啤酒生產(chǎn)中的釀造水處理技術(shù)

吳旭乾，洪亮，金學(xué)平，吳雨龍

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院環(huán)境與生化工程系,湖北武漢430205)

啤酒生產(chǎn)中的釀造水處理技術(shù)

吳旭乾，洪亮，金學(xué)平，吳雨龍

(武漢軟件工程職業(yè)學(xué)院環(huán)境與生化工程系,湖北武漢430205)

介紹影響釀造水質(zhì)量的一些因素，主要從pH值、堿度、硬度、電導(dǎo)率和混濁度等方面進(jìn)行分析探討；對(duì)釀造水的處理工藝進(jìn)行闡述。在啤酒釀造過程中按照此工藝對(duì)以上因素及參數(shù)進(jìn)行嚴(yán)格處理，可以明顯穩(wěn)定和提高釀造水的質(zhì)量。

啤酒；釀造水；處理工藝

Abstract：This article introduced some factors of affecting the quality of brewing water,including pH value,alkalinity,rigidity,conductivity and turbidity;then setted forth the dealing technics of brewing water.The production quality can be largedly improved and stabled,strictly controling the upward parameters according such technics during brewing.

Key words:beer；brewing water；dealling technics

麥芽是啤酒的“靈魂”，為降解淀粉提供酶催化活力；而酒花則代表著“意境”，賦予啤酒獨(dú)特的苦味；但釀造啤酒用得最多的原料卻是水，約占到啤酒含量的90%以上，因此有“水是啤酒血液”之美稱[1]。

水的理化及微生物性質(zhì)直接影響著啤酒的風(fēng)味及品質(zhì)，所以，在生產(chǎn)過程中如何進(jìn)行水處理，獲得理想指標(biāo)的釀造水，其重要性不言而喻。

釀造水的特性影響著啤酒風(fēng)味。如水被藍(lán)綠藻的代謝產(chǎn)物污染時(shí)，會(huì)引起鐵腥味、土腥味及霉味；水中高的碘含量可能引起異常氯酚造成墨水味或藥味；氯帶有刺激的氣味，部分被氧化后形成嚴(yán)重的氯酚氣味。

NO2-對(duì)酵母菌有毒害，麥汁中含量達(dá)100 mg/kg時(shí)可以阻礙發(fā)酵，且能與單寧反應(yīng)使啤酒呈微紅色。

1 影響釀造水質(zhì)量的重要指標(biāo)

釀造水具體的指標(biāo)從以下幾方面進(jìn)行分析。

1.1 pH值

雖然水的pH值可以通過加酸或加石膏等方法加以調(diào)節(jié)，但會(huì)影響啤酒的口味，改變水體的離子平衡。水的pH值過低可能是雜菌污染所致；pH值過高會(huì)引起糖化醪液pH值的相應(yīng)升高，影響糖化過程酶的作用、多酚的溶出及蛋白質(zhì)的凝固。釀造水的pH值對(duì)釀造過程有著一定的影響，但受影響的主要是麥汁，當(dāng)麥汁的pH值下降時(shí)，會(huì)帶來一些積極的效果，如麥汁產(chǎn)量上升、利于含氮物質(zhì)的浸出、利于總體苦味的降低、泡沫穩(wěn)定性的改善、促進(jìn)凝固物的形成、顏色變淺等。

1.2 堿度

水的堿度是溶解在水中能與強(qiáng)酸作用的鹽類濃度，比較重要的是殘余堿度（RA），它可以間接反映出將釀造水調(diào)到合理pH值的酸消耗量，當(dāng)水中加入了強(qiáng)酸，而pH值在其緩沖機(jī)制的作用下沒有下降很多時(shí)，這種中和能力就表現(xiàn)出來了。釀造水的總堿度影響谷物漿和麥汁的pH值，糖化過程中，麥芽產(chǎn)出略帶酸性的溶出物質(zhì)，水中的堿度對(duì)中和此酸性有一定的緩沖作用，當(dāng)然，如果水的堿度太低，谷物漿的pH值就會(huì)過低，使釀造無法進(jìn)行。

1.3 硬度

水的硬度對(duì)釀造用水來說是一個(gè)很重要的指標(biāo)，世界啤酒行業(yè)中幾種著名類型的啤酒對(duì)釀造用水的硬度均有非常嚴(yán)格的要求。釀造不同類型的啤酒，水的硬度必須達(dá)到一定的要求。

給水帶來硬度的離子主要有 Ca、Mg、Fe、Mn、Sr、Zn等，由于Fe、Mn、Sr、Zn在釀造水中的含量一般很少，且這些離子對(duì)硬度的貢獻(xiàn)相對(duì)Ca、Mg來說要小，4項(xiàng)離子硬度總和通常在計(jì)算水體總硬度時(shí)可忽略不計(jì)。

硬度是描述水中Ca2+、Mg2+的總含量，水的硬度會(huì)影響到麥汁的品質(zhì)，當(dāng)植酸(肌醇六磷酸)被植酸酶降解時(shí)，麥汁中會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)數(shù)量的磷酸，Ca2+、Mg2+與磷酸生成沉淀導(dǎo)致了H+的進(jìn)一步電離，引起pH值的下降，對(duì)于一些最適pH值較低的酶(如β－淀粉酶和一些肽酶)來說，可以明顯提高其活性，另外，Ca2+可以穩(wěn)定α－淀粉酶和β－淀粉酶的活性，有利于大分子量淀粉的降解，同時(shí)，低pH值環(huán)境抑制了麥汁中多酚的溶出，產(chǎn)出的啤酒不那么澀口，顏色也較淺。

硬水的軟化目前廣泛采用強(qiáng)酸型陽離子交換技術(shù)，一般選擇001×7（732）樹脂，樹脂使用一段時(shí)間之后，其交換能力逐漸下降，出口軟水的硬度也逐漸提高，因此需用10%的NaCl溶液再生成鈉型以重復(fù)使用。

1.4 電導(dǎo)率

電導(dǎo)率代表著水中總體離子的含量，不能顯示溶質(zhì)的具體構(gòu)成，但可以指示水中的重要化學(xué)變化。水中 K+、Na+、Cl-離子含量過高，啤酒呈咸味；Mg2+有培酸效應(yīng)，過高產(chǎn)生苦、酸味；SO2過高呈澀味、酸味；HCO3-具有降酸作用；重金屬離子的存在會(huì)對(duì)酵母造成危害，引起啤酒混濁，一般重金屬離子控制在0.05 mg/L以下，但鋅離子是酵母生長(zhǎng)的必需離子，0.1 mg/L~0.5 mg/L的含量能促進(jìn)酵母生長(zhǎng)代謝，增強(qiáng)啤酒泡沫強(qiáng)度。

1.5 混濁度

混濁度用來表示樣品的相對(duì)透明度。需要注意的是顏色不等于混濁度，水或啤酒可以顏色很深但仍然透明。散布在水中的不溶性固體是混濁度的首要來源，必須用一定的方法去除。

2 釀造水的核心處理工藝

雖然市政用水系統(tǒng)輸送的水是可飲用的，但仍不能滿足啤酒生產(chǎn)企業(yè)對(duì)釀造用水的要求，這保證了啤酒的口味及理化穩(wěn)定性。Anheuser-Busch公司推薦的釀造用水質(zhì)量要求如表1所示。

為達(dá)到釀造水的質(zhì)量要求，所有從市政水系統(tǒng)進(jìn)入釀造廠的水都要經(jīng)過幾道化學(xué)處理，包括活性碳過濾、消毒、硬度調(diào)節(jié)、反滲透（RO）、鈉濾，見圖1所示流程。

表1 A-B公司推薦的釀造用水質(zhì)量要求Table 1 The quality target of brewing water by A-B Corp.

2.1 活性炭過濾

活性炭過濾主要用于除去氯味、不良?xì)馕段廴疚锛坝袡C(jī)雜質(zhì)，特別是TTHM(氯仿、一溴二氯甲烷、一氯二溴甲烷和溴仿等的混合物)，活性炭過濾器至少需要持續(xù)幾分鐘的空床接觸時(shí)間(EBCT)，以保證足夠的時(shí)間讓水與活性炭發(fā)生作用?；钚蕴窟^濾器對(duì)水的影響體現(xiàn)在兩個(gè)方面：首先，在去掉氣味、有機(jī)雜質(zhì)的同時(shí)，活性炭吸附掉了水中作為消毒劑的余氯，從而失去了不被微生物再次污染的保護(hù)傘。因此，釀造水必須重新用氯消毒以防止二次污染。其次，碳床上被吸附的有機(jī)物非常適于微生物的生長(zhǎng)，必須定期對(duì)活性碳過濾器進(jìn)行蒸汽消毒和殺菌，另外活性炭也有使用壽命，過期就會(huì)失效，當(dāng)出現(xiàn)下列情況之一時(shí)建議更換容性炭：最大TTHM達(dá)到15 μg/L；出現(xiàn)不良味道和氣味；活性炭的使用年限超過1年。

關(guān)鍵控制點(diǎn)：

*活性炭的填充高度為1 m~2 m；

*1 m3活性炭上的最大流量為16 m3/h；

*最小空床接觸時(shí)間為6 min，EBCT的計(jì)算如下：空床時(shí)間/min=活性炭的體積/（m3）/水的流量/（m3/min）[2]。

2.2 重新消毒

重新消毒釀造水時(shí)主要向其中添加氯氣或次氯酸鈉，HClO分子是消毒的關(guān)鍵，它能穿透細(xì)菌的細(xì)胞膜并將其殺死，次氯酸分解成H+和ClO-反應(yīng)的平衡點(diǎn)在pH值7.4時(shí)達(dá)到，如果pH值達(dá)到了8.5，則95%的HClO將會(huì)分解，就起不到殺菌的效果了，所以，重新消毒的過程要嚴(yán)格控制好反應(yīng)的pH值。使用氯氣消毒存在副作用，其酸性（與水作用產(chǎn)生的次氯酸和鹽酸）會(huì)中和水中的堿度，并降低釀造水的緩沖能力和pH值，水中每加入1磅的氯氣，堿性物質(zhì)將減少1.4磅；次氯酸鈉通常當(dāng)作液體消毒劑使用，因其反應(yīng)產(chǎn)物既有酸（HClO）也有堿（NaOH），引起水的pH值變化小，水中的剩余堿度也不會(huì)被過多消耗。

2.3 堿度調(diào)節(jié)

釀造用水消毒后要進(jìn)行堿度調(diào)節(jié)，此步驟是把握釀造質(zhì)量的關(guān)鍵，水的總堿度表示如下：總堿度=HCO3-+CO32-+OH-，為方便度量，堿度的3種來源需轉(zhuǎn)化為等價(jià)單位CaCO3，所以總堿度用mg/L（CaCO3）表示，堿度控制在300 mg/L可較好滿足釀造用水的要求。釀酒廠調(diào)節(jié)堿度的方法有：加酸、部分或完全去離子、反滲透、納濾。

2.3.1 加酸

直接加酸是最常使用的調(diào)節(jié)堿度的方法，西方國(guó)家的釀酒廠多數(shù)使用硫酸作堿度調(diào)節(jié)劑，有的國(guó)家使用磷酸。

當(dāng)把硫酸加入釀造水中時(shí)，會(huì)發(fā)生下列反應(yīng)：

釀造用水中每加入1 mg/L硫酸，堿度就相應(yīng)降低1 mg/L，非常便于計(jì)算一批釀造用水中需要加入多少硫酸，以使總堿度降至期望值。

2.3.2 去離子

部分去離子是指僅除去水中部分的陽離子或陰離子，全部去離子是指同時(shí)除去兩種離子，即所謂的純水。國(guó)內(nèi)外的一些啤酒廠對(duì)釀造水進(jìn)行部分去離子時(shí)通常采用沸石軟化法，一方面可以除去水中部分的陽離子，同時(shí)，被陽離子置換下來的酸離子會(huì)和水中的堿發(fā)生中和反應(yīng)。也有的酒廠采用離子交換純水器來去離子，基本流程如圖2。

2.3.3 反滲透

反滲透處理通過給高濃度溶液施加大于滲透壓的壓力，通過半透膜的水將逆向從高濃度溶液流向低濃度溶液，從而除去水中的離子及雜質(zhì)。

2.3.4 納濾

納濾使用的滲透膜帶有1 nm孔徑的“小孔”，納濾的主要優(yōu)點(diǎn)是能夠?yàn)V掉二價(jià)陰離子的鹽，如碳酸氫鈣、硫酸鎂和分子量小于200的有機(jī)雜質(zhì)如葡萄糖，表2顯示了納濾對(duì)這些雜質(zhì)的阻擋率，納濾最多能除去水中80%碳酸氫鈣和98%硫酸鎂，納濾能較好的降低水的堿度，還能使釀造水的質(zhì)量更加穩(wěn)定和一致。

表2 納濾對(duì)某些溶質(zhì)的阻擋率Table 2 The blocking percentage of nano filter on some solute

3 總結(jié)

保證釀造水的純凈度是穩(wěn)定啤酒口味的要求,比如啤酒釀造水中應(yīng)絕對(duì)避免有余氯的存在,因?yàn)槁仁菑?qiáng)烈的氧化劑,會(huì)破壞酶的活性,對(duì)酵母菌的生長(zhǎng)與繁殖產(chǎn)生抑制效應(yīng),并能和麥芽中的酚類物質(zhì)結(jié)合,形成強(qiáng)烈的氯酚臭。因此，用城市市政用水來生產(chǎn)釀造用水時(shí)必須要經(jīng)過活性炭過濾脫氯及有機(jī)物雜質(zhì)，重新氯消毒可以保證釀造水的微生物指標(biāo)穩(wěn)定性，堿度調(diào)節(jié)是整個(gè)過程的關(guān)鍵，按照上述的工藝及參數(shù)進(jìn)行控制，可以制備出優(yōu)質(zhì)的啤酒。

[1]邱保方.釀造水對(duì)低度啤酒質(zhì)量的影響—詮釋紅石梁的釀造用水[J].釀酒，2006,33(4):57

[2]王成紅,王可欣.啤酒釀造水處理及標(biāo)準(zhǔn)的研究[J].啤酒科技，2006(8)：25

The Dealling Technics of Brewing Water During Production of Beer

WU Xu-qian,HONG Liang，JIN Xue-ping，WU Yu-long
（College of Environment and Biochemical Engineering，Wuhan Vocational College of Software and Engineering，Wuhan 430205，Hubei，China）

2009-07-31

武漢市教育局教科研課題（2009165）

吳旭乾(1979—)，男(漢)，講師，碩士研究生，研究方向：生物化工。