水

水是啤酒酿造最重要的原料，也是啤酒酿造中使用最多的原料。在水化学被发现之前，各种特色的水质决定了各种特色风味的啤酒。水作为啤酒的血液，贯穿整个啤酒酿造过程，水质的好坏也直接影响成品啤酒的质量。啤酒的生产用水包括直接进入成品啤酒的酿造用水，以及清洗杀菌用水、冷却用水、其他用水等。啤酒酿造用水的质量应符合GB 5749-2006 生活饮用水卫生标准

成品啤酒用水量：啤酒的生产用水总量≈1:6.7

水中的成分

天然水都含有不同数量的各种成分，它们对生产中各个方面的用水有着不同的意义。酿造用水的水质好坏主要取决于水中溶解盐的种类与含量、水的生物学纯净度及气味，这些因素对啤酒酿造和啤酒风味以及啤酒稳定性产生很大影响。水中成分大致可以分为：固体杂质；可溶性杂质；微生物；气体；盐类离子。

水中的离子

水中的盐类以离子形式存在，而水的性质主要由所含离子的性质决定。当这些离子适当存在时对啤酒酿造是无害的甚至是有利的，一旦过量就会对酿造过程产生生化变化以及对成品啤酒的口味产生不利的影响。

天然水中的离子

天然水中的离子总量平均为500mg/L，波动在30~2000mg/L。在酿造过程中，水中的离子可与麦汁中的成分进行反应，并对醪液中酶的作用产生较大的影响：如水中离子与麦芽浸出物的反应；影响酶的作用和啤酒口味；对酒花组分产生影响；随温度的变化，水中离子本身也发生变化；离子间互相作用等。

较典型的是钙、镁离子和碳酸根、碳酸氢根离子与麦芽成分的作用。它们与麦芽中的磷酸盐、乳酸盐、蛋白质以及所含的矿物质离子、酒花的苦味物质发生反应，从而影响这些物质的解离和溶解。

水中离子与PH的关系

在啤酒生产过程中，醪液、麦汁和成品啤酒的ph都直接或间接受到水中离子的影响，因为在糖化过程中，调节ph的缓冲体系主要来自两个方面，即碳酸盐和磷酸盐。前者主要来自于水，后者主要来自于麦芽。

• 降酸作用

由于水中的碳酸氢盐与醪液中的酸性磷酸盐（KH2PO4）反应，生成碱性的磷酸氢二钾（K2HPO4），导致醪液的酸度降低，ph升高。

当水中仅有少量或重量的碳酸钙（Ca(HCO3)2）时,生成物均为碱性，反应为：2KH2PO4 + Ca(HCO3)2 → CaHPO4↓ + K2HPO4 + 2H2O + 2CO2↑

当水中有过量的碳酸钙（Ca(HCO3)2）时，上述反应将继续进行，生成物均为碱性，反应为：4KH2PO4 + 3Ca(HCO3)2 → Ca3(PO4)2↓ + 2K2HPO4 + 6H2O + 6CO2↑

碳酸氢镁与麦芽中磷酸盐的反应，也以相似的方式进行，生成物均为碱性，反应为：2KH2PO4 + Mg(HCO3)2 → MgHPO4 + K2HPO4 + 2H2O + 2CO2↑

因为在酿造用水中，通常仅含有少量的镁离子，因而这种反应中通常不能进行生成磷酸镁的程度，仅生成可溶性的碱性磷酸氢镁，它和生成的磷酸氢二钾一起使醪液的酸度下降，ph升高。因而碳酸氢镁的降酸作用要比碳酸氢钙要强。

碳酸氢钙和碳酸氢镁的降酸作用，带来多方面的工艺缺点：

1. 改变了糖化醪液的ph，影响酶的最佳作用条件，使糖化时间延长，麦汁颜色加深，麦汁收得率降低，麦汁的可发酵糖含量减少等。
2. 使麦汁煮沸期间的蛋白质沉淀效果变差，酒花的苦味变得粗糙。
3. 使发酵延缓，发酵度降低。
4. 影响酵母的沉降和啤酒的澄清。

正常的水中只有碳酸氢根离子具有降酸作用，在煮沸或其他化学过程中消耗氢离子，使ph上升。

• 增酸作用

钙镁离子都具有增酸作用，其作用是通过钙镁离子的硫酸盐、盐酸盐、硝酸盐（非碳酸盐硬度）与麦芽中的碱性磷酸盐反应，生成酸性的磷酸盐来实现。以硫酸盐为例：4K2HPO4 + 3CaSO4 → Ca3(PO4)2↓ + 2KH2PO4 + 3K2SO4

硫酸钙与麦芽中的碱性磷酸盐反应生成酸性磷酸盐，同时生成磷酸钙沉淀，从而使醪液和麦汁酸化，此反应不会进行到底。同理：4H2HPO4 + 3MgSO4 → Mg3(PO4)2 + 2KH2PO4 + 3K2SO4

硫酸镁虽然也有同样的反应，但其所生成的磷酸镁仅在加热时才呈不溶状态，因而使酸性磷酸盐的酸性作用部分被抵消掉了。这样一来由硫酸镁形成的酸性磷酸盐就比硫酸钙形成的少。

一部分钙镁离子也可以与酸性蛋白质反应，释放出氢离子而形成不能解离的蛋白质盐沉淀。这里镁和酸性蛋白质反应增酸的效果要比钙差得多，因为镁反应后生成的蛋白质盐会重新解离。因此，在麦汁煮沸阶段，钙离子的存在对蛋白质的沉淀析出以及降低ph都是有利的。

通过上述推断，钙离子的增酸作用比镁离子强。再加上镁离子的风味不好，实际生产中一般采用硫酸钙和氯化钙增酸，而不采用镁盐。

与钙镁离子相比，钠离子的硫酸盐则不会产生增酸作用，因为它所生成的磷酸钠是可溶性的强碱性盐，与磷酸二氢钾的酸性作用几乎相互抵消。

水中离子对啤酒酿造过程的影响

钙离子

通过与蛋白质，特别是与磷酸盐的作用，而产生增酸效果。另外，通过磷酸钙的沉淀而使缓冲能力下降，由此在一定程度上影响啤酒的ph。以石膏或氯化钙形式添加进入的钙盐可减弱糖化中醪液色度的上升和减少洗糟时硅酸盐、色素物质和多酚的浸出，并由此也降低麦汁在煮沸中色度的上升程度，同时也促进了蛋白质的凝聚。这些钙盐在糖化中还使α-淀粉酶具有较高的抗热性，同时也有利于内肽酶的作用；促进草酸钙的形成和分离以减少其对啤酒质量的不利影响（喷涌、草酸盐浑浊），此作用只有在钙离子与草酸盐比例≥45:1时才会发生。钙离子对酵母物质转换的激活作用虽然未能清楚地得到证明，但它确实能减慢酵母的衰退和弥补镁含量过高的缺点。

镁离子

镁离子调节ph的作用不如钙离子，但镁离子对酵母承受外界压力的影响和对酵母的辅助酶具有重要的作用。因此对酵母来说，镁比钙更重要一些。但过多的镁离子形成的硫酸盐、盐酸盐具有不良的苦涩味，氧化镁会使酒花形成的异构化产物苦味度提高，所以镁离子的含量需要控制。

钠离子

钠的碳酸盐能使糖化醪和麦汁的ph大幅度升高，与氯离子并存能使啤酒带有咸味，含量过高常使啤酒变得粗糙、不柔和。钠利于酵母新陈代谢，具有重要的作用。在实际生产送也有采用添加75~150mg/L氯化钠以增加啤酒醇厚性的方法。

钾离子

由麦芽可以带入醪液约500mg/L的钾离子，钾离子产生咸味，但是在酿造用水中要求钾离子＜10mg/L。它对麦汁制备中的某些酶具有抑制作用但对发酵时营养物质的传递却具有重要的生理功能，利于发酵。另外大量的钾盐可对心脏和酶产生毒害，而钙离子却能抵消这种影响。

铁离子

麦汁中铁离子含量超过0.2mg/L时对糖化过程具有抑制作用，导致麦汁色度增加、降低啤酒醇厚性，使口味粗糙。尽管铁离子使啤酒泡沫的挂杯性和泡持性得以改善，但却使泡沫呈褐色。在发酵中，铁离子含量不足（＜0.1mg/L）会使呼吸物质转化酶和合成受到抑制。超过1mg/L则会加速酵母的衰退（铁离子可促进酵母细胞的出芽）。铁离子还会促进啤酒氧化，导致浑浊与喷涌。

锰离子

锰离子可以促使大量酵母物质转化酶的活化，激活酶并促进酵母增殖。对蛋白质的分解也具有良好的作用。在酿造用水中要求锰离子小于0.03mg/L，过高同铁离子一样不利。

其他金属离子

铜、锌、铅、锡等金属离子含量过高会毒害酵母，促进氧化，引起啤酒浑浊。其中铜离子在啤酒中可以促使从分解了的乙酰甲基甲醇中重新合成双乙酰，量大的时候酒液中还会产生更多的硫化氢，尽管其适量存在有利于酶的催化过程。大量的铜离子来源于容器、管道和酒花中。锌离子能促使蛋白质的分解和细胞的繁殖，其含量＞0.15mg/L时（定型麦汁中）利于酵母繁殖与发酵，过量同样不利。

硫酸根离子

硫酸盐来自含有石膏的土壤，限于地理方面的原因它们是无害的，但是若同时出现过高浓度的钠离子，那么就可能对人体的健康有影响。水中只能存在少量的硫酸镁和硫酸钠，因为他们一个是苦盐一个是催泻的物质。硫酸根含量高，有助于酒花香气的形成，赋予啤酒干爽和苦的口味。硫酸镁则会使啤酒产生冷的、生硬的口感。酿造用水中硫酸根的含量只要符合生活饮用水的要求就可以了。

氯离子

水中通常存在氯化物，然而含量却有很大的差异，它们可以通过自然原因、盐的溶解或者海水的渗入而形成。氯化物含量的升高可以归因于地下水源被污染，例如海水倒灌或者由于冬天路面撒盐过多，导致它附近的地下水、浅井水里氯离子含量提高。钙和镁的氯化物在一定条件下是无害的或有利于残余碱度，氯化钠的含量在300mg/L以下是无害的，在500mg/L以上会抑制酵母的繁殖。氯离子能决定清淡的口味特性、好的澄清效果以及较好的冷稳定性。水中氯化物的含量自70mg/L起会引起腐蚀，包括不锈钢设备。酿造用水中要求氯离子＜50mg/L。

几种阴离子对啤酒的影响

阴离子	氯离子	硫酸根离子	碳酸氢根离子
苦味强度	最弱	较强	最强
苦味质量	舒适	舒适	不舒服
醇厚性	最佳	较好	较好
口感	不粗糙	粗糙	粗糙

硝酸根离子

酿造用水中的硝酸根离子含量要求＜10mg/L，其含量高低反映水中有机污染物质的氧化或无机肥的影响情况，可作为水源是否被污染的指示性离子。过高则产生腐朽的不愉快口味及可能被细菌还原的危险。在发酵时，通过酵母还原酶可以将硝酸盐还原成亚硝酸盐，亚硝酸盐对酵母细胞有害，从而影响发酵。在实践中当酵母使用到第3~5代就可以明显观察到酵母活力下降。硝酸盐影响发酵的作用程度还跟水的总硬度有关。高的非碳酸盐硬度可以抵消硝酸根离子的作用。通过试验证明：软水对硝酸盐更敏感。例如将6°d含25mg/L硝酸盐的水用氯化钙使硬度增加到12°d，就可以抵消硝酸盐的影响。作为生活饮用水的软水其硝酸盐含量不应超过20mg/L。

硅酸根离子

水中硅酸根离子很少会超过15~30mg/L，在火山区附近则含量较高。在水中它的含量过高，会使酵母粘液分泌增多，破坏发酵，并产生蛋白胶体浑浊，同时影响啤酒口味。另外钙和镁的硅酸盐当超过30mg/L的时候，会形成锅炉水垢，它还可以阻碍以石灰进行的脱炭酸作用和阻止蛋白质的沉淀。啤酒中的硅酸根主要来自麦芽，但麦芽所带入的硅酸盐对发酵并没有产生不利影响。产生不利影响的主要是水中所带入的那一部分硅酸根离子，当它们含量过高的时候容易导致啤酒中的蛋白质不稳定。

磷酸根离子

磷酸根离子的存在说明水中的有机污染。在水厂也有时使用磷酸盐稳定构成硬度的物质而使其不易析出。磷酸根离子的存在能影响石灰脱炭酸的效果。饮用水中磷酸盐含量低于2mg/L，可以提高到5mg/L用来防止腐蚀。

水中的这些离子成分还可以减弱或增强啤酒的味道，进而影响啤酒的口味质量。例如属于苦盐一类的硫酸镁，它粗糙的金属苦味可以通过多酚物质被增强，对此有影响的还有水中硫酸镁与氯化物的比例关系。而酿造用水中少量的氯化钠起着润滑作用，能使淡啤酒和生啤酒的口味因此变得较清淡。

水中成分对啤酒口味的影响

氯化钙	甜	硫酸镁	强酸味和弱咸味
氯化钾	甜	硫酸钠	酸而咸
硫酸钙	咸	氯化钠	甜中带酸

水的硬度

人们用溶解于水中的碱土金属离子的总和来表示水的硬度，而碱土金属离子则指的是钙、镁、锶、钡四种离子，其中由于锶和钡在自然界里为非常稀有的矿物质离子，所以这里水的硬度主要是指水中钙和镁两种离子的总和。水的硬度大小是指水中离子沉淀肥皂能力的高低。硬度是一个浓度单位。

人们把谁的总硬度一方面分为由钙构成的硬度（钙硬）和由镁构成的硬度（镁硬），另一方面又把总硬度分为碳酸盐硬度（钙镁的碳酸氢盐和碳酸盐）和非碳酸盐硬度（钙镁的硫酸盐、氯化物及硝酸盐）。

• 钙硬度：指溶解在水中的钙离子以及碳酸根离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、氯离子和硝酸根离子所形成的盐类的总和。

• 镁硬度：指溶解在水中的镁离子以及碳酸根离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、氯离子和硝酸根离子所形成的盐类的总和。

• 碳酸盐硬度（KH）：指溶解在水中的钙镁离子以及碳酸根离子、碳酸氢根离子所形成的盐类的总和。在水加热煮沸时，它们会消失转变为沉淀或其他物质，也称之为暂时硬度。暂时硬度完全针对水质中的阴离子（HCO3-）含量的表示法，这种表示法是以100ml水中含有1毫克的HCO3-称为1度（相当于10ppm浓度），并标记为1度kH。

• 非碳酸盐硬度（NKH）：指溶解在水中的钙镁离子以及硫酸根离子、氯离子和硝酸根离子所形成的盐类的总和。它们在加热时不发生变化，也称之为永久硬度。

• 总硬度（GH、DH）：指溶解在水中的钙镁离子以及碳酸根离子、碳酸氢根离子、硫酸根离子、氯离子和硝酸根离子所形成的盐类的总和。总硬度（GH）=暂时硬度（KH）+永久硬度（NKH）。

水硬度的表示方法

在我国，以前水硬度采用德国标准来定义，即以德国度（°d）作为硬度的单位（GH、DH）。

1°d = 17.86mg碳酸钙/L ≈ 10mg氧化钙/L ≈ 0.179mmol钙离子/L

镁的硬度同样用德国度（°d）来表示。根据化学计算的关系把分析得出的数据换成等摩尔数的氧化钙。

1°d = 17.86mg碳酸钙/L ≈ 7.14mg氧化镁/L ≈ 0.179mmol镁离子/L

现在，水硬度采用mmol/L为国际法定的硬度表示单位，如2mmol/L的钙离子。

国际度（1mmol/L） = 5.6°d；

推导公式：1°d=国际度（1mmol/L）× 0.1786

知道了多少毫克的硫酸钙或氯化钙相当于1°d，对于生产时调节酿造用水的硬度是非常重要和方便的。

1°d相当于24.3mg/L硫酸钙；推导：硫酸钙分子量=136, 136 × 0.1786 ≈ 24.3mg/L

相当于19.8mg/L氯化钙。推导：氯化钙分子量=111， 111 × 0.1786 ≈ 19.8mg/L

硬度对水质的影响

DIN2000认为硬度意义很小，对于人体健康几乎不产生影响。相反，最新研究表明，硬水导致心脏病的病例远少于软水。但在工业生产中硬度构成的成分会对许多工艺流程产生干扰和影响，这些构成硬度的离子通过直接或间接地参与化学反应从而影响体系的ph。

水硬度的划分

DIN 2000将水按硬度值的划分方法

0~4°d	4~8°d	8~12°d	12~18°d	18~30°d	＞30°d
很软	软水	中硬	比较硬	硬	很硬

水的总碱度、负硬度和残余碱度

• 总碱度（水中所有呈碱性离子的总和）：实际测定碳酸盐硬度时，是以标准氯化氢滴定，用甲基橙作指示剂测得的，反应的是水中所有碳酸根离子和碳酸氢根离子以及氢氧根离子的总和（注意在水中氢氧根和碳酸氢根不能共存），因为碳酸盐的酸根离子以及氢氧根离子在水中呈碱性，所以又可以说当用盐酸滴定水样、甲基橙作指示剂时测定的是水中所有呈碱性离子的总和，即水的总碱度。
• 负碱度：在测定总碱度的时候，如果水中没有碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾等碱性物质存在时，所测定的总碱度会和水中的碳酸盐硬度相等，而此时水的总硬度会≥水的总碱度。

然而当水中由于某种原因，比如化工污水的污染而导致有大量碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钾、碳酸氢钾存在时，这些过量存在的碱性物质就会和水中的永久硬度成分发生完全反应，而使这些永久硬度成分转变为碳酸钙以及碳酸镁，碳酸钙为沉淀，碳酸镁薇溶，也就是说这样的水质中永久硬度近似消失了。总硬度此时则和碳酸盐硬度相等。而总碱度则分别为碳酸盐硬度对应的碱性酸根离子以及上述因化工污染而带入的物质对应的碱性酸根离子之和。

同样永久硬度中的镁离子也会转变为碳酸镁。

如果水的总碱度大于水的总硬度，二者的差值即所谓的“负硬度”，此时认为水中非碳酸盐硬度近似为0，总硬度等于真正碳酸盐硬度。如此近似定义的目的是便于计算水中离子对酿造过程ph的影响。

• 残余碱度：水的残余碱度是指水的总碱度和平衡碱度（钙镁离子增酸效应抵消的碳酸氢盐降酸作用所形成的碱度）之间的差值，是酿造用水质量指标中十分重要的一项，通过残余碱度人们可以对水中碳酸氢根离子的降酸作用和钙镁离子的增酸作用进行综合评价，并由此预测上述离子对醪液、麦汁和啤酒ph的影响程度，从而判断糖化中各种酶的反应、物质分解过程、麦汁过滤时麦皮物质的浸出、煮沸过程中蛋白质的变化情况并找出调整和补救的措施，使整个酿造过程顺利进行。

在大多数情况下，碳酸氢根只与钙镁离子结合成为相应的盐，所以当水中不含有其他碱性物质时，水的总碱度实际上就是水中的碳酸盐硬度。

残余碱度 = 总碱度 - 平衡碱度

平衡碱度 = （钙硬度 + 1/2镁硬度）/3.5

从计算式中可以看出，当总碱度高于平衡碱度时，残余碱度为正值。水中的钙镁离子含量高，增酸效应越强，残余碱度越低，由此生产的醪液和麦汁的ph也越低，残余碱度值为即负值。

当残余碱度为0的水作为酿造用水时，可使醪液和麦汁的ph变化情况与使用蒸馏水相同。残余碱度为10°d的水可使醪液和麦汁的ph升高约0.3，而残余碱度为-10°d的水与使用蒸馏水相比，可使ph下降约0.3.由此可以看出该指标导致的ph变化会对啤酒生产过程带来一系列影响。

不同的啤酒品种对残余碱度的要求

啤酒品种	对残余碱度的要求
浅色啤酒	≤5°d（≤0.89mmol/L），最好为负值
深色啤酒	＞5°d（＞0.89mmol/L）
黑色啤酒	可以＞10°d（＞1.78mmol/L）

啤酒的色泽越浅，要求残余碱度越低。有人认为，水的总硬度越高，越不适合于生产浅色啤酒，这种观点并不全面。比如多特蒙德的水总硬度就非常高，但仍然可以用来酿造浅色啤酒。因为水中的非碳酸盐硬度远高于碳酸盐硬度，这两者之间的比值越高，残余碱度越低。此比值在（2.5~3.0）：1时较理想。一般水源的碳酸盐硬度都比较高，达不到上述比值，在实际生产中可以通过加酸去碳酸盐硬度或加石膏和氯化钙增加非碳酸盐硬度来改善此值。在糖化用水或酿造用水中添加石膏或氯化钙，制成的啤酒含有较多的氮，颜色也较浅。

典型酿造用水的化学组成

几种国际知名啤酒酿造用水组成

项目	慕尼黑	皮尔森	多特蒙德	维也纳
总硬度/°d	14.8	1.6	41.3	38.6
碳酸盐硬度/°d	14.2	1.3	16.8	30.9
非碳酸盐硬度/°d	0.6	0.3	24.5	7.7
钙硬度/°d	10.6	1.0	36.7	22.8
镁硬度/°d	4.2	0.6	4.6	15.8
残余碱度/°d	10.6	0.9	5.7	22.1
硫酸根离子/（mg/L）	9.0	5.2	290	216
氯离子/（mg/L）	1.6	5.0	107.2	39
硝酸根离子/（mg/L）	微量	微量	微量	微量
蒸发残渣/（mg/L）	284	51	1110	948

影响啤酒颜色的不仅仅是水，但根据经验，慕尼黑和维也纳地区这种含碳酸盐的水非常适合生产深色啤酒。对于皮尔森啤酒来说，水质、优质的大麦原料、适当的制麦工艺和品种优良的saaz酒花共同决定了此类啤酒的特性。

上述水类型的评价如下：

1. 慕尼黑的水：是具有中等硬度的水，其硬度主要是由碳酸氢盐构成，且只含有非常少量的硫酸钙和微量的氯化钙与氯化钠。正是这种水的特性而使慕尼黑啤酒独具特色（深色啤酒和黑色啤酒）。
2. 皮尔森的水：非常典型的软水，硬度较小，含盐量低，并且其硬度几乎全部是由碳酸氢盐引起。硫酸钙、碳酸钠与氯化钠的含量十分低。这种非常软的水是酿造色泽非常浅和酒花香气突出的啤酒的原始类型。
3. 多特蒙德的水：硬度很高，但这种水的非碳酸盐硬度远高于碳酸盐硬度。这个地区的水被称为是一种十分明显的含硫酸盐的水，它虽然比慕尼黑地区的水含有更多的碳酸盐，但是硫酸钙产生的影响可以与之平衡，所以尽管碳酸盐含量也高，却依然能酿造出浅色啤酒。当地这种水的特性决定了多特蒙德出口浅色啤酒。
4. 维也纳的水：该地区水的硬度也很高，而且水中主要是碳酸盐硬度。非碳酸盐硬度大部分以硫酸钙形式存在。由此决定了原始维也纳啤酒介于浅色和深色啤酒之间的特性（金色啤酒）。

酿造用水的处理

请参阅酿造用水的处理