性质稳定--酿造用水—被低估的原料

发布时间:2013-03-26

啤酒的90%至92%由水组成,但是看起来水却好像是受关注最少的原料。本文将介绍酿造用水对啤酒质量的重要影响。

众 所周知,酿造用水必须具备饮用水的质量,但水的组成会有一些波动,比如水中的总矿物质含量可以在30-2000mg/l之间。仅根据这一个事实便可推测, 不是所有的水都适合用作啤酒酿造用水。表1中列出了水中的主要离子,其中最重要的是用颜色标识的离子含量,它们对酿造水而言尤为关键[1]。

水硬度[3]

在许多应用实例中,水的硬度都举足轻重,其中也包括酿造用水。水的硬度通常是指水中钙镁离子的含量,其它碱土金属如锶、钡则一般可以忽略不计。

水 硬度用mmol/l来表示,水硬度概念中包括总硬度、钙硬度和非碳酸盐硬度。总硬度包括了所有与钙镁离子形成的盐,这里最重要的阴离子主要是碳酸氢根离子 或碳酸根离子(碳酸盐),硫酸根离子(硫酸盐)和氯离子(盐酸盐),一般的阴离子在水中的含量明显较少。通常情况下水的总硬度为0,2到 5,4mmol/l,总硬度很少达到25mmol/l。

硬度对醪液和麦汁pH值影响[4]

水硬度以及水中关键硬度构成物质在浓度上的差别也会对酿造过程产生重大影响,含有较多的碳酸氢根或碳酸根离子,即碳酸盐硬度高的酿造用水会使醪液和麦汁的pH值上升。

相反,如果酿造用水中含有许多钙、镁离子,而它们又与大量氯离子和硫离子而不是碳酸根离子发生反应,pH值就会降低。

产生上述作用的原因是钙镁离子与碳酸根及碳酸氢根离子形成的盐与通过麦芽进入醪液和麦汁中的磷酸二氢钾反应,形成了碱性的第二磷酸盐。相反,钙镁离子的非碳酸盐则会与碱性的第二磷酸盐反应,形成不溶的磷酸钙和具有酸性作用的第一磷酸盐。

残余碱度[2]

为了能更好地评价水硬度对酿造过程的作用,Kolbach提出了“残余碱度”的概念。残余碱度是对水中导致醪液和麦汁pH值升高的碳酸氢根离子以及降低pH值的碱性离子的一个综合评价。

残余碱度=碳酸盐硬度– [(钙硬度+ 0,5x 镁硬度) / 3,5]残余碱度为0时对醪液和麦汁的pH值没有影响,此时pH值仅与麦芽的内容物质有关,这种水的影响如同蒸馏水一样。

使用残余碱度为1,8mmol/l的水会使醪液的pH值上升0,3,而残余碱度为–1,8mmol/l时则会使醪液的pH值下降0,3。

醪液和麦汁pH值改变后果 [1, 4]

如 果醪液的pH值超出了酶的最佳活性pH值范围,就会导致反应速度减慢。正常生产麦芽的pH值为5,8,大部分蛋白酶的最佳pH值低于5,6,虽然麦芽中也 含有活性pH值>6,9的蛋白酶,但由于与正常醪液pH值的差别过大,因而意义不大。β-淀粉酶的最佳pH值为5,4-5,6,α-淀粉酶的最佳 pH值为5,6-5,8。如果现在使用硬度高的酿造用水使醪液的pH值上升,那么β-淀粉酶的作用会受到抑制,其结果会降低最终发酵度,此外由于α-淀粉 酶的作用受阻碍,糖化时间会延长。

由于蛋白酶主要在较低pH值的范围内作用,只有当pH值超过6,0-6,2时才会慢慢被最佳pH 值>6,9的酶部分取代,因此存在着无法保证为酵母提供足够氨基酸的风险,缺乏氨基酸的麦汁通常起发酵迟缓,这不仅是缘于酵母数量的不足,而且还因 为酵母被高分子蛋白质所粘附,而这又会导致与最终发酵度之间的偏差增大。

第三类酶—细胞溶解酶也会受到不利影响,pH值高时,β-葡聚糖酶的作用较差,从而导致粘度升高、麦汁过滤速度变慢以及啤酒的可滤性变差。总体来讲,酶的作用受到抑制会使糖化车间的收得滤降低2-3个百分点,原因有时是因为粘度高导致麦汁过滤差。

pH 升高的另一个作用是抑制了磷酸酶的作用,结果是影响了麦芽中无机磷酸的分解。碳酸盐硬度高导致磷酸盐过多沉淀会使麦汁中的磷酸盐含量降低,不利于啤酒的缓 冲作用。表2中再次详细列出了一些主要酶的活性pH值和最佳作用温度,醪液中酶的活性pH值的折中范围为5.4-5.5。

除 此以外,pH值还影响酒花α-酸的异构化,在较高的pH值下,即采用硬度高的水,异构化效果会得到明显改善。不过,这样会促进麦皮物质的浸出,比如醪液中 的多酚含量增多。与pH 值低的醪液相比,由pH值高的醪液制成的啤酒以后的口感明显更粗糙,苦味更厚重和强烈,颜色也深些。

水中离子的其它作用[2, 4]

水中溶解的离子还会带来许多其它方面的影响,例如钙、镁、钾和锰离子就参与麦芽及酵母的酶组成,钠离子和铁离子对于酵母细胞的新陈代谢很重要,钙离子和铁离子还是导致二次喷涌的诱因。

在 Romeis研究所的试验啤酒厂中,人们用残余碱度之差达2,5mmol/l的不同酿造用水进行了糖化生产试验,在其它条件相同的情况下,麦汁中游离氨基 氮的差别为25mg/l,最终发酵度相差2,5%,色度相差1EBC,苦味差别则超过了10个单位,差别最突出的是苦味单位和饮用后表现出的不舒服的苦味 质量。从这些方面可以看出酿造水对于啤酒品种而言是何等重要。

酿造水质量和啤酒品种[4]

由于啤酒特征受水质影响明显,因此人们能够通过不同的水生产四种传统啤酒类型,即皮尔森啤酒、多特蒙德啤酒、慕尼黑啤酒和维也纳啤酒。

皮尔森中离子含量低、残余碱度低且非常软的水特别适合生产颜色很浅、清亮和苦味度高的啤酒。通常情况下皮尔森啤酒生产用水的残余碱度为<0,9mmol/l,最好是再低0,2-0,35mmol/l。

硬度很高的多特蒙德水中大部分是非碳酸盐硬度,可以部分抵消碳酸盐硬度的作用,因此尽管水的硬度高,但残余碱度却比较低,所以这种水适合生产浅色出口啤酒。

慕尼黑水是一种中等硬度的水,硬度仅由碳酸盐硬度组成,结果是水的残余碱度很高。这种水也滋生了当地典型的深色啤酒,具有酸性作用的美拉德产物能平衡残余碱度高带来的较高pH值。由于硬度高导致麦皮物质强烈浸出,这正好符合深色啤酒的特性。

维也纳地区的高硬度水含有较高的碳酸盐比例和很高的残余碱度,适合生产介于浅色和深色啤酒之间的维也纳啤酒类型。

总结

本文介绍了酿造用水对啤酒质量的重要影响,目的是说明恒定的酿造用水性质对于稳定的啤酒质量而言是何等重要,由此可知不断监控酿造用水组成以及现有水处理设备的必要性。

另外在考虑生产不同的啤酒品种时也必须注意,当前可供使用的水质是否适合现有啤酒或将来准备生产的啤酒,或是否存在着优化潜力。

参考文献

[1] Heyse, K.-U. (Hrsg.): Handbuch der Brauerei-Praxis. 3. Aufl. Nuernberg: Verlag Hans Carl, 1995. – ISBN 3-418-00736-8
[2] Heyse, K.-U. (Hrsg.):Praxishandbuch der Brauerei. 7. Aufl. Hamburg: Behr’s Verlag,
2002. – ISBN 3-86022-998-2
[3] Hoell, Karl: Wasser – Untersuchung, Beurteilung, Aufbereitung, Chemie, Bakteriologie, Virologie, Biologie. 7. Aufl. Berlin, New York: de Gruyter,1986. – ISBN 3-11-009812-1
[4] Schuster, Weinfurtner, Narziss: Die Bierbrauerei – Zweiter Band –Die Technologie der Wuerzebereitung. 6. Aufl. Stuttgart: Enke, 1985

本文作者:Marcus Jentsch

酿造和饮料技术硕士工程师 (慕尼黑工业大学-Weihenstephan); 2002年起担任Romeis 研究所啤酒分析和咨询负责人(www.institut-romeis.de)

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