Уменьшение жёсткости кипячением

Ввиду энергозатратности и сложности такого способа в условиях домашнего пивоварения, рассматривать его не будем.

4.2.3. Умягчение воды гашеной известью (Ca(OH)₂) может использоваться при высокой карбонатной жёсткости. Этот способ влияет только на содержание кальция, магния и бикарбонатов, не изменяя количества других ионов. Рекомендуется обратить на него внимание, если в вашей воде повышенное содержание кальция и магния (для магния — больше 15 ppm).

Известь добавляется в сырую воду, повышая её рН до 11. Высокий рН приводит к выпадению солей кальция и магния в осадок. После этого вода немедленно декантируется. При правильном проведении, этот способ позволяет получить воду с концентрациями кальция и магния в 12 и 3 ppm соответственно, в воде с высокой карбонатной жёсткостью и низким содержанием хлора и сульфатов. При высокой постоянной жёсткости этот способ не так эффективен и конечные концентрации кальция и магния будут выше.

Если же исходная вода имеет высокую временную жёсткость и низкое содержание магния, этот способ умягчения требует некоторой коррекции. Она заключается в повышении рН не до 11, а до 10.

Не забывайте, что рекомендуемое содержание кальция в воде — от 40 ppm, поэтому в обработанную таким способом воду может потребоваться внести кальций.

Т.к. рН при такой обработке остаётся высоким, его нужно понизить. Это можно сделать растворением углекислого газа или добавлением кислот.

4.2.4. Использование ионообменных фильтров. В быту часто используют фильтры для питьевой воды, где одна из ступеней очистки имеет ионообменный картридж. Принцип его работы заключается в замене ионов кальция и магния на ионы натрия или калия (в зависимости от конструкции). Соответственно, такая вода не очень подходит для пивоварения, потому что теряются крайне важные кальция и магний, и привносится натрий (калий), которые могут негативно повлиять на вкус при превышении определённого порога. К тому же, ионообменные фильтры не изменяют временную жёсткость. В итоге щёлочность воды остаётся на прежнем уровне, постоянная жёсткость убрана, а остаточная щёлочность становится крайне высокой, делая обработанную воду ещё менее пригодной для использования в пивоварении.

Ионообменные фильтры стоит использовать только с водой с низкой жёсткостью, в которой очень много железа и марганца — тогда итоговое содержание натрия (калия) будет приемлемым. В целом, если уровень натрия (калия) в обработанной воде будет не более 50 ppm — её можно считать подходящей для использования, ведь недостающие кальций и магний вы можете добавить самостоятельно.

Изменение щёлочности

Щёлочность влияет на эффективность затирания через явление остаточной щёлочности. Щёлочность обеспечивается бикарбонатами, карбонатами и гидроксильными ионами. Бикарбонат обычно является преобладающим ионом в водопроводной воде с рН от 6.5 до 8.5. Тому есть определённые причины. Так, карбонаты не существуют в значительной концентрации в этом рН диапазоне, так как он преимущественно преобразуется в бикарбонат. Гидроксил (ОН-) — сильное основание, потому легко реагирует с примесями, которые всегда присутствуют в водопроводной воде.

Избыточная щёлочность может ухудшить качество и восприятие светлых сортов пива. Щёлочность также может оказывать вредное воздействие на пиво, сделанное из солодового экстракта, поскольку избыточная щёлочность может повысить рН полученного сусла и готового пива. Для экстрактного пива щёлочность воды должна быть не выше 50 ppm.

Щёлочность может изменена разными способами. Разбавление дистиллированной или ОО (обратный осмос) водой — простой и доступный всем способ. Добавление кислот — тоже несложное действие.

Высокая щёлочность может быть желательной, когда засыпь солодов достаточно кислая (высокий процент жжёных и карамельных солодов). Щёлочность помогает сбалансировать рН и поддерживать его в требуемом диапазоне. Мел, гашеная известь и сода могут быть использованы для повышения щёлочности. Низкая щёлочность всегда желательна для промывочной воды, поэтому эти минералы не стоит добавлять в промывочную воду.

Способы изменения щёлочности будут рассмотрены далее.

4.3.1. Мел повышает щёлочность. Т.к. он плохо растворим в воде, его следует добавлять напрямую в затор. Большая часть кислот в заторе являются слабыми и только малая часть мела будет растворена. Чтобы полностью его растворить, его следует добавлять вместе с кислотой. В природе, растворённый углекислый газ в воде образует углекислоту, которая растворяет мел. Аэрация воздухом или углекислым газом воды с мелом может помочь растворить его, но для этого требуется время.

Опытным путём было выяснено, что даже при добавлении в затор мел растворяется очень плохо, и даже близко не приближает щёлочность раствора к теоретической. Эти опыты показали, что рН затора не повысится больше чем на 0.1–0.2 рН при любом количестве мела.

При добавлении мела в количестве 0,26 г/л, концентрация бикарбонатов становится 322 ppm, при условии полного растворения минерала. Нерастворённый мел выпадает в осадок и не является активным компонентом раствора. В целом, пивоварам следует избегать использования мела для изменения щёлочности ввиду ненадёжности такого способа.

4.3.2. Гашеная известь увеличивает щёлочность и хорошо растворима в воде, но должна применяться с осторожностью, т.к. может привести к ожогам кожи и глаз, и чрезвычайно повысить рН воды при неправильной дозировке. Из-за того, что гашеная известь значительно повышает рН воды и принуждает кальций выпадать в осадок, её следует добавлять только в затор, когда всё зерно уже засыпано. Дополнительные проблемы при использовании гашеной извести связаны с тем, что она впитывает влагу из воздуха, превращаясь в мел.

Добавление 0,26 г гашеной извести в литр воды повышает количество бикарбонатов на 435 ppm.

4.3.3. Пищевая сода повышает щёлочность и хорошо растворима в воде, но её использование должно быть ограничено ввиду наличия в её составе натрия. Сода относительно инертна и не разлагается на воздухе. Добавление 0,26 г соды в литр воды повышает концентрация бикарбонатов на 192 ppm и натрия — на 72 ppm. Другое полезное соотношение для понимания соды — при её добавлении до концентрации натрия в 40 ppm, щёлочность повышается на 85 ppm.

4.3.4. Жидкие органические кислоты вроде молочной или уксусной могут быть использованы для снижения щёлочности и рН.

Молочная кислота может использоваться в пивоварении, но при высоких концентрациях может давать резкую терпкость и вязкость во вкусе. Это слабая кислота, и с ней довольно легко работать по сравнению с сильными кислотами. Порог восприятия молочной кислоты – около 400 ppm (Briggs et al., 1981), но это зависит от конкретного дегустатора. Обычные классические немецкие сорта, например, содержат 50–300 ppm молочной кислоты, попавшей в пиво из солода, в процессе ферментации и т.д. (Briggs et al., 1981). Поэтому, невозможно добавить больше 400 ppm молочной кислоты для понижения щёлочности без влияния на вкус пива. Молочная кислота — одноосновная. Это означает, что забирает 1 часть бикарбонатов на одну часть молочной кислоты. По этой причине максимальная нейтрализация, которую может обеспечить молочная кислота (без влияния на вкус) — 100–350 ppm бикарбонатов (82–287 ppm в виде CaCO3). Молочная кислота довольна стабильная и не разлагается при хранении при комнатной температуре.

Уксусная кислота даёт очень резкий, сильный и выразительный вкус и запах (уксус) и обычно не используется в пивоварении. Хотя и существует пивной стиль, где уксусная кислота уместна (Flander’s Red Ale).

4.3.5. Фосфорная (ортофосфорная) кислота может использоваться для понижения щёлочности и имеет слабое влияние на вкус и аромат пива.

Фосфорная кислота имеет меньшую склонность давать кислотные пары, чем соляная и серная кислоты, но это всё же сильная кислота, и с ней следует обращаться осторожно, особенно при высоких концентрациях.

4.3.6. Соляная и серная кислоты — сильные кислоты, понижающіе щёлочность и также дающие ионы хлора и сульфата, соответственно. Эти кислоты практически не изменят вкус пива, их использование ограничено только конечными требуемыми концентрациями хлора и сульфатов. Даже слабые растворы этих кислот могут произовдить много токсичных паров, которые подвергают коррозии металл и поражают лёгкие и кожу.

4.3.7. Твёрдые органические кислоты, такие как лимонная, яблочная и виноградная также могут использоваться для понижения щёлочности и подкисления. Это кислоты могут привнести свои вкусы и ароматы в воду и пиво, если будут добавлены в значительных количествах. В некоторых ситуациях это может быть желаемым для достижения определённых эффектов. Эти органические кислоты могут подчеркнуть фруктовые и эфирные нотки в пиве, что вполне уместно во многих сортах пива.

Порог восприятия лимонной кислоты в пиве — 150 ppm (Briggs et al., 1981). В результате естественных процессов она всегда присутствует в пиве в количестве 50–250 ppm, поэтому следует добавлять её с осторожностью, если не хотите влиять на вкус и аромат пива.

4.3.8. Техника безопасности при работе с кислотами. Минус в работе с кислотами — их относительная токсичность. Требуются знания и практические навыки для безопасной работы с ними. Также требутся крайняя точность в измерениях. Измерительные пипетки, цилиндры, капельницы — подходящие инструменты для работы с жидкими кислотами. При работе с твёрдыми кислотами не обойтись без точных весов.

4.3.9. Кислый солод также может быть использован для понижения щёлочности. Количество молочной кислоты в нём зависит от производителя. Обычно от 2–3% от общей массы. Т.к. кислый солод обычно используется в небольшом количестве, светлые и лёгкие сорта пива более подходят в этом случае, чем тёмные и крепкие.

4.3.10. Увеличение жёсткости воды для повышения количества кислот в заторе (фитиновых) — распространённый способ для понижения щёлочности. Воду делают более жёсткой добавлением кальция или магния, что приводит к реакциям кальция и магния с фитинами солода. Такой подход выводится непосредственно из концепции Остаточной Щёлочности, описанной выше.

4.3.11. Уменьшение щёлочности кипячением. Этот способ рассматривался выше.

4.3.12. Умягчение известью — другой способ удаления гидрокарбонатов, когда вода химически реагирует с сильным основанием, заставляя менее растворимый карбонат кальция и гидроксид магния выпадать в осадок из-за высокого рН. При правильном исполнении можно уменьшить щёлочность на некоторые значения.

4.3.13. Изменение плотности затора (гидромодуля затирания). Поскольку рН затора складывается из кислотности засыпи и щёлочности воды, его значение можно менять, изменяя отношение воды к засыпи. В случае использования воды с повышенной щёлочностью, уменьшение гидромодуля может помочь понизить рН затора. Соответственно, повышение гидромодуля повысит рН затора.

4.3.14. Когда добавлять кислоты в заторную и промывочную воду. Есть разница между временем добавления кислот в воду. Приводимые обычно значения щёлочности воды были измерены при комнатной температуре. Как было замечено выше, нагрев воды приводит к испарению углекислого газа из воды. Что, в свою очередь, принуждает бикарбонаты выпадать в осадок в виде мела. Потому щёлочность нагретой воды будет меньше, чем при комнатной температуре. Так как рассчитываемые количества кислот для добавления в водe основаны на измерениях при комнатной температуре, крайне важно добавлять эти кислоту в воду перед нагревом. Если добавить кислоты после нагрева, пониженная щёлочность нагретой воды приведёт к слишком сильному понижению рН.