糖化用酸:乳酸、磷酸与 pH 的计算
该往醪液里加多少酸,才能把 pH 降到所需。
如果水偏碱而麦芽很浅,醪液 pH 就会高于所需,随之而来的一切都会改变:酶的活性、浸出率、风味和啤酒的稳定性。把 pH 降下来最快的办法是用酸。计算器按 Kolbach 算出你所用水的残余碱度,与麦芽汁颜色对应的推荐区间比较,并说明该加入多少毫升乳酸或磷酸、会随之带入哪种离子,以及 pH 大约会下降多少。
计算器
毫克/升
留空则取该颜色推荐区间的上限。
填写糖化用水的体积、麦芽汁颜色和水中的离子,然后点击“计算”。
为什么要给醪液加酸
糖化酶只在很窄的酸度区间内工作。淀粉酶在 pH 约 5.2–5.6 时分解淀粉最好;数值更高时浸出率下降,风味也跟着受损:啤酒显得平淡,泡沫保持更差,氧化更快。多数风格的目标是糖化开始后十到十五分钟测得醪液 pH 在 5.2 到 5.6 之间。
醪液 pH 由两股力量合成:麦芽的酸度和水的碱度。浅色麦芽酸性弱,深色和烘烤麦芽酸性强,所以深色啤酒即使在碱性水里也常常「自己」落进区间。而皮尔森或浅色艾尔,用残余碱度高的水、不加酸是做不出来的。
可以给醪液水加酸,也可以给醪液本身加酸,或者两者都加。在投料前把酸加进醪液水,它能分布得更均匀,不会聚在一处紧挨着麦芽。家酿最方便的做法是把酸量进水、搅匀,然后才投麦芽。
按 Kolbach 的残余碱度
关键量是残余碱度。它表示在计入钙和镁的酸化作用之后还剩多少碱度。这个公式是经验公式,由 Paul Kolbach 在三十年代推出,至今仍是酿造业的标准:它对普通水预测得不错,除了水质分析不需要别的。
把所有量换算成毫当量更方便:1 毫当量/升的碱度等于 50 毫克/升的碳酸钙 CaCO₃。这样同一套语言既适用于碱度,也适用于酸:一个毫当量的碱度由一个毫当量的酸中和。
推荐区间取决于麦芽汁的颜色。对很浅的啤酒,它接近零甚至略为负值;琥珀色允许小的正值;深色和黑色则明显更高。如果残余碱度落在区间内,就完全不需要酸:pH 由麦芽来定。
RA = 碱度 − (Ca / 3.5 + Mg / 7),毫克/升 CaCO₃ 对碳酸氢盐,碱度 ≈ HCO₃ · 0.82 RA_毫当量/升 = RA_毫克/升 / 50
酸及其强度
每种酸都有自己的浓度和密度,所以「一毫升酸」并不是固定的量。用每毫升的毫当量来算更方便:后端自己把百分比和密度换算成毫当量/毫升,计算器同时显示体积和它的当量。下面是卖给酿酒者的溶液的参考值。
乳酸在发酵中有一部分会变成乳酸根——它本就存在于啤酒中,少量有益,但接近 400 毫克/升时会尝出酸乳味。磷酸不会带来乳酸根,却会带入磷酸盐:酵母需要它,但过量同样不好。磷酸明显比乳酸强,浓缩状态下更刺激,所以家酿常用百分之十的。
酸对啤酒风味的影响有两面:它降低 pH,苦味和清爽感的感受也随之改变。加酸过量的醪液会带来尖锐、发涩的余味,所以宁可少加也不要多加,并且始终用仪器测 pH。
MEQ_酸 = ρ · C / M 其中 ρ 为溶液密度,克/毫升;C 为酸的质量分数;M 为当量摩尔质量,克/摩尔(乳酸 90.08;磷酸 98.00)
| 酸 | 强度及带入什么 |
|---|---|
| 乳酸,88 % | ≈ 11.7 毫当量/毫升;带入乳酸根 |
| 乳酸,80 % | ≈ 10.7 毫当量/毫升;带入乳酸根 |
| 磷酸,85 % | ≈ 14.6 毫当量/毫升;带入磷酸盐 |
| 磷酸,10 % | ≈ 1.1 毫当量/毫升;带入磷酸盐 |
需要多少酸
计算器先算多余的碱度:从残余碱度里减去目标。如果没给目标,就取麦芽汁颜色对应的推荐区间上限——这是合理的折中,酒做得出来,风格特点又不丢。如果没有多余的碱度,就不需要酸,计算器会直接说明。
接着把碱度的量换算成整个体积的毫当量,再除以酸的强度。答案就是毫升数。这是按标称组成的模型计算:它既不知道具体麦芽配方的缓冲能力,也不知道一部分酸会与水中盐类结合。
另外单独计算随之带入的离子。啤酒中的乳酸根通常不多,味觉阈值约为 400 毫克/升;接近它时计算器会给出警告。磷酸盐按风味计要少得多,但磷酸对 pH 的移动更强,所以用它更容易出错。
n = RA_多余 (毫当量/升) · V (升) V_酸 = n / MEQ_酸, 毫升 C_伴随离子 = n · M_离子 / V, 毫克/升
pH 降幅只是估计
醪液的缓冲能力表示要让 pH 移动一个单位需要多少酸。它在很大范围内变化——大约从 8 到 25 毫当量/(升·pH),并取决于麦芽配方:深色和焦糖麦芽缓冲更强,浅色更弱,水料比和粉碎度也有影响。所以对「pH 会降多少」诚实的回答是一个区间,而不是一个数。
区间的下界对应缓冲弱的浅色配方,上界对应深色和焦糖配方。如果算出的降幅很大而配方又是浅色的,pH 可能低于目标:更稳妥的做法是先加入算好的一半酸,搅匀,等十分钟测 pH,再按结果补上剩下的。
pH 要用仪器测,而不是由水推算。麦芽的酸度和缓冲能力、温度、水料比甚至粉碎度对它的影响都比水的成分更大,没有配方模型的公式都抓不住这些。计算器给的是一个合理的起点——仅此而已。
ΔpH ≈ n / (B · V) 其中 n 为加入的酸度,毫当量;B 为醪液缓冲能力,8…25 毫当量/(升·pH);V 为醪液体积,升
计算器不做什么
- 不能代替 pH 计:没有麦芽配方的任何 pH 估计都是近似的,而 pH 应在投料后十到十五分钟在醪液里测量。
- 不按口味挑选酸:它降低 pH,但加酸过量和不加一样糟。
- 不考虑具体配方的缓冲能力:区间 8…25 毫当量/(升·pH) 是合理范围的边界,而不是对你配方的计算。
- 不考虑一部分酸会与水中盐类结合,也不考虑碳酸盐在煮沸时会沉淀。
- 不建议在计算之外往洗糟水里加酸:pH 高于 6 的洗糟会从麦芽中洗出单宁,但这里不计算洗糟水自身的缓冲能力。
- 不能代替水质分析:自来水公司报告里的碳酸氢盐是平均值,而反渗透的成分会随时间变化。