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第二章 水 — 概述

第二章 水 — 概述. 水作为啤酒生产原料的介绍 酿造用水 水中离子对啤酒酿造的影响 水的硬度 水的残碱度及其计算方法 酿造水中碳酸盐与 pH 值之间的关系 啤酒酿造用水的改良和处理 啤酒生产用水的消毒和杀菌. 第二章 水 — 概述. 名泉出佳酿；精茗蕴香，借水而发。 水在四大生产原料中使用量最大。 水是啤酒的血液。 水的性质决定产品的质量和风味 。. 第二章 水 — 概述. 分离掉不溶物后. 淀粉和蛋白质等. 原麦汁浓度. + 水 = 麦汁 + 酵母 = 啤酒. 酵母.

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第二章 水 — 概述

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  1. 第二章 水—概述 • 水作为啤酒生产原料的介绍 • 酿造用水 • 水中离子对啤酒酿造的影响 • 水的硬度 • 水的残碱度及其计算方法 • 酿造水中碳酸盐与pH值之间的关系 • 啤酒酿造用水的改良和处理 • 啤酒生产用水的消毒和杀菌 熊志刚

  2. 第二章 水—概述 • 名泉出佳酿；精茗蕴香，借水而发。 • 水在四大生产原料中使用量最大。 • 水是啤酒的血液。 • 水的性质决定产品的质量和风味。 熊志刚

  3. 第二章 水—概述 分离掉不溶物后 淀粉和蛋白质等 原麦汁浓度 + 水 = 麦汁 + 酵母 = 啤酒 酵母 葡萄糖酒精+CO2+热量+水+副产物 熊志刚

  4. 糖 化 投 料 量 未溶物和 麦糟 不可发酵性 糊精 蛋白质 矿物质等 麦芽三糖 麦芽糖 蔗糖 葡萄糖 果糖 100P 麦汁 可发酵性 第二章 水—概述 原麦汁浓度 熊志刚

  5. 蒸发－降水－排放 循环 地球是太阳系中唯一水一液态存在的行星 71％的表面被水覆盖 供人类使用 0,8％ 2％ 覆盖面积三亿六千万平方公里 97,2％ 用水四原则： 节约用水 限制污染 回收利用 达标排放 熊志刚

  6. 第二章 水—概述 • 制麦 • 糖化 • 冷却 • 清洗 • 锅炉 • 润滑 啤酒厂的各主要用水点 • 发酵 • 过滤 • 酵母洗涤 • 高浓稀释 • 管道顶水 • 无菌水 熊志刚

  7. 第二章 水—概述 饮用水 • 人类饮用和日常生活用水。 • 主要控制质量标准： • 感官性状： • 微生物学指标：致病菌以及指示菌 • 毒理学指标： • 放射性指标： • 目的：防止水传染病；急慢性中毒以及其它健康危害！ 熊志刚

  8. 第二章 水—概述 酿造水 定义： 在酿造过程中直接进入成品啤酒的水。 指糖化用水=投料水+洗糟水 举例：许多国际著名啤酒品牌都采用了特定的水质作为原料！ 多特蒙德，慕尼黑，比尔森啤酒等。冰川啤酒和冰川水。 熊志刚

  9. 第二章 水—概述 水污染和人类疾病 癌症： 亚硝酸化合物，二氯甲烷 肝病： 农药、毒性有机物、重金属 结石： 高硬度的水 心血管： 高含量的无机盐 痴呆： 金属 骨骼症： 金属镉 内分泌紊乱：重金属、毒性有机物、高的无机盐 特点： 渐进性、不易分解、体内积累 熊志刚

  10. 第二章：水—离子对酿造的影响 水循环图示 1.蒸发 2.降雨 3.地表水流动 4.地下水流动 熊志刚

  11. 第二章：水—离子对酿造的影响 地下水 地表水 机械杂质少 多 含氧量 低 高 化学杂质 多盐 少盐 细菌 少 多 二氧化碳 高 低 pH 较低 适中 缓冲能力 高 低 开采成本 高 低 使用限制 有 无 地下水和地表水的区别 熊志刚

  12. 第二章：水—离子对酿造的影响 水 7 醪液 5,4-5,6 麦汁 5,4-5,6 啤酒 4,1-4.4 a-淀粉酶 5,6-5,8 -淀粉酶 5,4-5,6 蛋白酶 4,5-5,2 -葡聚糖酶 4,8-5,5 pH值对啤酒酿造的影响 强调酶在啤酒酿造过程中的作用！！ 熊志刚

  13. 第二章：水—离子对酿造的影响 • 啤酒为偏酸性饮料 • 影响糖化时酶的作用 • 使胶体不稳定的蛋白质多酚物质析出 • 酵母的沉降 • 酵母自溶 • 使后熟速度加快 • 使啤酒口味细腻 • 酒花的苦味物质收得率 • 水、麦芽、辅料、酒花中的盐和有机物的量和种类决定了醪液和麦汁的pH值。 pH值对啤酒酿造的影响 熊志刚

  14. 第二章：水—离子对酿造的影响 调节pH值的可行性 • 添加酸麦芽 • 添加酸化麦汁 • 外加盐 • 外加酸 • 水软化 熊志刚

  15. 麦汁生物酸化工艺流程 水 麦汁 Lactobacillus delbrueckii amylolyticus 缓冲罐 扩培罐 熊志刚

  16. 第二章：水—离子对酿造的影响 水中杂质的划分 大颗粒杂质 飘浮物、悬浮物、沉积物 胶状杂质 属于显微范围0,1-1,1µm 分子杂质 属于超显微范围，如溶盐和气体 微生物 细菌、酵母 熊志刚

  17. 第二章：水—离子对酿造的影响 水中杂质的划分 类别 固体物质 微生物 气体 离子 物质 沙子 细菌 氧气 化学性 粘土 酵母 二氧化碳 沉积物 霉菌 硫化氢 分离 粗过滤 精滤 化学分解 沉淀 沉淀 灭菌 脱气 离子交换 消毒 反渗透 防腐 熊志刚

  18. 水处理——过滤 • Entfernung von Eisen und Mangan • Filtration von Partikeln und geflockten Substanzen • Spülwasserrückgewinnung Kies- oder Mehrschichtfilter Roh- wasser Oxidationsluft Flockungs- mittel 熊志刚

  19. 水处理——去离子 Entschwefelung   4 FeS2 + 3 O2 + 6 H2O  4 Fe(OH)3 + 8 S H2S + H2O + ½ O2 S + H2O Enteisenung 2 Fe(HCO3)2 + ½ O2 + H2O  2 Fe(OH)3  + 4 CO2 Entmanganung 2 MnCl2 + O2 + 4 H2O  2 MnO(OH)2  + 4 HCl Braunstein 熊志刚

  20. Kationen (H+) Ca2+ Mg2+ Na+ K+ Fe2+ u. Fe3+ Al3+ NH4+ Anionen (OH-) HCO3- CO32- SO42- Cl- SiO32- PO43- NO3- NO2- Ionen in natürlichen Wässern 熊志刚

  21. 熊志刚

  22. EROX - Entgasung: Fließschema Abluft 2-stufige Membranentgasung mit Kühlung Glykol - 3 °C Zulauf: aufbereitetes Brauwasser O2 - gesättigt 15 °C Auslauf: entgastes Brauwasser O2 < 20 ppb ca. 1 °C Druck- erhöhung Strippgas CO2 Strippgas CO2 Fein- filtration Geschlossenes Vakuumsystem UV- Entkeimung Quelle: Fa. EUWA 熊志刚

  23. 第二章：水—离子对酿造的影响 • 无化学作用的离子 • 有化学作用的离子 • 直接影响的离子 • 间接影响的离子 • 增酸的离子 • 降酸的离子 水中离子的划分 熊志刚

  24. 溶 解 的 盐 化 学 性 质 活 泼 化学性质不活泼 改变醪液、麦汁和啤酒的pH值 量正常时呈中性 减弱酸性 增强酸性 使pH值升高 使pH值降低 减少缓冲作用 钾和钠与无机酸产生的化合物、铁和锰 碳酸盐硬度 非碳酸盐硬度 产生生化和味觉方面的影响、影响费用 熊志刚

  25. 第二章：水—离子对酿造的影响 水中离子与麦芽成份的反应 HCO3-+H+－H2O+CO2 3Ca2++2HPO43-－Ca3(PO4)2+2H+ 镁离子增酸效果只有钙离子的一半，但酿造水中通常镁盐 少。 降酸反应是由碳酸氢根的钙、镁和钠盐与醪液中的磷酸盐 的反应。必须强调的是，糖化用水中的化学活性离子的 数量，在通常条件下，明显低于由原料所带入的麦芽矿 物质的数量。因此醪液的pH值总是保持在酸性范围内。 碳酸氢盐与麦芽的酸性磷酸盐进行下列反应： 熊志刚

  26. 第二章：水—离子对酿造的影响 1） 4K2HPO4+3CaSO4 → Ca3(PO4)2↓+2KH2PO4 + 3K2SO4 2） 4K2HPO4+3MgSO4 → Mg3(PO4)2 +2KH2PO4 + 3K2SO4 生产中一般采用CaSO4或CaCl2增酸，调节pH 值，因为镁苦，增酸作用只有钙的一半 3) 3Ca2++2HPO42- → Ca3(PO4)2↓+2H+ 4) 蛋白质＝H＋Ca2 →蛋白质－Ca↓+ 2H+ 增酸作用的原理 熊志刚

  27. 第二章：水—离子对酿造的影响 降酸作用的原理 1） 2KH2PO4+Ca（HCO3）2 → CaHPO4↓+K2HPO4 + 2H2O+2CO2 2） 2KH2PO4+Mg（HCO3）2 → MgHPO4+K2HPO4+ 2H2O+2CO2 3） 2KH2PO4+2 NaHCO3 → Na2HPO4+K2HPO4+ 2H2O+2CO2 4） H2PO4- + OH- → HPO42 - + H2O 熊志刚

  28. 第二章：水—硬度 水硬度的概念 总硬度=钙硬度+镁硬度 总硬度=碳酸盐硬度+非碳酸盐硬度 钙硬度：水中钙和所有离子形成的盐类的浓度。 Ca(HCO3)2，CaCl2, CaSO4, Ca(NO3)2, 镁硬度：水中镁和所有离子形成的盐类的浓度。 Mg(HCO3)2, MgCl2, MgSO4, Mg(NO3)2 熊志刚

  29. 第二章：水—硬度 水硬度的概念 碳酸盐硬度： 钙、镁离子和碳酸根离子和碳酸氢根离子形成 盐类的浓度 如：Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2, MgCO3和 CaCO3 因为水中溶解的碳酸氢盐在加热煮沸时分解成溶解度很小的的碳酸盐，硬度可因此大部分除掉，故碳酸盐硬度也被称为暂时硬度。 非碳酸盐硬度： 钙、镁离子和无机酸根离子形成的盐类的浓度。 如：CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4, Ca(NO3)2, Mg(NO3)2, 由于此类盐经过加热和煮沸也不能发生沉淀，硬度无变化， 故也称其为：永久硬度。 熊志刚

  30. 总硬度 所有的钙、镁的化合物 钙硬度 所有钙的化合物 镁硬度 所有镁的化合物 钙和无机酸形成的化合物 如：CaSO4 CaCL2 Ca(NO3)2 钙和碳酸形成的化合物 如Ca(HCO3)2 镁和碳酸形成的化合物 Mg(HCO3)2 镁和无机酸形成的化合物 如： 碳酸盐硬度 不希望 降酸性 醪液pH上升 苏打水 NaHCO3 Na2CO3 非碳酸盐硬度 部分可有 增酸性 醪液pH下降 MgSO4 MgCL2 Ca(NO3)2 熊志刚

  31. 第二章：水—硬度 0－40dH很软水 4,1－80dH软水 8,1－120dH中等硬水 12,1－180dH稍硬水 18,1－300dH硬水 300dH很硬水 不同硬度的水适合于酿制不同类型的啤酒，一般来说，生产浅色啤酒宜用较软的水，酿制而成的啤酒，口味淡爽，色泽浅。 而硬度高的水则通常适宜于酿制深色啤酒，其特点是口味醇厚、色深泡沫好。 思考： 硬度的影响？ 在化验室应该做哪些硬度指标分析？意义? 水硬度的划分 熊志刚

  32. 第二章：水—硬度 1.加入碱液： Ca(HCO3)2+2NaOH→CaCO3+Na2CO3+2H2O 2.然后苏打继续和非碳酸盐硬度反应： Na2CO3+ CaSO4 →CaCO3+Na2SO4 3.水温： Ca(HCO3)2→CaCO3+CO2+H2O 石灰沉淀的原因 熊志刚

  33. 第二章：水—硬度 水硬度的表示方法 1德国度0dH相当于10mgCaO/L水 相当于7,14mgMgO/L水 =10/56mmolCaO/L=0,179mmolCa2+/L 常用表示单位: mg/L 1mmol/L=5.6 0dH 熊志刚

  34. 第二章：水—硬度 硬度单位 mmol/l 德国度 英国度 法国度 美国度 mmol 1 5.6 7 10.0 100 10d 0.179 1.00 1.25 1.79 17.9 10e 0.143 0.80 1.00 1.43 14.3 10f 0.10 0.56 0.70 1.00 10.0 10a 0.01 0.056 0,07 0.10 1.00 补充了解： 1法国度 ＝10mg CaCO3/l 1英国度 ＝14,3mg CaCO3/l 1美国度ppm ＝ 1 mg CaCO3/l 课堂练习: 1.推导上述各国硬度表示方法的数量互换关系. 2.硬度的计算练习. 水硬度的换算 熊志刚

  35. 第二章：水—硬度 水样A: 计算(mmol/l, 0dH): Ca2+: 36mg/L 钙硬度___ Mg2+: 20mg/L 镁硬度___ HCO3-: 100mg/L 碳酸盐硬度___ CO32-: 0mg/L 非碳酸盐硬度___ 总硬度____ 熊志刚

  36. 第二章：水—硬度 水样B: 计算(mmol/l, 0dH): Ca2+: 20mg/L 钙硬度___ Mg2+: 38mg/L 镁硬度___ HCO3-: 172mg/L 碳酸盐硬度___ CO32-: 0mg/L 非碳酸盐硬度___ 总硬度____ 熊志刚

  37. 第二章：水—碱度 水的碱度 指溶解在水中能与强酸起作用的盐类。或在水中存在的能 和酸反应，带来碱性的一类离子或盐的总和。它们主要是： 氢氧根 OH－ 碳酸根 CO32－ 碳酸氢根 HCO3－ 测量总碱度是用强酸滴定水样到一定pH值所消耗的酸量或者mmol/L数表示。 熊志刚

  38. 第二章：水—碱度 水的残余碱度 是对水中增酸离子和降酸离子作用进行综合评判的一个指标。 酿造水中该指标要求为－50dH －＋50dH。越趋向正值，水 的碱性越强，反过来酸性越强。 残余碱度＝总碱度－(钙硬度＋1/2镁硬度)/3,5 钙离子的增酸作用是镁离子的两倍。 计算举例： 熊志刚

  39. 残余碱度计算举例 熊志刚

  40. 第二章：水—碱度 残余碱度的影响 残余碱度为0的水作为酿造水,对醪液和麦汁的pH值无影响. =100dH的水与用酿造水相比,可使醪液和麦汁的pH值上升0,3. =-100dH的水与用酿造水相比,可使醪液和麦汁的pH值下降0,3. 残余碱度低的水更适合于生产浅色啤酒. 残余碱度是对水中增降酸离子的综合评价. 熊志刚

  41. 第二章：水—负硬度 总碱度大于总硬度的水称为有负硬度的水。 原因:污染苏打类物质。Na2CO3, NaHCO3,K2CO3,KHCO3 Na2CO3+CaSO4→ CaCO3 ↓+Na2SO4 Na2CO3+ CaCl2 → CaCO3 ↓+ 2NaCl Na2CO3+ Ca(NO3)2→ CaCO3 ↓+ 2NaNO3 水中碳酸盐硬度＝总硬度 总碱度=碳酸盐硬度+苏打碱度 思考：总碱度，碳酸盐硬度和M值的关系和区别？ 熊志刚

  42. 第二章：水—酿造用水的要求 • 总硬度： 5-150dH • 残余碱度： -50dH bis +50dH • 碳酸盐硬度： 20dH • KH：NKH： 1：2,5-3 • 镁硬度： 30dH • 硝酸盐： 10mg/l • 铁离子： 0,05mg/l • 锰离子： 0,03mg/l • 氯离子： 50mg/l • pH值： 6,8-7,2 • 锌： 0.1-0.5mglL • 无过多的杀虫剂和杀菌剂残留：最多0,001-0,005mg/l • P值： 0,1-0,2 • M值： 1 • 感官指标 投料水 熊志刚

  43. 第二章：水—离子对酿造的影响 • 40-50mg/L 适中 • 通过形成蛋白质盐,与磷酸盐的作用,增酸 • 糖化时外加钙,使醪液pH值降低带来一系列优点: • 减少色度上升;减少色素物质和多酚物质的浸出. • 促进蛋白质的凝聚,利于淀粉酶的抗热性,促进草酸盐的形成. • 避免喷涌和草酸盐浑浊,减缓酵母的衰退. 钙离子 熊志刚

  44. 第二章：水—离子对酿造的影响 • 低于50mg/L 适中 • 含量太高会带来粗糙的苦味 • 较低的镁含量对口味有利 • 对肽酶的活性具有促进作用 • 还是发酵时许多酶的辅酶 镁离子 熊志刚

  45. 第二章：水—离子对酿造的影响 • 低于0,05mg/L • 适量存在有利于酵母出芽繁殖. • 达0,2mg/L则造成困难 • 麦汁中大于1mg/L则加速酵母的衰退,增加色度,降低啤酒的醇厚性 • 铁腥味,泡沫呈褐色,加速氧化 • 导致喷涌,官道产生褐色沉淀或堵塞 铁离子 熊志刚

  46. 第二章：水—离子对酿造的影响 • Nach TWVO低于50mg/L • Nach EG 低于25mg/L • 婴儿食品低于10mg/L • 导致青苔生长,婴儿身上发紫 • 细菌和酵母将其还原为亚硝酸根后毒害酵母 硝酸根 熊志刚

  47. 第二章：水—离子对酿造的影响 • 不得含有 • 有毒 • 来源于水的污染 • 对酵母有毒害 亚硝酸根 熊志刚

  48. 第二章：水—水处理 • 机械过滤—除去大的杂质 • 软化处理—除去水中的部分硬度 • 吸附过滤—改善水的色泽和有害气体 • 消毒和灭菌—杀死和减少水中的微生物 熊志刚

  49. 第二章：水—水处理 • 石英砂过滤器 • 砾石过滤器 • 活性炭过滤器(表面积600-1200平方米/g,内孔体积0.6-1立方米/g) • 澄清沉淀法 对感官指标差的水 熊志刚

  50. 第二章：水—水处理 • 煮沸法 • 石灰水法 • 离子交换法 • 反渗透法 • 电渗析法 水处理的方法 熊志刚

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