Влияние величины pH на процесс затирания и охмеление сусла
Повышению массовой доли сухих веществ в сусле при затирании благоприятствует величина pH 5,3-5,8, в то время как для увеличения содержания α-аминного азота, напротив, величину pH затора следует понижать до 4,7-5,2 (табл. 5.4). Поэтому для интенсификации как амилолитических, так и протеолитических ферментов следует поддерживать величину pH в пределах 5,2-5,4. С другой стороны, эффективность использования горьких веществ хмеля возрастает с повышением pH затора, так как при этом увеличивается изомеризация альфа-кислот. В то же время повышение pH сусла в процессе затирания зернопродуктов и промывании дробины вызывает целый ряд негативных явлений, а именно:
· увеличение длительности осахаривания;
· замедление скорости фильтрования;
· повышение цветности сусла;
· повышение мутности сусла;
· менее интенсивное образование бруха при кипячении сусла;
· снижение выхода экстракта;
· появление резкого вкуса и грубой фенольной горечи.
Таблица 5.4 Оптимальные значения величины pH для ферментов солода
| Ферменты | Величина pH |
| α-амилаза | 5,6-5,8 |
| ß-амилаза | 5,4-5,6 |
| Эндопептидазы | 5,0-5,2 |
| Экзопептидазы | 4,8-5,6 |
| Кислая фосфатаза | 4,5-5,0 |
| Эндоглюканазы | 4,5-4,8 |
Влияние величины pH на метаболизм дрожжей
Величина pH оказывает влияние на интенсивность обменных процессов в клетках дрожжей, что отражается на коэффициенте прироста биомассы, скорости роста клеток и синтезе вторичных метаболитов. Так, в кислой среде образуется в основном этиловых спирт, в то время как в щелочной - интенсифицируется синтез глицерина и уксусной кислоты. Величина pH влияет на диссоциацию кислот и оснований, а следовательно, оказывает влияние на перенос питательных веществ внутрь клетки, а также на степень токсичности ингибиторов роста. Например, оптимальным значением pH для метаболизма сахарозы является 4,6, для мальтозы - 4,8. Между тем недиссоциированные вещества, например, органические кислоты, спирты, обладают более высокой растворимостью в липидах, входящих в состав клеточной стенки дрожжей, чем ионизированные формы и поэтому снижение pH способствует большему проникновению кислот в клетку. Именно поэтому увеличение летучих кислот и других органических соединений, которые накапливаются во время брожения, отрицательно сказывается на интенсивности размножения дрожжей. Кроме того, величина pH может воздействовать на конформацию (пространственную структуру) молекул ферментов и тем самым изменить как первичный, так и вторичный метаболизм дрожжей.
Влияние величины pH на органолептику пива
Влияние pH на вкус водного раствора весьма незначительно. Только растворы, имеющие pH выше 8, вызывают ощущение вязкости и щелочного вкуса; кислый привкус появляется при pH ниже 3, причем эти ощущения связаны со слизистой рта (10 класс терминологии вкусов ЕВС - см. приложение 1). Основное влияние pH заключается в изменении скорости диссоциации веществ, которое воздействует на вкусовые луковицы языка.
Взаимосвязь величины pH и кислотности сусла
Кислотность сусла и величина pH взаимосвязаны между собой. Снижение кислотности сусла вызывает те же негативные процессы, которые происходят при повышении величины pH. Снижению кислотности сусла (повышению величины pH), способствуют бикарбонаты и карбонаты воды - Ca(HCО3)2, Mg(HCО3)2, NaHCО3, KHCО3, K2CО3. Эти соли образованы сильными основаниями и слабой угольной кислотой (Н2СО3), поэтому в водном растворе они обладают щелочными свойствами. Так, 0,1 н раствор NaHCО3 имеет pH 7,6, а 0,1н раствор Na2CО3 - 8,5.
Щелочность воды
В пивоварении минеральные соли, входящие в состав воды, делят на химически активные и химически неактивные. Химически активными солями являются все соли кальция и магния, а также карбонат натрия.
Углекислые соли кальция, магния и натрия понижают кислотность затора и сусла, в то время как кальциевые и магниевые соли серной, соляной и азотной кислот повышают кислотность сусла. При значительном содержании солей, повышающих кислотность сусла, вредное действие углекислых солей может быть не только уменьшено, но и полностью компенсировано. Поэтому важно учитывать не общее количество карбонатов, обусловливающих щелочность воды, а то их количество, которое остается в свободном состоянии после частичной компенсации ионами кальция и магния. При этом учитывают, что- для компенсации повышения pH, вызванного одним эквивалентом НСО3-, необходимо 3,5 эквивалента Са2+, а также то, что ионы Mg2+ снижают величину pH в 2 раза меньше, чем Са2+. Следовательно, различают показатели: общая щелочность, указывающая концентрацию карбонатов и бикарбонатов и остаточную щелочность, которая будет определять кислотность сусла.
Остаточную щелочность определяют по формуле (в которой А, В, a, b выражены в мг/экв./л):
Где
А - остаточная щелочность;
В - общая щелочность;
а - кальциевая щелочность;
b - магниевая щелочность.
Для производства светлых сортов пива типа Pilsner наиболее подходит вода, имеющая остаточную щелочность не более 0,54 мг-экв./л (или 1,5 °d). При повышении этой величины до 3, 57 мг-экв./л наблюдается увеличение pH сусла на 0,3 по сравнению с дистиллированной водой.
Жесткость воды
Жесткость воды - это свойство воды, обусловленное содержанием в ней растворенных солей кальция и магния. Различают временную, постоянную и общую жесткость.
Временная или карбонатная жесткость связана с количеством ионов кальция и магния, которые находятся в воде в виде бикарбонатов Са(НСО3)2 и Mg(HC03)2. При кипячении воды, содержащей бикарбонаты, образуются нерастворимые в воде карбонаты и диоксид углерода (СО2), при этом жесткость уменьшается. Постоянная или не карбонатная жесткость характеризуется содержанием щелочеземельных металлов, эквивалентное присутствию в воде сульфатов, хлоридов, нитратов и др. анионов (кроме бикарбонатов и карбонатов). При кипячении эти соли остаются в растворе и не изменяют значение показателя жесткости. Общая жесткость представляет собой сумму временной и постоянной жесткости.
В России жесткость оценивается в миллиграмм-эквивалентах (мг-экв.) на литр воды. При этом 1 мг-экв. жесткости соответствует 20,04 мг Са2+ (28 мг СаО) или 12,16 мг Mg2+ (20 мг MgO) в 1 л воды. (Для перевода единиц жесткости, принятых в других странах, можно пользоваться табл. 5.5). По жесткости воду классифицируют следующим образом (мг-экв./л): очень мягкая - до 1,5; мягкая - от 1,5 до 3; средней жесткости - от 3 до 6; жесткая - от 6 до 10; очень жесткая - более 10.
Анализ данных о качестве технологической воды на 42 предприятиях отрасли показал, что по общей жесткости все образцы можно разделить на три группы: мягкая (0,4-3,1 мг-экв./л), средней жесткости (3,9-6,4 мг-экв./л) и очень жесткая (7,9-15,6 мг-экв./л), причем мягкая вода используется всего на 10 предприятиях, на остальных - жесткость воды превышает рекомендуемые значения (табл. 5.6).
Таблица 5.5 Соотношение между различными единицами измерения жесткости воды
| Градусы жесткости | Страна | Значение | Пересчет на мг/экв. | Пересчет на °d |
| 1 мг-экв. /л | Россия | 28 мг СаО/л или 20 мг MgO/л | 1,0 | 2,8 |
| 1 °d | Германия | 10 мг СаО/л | 0,357 | 1,0 |
| 1 °f | Франция | 10 мг СаСО3/л | 0,2 | 0,56 |
| 1°е | Англия | 14,3 мг СаСО3/л | 0,286 | 0,80 |
| 1 ррm | - | - | 0,021 | 0,06 |
Таблица 5.6 Показатели качества воды предприятий отрасли (до подработки воды)
| Показатели | Тип воды | ||
| мягкая | средней жесткости | жесткая | |
| pH | 7,6 | 7,5 | 7,6 |
| Жесткость, мг-экв./л: | |||
| общая | 1,4±0,6 | 5,1 ±0,5 | 10,9±1,6 |
| кальций (Са2+) | 0,8±0,4 | 3,3±0,3 | 6,4±1,2 |
| магний (Mg2+) | 0,4±0,2 | 1,8±0,4 | 4,5±1,8 |
| Щелочность общая, мг-экв./л | 4,1 ±2,5 | 4,8±0,8 | 7,1±2,0 |
Следует обратить внимание, что в пивоварении имеет значение не только общая жесткость воды, но и соотношение между ионами кальция и магния в ней. При этом предпочтение отдается ионам кальция, в то время как магний может полностью отсутствовать в среде. Это связано как с процессами затирания, так и охмеления сусла. Именно с ионами кальция связано такое явление, как флокуляция дрожжей (см. главу 7). Важно также то, что при устранении временной жесткости декарбонизацией (термический способ; способ обработки известью) карбонат кальция практически нерастворим в воде, в то время как карбонат магния осаждается медленно и при охлаждении воды снова частично растворяется. Также определенные проблемы выявляются при декарбонизации известью. Так, для устранения магниевой жесткости требуется в два раза больше извести (Са(ОН)2), чем для удаления кальциевой жесткости.