Вода для пивоварения
Вода является основным компонентом многих напитков, в том числе и пива. Поэтому, независимо от того есть у вас маленькая домашняя пивоварня или большое производство, качество воды будет одним из определяющих факторов во вкусовых характеристиках полученного продукта.
Большинство домашних и крафтовых пивоваров для варки всех сортов пива используют самую доступную воду из скважины или водопровода. Они могут добавлять гипс (CaSO4) в процессе варки IPA (Indian Pale Ale) или стаутов, но крайне редко предпринимают другие действия для улучшения качества воды. При таком подходе можно сварить отличное авторское пиво, но практически невозможно получать разные сорта. Это, кстати, является причиной того, что пивовары в Мюнхене делают темные солодовые лагеры, в Бертоне-на-Тренте готовят Пель-эль, а ранние иммигранты, поселившиеся на американском Среднем Западе (где вода для пива была мягкой, как в Богемии), варили лагенсоподобные лагеры. Качество и состав местной воды в каждом отдельном случае является неотъемлемой характеристикой вкусовых качеств любого пива.
Сегодня пивовары могут обеспечить воду для любого пива благодаря технологиям водоподготовки. Иногда достаточно добавления определенных минеральных веществ, которые обеспечат оптимальный вкус, но если ситуация сложнее, то на помощь придет широкий ассортимент водоподготовительных технологий.
Требования к воде, используемой в пивоварении
Итак, какая вода нужна для приготовления пива? В первую очередь она должна соответствовать ГCанПиН 2.2.4-171-10 («Гигиенические требования к воде питьевой, предназначенной для потребления человеком»). Это главный стандарт, который характеризует необходимые параметры качества воды, применяемой для питья. ГCанПиН 2.2.4-171-10 является официальным нормативным документом в сфере водоподготовки в пищевой промышленности. Также у пивоваров есть свои внутренние стандарты.
На что влияют основные показатели воды?
По мнению автора этого материала пивоварня - это особенное место, где происходит нечто похожее на алхимию, но все же в любой алхимии есть доля науки. Поэтому поговорим о том, как связаны разные вещества, в частности минералы и химия пивоварения. Марк Седам в журнале “Химия Пивоварения” приводит научно и практически полученные взаимозависимости минерального состава воды и вкусовых характеристик пива, а также влияние содержания определенных элементов на технологию его варки.
Компонент |
Допустимое содержание, мг/л (ppm) |
Катионы |
|
Кальций (Ca2+) |
5 - 200 ppm |
Магний (Mg2+) |
2 - 30 ppm |
Натрий (Na+) |
2 - 150 ppm |
Калий (K+) |
0,01 - 10 |
Железо (Fe3+) |
0,01 - 0,3 |
Марганец (Mn2+) |
0,001 - 0,1 |
Медь (Cu2+) |
0,001 - 0,1 |
Цинк (Zn2+) |
0,01 - 0,2 |
Амиак (NH4+) |
0,01 - 10 |
Анионы |
|
Карбонаты и бикарбонаты (CO32-, HCO3-) |
30 - 500 |
Сульфаты (SO42-) |
20 - 150 ppm |
Хлориды (Cl-) |
200 - 300 ppm |
Нитраты (NO32-) |
0 - 10 ppm (оптимально отсутствие) |
Нитриты (NO22-) |
0 - 10 ppm (оптимально отсутствие) |
Другие соединения |
|
Хлор и хлорамины (Cl2) |
0 - 0,5 ppm |
Смотреть детальную таблицу▶
Элемент |
Нормируемое значение |
Влияние воды на вкус пива |
Влияние на процесс затирки |
Влияние на процесс ферментации |
Кальций (Ca2+) |
5 - 200 ppm |
Способствует экстракции горьких веществ из хмеля. Может увеличивать мутность и вязкость за счет осаждения оксалатов. |
Снижает pH сусла. Способствует осаждению карбонатов. Желатинизирует гранулы крахмала. Стабилизирует альфа-амилазу. Уменьшает экстракцию танинов и снижает цветность. Образует нерастворимые соли с карбонатами и фосфатами. |
Может связывать органические вещества, лишая ферменты питательной среды. Низкие концентрации. нейтрализируют пептон и лецитин, которые имеют токсичное влияние на дрожжи. |
Магний (Mg2+) |
2 - 30 ppm |
Подчеркивает запах пива. При избытке может придавать терпкую горечь. Пиво с содержанием магния свыше 125 ppm имеет диуретический и слабительный эффект. |
Имеет важное влияние на работу некоторых энзимов. Снижает pH сусла, но в меньшей мере, чем кальций. |
Питательная среда для дрожжей. |
Натрий (Na+) |
2 - 150 ppm |
При уровне свыше 75 ppm придает неприятную горечь. В более низких концентрациях может вызывать кисловатый и/или соленый привкус. |
Не принимает участия в образовании сусла. |
При повышенной концентрации может быть токсикантом для дрожжей. |
Калий (K+) |
0,01 - 10 |
Обеспечивает солоноватый вкус аналогично натрию. |
Сильно растворимый. |
Не влияет. |
Железо (Fe3+) |
0,01 - 0,3 |
Неприятный чернильный привкус при уровне свыше 0,5. |
Не влияет. |
Ослабляет дрожжи при содержании свыше 1 ppm. |
Марганец (Mn2+) |
0,001 - 0,1 |
Неприятный металлический привкус. |
Не влияет. |
Важный минерал, который принимает участие в метаболизме. |
Медь (Cu2+) |
0,001 - 0,1 |
Неприятный металлический привкус. При содержании 1 ppm и более появляется перманентная мутность. |
Медное оборудование в процессе приготовления пива пасивируется при контакте сусла и не попадает в воду. |
Питательный элемент для метаболизма дрожжей. Повышенные концентрации приводят к мутациям. |
Цинк (Zn2+) |
0,01 - 0,2 |
Не имеет влияния. |
Питательный элемент для метаболизма дрожжей. При достижении 1 ppm приводят к мутациям дрожжей. |
|
Амиак (NH4+) |
0,01 - 10 |
Является индикатором микробиологического загрязнения воды. |
не имеет влияния. |
|
Анионы |
||||
Карбонаты и бикарбонаты (CO32-, HCO3-) |
30 - 500 |
Обеспечивает полноценный приятный солодовый вкус Повышенные уровни вызывают горькие, вяжущие привкусы в лагерах. |
Выполняет функции буферного раствора (стабилизатора pH) Образует осадки с кальцием Препятствуют желатинизации крахмала Предупреждает образование хлопьев при холодном отстаивании Экстрагирует избыточные танины |
Повышают риск микробиологического загрязнения при брожении, в случае не установленного pH |
Сульфаты (SO42-) |
20 - 150 ppm |
Обеспечивает сухой полный вкус пива. При уровне свыше 500 ppm вызывают острый горький привкус. Имеет слабительное действие в сочетании с кальцием и магнием. |
Имеет слабоосновные свойства, т.е щелочность нейтрализуется большинством кислот. |
Источник серы для сероводород редуцирующих бактерий. |
Хлориды (Cl-) |
200 - 300 ppm |
Подчеркивают горечь. Подчеркивают полноту вкуса и запаха, но нейтрализируются солями кальция и магния. При высоком содержании приводят к солоноватому привкусу. |
Повышает стабильность и прозрачность. |
Повышенные концентрации могут быть токсичными для дрожжей. |
Нитраты (NO32-) |
0 - 10 ppm (оптимально отсутствие) |
Разрушает вкус. |
При уровне свыше 10 ppm характеризует загрязнение воды сточными водами. |
Могут восстанавливаться до сусла посредством бактерий сусла. |
Нитриты (NO22-) |
0 - 10 ppm (оптимально отсутствие) |
Получаются путем разрушения нитратов колиформными бактериями Всегда являются индикаторами загрязнения. |
Токсичен для бактерий. |
|
Другие соединения |
||||
Кремний (SiO2, H2SiO4) |
|
Не оказывает влияния. |
Препятствует фильтрации пивного сусла. В форме H4SiO4 может осаждать кальций и магний. |
Вызывает мутность. |
Хлор и хлорамины (Cl2) |
0 - 0,5 ppm |
Не оказывает влияния. |
Имеет окислительное действие, может нарушать процессы экстракции. |
Является токсичным для дрожжей. |
Выше перечислены основные примеси воды, которые влияют на вкусовые характеристики полученного пива, а также на процессы экстракции, брожения и ферментации, происходящие во время его производства.
Карбонаты кальция и магния — это составляющие компоненты жесткости воды. Они совершенно безопасны для человека и просто необходимы для получения пива.
Кальций — способствует экстракции горьких компонентов из хмеля, а также может увеличивать мутность и вязкость продукта за счет осаждения оксалатов.
В процессе затирки способен образовывать осадки карбонатов и фосфатов, снижает pH сусла, вызывает желатинизацию гранул крахмала и стабилизирует альфа-амилазу. При большом исходном содержании в процессе ферментации может связывать органические вещества, лишая ферменты питательной среды, а в низких концентрациях наоборот способен нейтрализировать лецитин и пептон, которые имеют токсичное влияние на дрожжи.
Магний подчеркивает запах пива, но при избытке может придавать терпкую горечь. Если содержание магния выше 125 ppm пиво может иметь выраженный диуретический и слабительный эффект. В процессе затирки важен для работы некоторых энзимов, при этом снижает pH сусла, но в меньшей мере, чем кальций. Важен для питания дрожжей в процессе ферментации.
Карбонаты и бикарбонаты — один из неотъемлемых компонентов, необходимых для обеспечения полноценного глубокого солодового привкуса. Именно их повышенные показатели являются причиной горьковатых и вяжущих привкусов в лагерах. Карбонаты и гидрокарбонаты выполняют функции буферного раствора — стабилизируют pH. При высоком содержании кальция образуют осадки, препятствуют желатинизации крахмала и образованию хлопьев при холодном отстаивании, уменьшают концентрацию танинов. Если pH не установлен достаточно четко, то могут способствовать размножению микроорганизмов.
Натрий, калий, хлориды и сульфаты также являются неотьемлимыми компонентами любой воды.
Натрий - в концентрациях до 75 ppm может вызывать кисловатый или соленый привкус, при более высоком содержании способствует чрезмерной неприятной горечи пива. Не принимает участия в образовании сусла, но при значительно повышенном содержании может быть токсичным для дрожжей.
Калий тоже отвечает за солоноватые нотки во вкусе конечного продукта и практически не влияет на процессы затирки и ферментации.
Cульфаты в оптимальной концентрации обеспечивают полный сухой вкус пива, который при концентрации более 500 мг/л обретает уже острый горький привкус. В сочетании с кальцием и магнием обладает слабительными свойствами. В процессе ферментации являются питательной средой для сульфат-редуцирующих бактерий, поэтому могут проявляться специфическим запахом.
Хлориды обеспечивают горьковатый привкус, который подчеркивает полноту вкуса и запаха. При повышении концентрации приводят к солоноватому привкусу. Могут нейтрализоваться солями кальция и магния. Повышают стабильность и прозрачность сусла, могут быть токсичными для дрожжей при превышении нормы.
Металлы в воде могут иметь разное происхождение и разные свойства. В зависимости от уровня токсичности, могут быть и опасны и практически безвредны.
Железо — вызывает неприятный чернильный привкус при концентрации свыше 0,5 мг/л, не влияет на процесс затирки, но ослабляет дрожжи при содержании свыше 1 мг/л.
Медь, марганец и цинк характеризует неприятный металлический привкус. Они практически не влияют на процесс затирки, но могут сказываться, как положительно, так и отрицательно на метаболизме дрожжей, в том числе вызывая их мутации.
Нитраты — разрушают вкус пива, в процессе брожения могут восстанавливаться до сусла посредством бактерий сусла.
Аммиак - не оказывает никакого воздействия на процесс затирки, но может свидетельствовать о микробиологическом загрязнении воды, соответственно, не рекомендуется применять ее в процессе варки пива. Нитриты наряду с аммиаком говорят о микробиологическом загрязнении воды — они являются продуктами колиформного разрушения нитратов.
Кремний не оказывает влияния на вкус пива, но может осаждать кальций и магний, а также препятствует фильтрации пивного сусла, при ферментации вызывает мутность.
Хлор и хлор амины тоже никак не сказываются на органолептических характеристиках пива, но могут нарушать процессы экстракции при затирке и являются токсичными для дрожжей.
Для того, чтобы примерно понимать какая технология водоподготовки подойдет именно вам, необходимо знать качество исходной воды. Эту информацию можно получить путем проведения анализа воды или использования показателей близлежащих источников с Карты качества воды Ecosoft. Важно понимать, что качество водопроводной и колодезной воды в близлежащих точках обычно совпадает, а вот в ситуации со скважиной показатели могут отличаться в зависимости от ее глубины, объема откачиваемой воды, длительности эксплуатации и пр.
Базовыми показателями, которые надо учитывать при подборе технологии водоподготовки, являются жесткость, pH и щелочность.
pH - это показатель определяющий кислотность/щелочность среды. Различные этапы процесса варки требуют разных диапазонов pH. Например, для приготовления воды оптимальным будет pH в диапазоне 6–7. Для оптимального ферментативного сусла оно должно поддерживаться в пределах pH 5,2–5,5 (при температуре затора) (альфа- и бета-амилаза являются белками и будут денатурировать, если pH сильно выходит за пределы этого диапазона). У сусла правильный рН важен для коагуляции белков: во время брожения оптимальный рН будет способствовать созданию благоприятной среды для дрожжей, но нежелательной среды для бактерий. РН готового пива должен снизиться до уровня между 4 и 5.
Жесткость количественно определяет содержания кальция и магния в воде. Щелочность - это мера буферной емкости воды, которая определяется суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот (угольной, органических), а также бикарбонатных и карбонатных ионов. Пивовары добавляют в сусло порцию поджаренного солода или темного жареного солода (оба по своей природе кислые) или молочную кислоту, что поможет преодолеть умеренно щелочные воды. Возможно также добавление кальция и магния в форме сульфата или хлорида или разбавление дистиллированной водой.
Как упоминалось в начале этой статьи, состав воды исторически влиял на сорта пива, которые производились в определенных местностях. В таблице ниже приведены усредненные показатели количественного состава вод. Если сравнить ее с предыдущей таблицей, можно легко найти зависимости.
Показатели воды, которую используют самые известные пивоварни в мире.
Источники воды в пивоварении
Рассмотрим откуда можно брать воду для приготовления пива.
- Покупную из артезианских скважин и подземных источников. Она может иметь разный солевой состав и жесткость и, соответственно, обеспечивать разные характеристики полученного пива.
- Бутилированная вода, очищенная обратным осмосом с последующей минерализацией, часто обладает невысоким уровнем минерализации, она подходит для приготовления светлых сортов пива.
- Водопроводная вода имеет богатый минеральный состав, в разных городах Украины могут наблюдаться специфические загрязнители, которые будут по-разному влиять на варку. Жесткость, железо, часть органических веществ могут удаляться в процессе кипячения. Но важно понимать, что вся водопроводная вода богата хлорорганическими веществами, которые не удаляются при кипячении и имеют отрицательное влияние на здоровье человека.
- Скважинная вода в зависимости от глубины скважины и региона может обеспечивать как относительно неплохую воду, так и такую, в которой повышено содержание солей жесткости, железа, марганца и сероводорода. Такая вода обычно требует кипячения и подходит для приготовления темных сортов пива.
- Очищенная при помощи фильтров вода обычно не требует кипячения, но в зависимости от типа установки и исходного качества воды до очистки может подходить для разных сортов пива. Такой метод является самым распространенным в коммерческих установках очистки воды.
Технологии водоподготовки в пивоварении
Существует три основных техники подготовки воды в пивоварении. Ниже мы попытаемся кратко охарактеризовать каждую их них, и рассказать о плюсах и минусах технологии. Как отмечалось раньше, подбор технологии водоподготовки стоит начинать только тогда, когда произведен анализ воды и подобраны оптимальные рецептуры самого пива.
Кипячение
Это, пожалуй, самый распространенный метод в домашних и крафтовых пивоварнях, поскольку не требует установки дополнительного оборудования. Он заключается в том, что вода заливается в металлическую емкость и в течение определенного времени происходит ее кипячение. Далее она охлаждается и декантируется для предупреждения попадания осадков в емкость приготовления сусла.
Такой метод обеспечит удаление солей временной жесткости, вызываемой карбонатами и гидрокарбонатами кальция и магния, растворимого кислорода, который участвует в важных химических процессах при затирке, снизит содержание активного хлора, а также обеззаразит воду. Важно знать, что в процессе кипячения не удаляются большинство минеральных веществ, органические и хлорорганические соединения, которые в обилии находятся в украинской водопроводной воде, а также споры микроорганизмов. Некоторые из этих проблем решаются комбинированием с угольным фильтром.
Стоит отметить также, что метод энергетически затратен, а объем получаемой воды ограничен емкостью и временем снижения температуры воды, поэтому не подойдет для изготовления больших объемов пива.
Разведение
Принципиально этот процесс представляет собой разбавление исходной воды дистиллятом или водой, полученной фильтрацией обратным осмосом. Метод обеспечивает уменьшение общей концентрации содержащихся в воде веществ, пропорциональное разведению. В бытовых условиях удобно вскипятить часть воды, которую нужно разбавить, и добавить в нее соответствующее количество дистиллята или воды из фильтра обратного осмоса.
К преимуществам метода можно отнести простоту его реализации. Но при этом невозможность удалить токсичные вещества обеспечивает его недостатки.
Фильтрация
Здесь мы попробуем рассказать о технологиях очистки воды, которые подойдут как для бытовой водоподготовки, так и для крафтовых пивоварен.
- Удаление механических частиц (ила, окисленного железа) на механических фильтрах. Такие фильтры могут представлять собой засыпную систему или более компактное магистральное устройство в виде колбы с засыпным картриджем.
- Ионный обмен - эта технология помогает снизить содержание катионов кальция и магния, тяжелых металлов (катиониты) и анионов (сульфатов) и/или хлоридов (аниониты). Детально о технологии можно почитать в нашем материале “Ионообменные технологии”.
- Сорбция - процесс происходит на активированных углях и предназначен для удаления органических, хлорорганических веществ и активного хлора. В процессе снижается цветность и запахи воды. Читать подробно.
- Каталитическое удаление - процесс, который обеспечивает ускоренное окисление с последующим механическим удержанием частиц. Такой метод эффективен для удаления железа, марганца, сероводорода и некоторых органических загрязнителей. Читать подробно.
- Мембранные технологии - в данном аспекте стоит рассмотреть две технологии:
- Обратный осмос - мельчайшие поры мембранного элемента задерживают 96 - 99,8% примесей, в том числе ионные и молекулярные загрязнители, обеспечивает дезинфекцию воды даже от мельчайших вирусов. В технологии пивоварения такая вода для пивоварни требует реминерализации. Перед очисткой воды обратным осмосом нужно предварительно очистить ее от хлора и органических веществ на угольных фильтрах.
- Ультрафильтрация - в данном случае поры мембраны несколько больше, поэтому она задерживает коллоиды, большинство органических веществ, бактерии. Перед ультрафильтрацией рекомендуется очистить воду от крупных механических частиц размером более 20 мкм.
6. Дезинфекция - процесс направлен на удаление из воды микроорганизмов, вирусов, бактерий, грибков и др. В зависимости от выбранной технологии водоподготовки этот этап может предусматривать:
- обеззараживание ультрафиолетом - применяется для потенциально стерильных вод с невысокой жесткостью;
- добавление реагентов, в основном оксида хлора.
Ниже мы попытаемся разобраться какие фильтры для воды можно применять в пивоварении.
Домашнее пивоварение
Объем присутствующих на рынке домашних пивоварен варьируется в пределах 25 - 50 литров. Попробуем детально разобраться в применении бытовых фильтров для очистки воды для пивоварения дома. На форумах пивоваров часто обсуждают такой вопрос. Бытует мнение о том, что водопроводная вода негативно влияет на качество полученного продукта.
Фильтр-кувшин - обеспечивает достаточную очистку водопроводной воды от основных примесей, которые могут негативно влиять на качество полученного пива и здоровье человека. В целом он подойдет для малых и редких варок, поскольку для фильтрации нужного количество воды нужно потратить определенное количество времени.
Тройной фильтр - это, пожалуй, оптимальное решение для очистки воды для домашней пивоварни. Он состоит из трех последовательно установленных колб, которые содержат разные картриджи. В стандартном комплекте это:
- механический для снижения мутности воды;
- картридж с материалом Ecomix D для удаления железа, марганца, солей жесткости и тяжелых металлов;
- карбон-блок для сорбции хлора и органических веществ.
Также вы можете установить картридж, предназначенный для каталитического удаления железа или более глубокого умягчения воды. Скорость фильтрования в таком фильтре - 1 л/мин.
Подходит для скважинной и водопроводной воды. При правильно подобранном сочетании картриджей, установка обеспечит высокий уровень удаления вредных примесей при сохранении минерального баланса. Благодаря невысокой стоимости картриджей, можно создать воду, оптимальную для любого сорта пива.
Обратный осмос - обеспечивает удаление из воды 99% примесей. Полностью обессоленная вода может подходить не для всех сортов пива, поэтому стоит пробовать фильтры с минерализацией или же пользоваться специальными реминерализириющими солями для получения оптимального минерального состава. Таким образом вы сможете приготовить воду, которая подойдет для любого пива. Важно отметить, что фильтрованная вода не требует обеззараживания.
Вода для коммерческой пивоварни
Производительность коммерческих пивоварен варьируется в пределах 200 - 1000 литров на варку. Соответственно, объем воды, потребляемый на такую варку, будет значительно выше. Помимо воды, которая используется непосредственно для изготовления пива, тут появляются весомые дополнительные расходы воды на мойку тары и оборудования.
В данном случае, опираясь на исходное качество воды, можно подобрать необходимые фильтры.
Бюджетным решением для относительно качественной скважинной или водопроводной воды является система AquaPoint c оптимальным набором картриджей в комплекте с ультрафиолетовой лампой. Если добавить умягчитель с ионообменной смолой или фильтр комплексной очистки с Ecomix, то можно обеспечить высокий уровень очистки воды как для производства пива, так и для хозяйственных нужд.
Также мы производим коммерческие фильтры обратного осмоса, которые являются удобным решением для небольших пищевых производств. По принципу действия они близки к бытовым системам, но при этом обеспечивают от 50 до 75 л очищенной воды в час. С помощью такого фильтра можно получить чистую минерализованную воду из любого источника.
Вода в промышленном пивоварении
На промышленных пивоваренных заводах устанавливаются соответствующие высокопроизводительные системы очистки воды. Стоит отметить, что в данной ситуации разведение воды на несколько потоков является довольно распространенной практикой. В эти потоки обычно включаются:
- вода для приготовления сусла и пива;
- промывные воды для тары и оборудования;
- вспомогательные технические воды паровых котлов, установленных на производстве и др.
Широко используются технологии деионизации с использованием обратного осмоса или ионного обмена. В целом система подбирается в зависимости от качества исходной воды и потребностей пивоварни.
КАТИОНИРОВАНИЕ
(На рисунке система очистки воды Пивоваренного завода в г. Днепр)
- Механическая очистка (обязательный этап для любой технологии подготовки воды) - для высокопроизводительных систем применяются засыпные системы, а также промывные и дисковые фильтры;
- Катионирование и/или анионирование, либо комплексная очистка производятся на засыпных фильтрах с ионообменными смолами или же каталитическими материалами, в частности смесь Ecomix может задерживать большинство загрязнений;
- Удаление органических веществ и хлора на фильтрах с активированным углем;
- Ультрафильтрация (используют редко)
- Часто необходимо реагентное обеззараживание, но при хорошем качестве исходной воды допустимы УФ-излучатели.
К недостаткам таких систем можно отнести то, что использование ионообменных смол в натриевой форме часто ограничено из-за токсичности для дрожжей выделяемого в воду натрия, катиониты в H-форме обеспечивают подкисление воды, что хорошо для приготовления сусла, но при этом хлоридная и сульфатная кислоты, используемые для регенерации, являются прекурсорами.
ОБРАТНЫЙ ОСМОС
(на картинке Система очистки воды ТМ"Ривень")
- Механическая очистка.
- Ионный обмен (при высоком солесодержании).
- Угольный фильтр.
- Обратный осмос.
- Постфильтрация на активированном угле.
- Реминерализация для обеспечения оптимального состава воды для приготовления пива.
Особенностью такой системы, является возможность обеспечить оптимальное соотношение солей для производства любого пива. К недостаткам технологии можно отнести стоимость.
Существующие решения для подготовки воды, мы собрали на этой страничке.