Губит людей не пиво... Поговорим о воде

Я уже разбирал тут кучу всего — и дистилляцию, и ректификацию, и брожение, и ферменты. И вот что забавно: во всех этих статьях постоянно всплывает одно и то же вещество, но ему самому мы не уделили ни строчки. Вода. Та самая, которой в браге 80–90 %, в готовом напитке 40–60 %, и которую все считают чем-то вроде фона. Ну вода и вода, че там разбирать.

А разбирать есть что. Потому что вода — это не пустое место, в котором происходит все остальное. Это полноценный реагент, растворитель и источник ионов, и от ее состава напрямую зависит, как сработают ферменты, как себя почувствуют дрожжи и станет ли ваш прекрасный дистиллят мутным при разбавлении.

Собсно, об этом и поговорим.

Что такое вода с точки зрения химии

Начнем с базы, без нее дальше будет непонятно.

Вода — соединение водорода и кислорода, молекула которого имеет угловое строение (угол около 104,5°) и является диполем, то есть имеет несовпадающие центры положительного и отрицательного заряда.

Переводя с русского на русский: молекула воды похожа на маленький магнитик. Кислород тянет электроны на себя и становится «минусом», два водорода остаются «плюсами». И вот эти магнитики цепляются друг за друга водородными связями, образуя постоянно рвущуюся и заново собирающуюся сетку.

Тот самый угол в 104,5°, из-за которого все и работает

Из этой полярности растет главное свойство воды — она отлично растворяет все полярное и ионное (соли, сахара, кислоты, спирты) и плохо растворяет неполярное (жиры, эфирные масла, углеводороды). Запомните этот момент, к нему вернемся, когда будем разбирать помутнение при разбавлении.

Второе важное следствие: у воды аномально высокая теплоемкость и теплота парообразования. Чтобы испарить килограмм воды, нужно около 2260 кДж — больше, чем почти для любой другой распространенной жидкости. Именно поэтому перегонка так медленно идет и так много жрет энергии, и именно поэтому в кубе так сложно быстро поменять температуру.

Жесткость: что это и почему она мешает

Самый обсуждаемый параметр воды — жесткость.

Жесткость воды — совокупность свойств воды, обусловленных содержанием в ней растворенных солей щелочноземельных металлов, главным образом кальция и магния.

То есть жесткость — это про два иона: Ca²⁺ и Mg²⁺. Все. Ни хлор, ни железо, ни натрий к жесткости отношения не имеют, хотя их часто в кучу валят.

Жесткость делят на два вида, и это деление практическое, а не для красоты.

Карбонатная (временная) — та, что связана с гидрокарбонатами Ca(HCO₃)₂ и Mg(HCO₃)₂. Называется временной потому, что убирается банальным кипячением: гидрокарбонат распадается, карбонат кальция выпадает в осадок, и вы получаете тот самый накипный камень в чайнике.

Некарбонатная (постоянная) — сульфаты, хлориды, нитраты кальция и магния. Кипячением не убирается, нужны ионный обмен или обратный осмос.

Единицы измерения — отдельная головная боль, потому что в разных странах они разные.

Ориентиры по российской шкале: до 2 °Ж — мягкая, 2–7 °Ж — средняя, выше 7 °Ж — жесткая. Водопроводная вода в большинстве городов болтается в районе 3–6 °Ж, но бывает и 10, и 12.

Где жесткость помогает, а где вредит

И вот тут начинается то, ради чего статья. Жесткость — это не абсолютное зло. В одних процессах она нужна, в других категорически мешает.

Затирание зерна: кальций нужен.

Ионы Ca²⁺ стабилизируют α-амилазу — тот самый фермент, который разжижает крахмальную суспензию (подробнее про него в статье о ферментах). Без кальция бактериальная α-амилаза теряет термостабильность и дохнет раньше, чем успевает отработать. Плюс кальций слегка снижает pH затора, а нам как раз нужны 5,2–5,6.

Затирание зерна: карбонаты вредят.

Гидрокарбонат-ион работает как буфер и тянет pH вверх, к 6,5–7,0. А в щелочную сторону у нас уходит и активность ферментов, и вкус — вылезает грубая зерновая горечь, и вымываются нежелательные фенолы из шелухи. То есть идеальная вода для затора — это когда некарбонатная жесткость есть, а карбонатной нет. Именно поэтому пивовары так носятся с водоподготовкой.

Брожение: минералы нужны.

Дрожжам для нормальной работы необходимы магний (50–150 мг/л), цинк, калий, фосфор. Магний участвует в работе ферментов гликолиза, цинк критичен для алкогольдегидрогеназы. На совсем деминерализованной воде брожение идет вяло, с задержкой и повышенным выходом побочки. Поэтому брага на чистой дистиллированной воде — плохая идея: дрожжам там просто нечего есть, кроме сахара. Питание, конечно, спасет, но зачем усложнять себе жизнь на ровном месте.

Разбавление готового продукта: жесткость — враг.

Тут никаких компромиссов. Кальций и магний при снижении крепости охотно образуют нерастворимые соединения с органическими кислотами дистиллята, и вы получаете либо муть, либо белый осадок через неделю. Плюс жесткая вода дает во рту характерную «пустую» минеральность, которая забивает тонкую ароматику.

Контракция: почему объемы не складываются

А теперь мой любимый фокус, на котором горит примерно каждый второй начинающий.

Берем 52 мл спирта и 48 мл воды. Сколько получится? Сто миллилитров, логично же. А вот хрен там — получится примерно 96,3 мл. Куда делись почти четыре миллилитра?

Никуда не делись. Просто молекулы спирта и воды упаковались плотнее, чем были по отдельности: этанол встроился в водородную сетку воды, часть пустот схлопнулась. Явление называется контракцией объема, и оно сопровождается еще и выделением тепла — смесь ощутимо теплеет.

Математика не сломалась, сломалась ваша интуиция

Практический вывод один, но важный: объемы спирта и воды нельзя складывать и нельзя считать пропорцией. Все расчеты разведения ведутся либо по массе, либо по таблицам (у нас это таблицы Фертмана), либо по калькулятору, который эти таблицы внутри и использует.

И вторая практическая вещь из той же оперы: замерять крепость сразу после разведения бессмысленно. Смесь горячая, спиртомер врет, объем еще «садится». Дайте отстояться и остыть до 20 °C, и только потом меряйте.

Спирт в воду или воду в спирт?

Вечный спор, у которого есть однозначный ответ: лить спирт в воду. Причин две, обе физические.

Первая — тепло. Мы только что выяснили, что смешивание греет. Если лить воду в спирт тонкой струйкой, вода попадает в среду с очень высокой концентрацией этанола, локально разогревается сильнее, и на этом локальном перегреве часть летучей ароматики просто улетает. Когда мы льем спирт в воду, теплоемкая вода принимает удар на себя и растаскивает тепло по объему.

Вторая — помутнение. О нем сейчас подробно.

Почему мутнеет при разбавлении

Помните, я просил запомнить про полярность? Вот и пригодилось.

Эфирные масла, терпены, высшие спирты, жирные кислоты и их эфиры — все это неполярная органика. В крепком спирте она растворяется прекрасно. В воде — почти нет. И пока крепость высокая, все это спокойно живет в растворе и дает вашему дистилляту аромат.

А теперь мы начинаем разбавлять. Крепость падает, растворяющая способность среды падает вместе с ней, и в какой-то момент масла больше не могут оставаться в растворе. Они выделяются в виде мельчайших капель, которые рассеивают свет — и жидкость становится белесой, молочной.

Эффект уза (ouzo effect) — самопроизвольное образование стабильной микроэмульсии при разбавлении водой спиртового раствора, содержащего плохо растворимые в воде компоненты.

Для абсента это фича, для зерновой водки — брак

Порог у каждого продукта свой, но общий ориентир — муть начинает лезть при снижении ниже 45–50 % об., а массово проявляется в районе 38–42 %. Аккурат там, куда мы обычно и разбавляем.

Что с этим делать:

1.Лить спирт в воду, а не наоборот. В первом случае мы проходим опасную зону один раз и быстро, во втором — долго болтаемся в ней, пока доливаем.

2.Брать мягкую воду. Кальций и магний работают катализаторами коагуляции: с ними капли слипаются быстрее и охотнее.

3.Разбавлять в один прием, а не ступенями. Каждая ступень — еще один проход через зону выпадения.

4.Если помутнело — холодная фильтрация. Охлаждаем до минус 5–10 °C, масла окончательно выпадают, фильтруем. Но имейте в виду: вместе с мутью уйдет и часть аромата. Это ровно та технология, которой делают chill-filtered виски, и ровно за ее отсутствие ценят non-chill-filtered.

5.Не разбавлять слишком далеко. Иногда честнее оставить 45 % и наслаждаться, чем получить 40 % и муть.

Какая вода нужна на самом деле

Соберем все вышесказанное в практику.

А дистиллированная? Формально — идеально чистая, никакой мути не даст. По факту дает «плоский», пустой вкус, воспринимается как ватная. Мое личное мнение: для финального разведения лучше мягкая минеральная, чем дистиллированная, но тут уж дело вкуса — попробуйте оба варианта на одном и том же продукте и сравните.

Про хлор и железо отдельно

Два ингредиента водопроводной воды, которые портят все.

Хлор и хлорамины реагируют с фенольными соединениями сырья и дают хлорфенолы — соединения с порогом восприятия в единицы микрограммов на литр. Запах аптеки, пластыря, больницы. Убирается отстаиванием (свободный хлор), угольным фильтром (и хлор, и хлорамины) или витамином C. Кипячение помогает от хлора, но не от хлораминов.

Железо свыше 0,3 мг/л начинает давать металлический привкус, а при контакте с танинами — темные, почти черные помутнения (то, что в виноделии называют черным кассом). Убирается аэрацией с отстаиванием или специальными фильтрами.

Вместо заключения

Вода — это единственный компонент, который присутствует на всех без исключения этапах: в заторе, в браге, в кубе, в разведении. И единственный, который почти никто не проверяет.

Между тем, чтобы закрыть тему раз и навсегда, достаточно узнать три числа про свою воду: жесткость, pH и сухой остаток. Все три есть либо на этикетке бутилированной, либо в отчете водоканала за квартал, либо меряются копеечным набором тестов.

ВОДА — ЭТО ИНГРЕДИЕНТ, А НЕ ФОН

И, как обычно, не верьте никому на слово, включая меня. Возьмите один и тот же дистиллят, разведите двумя разными водами до одной крепости, дайте постоять неделю и попробуйте вслепую. Разница будет такая, что вы удивитесь. А если не будет — значит вам повезло с водопроводом, и это тоже полезное знание.