CC BY
195
Солевой состав воды, используемой в пивоварении
В.К. Лапшин
ООО «КФ Центр» (Москва)
Пиво содержит приблизительно 90 % воды, и поэтому значение воды для качества пива не может быть переоценено.
Вода для пива должна быть пригодна для питья и не содержать патогенных организмов. Для уменьшения количества микробиологических организмов в воду обычно добавляют хлор, но вода все равно остается нестерильной. Микроорганизмы, обнаруживаемые в воде, не могут испортить пиво, так как они не способны выжить в среде этилового спирта и хмеля, а также при низком значении рН, характерного для пива. Поэтому задача подготовки воды для пива заключается в обработке питьевой воды до приемлемого для приготовления пива состава. Это достигается удалением из питьевой воды нежелательных ионов и добавлением в воду необходимых ионов (табл. 1).
Кальций. Из всех ионов, требуемых для пива, кальций (Са) — самый важный, так как он оказывает окисляющее воздействие на сусло*.
Сусло содержит значительное количество фосфатов (РО4-), выделяемых из солода. Фосфаты оказывают буфериру-ющее воздействие, заключающееся во взаимодействии с ионами водорода Н-, что приводит к поддержанию величины рН выше желаемого значения.
Ионы кальция взаимодействуют с фосфатами и осаждают их в виде нерастворимого фосфата кальция:
3Са2+ + 2НРО42- => Са3 (РО4)2* + 2Н+,
чем способствуют сохранению ионов водорода в сусле. Если значение рН для сусла является критическим, то для воды в заторном аппарате — нет. В зависимости от солесодержания и количества растворенного углекислого газа (углекислоты) значение рН воды в заторном аппарате может изменяться от 5 до 8. Ионизированная вода после воздействия воздуха может иметь низкое значение рН, такое как 5. Однако после удаления из воды углекислого газа при нагревании затора значение рН поднимется.
* Сусло — водный раствор экстрактивных веществ солода, предназначенный к сбраживанию; солод — продукт искусственного проращивания зерен злаков, содержащий активные ферменты.
Сочетание наличия в воде ионов кальция и снижение значения рН оказывают эффективное влияние на процесс приготовления пива.
Низкое значение рН улучшает активность в-амилазы и, таким образом, растворение экстрактивных веществ солода и брожение сусла.
Оптимальное значение рН для активности Р-амилазы находится в пределах от 4 до 7. Сусло, полученное из затора, не содержащего кальция, имеет рН порядка 5,8-6,0, а для обработанного затора — рН порядка 5,3-5,5. Активность Р-амилазы существенно повышается при добавлении в воду кальция. Этот фермент увеличивает образование мальтозы из амилозы, и, таким образом, возрастает степень сбраживания сусла.
Кальций оказывает благотворное влияние на растворение и осаждение протеинов (белков) сусла как во время проращивания солода, так и во время процесса затирания:
Protein-Н + Са2+ => Protein-Ca*+ 2Н+.
Освобожденные ионы водорода уменьшают значение рН, что способствует дальнейшему выпадению протеинов (белков) в осадок.
Под воздействием протеаз происходит расщепление белков до более простых веществ. Такой процесс протекает при проращивании солода. Оптимальные значения рН находятся в пределах 4,5-5,0. Уменьшение рН, вызванного наличием в воде кальция, способствует протеолизу (расщеплению белков), что сокращает уровень белков и увеличивает содержание свободного аминоазота (САА или FAN — Free Amino Nitrogen).
Соединения САА используются дрожжами во время брожения для образования аминокислот. Рост уровня CAA в сусле повышает энергию и продолжительность действия дрожжей.
Высокий уровень белков в пиве нежелателен, так как затрудняет процесс фильтрации и способствует образованию коллоидных помутнений. Срок хранения пива сокращается.
Ионы кальция защищают фермент а-амилазу от термической инактивании.
а-Амилаза — эндофермент, расщепляющий внутренние 1,4-гликозидные связи амилопектина, в результате резко уменьшается вязкость сусла. Оптимальная температура для действия а-амила-зы находится в пределах 65...68 °С, но фермент быстро разрушается при этих температурах. Кальций стабилизирует действие а-амилазы до температур 70.75 °С.
Наличие кальция в воде оказывает положительное воздействие на активность а-амилазы, Р-амилазы и протеазы, которые являются наиболее важными ферментами процесса приготовления пива.
Снижение рН за счет ионов кальция в заторе* и в сусловарочном котле увеличивает инфекционную микробиологическую защиту производимого сусла, а в дальнейшем и пива.
Сниженное рН при барботировании (разбрызгивании) сиропа уменьшает выделение нежелательных силикатов, танинов и полифенолов из слоя затора.
Выделению этих веществ способствует щелочность разбрызгиваемого сиропа. Присутствие данных веществ крайне нежелательно, так как они дают неприятные запахи, увеличивают мутность пива и снижают стойкость пива.
Ионы кальция могут образовывать нерастворимые соединения с оксала-тами в виде оксалата кальция.
Это происходит как в заторном аппарате, так и при кипячении в сусловароч-ном котле. Если оксалаты не удалять, то они могут вызвать помутнения пива, а также способствовать образованию пивного камня в различных емкостях, где происходит соприкосновение с пивом.
Наличие ионов кальция в воде снижает экстракцию красящих образований в сусловарочном котле.
Ионы кальция способствуют «очистке» пива.
Ионы кальция способствуют флоку-ляции дрожжей, так как положительно заряженные двухвалентные ионы кальция притягивают отрицательно заряженные клетки дрожжей, образуя небольшие хлопья.
При всех вышеотмеченных преимуществах наличия в воде ионов кальция и низкого значения рН имеется один недостаток: высокая концентрация ионов кальция и низкое значение рН вызывают снижение экстрактивности горьких веществ хмеля, что приводит к получению менее горького пива.
Это увеличивает затраты на хмель, так как требуется больший расход хмеля для получения оптимального уровня горечи. Оптимальное значение рН при использовании изомерного экстракта хмеля — около 10. Поэтому сокращение
* Затор — дробленый сухой солод, смешанный с водой.
.....""".........
'4•2004
Таблица 1
Показатель Значение показателя (не более)
Щелочность, мг/л 50-75 (светлое пиво)
100-150 (темное пиво)
Жесткость, мг-экв/л 0,6-4 (карбонатная)
0,4-0,8 (некарбонатная)
Кальций, мг/л 50 (светлое пиво)
100 (темное пиво)
Магний, мг/л 20
Хлориды, мг/л 200
Сульфаты, мг/л 100
Нитраты, мг/л 10
Медь, мг/л 1
Цинк, мг/л 0,1
Натрий, мг/л 50
Силикаты, мг/л 20
Н^, мг/л Следы
Аммиак, мг/л »
Хлор, мг/л 0,5 (свободный)
1,2 (связанный)
РН 6-7 (исходной воды)
5,1-5,2 (сусла)
Солесодержание, мг/л 500
рН в заторе от 5,8 до 5,1 для варки пива не столь критично.
Ранее мы видели, что в заторе теряется много кальция: он выпадает в осадок с фосфатами, осаждается с белками или оксалатами. Так как присутствие ионов кальция необходимо в сусловароч-ном котле, то обычно кальций добавляют в солод или в заторный аппарат, а затем производят повторное добавление кальция в сусловарочный котел.
Бикарбонаты (щелочность). Необходимо тщательно контролировать уровень бикарбонатов (НСО3-), чтобы получить хорошее пиво. Высокий уровень их приводит к высоким значениям рН на всем протяжении процесса приготовления пива:
НСО3- + Н+ <=> Н2СО3 => СО2 + Н2О.
Влияние ионов бикарбонатов на увеличение рН сусла значительнее, чем влияние ионов кальция на снижение рН.
Превращение бикарбонатов в углекислоту при нагревании — процесс, идущий в обе стороны с выделением СО2. При этом из системы эффективно удаляется ион кислого водорода (Н+) и образуется стабильная молекула воды (Н2О). Поэтому значение рН сусла остается высоким и все преимущества от наличия кальция, снижающего рН, теряются.
В итоге следствием высокого содержания бикарбонатов могут быть следующие отрицательные моменты: неприятный вкус приготовленного пива; снижение эк-страктивности из-за низкой активности а-амилазы; низкая ферментативная активность из-за низкого уровня САА; снижение осаждения белков из-за высокого
уровня рН; снижение микробиологической стойкости сусла и пива; рост экстракции нежелательных веществ, особенно силикатов, полифенолов и танинов.
В итоге снижаются стойкость и срок хранения пива и увеличивается вероятность помутнения его. Цвет пива будет темнее, и запах нежелательно ухудшится.
К положительному моменту можно отнести повышенное использование хмеля, что дает более горькое пиво.
Поэтому важно обеспечить удаление избыточных бикарбонатов. Жесткая вода может содержать около 250 мг/л бикарбонатов. Максимально допустимый уровень содержания бикарбонатов для светлого пива — 50 мг/л (без особого ущерба для качества пива). Желательный уровень содержания бикарбонатов в воде — около 25 мг/л.
Кальций можно добавлять непосредственно в солод, заторный аппарат и сус-ловарочный котел. Удаление бикарбонатов может быть выполнено в заторном аппарате следующим образом:
деионизацией весьма эффективно, но требуются очень высокие капитальные и эксплуатационные затраты; известкованием — добавлением гашеной извести Са(ОН) 2 в заторный аппарат в точно контролируемом количестве, чтобы осадить бикарбонат кальция Са(НСО3) 2 как карбонат кальция (СаСО3). Здесь имеется два недостатка: количество добавляемой гашеной извести должно быть точно рассчитано, избыток гашеной извести приводит к возрастанию щелочности, осаждаемый карбонат кальция образует шлам на дне заторного аппарата, что потребует его периодической чистки;
кипячением — традиционный метод удаления бикарбонатов (временной жесткости), но также имеет два недостатка: очень дорогой, эффективен, когда щелочность в воде образована бикарбонатами. Если в воде имеются карбонаты натрия, калия или магния или гидрокси-лы ОН-, то существенного эффекта не даст;
кислотной обработкой — сегодня наиболее широко распространенный метод, так как он относительно дешев, достаточно прост и не образует шлама на дне заторного аппарата; можно добавлять желаемые анионы — сульфаты или хлориды; можно использовать фосфорную или молочную кислоты, если анионы нежелательны, например для легкого пива.
При кислотной обработке требуется существенное перемешивание затора, чтобы удалить углекислый газ. Этот метод обработки коррозивен для конструкционных материалов заторного аппарата, если аппарат оставлять с раствором.
Магний (Mg) — важный элемент для пивного сусла, так как он необходим для дрожжей как фактор, способствующий образованию определенных фер-
ментов, требуемых в процессе ферментации. Он неизменно входит в рецептуру обработки сусла при относительно небольших концентрациях. Однако следует обратить внимание на то, что избыточный магний может, как и кальций, вступать в реакцию с фосфатами, но фосфаты магния более растворимы, чем кальция; содержание магния свыше 20 мг/л может придавать пиву кислый и горький привкус; избыточный магний оказывает слабительное действие.
Натрий (№) присутствует в любом пиве. Натрий влияет на процессы поступления воды и питательных веществ в дрожжевую клетку. В оптимальной концентрации принимает непосредственное участие в формировании вкуса пива. Чрезмерное его содержание нежелательно, так как придает пиву кислый и соленый вкус. Запах пива лучше, если натрий присутствует с сульфатами, а не с хлоридами.
Калий (К), так же как и магний, оказывает благоприятное влияние на жизнедеятельность дрожжевых клеток. Присутствие калия в небольших количествах активирует ферментативную активность дрожжевых клеток. С точки зрения формирования запахов присутствие калия лучше, чем натрия, придает пиву только соленый вкус (но не кислый). С медицинской точки зрения калий оказывает более благоприятный эффект на артериальное давление крови человека, чем натрий. Однако соли калия намного дороже, чем соли натрия. Избыточный калий имеет свойство слабительного.
Сульфаты и хлориды. Удобнее рассматривать совместное влияние этих ионов. В литературе по пивоварению имеется много толкований в отношении воздействия этих ионов на характеристики пива. Сульфаты делают пиво неинтересным, с более горьким запахом, в то время как хлориды наделяют пиво полнотой вкусовых качеств и свежестью. Однако следует отметить, что важно отношение концентраций этих ионов, а не просто их концентрации. Отношение сульфатов (Б042-) к хлоридам (С1-) в пропорции около 1:2 дает хорошие результаты для горького пива (это отношение несколько зависит от самих величин концентраций, например 500:250 или 350:175 мг/л). Как показано в табл. 1, отношение 1:2 рекомендовано для слабого пива, в то время как отношение 1:3 дает хорошие результаты для крепкого портера или портера*.
Сера имеет важное значение для процесса ферментации пива, так как дрожжам необходимо «производить» двухсер-нистые, входящие в состав аминокислот цистеин и метионин. Некоторые дрожжевые штаммы будут использовать для
' Портер — темное пиво.
4•2004 1
............
Таблица 2
Вещество Горькое Слабое | Темное/легкое | Темное/крепкое
Кальций (Са) 200 100 100 50
Магний (Мд) 15 10 10 2
Бикарбонаты (НС03-) 25 50 100 < 25
Хлориды (С1-) 200 300 300 10
Сульфаты ^042-) 400 150 100 1
Нитраты (1М03-) Как можно более низкие концентрации
этой цели ионы сульфатов, а затем будут экстрагировать их избыток в виде ионов сульфитов (Б032-). Последние могут затем быть превращены в сероводород или сернистый газ. Оба этих вещества имеют характерный едкий запах и даже при низких концентрациях могут придать пиву сернистый запах.
Бактерии также способны создавать широкий спектр сернистых запахов, включая запахи резины, чеснока и вареных овощей.
Нитраты и нитриты. Присутствие в воде нитратов и нитритов свидетельствует о загрязнении воды продуктами гниения. Уровень нитратов (N0,,) в воде стал снижаться в основном в результате строгого контроля использования азотистых удобрений. Присутствие нитратов в воде оказывает неблагоприятное влияние на протекание процесса брожения и может вызвать его полную остановку. При взаимодействии с полифенолами могут придавать пиву красноватый цвет. В присутствии хлоридов токсичность нитратов
возрастает. За счет восстановления дрожжами нитратов в нитриты пиво приобретает неприятный запах. Эти ионы могут затем взаимодействовать с аминами сусла, образуя нитроамины, которые являются канцерогенами. Под влиянием нитритов в дрожжевых клетках могут происходить генетические изменения.
Следы ионов. Присутствие ионов железа (Ре), меди (Си) и цинка (2п) в воде в малых количествах (до 1 мг/л) благоприятно воздействует на жизнедеятельность дрожжевых клеток (активизируется ферментативная активность, усиливается бродильная активность, улучшается фло-куляционная способность). Более высокие концентрации могут вызвать коллоидные помутнения, металлические запахи, например при высоком содержании железа. Высокий уровень ионов тяжелых металлов токсичен для дрожжей.
Соли кремниевой кислоты (БЮ3-) также должны иметь низкий уровень концентрации в пивном сусле, так как имеется вероятность образования коллоидных по-
мутнений. Аммиак ^И3, NH4-) должен отсутствовать в пивном сусле, чтобы его не было в сточных водах.
Концентрация фтора (Р) около 1 мг/л должна быть в воде, так как полезна для зубов, но не влияет на процесс приготовления пива.
Если вода для приготовления пива берется не из скважины, то хлор (С12), используемый для обеззараживания воды в водопроводных сетях, в определенные времена года может иметь относительно высокий уровень. Это может создать проблемы, так как хлор — химически активный элемент и взаимодействует с органическими веществами с образованием хлоро-фенолов. Хлорофенолы имеют специфический аптечный запах, который заметен уже при концентрации 1 мкг/л. При нагревании в заторном аппарате концентрация хлора в воде уменьшается. Некоторые пивовары используют для удаления хлора из воды разбрызгивание необработанного сиропа в ферментер и циклы кислотной или щелочной очистки с последующей промывкой. Одно из решений — обработка заторных аппаратов и сусловарочных котлов 18%-ным саликоновым раствором и сильное их перемешивание:
Cl2 + SO2 + 2Н2О => H2SO4 + 2HCI => = > NaCI, KCI, СаС12, Na2SO4, CaSO4, K2SO4
Рекомендуемые концентрации веществ в воде для производства различных видов пива показаны в табл. 2.
27 октября 2004 г. состоится
МЕЖДУНАРОДНАЯ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ,
посвященная 75-летию
Всероссийского научно-исследовательского института консервной и овощесушильной промышленности
(ВНИИКОП) на тему
«ПЛОДООВОЩНЫЕ КОНСЕРВЫ - ТЕХНОЛОГИЯ, ОБОРУДОВАНИЕ,
КАЧЕСТВО, БЕЗОПАСНОСТЬ»
Основные направления конференции:
• технология консервированных фруктовых и овощных продуктов
(сырье, первичная обработка фруктов и овощей, тепловая стерилизация, замораживание, асептическое консервирование, новые виды продукции);
• оборудование для переработки фруктов и овощей;
• тара и тарные материалы;
• качественные показатели продукции и методы их определения, показатели безопасности;
• ингредиенты, используемые при производстве плодоовощных консервов;
• сушеные фрукты и овощи, пищевые концентраты с использованием плодоовощного сырья и полуфабрикатов;
• микробиологические аспекты плодоовощных консервов;
• хранение плодоовощного сырья.
Заявки на участие направлять по адресу: 142703, г. Видное, Московская обл., ул. Школьная, д. 78 Тел./факс (095) 541-08-92 E-mail : [email protected]
.................
'4•2004
