Apie vandenį

Vanduo, naudojamas alaus gamyboje, galutinį produktą įtakoja dviem būdais:

1. poveikiu mentalo pH;
2. tiesioginiu vandenyje ištirpusių mineralų jonų poveikiu.

Pradėkime nuo paprastesnio - jonų tiesioginio poveikio alui.

Jonai - tai vandenyje ištirpusių mineralų dalys.

Pagrindinis jonų poveikis alui yra toks:

• Kalcis (Ca++): Padeda „ištraukti“ alfa rūgštis iš apynių, stabilizuoja salinimo fermentus, didesni kiekiai padidina proteinų koaguliaciją, tuo padidindamas alaus skaidrumą, reikalingas mielėms. Idealus kiekis yra 50-100 mg/l (amerikoniški šaltiniai naudoja „ppm“, parts per million, kuris yra lygus mg/l skaičiui).
• Sulfatas (SO4–): pabrėžia apynių kartumą, kuris atrodo sausesnis ir švaresnis. Įprasto kartumą alui kiekis turi būti 50-150 mg/l, o labai karčiam alui - 150-350 mg/l. Sulfatas nedaro įtakos vandens šarmingumui.
• Magnis (Mg++): Naudingas mielėms nedideliais kiekiais, be didesni kiekiai suteikia nemaloniai rūgštų skonį. Rekomenuodajamas kiekis yra 10-20 mg/l
• Natris (Na+): 70-100 mg/l koncentracija suapvalina alų, akcentuoja salyklo skonį.
• Chloridas (Cl-): Suapvalina alų, rekomenduojami maži kiekiai, jeigu natrio jonų koncentracija yra pakankama bei esant sulfatams. Rekomenduojamas kiekis <100 mg/l, esant sulfatams <50 m/l.
• Bikarbonatas (HCO3–): paaštrina apynių kartumą, suteikia alui raudoną spalvą, stabdo baltymų koaguliaciją.

Vandens Ca ir Mg jonams reaguojant su salyklo fosfatais (daugiausia tai kalio fosfatai), išlaisvinami vandenilio jonai ir mentalo pH mažėja, t.y. tampa rūgštesnis už panaudoto vandens pH. Apie veiksnius, lemiančius mentalo pH dar kalbėsime vėliau. Dabar aptarkime koks turi būti mentalo pH.

Šaltiniai dažniausiai nurodo pH intervalą nuo 5,2 iki 5,7, kai intervalas tarp 5,3-5,5 yra laikomas optimaliu. Optimaliu kam?

Nesigilinant į detales galima pasakyti, kad nuo mentalo pH priklauso 2 svarbūs dalykai:

1. alaus spalva;
2. salinimo efektyvumas.

Kuo aukštesnis pH, tuo daugiau spalvos pigmentų iš salyklo patenka į misą, tuo pačiu ir į alų. Jeigu pH aukštesnis nei 5,6, pagaminti alų šviesesnį negu 8-10 EBC tampa problematiška.

Mentalo pH įtakoja salinimo efektyvumą, nes salinimo proceso fermentai yra aktyvūs tik tam tikrame pH intervale. Kiekvienam iš fermentų, veikiančių salinimo procese, optimalus pH yra skirtingas. Visgi sutariama, kad optimalus pH lygis atitinka nurodytąjį aukščiau (5,3-5,5). Reikia pasakyti, kad aukštesnės šio intervalo reikšmės turi būti salinant fermentiškai mažiau aktyvius salyklus, pvz. Miuncheno salyklą (alfa amilazė tampa aktyvesnė).

Taigi, matome, kad mentalo pH yra svarbus alaus gamybai. Bet kodėl pH dydis yra vienoks ar kitoks? Toliau panagrinėsime šį klausimą detaliau.

Mentalo pH priklauso nuo dviejų dalykų: salyklo ir vandens. Ir vėl pradėsime nuo paprastesnio - salyklo. Paprasta taisyklė - kuo salyklas tamsesnis, tuo mentalas rūgštesnis (pH žemesnis). Distiliuotu vandeniu paruošto 100% karamelinio salyklo mentalo ph yra 4,5-4,8, šokoladinio salyklo - 4,3-4,5, o juodo salyklo 4,0-4,2. Distiliuotu vandeniu paruošto bazinio salyklo ph yra ~5,8. Taigi, tamsūs salyklai parūgština mentalą.

Mentalo pH taip pat priklauso nuo vandens vandens šarmingumo arba šarminio buferio. Vandens šarmingumas ir vandens kietumas eina kartu, tačiau tai skirtingi dalykai. Nuo vandens kietumo mentalo pH nepriklauso, kai tuo tarpu vandens šarmingumas yra vienas iš lemiamų veiksnių. Bet kadangi trumpai užsimininėme apie vandens kietumą, verta pasakyti keletą žodžių ir apie jį.

Vandens kietumas yra Ca++ ir/arba Mg++ jonų kiekis. Paprastai nurodomas kaip mg/l arba kaip CaCO3 mg/l kiekis. Jeigu nurodomas tik bendras kietumas, reikia skaičiuoti, kad 4/5 jo sudaro Ca++ kietumas, o 1/5 - Mg++ kietumas. Tai nėra tikslus skaičiavimas, bet jis dažniausiai būna arti tiesos. Šis kietumas vadinamas nuolatiniu, nes jo negalima pašalinti virinant vandenį.

Laikinąjį kietumą galima pašalinti virinant vandenį. Vandens virimo metu susiformuoja netirpios kalcio ir magnio karbonatų druskos.

Vandens pastovus kietumas turi teigiamą poveikį alui. Apie mineralų jonų poveikį skaitykite aukščiau.

Negalima naudoti vandens filtrų, kurie minkštindami vandenį, pakeičia Ca++ ir Mg++ jonus Na+ jonais. Tokie filtrai Na+ koncentraciją gali pakelti iki per didelių kiekių, jeigu minkštinamas vanduo yra labai kietas. Rekomenduojama naudoti tik aktyvios anglies filtrus, kurie pašalina chloro darinius.

Bet grįškime prie mentalo pH ir vandens šarmingumo.

Vandens šarmingumas yra vandens gebėjimas neutralizuoti rūgštį. Kodėl šarmingumas vadinamas karbonatiniu? Teisingai - jį apsprendžia vandenyje esantys karbonatai, nes būtent jie ir neutralizuoja rūgštis. H2CO3 (angliarūgštė?, carbonic acid), bikarbonatas HCO3- ir karbonatas CO3– vandenyje yra nuolatinėje pusiausvyroje, o jų koncentracija vandenyje priklauso išimtinai nuo vandens pH.

Karbonatas CO3– susidaro tik esant pH aukštesniam nei 8,3, todėl jo nebūna naudojant įprastą geriamąjį vandenį. pH esant mažesniam negu 4,3 visas bikarbonatų šarminis buferis yra išnaudojamas, t.y. jo nebelieka. Todėl matavimuose vandens šarmingumas yra apibrėžiamas kaip rūgšties kiekis, reikalingas vandens pradinį pH sumažinti iki 4,3 lygio. Titravimo būdu nustatomas reikalingas rūgšties kiekis, kuris vėliau perskaičiuojamas karbonatinį šarmingumą arba kitokį rodiklį. Reikia pažymėti, kad šie rodikliai gali būti perskaičiuoti į kitus, nes jie rodo tą patį, tik skirtingais vienetais.

Pasikartokime, ką jau žinome apie cheminius procesus, vykstančius salinimo metu. Taigi:

1. Ca++ ir Mg++ jonai reaguoja su salyklo sulfatiniais junginiais, šios reakcijos metu
2. išsiskiria vandenilio jonai H+, kurie
3. jungiasi su bikarbonato HCO3- jonais, tuo mažindami vandens šarminį buferį ir mentalo pH.

Bet juk Ca++ ir Mg++ jonai taip turėtų jungtis su bikarbonatu ir mažinti šarminį buferį, pasakysite jūs. Taip ir yra. Todėl reikšmę turi ne absoliutus vandens šarmingumas, o tik likutinis, t.y. toks, kuris lieka Ca++ ir Mg++ jonams neutralizavus bikarbonato HCO3- jonus.

Likutiniam šarmingumui paskaičiuoti naudojama Kolbach'o formulė:

RA: Likutinis šarmingumas, pateiktas tam tikru matavimo vienetu (mEq/l, ppm as CaCO3, dH)

A: Bendras šarmingumas, pateiktas tuo pačiu matavimo vienetu

CH: Kalcinis vandens kietumas (calcium hardness), kur Ca++ jonų koncentracija pateikiama tuo pačiu matavimo vienetu

MH: Magnio vandens kietumas (magnesium hardness), kur Mg++ jonų koncentracija pateikiama tuo pačiu matavimo vienetu

Jeigu žinomas tik bendra kietumas GH (general hardness), likutinį šarmingumą galima paskaičiuoti pagal šią formulę:

Likutinis vandens šarmingumas yra svarbi vandens savybė, kurią žinodamas, aludaris gali numatyti mentalo pH. Kokiu būdu? Paskaičiuoti, žinoma.

Mentalo pH paskaičiavimas Yra keletas būdų ir formulių, bet man paprasčiausias atrodo mentalo pH paskaičiavimas pagal šią formulę:

pH = 5.8 + 0.00168 x RA

5,8 - mentalo pH naudojant distiliuotą vandenį

Likutinis šarmingumas (RA) išreikštas kaip CaCO3 mg/l (CaCO3 paskaičiavimas iš karbonatinio šarmingumo: CaCO3=HCO3- x 50/61)

Ši formulė tinka jeigu visą salyklą sudaro bazinis salyklas. Kaip buvo minėta, tamsesni salyklai yra rūgštesni už bazinį, todėl naudojant tamsesnį salyklą, mentalo pH gaunamas mažesnis, negu paskaičiuojamas pagal pateiktą formulę. Internete galima rasti formulių, kurias naudodami galime paskaičiuoti būsimą mentalo pH, kai naudojami ne tik baziniai, bet ir kiti salyklai.

Dabar mes jau žinome kaip vandens mineralų jonai ir mentalo pH veikia galutinį produktą, t.y. alų. Suprantame, kodėl ir kaip mentalo pH priklauso nuo vandens. Pakalbėkime apie konkretų vandenį – Vilniaus vandenį.

Vilniaus vandentiekio vandens tiekimą užtikrina įmonė Vilniaus vandenys. Informacija apie vandens kokybę galima surasti įmonės svetainėje (http://www.vv.lt/lt/vandens_kokybe/zemelapis.php). Deja, Vilniaus vandenys svetainėje pateikia informaciją, kuri yra reikalaujama įstatymais ir orientuota į tinkamumą vartoti kaip geriamąjį vandenį. Informacijos, reikalingos namų aludariams, svetainėje nėra. Bet Vilniaus vandenų Geriamojo vandens laboratorijos vedėja Gražina Jurgelevičiūtė pateikė šiuos labai apytikslius duomenis apie Antavilių vandenvietę, kurios vanduo tiekiamas šiaurinei Vilniaus miesto daliai:

• bendras kietumas gali būti 4,8-5,0 mg-ekv/l;
• karbonatinis kietumas (tai tas pats šarmingumas) – apie 3,9 mg-ekv/l (o tai yra 238 mg/l)
• kalcio – 70 mg/l;
• magnio – 20 mg/l.
• Kiti jonai (iš vv.lt):
• Sulfatas: 30,1 mg/l
• Chloridas: 19,5 mg/l
• Natris: 19,2 mg/l
• Vandens pH - 7,6

Paskaičiuojame likutinį šarmingumą:

RA = 238 - 0.714 x 70 - 0.585 x 20 = 176,32

Paskaičiuojame mentalo pH:

pH = 5.8 + 0.00168 x 176,32 = 6,096

Problema akivaizdi. Vandenį iš vandentiekio Pašilaičiuose alui reikia specialiai paruošti. O gal tiktų vanduo iš šaltinių?

Vilniuje yra daugybė vandens šaltinių. Deja, 2007-2009 metais atliktas Vilniaus šaltinių vandens monitoringas parodė, kad Vilniaus mieste gruntinis vanduo yra užterštas mikrobiologiškai bei chemiškai ir ne tik netinkamas, bet ir pavojingas gerti. Švarus vanduo yra tik už miesto ribų.

Giliau esantis tarpsluoksninis vanduo yra gerokai švaresnis nei gruntinis. Bet ir jame linkęs kauptis amonis - nitratinės taršos likutis.

(http://aplinka.vilnius.lt/geriamas_vanduo/ataskaitos/VH_atask.pdf).

Ar iš gilesnių gręžinių išgautas vanduo, gali būti tinkamas alaus gamybai? Deja, kaip taisyklė iš gilesnių gręžinių išgautas vanduo yra kietas ir jo šarmingumas yra didelis. Pavyzdžiui „Žalia giria“.

Kaip matyti iš šių skaičių, „Žalios girios“ vandens parametrai yra labai panašūs į Vilniaus Antavilių vandenvietės vandens cheminę sudėtį. Ir tai nenuostabu, nes visas Vilniui tiekiamas vanduo yra išgaunamas iš giluminių gręžinių, kurių gylis yra 40-180 metrų.

Taigi, turime problemą - aukštą vandens šarmingumą, dėl kurio mūsų mentalo pH bus toli nuo rekomenduojamo interevalo 5,3-5,5. Paskaičiavome, kad jeigu naudosime tik bazinį salyklą, mentalo pH bus maždaug 6,1. O tai mums nepriimtina. Bet juk Vilnius turbūt ne vienintelis miestas, kur vanduo kietas bei šarmingas. O koks vanduo kituose pasaulio miestuose ir kokį alų jie ten verda?

(versta iš howtobrew.com http://www.howtobrew.com/section3/chapter15-2.html. Manau, kad tai istoriniai duomenys. Internete galima būtų paieškoti informacijos apie dabartinį šių miestų vandenį.)

Pilzenas - Labai minkštas ir mažai šarmingas vanduo leidžia pasiekti reikiamą mentalo pH naudojant tik bazinį salyklą ir išgaunant švelnų turtingą šviežios duonos skonį. Sulfatų nebuvimas sušvelnina apynių kartumą, kuris nenustelbia salyklo. Pabrėžiamas tauriųjų apynių aromatas.

Dortmundas - Kitas miestas, žymus savo šviesiu lageriu. Dortmundo lageris turi mažiau apynių charakterio negu Pilsneris, o salyklo charakteris labiau išreikštas dėl aukšto visų mineralų kiekio. Mineralų balansas panašus į Vienos, bet alus šviesesnis, sausesnis ir storesnis, tvirtesnis.

Viena - Vanduo panašus į Dortmundo, bet trūksta kalcio, kad subalansuotų karbonatus bei trūksta natrio ir chloridų skoniui pagerinti. Bandymai imituoti Dortmundo lagerį žlugdavo, kol nebuvo padidintas skrudintų salyklų kiekis. Taip gimė įžymusis raudonai-gintarinis Vienos lageris.

Miunchenas - Nors mineralų skaičiu nėra didelis, karbonatinis šarmingumas aukštas. Švelnus dunkelių, bockų ir oktoberfestų skonis rodo sėkmingą karbonatinio šarmingumą balansavimą tamsiais salyklais. Santykinai žemas sulfatų kiekis suteikia apynių kartumui švelnumo, kas leidžia dominuoti salyklo skoniui.

Londonas - Aukštas karbonatų kiekis diktuoja poreikį naudoti daugiau tamsių salyklų mentalo balansavimui. Dideli chloridų ir natrio kiekiai sušvelnina skonį. Rezultatas - plačiai žinomi tamsaus rubino spalvos porteriai ir vario spalvos eliai.

Edinburgas - Vanduo panašus į Londono su truputį didesniais bikarbonatų ir sulfatų kiekiais, kas leidžia atskleisti daugiau salyklų kūno tuo pačiu naudojant mažiau apynių skonio subalansavimui.

Burtonas ant Trento - Lyginant su Londonu kalcio ir sulfato kiekiai yra dideli, bet kietumas ir šarmingumas bevek atitinka Pilzeno lygį. Aukštas sulfatų lygis bei žemas natrio lygis sukuria išsiskiriantį, švarų apynių kartumą. Lyginant su Londono eliais, Burtono eliai yra šviesesni, bet labiau apyniuoti. Tačiau kartumą subalansuoja aukštesni alkoholio kiekiai ir šio alaus kūnas.

Dublinas - Įžymus savo stautais Dublino vanduo turi daugiausia bikarbonatų visame britų salyne. Airių aludariai tai subalansuoja virdami tamsiausią alų pasaulyje. Nedideli natrio, chloridų ir sulfatų kiekiai sukuria neįkyrų apynių kartumą, kuris subalansuoja salyklą.

Kaip matome, istoriniai aludarystės centrai prisitaikė prie vietinio vandens, sukurdami unikalų alaus stilių. Trumpai paminėkime galimus mentalo pH pakeitimo būdus:

• keisti salyklų sudėtį
• paruošti arba sukurti vandenį
• papildyti mentalą rūgštimis arba druskomis

Mentalo pH galima sumažinti naudojant tamsius salyklus arba rūgštų salyklą (sauermalz). Apie 3% sauermalz svorio sudaro pieno rūgštis. Sauermalz negali sudaryti daugiau nei 4% visų salyklų, nes pradės jaustis rūgštus skonis.

Prieš nusprendžiant kaip bus ruošiamas vanduo, vis tik reikėtų žinoti tikslią alaus virimui naudojamo vandens sudėtį. Mano pateikti skaičiai yra tik iš vienos Vilniaus vandenvietės, jie yra labai apytiksliai ir be to jie keičiasi. Vandens tyrimus atlieka specializuotos laboratorijos. Plačiausią tinklą turi Nacionalinė visuomenės sveikatos priežiūros laboratorija (http://www.nvspl.lt/index.php?4276952456). Vandens cheminės sudėties ištyrimas kainuoja 57 litus.

Vandens paruošimo tikslas - sumažinti arba padidinti mineralų kiekius vandenyje bei sumažinti arba padidinti vandens šarmingumą.

Šarmingumą galima mažinti šiais būdais:

• praskiesti vandenį distiliuotu vandeniu
• pridėti kalcio
• pridėti rūgščių, kurios neutralizuotų dalį ar visus bikarbonatus
• šarmingumą mažinti verdant vandenį arba pridedant kalcio hidroksido (kalkės)

Idėja paprasta - mineralų jonų kiekiai sumažinami skiedžiant distiliuotu arba atbulinės osmozės metodu gautu vandeniu, o trūkstami mineralai papildomi pridedant druskų arba rūgščių. Tai patikimas ir geras būdas paruošti savo vandenį. Reikalingus druskų kiekius galite pasiskaičiuoti naudodami Beersmith arba kitas programas. Internete taip pat galima rasti ir MS Excel sukurtų skaičiuoklių. Viena jų čia:

http://braukaiser.com/documents/Kaiser_water_calculator.xls

Deja, šis būdas mažai tinkamas vandeniui, kurio šarminį buferį sudaro bikarbonatai.

Nors šiam tikslui teoriškai tinka daugelis rūgščių, praktiškai naudojamos tik kelios iš jų: pieno rūgštis, druskos rūgštis (HCl), sieros rūgštis ir fosforo rūgštis. Kaip jau buvo minėta, sauermalz sudėtyje yra 3% pieno rūgšties.

Dėmesio! Dirbant su rūgštimis būtina laikytis visų saugos taisyklių. Jeigu jų nežinote, geriau rūgščių nenaudokite.

Verdant vandenį iš jo išsiskiria CO2, nes aukštesnėje temperatūroje jo tirpumas vandenyje sumažėja. Dėl to didėja vandens pH ir karbonatų pusiausvyroje pradeda vyrauti karbonatai. Jie jungiasi su vandenyj esančiu kalciu ir susidaro mažai vandenyje tirpus kalcio karbonatas (CaCO3;kreida), kuris iškrenta nuosėdų pavidalu. Vandeniui auštant CO2 esantis ore tirpsta vandenyje ir prasideda atbulinis procesas. Todėl būtina atskirti verdantį vandenį nuo iškritusių nuosėdų kaip galmia greičiau. Tačiau vandens virimas yra energijai imlus procesas, todėl praktikoje dažniau naudojamas vandens paruošimas kalcio hidroksidu (Ca(OH)2;kalkėmis).

Vandens paruošimas kalkėmis remiasi tuo pačiau principu, kad didėjant vandens pH karbonatų pusiausvyra pasislenka į karbonato pusę, kuris jungiasi kalciu ir iškrenta į nuosėdas.

Nėra didelio skirtumo tarp vandens papildymo ir mentalo papildymo druskomis ir rūgštimis. Praktikoje kartais koreguojamas mentalo pH, jeigu išmatavus nustatomas per didelis ar per mažas šis mentalo rodiklis.

Kadangi verdant iš salyklo ekstraktų salinimas jau yra įvykęs, galima visiškai nesijaudinti dėl vandens šarmingumo lygio. Salyklo ekstrakte yra ir visos mineralinės medžiagos iš vandens, kuris buvo naudojamas ekstrakto gamybos procese salinimo metu. Todėl teoriškai galima virimui naudoti net ir distiliuotą vandenį. Bet kol nežinome tikslios ekstrakte esančių mineralų sudėties, geriau šito eksperimento atsisakyti ir naudoti paprastą vandentiekio ar kitokį geriamą vandenį.

Nuorodos

• http://braukaiser.com/wiki/index.php/Main_Page
• http://www.antiochsudsuckers.com/tom/brewingwater.htm
• http://www.howtobrew.com

Gytis Gurklys

2011-04-01