啤酒手冊(cè)—01水

1、原料篇釀造啤酒的四種基本原料水、麥芽、酒花、酵母。第一章 釀造用水水是啤酒釀造最重要的原料，釀造水被稱之為“啤酒的血液”。世界著名啤酒的特色都是由各自的釀造用水所決定的，釀造水質(zhì)不僅決定著產(chǎn)品質(zhì)量和風(fēng)味，而且還直接影響著釀造的全過(guò)程。因此，正確地認(rèn)識(shí)和合理地處理釀造用水在啤酒生產(chǎn)中具有極為重要的意義。第一節(jié) 對(duì)水的質(zhì)量要求 一、水的硬度及分類1水的硬度水的硬度是指溶解在水中的鈣、鎂離子以及碳酸根離子、碳酸氫根離子、硫酸根離子、氯離子和硝酸根離子所形成鹽類的濃度。過(guò)去，我國(guó)水的硬度常以德國(guó)硬度（°d·H）表示，即每升水中含有10毫克氧化鈣稱為一度?，F(xiàn)在，均以法定計(jì)量單位mmo

2、L/L表示。2硬度的分類硬度的分類方法有兩種，見(jiàn)表1.1。（1）以碳酸鹽硬度和非碳酸鹽硬度來(lái)分碳酸鹽硬度即鈣和鎂的碳酸氫鹽溶解于水形成的硬度。由于該硬度的水在加熱煮沸時(shí)，可分解成溶解度很小的CaCO.3、MgCO3沉淀使水的硬度降低，所以該硬度又稱為暫時(shí)硬度。非碳酸鹽硬度是鈣和鎂的硫酸鹽、硝酸鹽或氯化鹽等溶于水形成的硬度。由于加熱煮沸也不沉淀，又稱為永久硬度。（2）以鈣硬和鎂硬來(lái)分鈣硬即鈣鹽所形成的硬度，鎂硬即鎂鹽所形成的硬度。鈣硬和鎂硬是硬度指標(biāo)的基礎(chǔ)。表1.1總 硬總 硬鈣硬鎂硬碳酸鹽硬度非碳酸鹽硬度Ca(HCO3)2CaCL2Ca(NO3)2CaSO4Mg(HCO3)2MgSO4MgCL

3、2Mg(NO3)2Ca(HCO3)2Mg(HCO3)2CaSO4MgSO4CaCL2MgCL2Ca(NO3)2Mg(NO3)2二、水中離子對(duì)啤酒釀造的影響1水中離子與酸度的關(guān)系在啤酒生產(chǎn)過(guò)程中，麥汁和啤酒的pH值都直接或間接受到水中離子的影響，水中各種離子對(duì)于pH值的影響主要通過(guò)以下幾方面的作用。（1）消酸作用只有碳酸氫根離子具有消酸作用，在煮沸或其它化學(xué)變化過(guò)程中消耗氫離子，使pH值上升。 HCO3+H+ H2O+CO2（2）增酸作用鈣、鎂離子都具有增酸作用，其作用是通過(guò)相應(yīng)的硫酸鹽實(shí)現(xiàn)的。aCaSO4的增酸作用4K2HPO4+3CaSO4 Ca3(PO4)2+2KH2PO4+3K2SO4

4、CaSO4與堿性K2HPO4反應(yīng)，生成酸性KH2PO4和不溶性的Ca3(PO4)2，使醪液和麥汁的酸度增加。 bMgSO4的增酸作用 4K2HPO4+3MgSO4 Mg3(PO4)2+2KH2PO4+3K2SO4 因只有當(dāng)加熱時(shí)形成的Mg3(PO4)2才呈不溶狀態(tài)。通常情況下酸性KH2PO4的生成量較少，所以MgSO4的增酸作用較弱。 由此可見(jiàn)，鈣離子的增酸作用比鎂離子強(qiáng)，其作用是鎂離子的兩倍。（3）降酸作用麥汁中酸性KH2PO4與水中碳酸鹽反應(yīng)生成堿性K2HPO4，從而使麥汁的酸度降低，水中碳酸鹽均有這種降酸作用。 aCa(HCO3)2的降酸作用 當(dāng)水中僅有少量或中等量的Ca(HCO3)2時(shí)

5、，反應(yīng)如下2KH2PO4+ Ca(HCO3)2 CaHPO4+ K2HPO4+2H2O+2CO2 當(dāng)水中有過(guò)量Ca(HCO3)2時(shí)，上述反應(yīng)將繼續(xù)進(jìn)行，直至形成Ca3(PO4)24KH2PO4+3 Ca(HCO3)2 Ca3(PO4)2+2 K2HPO4+6H2O+6CO2bMg(HCO3)2的降酸作用2KH2PO4+Mg(HCO3)2 MgHPO4+K2HPO4+2H2O+2CO2通常釀造水中鎂離子含量都較低，反應(yīng)不能進(jìn)行到生成Mg3(PO4)2，而只能生成MgHPO4，MgHPO4顯堿性而且在水中是溶解狀態(tài)，與堿性K2HPO4共同作用使酸度降低。由此可見(jiàn)，Mg(HCO3)2的降酸作用比Ca

6、(HCO3)2強(qiáng)。2水中離子對(duì)啤酒釀造的影響水的性質(zhì)主要由水中所含離子性質(zhì)所決定，這些離子對(duì)麥汁的組成、發(fā)酵性能和啤酒質(zhì)量有不同程度的影響。詳見(jiàn)表1.2。表1.2 水中離子對(duì)啤酒釀造的影響水中離子對(duì)啤酒釀造的影響鈣離子其最大作用是調(diào)節(jié)糖化醪液和麥汁的pH值，保護(hù)淀粉酶的活力，沉淀蛋白質(zhì)和草酸根等。鈉離子微量的鈉有甜味，多量則呈堿性鎂離子有苦澀味鐵離子有鐵腥味硫酸根離子過(guò)量的硫酸根離子會(huì)使啤酒口味淡薄、苦澀氯離子適量的氯離子能使啤酒口味圓滿豐潤(rùn)，過(guò)量易腐蝕管道及設(shè)備三、對(duì)釀造用水的基本要求啤酒的釀造用水至少應(yīng)達(dá)到表1.3所列各項(xiàng)指標(biāo)的要求，這是保證生產(chǎn)正常進(jìn)行、成品啤酒不致產(chǎn)生缺陷的基本條件。表

7、1.3指 標(biāo)要 求備 注色無(wú)色有色的水是嚴(yán)重污染水，不能用來(lái)釀造啤酒透明度透明，無(wú)沉淀與麥汁和啤酒的澄清度有關(guān)味無(wú)異味，無(wú)異臭有異味的水不能用來(lái)釀制啤酒，否則易使啤酒口 味惡劣 總硬度6.24mmoL/L視殘堿度RA值而定非碳酸鹽硬度/碳酸鹽硬（2.53.0）/1鈣硬鎂硬3/1殘堿度RA值0.891.79 mmoL/L人們更傾向于負(fù)值鐵0.05mg/L鐵含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致麥汁色度加深，影響酵母生長(zhǎng)和發(fā) 酵， 給啤酒帶來(lái)鐵腥味錳0.03 mg/L微量對(duì)酵母生長(zhǎng)有利，過(guò)量則會(huì)使啤酒缺乏光澤，口味粗糙 硅酸鹽（SiO2）20 mg/L含量過(guò)高，麥汁不澄清，影響酵母發(fā)酵和啤酒過(guò)濾，容易引起啤酒混濁，使啤

8、酒口味粗糙CL-200 mg/L含量適當(dāng)，能促進(jìn)淀粉酶作用，提高酵母活性，啤酒口味柔和、圓潤(rùn)。含量過(guò)高，易引起酵母早衰，使啤酒帶有咸味，且容易腐蝕設(shè)備SO42-300 mg/LNa+75 mg/L微量有甜味，含量過(guò)高則呈堿性NO3-25 mg/L 四、不同啤酒品種對(duì)水的殘堿度RA值的要求水的殘堿度RA值是釀造水質(zhì)量指標(biāo)中十分重要的一項(xiàng)，根據(jù)KoLbach殘堿度的計(jì)算方法，人們可以預(yù)測(cè)水中降酸的HCO3-離子和增酸的Ca2+、Mg2+對(duì)于醪液、麥汁和啤酒pH值的影響程度，從而又可以判斷糖化中各種酶的反應(yīng)、物質(zhì)分解過(guò)程、麥汁過(guò)濾時(shí)麥皮物質(zhì)的洗脫和煮沸中酒花苦味質(zhì)的變化情況。因此RA值是分析和評(píng)價(jià)水

9、質(zhì)、合理處理釀造用水的重要根據(jù)之一。1水的殘堿度RA值的計(jì)算方法（KoLbach法）（1）水的總堿度（GA） 水的堿度與水中硬度具有相同的表達(dá)意義。因?yàn)樵诙鄶?shù)情況下，碳酸氫根只與鈣、鎂離子結(jié)合成為相應(yīng)的鹽，所以當(dāng)水中不含有NaHCO3時(shí)，水的總堿度實(shí)際就是水中碳酸鹽硬度。（2）抵消堿度（AA） 抵消堿度是鈣鎂離子增酸效應(yīng)所抵消的碳酸鹽的堿度。從以下反應(yīng)可以看出鈣、鎂離子與氫離子的定量關(guān)系。3Ca2+2HPO42Ca3(PO4)2+2H+ 即3moL的鈣離子可以釋出2moL的氫離子，但考慮到反應(yīng)不完全的因素，實(shí)際計(jì)算需要附加系數(shù)，即Ca2+H+=72；又因鎂離子的增酸效應(yīng)只有鈣離子的一半，所以又

10、有Mg2+H+ = 71的關(guān)系。 （3）RA值的計(jì)算公式 水的殘堿度RA值是水中總堿度與抵消堿度的差。RA的計(jì)算公式為RA=GAAA=GA（鈣硬/3.5+鎂硬/7.0）注：GA、AA、RA、鈣硬和鎂硬的單位均為mmoL/L。2RA值與麥汁pH值的關(guān)系從RA值計(jì)算公式可以看出：當(dāng)總堿度高于抵消堿度時(shí)，RA值為正值；當(dāng)增酸效應(yīng)強(qiáng)即抵消堿度高于總堿度時(shí)，RA值為負(fù)值；增酸效應(yīng)愈強(qiáng)，RA值愈小，麥汁的pH值也愈低。當(dāng)蒸餾水的RA = 0時(shí)，麥汁的pH值 = pH0（pH0為原水的pH值）當(dāng)水的RA =1.79mmoL/L時(shí)，麥汁的pH值 = pH0+0.3當(dāng)水的RA = 1.79mmoL/L時(shí)，麥汁的

11、pH值 = pH00.3水的殘堿度RA值=±1.79mmoL/L，可使麥汁的pH值波動(dòng)±0.3，由此可見(jiàn)RA值對(duì)麥汁和啤酒的pH值有著直接的影響。3水的RA值對(duì)啤酒生產(chǎn)過(guò)程的影響 如前所述，水的RA值高低，會(huì)使醪液和麥汁的pH值升高或降低，由此對(duì)啤酒的生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生一系列的影響。（1）對(duì)酶的影響在糖化過(guò)程中pH值對(duì)各種酶尤其是淀粉酶有顯著的影響。在pH5.25.8的范圍內(nèi)pH值愈低，酶作用愈好。當(dāng)pH值高時(shí)，淀粉酶受到抑制，糖化時(shí)間延長(zhǎng)，最終發(fā)酵度也會(huì)因淀粉酶的鈍化而降低，葡聚糖酶也表現(xiàn)出較低的活性，從而導(dǎo)致麥汁粘度升高，同時(shí)內(nèi)肽酶只分解出少量的可溶性氮，使蛋白質(zhì)分解為氨基酸

12、的速度減慢；當(dāng)pH值在66.2時(shí)，氨肽酶和二肽酶的活力幾乎全部喪失；磷酸酶也同樣受到抑制，因此只有少量的無(wú)機(jī)磷酸鹽從有機(jī)磷酸鹽（如肌醇六磷酸鈣鎂）分解出來(lái)，與碳酸氫鹽反應(yīng)形成磷酸鹽沉淀，導(dǎo)致麥汁中磷酸鹽含量明顯減少，降低了麥汁中的緩沖能力。（2）對(duì)糖化收得率的影響 由于酶的作用受到抑制，麥汁的粘度升高，因此出現(xiàn)過(guò)濾困難和洗糟不凈問(wèn)題，一般可使糖化收得率降低23。 （3）對(duì)麥汁性質(zhì)的影響 當(dāng)醪液的pH值較高時(shí)，第一麥汁和洗糟水會(huì)將麥皮中對(duì)口味不利的物質(zhì)洗脫，象聚合指數(shù)較高的多酚，致使成品啤酒的色度升高，口味生硬、淡?。荒承┰谒嵝杂H件下凝集的蛋白質(zhì)在較高的pH值下凝集不利，使啤酒易形成混濁。 （4

13、）對(duì)酒花苦味質(zhì)利用率的影響pH值高時(shí)，酒花的利用率較高，但苦味較粗糙，許多對(duì)口味有害的物質(zhì)從酒花中浸出，會(huì)使啤酒產(chǎn)生刺激口味，如水的RA較高時(shí)，建議酒花的添加量應(yīng)適當(dāng)減少。（5）對(duì)發(fā)酵的影響前面已經(jīng)說(shuō)過(guò)，糖化過(guò)程中較高的pH會(huì)抑制麥芽中許多酶的作用，而使麥汁中氨基酸不足和麥汁粘度升高，這也會(huì)給發(fā)酵帶來(lái)不利的影響。氨基酸不足會(huì)降低發(fā)酵速度；粘度高的麥汁中往往含有高分子蛋白質(zhì)，這些蛋白質(zhì)附著在酵母細(xì)胞表面上，使酵母過(guò)早地形成塊狀沉淀而沉降下來(lái)，所以啤酒的真正發(fā)酵度與最終發(fā)酵度差距較大，成品啤酒的組成不理想，泡沫性能和穩(wěn)定性也較差。4不同的啤酒品種對(duì)水的殘堿度RA值的要求不同的啤酒品種對(duì)水的殘堿度R

14、A值有不同的要求，見(jiàn)表1.4。表1.4啤酒品種對(duì)RA的要求淺色啤酒RA0.89mmoL/L深色啤酒RA0.89 mmoL/L黑色啤酒RA1.78mmoL/L釀造淺色啤酒對(duì)水質(zhì)的要求較高，RA值應(yīng)小于0.89mmoL/L。從理論上講，水的RA值等于0.89mmoL/L已能滿足淺色啤酒的生產(chǎn)要求，但是隨著人們對(duì)淺色啤酒低色度的追求，人們希望水的RA值更低甚至是負(fù)值。表1.5是世界上四種典型啤酒釀造水的分析。表1.5啤酒品種項(xiàng)目慕尼黑（Muenchen）比爾森 （PiLsen）多特蒙德（Dortmund）維也納（Wien）總硬度 (mmoL/L )2.640.297.366.88碳酸鹽硬度 (mmo

15、L /L)2.530.233.005.51非碳酸鹽硬度 (mmoL /L)0.110.054.371.37鈣硬 (mmoL /L)1.890.186.544.07鎂硬 (mmoL /L)0.750.110.822.82RA (mmoL /L)1.890.161.023.94SO42 (mg/L)9.05.2290216CI (mg/L)1.65.010739有人認(rèn)為，水的硬度愈高，愈不適于釀造淺色啤酒，這種觀點(diǎn)是片面的，釀造水是否適宜還應(yīng)根據(jù)水的RA值來(lái)確定。多特蒙德的水總硬度為7.36mmoL/L，雖然很高，但啤酒色度卻很低，成為當(dāng)?shù)氐奶禺a(chǎn)。這是因?yàn)樗蟹翘妓猁}硬度遠(yuǎn)高于碳酸鹽硬度，RA值較

16、低為1.02mmoL/L，仍然可以釀造淺色啤酒；慕尼黑的水總硬度雖只有2.64mmoL/L，但碳酸鹽硬度相對(duì)較高，RA值較高為1.89mmoL/L，所以啤酒色度也較深；著名的比爾森啤酒是世界上最典型的突出酒花香的淺色啤酒，其釀造水的RA值僅為0.16mmoL/L；維也納啤酒釀造水的RA值很高為3.94mmoL/L，適宜于釀造濃色啤酒。從表1.5可以看到水的RA值與非碳酸鹽/碳酸鹽的值有關(guān)，其值愈高，RA值愈低。理想的淺色啤酒的釀造用水非碳酸鹽/碳酸鹽應(yīng)為（2.53.0）/1。添加酸和石膏都可以提高非碳酸鹽/碳酸鹽值，即使鈣硬高達(dá)6.24mmoL/L，對(duì)口味亦無(wú)不良影響。三、其它要求釀造水中Ca

17、2+至少應(yīng)為4050ppm，相當(dāng)于1.071.25mmoL/L。這對(duì)于防止草酸鹽引起的啤酒噴涌是十分重要的，所以自古以來(lái)人們就反對(duì)用軟水或硬度很低的水釀造啤酒。采用離子交換法處理后的水，往往要用石膏或氯化鈣增硬至這一最低要求。另外要求釀造水中鈣、鎂離子的比例要適當(dāng)，即Ca2+/Mg2+31。鎂離子過(guò)高會(huì)使啤酒產(chǎn)生苦味，通常生產(chǎn)上控制釀造水的鎂硬0.89mmoL/L。當(dāng)鎂硬高時(shí)，應(yīng)先脫陽(yáng)離子，然后再用石膏或氯化鈣增加非碳酸鹽硬度，使鈣、鎂離子保持合理的比例。不同的啤酒品種對(duì)水中鹽的含量要求也不同。根據(jù)德國(guó)啤酒專家納爾蔡斯（Narziss）的觀點(diǎn)，醇厚型啤酒要求水中具有較高的含鹽量，而清爽啤酒則要

18、求水的含鹽量很低。進(jìn)行水處理時(shí)，應(yīng)根據(jù)自己的產(chǎn)品特點(diǎn)合理地選擇處理方法，避免盲目處理水，造成不必要的浪費(fèi)。第二節(jié) 水處理原理及技術(shù)水處理的方法很多，下面簡(jiǎn)要介紹以下常見(jiàn)的幾種水處理原理及技術(shù)。一、加酸法1基本原理用酸改善水質(zhì)是一種簡(jiǎn)單方便、行之有效的方法，生產(chǎn)中經(jīng)常采用。加酸雖然不能改變水的總硬，但可將碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘妓猁}硬度，達(dá)到降低RA值、改善水質(zhì)的目的。反應(yīng)原理如下：Ca(HCO3)2+2H+ Ca2+2H2O+2CO22加酸后的效果加酸后水質(zhì)變化情況見(jiàn)表1.7。表1.7原水加酸后的水 12 114H2SO4 HCLH2SO4 HCL總硬 （mmoL/L ）2.68 2.682.68

19、碳酸鹽硬度 （mmoL/L ）2.500.890.18非碳酸鹽硬度 （mmoL/L ）0.181.82.50鈣硬 （mmoL/L ）1.611.611.61鎂硬 （mmoL/L ）1.071.071.07RA值 （mmoL/L ）1.870.270.45SO42 （mg/L）11165 11234 11CL （mg/L）55 1195 109游離CO2 （mg/L）17.115.8221從上表可以看出，加酸對(duì)于降低RA值有顯著作用，但實(shí)際生產(chǎn)中不能單靠加酸大幅度降低RA值。如果水的總硬和碳酸鹽硬度都較高，應(yīng)先用其它水處理方法除硬或添加石膏改良水質(zhì)，然后加酸使RA值降低0.360.54mmoL/

20、L，效果最好。糖化中加酸對(duì)降低麥汁pH值的作用較大，而對(duì)降低啤酒pH值的作用極小，其原因是加酸提高了麥汁的緩沖能力，限制了發(fā)酵過(guò)程中啤酒pH值的下降。加酸后麥汁和啤酒的pH值及緩沖能力的變化見(jiàn)表1.8。表 1.8無(wú)酸加酸麥汁pH值5.565.32啤酒pH值4.464.44pH降低值1.100.88緩沖能力18.021.3在煮沸鍋中加酸和在糖化鍋中加酸的效果有很大的不同。在煮沸鍋中加酸可以顯著地降低麥汁的pH值，其作用比在糖化鍋中加酸提高一倍，而麥汁自身的緩沖能力不改變。也就是說(shuō)，要達(dá)到相同的麥汁pH值，煮沸鍋中的加酸量可以減少一半。因此在煮沸鍋中加酸已成為一種降低麥汁pH值的重要手段，以使麥汁

21、的pH值有較大幅度的降低，從而通過(guò)煮沸除去易形成渾濁的球蛋白，.醇溶蛋白，提高啤酒的穩(wěn)定性。另外，加酸還可以明顯改善啤酒風(fēng)味，使啤酒的風(fēng)味圓潤(rùn)、豐滿。當(dāng)然，在糖化鍋和糊化鍋中仍然要加一部分酸，以降低醪液pH值，有利于糖化酶充分發(fā)揮作用。3加酸的種類和數(shù)量麥汁pH值降低0.1，每100升麥芽的加酸量見(jiàn)表1.9。表1.9酸的種類在糖化時(shí)加酸在煮沸時(shí)加酸100%乳酸58克29克80%乳酸72克=60毫升36克=30毫升37%鹽酸63克=53毫升32克=27毫升98%硫酸32克=17毫升16克=9毫升注添加酸的質(zhì)量，應(yīng)達(dá)到食用級(jí)或化學(xué)純級(jí)別。 二、石膏或氯化鈣法1基本原理添加石膏或氯化鈣對(duì)于改善水質(zhì)降

22、低RA值具有顯著的作用，合理使用對(duì)啤酒質(zhì)量無(wú)影 響，而且成本遠(yuǎn)低于加酸法，是啤酒生產(chǎn)中應(yīng)用極為廣泛的水處理方法。加入石膏或氯化鈣后使堿性磷酸氫鹽重又變?yōu)樗嵝粤姿岫潲}，抵消了Ca(HCO3)2的降酸作用，達(dá)到了提高酸度、降低RA值的目的，反應(yīng)原理如下 4K2HPO4+3CaSO4 Ca3(PO4)2 +2KH2PO4+3K2SO4 4K2HPOP4+3CaCL2 Ca3(PO4)+2KH2PO4+6KCI 另外，添加石膏或氯化鈣后也可使部分碳酸鹽硬度轉(zhuǎn)變?yōu)榉翘妓猁}硬度，對(duì)提高酸度、降低RA值也有一定的作用。反應(yīng)如下MgCO3+CaSO4 MgSO4+CaCO3 MgCO3+CaCL2 MgCL

23、2+CaCO3 當(dāng)形成MgSO4量較多時(shí)，啤酒會(huì)呈苦味，而MgCL2則對(duì)口味無(wú)影響，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中經(jīng)常使用氯化鈣，能使啤酒口味柔和、醇厚，避免使用石膏生成MgSO4，對(duì)口味產(chǎn)生不利影響。2添加效果及添加量添加石膏或氯化鈣的效果，見(jiàn)表1.10。表1.10 蒸餾水及加CaSO4、CaCL2后麥汁和啤酒的離子含量蒸 餾 水+CaSO4+CaCL2+CaSO4+CaCL2硬度（mmoL/L）03.173.196.246.22RA（mmoL/L）00.890.911.81.8麥汁PH5.685.525.535.435.51CL（mg/L）119.4129.1420.4125.3695.4SiO2（m

24、g/L）36.727.131.529.851.8P2O5（mg/L）828.4731.0752.7706.0688.3SO42-（mg/L）38.7446.139.9792.142.0Ca2+（mg/L）23.257.562.3157.9149.9Mg2+（mg/L）81.0103.6102.6117.4120.0啤酒pH4.534.594.544.454.44CL（mg/L）109.5110.2393.3111.1676. 9SiO2（mg/L）30.121.520.825.022.9P2O5（mg/L）684.3608.6610.4547.2549.3Ca2（mg/L）21.057.561

25、.4145.2134.1Mg2+（mg/L）73.699.899.2118.4118.8石膏和氯化鈣的添加量可根據(jù)以下關(guān)系計(jì)算。即非碳酸鹽硬度每增加0.18mmoL/L，需添加：石膏（無(wú)結(jié)晶水）24克噸水，CaCL2（無(wú)結(jié)晶水）20克噸水。添加石膏或氯化鈣不僅可以改善水質(zhì)，同時(shí)還可促進(jìn)糖化過(guò)程中多種酶反應(yīng)，如Ca2+和CL可提高淀粉酶活力，另外它還是調(diào)整離子之間的合理比例、改善啤酒風(fēng)味的重要手段。用其它水處理方法（如離子交換法、電滲析法和反滲透法等）處理后的水也多用這種方法增硬改良水質(zhì)。3注意事項(xiàng)使用石膏和氯化鈣改良水質(zhì)時(shí)應(yīng)注意以下幾個(gè)問(wèn)題 （1）添加量不宜過(guò)大，尤其石膏添加過(guò)量會(huì)導(dǎo)致啤酒后味

26、苦澀，添加后水的非碳酸鹽硬度應(yīng)<6.06mmoL/L，同時(shí)注意SO42濃度<300mgL，CL濃度<200mg/L。（2）如前所述，分別用石膏或氯化鈣處理后的水口味有所不同，生產(chǎn)的啤酒口味也有差異，因此應(yīng)注意根據(jù)自己的水質(zhì)特性和產(chǎn)品特點(diǎn)合理地選擇或配合使用。（3）添加石膏和氯化鈣后麥汁和啤酒的緩沖能力有所下降，這是由于部分磷酸鹽與鈣離子反應(yīng)生成磷酸鈣沉淀，而造成可溶性磷酸鹽的損失，致使緩沖能力下降。緩沖能力的下降情況見(jiàn)表1.9 。 表1.9蒸餾水對(duì)照CaSO4蒸餾水對(duì)照CaCL2總硬度 （mmoL/L） 015 27015 27冷卻麥汁P2O5 （mg/L） 821710 6

27、49808701 635降低幅度 013% 21%0 13% 21%三、煮沸法 1基本原理Ca(HCO3)2CaCO3CO2H2O 將水煮沸可以使部分可溶性的碳酸氫鹽分解為不溶性的碳酸鹽和二氧化碳，以降低水的暫時(shí)硬度。反應(yīng)公式如下 Mg(HCO3)2 MgCO3+CO2+H2O 碳酸鈣和碳酸鎂在水中的溶解情況是不同的。碳酸鈣幾乎全部被析出，在冷水中也為不溶性；而碳酸鎂析出則比較困難，緩慢且不完全，當(dāng)水溫下降時(shí)，會(huì)重新溶解于水，因此，煮沸之后應(yīng)立即過(guò)濾，或添加氯化鈣、石膏等凝聚劑，才能將碳酸鎂除去。2實(shí)際操作將一糖化鍋次所需的糖化水或全部用水（包括洗糟水）置于煮沸鍋或一個(gè)敞口的加熱器中，只需加熱

28、至80（不必煮至沸騰），開(kāi)動(dòng)攪拌或泵送循環(huán)，通入壓縮空氣，排除游離的二氧化碳，便足以使碳酸鹽分解，在容器底部形成碳酸鈣等沉淀，然后將熱水泵入熱水貯罐或在原煮沸鍋中靜置。為了改善除硬效果，也可以分?jǐn)?shù)次加入石膏或氯化鈣。3注意事項(xiàng)因生產(chǎn)用水的性質(zhì)不同，煮沸法除鹽的效果相差懸殊，即使處理同一種水，煮沸條件不同，也會(huì)收到不同的效果。（1）單用煮沸法不能除去碳酸鈉和碳酸氫鈉。如果水中碳酸鈉和碳酸氫鈉含量較高，則必須考慮采用其它水處理方法。（2）煮沸除鹽效果與碳酸氫鹽分解所必需的溫度（75）有關(guān)，更重要的是必須加強(qiáng)攪拌或通入壓縮空氣，以及時(shí)排除水中游離的二氧化碳。這是因?yàn)?，隨著煮沸時(shí)間的延長(zhǎng)，碳酸鹽析出的

29、量不斷增多，而碳酸氫鈣分解成碳酸鈣和二氧化碳的反應(yīng)是可逆的，如果不把從碳酸氫鈣中釋出的游離二氧化碳排掉，便會(huì)發(fā)生如下的可逆反應(yīng)，而且這一反應(yīng)會(huì)阻止碳酸氫鹽的分解。 CaCO3+H2O+CO2 Ca(HCO3)2 （3）去除碳酸鎂時(shí)，最好添加氯化鈣而不加硫酸鈣。因?yàn)闀?huì)發(fā)生如下反應(yīng)，生成硫酸鎂，而硫酸鎂含量較高時(shí)，會(huì)對(duì)啤酒口味產(chǎn)生不良影響，氯化鎂則無(wú)明顯的副作用。 MgCO3+CaSO4 MgSO4+CaCO3 MgCO3+CaCL2 MgCL2+CaCO3四、石灰水法 1基本原理石灰水法可以有效地去除水中的暫時(shí)鈣硬度、鐵和錳離子及某些有機(jī)物，但只能去除60%左右的鎂硬度，而且不能改變非碳酸鹽硬度

30、。另外石灰水法還可以用作離子交換水處理的預(yù)處理，以降低離子交換的負(fù)荷，提高交換效率，降低水處理成本。但石灰水法受水質(zhì)波動(dòng)的影響較大，實(shí)際應(yīng)用中不易掌握。其基本原理如下 CO2+Ca(OH)2 CaCO3+H2O Ca(HCO3)2+Ca(OH)2 CaCO3+2H2O Mg(HCO3)2+Ca(OH)2 CaCO3+MgCO3+2H2O MgCO3+Ca(OH)2 CaCO3+Mg(OH)2 4Fe(HCO3)2+8Ca(OH)2+O2 4Fe(OH)3+8CaCO3+6H2O 2處理方法石灰水法分為一步法和兩步法兩種。反應(yīng)為一步法，反應(yīng)為兩步法。（1）一步法一步法是最簡(jiǎn)單的水處理方法，適用范

31、圍較小，只能去除鈣硬度，而且只有當(dāng)水中鎂硬度和非碳酸鹽硬度之差小于0.54mmoL/L時(shí)才能應(yīng)用。但是，對(duì)于單純暫時(shí)鈣硬度較高的水質(zhì)，用一步法可以收到滿意的效果。如果要進(jìn)一步降低碳酸鹽硬度，可以加入石膏或氯化鈣，但應(yīng)注意，添加石膏會(huì)產(chǎn)生帶有苦味的硫酸鎂。（2）兩步法兩步法是在一步法的基礎(chǔ)上繼續(xù)添加飽和石灰水從而除去鎂硬的方法，它可適用于鎂硬度和非碳酸鹽硬度之差在1.071.25mmoL/L范圍內(nèi)的水質(zhì)。3.石灰的添加量與控制（1）用滴定法測(cè)出原水中游離的二氧化碳、碳酸氫鈣、碳酸氫鎂以及鐵的含量，即可按下列公式計(jì)算石灰的添加量。 m=28V（cCa+cMg+cCO2+cFe）/公式中 m每小時(shí)石

32、灰的添加量（g/h） 281/2氧化鈣的摩爾質(zhì)量（g/moL） V每小時(shí)處理的水量（m3/h） 工業(yè)石灰的純度，一般工業(yè)石灰中僅含氧化鈣5080% cCa水中碳酸氫鈣硬度（mmoL/L） cMg水中碳酸氫鎂硬度（mmoL/L） cCO2水中二氧化碳含量（mmoL/L） cFe水中鐵的含量（mmoL/L）（2）用石灰水脫硬，可以通過(guò)酚酞（p值）和甲基橙（m值）為指示劑，以0.1moL/L的鹽酸進(jìn)行滴定來(lái)控制石灰水的添加量。p值應(yīng)盡可能為零或低于0.5m值，p值無(wú)論如何不能大于0.5m值，否則說(shuō)明石灰水使用過(guò)量。脫碳酸后水的p值和m值，見(jiàn)表1.10 。表1.10 脫碳酸后水中的p值和m值滴定結(jié)果O

33、HCO32HCO3p=000mP1/2m02pm2pP=0.5m02p0P0.5m2pm2（mp）0p=mm004處理效果石灰水處理的效果見(jiàn)表1.11。表1.11 一步法項(xiàng)目原水1處理后水1原水2處理后水2CaSO4 (15g/100L)總硬度 （mmoL/L）2.680.892.681.251.43碳酸鹽硬度 （mmoL/L）2.500.712.501.070.36非碳酸鹽硬度 （mmoL/L）0.180.180.180.181.07鈣硬 （mmoL/L）2.140.361.610.180.36鎂硬 （mmoL/L）0.540.541.071.071.07RA值 （mmoL/L）1.800.

34、541.870.870.11p值0.20.50.1m值5.01.45.02.20.7兩步法項(xiàng)目原水2處理后水2原水3處理后水3總硬度 （mmoL/L）2.680.713.571.61碳酸鹽硬度 （mmoL/L）2.500.542.500.54非碳酸鹽硬度 （mmoL/L）0.180.181.071.07鈣硬 （mmoL/L）1.610.181.960.36鎂硬 （mmoL/L）1.070.541.611.25RA值 （mmoL/L）1.870.411.710.25p值0.10.1m值5.01.15.01.1五、離子交換法 離子交換法是啤酒廠普通采用的水處理方法，處理成本低，適用范圍廣，可以滿足

35、啤酒廠對(duì)各種不同釀造用水的需要。離子交換劑的種類很多，但啤酒廠應(yīng)用的全部是合成樹(shù)脂（離子交換樹(shù)脂）。離子交換樹(shù)脂分為：陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂 強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂陰離子交換樹(shù)脂 強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂弱酸型陰離子交換樹(shù)脂1弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂主要用于去除碳酸鹽硬度，即除去碳酸鹽中的Ca2+、Mg2+離子。對(duì)單純暫時(shí)鈣硬度較高的水（如慕尼黑類型的水），使用效果最佳，處理后的水可以滿足比爾森啤酒生產(chǎn)的需要；如果水中非碳酸鹽硬度中的鎂硬不超過(guò)0.89mmoL/L時(shí)，也可以收到較好的效果。使用弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂，水中的非碳酸鹽硬度不改變，當(dāng)原水中非碳酸鹽硬度較低時(shí)，處

36、理后的水應(yīng)添加石膏或氯化鈣，使非碳酸鹽硬度增至最低要求（1.071.25mmoL/L）。使用弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂只能除去部分Na+，要想全部除去Na+，必須使用強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂。需要注意的是，使用弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂必須及時(shí)脫除在離子交換過(guò)程中形成的CO2氣體，常用的脫氣裝置是CO2脫氣塔，通過(guò)脫氣塔使出水的CO2含量保持在610mgL范圍內(nèi)。這部分CO2在中和時(shí)容易同石灰水反應(yīng)形成碳酸鹽硬度，每10mg游離的CO2可形成0.23mmoL/L的碳酸鹽硬度。弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換原理和作用效果見(jiàn)表1.12。表1.12Ca（HCO3）2 A = Ca2CO22H2O Mg（HCO3）2 A

37、 = Mg2CO22H2O A HH H H H A A = Ca2HCl A CaCl2 H H A = Mg2HCl MgCl2 H H A 交換： 再生： 效果 項(xiàng)目原水2處理后水2原水3處理后水3總硬度 （mmoL/L）2.680.363.61.25碳酸鹽硬度 （mmoL/L）2.500.182.500.18非碳酸鹽硬度（mmoL/L）0.180.181.071.07鈣硬 （mmoL/L）1.610.181.960.18鎂硬 （mmoL/L）1.070.181.611.07RA值 （mmoL/L）1.870.111.710p值00m值5.00.45.00.4由上表可見(jiàn)，原水2的非碳酸鹽

38、硬度非常低，脫鹽可相當(dāng)徹底；原水3處理后碳酸鹽硬度和RA值都較理想，但鎂硬/鈣硬 = 6/1太高，不合要求，因此，使用弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂時(shí)應(yīng)注意水中非碳酸鹽硬度中的鎂硬。2強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂用以去除水中各種鹽類的陽(yáng)離子如Ca2+、Mg2+和Na+等，并同時(shí)釋出來(lái)自HCO3的CO2和來(lái)自其它鹽類的無(wú)機(jī)酸。交換過(guò)程中形成的無(wú)機(jī)酸必須全部中和掉。中和的方法主要有兩種。第一是用飽和石灰水中和。用石灰水中和形成的非碳酸鹽硬度全部是鈣硬，既降低了RA值又消除了Mg2+對(duì)口味的不良影響，這是人們所期望的。第二是將原水與處理后的水混合。原水中的碳酸鹽與處理后水中的無(wú)機(jī)酸結(jié)合形成非碳酸鹽

39、和游離的Ca2。 Ca(HCO3)2+H2SO4 CaSO4+2H2O+2CO2 Mg(HCO3)2+2HCL MgCL2+2H2O+2CO2 用這種方法只能處理60的水，其余的水則用作中和水，這樣就必須注意水中的鎂硬不能過(guò)高，防止混合后的水中殘存較多的鎂硬而達(dá)不到工藝要求，實(shí)際生產(chǎn)中多用石灰水中和的方法。強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的交換原理和作用效果見(jiàn)表1.13。 表1.13交換：CaSO4 A = CaH2SO4 MgCL2 A = Mg2HCL A HH H H H A AHNaHCO3 ANaH2OCO2 AH+NaNO3 ANa+HNO3再生：ANaHCL AHNaCL HA = CaH2

40、SO4 A CaSO4 H效果項(xiàng) 目原水3處理后水3原水4處理后水4總硬度 （mmoL/L）3.571.257.134.81碳酸鹽硬度 （mmoL/L）2.500.182.500.18非碳酸硬度 （mmoL/L）1.071.074.644.64鈣硬 （mmoL/L）1.961.163.924.73鎂硬 （mmoL/L）1.610.093.210.09RA 值 （mmoL/L）1.710.160.931.18p值0.10.1m值5.00.45.00.4從上表可以看到，處理后水4的RA值等于1.18mmoL/L，這一較低的值對(duì)糖化是十分有利的，它可使醪液、麥汁和啤酒的pH值達(dá)到理想要求。強(qiáng)酸型陽(yáng)離

41、子交換樹(shù)脂具有節(jié)省再生化學(xué)劑的優(yōu)點(diǎn)。在前面可安裝一個(gè)弱酸型陽(yáng)離子交換器以減輕自身的交換負(fù)荷，強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂再生后的酸可用于弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂的再生。強(qiáng)酸型交換樹(shù)脂的使用范圍受非碳酸鹽硬度（特別是硝酸鹽含量）的限制。當(dāng)非碳酸鹽硬度>2.142.68mmoL/L或硝酸鹽含量較高時(shí)，應(yīng)考慮用弱堿型陰離子交換樹(shù)脂處理水。 3弱堿型陰離子交換樹(shù)脂弱堿型陰離子交換樹(shù)脂主要用于非碳酸鹽硬度高的水處理，可以去除或降低某些陰離子的含量（如NO3 SO42、CL），是去除硝酸鹽的主要方法。它也可以用來(lái)中和強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理后水中的無(wú)機(jī)酸。絕大多數(shù)情況下，弱堿型陰離子交換樹(shù)脂與強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)

42、脂聯(lián)合使用，這種組合可以將水中的離子全部脫掉，然后添加CaSO4或CaCL2增硬至規(guī)定的要求，這樣水中非碳酸鹽硬度全部是有利于生產(chǎn)的鈣硬度。 弱堿型陰離子交換樹(shù)脂的交換原理見(jiàn)表1.14。表 1.14交換（經(jīng)強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理后）： OH A H2SO4 ASO42H2O OHAOHHCL ACL H2OAOHHNO3 ANO3H2O再生: OHA=SO42NaOH A Na2SO4 OHACL+ NaOH AOH + NaCLANO3NaOH AOHNaNO34.強(qiáng)堿型陰離子交換樹(shù)脂強(qiáng)堿性陰離子交換樹(shù)脂主要用于去除硝酸鹽，它可以單獨(dú)使用（見(jiàn)表1.15），也可以同陽(yáng)離子交換樹(shù)脂配合使用（表

43、1.16），它可以用食鹽再生，也可用酸再生，具有使用方便、經(jīng)濟(jì)的優(yōu)點(diǎn)。但它的缺點(diǎn)是，所有的陰離子（如NO3、SO42等）都能同CL發(fā)生交換，形成的非碳酸鹽全部是氯化物，會(huì)對(duì)啤酒口味產(chǎn)生不良影響。由化學(xué)方程式可知，每10mg NO3可以交換出5.7mg CL，每10mg SO42可交換出7.4mg CL。而通常情況下，每升水中含有40mg NO3、120mg SO42及50mg CL，這樣CL的含量可以達(dá)到22.8+88.8+50=161.6mgL，這樣的水具有腐蝕性，實(shí)際上CL濃度達(dá)到100mgL時(shí)，就會(huì)腐蝕容器、管道、離子交換柱和麥汁冷卻器。因此，這種方法只適用于低鹽水，使用時(shí)應(yīng)采取防蝕措施

44、并加強(qiáng)檢測(cè)。交換： CLA CaSO4 ASO4CaCL2 CLACLNaNO3 ANO3NaCL再生： CLA = SO42NaCL A Na2SO4 CLANO3NaCL ACLNaNO3所有陰離子都是氯離子，注意腐蝕非碳酸鹽硬度不變交換（強(qiáng)酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理后）：ACLHNO3 ANO3HCL 無(wú)機(jī)酸用Ca（OH）2中和2HCLCa（OH）2 CaCL22H2OH2SO4Ca（OH）2 CaSO42H2O 非碳酸鹽硬度全部是鈣硬交換（弱酸型陽(yáng)離子交換樹(shù)脂處理后）：ACLNaNO3 ANO3NaCL實(shí)際上只交換NO3再生： ANO3HCL ACLHNO3 NO3A SO4 ASO42H

45、NO3 NO3 表1.15 表1.16 5. 用CO2再生離子交換樹(shù)脂在混合床內(nèi)通CO2可以再生陽(yáng)離子和陰離子交換樹(shù)脂，既可以用灌酒機(jī)、清酒罐和發(fā)酵罐排出的廢CO2，也可以直接用CO2回收系統(tǒng)中的純CO2（見(jiàn)表1.17）。 雖然大規(guī)模的生產(chǎn)試驗(yàn)已經(jīng)證實(shí)用CO2再生的樹(shù)脂交換能力較低，但如在離子交換前用石灰水進(jìn)行水的預(yù)處理，降低離子交換的負(fù)荷，用CO2再生后的樹(shù)脂處理水就可收到滿意的效果。用CO2再生必須加大離子交換柱的工作容量，雖會(huì)提高設(shè)備的投資，但可省去長(zhǎng)期使用的再生劑的費(fèi)用，從經(jīng)濟(jì)上是合算的，許多啤酒廠已經(jīng)采用了這一方法。表1.17碳酸的解離：H2CO3H+HCO3- 2H+CO32-陽(yáng)離

46、子交換樹(shù)脂的再生ACa+H+HCO3 AHHCaCO3ACa+2H+HCO3 AHHCa（HCO3）2陰離子交換樹(shù)脂的再生ASO4+2H+HCO3- AHCO3H CO3H2SO4六、反滲透法采用反滲透法也可將水中的鹽較徹底地除去。此外，采用反滲透法還可以除去水中的有機(jī)物、細(xì)菌、病毒等。1基本原理當(dāng)兩種濃度不同的溶液被一半透膜隔開(kāi)時(shí)，即存在一種使?jié)舛融呌谙嗟鹊内厔?shì)。所以，稀溶液中的溶劑通過(guò)半透膜滲透到濃溶液一側(cè)，使半透膜濃溶液一側(cè)的體積增大，并形成相應(yīng)的壓力。經(jīng)過(guò)一定時(shí)間（主要取決于溶液的濃度、組成和半透膜的種類）的平衡后，溶劑向溶液的滲透終止，濃溶液一側(cè)的壓力不再升高。這時(shí)的平衡壓力即為滲透

47、壓。反滲透同樣是以半透膜將兩相分開(kāi)，在濃溶液一側(cè)施加大于滲透壓的壓力，純水（滲透液）穿過(guò)半透膜反向滲透；壓力是這一過(guò)程的唯一動(dòng)力，通常為2.8MPa。 2反滲透膜的材料和性能反滲透膜多由醋酸纖維素或聚酰胺等合成材料制成?，F(xiàn)在，普遍采用結(jié)構(gòu)緊湊的空心纖維式聚酰胺組合薄膜（見(jiàn)圖1.1）。該薄膜在pH值為411的范圍內(nèi)，化學(xué)穩(wěn)定性較高，它不易受化學(xué)和生物因素的影響，可以長(zhǎng)時(shí)間使用，其反滲透能力的下降非常小。工作時(shí)，原水由中心分配器以輻射狀向外圍流動(dòng)，穿過(guò)空心纖維束和支撐網(wǎng)后，即可得到較低含鹽量的水。圖1.1 空心纖維式聚酰胺組合反滲透膜3反滲透水處理的工藝過(guò)程 首先，原水經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾，除去有可能與聚合電解質(zhì)形成化合物的膠體、懸浮物、天然的無(wú)機(jī)物、有機(jī)物、鐵、錳等物質(zhì)，避免反滲透膜的堵塞。所以，每隔幾周就要用水清洗一次反滲透膜，以