Вода є основним компонентом багатьох напоїв, зокрема й пива. Неважливо, що у вас маленька домашня пивоварня або ж велике виробництво, якість води буде одним з визначальних чинників у смакових якостей отриманого продукту.

Більшість домашніх і крафтових пивоварів для варіння всіх сортів пива використовують доступну воду зі свердловини або водопроводу. Вони можуть додавати гіпс (CaSO₄) в процесі варіння IPA (Indian Pale Ale) або стаутів, але вкрай рідко роблять щось додатково для поліпшення якості своєї води. Так можна зварити відмінне авторське пиво, але практично неможливо отримувати різні сорти. Це, до речі, є причиною того, що пивовари в Мюнхені роблять темні солодові лагери, в Бертоні-на-Тренті готують Пель-ель, а ранні іммігранти, що оселилися на американському Середньому Заході (де вода для пива була м'якою, як у Богемії), варили лагенсоподібні лагери. Якість і склад місцевої води в кожному окремому випадку є важливою характеристикою смакових якостей будь-якого пива.

Сьогодні пивовари можуть забезпечити воду для будь-якого пива завдяки технологіям водопідготовки. Іноді досить додавання певних мінеральних речовин, які забезпечать оптимальний смак, але якщо ситуація складніша, на допомогу прийде широкий асортимент водопідготовчих технологій.

Вимоги до води, що використовується в пивоварінні

Отже, яка вода потрібна для приготування пива? В першу чергу вона повинна відповідати ДCанПіН 2.2.4-171-10 («Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною »). Це головний стандарт, який характеризує необхідні параметри якості води застосовується для пиття. ДCанПіН 2.2.4-171-10 є офіційним нормативним документом у сфері водопідготовки в сфері харчової промисловості. Також у пивоварів є свої внутрішні стандарти.

На що впливають основні показники води?

На думку автора цього матеріалу, броварня це особливе місце, де відбувається щось схоже на алхімію, але алхімія також має наукове підгрунтя. Тож поговоримо про зв'язок різних речовин, зокрема мінералів та хімію пивоваріння. Марк Седам в журналі "Хімія Пивоваріння" наводить науково і практично отримані взаємозалежності мінерального складу води та смакових якостей пива, а також вплив вмісту певних елементів на технологію його варіння.

Для того, щоб приблизно розуміти, яка технологія водопідготовки підійде саме вам, необхідно знати якість вихідної води. Цю інформацію можна отримати шляхом проведення аналізу води або використання показників сусідніх джерел з Карти якості води Ecosoft. Важливо розуміти, що якість водопровідної та колодязної води в прилеглих точках зазвичай збігається, а ось в ситуації зі свердловиною показники можуть відрізнятися в залежності від її глибини, об'єму води, що відбирається, тривалості експлуатації тощо.

Базовими показниками, які треба враховувати при підборі технології водопідготовки, є твердість, pH і лужність води.

pH — це показник, що визначає кислотність/лужність середовища. Різні етапи процесу варіння вимагають різних діапазонів pH. Наприклад, для приготування води оптимальним буде pH в діапазоні 6-7. Для оптимального ферментативного сусла воно повинне підтримуватися в межах pH 5,2-5,5 (при температурі затору) (альфа- і бета-амілаза є білками та будуть денатурувати, якщо pH сильно виходить за межі цього діапазону). У сусла правильний pH важливий для коагуляції білків; під час бродіння оптимальний pH сприятиме створенню сприятливого середовища для дріжджів, але небажаного середовища для бактерій. РН готового пива повинен впасти до 4 і 5.

Твердість кількісно визначає вмісту кальцію і магнію в воді. Лужність — це міра буферної ємності води, яка визначається сумою гідроксильних іонів і аніонів слабких кислот — вугільної, органічних, а також бікарбонатних і карбонатних іонів, що містяться у воді. Пивовари додають в сусло порцію підсмаженого солоду або темного смаженого солоду (обидва за своєю природою кислі) або молочну кислоту, що допомагають нейтралізувати помірно лужні води. Можливе також додавання кальцію і магнію в формі сульфату або хлориду або розбавлення дистильованою водою.

Опишемо кожен показник більш детально.

Вище перераховані основні домішки води, що впливають на смакові характеристики одержаного пива, а також на процеси екстракції, бродіння та ферментації, що відбуваються під час його виробництва.

Карбонати кальцію та магнію – це складові компоненти твердості води. Вони абсолютно безпечні для людини і необхідні для отримання пива. Кальцій сприяє екстракції гірких компонентів з хмелю, а також може збільшувати каламутність і в'язкість продукту за рахунок осадження оксалатів. У процесі затирання здатний створювати осади карбонатів та фосфатів, знижує pH сусла, викликає желатинізацію гранул крохмалю та стабілізує альфа-амілазу. При великому вихідному вмісті в процесі ферментації може зв'язувати органічні речовини, позбавляючи ферменти живильного середовища, а в низьких концентраціях, навпаки, здатний нейтралізувати лецитин та пептон, які мають токсичний вплив на дріжджі.

Магній підкреслює запах пива, але при надлишку може надавати терпку гіркоту. Якщо вміст магнію вище 125 ppm пиво може мати виражений діуретичний та послаблюючий ефект. У процесі затирання важливий для роботи деяких ензимів, знижує pH сусла, але у меншою мірою, ніж кальцій. Важливий для живлення дріжджів у процесі ферментації.

Карбонати та бікарбонати – один з невід'ємних компонентів, необхідних для забезпечення повноцінного глибокого солодового присмаку. Саме їх підвищені показники є причиною гірких і в'яжучих присмаків у лагерах. Карбонати та гідрокарбонати виконують функції буферного розчину – стабілізують pH. При високому вмісті кальцію утворюють осади, перешкоджають желатинізації крохмалю та утворенню пластівців при холодному відстоюванні, зменшують концентрацію танінів. Якщо pH не встановлений досить чітко, можуть сприяти розмноженню мікроорганізмів.

Натрій, калій, хлориди та сульфати також є невід'ємними компонентами будь-якої води.

Натрій - у концентраціях до 75 ppm може викликати кислуватий або солоний присмак, що при вищому вмісті сприяє надмірній неприємній гіркоті пива. Не бере участі в утворенні сусла, але при значно підвищеному вмісті може бути токсичним для дріжджів. Калій теж відповідає за солонуваті нотки у смаку кінцевого продукту і практично не впливає на процеси затирання та ферментації.

Cульфати в оптимальній концентрації забезпечують повний сухий смак пива, який при вмісті понад 500 мг/л набуває вже гострого гіркого присмаку. У поєднанні з кальцієм і магнієм має проносні властивості. У процесі ферментації є живильним середовищем для сульфат-редукуючих бактерій, тому можуть проявлятися специфічним запахом.

Хлориди забезпечують гіркуватий присмак, який підкреслює повноту смаку та запаху. При підвищенні концентрації призводять до солонуватого присмаку. Можуть нейтралізуватися солями кальцію та магнію. Підвищують стабільність та прозорість сусла, можуть бути токсичними для дріжджів при перевищенні норми.

Метали у воді можуть мати різне походження та різні властивості. Залежно від рівня токсичності, можуть бути як небезпечні, так і практично нешкідливі.

Залізо викликає неприємний чорнильний присмак при концентрації понад 0,5 мг/л, не впливає на процес затирання, але послаблює дріжджі при вмісті понад 1 мг/л.

Мідь, манган та цинк характеризує неприємний металевий присмак. Вони практично не впливають на процес затирання, але можуть позначатися як позитивно, так і негативно на метаболізмі дріжджів, у тому числі викликаючи їх мутації.

Нітрати - руйнують смак пива, у процесі бродіння можуть відновлюватися до сусла у вигляді бактерій сусла.

Аміак - не впливає на процес затирання, але може свідчити про мікробіологічне забруднення води, відповідно, не рекомендується застосовувати її в процесі варіння пива. Нітрити є продуктами коліформного руйнування нітратів.

Кремній не впливає на смак пива, але може брати зв'язувати кальцій і магній, а також перешкоджає фільтрації пивного сусла, при ферментації викликає каламутність.

Хлор та хлораміни ніяк не позначаються на органолептичних характеристиках пива, але можуть порушувати процеси екстракції при затиранні та є токсичними для дріжджів.

Як згадувалося на початку цієї статті, склад води історично впливав на сорти пива, які вироблялися в певних місцевостях. У таблиці наведені узагальнені показники кількісного складу вод. Якщо порівняти таблицю з попередньою можна зрозуміти яскраві залежності.

Показники води, яку використовують найвідоміші пивоварні в світі

Джерела води в пивоварінні

Розглянемо звідки можна брати воду для приготування пива.

1. Куплену з артезіанських свердловин і підземних джерел. Вона може мати різний сольовий склад і твердість й, відповідно, забезпечувати різні характеристики отриманого пива.
2. Бутильована вода, що очищена зворотним осмосом з подальшою мінералізацією, часто має невисокий рівень мінералізації, підходить для приготування світлих сортів пива
3. Водопровідна вода має багатий мінеральний склад, в різних містах України можуть спостерігатися специфічні забруднювачі, які будуть по-різному впливати на варіння. Жорсткість, залізо, деякі органічні речовини можуть частково виділятися в процесі кип'ятіння. Але важливо розуміти, що вся водопровідна вода багата хлорорганічними речовинами, які не видаляються при кип'ятінні та мають негативний вплив на здоров'я людини.
4. Свердловинна вода, в залежності від глибини свердловини та регіону, може забезпечувати як відносно непогану воду, так і таку, в якій підвищений вміст солей твердості, заліза, марганцю та сірководню. Така вода зазвичай вимагає кип'ятіння і підходить для приготування темних сортів пива.
5. Вода, що очищена на фільтрі, зазвичай не вимагає кип'ятіння, але в залежності від типу системи та якості вихідної якості води до очищення може підходити для різних сортів пива. Такий метод є найпоширенішим в комерційних установках очищення води.

Технології водопідготовки в пивоварінні

Існує три основних техніки підготовки води в пивоварінні - кип'ятіння, розведення і фільтрація. Нижче ми спробуємо коротко охарактеризувати кожну з них, і розповісти про плюси та мінуси технології. Як зазначалось раніше, підбір технології водопідготовки варто починати тільки тоді, коли проведений аналіз води та підібрані оптимальні рецептури самого пива.

Кип'ятіння

Це, мабуть, найпоширеніший метод в домашніх і крафтових пивоварнях, оскільки не вимагає встановлення додаткового обладнання. Він полягає в тому, що вода заливається в металеву ємність і протягом певного часу відбувається її кип'ятіння. Далі вона охолоджується і декантується для запобігання потраплянню осадів в ємність приготування сусла.

Такий метод забезпечить видалення солей тимчасової твердості, спричиненої карбонатами та гідрокарбонатами кальцію і магнію, розчинного кисню, який бере участь у важливих хімічних процесах при затиранні, вміст активного хлору, а також знезаразить воду. Важливо знати, що в процесі кип'ятіння не видаляються більшість мінеральних речовин, органічні та хлорорганічні сполуки, які в великій кількості знаходяться в українській водопровідній воді, та спори мікроорганізмів. Деякі з цих проблем вирішуються комбінуванням з вугільним фільтром.

Варто відзначити, що метод енергетично витратний, а обсяг одержуваної води обмежений ємністю і часом зниження температури води, тому не підійде для виготовлення великих об'ємів пива.

Разведение

Принципово цей процес являє собою пропорційне розведення вихідної води дистилятом або водою отриманою зворотним осмосом. Метод забезпечує зменшення загальної концентрації речовин, що містяться у воді. У побутових умовах зручно закип'ятити частину води, яку потрібно розбавити та додати в неї відповідну кількість дистиляту.

До переваг методу можна віднести простоту його реалізації. Але при цьому неможливість видалення токсичних речовин забезпечує його недоліки.

Фільтрація

Тут ми спробуємо розповісти про технології очищення води, які підійдуть, як для побутової водопідготовки, так і для крафтових пивоварень.

1. Видалення механічних частинок — мулу, окисненого заліза на механічних фільтрах. Такі фільтри можуть являти собою засипну систему або більш компактний магістральний пристрій у вигляді колби з засипним картриджем.
2. Іонний обмін дозволяє знизити вміст катіонів кальцію і магнію, важких металів (катіоніти), так і аніонів — сульфатів і/або хлоридів (аніоніти). Детально про технологію можна почитати в нашому матеріалі “Іонобмінні технології”.
3. Сорбція — процес, що відбувається на активованому вугіллі та призначений для видалення органічних, хлорорганічних речовин і активного хлору. В процесі знижується кольоровість і запахи води. Читати детальніше.
4. Каталітичне видалення — процес, який забезпечує прискорене окиснення з подальшим механічним утриманням частинок. Такий метод ефективний для видалення заліза, марганцю, сірководню та деяких органічних забруднювачів. Читати детально.
5. Мембранні технології — в даному аспекті варто розглянути дві технології.

• Зворотний осмос — найдрібніші пори мембранного елемента затримують 96 - 99,8% домішок, в тому числі іонні й молекулярні забруднювачі, забезпечують дезінфекцію води навіть від найменших вірусів. В технології пивоваріння така вода для броварні вимагає демінералізації. Перед очищенням води зворотним осмосом потрібно попередньо очистити її від хлору та органічних речовин на вугільних фільтрах.
• Ультрафільтрація — в цьому випадку пори мембрани дещо більші, тому вона затримує колоїди, більшість органічних речовин, бактерії. Перед ультрафільтрацією рекомендується очистити воду від великих механічних частинок розміром понад 20 мкм

6. Дезінфекція — процес спрямований на видалення з води мікроорганізмів, тобто вірусів, бактерій, грибків тощо. Залежно від обраної технології водопідготовки цей етап може передбачати:

• знезараження ультрафіолетом — застосовується для потенційно стерильних вод з невисокою твердістю;
• додавання реагентів, в основному оксиду хлору.

Нижче ми спробуємо розібратися, які фільтри для води можна застосовувати в пивоварінні.

Домашнє пивоваріння

Об'єм присутніх на ринку домашніх броварень варіюється в межах 25 - 50 літрів. Спробуємо детально розібратися в застосуванні побутових фільтрів для очищення води для пивоваріння вдома. На форумах пивоварів часто обговорюють таке питання. Існує думка, що водопровідна вода негативно впливає на якість отриманого продукту.

Фільтр-глечик — забезпечує достатнє очищення водопровідної води від основних домішок, які можуть негативно впливати на якість отриманого пива і здоров'я людини. В цілому, він підійде для малих і рідкісних варок, оскільки, щоб відфільтрувати потрібну кількість води потрібно витратити певну кількість часу

Потрійний фільтр — це, мабуть, оптимальне рішення для очищення води для домашньої броварні. Він складається з трьох послідовно встановлених колб, які містять різні картриджі. У стандартному комплекті це:

• механічний для зниження каламутності води;
• картридж з матеріалом Ecomix D для видалення заліза, марганцю, солей жорсткості та важких металів;
• карбонблок для сорбції хлору та органічних речовин.

Також ви можете встановити картридж призначений для каталітичного видалення заліза або глибшого пом'якшення води. Швидкість фільтрування в такому фільтрі - 1 л/хв.

Підходить для свердловинної та водопровідної води. При правильно підібраному поєднанні картриджів, система забезпечить високий рівень видалення шкідливих домішок при збереженні мінерального балансу. Завдяки невисокій вартості картриджів, можна створити воду, оптимальну для будь-якого сорту пива.

Зворотний осмос — забезпечує видалення з води 99% домішок. Повністю знесолена вода може підходити не для всіх сортів пива, тому варто пробувати фільтри з мінералізацією або ж користуватися спеціальними ремінералізуючими солями для отримання оптимального мінерального складу. Тож ви зможете приготувати воду, яка підійде для будь-якого пива. Важливо відзначити, що фільтрована вода не вимагає знезараження.

Вода для комерційної пивоварні

Продуктивність комерційних пивоварень варіюється в межах 200 - 1000 літрів на варку. Відповідно споживаний обсяг води буде значно вищим. Крім води, яка використовується безпосередньо для виготовлення пива, тут з'являються вагомі додаткові витрати води на мийку тари та обладнання.

В цьому випадку, беручи до уваги вихідну якість води можна підібрати необхідні фільтри.

Бюджетним рішенням для відносно-якісної свердловинної або водопровідної води може слугувати система AquaPoint з оптимальним набором картриджів в комплекті з ультрафіолетовою лампою. Якщо додати пом'якшувач з іонообмінної смолою або фільтр комплексного очищення з Ecomix, можна забезпечити високий рівень очищення води, як для виробництва пива, так і для господарських потреб.

Також ми виробляємо комерційні фільтри зворотного осмосу, які є зручним рішенням для невеликих харчових виробництв. За принципом дії вони близькі до побутових систем, але при цьому забезпечують від 50 до 75 л/год. За допомогою такого фільтра можна отримати чисту мінералізовану воду з будь-якого джерела.

Вода в промисловому пивоварінні

На промислових пивоварних заводах встановлюються відповідні високо продуктивні системи очищення води. У цьому випадку розведення води на кілька потоків є досить поширеною практикою. У ці потоки зазвичай включаються:

• вода для приготування сусла і пива;
• промивні води для тари та обладнання;
• допоміжні технічні води парових котлів встановлених на виробництві тощо.

Широко використовуються технології деіонізації з використанням зворотного осмосу або іонного обміну. В цілому система підбирається в залежності від якості вихідної води та потреб пивоварні.

КАТІОНУВАННЯ

(На малюнку система очищення води броварні-заводу в м.Дніпро)

1. Механічне очищення (обов'язковий етап для будь-якої технології підготовки води), для високопродуктивних систем застосовуються засипні системи, а також промивні та дискові фільтри;
2. Катіонування і/або аніонування або комплексне очищення проводяться на засипних фільтрах з іонообмінними смолами або ж каталітичними матеріалами, зокрема, суміш Ecomix може затримувати більшість забруднень;
3. Видалення органічних речовин і хлору на фільтрах з активованим вугіллям;
4. Ультрафільтрація (використовують рідко);
5. Часто необхіднt реагентне знезараження, але при хорошій якості вихідної води допустимі УФ-випромінювачі.

До недоліків таких систем можна віднести те, що використання іонообмінних смол в натрієвій формі часто обмежене через токсичність натрію (виділяється в воду при іонному обміні) для дріжджів, катіоніти в H-формі забезпечують підкислення води, що добре для приготування сусла, але хлоридна і сульфатна кислоти використовувані для регенерації є прекурсорами.

ЗВОРОТНИЙ ОСМОС

(на зображенні система очищення води ТМ "Рівень")

1. Механічне очищення;
2. Іонний обмін (при високому солевмісті);
3. Вугільний фільтр;
4. Зворотній осмос;
5. Постфільтрація на активованому вугіллі;
6. Ремінералізація для забезпечення оптимального складу води для приготування пива.

Особливістю такої системи є можливість забезпечити оптимальне співвідношення солей для виробництва будь-якого пива. До недоліків технології можна віднести вартість.

Існуючі рішення для підготовки води, ми зібрали на цій сторінці.