Почему так важен ph в пивоварении. Менее значимые ионы

Как вода влияет на пиво

Первой важной частью пивоваренной воды являются загрязняющие вещества. Ионы кальций, магний, натрий и хлор растворены в воде. Каждый ион играет хорошую или плохую роль в пиве. Вот краткий список того, что каждый ион будет делать при варке пива.

• Бромат - дезинфекция и загрязнение,
• Кальций - брожение, прозрачность, рН (кислотность) сусла,
• Хлор - дезинфицирующее средство, вызывающее запах,
• Медь - катализатор окисления,
• Хлорид - пивной аромат, который подчеркивает солодовый характер,
• Железо – снижает вкус, риск образования пивного камня и коррозии,
• Магний - брожение, прозрачность, рН сусла,
• Марганец - снижает вкус, риск образования пивного камня,
• Нитраты/Нитриты - ядовиты для дрожжей (больше применимо к нитритам, а нитраты превращаются в нитриты),
• Силикат - образование пивного камня,
• Натрий - пивной аромат, лучше меньше,
• Сульфат - пивной аромат, добавляет характер хмелю и сухость.

Только пять элементов пойдут на пользу пиву. Остальные ничего не дают, кроме вреда для конечного продукта. Большинство местных систем водоснабжения включают эти элементы, из которых больше нежелательных. Проверьте местные отчеты о составе водопроводной воды и посмотрите, что в ней содержится. Я сделал это и решил использовать фильтрованную или питьевую воду вместо водопроводной. Она стоит немного дороже, но она вкуснее. В конце концов, разве мы все не хотим сделать вкусное пиво?

Как подготовить воду для пива

Из пяти желательных ионов смотрим, сколько каждого из них использовать. Любой стиль пива имеет собственный водный профиль. Водопроводная вода поступает из регионов, где она добывается со своим набором ионов. Еще ионы поступают из рН затора и остаточной щелочности.

Чем светлее солод в заторе, тем меньше он влияет на снижение рН затора. Кристаллический или жаренный солод снижает. Это может быть хорошо или плохо в зависимости от того, что вы варите. Уровень рН затора во время затирания равняется 5.5-5.6. При температурной коррекции и температуре затора 65°С, он достигает 5.2-5.3. При таком показателе будет хорошее рН сусла и брожения.

Если мы будем варить индийский светлый эль (IPA) и использовать бледный солод с самым низким уровнем, который могли бы достичь, он составит 5.8. Мы должны получить еще более низкий уровень, поэтому добавляем минералы. Гипс (CaSO4), хлористый кальций (CaCl2) и английская соль (MgSO4) снизят рН. Существует множество онлайн-калькуляторов, которые используются при составлении рецепта. Не забудьте посмотреть характеристики воды для выбранного стиля пива и придерживаться их.

Для IPA мне нравится такой:

• Кальций 88 промилле,
• Магний 26 промилле,
• Натрия 19 промилле,
• Хлорид 137 промилле,
• Сульфат 131 промилле.

Помните, что кальций и магний нужны для брожения, прозрачности пива и рН затора. Натрий для вкуса, а отношение хлорид/сульфат повышает солодовый вкус, хмелевую горечь или сухость. Важно! Кальций составляет не менее 50 промилле. Дрожжи нужны для флокуляции и будут оставаться в суспензии, если это значение ниже. В этом случае пиво получится мутное с явным дрожжевым вкусом.

Для темного пива, возможно, придется сделать наоборот, так как темный жареный солод снижает рН затора. Пиво только из черного солода приведет к показателю около 4,4 (вряд ли вы захотите попробовать). Для второго примера мы будем варить Стаут. После добавления зерна и расчета рН, я получаю 5,4. Это немного низкий показатель. Чтобы слегка повысить, добавляю гашеную известь, соду или мел.

Для Мятно-шоколадного Стаута ориентируюсь на такой профиль:

• Кальций 56 промилле,
• Магний 12 промилле,
• Натрия 28 промилле,
• Хлорид 83 промилле,
• Сульфат 68 промилле.

Добавляю хлорид кальция, английскую соль и гипс для достижения характеристик, которые я хочу.

Полезное оборудование для затирания – это pH-метр. Если показатель рН не соответстует, вы забыли добавить соли или используете недостаточно солода. Корректируйте на этапе затирания. Стабилизация может занять до 30 минут, но она скорректируется со временем, показывая хороший уровень рН сусла и рН брожения.

Кому-то это покажется слишком трудным. Тогда используйте добавки, которые предназначены для получения необходимого уровня. В идеале, потратьте лишние 15 минут на создание рецепта для воды.

Совершенный pH (водородный показатель)

Майк Левандоуски

Большинству домашних пивоваров известно четыре традиционных составляющих пива: соложеный ячмень, хмель, дрожжи и вода. Энергичный домашний пивовар может тратить часы на разработку рецепта с совершенным балансом солодовой сладости и хмелевой горечи. Тот же самый пивовар может затем приняться оценивать всевозможные свойства дрожжей, чтобы выбрать совершенную расу. И когда, наконец, наступает день варки, наш пивовар, не задумываясь, может использовать обычную воду из-под крана. Заслуживает ли единственный наибольший ингредиент пива ручной работы того же внимания, что и другие компоненты? Конечно же, заслуживает!

На тему качества воды написаны целые книги. Большинство этих книг скучны, и немедленно усыпляют даже самых упорных домашних пивоваров. Эта статья не предназначалась в качестве замены Валиуму, поэтому я попытаюсь поддержать обсуждение, не становясь при этом слишком скучным.

Чтобы не усложнять вещи, это обсуждение будет сосредоточено на единственном аспекте качества воды: pH.

Если увидев термин "pH", у Вас возникают воспоминания об уроках химии в средней школы, расслабьтесь. Химия в средней школе была путаным предметом по одной простой причине: она не имела никакого отношения к пиву (по крайней мере в моей школе). Эта статья написана с единственным намерением: улучшить наше пиво. Давайте посмотрим правде в глаза, если вы достаточно толковы, чтобы заняться домашним пивоварением, Вы сможете легко справиться с небольшим уроком химии!

Перед тем как дать определение "pH", мы должны узнать кое-что о структуре воды. Вода - это то, что ваш школьный учитель называл "молекулой". Это - всего лишь причудливый способ сказать, что это соединение, содержащее две части, слипшиеся вместе. Каждая часть называется "ионом". Каждый ион имеет название; в воде это водородный и гидроксильный ионы. Не каждая молекула воды счастлива. Некоторые молекулы хотят расколоться и снова стать водородными и гидроксильными ионами. Позже эти ионы могут встретиться вместе и сформировать большее количество водных молекул, в то время как другие водные молекулы могут расколоться и стать ионами. Это как танец в средней школе, где некоторые танцоры образуют пары, немного потанцуют, разделяются, и затем повторяют тот же самый процесс с кем-то еще.

Теперь, когда вы стали экспертом по воде, понимание того, что такое pH должно стать парой пустяков. Это просто метод измерения числа водородных ионов в химическом растворе. С изменением этого числа, Вы скользите по шкале pH от 0 до 14. Так что же эти числа pH означают? Это не трудно, как только Вы приобретете в этом навык. Строго говоря, химически нейтральный раствор будет иметь pH точно соответствующий 7.0, но в большинстве случаев нечто между 6.0 и 8.0 может рассматриваться как нейтральное. Что-то с pH ниже 6.0 рассматривается как кислота (вспомните лимонный сок), а что-то с pH более 8.0 рассматривается как основа (вспомните мыло).

Так, как же это относится к пиву? Это имеет отношение к ферментам, ответственным за затирание солода. Если вы пивовар-экстрактник, Вам не надо волноваться по этому поводу. Производитель вашего экстракта уже внес необходимые поправки. Однако, если Вы делаете затор из зерна, Вам может захотеться контролировать pH вашего затора.

PH оказывает большое влияние на качество вашего затора. Как только Вы добавляете зерно в вашу заторную воду, соединения в зерне растворяются и начинают изменять pH, делая раствор слегка кислым. В большинстве случаев, pH "естественным" образом корректируется в оптимальном диапазоне от 5.0 до 5.5. Конечно, не повредит и проверить.

Лучшее время для взятия пробы на pH - в начале приготовления затора, сразу после того, как Вы смешаете зерно и воду. Используйте ложку или ковш, чтобы получилось несколько столовых ложек жидкости. Теперь, охладите образец примерно до комнатной температуры, так как высокая температура мешает точному определению pH. В этот момент, Вы должны измерить pH индикаторной бумагой или рН-метром.

Почти любой магазин для домашних пивоваров торгует индикаторной бумагой, так что ее легко найти. Индикаторная бумага также имеет преимущества, будучи удобной и относительно недорогой. Просто опустите бумагу в ваш образец и сравните цвет бумаги с диаграммой, которая прилагается к бумаге. Как только снимите показания, не забудьте выбросить образец. Химические вещества индикаторной бумаги будут загрязнять ваш образец.

РН-метры дороже, и ими сложнее пользоваться, однако они обеспечивают более точные показания. Существует множество различных типов pH-метров, и если Вы решите ими воспользоваться, следуйте инструкции изготовителя, и у Вас должны все прекрасно получиться.

Итак, Вы только что измерили рH Вашего затора, и показатель оказался между 5.0 и 5.5. Что же теперь делаеть? Ничего. Просто наслаждайтесь остатком процесса затирания, который Вы затеяли.

Если pH затора находится за пределами оптимального диапазона, у Вас впереди немного работы. Если pH слишком высок, Вы должны добавить либо гипс (сульфат кальция) либо хлорид кальция в ваш затор. Любое из этих веществ поможет. Однако, в своей книге "Приготовление великого мирового пива", Дейв Миллер рекомендует гипс для эля, а хлорид кальция для лагеров. Если pH затора слишком низкий, Вы должны добавить карбонат кальция. Большинство магазинов для домашних пивоваров торгует этими минеральными веществами, однако, если Вы решите использовать другие источники, удостоверьтесь, что соединения имеют пометку U.S.P. (аптечное качество). Это гарантирует, что вещества не имеют каких либо вредных примесей. Добавление соответствующего вещества в затор весьма просто. Просто растворите примерно чайную ложку минерального вещества в теплой воде, затем размешайте смесь в сусле. Этого должно хватить, но снова измерьте pH, на всякий случай. Если уровень рН все еще не тот - добавьте еще солей.

Следование этим простым шагам гарантирует, что ферменты Вашего затора останутся счастливы, а счастливые ферменты сделают лучшее пиво!

Литература:

Dave Miller, "Brewing the World"s Great Beers"
(Pownal, VT: Storey Communications, 1993) 86-87

Terry Foster, "Porter" (Boulder, CO: Brewers Publications, 1992) 72-74

Eric Warner, "pH and the Brewing Process," Zymurgy Spring, 1993: 45- 48

Кто такой Майк Левандоуски?

Варит пиво с августа 1991 г.
Дипломированный профессиональный инженер из штата Северная Каролина
Работает инженером по водоснабжению в компании McGill Associates в Эшвилле
Президент клуба Mountain Ale and Lager Tasters в Эшвилле

Естественную кислотность промежуточных пивоваренных продуктов и конечных продуктов определяют фосфаты калия, содержащиеся в солоде. При этом кислый первичный фосфат калия KH 2 PO 4 преобладает над вторичным фосфатом калия K 2 HPO 4 . Оба действуют одновременно как буферные растворы. В водном растворе этих солей дигидрофосфатные H 2 PO 4- , моногидрофосфатные HPO 4 2- , а также фосфатные PO 3 3- ионы находятся в равновесии. Их соотношение зависит от pH; чем кислее раствор, тем выше концентрация дигидрофосфатных ионов H 2 PO 4 .

По отношению к индикаторам растворы первичных фосфатов в результате частичной ионизации дигидрофосфатного иона реагируют кислотным образом:

H 2 PO 4 - ⇔HPO 2- 4 +H + .

Вторичные фосфаты реагируют как слабощелочные, поскольку ион гидрофосфата гидролизуется

HPO 2- 4 +H + +OH - ⇒H 2 PO - 4 +OH - .

Растворы нормальных фосфатов реагируют по той же причине как сильнощелочные

PO 3- 4 H + +OH - ⇔HPO 2- 4 +ОН - .

Из минеральных компонентов воды карбонатные ионы HCO 3 снижают естественную кислотность сусла пропорционально щелочности. И, наоборот, ионы кальция Ca 2+ и магния Mg 2+ повышают кислотность, и тем самым частично парализуют вредное влияние карбонатных ионов.

Снижение естественной кислотности (повышение pH) заторов, сладкого сусла и сусла охмеленного с точки зрения технологического процесса всегда отрицательно. Это проявляется в затруднительном осахаривании заторов, медленной фильтрации сусла, которое при этом недостаточно прозрачно, в более темных заторах и сусле и менее интенсивном выделении бруха при кипячении сусла с хмелем, а иногда и в более низком выходе экстракта. Пиво из сусла с более высоким pH бывает неприятно горьким и склонным к биологической нестойкости.

Реакции, которые протекают между анионами и катионами, поставляемыми, с одной стороны, солодом, с другой - водой, идущей на приготовление пива в условиях затирания довольно сложны. Поскольку они влияют на формирование вкусовых качеств каждого сорта пива, на них издавна было сосредоточено внимание теоретиков и практиков. По этому вопросу имеется обширная библиография. Первые подлинные данные относятся к Виндишу (1910), который решил всю проблему еще не будучи знаком с теорией электролитической диссоциации; он пришел к следующим выводам.

Первичный фосфат калия реагирует с бикарбонатом кальция таким образом:

2KH 2 PO 4 +Ca(HCO 3) 2 =CaHPO 4 +K 2 HPO 4 +2H 2 O+2CO 2 .

Если пивоваренная вода богата бикарбонатом кальция, т. е. имеет высокую временную жесткость, то реакция протекает так:

4KH 2 PC 4 +3Ca(HCO 3) 2 =Ca 3 (PO 4) 2 +2K 2 HPO 4 +6H 2 O+6CO 2 .

В обоих случаях из двух молекул первичного фосфата калия образуется одна молекула вторичного фосфата, тем самым снижается кислотность сусла. Вторичные фосфаты и нормальные (третичные) фосфаты кальция выпадают из раствора в нерастворимый осадок.

С бикарбонатом магния происходят следующие реакции:

2KH 2 PO 4 +Mg(HCO 3) 2 =MgHPO 4 +K 2 HPO 4 +2H 2 O+2CO 3 ;

4KH 2 PO 4 +3Mg(HCO 3) 2 =Mg 3 (PO 4) 2 +2K 2 HPO 4 +6H 2 O+6CO 2 .

Здесь тоже образуется одна молекула вторичного фосфата калия, однако одновременно возникающий вторичный фосфат магния в отличие от фосфата кальция тоже растворим., а нормальный (третичный) фосфат магния растворим частично.

С щелочными бикарбонатами протекает следующая реакция:

2KH 2 PO 4 +2NaHCO 3 =K 2 HPO 4 +Na 2 HPO 4 +2H 2 O+2CO 2 .

Следовательно, из каждой молекулы образуется эквивалентное количество вторичного щелочного фосфата.

Из приведенных уравнений вытекает, что наиболее сильно подщелачивают сусло щелочные бикарбонаты, потом магния и менее всего кальция.

Нейтральные кальциевые и магниевые соли сильных кислот реагируют с вторичным фосфатом калия следующим образом:

4KH 2 PO 4 +3CaSO 4 =Ca 3 (PO 4) 2 + 2KH 2 PO 4 +3K 2 SO 4 .

Три молекулы сульфата кальция (гипс) дают две молекулы первичного фосфата калия. Одновременно возникший нормальный (третичный) фосфат кальция нерастворим и поэтому выпадает из раствора. Тем самым кислотность сусла повышается (pH понижается).

Эти основные реакции, сформулированные Виндишом, в последнее время были пересмотрены. Гонкинс и Амфлет подтвердили, что щелочное действие бикарбонатов возрастает по порядку Ca, Mg, Na или K. Однако из их открытия вытекает, что при обычных температурах затирания даже при перемешивании не выделяется весь углекислый газ и поэтому реакции протекают полностью только при кипячении затора и сусла. Однако и после основательного устранения углекислого газа pH не поднимается, а даже несколько падает. Эта аномалия объясняется реакциями ионов Ca 2+ и Mg 2+ , которые повышают кислотность. При использовании воды, бедной Ca 2+ и Mg 2+ , кислотность тоже несколько возрастает, так как влияют Ca 2+ и Mg 2+ из солода.

В противоречии с открытием Виндиша (по данным указанных авторов) кислотность возрастает не при реакции ионов Ca 2+ и Mg 2+ с вторичным фосфатом кальция, а при реакции с органическими фосфатами, главным образом фитином, а возможно и с белками

протеин H+Ca 2+ =протеинат=Ca+2H + .

Реакции этого типа протекают без нагрева очень медленно. Поэтому повышение кислотности в значительной мере проявляется только при кипячении.

По мнению Берглунда снижение кислотности под влиянием бикарбонатов щелочноземельных металлов является результатом взаимодействия систем карбонатного буфера (HCO 3 - -CO 2) в воде и фосфатного буфера (HPO 4 2+ -H 2 PO 4 -) из солода. Карбонатная система сдвигает pH фосфатной системы в щелочную сторону, в то время как фосфатная система, наоборот, сдвигает pH карбонатной системы в более кислую область. Результат зависит от молекулярных концентраций в среде, т. е. от буферной способности. Эго понятие дополняет результаты Виндиша и уточняет их в соответствии с современными научными данными, В связи с вышесказанным можно сделать вывод, что подщелачивающее действие воды на приготовления пива пропорционально ее щелочности, определяемой титрованием по метиловому оранжевому. Нейтрализация не происходит в начале затирания, а проявляется постепенно по мере удаления углекислого газа, который освобождается в результате разложения бикарбонатов:

HCO 3 - +H + =H 2 O+CO 2 .

В противоречии с приводившимися более ранними точками зрения Берглунд доказывает, что вместо нормального (третичного) фосфата кальция при осаждении из водных растворов всегда образуется его сдвоенное соединение с гидроксидом кальция 3Ca 3 (PO 4) 2 Ca(OH) 2 , называемое апатитом. Остальные фосфаты кальция тоже постепенно гидролизуются в апатит, который является наиболее стойким соединением во всем диапазоне pH.

Вторичный фосфат кальция осаждается только при низких температурах затирания. Тем самым раствор обедняется на моногидрофосфатные ионы HPO 2- 4 , так что отношение H 2 PO - 4:HPO -2 4 в фосфатном буфере возрастает в пользу дигидрофосфатных ионов H 2 PO - 4 кислотность раствора повышается (pH понижается).

Количественные отношения сформулировал Кольбах . Бикарбонатный ион HCO - 3 ,содержащийся в природных водах, повышает pH, а ионы кальция Ca 2+ и магния Mg2+ снижают pH сусла. Mg 2+ снижает pH в 2 раза меньше, чем Ca 2+ . Для компенсации повышения pH, вызванного 1 эквивалентом HCO - 3 , необходимо 3,5 эквивалента Ca 2+ . Из этих зависимостей можно высчитать остаточную щелочность, характеризующую изменение pH сусла под влиянием воды. Эта часть общей щелочности не компенсируется ионами Ca 2+ и Mg 2+ . Для их расчета необходимо знать расход т 0,1 н. раствора HCl для титрования 100 мл воды с метиловым оранжевым.

Процесс расчета виден из инструктивного примера, который относится к воде пивоваренного завода в Бурбоне (по Ллойд Хинду):

m = 4,7 мл 0,1 н. раствора HCl на 100 мл;

CaO = 345 мг/л;

MgO = 103 мг/л.

Общая щелочность 4,7 мг-экв/л, т. ё. 4,7 2,8=13,2 °Н.

Поскольку снижение pH под влиянием магниевой жесткости в 2 раза меньше, чем под влиянием кальциевой жесткости, то общее влияние воды на снижение pH можно выразить одним числом:

Компенсация 1°Н общей щелочности требует 3,5 - показателя кальция.

остаточная щелочность = общая щелочность - компенсированная щелочность = 4,71-4,56 = 0,15 мг-экв/л или 13,2-12,8 = 0,4°Н.

Остаточная щелочность 3,57 мг-экв/л = 10°Н повышает pH готового сусла (12 мас.%) приблизительно на 0,3 по сравнению с дистиллированной водой. Для производства светлых сортов пива хорошо подходят воды, остаточная щелочность которых не превышает 0,357 мг-экв/л = 1°Н. При такой низкой остаточной щелочности, которая получилась в приведенном примере, можно предположить, что pH сусла из этой воды приблизительно такой же, как при использовании дистиллированной воды.

Снижение pH под влиянием ионов Ca 2+ и Mg 2+ проявляется в готовом пиве, в то время как декарбонизацией воды снижается только pH сусла. С точки зрения щелочности вода для приготовления пива тем лучше, чем ниже щелочность по метиловому оранжевому и одновременно выше содержание Ca 2+ .

Влияние воды на вкус пива

В последнее время экспериментальные работы опубликованы Де Клерком , далее Краусом с сотрудниками , а в ЧССР - Салачем с сотрудниками .

Первый из авторов установил, что сульфатные ионы SO 2- 4 дают пиво на вкус терпкое и исключительно горькое, в то время как Виндиш утверждал, что такое пиво имеет жесткий вкус. Отрицательное вкусовое влияние сульфатных ионов не наблюдается вплоть до их содержания, соответствующего 20-30°Н постоянной жесткости.

Силикатные ионы SiO 2- 3 оказывают влияние на вкус косвенным путем тем, что могут помешать брожению уже в обычном количестве от 10 до 30 мг/л и что способствуют образованию коллоидного помутнения в пиве. Силикаты, содержащиеся в пиве, происходят большей частью из солода, в то время как с водой их попадает в пиво относительно немного.

Нитратные ионы NO - 3 в больших концентрациях явно отрицательно влияют на вкус пива. Кроме того, нитраты при брожении частично восстанавливаются в нитриты; нитритный ион NO - 2 токсически воздействует на дрожжи. Отрицательное вкусовое влияние нитритов обнаруживается при концентрации от 25 мг/л.

Хлорные ионы Cl - придают пиву более тонкий и сладкий вкус. Они считаются безвредными даже при высоких концентрациях.

Железо Fe 2+ и Fe 3+ может ускорять дегенерацию дрожжей. В пиве легко возникает коллоидное помутнение. При высоких концентрациях пиво имеет неприятный вкус, интенсивный цвет и коричневую пену. Допускается от 0,2 до 0,5 мг Fe/л. Влияние марганца такое же, однако намного сильнее.

Магниевые ионы Mg 2+ при высоком содержании неблагоприятно влияют на вкус. Граница колеблется около 15°Н магниевой жесткости.

Натриевые ионы Na + всегда оказывают неблагоприятное влияние на вкус пива.

При определении влияния воды на вкус пива по Кольбаху необходимо принимать во внимание также соли из солода. Лагерное пиво из воды обычного состава содержит в 1 л приблизительно около 1960 мг золы; если использовать дистиллированную воду, содержание золы снизится приблизительно до 1800 мг/л.

Краус и сотрудники доказали, что пиво из воды, полностью освобожденной от солей, на вкус почти такое же, как пиво из воды с общей жесткостью от 6 до 10°Н. Разница во влиянии Ca 2+ и Mg 2+ на вкус пива по мнению этих авторов незначительна. Почти никакой разницы во вкусе не возникает под влиянием хлорида кальция и магния, сульфата кальция и магния или карбоната кальция и магния. Хлорид кальция придает неприятно соленый вкус уже при содержании, соответствующем больше 20°Н. Магниевый ион вреден в той же концентрации. Кальциевый ион вызывает неприятно горький вкус.

Из результатов исследований Салача и сотрудников вытекает, что из чехословацких пивоваренных вод лучше всего мягкие воды, по составу похожие на пильзенские воды. Было установлено, что оптимальное отношение временной жесткости к постоянной 1:1, при этом более существенным фактором, чем уровень общей жесткости, является содержание HCO - 3 . Если пиво из мягкой и среднежесткой воды не было удовлетворительным с точки зрения вкуса, то это было вызвано менее благоприятным соотношением Mg 2+ :Ca 2+ и одновременно более высоким содержанием NO - 3 . Пиво из воды с отношением временной жесткости к постоянной как 1:2 с точки зрения вкуса лучше, чем пиво из воды с преобладающей временной жесткостью. Пиво из жесткой и очень жесткой воды, удовлетворительно, если содержание Ca 2+ в несколько раз превышает содержание Mg 2+ .

Различный состав вод, применяемых для приготовления пива, проявляется в разной степени сбраживания его. Обычно наиболее глубоко сбраживается пиво из воды с низким содержанием солей (пильзенская вода), если не действуют одновременно другие факторы; несколько меньше сбраживается пиво из воды с отношением временной жесткости к постоянной как 1:1 и еще меньше пиво из воды с преобладающим содержанием сульфитов. По Гонкинсу и Амфлету , под действием сульфата кальция при кипячении осаждается фитин; его компонент иноситол необходим для дрожжей и недостаток его снижает бродильную активность. Воды с преобладающей временной жесткостью способствуют при варке сусла с хмелем образованию молекулярной формы горьких хмелевых веществ, что проявляется в резком, горьком вкусе пива.

Повышению массовой доли сухих веществ в сусле при затирании благоприятствует величина pH 5,3-5,8, в то время как для увеличения содержания α-аминного азота, напротив, величину pH затора следует понижать до 4,7-5,2 (табл. 5.4). Поэтому для интенсификации как амилолитических, так и протеолитических ферментов следует поддерживать величину pH в пределах 5,2-5,4. С другой стороны, эффективность использования горьких веществ хмеля возрастает с повышением pH затора, так как при этом увеличивается изомеризация альфа-кислот. В то же время повышение pH сусла в процессе затирания зернопродуктов и промывании дробины вызывает целый ряд негативных явлений, а именно:

· увеличение длительности осахаривания;

· замедление скорости фильтрования;

· повышение цветности сусла;

· повышение мутности сусла;

· менее интенсивное образование бруха при кипячении сусла;

· снижение выхода экстракта;

· появление резкого вкуса и грубой фенольной горечи.

Таблица 5.4 Оптимальные значения величины pH для ферментов солода

Влияние величины pH на метаболизм дрожжей

Величина pH оказывает влияние на интенсивность обменных процессов в клетках дрожжей, что отражается на коэффициенте прироста биомассы, скорости роста клеток и синтезе вторичных метаболитов. Так, в кислой среде образуется в основном этиловых спирт, в то время как в щелочной - интенсифицируется синтез глицерина и уксусной кислоты. Величина pH влияет на диссоциацию кислот и оснований, а следовательно, оказывает влияние на перенос питательных веществ внутрь клетки, а также на степень токсичности ингибиторов роста. Например, оптимальным значением pH для метаболизма сахарозы является 4,6, для мальтозы - 4,8. Между тем недиссоциированные вещества, например, органические кислоты, спирты, обладают более высокой растворимостью в липидах, входящих в состав клеточной стенки дрожжей, чем ионизированные формы и поэтому снижение pH способствует большему проникновению кислот в клетку. Именно поэтому увеличение летучих кислот и других органических соединений, которые накапливаются во время брожения, отрицательно сказывается на интенсивности размножения дрожжей. Кроме того, величина pH может воздействовать на конформацию (пространственную структуру) молекул ферментов и тем самым изменить как первичный, так и вторичный метаболизм дрожжей.

Влияние величины pH на органолептику пива

Влияние pH на вкус водного раствора весьма незначительно. Только растворы, имеющие pH выше 8, вызывают ощущение вязкости и щелочного вкуса; кислый привкус появляется при pH ниже 3, причем эти ощущения связаны со слизистой рта (10 класс терминологии вкусов ЕВС - см. приложение 1). Основное влияние pH заключается в изменении скорости диссоциации веществ, которое воздействует на вкусовые луковицы языка.

Взаимосвязь величины pH и кислотности сусла

Кислотность сусла и величина pH взаимосвязаны между собой. Снижение кислотности сусла вызывает те же негативные процессы, которые происходят при повышении величины pH. Снижению кислотности сусла (повышению величины pH), способствуют бикарбонаты и карбонаты воды - Ca(HCО 3) 2 , Mg(HCО 3) 2 , NaHCО 3 , KHCО 3 , K 2 CО 3 . Эти соли образованы сильными основаниями и слабой угольной кислотой (Н 2 СО 3), поэтому в водном растворе они обладают щелочными свойствами. Так, 0,1 н раствор NaHCО 3 имеет pH 7,6, а 0,1н раствор Na 2 CО 3 - 8,5.

Щелочность воды

В пивоварении минеральные соли, входящие в состав воды, делят на химически активные и химически неактивные. Химически активными солями являются все соли кальция и магния, а также карбонат натрия.

Углекислые соли кальция, магния и натрия понижают кислотность затора и сусла, в то время как кальциевые и магниевые соли серной, соляной и азотной кислот повышают кислотность сусла. При значительном содержании солей, повышающих кислотность сусла, вредное действие углекислых солей может быть не только уменьшено, но и полностью компенсировано. Поэтому важно учитывать не общее количество карбонатов, обусловливающих щелочность воды, а то их количество, которое остается в свободном состоянии после частичной компенсации ионами кальция и магния. При этом учитывают, что- для компенсации повышения pH, вызванного одним эквивалентом НСО 3 - , необходимо 3,5 эквивалента Са 2+ , а также то, что ионы Mg 2+ снижают величину pH в 2 раза меньше, чем Са 2+ . Следовательно, различают показатели: общая щелочность, указывающая концентрацию карбонатов и бикарбонатов и остаточную щелочность, которая будет определять кислотность сусла.

Остаточную щелочность определяют по формуле (в которой А, В, a, b выражены в мг/экв./л):

А - остаточная щелочность;

В - общая щелочность;

а - кальциевая щелочность;

b - магниевая щелочность.

Для производства светлых сортов пива типа Pilsner наиболее подходит вода, имеющая остаточную щелочность не более 0,54 мг-экв./л (или 1,5 °d). При повышении этой величины до 3, 57 мг-экв./л наблюдается увеличение pH сусла на 0,3 по сравнению с дистиллированной водой.

Жесткость воды

Жесткость воды - это свойство воды, обусловленное содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Различают временную, постоянную и общую жесткость.

Временная или карбонатная жесткость связана с количеством ионов кальция и магния, которые находятся в воде в виде бикарбонатов Са(НСО 3) 2 и Mg(HC0 3) 2 . При кипячении воды, содержащей бикарбонаты, образуются нерастворимые в воде карбонаты и диоксид углерода (СО 2), при этом жесткость уменьшается. Постоянная или не карбонатная жесткость характеризуется содержанием щелочеземельных металлов, эквивалентное присутствию в воде сульфатов, хлоридов, нитратов и др. анионов (кроме бикарбонатов и карбонатов). При кипячении эти соли остаются в растворе и не изменяют значение показателя жесткости. Общая жесткость представляет собой сумму временной и постоянной жесткости.

В России жесткость оценивается в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв.) на литр воды. При этом 1 мг-экв. жесткости соответствует 20,04 мг Са 2+ (28 мг СаО) или 12,16 мг Mg 2+ (20 мг MgO) в 1 л воды. (Для перевода единиц жесткости, принятых в других странах, можно пользоваться табл. 5.5). По жесткости воду классифицируют следующим образом (мг-экв./л): очень мягкая - до 1,5; мягкая - от 1,5 до 3; средней жесткости - от 3 до 6; жесткая - от 6 до 10; очень жесткая - более 10.

Анализ данных о качестве технологической воды на 42 предприятиях отрасли показал, что по общей жесткости все образцы можно разделить на три группы: мягкая (0,4-3,1 мг-экв./л), средней жесткости (3,9-6,4 мг-экв./л) и очень жесткая (7,9-15,6 мг-экв./л), причем мягкая вода используется всего на 10 предприятиях, на остальных - жесткость воды превышает рекомендуемые значения (табл. 5.6).

Таблица 5.5 Соотношение между различными единицами измерения жесткости воды

Таблица 5.6 Показатели качества воды предприятий отрасли (до подработки воды)

Следует обратить внимание, что в пивоварении имеет значение не только общая жесткость воды, но и соотношение между ионами кальция и магния в ней. При этом предпочтение отдается ионам кальция, в то время как магний может полностью отсутствовать в среде. Это связано как с процессами затирания, так и охмеления сусла. Именно с ионами кальция связано такое явление, как флокуляция дрожжей (см. главу 7). Важно также то, что при устранении временной жесткости декарбонизацией (термический способ; способ обработки известью) карбонат кальция практически нерастворим в воде, в то время как карбонат магния осаждается медленно и при охлаждении воды снова частично растворяется. Также определенные проблемы выявляются при декарбонизации известью. Так, для устранения магниевой жесткости требуется в два раза больше извести (Са(ОН) 2), чем для удаления кальциевой жесткости.