Вода для правильних напоїв

Сусь М.А.
Малецький З.В.

Успіхи українських виробників напоїв, як на внутрішньому, так і на зовнішньому ринку, свідчать про високу якість вітчизняних продуктів, яка неможлива без високоякісної сировини, у цьому випадку води. Журнал "Вода та водоочисні технології" спробував розібратися, якої якості має бути вода, якою судилося стати пивом, горілкою або солодким напоєм, а найголовніше – як цієї якості досягти.

Про державні нормативи якості води для напоїв

Читачі нашого журналу пам'ятають, що у липні 2010 р. на території України набув чинності новий документ, який регламентує якість питної води, призначеної для вживання людиною – ДСанПіН 2.2.417110. Цей документ змінив діючий протягом 28 років ГОСТ 287482. Новий нормативний документ посилив вимоги до ряду санітарно-токсикологічних показників: вмісту алюмінію, марганцю, свинцю, цинку, ртуті, кадмію, молібдену, миш'яку та ін. , срібла, та хлорвмісних речовин. Як справи з нормативними документами, що регламентують якість технологічної води для виробництва алкогольних напоїв, ми попросили розповісти завідувача відділу технології напоїв УкрНДІСпіртбіопрод к.т.н. Володимира Петровича Ковальчука.

Загальні вимоги до води для виробництва лікеро-горілчаних напоїв існують багато років і визначаються галузевими нормативними документами, що діють на даний момент. Наразі для підприємств галузі діє стандарт СОУ №15.91371237:2005 "Вода підготовлена для лікеро-горілчаного виробництва", розроблений нашим інститутом та затверджений Міністерством аграрної політики України у 2005 році. Цей галузевий стандарт включає вимоги до підготовленої води для приготування слабоалкогольних напоїв, горілок та лікеро-горілчаних напоїв зі спирту.

Відповідно до СОУ №15.91371237:2005, як сировина для отримання технологічної води використовується вода питна. Це означає, що вже вихідна вода має відповідати нормативним вимогам до питної. Вимоги ж до вмісту окремих компонентів у воді в результаті додаткової обробки, яку вона проходить перед використанням для приготування лікеро-горілчаної продукції (стадії пом'якшення, обробки на зворотноосмотичних мембранах, активованому вугіллі та ін.) є лише жорсткішими по відношенню до води питної навіть у порівняно з нині діючими нормами, що відображено у згаданому стандарті. Найближчим часом передбачається переглянути ці вимоги для коригування окремих положень.

Як повідомили нам у ЗАТ "УкрПиво", українські виробники пива та безалкогольних напоїв зобов'язані дотримуватися чинного ДСанПіН 2.2.417110 та дотримуватися норм галузевих стандартів – Технологічних інструкцій та ДСТУ.

Вода, що використовується для приготування соків та соковмісних напоїв, повинна відповідати вимогам наступних нормативних документів:

ДСанПін 2.2.4171 "Державні санітарні норми та правила. Гігієнічні вимоги до води питної, призначеної для споживання людиною"
Инструкция І 4.4.4.077 "Інструкція про порядок санітарно-технічного контролю консервів на виробничих підприємствах, оптових базах, в роздрібній торгівлі та на підприємствах громадського харчування"
ДСТУ 4283.2:2007 "Соки та сокові продукти"
ГН 6.6.1.1130 "Державні гігієнічні нормативи. Допустимі рівні вмісту радіонуклідів 137Cs та 90Sr у продуктах харчування та питній воді"

Таким чином, ґрунтуючись на ДСанПіН 2.2.417110 та спеціальному стандарті своєї галузі, виробники напоїв становлять власні технологічні регламенти виробництва. Ці документи є комерційною таємницею підприємства та не підлягають публікації. Тому "Вода та водоочисні технології", керуючись державними нормативами, здоровим глуздом та загальнохімічними уявленнями, пропонує свою версію спеціальних вимог до технологічної води для кожного виду напоїв.

Про вплив фізико-хімічного складу води на якість напоїв

Лікеро-горілчане виробництво

До води, що використовується в лікеро-горілчаному виробництві, пред'являються вкрай суворі вимоги, особливо до вмісту солей жорсткості (Ca2+ та Mg2+). Це пояснюється тим, що розчинність останніх у спиртових розчинах значно нижча, ніж у водних, і при змішуванні твердої води зі спиртом вони випадають в осад. Крім того, нерозчинні сполуки можуть утворюватися при взаємодії солей кальцію та магнію з пектиновими та дубильними речовинами фруктовоягідних настоїв.

Щоб уникнути осадоутворення, рекомендується підтримувати значення жорсткості води в межах 0,2–0,4 мгекв/л.

Досить сильно на якість кінцевого продукту впливає і загальна мінералізація вихідної води. Так, високий вміст натрію хлориду може надавати напою солонуватий присмак, сульфату натрію і магнію викликати гіркоту, а сульфату кальцію створювати відчуття терпкості. Для води, що містить високі концентрації солей міді та заліза, характерний металевий присмак. Не менш жорстко контролюються каламутність, кольоровість та вміст органічних домішок (окислюваність води). Якщо перші два показники негативно позначаються на зовнішньому вигляді продукту, то підвищена окислюваність може спричинити небажані присмаки та запахи.

Таким чином, вода для лікеро-горілчаного виробництва повинна бути м'якою, слабомінералізованою, прозорою, не мати кольору та запаху.

Історія питання

Історія горілки бере свій початок 800 року до нашої ери, коли арабські алхіміки вперше отримали спиртовий дистилят - "алька хуль". Саме так на зміну доби виноробства прийшла епоха міцних алкогольних напоїв.

Горілку в сучасному розумінні рецептури цього напою навчилися готувати чудські ченці в Росії. Як вихідну сировину вони використовували жито. Задовго до них виробництво горілки освоїли китайці та японці, які використовували для отримання браги рис та овочі. У Європі ж популярності набули інші міцні алкогольні напої – віскі, джин та коньяк.

Після кількох століть існування горілки, у ХІХ столітті її рецептура, нарешті, отримала наукове обгрунтування. Хрещеним батьком наукової ідеї про міцність горілки вважається Дмитро Іванович Менделєєв. У 1865 р. він захистив докторську дисертацію під назвою "Про з'єднання спирту з водою". Великий хімік зробив спробу розкрити взаємозв'язок між так званими "певними" і "невизначеними" сполуками, що утворюються між молекулами розчиненої речовини та розчинника. Однак, крім наукової новизни, в роботі Менделєєва був і практичний результат - заповітні 40 градусів, при яких розчин спирту у воді має найвищу однорідність і викликає максимальний ефект, що "зігріває" при вживанні.

Сьогодні дехто каже, що Менделєєв не мав жодного відношення до рецептури горілки, а займався суто науковими дослідженнями. Однак існує не заперечний доказ його причетності до виробничого виробництва – Дмитро Іванович очолював спеціальну комісію з вироблення рекомендацій щодо поліпшення горілки. Швидше за все, саме на цій посаді він успішно застосував результати своїх наукових досліджень.

Результати введення сухого закону та інших обмежень виробництва горілки показали, що цей напій у людини не відібрати. Куди краще взяти за правило вислів, що приписується тому ж таки Менделєєву: "У світі немає шкідливих речовин, у світі є шкідливі кількості".

Виробництво пива

Поряд з хмелем та солодом, вода є найважливішим компонентом, що впливає на смак та якість пива. Оскільки технологія приготування пива передбачає використання різних реагентів та добавок, до води для пивоваріння, на відміну від виробництва алкогольних та безалкогольних напоїв, висуваються менш жорсткі вимоги. У процесі виробництва пива вода використовується на стадії приготування солоду для замочування зерна та при затиранні солоду для отримання затору (суміш подрібненого солоду з водою). У першому випадку можна використовувати воду, що відповідає питній, проте для затору вона потребує додаткової підготовки.

Присутні у воді карбонати і особливо бікарбонати мають лужні властивості та негативно впливають на ферменти при затиранні солоду, перешкоджають осадженню білків, збільшують екстракцію небажаних речовин (силікатів, поліфенолів та танінів) та знижують стійкість сусла до інфекцій. Тому вода, що містить велику кількість вугільної кислоти, непридатна для пивоваріння. Що стосується жорсткості, то для виробництва пива її значення не повинно перевищувати 4 мгекв/л, причому, для світлих сортів потрібна м'якша вода, тому що хмелева гіркота в такій воді виходить приємною і швидко проходить. У твердій воді хміль дає грубішу гіркоту, характерну для темних сортів пива.

Пом'якшення води Nа-катіонуванням не рекомендується, оскільки оброблена вода міститиме хлорид і сульфат натрію, які зумовлюють її гірко-солоний смак. Значний вплив на якість мають іони кальцію, що взаємодіють з фосфатами, що сприяє збереженню іонів водню в суслі (тобто підвищенню кислотності сусла), а також флокуляції дріжджів, осадженню
білків та оксалатів, що викликають каламутність пива. Не менш важливою є наявність магнію, тому що він сприяє ферментації, але в той же час може надавати пиву кислий і гіркий присмак, тому його концентрація у воді не повинна перевищувати 20 мг/л.

Щоб підсумувати, сформулюємо 5 основних вимог щодо якості води для пивоваріння:

значення загальної жорсткості < 4 мг/л;
співвідношення кальцій/магній від 1/1 до 3/1
значення загальної лужності води в межах 0,5–1,5 мгекв/л
співвідношення сульфати/хлориди >1
вміст натрію < 100 мг/л
Мікробіологічна чистота.

Соки, нектари, морси, соковмісні напої

У разі приготування натуральних 100% соків роль води обмежується лише технічним застосуванням – для миття обладнання та тари, у виробництві пари та на господарсько-побутові потреби. Однак останнім часом соки все частіше готують із концентратів. Крім того, вода використовується для приготування нектарів, морсів та соковмісних напоїв, фруктова складова яких не перевищує 50%.

Сік, максимально наближений до натурального, може бути отриманий при розведенні концентрату тільки знесоленою водою, оскільки присутність солей жорсткості, хлоридів, сульфатів і лужність води негативно впливають на якість продукту, що готується.

Зокрема, лужність води підвищує рН напою, гідрокарбонати кальцію та магнію взаємодіють з пектиновими та дубильними речовинами концентратів, утворюючи комплексні сполуки та викликаючи помутніння напою. Сульфати та хлориди беруть участь у формуванні смаку напою. Загальна кількість розчинених солей не лише впливає на смак, а й може зумовлювати хімічну нестабільність, випадання осаду, зміну зовнішнього вигляду напою.

Основні вимоги до води для виробництва соків, нектарів, морсів: прозорість, відсутність запаху та кольору, низька мінералізація та мікробіологічна чистота.

Безалкогольні та слабоалкогольні напої

БАН вживають усі, а ось САН в основному популярні серед молоді. Як випливає з наведених визначень цих напоїв, головним і, найімовірніше, єдиним принциповим відмінністю з-поміж них є наявність спирту в САН.

Вода для цих напоїв має бути м'якою, щоб не випадав осад солей жорсткості, особливо для САН, що містять спирт. Крім того, належним чином слід контролювати лужність води.

У технологіях виробництва газованих напоїв великою проблемою є присутність у воді силікатів, взаємодія яких із вугільною кислотою призводить до утворення нерозчинних полікремневих кислот, що погіршує якість продукту.

В ідеальному випадку вода для САН і БАН повинна мати мінімальну кількість домішок, щоб уникнути можливості їх взаємодії з використовуваними добавками (консервантами, ароматизаторами, барвниками, стабілізаторами та ін.) і, як результат, погіршення якості напою.

Технології підготовки води для виробництва напоїв

Незважаючи на відмінності у вимогах до технологічної води у виробництві напоїв різних видів, сучасна схема водопідготовки є типовою та передбачає попереднє очищення вихідної води, демінералізацію методом зворотного осмосу та коригування мінерального складу очищеної води за рахунок дозування мінеральних сумішей або організації байпасу.

Вибір технології та апаратурного оформлення водопідготовки у виробництві напоїв залежить від типу джерела водопостачання та якості води у ньому, виду напою, а також продуктивності заводу чи цеху. Сучасна схема водопідготовки включає 4 основні стадії: механічне очищення, комплексне очищення або пом'якшення, очищення на активованому вугіллі та демінералізація методом зворотного осмосу. Така схема дозволяє отримувати очищену воду трьох типів – технічну для ополіскування тари, пом'якшену для виробництва напоїв та демінералізовану для виробництва напоїв з підвищеними вимогами до технологічної води. Залежно від потреб конкретного виробництва, ця схема може бути спрощена або доповнена спеціальним обладнанням.

Крім хімічного складу, важливо дотримуватись мікробіологічних нормативів якості технологічної води та попереджати розвиток мікроорганізмів у водоочисному обладнанні. Застосування завершальної стадії водопідготовки технології зворотного осмосу забезпечує мікробіологічну чистоту продукційної води. Однак це не гарантує відсутність мікроорганізмів у воді, яка може відбиратися перед системою мембранної демінералізації, та не впливає на санітарний стан обладнання підготовки. Ці проблеми вирішуються в кожному проекті індивідуально – вибираються точки введення та контролю агентів, що дезінфікують, а схема доповнюється дозуючим обладнанням і засобами контролю та вимірювання. Гарантією мікробіологічної чистоти продукційної води є застосування ультрафіолетового опромінення перед подачею в технологічний процес.

Для оцінки відповідності сучасних уявлень про водопідготовку у виробництві напоїв українським реаліям ми попросили провідні вітчизняні підприємства розповісти про технології, що використовуються. На наше запитання відповів Віктор Миколайович Салтанюк, керівник проектів з технології інжинірингового центру ПАТ "Оболонь", підприємства, яке багато років лідирує у виробництві пивобезалкогольної продукції в Україні.

– ПАТ "Оболонь" виготовляє широкий асортимент пиво без алкогольної продукції, у тому числі унікальні продукти групи "Живчик", що виготовляються на натуральній основі з яблучним соком, а також напої групи "ностальгія" та "Нова Кола".

Якість технологічної води, а також води, призначеної для миття обладнання, на підприємстві жорстко нормується за фізико-хімічними та мікробіологічними показниками. Технології водопідготовки на різних заводах, що належать ПАТ "Оболонь", відрізняються та залежать від якості вихідної води. Наприклад, у Хмельницькій, Кіровоградській та Вінницькій областях, де вода відрізняється підвищеною жорсткістю та окислюваністю, схеми водопідготовки включають стадію зворотного осмосу.

На головному підприємстві, розташованому в Києві, застосовується технологія пом'якшення води на слабокислотному катіоніті в Н-формі. Для забезпечення мікробіологічної чистоти продукційної води на підприємстві використовується попередня дезінфекція з подальшим кондиціюванням води у фільтрі з активованим вугіллям.

Апаратурне оформлення

Механічна очистка

Застосування на першій стадії водопідготовки механічних фільтрів попереджає засмічення комунікацій, забруднення матеріалів, що фільтрують, і вихід з ладу основного обладнання. З цією метою зазвичай використовуються механічні картриджні фільтри з рейтингом фільтрації 5 мкм або сітчасті фільтри самопромивні. Перші містять поліпропіленові фільтруючі елементи, які необхідно періодично змінювати, а другі сконструйовані таким чином, що промивання сітки, що фільтрує, може здійснюватися в автоматичному режимі.

Часто природна вода характеризується високою каламутністю, яку можуть обумовлювати зважені та колоїдні частинки діаметром менше 5 мкм. У такому випадку застосування картриджних або сітчастих фільтрів виявляється недостатнім. Необхідно включати у схему водопідготовки засипний механічний фільтр. Ці фільтри містять шар спеціального зернистого матеріалу, що фільтрує, наприклад, на основі діоксиду кремнію. Стадія попередньої підготовки води сучасних виробництв напоїв може також включати мембранний метод очищення – ультрафільтрацію, що з'явився порівняно недавно. Процес ультрафільтрації здійснюється на спеціальних пористих половолоконних мембранах. Ультрафільтраційні мембрани затримують переважну більшість нерозчинних та колоїдних домішок, а також великі молекули органічних речовин, бактерії та віруси. Тенденція розвитку технологій водопідготовки показує, що ультрафільтрація у найближчому майбутньому займе позицію основної технології попереднього очищення води.

Комплексне очищення або пом'якшення

Вода більшості українських джерел водопостачання містить домішки солей твердості, заліза та марганцю, а також органічні речовини. Іноді ці домішки можуть раптово з'являтися в періоди паводків або при профілактиці водопровідних систем.

Технології приготування напоїв не допускають використання твердої води. У свою чергу, присутність у воді органічних речовин, а також домішок заліза і марганцю здатна призвести до утворення непередбачених технологією хімічних сполук. При використанні неочищеної води підвищується ризик виникнення позаштатних ситуацій – утворення опадів, прискорення або інгібування бродіння та ін. Щоб уникнути цих проблем, застосовуються фільтри комплексного очищення або фільтри-пом'якшувачі.

Ультрафільтраційна система попередньої підготовки води

Фільтри комплексного очищення містять спеціальний фільтруючий матеріал ECOMIX. Фільтрування води через ECOMIX дозволяє знизити вміст солей жорсткості, домішок заліза та марганцю, органічних речовин та амонію. На відміну від традиційних багатоступінчастих технологій, фільтри ECOMIX регенеруються хімічно безпечним розчином натрію хлориду, не вимагають спеціального сервісу і великих приміщень, а стічні води, що утворюються після регенерації, можуть скидатися в каналізацію без додаткової обробки.

Фільтри-пом'якшувачі завантажуються іонообмінними смолами – сильнокислотними катіонітами у натрієвій або слабокислотними катіонітами у водневій формі, які видаляють з води катіони кальцію та магнію, натомість вивільняючи еквівалентну кількість іонів натрію або водню. Фільтри з сильнокислотними катіонітами дозволяють отримати глибоко пом'якшену воду, а зі слабокислотними - частково пом'якшену зі зниженою лужністю. Регенерація цих фільтрів здійснюється розчином натрію хлориду або кислоти. В результаті регенерації катіони кальцію та магнію переходять у промивний розчин, а смола насичується іонами натрію або водню.

Вода після комплексного очищення або пом'якшення може використовуватися для промивання тари та інших технічних потреб.

Очищення на активованому вугіллі

Застосування фільтрів з активованим вугіллям після стадії комплексного очищення або пом'якшення має дві мети – усунення залишкового вмісту хлору, який може використовуватися для знезараження води, та видалення низькомолекулярних органічних домішок. Докладніше про активоване вугілля та адсорбційні процеси читайте на сторінках 16–20 цього номера журналу.

Вода, після фільтрації через шар активованого вугілля, по-перше, безпечна для мембрани зворотного осмосу, а по-друге, має хороші органолептичні властивості і відповідає вимогам до якості технологічної, що пред'являються рядом технологій, наприклад, виробництва без або слабоалкогольних напоїв.

Демінералізація методом зворотного осмосу

Ця стадія завершує технологічний ланцюжок водопідготовки та забезпечує відповідність складу очищеної води санітарно-хімічним та мікробіологічним нормативам. Основним елементом системи зворотного осмосу є мембрана. Назад осмотична мембрана напівпроникна, тому в процесі очищення крізь неї проходять тільки молекули води - пермеат, а більшість розчинених домішок видаляються із системи разом з другим потоком - концентратом. Концентрат зворотного осмосу може використовуватися на виробництві як технічна вода – для охолодження в теплообмінниках, в пральних та для прибирання території.

Промислова система зворотного осмосу

Метод зворотного осмосу видаляє з води близько 99% розчинених домішок, проте це завжди задовольняє вимоги до води для напоїв. У цих випадках передбачають дозування мінеральних компонентів або байпас води з попередньої стадії для коригування мінерального складу кінцевої води.

Очищена та скоригована за мінеральним складом вода збирається у спеціальних баках-збірниках, звідки через систему ультрафіолетового знезараження подається до технологічної лінії.

Розглянута схема водопідготовки тієї чи іншої конфігурації працює на більшості українських виробництв напоїв, забезпечуючи найвищу якість вітчизняних продуктів та їхню конкурентоспроможність на внутрішньому та зовнішньому ринках. Слід зазначити, що багато із систем виконані та обслуговуються вітчизняними компаніями, такими як НВО "Екософт", ВКФ "Екотех", ПП "Термодистиляція", ТОВ "Антріс", ТВО "Ариста" та іншими. Якість очищеної води визначається як конфігурацією водопідготовки, а й матеріалами, що використовуються. Все водоочисне обладнання та трубопроводи повинні бути інертні щодо середовищ, з якими вони контактують, а також допущені до застосування в харчових технологіях. За аналогією, харчового класу повинні бути: мембрани, всі фільтруючі завантаження – пісок, іонообмінні смоли, активоване вугілля, та реагенти-біоциди, антискаланти та регенераційні розчини.

Фільтруючі завантаження харчового класу відрізняються від стандартних високою чистотою, стабільністю та механічною міцністю. Вони також не повинні погіршувати органолептичні властивості води, що очищається. Висока якість витратних матеріалів та реагентів безпосередньо залежить від вихідної сировини, технології виробництва та системи контролю якості. Саме тому по-справжньому гарантувати якість матеріалу можуть лише великі виробники, сумлінність яких пройшла перевірку часом.

Правильно очищена вода – це не лише гарантія відсутності проблем у виробництві напоїв, а й найсуттєвіший внесок у якість продукції.