啤酒生產中的釀造水處理技術

吳旭乾，洪亮，金學平，吳雨龍

(武漢軟件工程職業學院環境與生化工程系,湖北武漢430205)

啤酒生產中的釀造水處理技術

吳旭乾，洪亮，金學平，吳雨龍

(武漢軟件工程職業學院環境與生化工程系,湖北武漢430205)

介紹影響釀造水質量的一些因素，主要從pH值、堿度、硬度、電導率和混濁度等方面進行分析探討；對釀造水的處理工藝進行闡述。在啤酒釀造過程中按照此工藝對以上因素及參數進行嚴格處理，可以明顯穩定和提高釀造水的質量。

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直接影響著啤酒的風味及品質，所以，在生產過程中如何進行水處理，獲得理想指標的釀造水，其重要性不言而喻。

釀造水的特性影響著啤酒風味。如水被藍綠藻的代謝產物污染時，會引起鐵腥味、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重的氯酚氣味。

NO2-對酵母菌有毒害，麥汁中含量達100 mg/kg時可以阻礙發酵，且能與單寧反應使啤酒呈微紅色。

1 影響釀造水質量的重要指標

釀造水具體的指標從以下幾方面進行分析。

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節，但會影響啤酒的口味，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值過高會引起糖化醪液pH值的相應升高，影響糖化過程酶的作用、多酚的溶出及蛋白質的凝固。釀造水的pH值對釀造過程有著一定的影響，但受影響的主要是麥汁，當麥汁的pH值下降時，會帶來一些積極的效果，如麥汁產量上升、利于含氮物質的浸出、利于總體苦味的降低、泡沫穩定性的改善、促進凝固物的形成、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到合理pH值的酸消耗量，當水中加入了強酸，而pH值在其緩沖機制的作用下沒有下降很多時，這種中和能力就表現出來了。釀造水的總堿度影響谷物漿和麥汁的pH值，糖化過程中，麥芽產出略帶酸性的溶出物質，水中的堿度對中和此酸性有一定的緩沖作用，當然，如果水的堿度太低，谷物漿的pH值就會過低，使釀造無法進行。

1.3 硬度

水的硬度對釀造用水來說是一個很重要的指標，世界啤酒行業中幾種著名類型的啤酒對釀造用水的硬度均有非常嚴格的要求。釀造不同類型的啤酒，水的硬度必須達到一定的要求。

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，且這些離子對硬度的貢獻相對Ca、Mg來說要小，4項離子硬度總和通常在計算水體總硬度時可忽略不計。

硬度是描述水中Ca2+、Mg2+的總含量，水的硬度會影響到麥汁的品質，當植酸(肌醇六磷酸)被植酸酶降解時，麥汁中會產生相當數量的磷酸，Ca2+、Mg2+與磷酸生成沉淀導致了H+的進一步電離，引起pH值的下降，對于一些最適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，低pH值環境抑制了麥汁中多酚的溶出，產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酸型陽離子交換技術，一般選擇001×7（732）樹脂，樹脂使用一段時間之后，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使用。

1.4 電導率

電導率代表著水中總體離子的含量，不能顯示溶質的具體構成，但可以指示水中的重要化學變化。水中 K+、Na+、Cl-離子含量過高，啤酒呈咸味；Mg2+有培酸效應，過高產生苦、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對酵母造成危害，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的必需離子，0.1 mg/L~0.5 mg/L的含量能促進酵母生長代謝，增強啤酒泡沫強度。

1.5 混濁度

混濁度用來表示樣品的相對透明度。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

雖然市政用水系統輸送的水是可飲用的，但仍不能滿足啤酒生產企業對釀造用水的要求，這保證了啤酒的口味及理化穩定性。Anheuser-Busch公司推薦的釀造用水質量要求如表1所示。

為達到釀造水的質量要求，所有從市政水系統進入釀造廠的水都要經過幾道化學處理，包括活性碳過濾、消毒、硬度調節、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、不良氣味污染物及有機雜質，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幾分鐘的空床接觸時間(EBCT)，以保證足夠的時間讓水與活性炭發生作用。活性炭過濾器對水的影響體現在兩個方面：首先，在去掉氣味、有機雜質的同時，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物非常適于微生物的生長，必須定期對活性碳過濾器進行蒸汽消毒和殺菌，另外活性炭也有使用壽命，過期就會失效，當出現下列情況之一時建議更換容性炭：最大TTHM達到15 μg/L；出現不良味道和氣味；活性炭的使用年限超過1年。

關鍵控制點：

*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；

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

2.2 重新消毒

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

2.3 堿度調節

釀造用水消毒后要進行堿度調節，此步驟是把握釀造質量的關鍵，水的總堿度表示如下：總堿度=HCO3-+CO32-+OH-，為方便度量，堿度的3種來源需轉化為等價單位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。釀酒廠調節堿度的方法有：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節堿度的方法，西方國家的釀酒廠多數使用硫酸作堿度調節劑，有的國家使用磷酸。

當把硫酸加入釀造水中時，會發生下列反應：

釀造用水中每加入1 mg/L硫酸，堿度就相應降低1 mg/L，非常便于計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除去兩種離子，即所謂的純水。國內外的一些啤酒廠對釀造水進行部分去離子時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，被陽離子置換下來的酸離子會和水中的堿發生中和反應。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。

2.3.4 納濾

納濾使用的滲透膜帶有1 nm孔徑的“小孔”，納濾的主要優點是能夠濾掉二價陰離子的鹽，如碳酸氫鈣、硫酸鎂和分子量小于200的有機雜質如葡萄糖，表2顯示了納濾對這些雜質的阻擋率，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，還能使釀造水的質量更加穩定和一致。

表2 納濾對某些溶質的阻擋率Table 2 The blocking percentage of nano filter on some solute

3 總結

保證釀造水的純凈度是穩定啤酒口味的要求,比如啤酒釀造水中應絕對避免有余氯的存在,因為氯是強烈的氧化劑,會破壞酶的活性,對酵母菌的生長與繁殖產生抑制效應,并能和麥芽中的酚類物質結合,形成強烈的氯酚臭。因此，用城市市政用水來生產釀造用水時必須要經過活性炭過濾脫氯及有機物雜質，重新氯消毒可以保證釀造水的微生物指標穩定性，堿度調節是整個過程的關鍵，按照上述的工藝及參數進行控制，可以制備出優質的啤酒。

[1]邱保方.釀造水對低度啤酒質量的影響—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準的研究[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。