Использование ПО Bru’N’Water для расчётов водоподготовки

В данной статье хочу поделиться своими методиками по использованию ПО Bru’N’Water для расчётов водоподготовки при варке пивного сусла.

Водоподготовка – одна из самых важных частей процесса приготовления пива, в силу того, что вода является основным ингредиентом. А качественные характеристики используемой воды позволяют переоткрывать для себя ранее проведённые варки.

Например, на собственном опыте могу заявить, что три сваренных пива в стиле IPA с одной и той же засыпью, с одним и тем же режимом затирания, варки, охмеления, сбраживания и карбонизации, но с разной исходной водой отличались кардинально. В одном варианте была использована обыкновенная проточная вода из СПб, пропущенная через фильтр “тройку”, во втором – та же вода, но с расчётом водоподготовки и в третьем – вода, пропущенная через фильтр обратного осмоса и восстановленая до расчётного профиля второго случая. Горечь в первом была очень резкая, острая, смазанная по всему глотку и органолептически неприятная, во втором случае – начало чувствоваться разделение горечи и солодовой составляющей, появилась необходимая лёгкая “сухость” на конце глотка, в третьем же случае – горечь была яркая, не смазанная, позволяла прочувствовать хмелевой вкус, сухость чувствовалась на конце глотка, чувствовалось гораздо ярче солодовое тело. Результат был очень явный и мне хватило нескольких варок, чтобы осознать для себя необходимость самого процесса.

Завершая вирши о необходимости водоподготовки, перейду всё же к делу.

Рассматривать я буду использование ПО Bru’N’Water версии 1.24, которое использую сам уже достаточно продолжительное время для расчётов воды. При детальном рассмотрении узлов буду, по возможности, давать некоторое теоретическое объяснение исследуемым элементам, включая и результаты воздействия тех или иных аспектов на пиво.

ПО выпущено в виде Excel-книги с разделением на листы по разделам и встроенными макросами для расчётов. ПО разработано Мартином Брюнгардом – инженером со специализацией в водподготовке, имеющим более 35 лет опыта в профессии и более 20 лет опыта в домашнем пивоварении и судействе домашнего пива. Автор данного ПО также выпустил в соавторстве с Палмером книгу “Water: A Comprehensive Guide for Brewers” , несколько статей были им выпущены и в журнале Zimurgy.

ПО Bru’N’Water бесплатно, с возможностью получения платной расширенной версии, и может быть скачано по ссылке. Я рассмотрю бесплатную версию, как обладающую достаточным для расчёта водоподготовки функционалом. ПО представлено на английском языке.

ПО состоит из 7 листов, первый и последний из которых – информационные. Первый лист содержит основные инструкции, последний лист – информацию о компонентах воды и методах водоподготовки. Остальные листы – используются в расчётах.

Для исследования водоподготовки, я выбрал рецепт сухого ирландского стаута, который варю регулярно уже несколько лет, пиво достаточно простое, лёгкое и с большой долей жжёного солода, и именно поэтому на нём проявляются почти все нюансы водоподготовки.

В следующих двух постах подробно рассмотрю процесс параметризации первого листа книги, который посвящён профилю исходной воды.

На листе номер 1 “Water Report Input” задаются параметры исходной воды, которые будут впоследствии использованы для расчёта результирующего профиля.

Рассматривать буду два случая создания исходного профиля: при использовании обратного осмоса и при использовании водопроводной воды с известными показателями из листа анализа, предоставленного Водоканалом СПб.

В первой же строке листа, нас встречает поле “Program Volume Setting”, значение в которой необходимо выставить в “Liters” – право слово, не по галлонам же измеряем воду.

Задача листа 1 – определение и хранение содержания необходимых к расчёту минералов и водородного показателя (pH) исходной воды. Оба этих аспекта – ключевые и опущены быть не могут.

Минералы, содержащиеся в воде, находятся в ней в виде ионов, с положительным и отрицательным зарядом. Ионы одного заряда существуют в равенстве с ионами противоположного заряда для получения суммарного нулевого заряда (в мире всё стремится к равновесию, в т.ч. и в воде, это известно из азов химии). На пиво влияют некоторые ионы, содержащиеся в воде, содержанию которых и уделяется особое внимание и которые корректируются для получения того или иного результирующего профиля. Ионный состав воды отличается как по регионам, так и по точкам отбора в рамках одного и того же региона (например с насосных станций севера и юга одного и того же города).

Поскольку, минералы в воде в ионах сосуществуют в равновесии, то необходимо помнить о т.н. ионном балансе – такой сумме анионов (ионов, имеющих отрицательный заряд, со знаком -) и катионов (ионов, имеющих положительный заряд, со знаком +), чтобы она равнялась нулю, т.е. соблюдается закон электронейтральности. В противном случае выходит некая ионная смесь, которая в реальном мире существовать не может, т.к. всё равно придёт к ионному равновесию. Таковы законы физики и никто с ними поделать ничего не может.

В воде растворены множество как анионов ( Ca(2+), Mg(2+), Na(+) и прочие ), так и катионов (HCO3(-), CO3(2-), SO4(2-), Cl(-) ) . Описанный закон стоит иметь в виду, как при составлении исходного профиля воды по разным исходным данным, так и при составлении собственного результирующего профиля воды – отмечу, что инструменты по визуальному определению баланса в программе Bru’N’Water имеются. На листе исходного профиля воды ионы как раз и разнесены по данным группам.

Для дальнейшего проведения расчётов, в ПО необходимо внести в соответствующие поля концентрации следующих ионов (для упрощения буду далее называть их минералами):

• Кальций – Ca
• Магний – Mg
• Натрий – Na
• Бикарбонаты – HCO3
• Сульфаты – SO4
• Хлориды – Cl

Опционально вводятся:

• Карбонаты – CO3 (в воде с pH ниже 9 вводить не обязательно, можно со спокойной душой принять равными 0 (по заверениям автора ПО) ).
• Калий – K (может быть спокойно заданным в ноль, если неизвестен, а если известен – то позволит точнее свести ионный баланс)
• Железо – Fe (может быть спокойно заданным в ноль, если неизвестен, а если известен – то позволит точнее свести ионный баланс)
• Нитраты – NO3 (могут быть спокойно заданным в ноль, если неизвестны, а если известны- то позволит точнее свести ионный баланс)
• Нитриты – NO2 (могут быть спокойно заданным в ноль, если неизвестны, а если известны- то позволит точнее свести ионный баланс)
• Фториды – F (могут быть спокойно заданным в ноль, если неизвестны, а если известны- то позволит точнее свести ионный баланс)

Для воды, полученной с мембраны обратного осмоса я вбиваю следующие показатели:

Также наблюдаем появившееся поле Alkalinity/Щёлочность (в содержании карбоната кальция), оно рассчитывается автоматически и подставляется на лист 2. Этот показатель будет рассмотрен подробнее как раз при описании листа номер 2.

При расчёте нужных минералов для таблицы при использовании готовых данных водоподготовки очень часто бывает, что исходных данных недостаточно для полного заполнения и приходится прибегать к различного рода пересчётам. Сами пересчёты описаны ниже поля Alkalinity – в разделах Alkalinity Conversion Calculator и Ion Concentration Conversion Calculator

Рассмотрю заполнение листа 1 на примере данных, полученных с открытых источников Санкт-Петербургского Водоканала. Водоканал предоставляет потребителям среднемесячные значения качественных показателей поступающей питьевой воды со своих распределительных насосных станций. Другие регионы могут предоставлять аналогичный набор, но, рассматривать их не буду – оставлю для самостоятельных расчётов. Если принять допущение, что трубы чистые или же вода очищена фильтрами от механических включений, то такими показателями, при отсутствии собственного качественного анализа со входа в квартиру, можно пользоваться, разумеется, если хватает такого рода приближений. В моём случае я жил с ними счастливо до покупки осмоса.

Разобравшись с листом 2, перейду к листу номер 3.

На листе 3 “Grain Bill Input” вводится засыпь рецепта, под который рассчитывается вода.

Сделано это с одной простой целью – контроль pH затора.

pH затора является не только характеристикой, способствующей лучшей работе энзимов, но и характеристикой, влияющей впоследствии на вкус итогового пива. Для светлого и лёгкого пива важным элементом восприятия является эдакая “игристость” вкуса и его яркость, в чём и помогает pH – чем ниже pH – тем вкус, соответственно, больше уходит в “игристость”, вплоть до едва заметной кислинки. А чем выше – тем вкус пива становится “тяжелее”, что несомненно помогает в высокоплотном тёмном пиве, никому не приятно пить кислый стаут. В тёмном пиве, по моим наблюдениям, высокий pH способствует и сглаживанию вкуса жжёного солода – даже с 10-15% жжёных солодов в засыпи – вкус жжёнки менее резок, больше сглажен (впрочем превышать 10% в своих рецептах я не стану).
​

Примем следующие рекомендации:

• Для светлых стилей, которым необходима “игристость” (пилс, пилснер, вит и т.д.) pH рекомендуется выдерживать равным 5.2 – 5.3.
• В стилях с цветностью побольше – pH стоит выдерживать от 5.3 до 5.4.
• В тёмных стилях – pH стоит выдерживать 5.5 – 5.6.

И приступим к заполнению таблицы для рецепта ирландского стаута:

В поле Grains вбиваем наименования солодов/несоложеного сырья, входящего в засыпь. В поле Quantity (kg) – количество в килограммах, можно с дробями, можно без. Я задал только целую часть, а граммы перенёс в поле Quantity (g) – они суммируются при подсчёте поля Percentage of Grain Bill. В поле Grain Type – тип солода (Base (базовый), Crystal (карамельный/кристаллический), Roast (жжёный), Acid (кислый)). При несовпадении типа солода и его цвета в поле Color – последнее закрасится красным и высветится предупреждение. Стоит обратить внимание, что солода, выполненные с применением обжарки, но с низкой цветностью и не являющиеся карамельными/кристаллическими (например солода типа Château Arôme или Amber от Simpsons), следует указывать, как карамельные для правильного подсчёта.

Цвет солода выставляется в EBC или в Lovibond в зависимости от выбранной цветности в поле Malt Color Setting.
Вода, используемая для расчёта pH в зависимости от засыпи выбирается в поле Water used for Mash (Adjusted Water – подогнанная под профиль вода, Existing Water – исходная вода без изменений).

Также лист даёт информацию о весе засыпи (Total Grist Weight), гидромодулю (Water to Grist Ratio) – если заполнены соответствующие поля для воды на листе 4 и примерному цвету пива (Est. Beer Color) в EBC или SRM.
В поле Mash pH Result в графе Estimated Room-Temperature Mash pH (да-да, рекомендуется измерять pH жидкости при комнатной температуре, чтобы не повредить электрод прибора и измерять реальное значение) указан получившийся pH. Т.к. вода пока ещё не подогнана под профиль – то результат у меня плачевный.

pH затора вышел за рекомендуемые пределы далеко вниз, о чём высветилось предупреждение “More Mash Water Alkalinity is Needed”, что свидетельствует, что нам необходимо подкорректировать воду. При скорректированной воде, pH покажет адекватное значение

Придётся разбираться и заполнять лист 4.

Переходим к листу 4 – Water Adjustment. На даном листе и происходит основная магия, которую многие понимают как водоподготовку – т.е. расчёт солей для заторной и промывочной воды.

Подготовка воды происходит через задание желаемого профиля воды.

Под разное пиво подходят разные профили воды, разумеется. И, чаще всего, выбор профиля производится по родной местности выбранного стиля пива. Т.е. для дортмундского пива – дортмундская вода, для гозе – из Гозляра, для пива в бельгийском стиле – вода из определённого аббатства. Если же при прочтении каких-либо материалов в интернете по профилю воды, возникло желание создать свой профиль – в Bru’N’Water предусмотрено создание и пользовательского профиля в графе “User Custom”. В самом ПО Bru’N’Water доступно для выбора множество региональных профилей под разные задачи и стили.​

Сами листы профилей находятся внизу листа 4, в поле “Input Custom Water Profiles at the bottom of the Table Below”, поля с содержанием минералов в каждом свободно редактируются. Создание своего профиля я рассмотрю позже, после того, как рассмотрю использование основного инструментария.

Для ирландского стаута я выберу дублинский профиль в поле Desired Water Profile – в данном поле может быть выбран любой профиль, внесенный в таблицу профилей. В графе Existing Water Profile указывается содержание минералов в исходной воде:

При необходимости разбавления затора той или иной водой (доступны для выбора профили осмотической или дистилированной воды, вместо них можно поставить свой, в таблицу Dilution Water Profiles, расположенную в самом низу листа). В графе Percent Dilution Water указывается процент добавляемой воды для разбавления. Само разбавление полезно в ситуациях применения очень насыщенной минералами воды для корректировки состава под профиль, если тот или иной минерал превышает требуемые параметры, также при разбавлении изменяется pH.

Однако, разбавлять я ничего не намерен в моём случае, и перехожу к вводу количества воды.

В поле Total Water Additions, в графу Mash Water Volume (L) я введу кол-во своей заторной воды, которое у меня равно 27Л (меньше не позволяет конструкция заторно-варочного агрегата). В графу Sparge Water Volume (L) введу количество промывочной воды, которое для данного рецепта составляет Vпр=9+5,1 ~14.5 Л (добор до объёма на кип + потери на солод 1 л/кг зерна, всегда учитываю небольшой запас). В графу Total Batch Volume задам количество сусла, сливаемого в ферментёр – 25Л (используется для расчёта общего цвета пива на листе 3).

После чего, перейду непосредственно к расчёту добавок минералов.

NB!: Программа не рассчитывает добавки автоматически, поэтому придётся прибегнуть к некоторым ухищрениям.

Из минералов, представленных в самом ПО имеются следующие:

• Гипс (сульфат кальция двухводный) – добавляет кальций и сульфаты.
• Хлорид кальция безводный (расчёты ПО ведёт по безводному кальцию, при наличии водного или, скажем, 80% – можно положить минерал на час в духовку на 200 градусов, форма перейдёт в безводную).
• Соль Эпсома (сульфат магния семиводный) – обычно в семиводной форме и продаётся.
• Хлорид магния шестиводный – используется для добавки хлоридов и магния, встречается в рецептах крайне редко, но может быть вполне полезен.
• Соль поваренная (хлорид натрия) – добавляет хлориды и натрий. Стоит использовать самую обыкновенную каменную или морскую, не йодированную, и без наворотов вроде розовой – последняя ещё принесёт дополнительных минералов, а итоговый результат расчётов и так не слишком точный.
• Пищевая сода (бикарбонат натрия) – добавляет натрий и бикарбонаты, эффективно подщелачивает воду, но следует следить за содержанием натрия. Поскольку добавляется только в затор, то итоговое содержание будет несколько меньше, чем показывает бесплатная версия программы.
• Мел (Карбонат кальция) – вносит кальций и карбонаты в воду, которые ПО пересчитывает в бикарбонаты. Однако, следует помнить, что мел обладает ограниченной растворимостью в воде (50 мг/Л, потом растворимость снижается) и может полностью не раствориться, к тому же, добавление кислоты уменьшает количество добавленных бикарбонатов, последующая корректировка количества мела после добавления кислоты может привести к излишней минерализации воды, стоит действовать с осторожностью. ПО учитывает пониженную растворимость мела в расчётах, хоть и пишет, что мел должен вноситься предрастворённым в воде с углекислотой.
• Гашёная известь (гидроксид кальция) – вносит гидроксид и кальций в воду, ПО само пересчитывает гидроксид в бикарбонаты. Добавление кислоты уменьшает количество добавленных бикарбонатов, последующая корректировка количества извести после добавления кислоты может привести к излишней минерализации воды, стоит действовать с осторожностью. Известь сильно изменяет pH воды и рекомендуется к добавлению только в затор, после засыпи и после измерений pH. Хорошо применяется в тёмных стилях для корректировки pH при затирании.

Средства, повышающие щёлочность воды ( сода, мел, известь) рекомендуются к добавлению только в заторную воду, в промывочную воду их добавлять не рекомендуется, т.к. её pH не рекомендуется повышать, к тому же, мы и так подкисляем её.

Я использую не все соли, а только следующие:

• Сульфат кальция двухводный;
• Хлорид кальция безводный;
• Сульфат магния семиводный;
• Хлорид натрия;
• Карбонат кальция;
• Гидроксид кальция.

Пищевую соду не использую из-за неточности расчётов по натрию, и, как мне видится, она даёт мыльный вкус. Но это не значит, что не стоит её использовать в силу каких-то моих субъективных мнений.

О покупке хлорида магния задумываюсь, но на текущий момент ленюсь.

Поскольку, ПО автоматически соли не рассчитает, то в поле Water Additions придётся вводить всё вручную. Я поступаю следующим образом – сначала ввожу минералы, которых требуется положить меньше всего (т.е. от меньшего показателя содержания того или иного, например, магния всего 8 – сначала добавляю соль эпсома, довожу показатели по магнию и двигаюсь дальше, затем добавляю поваренную соль для выравнивания натрия и т.д., по изменившимся показателям перехожу уже к мелу при недоборе бикарбонатов, затем к гипсу и хлориду кальция, после чего корректирую по цифрам в поле Target Finished Water Adjustment). Поле Target Finished Water Adjustment – это те показатели, к которым следует стремиться, но не обязательно 0 в 0, можно и задавать чуть ниже/выше, если не выходит – сильной ошибки в этом нет. Сами минералы задаются в граммах на литр (!) (т.е. добавку можно начинать аж со значения 0.05-0.1 с таким же мелким шагом) в столбец Addition (gram/L) в соответствующую строку. В столбцах Total Mineral Additions в секторе Mash и Sparge будет указано, соотвественно, количество минералах в граммах, которое необходимо внести в заторную и промывочную воду. Кислота, соответственно, вводится в поле Acids в секторе Mash, количество кислоты на промывочную воду рассчитывается на листе 2, а отображается на листе 4 в секторе Sparge. Ввод минералов/кислот в относительных единицах позволяет масштабировать выведенный расчёт минералов на различный объём воды (если не брать в расчёт pH, там придётся подогнать).

Минералы мне удалось подобрать и я получил следующую картину:

Итоговый результат самого профиля я представил в предыдущем посте.

Но видно, что в расчётный pH в данном случае, я не попал. Это означает, что мне необходимо докинуть кислоты, но докинув кислоты я лишусь части бикарбонатов и придётся добавлять известь/соду дополнительно, что может привести к излишней минерализации. Поскольку, варка происходит не в сферическом вакууме, а в натурных условиях, где pH может отличаться от расчётного – корректировать минеральный состав и добавку кислоты я не стану, просто буду помнить, что кислоту следует держать наготове, поскольку расчёт меня предупредил. Чаще всего – pH при правильном выборе профиля воды находится в требуемом диапазоне и нуждается только в незначительной корректировке по ходу затирания.

И заключительный вопрос, который я рассмотрю на текущий момент – создание собственных профилей воды. Для примера, поставлю задачу построить профиль для IPA с сульфатно-хлоридным отношением SO4:Cl = 180:100, для выделения горечи, но не слишком сильного, и чтобы ещё и тело осталось, чувствовался солод.

Сульфат-хлоридное отношение как раз и определяет баланс между горечью/сухостью и телом, применяется не только в IPA, но и во всех иных прочих сортах при составлении профиля воды. В общем случае, если количество хлоридов превышает количество сульфатов – то пиво будет более солодовое, если наоборот – более горькое. Например (экспериментально мною замечено), для солодового пива SO4:Cl<1, для пива более горького – 1 – 1.1, для горького пива 1.2 – 1.8. Для очень горького – 2-3. И не стоит слишком сильно увеличивать минерализацию (т.е. вместо 100:50 делать 400:200), это даст гораздо меньший положительный эффект, чем полученный отрицательный от высокой минеральности воды.
​

Для данного профиля я использую не сильно минерализованный исходный профиль и стану подбирать остальные компоненты по показателям ионного баланса (равенство анионов и катионов) в таблице пользовательских профилей воды – не претендуя на точность, может нарушив некоторые соотношения/концентрации, но для образовательных целей данное упражнение вполне подойдет, а далее предлагаю немного поискать самостоятельно.

Поскольку пиво я планирую достаточно светлое, то для базового профиля вполне подойдёт профиль Yellow Full со следующими показателями:

• Кальций – 50 ppm
• Магний – 5 ppm
• Натрий – 5 ppm
• Сульфаты – 55 ppm
• Хлориды – 70 ppm
• Бикарбонаты – 0 ppm

В результате суммирования анионов и перевода в мг-экв/л получается, согласно ПО:

• Анионы – 3.1 мг-экв/л
• Катионы – 3.1 мг-экв/л

В профиле соблюдена электронейтральность, ионная сумма равна нулю, т.е. в реальности он существовать может и никаких законов не нарушает.

Эти данные скопируем в профиль “User Custom”

Теперь доведём концентрацию сульфатов до 180 ppm, а хлоридов до 100 ppm. Ионный баланс при этом резко изменился, концентрация катионов осталась той же (3.1 мг-экв/л), а концентрация анионов выросла (6.6 мг-экв/л, анионы мы и добавили), из-за этого профиль вышел перекошенным, закон электронейтральности не соблюден, использоваться профиль в такой композиции не может.

Поскольку мы будем увеличивать сульфаты – то предположим минералы, которые нам способны их дать – это соль Эпсома и/или гипс – т.е. должна увеличиться концентрация магния и/или кальция – с них и начнём. При этом, следует помнить, что превышать концентрацию магния более 30 ppm не рекомендуется, выставим 20. Кальций выставим в 70, натрий – в 10. При этом, концентрация ионов вырастет, но недостаточно для соблюдения баланса. Содержание магния достаточно высокое, изменять мы его более не будем, а увеличим содержание кальция (т.к. нам надо добрать хлориды, а сделать мы это можем или поваренной солью или хлоридом кальция, но увеличится и содержание натрия). Выставим второй итерацией кальций в 88, а натрий в 12 – возможно, потребовалось бы и больше итераций, но управились за две, поскольку ионный баланс сошёлся, концентрация анионов стала равной концентрации катионов, ячейки анионов и катионов для данной строки загорелись зелёным, профиль стал выглядеть следующим образом:

Проведём тестовый расчёт минералов для объёмов воды из предыдущих постов (27 заторной, 15 промывочной) для понимания минеральных добавок, чтобы уложиться в минералы, имеющиеся в инвентаре (а то может понадобиться, например, хлорид магния, а его в наличии нет). Расчёт проведу по осмотической воде в качестве изначальной. Действую по приведённой мною в предыдущих постах методике: сначала подбираю компонент, концентрация основных ионов которого требуется наименьше в итоговой воде. Натрия, например, мне нужно 12 ppm, а в осмотической воде содержится 8 ppm, надо добрать всего 4, их и доберу поваренной солью. Затем добавлю магния до 20 ppm солью Эпсома, после чего добавлю кальция и хлоридов добавлением хлорида кальция. Результат почти достигнут, но при достижении необходимого содержания хлоридов, была превышена концентрация кальция:

Разбираться с этим я буду, изменяя в профиле воды концентрацию веществ, которых у меня в избытке – т.е. бикарбонатов. Подставлю их в желаемый профиль в концентрации, которая имеется в исходной воде. При этом, ионный баланс изменится и потребуется менять ещё какую-либо величину. Кальция как раз в избытке, изменив его до 92 ppm – баланс сошёлся и профиль стал выглядеть следующим образом:

Проверяю результат в поле концентраций приведения профилей:

Расхождение в концентрациях составило 1 ppm, что меня на текущий момент вполне устраивает, можно было бы подбирать и к полному совпадению, но, как правило, такая точность легко нарушается при навесках минералов, поэтому оставлю как есть. Сбор профиля можно считать завершённым. pH не учитываю, т.к. на листе 3 всё ещё находится рецепт со жжёными солодами. Итог по минералам:

Автор публикации

не в сети 4 дня

MrDAnger

1 525

Комментарии: 49Публикации: 243Регистрация: 09-09-2020

Другие записи этого автора:

0

0

0

0

2

Другие записи этого автора:

Вкусовая лихорадка: развивайте свое чувс ...

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ДЕНЬ IPA в США ...

Александр Муравьев ...

Сбраживание пива под давлением. ...

Ржаной IPA. Сварите свое лучшее пиво. ...