Технология приготовления сусла 1 страница

Общие вопросы

Приготовление пива из солода или смеси солода и других видов сырья с использованием воды, хмеля и дрожжей проходит в две стадии: 1) получение в процессе затирания солода осахаренного раствора - сусла и 2) сбраживание сусла дрожжами.

Собственно процесс пивоварения включает несколько технологических операций:

· измельчение солода и других вспомогательных материалов;

· приготовление раствора экстракта в ходе затирания;

· отделение полученного экстракта от осадка и взвешенных частиц в процессе фильтрования;

· кипячение отфильтрованного сусла с хмелем;

· охлаждение кипяченого сусла.

Процесс брожения также делится на несколько стадий: 1) главное брожение в открытых или закрытых емкостях в бродильном отделении; 2) дображивание и созревание пива в закрытых емкостях в лагерном отделении и 3) фильтрование и розлив готового пива в бутылки, банки или иные емкости.

Пивоваренное сырье

Солод

Различают различные типы ячменного солода (светлый, темный, «венского» типа). Для пива верхового брожения допускается применение солода, полученного из других злаковых культур, а для подчеркивания определенных свойств того или иного сорта пива применяют и специальные типы солода.

Несоложеные материалы

Для сокращения потерь при солодоращении, экономии крахмалсодержащего сырья и производственных затрат в пивоварении в определенных пропорциях используют и иное крахмалсодержащее сырье - рис, кукурузу, несоложённый ячмень, иногда пшеницу. Кроме того, допускается внесение различных сахаров. Несоложеные материалы необходимо перевести в растворимую форму с помощью ферментов солода. С учетом необходимого хода брожения, условий питания дрожжей и требуемого вкуса пива доля несоложеных материалов не должна превышать определенной величины. В последние годы были получены данные, что добавление к несоложеному ячменю ферментных препаратов способствует существенному сокращению потребности в солоде. Тем не менее в Германии применение несоложеных материалов запрещено (с некоторыми исключениями для пива, поставляемого на экспорт).

2.1.2.1. Доля несоложеного ячменя для нормального фильтрования в фильтр-чане должна составлять около 10 %. Цитолитические ферменты солода в ходе затирания должны способствовать снижению вязкости, обусловленной гумми-веществами ячменя. В пиве, приготовленном с использованием несоложеного ячменя, содержится меньше азота; оно характеризуется пониженной конечной степенью сбраживания, лучшими пенообразующими свойствами, но хуже фильтруется, а стабильность вкуса несколько хуже по сравнению с солодовым пивом. Для устранения этих недостатков, а также в целях повышения возможной доли несоложеного сырья во многих странах вносят ферментные добавки, содержащие амилазы, пептидазы и ß-глюканазы.

2.1.2.2. Рис применяется в пивоварении в виде риса-сечки или рисовой крупки, которые должны иметь чисто белый цвет. Влажность составляет 12-13 %, выход экстракта (определен в лабораторных условиях с добавлением 50 % солода) в пересчете на воздушно-сухое вещество - 82 % и 93-95 %. Содержание жиров, локализированных в основном в зародыше, составляет 0,5-0,7 %, белка - 8-9 %, клетчатки - 0,5-1 %, а минеральных веществ (в основном фосфатов, калия и магния) - около 1 %. Таким образом, рис дает более высокий выход по сравнению с солодом. Рисовый крахмал, составляющий 80-90 % в пересчете на CB, состоит из одиночных или соединенных между собой небольших гранул в форме многогранника. Крахмал клейстеризуется зачастую при температурах выше температуры осахаривания. Дополнительное использование риса позволяет получить светлое пиво с несколько более «сухим» вкусом.

2.1.2.3. Кукурузу возделывают во многих странах. В кукурузном зерне содержится 0,5-5,0 % жира (главным образом в зародыше). Для пивоварения кукуруза поступает с удаленным зародышем и применяется в пивоварении в виде кукурузной крупы из цельносмолотого зерна, кукурузной крупки, хлопьев, а с недавнего времени - и в форме чистого кукурузного крахмала. Влажность кукурузы не должна превышать 12-13 %, в противном случае это отрицательно сказывается на стабильности сырья при хранении. Кукурузное масло отрицательно влияет на свойства пива только в случае его прогоркания при хранении, однако содержание жиров в кукурузной крупке хорошего качества составляет менее 1 %. Экстрактивность кукурузной крупки составляет 78-80 % от BCB или 87-91 % на СВ. Содержание белков - 8,5-9,0 %, сырой клетчатки - 1,5 %, а минеральных веществ - 1,0-1 %. В кукурузном крахмале практически не содержится азота и жиров, а выход составляет, в том числе у очищенной крупки вследствие более позднего гидролиза крахмала до мальтозы, около 102 %. Кукурузный крахмал состоит из многогранных округлых гранул диаметром 8-25 мкм и клейстеризуется легче, чем рисовый.

При добавлении кукурузы к засыпи получается приятное на вкус, сладковатое пиво. Количество несоложеного сырья, используемого для затирания, различается по странам, причем иногда оно регламентируется нормативными актами. Если в Европе допускается вносить до 30 % кукурузного сырья, то в США - до 50 %, причем это потребовало изменения состава солода (внесения богатых белком и ферментами видов многорядного ячменя).

2.1.2.4. Сироп получают преимущественно из кукурузного крахмала кислотным или ферментативным гидролизом (или их сочетанием). Экстрактивность всех кукурузных сиропов составляет около 80 %; сбраживаемость сиропов, полученных кислотным гидролизом, достигает примерно 40 %, а при комбинированной кислотно-ферментативной обработке (в зависимости от условий) - 55-78 %. У первой группы сиропов содержание глюкозы составляет около 40 %. Сиропы, используемые для варки сусла в качестве добавки, характеризуются нормальным йодным окрашиванием и pH 4,8. Соли, образующиеся при нейтрализации, удаляют с помощью ионообменника, а красящие и вкусовые вещества - путем фильтрования через активированный уголь. Прозрачные сиропы хорошо хранятся, и при низком содержании азота изменения их цвета можно избежать. При внесении сиропов в сусловарочный котел они позволяют осуществлять затирание и фильтрацию затора с использованием 100 % солода и тем самым упрощают ведение технологического процесса. Экстракт охмеленного сусла можно без потерь увеличить до 15-18 %, то есть получать высокоплотное сусло (см. главу 9).

2.1.2.5. Сахар добавляют при получении светлого лагерного пива в сусловарочный котел незадолго до перекачки охмеленного сусла в целях повышения содержания сбраживаемых сахаров и снижения содержания азота. У солодового и диетического пива сахар добавляют после фильтрования для придания желаемого характера этим сортам пива и доведения до требуемого уровня массовой доли сухих веществ в начальном сусле.

Сахар вносят или в виде сахарозы в твердой или жидкой форме, или как инвертный сахар, или в виде глюкозы. При получении диетического пива сахар можно вносить также в форме сахарного колера, который получают путем нагревания глюкозы или сахара-сырца с последующим разведением. Экстрактивность сахарных растворов в зависимости от концентрации варьирует от 65 до 85 %.

Вода

2.1.3.1. Состав воды. Обычная вода, применяемая в производстве, содержит некоторое количество солей, что объясняется естественным круговоротом воды в природе. Вид и количество солей зависят в основном от геологических и химических свойств грунтов, через которые фильтруется вода, но в воду могут попадать и иные вещества и микроорганизмы. Проходя через коренные горные породы с небольшим количеством водорастворимых солей, вода поглощает незначительное количество солей, зато обогащается свободным CO₂, который может действовать агрессивно. В осадочных (известняковых, доломитовых) породах вода, напротив, обогащается значительным количеством солей, особенно под влиянием диоксида углерода из поверхностных слоев грунта. Соли, присутствующие в воде, частично взаимодействуют с веществами солода и сусла, влияя при этом на ферментативные процессы. Эти реакции зависят от вида и концентрации солей, от состава солода и от условий процесса пивоварения.

Содержащиеся в производственной воде соли относительно сильно разбавлены, вследствие чего они всегда глубоко диссоциированы, в связи с чем целесообразно учитывать влияние катионов и анионов на процесс приготовления пива. К основным ионам, присутствующим в природной воде, относятся катионы H⁺, Na⁺, K⁺, NH₄⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺, Fe²⁺и Fe³⁺, Al³⁺, а также анионы (ОН^-), Cl^-, HCO₃^-, CO₃^2-, NO₃^-, NO₂^-, SO₄^2-, PO₄^3-, SiO₃^2-. Катионы и анионы находятся в равновесии.

Чаще всего в воде присутствуют ионы кальция, гидрокарбонатионы и ионы магния (их состав непостоянен); ионы калия встречаются редко. Содержание ионов кремниевой кислоты редко бывает более 15-30 мг/л, за исключением вулканических районов, где, однако, присутствует и сода. Содержание ионов железа в количестве более 1 мг/л не допускается. Нитратионы присутствуют в любой воде, и их содержание более 30 мг/л нежелательно, так как дрожжи редуцируют нитраты до летальных для дрожжей нитритов. В бедной солями воде даже низкое содержание нитрата может являться отрицательным фактором. Наличие ионов железа, а также аммония и фосфатов свидетельствуют о фекальном загрязнении воды. Кроме указанных ионов в технологической воде содержится определенное количество органических веществ, которые, хотя и являются технологически безопасными, могут отрицательно сказываться на вкусовых характеристиках воды.

Наряду с бикарбонатными ионами в воде зачастую содержится и недиссоциированный диоксид углерода. Для длительного удержания бикарбонатов в растворе требуется определенное количество свободного диоксида углерода; кроме того, если в воде присутствует CO₂, она является агрессивной, то есть обладает коррозионными свойствами.

2.1.3.2. Жесткость воды является количественным отражением состава химически активных солей воды. Немецкий градус жесткости (°dH) соответствует 10 мг СаСО₃/л. Общая жесткость включает все соли кальция и магния угольной, серной и других кислот и может колебаться от 1 до 30 °dH и даже выше. Вода с жесткостью 8-12 °dH является водой средней жесткости, менее 8 °dН - мягкой, а более 12 °dН - жесткой, однако показатель общей жесткости недостаточен для технологической классификации воды. Следует различать карбонатную жесткость, которая обусловливается присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, и некарбонатную жесткость, которая зависит от присутствия в воде солей кальция и магния серной, азотной и соляной кислот. По показателям общей жесткости, карбонатной и некарбонатной жесткости различают различные типы пивоваренной воды: если преобладает карбонатная жесткость, то говорят о «карбонатной» воде, при преобладании солей серной кислоты - о «сульфатной» воде и т. д. Основные типы пива можно соответственно соотнести с пивоваренной водой совершенно конкретного состава.

Так, например, жесткость мюнхенской воды для пивоварения почти исключительно обусловлена наличием карбонатов, дортмундская вода характеризуется преобладанием некарбонатной жесткости, вызванной наличием сульфатных ионов при достаточном содержании карбонатов. Пльзеньская пивоваренная вода, напротив, крайне бедна солями и является мягкой (см. табл. 2.1).

Таблица 2.1. Жесткость некоторых типов воды

Показатель	Мюнхенская вода	Дортмундская вода	Пльзеньская вода
Общая жесткость, °dH	14,8	41,3	1,6
Карбонатная жесткость, °dH	14,2	16,8	1,3
Некарбонатная жесткость, °dH	0,6	24,5	0,3
Кальциевая жесткость, °dH	10,6	36,7	1,0
Магниевая жесткость, °dH	4,2	4,6	0,6
Остаточная щелочность, °dH	10,6	5,7	0,9
Сухой остаток, мг/л

Воду, встречающуюся в природе, подразделяют на подземную (родниковую), грунтовую и поверхностную (из водохранилищ, рек и озер).

2.1.3.3. Действие ионов воды. Ионный состав производственной воды влияет на все процессы приготовления сусла и пива. В пивоварении следует различать следующие реакции:

· взаимодействие ионов воды с растворимыми веществами солода;

· воздействие ионов воды на ферменты;

· влияние ионов воды на важные для технологии составные части хмеля.

В первую очередь речь идет о влиянии ионов воды на компоненты солода и хмеля, на значение pH затора и сусла, а также на вкус пива. Наряду с химически нейтральными ионами необходимо различать ионы, повышающие и понижающие значение pH. Ионы, повышающие значение pH, - это исключительно гидрокарбонатные ионы, взаимодействующие с Н⁺-ионами, например, при нагревании или химических реакциях с высвобождением CO₂:

HCO₃- + H⁺ → H₂O + CO₂.

Ионами, повышающими значение pH, являются Ca²⁺ и Mg²⁺, причем эффективность последнего вдвое меньше, чем Ca²⁺:

3 Ca²⁺ + 2 HPO₄^2- < = > Ca₃(PO₄)₂ + 2 H⁺.

При реакции гидрокарбоната кальция с однозамещенным кислым фосфатом калия (KH₂PO₄) образуется растворимый двухзамещенный фосфат калия, снижающий значение ρ H затора:

2 KH₂PO₄ + Ca(HCO₃)₂ <=>СаНРО₄ + + K₂HPO₄ + 2 H₂O + 2 CO₂.

Образующийся при этом фосфат кальция нерастворим и выпадает в осадок вместе с трехзамещенным фосфатом кальция, образующимся при большом содержании гидрокарбоната кальция.

Взаимодействие гидрокарбоната магния с фосфатами протекает аналогично за тем исключением, что двухзамещенный фосфат магния, имеющий щелочные свойства, остается в растворе и снижает значение pH затора.

Гидрокарбонат натрия еще в большей степени нейтрализует кислотность, поскольку при его взаимодействии с фосфатами сусла образуются только растворимые продукты реакции, которые остаются в сусле.

Щелочность воды обусловлена в основном концентрацией содержащихся в ней гидрокарбопатных ионов и при условии отсутствия щелочных карбонатов (например, соды) общая щелочность является мерой карбонатной жесткости воды. Действие гидрокарбонатных ионов компенсируется ионами Ca²⁺. Чтобы получить представление об этом с учетом действия ионов, уменьшающих или увеличивающих кислотность, рассчитывается остаточная щелочность по Кольбаху. Компенсированная кальцием и магнием щелочность рассчитывается по «показателю кальция», равному кальциевой жесткости + ¹/₂ магниевой жесткости, который делится затем на 3,5 (для нейтрализации щелочности эквивалента гидрокарбоната требуется примерно 3,5 эквивалента кальция). Таким образом, остаточная щелочность равна общей щелочности минус компенсированная щелочность, или

Остаточная щелочность = Общая щелочность – показатель кальция / 3,5

Вода с остаточной щелочностью, равной 0, имеет такую же кислотность и, следовательно, такое значение pH затора и сусла, что и дистиллированная вода. Подготовка воды с остаточной щелочностью ниже 5 °dН для приготовления светлого пива уже нерентабельна, однако для получения пива Pilsener с выраженным хмелевым вкусом и ароматом требуется еще более низкая остаточная щелочность. Помимо фосфатов с гидрокарбонатными, кальциевыми и магниевыми ионами взаимодействуют органические кислоты и их калийные соли, присутствующие в небольших количествах в сусле. В ходе их реакции с фосфатами фосфат кальция выпадает в осадок, а фосфат магния остается в растворе. Выпадение фосфатов в осадок и снижение содержания в сусле буферных веществ вызывается как гидрокарбонатными, так и щелочноземельными ионами.

Последствия уменьшения кислотности в результате слишком высокой остаточной щелочности могут быть очень важными. Так, например, ферменты при повышенном значении pH действуют хуже, что при расщеплении крахмала проявляется в неблагоприятном влиянии на конечную степень сбраживания, а при расщеплении белка - в ограничении действия эндо- и определенных экзопептидаз, тем самым влияя на снижение растворимости белка. Активность фосфатаз снижается, что при выпадении фосфатов в осадок проявляется в существенном снижении буферности. В этих условиях ослабевает и действие глюканаз, что в свою очередь приводит к замедлению фильтрования. Подавление ферментативной активности может привести к снижению выхода экстракта на 1-3%.

Следствием повышенных значений pH во время кипячения сусла является усиленное выщелачивание из оболочек полифенолов с незначительным индексом полимеризации и ухудшение возможности отделения взвесей. Повышенное содержание дубильных веществ солода и хмеля в таком сусле придает суслу или пиву более темный цвет. Повышенное значение pH сопровождается интенсивным извлечением из хмеля высокомолекулярных горьких соединений (гумулатов), которые могут придавать вкусу пива грубую царапающую горечь. Уменьшение дозировки горьких веществ, рекомендуемое для сусла из воды с высокой остаточной щелочностью, приводит к достижению требуемого уровня горечи, но не обеспечивает нужного качества.

Темный солод характеризуется более высокой степенью растворения, чем светлый. Более низкое значение pH хорошо растворенного солода и кислая реакция меланоидинов при изготовлении темного пива способны до некоторой степени компенсировать без негативных последствий остаточную щелочность в 10 ° с 1 Н .

Уменьшение кислотности проявляется и при брожении: оно замедляется, дрожжи приобретают мажущуюся консистенцию, уменьшается степень сбраживания и ухудшается состав пива вследствие менее полного удаления белка, дубильных веществ и хмелевых смол.

2.1.3.4. Водоподготовка. Чтобы иметь возможность использовать для производства светлого качественного пива и жесткую воду, ее либо декарбонизируют, либо по мере необходимости проводят обессоливание. Для этого существуют следующие методы:

· кипячение производственной воды при нормальном атмосферном или избыточном давлении;

· добавление насыщенного раствора известковой воды в точно установленном количестве;

· декарбонизация или полное обессоливание с помощью ионообменников;

· обессоливание электроосмотическим способом;

· обессоливание методом обратного осмоса.

Кроме того, вредное влияние гидрокарбонатов можно компенсировать путем введения ионов кальция в виде гипса или хлористого кальция. Неблагоприятное действие гидрокарбонатов можно также снизить с помощью кислого солода или сусла с молочнокислыми бактериями.

2.1.3.5. Декарбонизация кипячением полезна лишь при условии преобладания гидрокарбонатной кальциевой жесткости (карбонат магния практически не осаждается), причем следует учитывать, что данный способ является довольно дорогим.

2.1.3.6. Умягчение насыщенным раствором известковой воды получило широкое распространение благодаря простоте, дешевизне и хорошему эффекту умягчения воды. Химические превращения при этом затрагивают свободный диоксид углерода, CaCO₃ и (при достаточной степени щелочности воды, pH > 10) - часть MgCO₃ по следующей схеме:

CO₂+ Ca(OH)₂ → СаСO₃ + H₂O;

Ca(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → 2 CaCO₃ + 2 H₂O;

Mg(HCO₃)₂ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ + MgCO₃ + 2Н₂O;

MgCO₃ + Ca(OH)₂ → CaCO₃ +Mg(OH)₂.

Известь, добавленная в виде известковой воды, после ряда превращений выпадает в осадок в виде CaCO₃. Магний выпадает в осадок только в виде нерастворимого гидроксида магния. Все реакции начинаются уже в холодной воде (10-12 °С). При более низкой температуре процесс замедляется, а при более высокой - ускоряется. Эффект умягчения воды необходимо проверить титрованием, так как даже незначительный избыток свободной щелочи приводит к значительным нарушениям при затирании и дефектам готового пива.

Такое простое умягчение применимо, если магниевая жесткость сырой воды превышает некарбонатную жесткость не более чем на 3°dH. Дополнительное внесение гипса или хлорида кальция способствуют дальнейшему снижению карбонатной жесткости:

Mg CO ₃ + CaSO₄ → CaCO₃ + MgSO₄,

однако эту операцию следует проводить осторожно, так как сульфат магния (MgSO₄, «горькая соль») способен отрицательно повлиять на вкусовые характеристики пива.

Если магниевая жесткость воды превышает указанный предел, то благодаря избытку известковой воды щелочность повышается до значения pH 10,5-11, требующегося для осаждения гидроксида магния (MgCO₃ + Ca(OH)₂ → СаСO₃ + Mg(OH)₂). Эту щелочность снова нейтрализуют после осаждения Mg(OH)₂путем добавления 35-40 % необработанной воды. Щелочная реакция на фенолфталеин в данном случае (0,2 мл 0,1 н HCl/100 мл воды), как и всегда при декарбонизации известковой водой, не должна превышать половины значения при титровании метилоранжем.

Способ с разведением осуществляется аналогично, но со всем количеством известковой воды сначала смешивается 60 % воды, предназначенной для декарбонизации. После осаждения CaCO₃ и Mg(OH)₂вода, имеющая сильную щелочную реакцию, нейтрализуется оставшимся количеством сырой воды.

Декарбонизацию известковой водой проводят в простых емкостях или в установках для умягчения воды непрерывного действия, которые дополняют производительным месильным органом. В этом случае более эффективно обрабатывается вода с переменной жесткостью. Установка для умягчения воды непрерывного действия обычно состоит из цилиндрических емкостей с конической нижней частью, реактора (в котором протекает процесс умягчения) и гравийного или песочного фильтра для окончательного осветления воды. Особенно хорошо поддается умягчению вода с низкой карбонатной жесткостью, так как карбонат кальция склонен к медленной флокуляции. Для интенсификации хода реакции в одноступенчатых системах используется контактная масса из мелкозернистого CaCO₃ или кварцевого песка, способствующая задержанию медленно флокулирующего карбоната кальция. Такие установки ускоренной декарбонизации характеризуются более высокой производительностью на единицу площади, чем обычные проточные установки (контактную массу необходимо периодически удалять). Вместе с тем они не позволяют использовать метод разведения, поскольку на контактной массе может образовываться слизь от выпавшего в осадок гидроксида магния. Для непрерывной декарбонизации, как правило, применяют два реактора: в первой емкости благодаря передозировке известковой воды происходит выпадение в осадок гидроксида магния, а во второй, так называемой «ступени облагораживания», - нейтрализация щелочной воды необработанной водой. В зависимости от свойств воды, турбулентности при ее подаче и продолжительности реакции достигается более или менее существенный эффект умягчения, в целом удовлетворительный. При соответствующем изменении конструкции обе реакционные ступени можно объединить в одной емкости.

В случае повышенного содержания гидрокарбоната магния в двухступенчатую умягчающую установку параллельно подключается слабокислотный ионообменник, позволяющий обрабатывать воду с повышенной щелочностью.

2.1.3.7. Ионообменники служат для декарбонизации воды, богатой магнием, или обессоливания очень жесткой воды. По сравнению с установками для декарбонизации известью ионообменники имеют гораздо меньшие размеры и поэтому их все чаще используют для водоподготовки.

Иониты - это вещества (обычно искусственные смолы), которые присоединяют содержащиеся в растворе электролита положительные или отрицательные ионы (катионы и анионы соответственно), а взамен отдают эквивалентное количество других ионов с тем же зарядом. В зависимости от знака заряда ионов различают катионо- и анионообменники. Применяемые в настоящее время иониты изготавливаются из так называемых гельсмол, матрица которых представляет собой образованный с помощью валентных связей и сил связи решетки каркас, состоящий из нерегулярных высокомолекулярных углеводородов, образующих объемную сеть. Свойства ионитов зависят от величины этих молекул, от числа поперечных связей от количества и вида функциональных групп, которые могут иметь положительный или отрицательный избыточный заряд, нейтрализующийся ионами противоположного знака.

Катиониты имеют матрицу из полимерных смол на основе акрила или стирола. В зависимости от диссоциации функциональных групп могут быть «слабокислыми» или «сильнокислыми». Первые способны обменивать преимущественно ионы кальция и магния, входящие в состав гидрокарбонатов, на ионы водорода, и поэтому их можно использовать для простой декарбонизации воды. Сильнокислые иониты, наоборот, обменивают ионы Ca²⁺, Mg²⁺ и Na⁺, входящие в состав гидрокарбонатов, а также сульфатов, хлоридов и нитратов (то есть входящие в состав солей сильных кислот) на ионы H⁺.

Аниониты имеют матрицу из эпоксидных конденсационных и других смол со «слабоосновной» или «сильноосновной» реакцией. Первые обменивают анионы сильных кислот (SO₄²⁺, Cl^-, NO₃ ^- ) на гидроксильные или хлоридионы, а сильноосновные аниониты способны связывать также анионы очень слабых кислот, например, угольной или кремниевой.

Процесс обмена обратим. Использованный ионит может регенерироваться раствором, содержащим соответствующие ионы: катионит - соляной кислотой, а анионит, в зависимости от того, какой ион участвовал в обмене (ОН^-, Cl^-), - едким натром или поваренной солью. Эти реагенты применяются для регенерации обычно в виде 3-8 %-ного раствора.

Ионит должен быть совершенно нерастворим и не отдавать воде никаких веществ с запахом и вкусом. Производительность ионообменника на 1 л ионита составляет 20-50 мг CaO, и по ней рассчитывают размер требуемой реакционной емкости в зависимости от необходимой производительности.

Реакция в ионообмениике проходит следующим образом.

А) слабокислый обмен:

А < ^Н + Ca(HCO₃)₂ - >А < Ca + 2 CO₂ + 2 H₂O. H

Сходные реакции имеют место и в случае гидрокарбоната магния. Ионы кальция и магния, входящие в состав гидрокарбонатов, почти полностью обмениваются на ионы водорода. Катионы, обусловливающие некарбонатную жесткость, сохраняются, и по этой причине декарбонизация достигает своего предела, если остаточная магниевая жесткость выше 5 °dH.

Выделившийся CO₂ агрессивен, и его необходимо удалять. На крупных установках удаление CO₂ осуществляется с помощью орошения и аэрирования воды. Небольшое количество остаточного диоксида углерода (около 10 мг/л) можно нейтрализовать насыщенной известковой водой или мраморными фильтрами (при этом карбонатная жесткость увеличивается на 0,6 или 1,2 °dH). Возможно также смешивание с необработанной водой после орошения, однако в этом случае необходимо точно рассчитать количество CO₂ в необработанной воде. Б) Сильнокислый обмен:

А < ^H_H ⁺ CaSO ₄ → A < Са + H₂ SO₄ .

В данном случае удаляются ионы натрия гидрокарбонатной жесткости. Также реагируют MgSO₄, CaCl₂, MgCl₂, NaCl, Na₂SO₄, NaNO₃ и т. д. В качестве продуктов обмена образуются свободные неорганические кислоты, которые необходимо нейтрализовать. Для этого применяют либо смешивание с необработанной водой, которое возможно только при некарбонатной жесткости менее 5 °dH (для поддержания магниевой жесткости чистой воды на низком уровне), либо нейтрализацию насыщенной известковой водой. При этом все некарбонаты переходят в форму кальциевых солей, но некарбонатная жесткость полностью сохраняется. Таким способом декарбони-зируют воду, некарбонатная жесткость которой составляет 12-15 °dH. Кроме того, иногда пользуются третьей возможностью нейтрализации свободных неорганических кислот, а именно анионным обменом, уменьшающим некарбонатную жесткость воды.

В) Анионный обмен:

А < ^OH_OH+ H₂SO₄ → А < SO₄ + 2 H₂O.

Таким образом, можно осуществить практически полное обессоливание воды, но для обработки пивоваренной воды этого не только не требуется, но и нежелательно. Необходимая жесткость может быть достигнута путем смешивания с необработанной водой. При наличии нитратов, как правило, бывает достаточно параллельно подсоединенного анионообменника, что может быть реализовано двумя способами: