Водяная химия

Важный раздел пивной магии, который хотя и описывается во многих книгах по пивоварению, но от меня периодически частично ускользает, не давая оформить и закрепить картину чёткую общую картину. Сейчас я сделаю над собой усилие и с помощью Грега Нунана, Джорджа Фикса и Гордона Стронга напишу компактную, но ёмкую статейку.

Введение
Пиво состоит на 85-90% из воды. Её вклад в процесс пивоварения огромен. Для пивоварения скорей всего подойдёт обычная водопроводная вода без хлора, если она прозрачная и не имеет неприятного запаха. Для лучших результатов потребуется анализ воды, вероятно её очистка и обработка путём добавление кислот и солей. Всё это будет иметь глобальное влияние на работу ферментов при затирании, работу дрожжей, стойкость пива при хранении. Минеральные соли серьёзно влияют на вкус пива, хмелевой аромат и горечь.

Немного Химии на пальцах
Большинство химических элементов нестабильны, это означает, что при определённых условиях они могут создавать соединения с другими элементами. Для того, чтобы вещество было химически стабильным, у него на первой орбите должно быть 2 электрона, на второй - 8 электронов. Нестабильный атом либо принимает электрон от другого нестабильного атома, либо отдаёт. Так атом кислорода "забирает" по единственному электрону у двух атомов водорода. В результате получается устойчивое соединение - вода.

[Картинка с демонстрацией атомов кислорода, водорода и молекулы воды]

Не смотря на устойчивую ковалентную связь, небольшая доля молекул распадается на ион водорода H+ и гидроксида OH-. Ион водорода реагируют с другими молекулами воды, результатом чего становится ион гидроксония H3O+.

Вода и pH
Величина водородного показателя определяет кислотность раствора и зависит от числа свободных ионов водорода (гидроксония). pH затора и сусла зависит от температуры. В растворе воды кислоты отдают ион водорода повышая кислотность. Щелочи же отдают ион гидроксида, повышая щелочность. pH раствора изменяется от температуры. Имейте это в виду при измерениях.

В редких случаях излишнюю кислотность сусла необходимо нейтрализировать. Обычно это актуально для тёмного пива. Для этого используется карбонат кальция.

Жёсткость/Щелочность
Жёсткость воды определяется концентрацией катионов щелочных металлов, по большей части Магнием и Кальцием.

Щелочность - характеристика вещества, выражающаяся в его способности проявлять свойства щелочи. Например, щёлочность. воды определяется суммой содержащихся в воде гидроксильных ионов и анионов слабых кислот, а также бикарбонатных и карбонатных ионов; различают бикарбонатную, карбонатную и гидратную щёлочность (из словаря терминов по биотехнологии В.З. Тарантула).

Ионы карбоната и бикарбоната связывают свободные ионы водорода, снижая кислотность сусла.

CO32- + H+ ↔ HCO3-
HCO3- + H+ ↔ H2CO3

Справедливо и то, что ионы карбоната и бикарбоната освобождают гидроксильные ионы:

CO32- + H2O ↔ OH- + HCO3-
HCO3- + H2O ↔ OH- + H2CO3

Таблица зависимости пропорции карбонатов, бикарбонатов и угольной кислоты от pH, 1

pH
CO32- %
HCO3- %
H2CO3 %
10
32
68
0
9
5
95
0
8
0
97
3
7
0
81
19
6.5
0
58
42
6
0
30
70
5.5
0
2
68
5
0
4
96

Обработка воды
При кипячении воды концентрация карбоната кальция может снижаться до 20 ppm, реакция выглядит так:
Ca2 + 2HCO3- ↔ CaCO3↓ + H2O + CO2

Для снижения pH воды обычно используется фосфорная кислота как наиболее нейтральная из всех.

Таблица обработки воды кислотами, 2

50% молочная кислота
Щелочность до pH 6.5 до pH 5.5 до pH 5.0
100 13 г/гл 22 г/гл 27 г/гл
200 31 г/гл 50 г/гл 58 г/гл
300 45 г/гл 73 г/гл 86 г/гл
85% фосфорная кислота
Щелочность до pH 6.5 до pH 5.5 до pH 5.0
Серная кислота
Щелочность до pH 6.5 до pH 5.5 до pH 5.0

Содержание карбонатов в вода для пивоварения не должно превышать 25 ppm, по таблице 1 это как раз соответствует значению pH 5,5.

Обычно сама вода более никак не корректируется. Соли добавляются непосредственно в затор или на варку.

Работа с затором
Соли сами по себе не изменяют значение pH сусла или затора. Однако при реакции с фосфатами ион кальция (магния) связывается с основанием PO4, освобождая ион водорода, при этом затор подкисляется. Для снижения pH используется также кислотная пауза для освобождения феруловой кислоты и кислый солод. Используется и заражённый лактобактериями затор.

[табличка со значениями]

рН буферы

Заключение
Этот раздел пивной науки - один из самых сложных для среднестатистического пивовара, изучавшего химию в школе и пропускавшего лекции в институте (если они вообще были). Тут главное разобраться с терминологией и основами, а потом всё само встаёт на свои места.

Если в статье есть ошибки, то милости прошу ко мне в "личку".

[Процесс идёт]

Автор: 
Evgen