啤酒生产中的酿造水处理技术

吴旭乾，洪亮，金学平，吴雨龙

(武汉软件工程职业学院环境与生化工程系,湖北武汉430205)

啤酒生产中的酿造水处理技术

吴旭乾，洪亮，金学平，吴雨龙

(武汉软件工程职业学院环境与生化工程系,湖北武汉430205)

介绍影响酿造水质量的一些因素，主要从pH值、碱度、硬度、电导率和混浊度等方面进行分析探讨；对酿造水的处理工艺进行阐述。在啤酒酿造过程中按照此工艺对以上因素及参数进行严格处理，可以明显稳定和提高酿造水的质量。

啤酒；酿造水；处理工艺

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

麦芽是啤酒的“灵魂”，为降解淀粉提供酶催化活力；而酒花则代表着“意境”，赋予啤酒独特的苦味；但酿造啤酒用得最多的原料却是水，约占到啤酒含量的90%以上，因此有“水是啤酒血液”之美称[1]。

水的理化及微生物性质直接影响着啤酒的风味及品质，所以，在生产过程中如何进行水处理，获得理想指标的酿造水，其重要性不言而喻。

酿造水的特性影响着啤酒风味。如水被蓝绿藻的代谢产物污染时，会引起铁腥味、土腥味及霉味；水中高的碘含量可能引起异常氯酚造成墨水味或药味；氯带有刺激的气味，部分被氧化后形成严重的氯酚气味。

NO2-对酵母菌有毒害，麦汁中含量达100 mg/kg时可以阻碍发酵，且能与单宁反应使啤酒呈微红色。

1 影响酿造水质量的重要指标

酿造水具体的指标从以下几方面进行分析。

1.1 pH值

虽然水的pH值可以通过加酸或加石膏等方法加以调节，但会影响啤酒的口味，改变水体的离子平衡。水的pH值过低可能是杂菌污染所致；pH值过高会引起糖化醪液pH值的相应升高，影响糖化过程酶的作用、多酚的溶出及蛋白质的凝固。酿造水的pH值对酿造过程有着一定的影响，但受影响的主要是麦汁，当麦汁的pH值下降时，会带来一些积极的效果，如麦汁产量上升、利于含氮物质的浸出、利于总体苦味的降低、泡沫稳定性的改善、促进凝固物的形成、颜色变浅等。

1.2 碱度

水的碱度是溶解在水中能与强酸作用的盐类浓度，比较重要的是残余碱度（RA），它可以间接反映出将酿造水调到合理pH值的酸消耗量，当水中加入了强酸，而pH值在其缓冲机制的作用下没有下降很多时，这种中和能力就表现出来了。酿造水的总碱度影响谷物浆和麦汁的pH值，糖化过程中，麦芽产出略带酸性的溶出物质，水中的碱度对中和此酸性有一定的缓冲作用，当然，如果水的碱度太低，谷物浆的pH值就会过低，使酿造无法进行。

1.3 硬度

水的硬度对酿造用水来说是一个很重要的指标，世界啤酒行业中几种著名类型的啤酒对酿造用水的硬度均有非常严格的要求。酿造不同类型的啤酒，水的硬度必须达到一定的要求。

给水带来硬度的离子主要有 Ca、Mg、Fe、Mn、Sr、Zn等，由于Fe、Mn、Sr、Zn在酿造水中的含量一般很少，且这些离子对硬度的贡献相对Ca、Mg来说要小，4项离子硬度总和通常在计算水体总硬度时可忽略不计。

硬度是描述水中Ca2+、Mg2+的总含量，水的硬度会影响到麦汁的品质，当植酸(肌醇六磷酸)被植酸酶降解时，麦汁中会产生相当数量的磷酸，Ca2+、Mg2+与磷酸生成沉淀导致了H+的进一步电离，引起pH值的下降，对于一些最适pH值较低的酶(如β－淀粉酶和一些肽酶)来说，可以明显提高其活性，另外，Ca2+可以稳定α－淀粉酶和β－淀粉酶的活性，有利于大分子量淀粉的降解，同时，低pH值环境抑制了麦汁中多酚的溶出，产出的啤酒不那么涩口，颜色也较浅。

硬水的软化目前广泛采用强酸型阳离子交换技术，一般选择001×7（732）树脂，树脂使用一段时间之后，其交换能力逐渐下降，出口软水的硬度也逐渐提高，因此需用10%的NaCl溶液再生成钠型以重复使用。

1.4 电导率

电导率代表着水中总体离子的含量，不能显示溶质的具体构成，但可以指示水中的重要化学变化。水中 K+、Na+、Cl-离子含量过高，啤酒呈咸味；Mg2+有培酸效应，过高产生苦、酸味；SO2过高呈涩味、酸味；HCO3-具有降酸作用；重金属离子的存在会对酵母造成危害，引起啤酒混浊，一般重金属离子控制在0.05 mg/L以下，但锌离子是酵母生长的必需离子，0.1 mg/L~0.5 mg/L的含量能促进酵母生长代谢，增强啤酒泡沫强度。

1.5 混浊度

混浊度用来表示样品的相对透明度。需要注意的是颜色不等于混浊度，水或啤酒可以颜色很深但仍然透明。散布在水中的不溶性固体是混浊度的首要来源，必须用一定的方法去除。

2 酿造水的核心处理工艺

虽然市政用水系统输送的水是可饮用的，但仍不能满足啤酒生产企业对酿造用水的要求，这保证了啤酒的口味及理化稳定性。Anheuser-Busch公司推荐的酿造用水质量要求如表1所示。

为达到酿造水的质量要求，所有从市政水系统进入酿造厂的水都要经过几道化学处理，包括活性碳过滤、消毒、硬度调节、反渗透（RO）、钠滤，见图1所示流程。

表1 A-B公司推荐的酿造用水质量要求Table 1 The quality target of brewing water by A-B Corp.

2.1 活性炭过滤

活性炭过滤主要用于除去氯味、不良气味污染物及有机杂质，特别是TTHM(氯仿、一溴二氯甲烷、一氯二溴甲烷和溴仿等的混合物)，活性炭过滤器至少需要持续几分钟的空床接触时间(EBCT)，以保证足够的时间让水与活性炭发生作用。活性炭过滤器对水的影响体现在两个方面：首先，在去掉气味、有机杂质的同时，活性炭吸附掉了水中作为消毒剂的余氯，从而失去了不被微生物再次污染的保护伞。因此，酿造水必须重新用氯消毒以防止二次污染。其次，碳床上被吸附的有机物非常适于微生物的生长，必须定期对活性碳过滤器进行蒸汽消毒和杀菌，另外活性炭也有使用寿命，过期就会失效，当出现下列情况之一时建议更换容性炭：最大TTHM达到15 μg/L；出现不良味道和气味；活性炭的使用年限超过1年。

关键控制点：

*活性炭的填充高度为1 m~2 m；

*1 m3活性炭上的最大流量为16 m3/h；

*最小空床接触时间为6 min，EBCT的计算如下：空床时间/min=活性炭的体积/（m3）/水的流量/（m3/min）[2]。

2.2 重新消毒

重新消毒酿造水时主要向其中添加氯气或次氯酸钠，HClO分子是消毒的关键，它能穿透细菌的细胞膜并将其杀死，次氯酸分解成H+和ClO-反应的平衡点在pH值7.4时达到，如果pH值达到了8.5，则95%的HClO将会分解，就起不到杀菌的效果了，所以，重新消毒的过程要严格控制好反应的pH值。使用氯气消毒存在副作用，其酸性（与水作用产生的次氯酸和盐酸）会中和水中的碱度，并降低酿造水的缓冲能力和pH值，水中每加入1磅的氯气，碱性物质将减少1.4磅；次氯酸钠通常当作液体消毒剂使用，因其反应产物既有酸（HClO）也有碱（NaOH），引起水的pH值变化小，水中的剩余碱度也不会被过多消耗。

2.3 碱度调节

酿造用水消毒后要进行碱度调节，此步骤是把握酿造质量的关键，水的总碱度表示如下：总碱度=HCO3-+CO32-+OH-，为方便度量，碱度的3种来源需转化为等价单位CaCO3，所以总碱度用mg/L（CaCO3）表示，碱度控制在300 mg/L可较好满足酿造用水的要求。酿酒厂调节碱度的方法有：加酸、部分或完全去离子、反渗透、纳滤。

2.3.1 加酸

直接加酸是最常使用的调节碱度的方法，西方国家的酿酒厂多数使用硫酸作碱度调节剂，有的国家使用磷酸。

当把硫酸加入酿造水中时，会发生下列反应：

酿造用水中每加入1 mg/L硫酸，碱度就相应降低1 mg/L，非常便于计算一批酿造用水中需要加入多少硫酸，以使总碱度降至期望值。

2.3.2 去离子

部分去离子是指仅除去水中部分的阳离子或阴离子，全部去离子是指同时除去两种离子，即所谓的纯水。国内外的一些啤酒厂对酿造水进行部分去离子时通常采用沸石软化法，一方面可以除去水中部分的阳离子，同时，被阳离子置换下来的酸离子会和水中的碱发生中和反应。也有的酒厂采用离子交换纯水器来去离子，基本流程如图2。

2.3.3 反渗透

反渗透处理通过给高浓度溶液施加大于渗透压的压力，通过半透膜的水将逆向从高浓度溶液流向低浓度溶液，从而除去水中的离子及杂质。

2.3.4 纳滤

纳滤使用的渗透膜带有1 nm孔径的“小孔”，纳滤的主要优点是能够滤掉二价阴离子的盐，如碳酸氢钙、硫酸镁和分子量小于200的有机杂质如葡萄糖，表2显示了纳滤对这些杂质的阻挡率，纳滤最多能除去水中80%碳酸氢钙和98%硫酸镁，纳滤能较好的降低水的碱度，还能使酿造水的质量更加稳定和一致。

表2 纳滤对某些溶质的阻挡率Table 2 The blocking percentage of nano filter on some solute

3 总结

保证酿造水的纯净度是稳定啤酒口味的要求,比如啤酒酿造水中应绝对避免有余氯的存在,因为氯是强烈的氧化剂,会破坏酶的活性,对酵母菌的生长与繁殖产生抑制效应,并能和麦芽中的酚类物质结合,形成强烈的氯酚臭。因此，用城市市政用水来生产酿造用水时必须要经过活性炭过滤脱氯及有机物杂质，重新氯消毒可以保证酿造水的微生物指标稳定性，碱度调节是整个过程的关键，按照上述的工艺及参数进行控制，可以制备出优质的啤酒。

[1]邱保方.酿造水对低度啤酒质量的影响—诠释红石梁的酿造用水[J].酿酒，2006,33(4):57

[2]王成红,王可欣.啤酒酿造水处理及标准的研究[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

武汉市教育局教科研课题（2009165）

吴旭乾(1979—)，男(汉)，讲师，硕士研究生，研究方向：生物化工。