1.3.4.2. Требования к воде для пивоварения

В воде всегда растворены соли, причем по­скольку степень разбавления очень велика,

78

они содержатся в воде не в виде солей, а по­чти полностью диссоциированы на ионы. Поэтому правильнее говорить о растворен­ных ионах.

Большая часть этих ионов не реагирует при затирании с компонентами солода (когда они встречаются в первый раз). Другие же, напротив, реагируют с определенными его компонентами. Соответственно, различают:

химически неактивные ионы и химически активные ионы.

Химически неактивные (пассивные) ионы

Под химически пассивными понимают все те ионы, которые не вступают в химические реакции с составляющими солода и перехо­дят в пиво без изменения. Если они присут­ствуют в повышенных концентрациях, то могут оказывать на вкус пива как положи­тельное, так и отрицательное воздействие. Например, вкус пива округляется при нали­чии хлорида натрия NaCl. К химически не­активным солям относятся хлорид натрия, хлорид калия КС1, сульфат натрия NaSO₄, сульфат калия K₂SO₄ и др.

Однако некоторые из этих химически неак­тивных ионов при производстве пива влияют на те или иные процессы. Так, присутствие 20-30 мг/л нитратных ионов может приводить к торможению брожения, если в сусле содер­жатся нитратредуцирующие бактерии. Поня­тие «химическая неактивность» по отношению к упомянутым ионам относится только к их индифферентности по отношению к компонен­там солода, с которыми они могут контактиро­вать во время приготовления сусла.

Химически активные ионы

Ряд ионов, присутствующих в используемой для производства пива воде, при затирании реагируют с компонентами солода, что в ходе технологического процесса влияет на измене­ние водородного показателя рН.

Водородный показатель рН

Химически чистая вода состоит не только из молекул, так как очень небольшая их часть электролитически диссоциирована.

Н₂О _→^←˚Н⁺ + ОН-

Вода имеет нейтральную реакцию, по­скольку число Н⁺-ионов равно числу ОН^--ио-

нов: в 1 л воды при 25 °С содержится 10-⁷ грамм-ион Н⁺, то есть одна десятимиллион­ная часть грамм-ион Н⁺ и 10^-7 грамм-ион ОН^-, то есть также одна десятимиллионная часть грамм-ион ОН^-.

Если с помощью добавления кислоты уве­личить содержание Н⁺-ионов, то по закону сохранения массы уменьшится процентная доля ОН^- -ионов, и наоборот, при добавлении оснований и гидроокисей доля ОН^--ионов уве­личивается, а доля Н⁺-ионов уменьшается.

Любой водный раствор (не важно, идет ли речь об очень сильной кислоте или осно­вании) содержит Н⁺- и ОН^--ионы, однако их содержание, естественно, различное. Оди­наково оно только в нейтральной воде.

Характер раствора определяется содержа­нием в нем Н⁺-ионов.

Концентрация Н⁺-ионов в растворе выра­жается десятичным показателем степени. Так как в этом случае получились бы очень длинные числа (вплоть до 14 десятичных знаков), на практике применяется только от­рицательный показатель степени, обознача­емый рН.

Водородный показатель рН — это отрицательный десятичный логарифм концентрации водородных ионов в растворе (-lgC_H+)

Пример

Рис. 1.17. Концентрация Н⁺-и ОН^--ионов.

В некотором растворе содержится 0,000000001 г-ион Н⁺. В виде десятичного показателя это выражается как 10^-9 г-ион Н⁺. рН раствора составляет 9,0. Нейт­ральной точкой является рН чистой воды, равный 7,07, в которой содержится одинаковое число Н⁺ и ОН^--ионов (рис. 1.17).

79

По их реакции растворы делятся на три группы:

рН<7	рН = 7	рН>7
кислая	нейтральная	щелочная
реакция	реакция	реакция
Все кисло-	Вода,	Все основа-
ты, напри-	нейтраль-	ния, напри-
мер, соляная	ные соли,	мер, гидро-
НС1, серная	например,	омись натрия
H2SO4 и т.д.	хлористый	NaOH,
	натрий	гидроокись
	NaCl,	кальция
	сульфат	Са(ОН)2,
	натрия	основные
	Na2SO4	соли, напри-
		мер, карбонат
		натрия
		Na2CO,,
		карбонат
		калия К2СО3

рН измеряется электрометрически и кало­риметрически, а для приблизительной оцен­ки — при помощи специальных пропитанных бумажных полосок для определения рН. Зна­чение рН в некоторых жидкостях, в том числе применяемых при производстве пива, пример­но составляет:

од н на	1,0
0,1нСНд-СООН	2,9
Вино	2,8-3,5
Пшеничное пиво	3,3-3,7
Светлое пиво	4,4-4,7
Готовое сусло	5,4-5,5
Водопроводная вода	7,4-7,8
O.lHNaHCO^	7,6
0,1нЫа2СО,'	8,5
0,1 н NaOH	13,0

Влияние ионов на рН

При производстве пива величина рН суще­ственно влияет на многие процессы. Напри­мер, ферменты действуют оптимально при определенном рН, при других же его значени­ях их воздействие незначительно. От рН так­же зависят состояние горьких веществ хмеля и развитие микроорганизмов.

Показатель рН затора и сусла определяет­ся находящимися в них диссоциированными солями и органическими соединениями, попа­дающими в раствор из воды, солода и из несо­ложеного зернового сырья и хмеля.

При затирании находящиеся в воде хими­чески активные ионы и растворимые ве­щества затора образуют различные со­единения.

Пример 1. Обладающий щелочной реакцией двузамещенный фосфорнокислый калий из солода реагирует с нейтральным сульфатом кальция:

4К₂НРО₄ +3CaSO₄ → Са₃(РО₄)₂ +2КН₂РО₄ +3K₂SO₄

двузамещенный сульфат фосфат Однозамещенный - Сульфат

фосфорнокислый кальция кальция фосфорнокислый калия

калий калий

Образовавшийся фосфат кальция нерастворим; однозамещенный фосфорнокислый калий имеет кислую реакцию, и поэтому рН затора уменьшается.

Пример 2. Обладающий кислой реакцией однозамещенный фосфорнокислый калий реагирует с нейтральным гидрокарбонатом кальция:

2КН₂РО₄ +Са(НСО₃)₂ → К₂НРО₄ +СаНРО₄ +2Н₂О +2СО₂

гидрофосфат вода двуокись

кальция углерода

Из имеющего кислую реакцию однозамещенного фосфорнокислого калия образуется основной двузамещенный фосфорнокислый калий, рН возрастает.

С участием химически активных ионов рН в процессе приготовления пива изменяется.

© 80

Смещение значения рН может происхо­дить в кислую или щелочную сторону (см. выше). Для качества пива важны даже самые малые изменения величины рН.

Большинство процессов при производ­стве пива протекает лучше или быстрее, если рН больше сдвигается в кислую область.

Поэтому в ходе процесса производства ве­личина рН должна быть, по возможности, низ­кой. При повышении рН придется столкнуть­ся с некоторыми технологическими затрудне­ниями. Поэтому химически активные ионы соли подразделяются на повышающие рН и понижающие рН ионы. Так как соли в приме­няемой в пивоварении воде находятся боль­шей частью в форме диссоциированных ионов, то лучше говорить об ионах, повышающих зна­чения рН или понижающих его, или о

увеличивающих кислотность = понижа­ющих рН ионах и

снижающих кислотность = повышаю­щих рН ионах.

Жесткость воды

Жесткость воды образуется из-за растворен­ных в ней ионов кальция и магния. Данные приводятся в немецких градусах жесткости, (°d). Немецкий градус жесткости воды опре­деляется следующим образом:

По степени жесткости воду классифициру­ют следующим образом (при этом l°d = 0,357 мг-экв./л = 0,18 ммоль/л):

При °d Характеристика Щелочноземель- жесткости ные ионы на л

l°d = 10 мг СаО/л = 1 г СаО/гл или также 7,19мгMgО/л.

При °d	Характеристи-ка жесткости воды	Щелочноземель-ные ионы на л мг-экв./л ммоль
0-4	Очень мягкая	0-1,44 0-0,7
4,1-8	Мягкая	1,45-2,88 0,7-1,5
8,1-12	Средней	2,89-4,32 1,5-2,2
	жесткости
12,1-18	Достаточно	4,33-6,48 2,2-3,2
	жесткая
18,1-30	Жесткая	6,49-10,8 3,2-5,3
>30	Очень жесткая	>10,8 >5,3

По более современной классификации:

область жесткости 1

до 1,3 ммоль/л = до 7°d (мягкая);

область жесткости 2

1,3 ммоль/л — 2,5 ммоль/л = 7-14°d (средней

жесткости);

область жесткости 3

2,5 ммоль/л — 3,8 ммоль/л = 14-21,3°d (жест­кая);

область жесткости 4

свыше 3,8 ммоль/л = свыше 21,3°d (очень же­сткая).

Повышающие рН ионы (карбонатные и бикарбонатные) ухудшают ход технологичес­кого процесса и качество пива (см. раздел 6.4).

Содержание в воде карбонатных и бикарбо-натных ионов называется карбонатной жест­костью, временной жесткостью или общей ще­лочностью.

Карбонатную и общую жесткость в Германии определяют по DIN 17640

Повышающему рН действию карбонатных ионов противостоит понижающее действие прочих кальциевых и магниевых ионов, име­ющихся в виде хлоридов и сульфатов каль­ция и магния. Действие этих солей объединя­ется под понятием «некарбонатная жест­кость» (или остаточная, а также сульфатная, гипсовая жесткость, так как часть жесткости образуется соответствующими солями).

Для оценки характера воды, содержащей как повышающие, так и понижающие вели­чину рН ионы, служит такой параметр, как остаточная щелочность (ОЩ). Под ОЩ по­нимают разность между карбонатной жест­костью (КЖ) и некарбонатной жесткостью (НКЖ), выражающуюся отношением

Чем выше остаточная щелочность, тем сильнее проявляется действие карбонат­ной жесткости, и следует ожидать боль­шего значения рН. Например, для произ­водства пива типа Pilsner ОЩ не должна превосходить 2 °dН, в противном случае используемую воду следует умягчать.