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啤酒酿造用水水质要求及水质与酿造的关系

编辑: 小何 发布时间:[ 2019/9/11 15:46:23 ] 信息分类: 啤酒招商

  历史上,一个地区能酿造的啤酒风格既得益于又受限于当地的水质。例如,爱尔兰地区的水中富含钙离子和碳酸氢根,与烤大麦带来的酸度达到平衡,造就了干世涛;捷克皮尔森地区的水极软,几乎不含矿物盐,造就了波西米亚风格皮尔森;英国波顿特伦特地区的水极硬,富含硫酸钙和碳酸氢根,加重啤酒花苦味,使收口饱满、偏干,造就了英式IPA。

  如果我们的目标是酿造多种风格的啤酒,那么了解水质对于啤酒酿造的影响是无法回避的。简单讲,水在糖化过程中影响着麦芽出糖,而且本身影响了成品酒的风味。但是,很多面向大众的精酿教程和书籍中,都建议对于酿造中水质的人为调整越小越好。因为水质调节是一个复杂的话题,背后有一套复杂的理论。

  啤酒生产用水可分为五个方面,即酿造用水、冷却用水、洗涤用水、锅炉用水、制麦用水。

  生产淡色啤酒应以软水为主;生产浓色啤酒可以选用暂时硬度偏高的水;锅炉用水必须是软水防止产生水垢;冷却用水即需要是软水,同时还要求含金属盐少,防止产生腐蚀作用;浸麦用水以中等硬度的水为好;洗涤用水则不能含微生物。

  一、糖化用水的质量要求

  1、外观:无色透明,无悬浮物及沉淀物。

  2、口味:有清爽的味感。无咸、苦、涩等异味。

  3、pH值:6~7为宜。

  4、硬度:总硬8?以下为宜,暂硬2? ~5?为好。

  5、有机物:高锰酸钾消耗量应为0~3mg/L。

  6、总溶解盐类:固形物的含量以150~200mg/L为宜。

  7、铁盐:以不超过0.3mg/L为佳。铁盐的存在会氧化麦汁中的单宁,增加麦汁色度,使啤酒带有铁腥味并易发生混浊。

  8、锰盐:0.1mg/L以下为好。微量锰盐有利于酵母生长,过量则使啤酒缺乏光泽,口味粗糙。

  9、硅酸盐:以SiO3计,应在30mg/L以下。过量则麦汁不清,发酵时形成胶团,影响发酵和啤酒过滤;引起啤酒胶体混浊;使啤酒口味粗糙。

  10、其他金属离子:重金属离子的含量必须符合饮用水的标准。过量抑制酵母和酶的活性,并使啤酒出现早期混浊,对人体健康也是有害的。

  11、硫酸钙:   1~1.5g/L为宜。

  12、氯及氯化物:  氯含量不超过0.3mg/L。氯化物适含量为20~60mg/L。

  13、氮化合物:硝酸盐应在0.2mg/L以下。亚硝酸盐和氨态氮好不检出。

  14、有害微生物:37℃下培养24h,1mL水中细菌总数不得超过100个,不得有大肠杆菌和八联球菌存在。

  二、水的硬度

  是指溶解在水中的碱金属盐的总和,而钙盐和镁盐是硬度指标的基础。

  水中的钙和镁离子被称为硬度。钙镁高的水被称为硬水,反之称为软水。一般谈论硬度的单位是mg/L以CaCO3计。这是一个通用的简化,计算上用CaCO3代表水中所有Ca和Mg的盐。因为钙和镁在很多数情况下被无差别对待。而且在无机盐在溶液中处于离子状态,阴离子和阳离子(我们关注的钙镁)可以分开对待。之所以选择CaCO3,是因为它的分子式刚好为100,方便计算。理论上,总硬度的计算公式如下(Ca的分子量为40,Mg为24):

  总硬度(以CaCO3计) = 100 x (钙(Ca)/40 + 镁(Mg)/24)

  若水中含有锰,铁,铬等重金属离子,它们也会被计入总硬度。所以水质报告中的硬度会比实际的钙镁硬度要高一些。

  德国硬度  每升水中含有10mg的氧化钙为1度。

  一般水质硬度在1?~30?之间。

  0~4?为软水;4.1?~8.0?为软水;

  8.1?~12.0?为普通软水;

  12.1?~18.0?为中等硬水;

  18.1?~30?为硬水。

  水的硬度有三种:

  暂时硬度:是钙和镁的碳酸氢盐溶解于水中的硬度。

  硬度:是钙和镁的硫酸盐、硝酸盐或氯化盐等溶解在水中的硬度,又称非碳酸盐硬度。

  负硬度:是溶解在水中的钾和钠的碳酸氢盐和碳酸盐。负硬度的存在使水呈碱性。

  三、水中钙、镁离子对啤酒酿造的影响

  1、水中钙、镁的碳酸氢盐的降酸作用

  Ca(HCO3)2+2KH2PO4 → CaHPO4↓ +K2HPO4+2H2O+2CO2↑

  2、水中钙、镁重碳酸盐的缓冲作用

  Ca(HCO3)2  → Ca2++2HCO3-HCO3-+H+  →  H2CO3

  3、水中钙、镁硫酸盐的增酸作用

  3CaSO4+4K2HPO4→Ca3(PO4)2↓+2KH2PO4+3K2SO4

  4、钙、镁离子的其他作用

  钙离子:保护α-淀粉酶的耐热性,促进麦汁澄清,增加酵母凝聚性。

  镁离子:对啤酒风味不利,但是某些酶的辅酶因子。

  四、水的PH值

  pH之所以没有单位,是因为它代表的数字是指数的级别。pH(全称potential of Hydrogen)的数字是氢离子浓度以10为底数的对数的负数(pH = -log10H+)。所以,氢离子浓度,在pH为4的溶液中,是其在pH为5的溶液的10倍。因此pH的增减并不是一个线性的关系,这也是为什么看似微小的pH变化的背后,代表了糖化和发酵过程中的显著变化。

  需要说明的是,同一溶液,pH的读数取决于温度的变化。根据定义,在25摄氏度的纯水对应了pH中性的7。同样是纯水,在10摄氏度的时候,pH读数为7.27,在50摄氏度时这是6.63。这并不是代表水的酸性或碱性增强了,而是单纯因为温度,pH的数字发生了偏移。

  水的pH其实不太重要。因为大家的酿造用水来源,基本都是自来水或者商业灌装水。这些水都经过处理符合了国家的饮用安全标准,这意味着水自身的pH差异对酿造的影响并不大。相比之下,碱度才是我们真正应该着重关心的。

  五、水中重要的离子

  (1)钙Ca(推荐 50 - 150mg/L)

  钙或许是对于酿酒师而言重要的离子。它本身无味。在糖化,过滤和煮沸阶段,钙离子和麦芽中的磷酸盐的化学反应,是将pH降到淀粉酶佳活性范围的主要贡献者,并促进蛋白质分解和蛋白胶泥的析出。在发酵阶段,钙是酵母代谢所必须的元素,有利于成品酒中的蛋白质凝聚和酵母沉降,促进酒体澄清和稳定。酿造用水中应有足够浓度的钙,以确保经过糖化煮沸和发酵,酒中仍有一定余量的钙。

  (2)镁Mg(推荐 0 - 40mg/L)

  镁离子略带酸味和涩感。和钙离子一样,镁可以降低糖化时的pH,但是其效率不如钙。镁也是酵母健康代谢所必须的元素。全麦芽酿造的麦汁通常包含有足够的镁。有意思的一点是,与业界大咖JohnPalmer合写《Water》一书的Colin Kaminski认为:酿造深色酒时,在糖化水中加入30ppm的镁会对口味有显著提升。各位可以自行尝试。

  (3)钠Na(推荐 0 - 50mg/L)

  当浓度在70 - 150mg/L时,钠能衬托麦芽的甜感,使啤酒的口感更圆润。当达到150- 200mg/L时,会有咸味。超过250mg/L时则出现尖酸和涩感。经软水处理后,碱度所对应的钙镁被置换成钠离子。因此,除非水中有足够高的硬度和一定的碱度(以确保软化过程不会去除太多钙镁且引入过多钠),否则软化后的水不太适合酿造。也就是说,软水适用的窗口很窄,可能还不如不软化。

  (4)锌Zn(推荐 0.1 - 0.5mg/L)

  在所有离子中,锌是地位特殊的一个。锌会被软水机交换成钠。锌是对于酵母来说不可或缺的微量元素(酵母营养盐里大部分是锌盐),而且麦汁中常常含量不足。锌的味觉阀值浓度是5mg/L,超过这个浓度会品尝到涩味。对于锌盐,推荐的是在煮沸的后阶段加入。因为加入太早会随着蛋白质沉降而保留不到麦汁中。但是头疼的是浓度的上限0.5mg/L的量还是非常小。20升的麦汁只需要0.01g的锌,对于常见的七水合硫酸锌(ZnSO4*7(H2O),分子量288),添加量也只在0.044g,500升也才需要1.1g。一般的电子秤的精度是0.01g(准确度和误差那是另一个故事)。因此,为了精确操作,推荐调制一定浓度的标准溶液,然后通过体积控制添加量。

  (5)Cl(推荐0 - 100mg/L)

  和钠类似,氯也是水中常见的离子,也能衬托麦芽甜感,增进口感。当超过250mg/L时,有咸味和面糊味,超过300ppm则有苦咸味,特别是和钠离子,硫酸根离子一起出现的时候。

  (6)硫酸根SO4(推荐0- 250mg/L)

  硫酸根离子能突显酒花的苦,使苦质更干净,更令人愉悦。它是著名酿酒城市波顿的标签,其著名的IPA和Burton Ale(Barley Wine的前身)就是得益于其水中高于常规的硫酸盐含量。波顿地区的水质监管部门要求将硫酸根控制在250mg/L以内。但是当地有些净水的读数能达到850mg/L。在200-400mg/L时,可以突显酒花的风味特征。但是当浓度超过400mg/L时,会导致苦味变得过于尖锐而有涩味。

  (7)碱度/碳酸氢根HCO3-(推荐0 - 100mg/L以CaCO3计)

  过高的碱度能阻哎糖化时pH的下降,因此它是酿酒师比较关注的水质参数。过高的碱度会带来粗糙的口感:舌头表面会有粗糙的触感,伴随着类似干粉的后味。然而,在酿造深色啤酒时,一定的碱度可以增进口感。其原因是深色麦芽含有酸性物质,这恰好能和糖化水中的碱度中和。这个过程的细节会在下文中解释。

  (8)总硬度 total hardness (推荐 150 - 300mg/L 以CaCO3计)

  总硬度包含了所有的钙镁。钙镁过低会影响糖化出糖的效率和发酵中的酵母代谢等等一系列问题。而硬度过高的水则往往本身对风味有负面的影响。

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