Scientific journal
International Journal of Applied and fundamental research
ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,564

THE INFLUENCE OF HARDNESS SALTS OF WATER FOR MASHING MALT AND FLUSHING THE MALT GRAINS IN THE PRODUCTION OF BEER

Peretrutov А.A. 2 Pastukhova G.V. 2 Prosvirin S.V. 1 Chubenko M.N. 2 Avdonina A.V. 2 Anufrieva A.I. 2 Ivanov A.I. 2
1 OOO «Dzerzhinsky brewery»
2 N. Novgorod State Technical University the name of R.Е. Alekseev
1401 KB
The influence of the ionic composition of the water for mashing malt, rinse the pellet and the transition of extractive substances in the wort and the washing water. According to the data obtained plots of the content of extractive substances from malt in the wort and wash water from the ionic composition of water (the content of sulfate and chloride anions and cations of calcium and magnesium). To obtain a high content of extractive substances in the wort should be applied to water containing 1,8–2,6 mg-EQ/dm3 of Ca2+ and 0,4–0,6 mg-EQ/dm3 Mg2+, and lavage malt grains water most effectively when the content of Ca2+ ions to 0,5 mg-EQ/dm3, Mg2+ – 0,4 mg-EQ/dm3. The obtained experimental data allow to choose the saline water composition and the method of preliminary preparation for the mashing of malt and malt wash the pellet. Recommended most effective method of water treatment in the production of beer – nanofiltration: for rubbing the composition of the water must be adjusted by adding sulfate or calcium chloride, depending on its anionic composition; rinsing the pellet is used immediately after a water filtration plant.
mashing
malt
beer
water hardness
malt the grain
rinsing

В основе производства пива лежат биохимические превращения солода, микробиологические и ферментативные процессы при брожении и дображивании пива, в которых участвуют как истинные, так и чужеродные компоненты сырья и материалов, используемые в производстве. Эффективность процессов, протекающих на отдельных стадиях, зависит от температуры, состава сырья и рабочих сред, условий активации ферментов и т.п.

Состав воды, которая служит исходным сырьем и участвует в приготовлении пивного сусла и промывке солодовой дробины, влияет на эффективность отдельных стадий.

Цель исследования. Цель выполненной работы – установить влияние ионного состава воды на затирание солода, промывку дробины и переход экстрактивных веществ в сусло и промывную воду.

Материалы и методы исследования

Воду, используемую для затирания и промывания дробины, готовили искусственно: к дистиллированной воде добавляли соли кальция и магния, смешивали водопроводную воду питьевого качества с дистиллированной водой в разных соотношениях, применяли воду из системы городского питьевого водоснабжения без подготовки и водопроводную воду, прошедшую обработку нанофильтрацией на лабораторной установке с модулем ЭРН-Б-45–350, снаряженным мембраной ОПМН-П. Приготовленная заторная вода содержала хлориды и сульфаты кальция и магния в пределах 0–3,5 мг-экв/дм3, что охватывает диапазон изменения содержания солей жесткости в водопроводной воде г. Дзержинска. Определение содержания солей жесткости в исходной воде, сусле и промывной воде осуществляли трилонометрически. Оценку влияния состава воды на переход сухих веществ в сусло при затирании проводили конгрессным методом. Содержание экстрактивных веществ в сусле и воде после промывания дробины оценивали в соответствии с известными методиками [1].

Результаты исследования и их обсуждение

pere1.tif

Рис. 1. Влияние ионного состава воды (С, мг-экв/л) на содержание экстрактивных веществ солода в сусле (В, %): 1 – от содержания хлорида кальция; 2 – от содержания сульфата кальция; 3 – от содержания сульфата магния

Затирание светлого ячменного солода на искусственно приготовленной воде разного солевого состава показало, что анионный состав воды (наличие в воде хлоридов или сульфатов при соотношении сульфат- и хлорид-ионов в использованной питьевой воде 1:4 по массе) влияет на содержание экстрактивных веществ в сусле (рис. 1).

Из графиков на рис. 1 следует, что присутствие в воде сульфат- ионов в виде сульфата кальция благоприятно влияет на гидролитические ферментативные процессы при затирании солода, поэтому выход сухих веществ в сусло на 0,5–2 % выше, чем в присутствии хлорида кальция. Это связано с тем, что сульфат кальция взаимодействует с карбонатами и щелочными фосфатами, переходящими в затор из солода, и рН затора смещается в сторону кислотности, что улучшает условия для протекания амилолиза в заторе [3]. Анионы также влияют на растворение веществ солода и проницаемость частиц оболочек зерна. Однако, высокое содержание сульфат-ионов в сусле нежелательно, так как ионы SO42– могут восстанавливаться до ионов S2–, которые участвуют в образовании диметилсульфида, придающего в концентрациях, превышающих 25–35 мкг/дм3, вкус вареных овощей [2 – 4].

Влияние катионов Са2+ и Mg2+ на содержание экстрактивных веществ в сусле представлено также на рисунке 1. Наличие в воде сульфата кальция в количестве 2–3 мг-экв/дм3 приводит к более интенсивному переходу растворимых веществ солода в сусло, благодаря защитному и активирующему действию ионов Са2+ на ферменты, особенно на α-амилазу, которая необходима для расщепления крахмала на декстрины. Ионы Са2+ повышают также активность протеолитических ферментов, обеспечивающих достаточное для брожения содержание аминного азота в сусле.

Эксперименты, проведенные на искусственно приготовленной воде, содержащей сульфаты кальция и магния (табл. 1), показали, что наиболее высокий переход экстрактивных веществ наблюдается для сусла, приготовленного на воде с содержанием солей кальция 1,8–2,5 и магния 0,4–0,6 мг-экв/дм3, и составляет 8,9–9,1 %. Содержание ионов кальция и магния в готовом сусле значительно превышает их содержание в исходной воде и составляет по кальцию 5,5–7,8 и магнию 0,45–1,05 мг-экв/дм3. Однако концентрация ионов кальция и магния в сусле изменяется в небольшом диапазоне значений, что возможно связано с образованием буферной системы, которая поддерживает рН сусла. Таким образом, при затирании соли кальция и магния солода в значительных количествах переходят в сусло, но начальное содержание этих солей в воде играет роль своеобразного катализатора биохимических процессов, обеспечивая более полный ферментативный распад крахмала и переход в сусло сахаров и других продуктов гидролиза.

Таблица 1

Влияние содержания ионов Ca2+ при постоянном содержании ионов Mg2+ на переход экстрактивных веществ солода в сусло

Содержание в воде, мг-экв/л

Содержание экстрактивных веществ в сусле, %

Содержание в сусле,

мг-экв/л

Содержание в воде, мг-экв/л

Содержание экстрактивных веществ в сусле, %

Содержание в сусле,

мг-экв/л

Ca2+

Mg2+

Ca2+

Mg2+

Ca2+

Mg2+

Ca2+

Mg2+

0

0,2

8,708

5,6

0,6

0

0,6

8,341

6,1

0,95

0,8

0,2

8,331

6,4

0,45

0,8

0,6

8,574

5,85

1,0

1,8

0,2

8,348

5,8

0,6

1,8

0,6

9,147

6,6

1,05

2,5

0,2

8,623

7,0

0,55

2,5

0,6

9,042

7,8

0,9

3, 0

0,2

9,152

7,2

0,9

3,0

0,6

8,654

7,1

1,6

0

0,4

8,422

5,5

0,85

0

1,2

8,281

6,3

1,25

0,8

0,4

8,446

6,3

0,9

0,8

1,2

8,183

6,45

1,35

1,8

0,4

8,379

6,6

0,7

1,8

1,2

7,846

6,3

1,6

2,5

0,4

9,179

6,9

0,5

2,5

1,2

7,902

6,5

1,8

3,0

0,4

8,336

7,0

0,7

3,0

1,2

8,696

7,67

0,9

Кроме того, из полученных данных следует, что при увеличении концентрации ионов кальция в исходной воде в диапазоне оптимальных концентраций солей наибольшее содержание экстрактивных веществ в сусле получено при меньших концентрациях ионов магния.

Затирание солода на водопроводной воде жесткостью 4,7 мг-экв/дм3 позволило получить сусло с содержанием экстрактивных веществ 7,75 %. Снижение содержания солей жесткости путем разбавления водопроводной воды дистиллированной или использование воды, частично обессоленной на лабораторной установке нанофильтрации (табл. 2), привело к увеличению содержания экстрактивных веществ в сусле на 0,2–0,8 %, так, при затирании солода на воде, прошедшей нанофильтрацию, содержание экстракта в сусле составило 8,34–8,45 %. Следует отметить, что состав отфильтрованной воды при давлениях 10 и 15 атм не соответствует оптимальным для затирания концентрациям ионов кальция, полученным в предыдущих опытах. Такая вода может быть откорректирована путем добавления необходимого количества сульфата кальция, чтобы обеспечить соотношение ионов кальция и магния, равное 3/4,5:1.

Таблица 2

Влияние ионного состава воды на выход экстрактивных веществ при затирании

Вода

Содержание в воде ионов, мг-экв/г

Содержание в сусле экстрактивных веществ, %

Содержание в сусле ионов, мг-экв/г

Са2+

Mg2+

Са2+

Mg2+

Дистиллированная вода

0

0

8,586

6,4

0,77

Водопроводная вода

3,7

1,0

7,509

5,8

0,95

3,4

0,8

7,877

6,9

0,88

Водопроводная + дистиллированная вода

2,7

0,7

8,152

6,0

1,0

1,5

0,9

7,989

7,0

0,83

1,6

1,0

8,024

5,6

1,0

1,8

0,8

8,318

5,7

0,9

1,3

0,5

8,006

5,4

1,2

1,2

0,4

8,159

6,0

0,75

0,7

0,2

8,568

6,3

0,55

Вода после нанофильтрации при 15 атм

0,8

0,1

8,434

5,4

0,95

Вода после нанофильтрации при 10 атм

0,6

0,2

8,367

5,8

0,55

Готовый осахаренный затор подвергали фильтрованию для отделения солодовой дробины и получения сусла. Процесс проходил в две стадии: отделение первого сусла и промывание (выщелачивание) солодовой дробины водой Влажность дробины после отделения сусла составляет примерно 80 %, остаточная вода дробины содержит значительное количество растворенных веществ, и промывание дробины водой позволяет более полно извлекать экстрактивные вещества солода.

Для выщелачивания дробины использовали воду с заданным содержанием солей жесткости температурой 74°С, которая обеспечивает высокую скорость фильтрования. Искусственно приготовленную воду, содержащую сульфаты или хлориды кальция или магния, применяли для затирания солода и промывания солодовой дробины.

При затирании солода на воде, содержащей 1,9–2,6 мг-экв/дм3 СаСl2 получен наиболее высокий переход экстрактивных веществ в сусло (8,1–8,5 %), а содержание экстрактивных веществ в воде после промывания дробины составило 0,7–1,8 % (табл. 3).

Таблица 3

Затирание солода и промывание дробины водой разного состава

Вода для промывания

Содержание экстракта в сусле, %

Содержание экстракта в промывной воде, %

Добавленная соль

Содержание иона, мг-экв/л

Хлорид кальция

0

8,073

0,77

1,2

8,195

1,514

1,9

8,513

0,745

2,2

8,464

1,82

2,6

8,073

1,59

3,1

7,853

0,847

Хлорид магния

0

7,337

0,745

1,5

8,048

0,706

2

7,73

0,591

2,5

7,779

0,411

Сульфат кальция

0

7,337

0,745

1,5

8,293

0,988

2

8,061

1,18

2,5

8,549

0,808

2,8

8,036

1,283

3,8

8,366

1,026

Сульфат магния

0,8

9,036

1,001

1,8

8,586

0,885

2,4

8,244

0,796

Близкие значения по содержанию экстрактивных веществ в сусле были получены при использовании воды, содержащей 2,0–2,5 мг-экв/дм3 CaSO4, но в воде после промывания дробины содержание экстрактивных веществ составило лишь 0,8–1,2 %.

Испытания на воде, содержащей хлорид магния, показали меньший переход экстрактивных веществ как в сусло, так и в воду после выщелачивания, тогда как в присутствии сульфата магния переход экстрактивных веществ сопоставим или превышает переход экстрактивных веществ в присутствии солей кальция.

Эффект наибольшего перехода экстрактивных веществ в промывную воду, содержащую СаСl2, может объясняться выщелачиванием горьких и дубильных веществ из оболочек солода, что отрицательно сказывается на вкусе пива [3]. Добавка сульфата кальция (использование гипсованной воды) положительно влияет на экстракцию, т.к. способствует снижению рН жидкой фазы и затрудняет выщелачивание из дробины дубильных веществ, полифенольных соединений, кремниевой кислоты.

На рис. 2 показано изменение содержания экстрактивных веществ в воде после промывания дробины при разном содержании сульфатов кальция и магния в исходной воде. Состав сусла, полученного при затирании, приведен в табл. 1.

pere2.wmf

Рис. 2. Зависимость содержания экстрактивных веществ в воде после промывания дробины от солевого состава промывной воды при содержании ионов магния, мг-экв/л: 1 – 0,4; 2 – 0,6; 3 – 1,2

Установлено, что при постоянном содержании ионов Mg2+ в воде и увеличении содержания ионов Са2+ от 0 до 3 мг-экв/дм3 наибольшее содержание экстрактивных веществ в воде (1,6–2,3 %) наблюдается при содержании ионов Са2+ от 2 до 3 мг-экв/дм3, что, возможно, связано с извлечением полифенолов и других нежелательных соединений, отрицательно влияющих на органолептические характеристики и стойкость готового пива. Больший интерес для промывания дробины представляет вода, содержащая до 0,5 мг-экв/дм3 Са2+ и 0,4 мг-экв/дм3 Mg2+. Содержание экстрактивных веществ в сусле при затирании на данной воде составляет 8,4 % и относительно высокое содержание экстрактивных веществ в воде после промывки свидетельствует о переходе в промывную воду преимущественно сахаров и других водорастворимых веществ.

Влияние содержания и соотношения ионов кальция и магния в промывной воде на выщелачивание дробины связано с тем, что при промывании дробины продолжаются в некоторой степени ферментативные процессы с участием α-амилазы, активность которой зависит от присутствия ионов Са2+. Вода для промывания не содержит растворенных сахаров, декстринов, азотсодержащих и других веществ солода, поэтому ускоряются диффузионные и осмотические процессы перехода веществ из жидкой и твердой фазы дробины. Буферность жидкой фазы дробины в ходе промывки понижается, что ведет к ускорению растворения веществ дробины. Содержание ионов магния в воде после промывания дробины больше, чем в исходной воде. Например, при содержания ионов кальция в исходной воде 0–3 мг-экв/дм3 и Mg2+ 0,4 мг-экв/дм3 в воде после промывания содержание Mg2+ 0,7–1,1 мг-экв/дм3; при содержании в исходной воде Mg2+ – 0,6, в промывной воде содержится 1,4–2,2 мг-экв/дм3. Следовательно, при промывании дробины интенсивно растворяются соли магния, присутствующие в оболочке солода. Содержание ионов кальция в воде после промывания при невысоком начальном содержании (0–0,8 мг-экв/дм3) возрастает до 0,9–1,4 мг-экв/дм3, а при более высоком начальном содержании падает на 0,1–0,7 мг-экв/дм3, что возможно за счет образования малорастворимых солей кальция.

Таким образом, состав исходной воды, а именно содержание солей кальция и магния, влияет на содержание экстрактивных веществ в сусле на стадии затирания и в воде после промывания солодовой дробины.

Выводы

На стадии затирания светлого ячменного солода для получения высокого содержания экстрактивных веществ в сусле следует применять воду, содержащую 1,8–2,6 мг-экв/дм3 Са2+ и 0,4–0,6 мг-экв/дм3 Mg2+, а промывание солодовой дробины водой наиболее эффективно при содержании ионов Са2+ до 0,5 мг-экв/дм3, Mg2+ – 0,4 мг-экв/дм3.Для подготовки воды наиболее подходит нанофильтрация, которая позволяет снизить общее солесодержание воды. Вода непосредственно после фильтрационной установки может подаваться для промывания дробины, а для затирания ее состав должен корректироваться добавлением сульфата или хлорида кальция в зависимости от анионного состава воды.