Для ізомеризації α-кислот розчин кип’ятять протягом 45-90 хвилин при рН понад 10.
Готовий продукт після видалення розчинника під вакуумом і його концентрування містить ізо-α-кислоти у вигляді натрієвих (калієвих) солей.
Фірмою Miller Brewing розроблено метод, згідно з яким видалення α-кислот і ізо-α-кислот здійснюється шляхом утворення комплексів з аміаком. Для цього отримують екстракт з шишок хмелю обробкою його гексаном, потім при постійному перемішуванні крізь екстракт пропускають газоподібний аміак до повного осадження комплексу α-кислот з аміаком. Осад відділяють, а рідину видаляють під вакуумом при температурі не вище 20оС. Після ізомеризації α-кислот при рН = 8,5…9,5 ізо-α-кислоти екстрагують в кислому середовищі при рН = 1…2 розчинником, який не змішується з водою. Після відгону розчинника під вакуумом ізомеризований екстракт згущують до заданої концентрації. Таким екстрактом можна охмелювати пиво після доброджування або регулювати вміст гіркоти, необхідної для даного ґатунку пива.