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.