正文 第二節 水(3 / 3)

②比爾森型啤酒:生產比爾森型啤酒的水是非常典型的軟水,硬度較小,含鹽量低,並且硬度幾乎全部是由碳酸氫鹽引起。硫酸鈣、硫酸鈉與氯化鈉的含量十分低。這種非常軟的水是釀造非常淺色和酒花香突出的啤酒的原始類型(淺色啤酒)。

③多特蒙德型啤酒:生產多特蒙德型啤酒的水硬度很高,水中的非碳酸鹽硬度遠高於碳酸鹽硬度。這個地區的水含有非常高的硫酸鹽,與慕尼黑地區的水相比也含有更多的碳酸鹽,但是通過硫酸鈣的增酸作用能平衡碳酸鹽硬度的降酸作用,所以盡管碳酸鹽含量高,卻依然能釀造出淺色啤酒。當然,這種水的特性也決定了多特蒙德出口啤酒的特性(淺色啤酒)。

④維也納型啤酒:維也納地區水的硬度也很高,而且主要是碳酸鹽硬度。非碳酸鹽硬度大部分以硫酸鈣形式存在。由此決定了原始維也納啤酒介於淺色啤酒和深色啤酒之間的特性(金黃色啤酒)。

5.水的總堿度、負硬度和殘餘堿度

①總堿度GA:水中所有呈堿性離子的總和。測定水中的M值是用甲基橙作指示劑,以標準HCl溶液滴定,反映水中所有可能的CO2-3、HCO-3以及OH-離子的總和(注意在水中OH-與HCO-3不能共存),由於水中碳酸根、碳酸氫根以及氫氧根離子能接受氫離子呈堿性,所以當用鹽酸滴定水樣、甲基橙作指示劑時,能測出水中所有呈堿性離子的總和,即水的總堿度。

②負硬度:如果水中沒有Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、KHCO3等物質存在,且沒有OH-存在時,所測定的總堿度會和水中的碳酸鹽硬度相等,水的總硬度會大於或等於水的總堿度。

由於某種原因,比如化工汙水的汙染而導致有大量Na2CO3、NaHCO3、K2CO3、KHCO3存在時,水中這些過量存在的蘇打類物質就會和水中永久硬度的成分發生完全反應,從而使這些永久硬度的成分轉變為碳酸鈣及碳酸鎂。碳酸鈣為沉澱,碳酸鎂微溶,也就是說這樣的水中永久硬度近似消失了,趨近於零。總硬度和碳酸鹽硬度相等。而總堿度則分別為碳酸鹽硬度對應的堿性酸根離子以及蘇打類物質對應的堿性酸根離子。含蘇打的水中總堿度會大於水的總硬度,二者的差值即所謂的負硬度,此時水中近似認為非碳酸鹽硬度為0,總硬度等於真正的碳酸鹽硬度。如此近似定義的目的是便於計算水中離子對釀造過程pH的影響。

同樣永久硬度中的Mg2+也會轉變為MgCO3。

③殘餘堿度:通過殘餘堿度人們可以了解水中增酸離子和降酸離子的相互作用以及它們對生產的影響程度。Ca2+、Mg2+以及CO2-3、HCO-3都會和麥芽成分中的磷酸鹽及乳酸鹽、蛋白質等反應,反應後鈣、鎂離子起增酸作用,而HCO-3等起降酸作用。增強酸性的離子與減弱酸性的離子進行比較:

增強酸性:Ca2+和Mg2+離子,它們使H+從磷酸鹽中釋放出來。

減弱酸性:HCO-3等堿性離子,它們與H+結合,使酸式磷酸鹽轉變成堿式磷酸鹽。

為了對水中具有降酸作用和增酸作用的離子進行綜合評價,科爾巴赫(Kolbach)提出了水的殘餘堿度的計算方法:1.5mol的鈣離子可以使1mol的氫離子遊離。由於這些並非十分定量進行的反應,再考慮到蛋白質鹽的作用,因而認為在醪液中1.75mol的鈣離子可以中和1mol的碳酸氫根離子。而鎂離子的增酸作用則僅僅為鈣離子的一半,則需要3.5mol的鎂離子才能使1mol的氫離子遊離。

殘餘堿度計算為:殘餘堿度(RA)=總堿度(GA)-平衡堿度(AA)

平衡堿度(AA)=[鈣硬度(CaH)+1/2鎂硬度(MgH)]/3.5

當以殘餘堿度為0的水作為釀造用水時,可使醪液和麥汁的pH變化與使用蒸餾水相同;殘餘堿度為10°d的水可使醪液和麥汁的pH升高約0.3,而殘餘堿度為-10°d的水與使用蒸餾水相比,可使pH下降約0.3。

醪液的pH下降0.1個單位,則可使收得率上升0.2%~0.3%。麥汁的pH如變化0.3,啤酒的pH就變化0.1。和使用蒸餾水相比,一定殘餘堿度的水質能導致麥汁中的緩衝物質發生強烈的變化。

四、水處理

為了使不符合要求的水質也能用於釀製淺色、高質量的啤酒,必須對釀造用水進行適當的處理,確保水對醪液或麥汁以及啤酒pH的影響,能滿足啤酒生產過程、質量以及成本的要求。釀造用水的處理方法可以分為兩大類:直接改善釀造用水的方法;在糖化車間添加其他物質,以抵消碳酸鹽硬度降酸作用的影響。

1.加酸法

(1)加酸的原理加酸並不改變水的總硬度,但可將碳酸鹽硬度轉變為非碳酸鹽硬度,可改變兩者的比值。

(2)具體分類根據提供酸的來源不同,可分為以下幾類。

①外加酸。

②添加酸麥芽3%~6%;或在醪液和麥汁中添加酸麥芽漿(酸麥芽經過粉碎,在一個帶有攪拌機的容器內製成酸麥芽漿);或使用熏硫處理的麥芽。

③添加乳酸麥汁(生物酸化法)。

廣泛使用外加酸的方式,酸麥芽、酸麥芽漿、熏硫麥芽的應用少,現在越來越多的啤酒廠青睞生物酸化的方式。

(3)操作方式

①外加酸:外加酸通常添加在糖化鍋和煮沸鍋,也有許多啤酒廠直接將酸添加到投料用水和洗糟用水。所加酸要求食用級或化學純級的乳酸、鹽酸、磷酸和硫酸。外加酸的特點是:酶作用快、糖化快、麥汁中的遊離氨基氮(FAN)高、色澤淺、口味柔和、蛋白質沉澱好、麥汁澄清好。

②生物酸化法:

a.生物酸化麥汁的生產:在頭道麥汁中接種乳酸杆菌45~48℃培養,產生乳酸並製成適當濃度的乳酸麥汁。

b.使用的菌種:Lactobacillus delbrueckii;Lactobacillus amzlolzticus。這些菌種的特點是在啤酒和麥汁中生長;產酸量大,1mol葡萄糖生成2mol的乳酸;耐高溫至52℃;可發酵糊精和澱粉;不能忍受酒花,低於30℃死亡;不形成雙乙酰。

c.生物酸化麥汁的原理和添加量:使用一定比例的生物酸化麥汁直接調節pH。每降低pH0.1相當於添加0.5%成品麥汁的量。醪液中加25%,麥汁中加75%。

d.特點:降低成本、符合純釀健康的要求、生物穩定性好、啤酒質量高。

2.加石膏或氯化鈣

(1)原理和意義在水中添加石膏或氯化鈣,可降低水的殘餘堿度,在糖化鍋的醪液中添加石膏後,在熱的條件下,形成酸性磷酸鹽和不溶性的磷酸鈣,從而抵消一定的碳酸氫鹽的降酸作用,使醪液的pH下降,通過酶分解作用改善物質的轉化,可提高糖化收得率。

在糖化用水或釀造用水中添加石膏或氯化鈣,成品啤酒中含有較多的含氮物質,顏色也較淺。

糊化鍋中添加石膏或氯化鈣,有利於α-澱粉酶的作用,促進輔料的糊化效果;在煮沸鍋中添加石膏,可促進蛋白質凝固,有利於麥汁澄清,並調整冷麥汁中鈣離子的數量。

(2)添加量每噸水加50~200g石膏。

①添加石膏後會損失磷酸鹽(麥汁的緩衝物質和酵母的營養物質)。

②含硫酸鈣多的水,應少加,含碳酸鹽硬度(KH)高的水應軟化,再加50~80g/t。

③水質特軟或除鹽徹底的水可加CaSO4。

④應選擇純度高的石膏或CaCl2。

3.水的煮沸處理

通過對水進行煮沸處理,可使一部分碳酸氫鹽分解為不溶性的碳酸鹽和二氧化碳,從而降低碳酸鹽硬度,改善殘餘堿度。

在水的煮沸過程中,形成的碳酸鈣在水中是不溶的,幾乎全部被分離出來,在水中以溶解狀態殘留的僅僅為0.8°d。大約相當於14mg碳酸鈣/L水。

形成的碳酸鎂的分離是困難和不徹底的,並且在冷卻時會使已經分離出來的碳酸鎂再次溶入到水中。因此需通過熱水過濾的方法而將碳酸鎂分離出去。

水的煮沸處理隻適合於處理碳酸氫鈣含量高的水,處理過程十分繁瑣,並且能源費用大、成本高,一般應用很少。

4.石灰沉澱法

用飽和石灰水降低碳酸鹽硬度,改善殘餘堿度。

(1)處理原理這種方法通常是在冷或微溫的水中可能發生反應。

以石灰水形式加入的石灰分別與水中遊離的、半結合的二氧化碳、碳酸氫鈣、碳酸氫鎂反應,反應後轉化為不溶性的碳酸鈣,碳酸氫鎂最終形成Mg(OH)2而分離出去,隻適合降低水中碳酸鹽硬度,改善殘餘堿度。依據上述反應和原水質量,采用飽和石灰水可以有兩種水處理方案,即飽和石灰水一步處理法和飽和石灰水兩步處理法。

(2)飽和石灰水一步處理法當原水中碳酸氫鈣構成的硬度較高,鎂硬度與非碳酸鹽硬度之差不高於3°d時,可采用飽和石灰水一步處理法,飽和石灰水一步處理法是將計算所需的飽和石灰水全部一次性地和待處理的原水混合,發生化學反應式①②③所列的反應,生成的碳酸鈣沉澱被過濾除去,石灰一次性被完全消耗。反應後少量的碳酸氫鎂轉化為呈溶解狀態的碳酸鎂,鎂硬度處理前後不變,但由於鎂硬度低,處理後的水能滿足釀造用水的要求。

(3)飽和石灰水兩步處理法當原水中碳酸鹽硬度較高且碳酸氫鎂構成的硬度在6~8°d時,可采用飽和石灰水兩步處理法。飽和石灰水兩步處理法是按全部水處理所需準確的石灰水與待處理的原水分兩次混合,第一步是在60%的原水中摻入計算出的全部水處理所需的總石灰水量,並使混合後的水pH達到11,發生化學反應式①②③④所列的反應,60%原水中的碳酸氫鈣轉變為碳酸鈣沉澱、碳酸氫鎂,最終轉化為氫氧化鎂沉澱,如果水中存在鐵鹽也會沉澱析出,所生成的沉澱經過濾除去。第二步是將經過第一步處理的水(pH11~12)再和剩下的40%的待處理原水混合,pH從由11下降到8.3~8.4。發生化學反應式①②③所列的反應,利用第一步反應中過量的石灰水,在第二步混合反應中被完全中和並消耗,生成碳酸鈣沉澱並過濾除去。理論上可以將原水中的鎂硬度降低60%,而實際中隻能降低30%~40%。

全部的反應應在冷水中進行,但注意水溫不要低於12℃。在含碳酸氫鈣較多的水中會出現較大的絮狀沉澱。但在含碳酸鹽硬度較少的水中則不會出現。這些沉澱將以膠體形式分離析出,最後相互吸附聚集而濃縮為泥狀渾濁物。通過相對較高的溫度、強烈地攪拌或倒泵,可以加快這種絮凝作用。

由於兩步法對含碳酸氫鎂較高的水處理效果不是很好,可在兩步法除硬設備中安裝一個並聯支流的弱酸交換器,這樣可在石灰水係統中使用較高量的石灰,通過離子交換器中遊離出的二氧化碳可對過量的石灰進行中和。通過這樣的組合可以使處理設備的能力提高、補充或改善。

1°d≈10mgCaO/L≈29mgCa(HCO3)2/L≈19.8mgCaCl2/L≈24.3mg CaSO4/L

(4)飽和石灰水用量的計算飽和石灰水用量的計算是以反應完全、完全除去碳酸鹽硬度所需要的飽和石灰水的體積進行計算的;每百升原水欲降低1°d的碳酸鹽硬度需要約0.8L的飽和石灰水,同時還要考慮到腐蝕性的碳酸所消耗的量。

具體公式為:處理每百升原水所需的飽和石灰水體積(L)=(欲降低的碳酸鹽硬度+欲降低的鎂硬度+mg/LCO2×0.127)/每升飽和石灰水所對應的CaO的克數。

(5)P值、M值及石灰法水處理效果

通過測定原水的M值以及處理後水的P值、M值,檢測除去原水中的碳酸鹽硬度的效果、石灰添加量是否合理。經過石灰除去碳酸鹽的水的pH一般在8.5~9.5,在經過飽和石灰水完全除去碳酸鹽硬度的水中,當2P=M時,數量最適當。當2P>M,說明加入的熟石灰量太多。當2P