Вода в бродильных производствах (часть 1)

Предприятия бродильной промышленности потребляют большое количество воды. Она используется для технологических целей, для транспортировки и мойки сырья, тары, инвентаря, технологического оборудования, для охлаждения и нагревания жидкостей. Предприятия пищевой промышленности используют преимущественно воду из городских водопроводов, а также из артезианских скважин, рек и водохранилищ

Природная вода – слабый раствор солей
В воде содержатся катионы: Н+, К+, Na+, Mg2+, Ca2+, Mn2+, Fe2+,NH4+,Al3+ и анионы: OH-, Cl-, HCO3-, NO3-, SO42-, NO2-, SiO32-, HPO42-.
В воде образуются различные соли: гидрокарбонаты кальция, магния, натрия; карбонаты натрия; хлориды, сульфаты кальция, магния, натрия и др.
Вода содержит растворенные газы: кислород, диоксид углерода, аммиак, радон, сероводород и др.
По происхождению источники воды делятся на: атмосферные (осадочные), подземные (артезианские и грунтовые) и поверхностные (воды открытых водоемов).

По количеству и характеру примесей воды подразделяют на: пресные, соленые, мягкие, жесткие, прозрачные, опалесцирующие, мутные, окрашенные, пахнущие и т.п.
Вода с содержанием солей до 0,1 % считается пресной; от 0,1 до 5 % - минеральной и более 5 % - рассолы. Состав минеральных солей воды определяется составом почвы, по которой она протекает, и растворимостью содержащихся в ней солей.
Вкус, запах, прозрачность воды обусловлены наличием примесей.

По физико-химическим свойствам их можно разделить на 3 группы.
1 Водорастворимые вещества, содержатся в виде ионов или молекул, размер 10-6 мм, не задерживаются при фильтровании.
2 Коллоидные примеси - с размером частиц от 10-6 до 10-4 мм, не оседают, не задерживаются песочными фильтрами. Это гуминовые вещества, сульфокислоты, придают воде окраску от желтой до бурой.
3 Взвеси - размер частиц больше 10-4 мм, оседают на дно при отстаивании, задерживаются фильтрами. Это глина, песок.

Показатели качества воды производственного назначения
Вода, используемая на предприятиях бродильной промышленности для технологических целей, оказывает большое влияние на протекающие процессы, качество продукции и поэтому должна соответствовать определенным требованиям. Показатели качества воды делят на три группы: органолептические, физико-химические, бактериологические.
Органолептические показатели – запах, цвет, вкус, мутность (прозрачность). Вода должна быть бесцветной, прозрачной, без запаха, с приятным вкусом. На органолептические свойства воды влияют различные химические вещества (железо, сульфаты, хлориды и т.д.), входящие в ее состав.

Физико-химические показатели.
Важное значение для нормального протекания технологических процессов имеет показатель жесткости воды, которая обусловлена содержанием в ней солей кальция и магния. Жесткость выражается в ммоль Са2+ или Mg2+, содержащихся в 1дм3 воды. Различают жесткость общую, временную, постоянную.
Общая жесткость характеризуется суммарным содержанием ионов кальция и магния. Она равна сумме временной и постоянной жесткости.
Временная (карбонатная, устранимая) жесткость обусловлена наличием в воде гидрокарбонатов кальция и магния. Эта жесткость исчезает при кипячении. Гидрокарбонаты превращаются в карбонаты, выпадающие в осадок.

Постоянная (некарбонатная, неустранимая) жесткость характеризуется присутствием в воде преимущественно сульфатов, хлоридов, нитратов и других солей кальция и магния, кроме гидрокарбонатов. При кипячении не выпадают в осадок.
По жесткости вода классифицируется следующим образом:
очень мягкая – до 1,5 ммоль/дм3;
мягкая – 1,5-3,0 ммоль/дм3;
средней жесткости - 3,0-6,0 ммоль/дм3;
жесткая - 6,0-10,0 ммоль/дм3;
очень жесткая - более 10,0 ммоль/дм3.
Жесткая вода не пригодна для ряда производств и использования в котельных, поэтому такую воду умягчают.

Щелочность - характеризует способность воды связывать кислоты и выражается числом ммоль/дм3 ионов ОН-, СО3-2, НСО3-, реагирующих с сильными кислотами.
Окисляемость воды – количество окислителя (или О2), который расходуется на окисление содержащихся в воде примесей. По этому показателю судят о загрязненности воды органическими примесями. Окисляемость питьевой воды должна быть не более 3 мг О2/дм3 (или не более 12 мг КМnО4/дм3).
Суммарным показателем качества воды является содержание сухого остатка растворенных веществ, не превышающее 1000 мг/дм3.

Реакция воды. рН должен лежать в пределах 6,5-9,0.
Содержание других химических веществ в воде производственного назначения должно быть следующее (не более):
железо – 0,3 мг/ дм3; марганец – 0,1 мг/ дм3;
медь –1,0 мг/ дм3; мышьяк – 0,05 мг/ дм3;
цинк – 5,0 мг/ дм3; свинец – 0,1 мг/ дм3;
хлориды – 25 мг/ дм3; сульфаты – 200 мг/ дм3.
Кроме этого, в воде должны отсутствовать аммиак и сероводород, которые указывают на загрязнение ее гниющими отбросами

Бактериологические показатели характеризуют безвредность воды и оцениваются общим числом микроорганизмов и числом бактерий группы кишечной палочки. Общее число микроорганизмов в 1 см3 воды не должно превышать 100.
Наличие в воде бактерий группы кишечной палочки свидетельствует о фекальном загрязнении. Этот показатель характеризуется коли-индексом и коли-титром.
Коли-индекс – количество бактерий группы кишечной палочки, содержащихся в 1 дм 3 (для питьевой воды не должен превышать 3).
Коли-титр – наименьший объем воды, в котором допускается содержание одной кишечной палочки (не менее 300 см3).

Требования к воде, предъявляемые в различных бродильных производствах
Производство этилового спирта.
Жесткость воды не более 7 ммоль/дм3; рН не более 7.
Разваривание крахмалсодержащего сырья протекает тем быстрее и полнее, чем ниже рН. Слабокислая среда благоприятна для спиртового брожения, а в щелочной среде брожение направлено в сторону образования глицерина. Кроме этого, слабощелочная среда способствует развитию кислотообразующих бактерий. Применение жесткой воды для приготовления солодового молока снижает его ферментативную активность.
Высокая карбонатная жесткость воды повышает расход кислоты на подкисление мелассы. Качество воды, идущее на разведение мелассы, влияет на качество ректификованного спирта. С водой могут попадать маслянокислые, гнилостные бактерии и другие микроорганизмы , а также сероводород, аммиак, фенолы, которые даже в ничтожных количествах заметно ухудшают качество спирта.

Производство хлебопекарных дрожжей.
Жесткость воды должна быть не более 7 ммоль/дм3, но в тоже время нельзя применять и мягкую воду (особенно паводковую) из-за недостатка магния и микроэлементов, что приводит к снижению выхода дрожжей. Кроме того, вода не должна содержать нитратов и повышенное количество железа, так как они являются ядом для дрожжей и приводят к их дегенерации.

В пивоваренном производстве.
Используется вода с жесткостью 2-4 ммоль/дм3. При этом кальциевая жесткость должна быть не менее 2 ммоль/дм3, т.к. ионы кальция стабилизируют действие фермента α–амилазы. Присутствие ионов магния нежелательно вследствие того, что он придает пиву неприятную горечь.
Общая щелочность не должна превышать кальциевую жесткость и находится в пределах 0,5-2 ммоль/дм3. Жесткость и щелочность воды оказывают влияние на процесс затирания, выход экстракта и качество готового пива. Благоприятное влияние на эти показатели оказывает наличие в воде хлоридов и сульфатов кальция. Натриевые соли ухудшают состав и качество пива.
Окисляемость не должна превышать 2 мг/дм3. Не допускается присутствия в воде сероводорода и аммиака, которые ухудшают органолептические показатели пива.

В производстве солода.
Высокая карбонатная жесткость воды, применяемой для замачивания зерна, задерживает последующее его прорастание, снижает ферментативную активность солода. Поэтому, по жесткости к воде предъявляются такие же требования, как в производстве пива.
В производства безалкогольных напитков.
Жесткость используемой воды не более 1,5 ммоль/дм3. Соли кальция и магния, содержащиеся в воде, взаимодействуют с лимонной и другими кислотами, тем самым уменьшают кислотность напитков, вызывают перерасход лимонной кислоты. Кроме этого, соли кальция и магния образуют выпадающие в осадок нерастворимые комплексы с фенольными и пектиновыми веществами соков, морсов и вин, входящих в состав напитков.