Überprüfung der Wasserqualität beim Bierbrauen
Die Qualität des Brauwassers beeinflusst die Enzym Aktivität in der Maische, die Löslichkeit von Mineralien, den Geschmack und die Qualität des Biers und den Zustand der Brauereiausrüstung. Unter Geschmack des Bieres zu erreichen und die Sauberkeit der Ausrüstung nach dem Reinigungsprozess, muss die Wasserqualität in den verschiedenen verschiedenen Phasen des Brauprozesses mit zuverlässigen und genauen Instrumenten durchgeführt werden. Mit den Vorteilen von weniger wartungsarmen Design, dem geringen Bedarf an Proben, und dem problemlosen Betrieb, sind die HORIBA LAQUAtwin Taschenmessgeräte und LAQUA Messgeräte für gelösten Sauerstoff (DO) Handmessgeräte und Elektroden werden empfohlen für private und gewerbliche Bierbrauer.
Einführung
Bier ist eines der am meisten konsumierten alkoholischen Getränke und das drittbeliebteste Getränk der Welt (nach Wasser und Tee). Es ist zu einem Teil der Kultur vieler Nationen geworden und wird oft mit gesellschaftlichen Traditionen wie Festen und Spielen in Verbindung gebracht.
Brauen ist der Prozess der Bierherstellung. Die vier Hauptzutaten von Bier sind Getreidekörner (z.B. Gerstenmalz, Weizen, Mais, Reis) als Stärkequelle, Wasser, Aromastoffe (z.B. Hopfen, Obst, Kräuter) und Hefe. Gerstenmalz und Hopfen sind die am häufigsten verwendeten Getreidesorten bzw. Aromastoffe. Beim Bierbrauen wird die Stärkequelle mit Wasser vermischt und in eine zuckerhaltige Flüssigkeit namens Würze umgewandelt. Die Würze wird anschließend durch Gärung mit Hilfe von Hefe in das alkoholische Getränk umgewandelt.
Da Bier hauptsächlich aus Wasser besteht, kann die Zusammensetzung des Brauwassers die Qualität des Biers beeinflussen. Das Brauwasser sollte sauber und geruchsneutral sein. Das Wasser kann aus zwei Quellen stammen: Oberflächenwasser und Grundwasser. Ersteres hat einen niedrigen Gehalt an gelösten Mineralien, aber einen höheren Gehalt an organischen Stoffen, während letzteres im Allgemeinen einen höheren Gehalt an gelösten Mineralien und einen niedrigeren Gehalt an organischen Stoffen aufweist.2 Um die mineralische Zusammensetzung des Wassers zu bestimmen, können Bierbrauer Berichte von örtlichen Wasserwerken anfordern, Wasserproben an Labors schicken oder die Tests mit geeigneten Geräten selbst durchführen. Die gängigen Testparameter werden im Folgenden erläutert. Anhand der Ergebnisse können die Brauer die notwendigen Wasseranpassungen vornehmen, um ein großartiges Bier zu brauen.
Da die Überprüfung der Wasserqualität beim Bierbrauen ein entscheidender Schritt ist, um einen außergewöhnlichen Geschmack und eine hervorragende Qualität des Bieres zu erreichen, werden die HORIBA LAQUAtwin Taschenmessgeräte und LAQUA Handmessgeräte für gelösten Sauerstoff (DO) und Elektroden für gelösten Sauerstoff (DO) für Bierbrauer empfohlen. Die LAQUAtwin Taschenmessgeräte sind nicht nur einfach und leicht zu bedienen, sondern verfügen auch über einzigartige flache Sensoren, die in nur wenigen Sekunden eine Probe von nur 0,05 ml messen können. Die LAQUA DO Handmessgeräte werden zusammen mit DO-Elektroden, die über innovative austauschbare DO-Spitzen und einen eingebauten Temperatursensor verfügen, in einer Tragetasche für Routinemessungen im Feld geliefert.
Wasserhärte
Wasserhärte ist definiert als die Menge an gelöstem Kalzium und Magnesium im Wasser. Kalzium ist das Hauption, das die Wasserhärte bestimmt. Es kann die Pufferkapazität der Malzphosphate überwinden, den pH-Wert der Maische auf einen akzeptablen Bereich3 senken und die Klarheit, den Geschmack und die Stabilität des fertigen Bieres fördern. 2 Die ideale Kalziumkonzentration im Brauwasser liegt zwischen 50 und 150 ppm.3 Kalziumsulfat (CaSO4), auch bekannt als Gips, oder Kalziumchlorid (CaCl2) können hinzugefügt werden, um die Menge an Kalziumionen im Wasser zu erhöhen. Magnesium trägt ebenfalls zur Wasserhärte bei und beeinflusst daher den pH-Wert der Maische, allerdings in geringerem Maße als Kalzium.2
Alkalinität
Die Alkalinität ist die Fähigkeit des Wassers, Änderungen des pH-Werts zu widerstehen, die das Wasser saurer machen würden. Sie ist ein Maß für die Konzentration aller im Wasser gelösten alkalischen Substanzen wie Karbonate und Bikarbonate, die den pH-Wert im Wasser puffern, indem sie Säuren neutralisieren.
Die Kalziumkonzentration muss durch niedrige Karbonat-Bikarbonat-Werte ausgeglichen werden, da diese eine gegenläufige Wirkung auf Kalzium haben. Diese Ionen sollten auf weniger als 50 ppm gehalten werden. Bikarbonate sind starke alkalische Puffer und können den pH-Wert der Maische auf ein inakzeptables Niveau anheben, wenn sie in großen Mengen vorhanden sind.3
pH
Der pH-Wert ist in verschiedenen Stadien des Bierbrauens wichtig: Maische, Würze und fertiges Bier. Die meisten städtischen Wasserquellen sind leicht alkalisch. Wenn Wasser in einem Maischebottich mit Getreide vermischt wird, sinkt der pH-Wert des Gemischs, der so genannten Maische, im Vergleich zum pH-Wert von Wasser allein. Die mineralische Zusammensetzung (d.h. Kalzium, Magnesium, Karbonate und Bikarbonat) des Wassers und der natürliche Säuerungsprozess beim Einmaischen des gemälzten Getreides bestimmen den pH-Wert der Maische. Der ideale pH-Wert der Maische liegt zwischen 5,2 und 5,5, wobei das untere Ende (5,2) bevorzugt wird, um die Enzymaktivität zu verbessern, die zu einer optimalen Umwandlung der Stärke in flüssigen Zucker, die Würze, führt.4 Nach dem Maischen wird die Würze abgelassen und die Körner werden gewaschen. Dieser Vorgang wird Durchlüften genannt. Mit fortschreitendem Durchlüften steigt der pH-Wert der Würze, die aus der Maische abläuft, an. Der pH-Wert der ablaufenden Würze sollte unter 6 liegen, da ein höherer pH-Wert Tannine, Silikate und andere Verbindungen aus dem Getreide extrahiert, was zu adstringierenden Aromen und trübem Bier führt.3
Die aufgefangene Würze wird zum Kochen in einen Kessel umgefüllt. Während des Kochens wird weiterhin Kalziumphosphat ausgefällt (solange noch Kalzium vorhanden ist) und der pH-Wert sinkt, genau wie beim Maischen. Nach dem Kochen sollte der pH-Wert der Würze zwischen 5,0 und 5,2 liegen. Dieser pH-Bereich trägt dazu bei, den besten Charakter aus dem Hopfen zu extrahieren, die Menge des gebildeten Hopfenbruchs zu maximieren und die Farbaufnahme auf ein Minimum zu beschränken. Eine weitere wichtige Funktion des Kochens ist die Koagulation des heißen Bruchs. Der optimale pH-Wert für die Bruchbildung liegt bei 5,2. Wenn beim frühen Kochen große, fluffige Bruchstücke in der Würze vorhanden sind, ist dies eine Bestätigung dafür, dass der pH-Wert im richtigen Bereich liegt.5 Heißer Bruch muss entfernt werden, damit die heiße Würze klar sein kann.
Wenn der Würze Hefe zugesetzt wird, beginnt die Gärung—Zucker verwandelt sich in Alkohol und Kohlendioxid. Während der Gärung sinkt der pH-Wert weiter, da die Hefe Ammoniumionen (stark basisch) aufnimmt und organische Säuren (einschließlich Milchsäure) ausscheidet. Der gewählte Hefestamm kann den endgültigen pH-Wert des Bieres beeinflussen—die meisten Lagerbiere = pH 4,2 – 4,6, einige Ales = pH 3,8, Sauerbiere = um pH 3,0. Ein optimaler pH-Wert von weniger als 4,4 begünstigt eine schnellere Reifung des Bieres, eine bessere Klarheit des Bieres, eine bessere biologische Stabilität und einen feineren Biergeschmack.5
Natrium
Natrium ist ein wünschenswertes Ion im Bier, um die Komplexität des Endprodukts zu verbessern. Der Bereich liegt bei 0-150 ppm Na+.Professionelle Brauer verwenden einfache Reinigungsverfahren oder Clean-in-Place (CIP)-Techniken, um die regelmäßige Reinigung effizient und effektiv zu gestalten. Beim CIP-Verfahren wird ein Reinigungs- oder Desinfektionsmittel durch eine Sprühkugel in einem geschlossenen Gerät zirkuliert. Die Brauer reinigen jedes Mal, wenn die Würze oder das Bier aus einem Behälter abgefüllt wird. Die Kessel müssen zum Beispiel gereinigt werden, nachdem die Würze gekocht und durch den Wärmetauscher in den Fermenter geleitet wurde. Reinigungsmittel mit Natriumhydroxid (allgemein bekannt als Ätznatron) als Wirkstoff werden in Brauereien bei weitem am häufigsten verwendet.10 Natriumrückstände in der Ausrüstung nach dem Reinigungsprozess / CIP können mit einem ionenselektiven Sensor und Messgerät überprüft werden.
Gesamtgehalt an gelösten Stoffen (TDS)
Brauwasser aus kommunalen Wasserquellen kann insgesamt gelöste Feststoffe (TDS) wie Mineralien, Salze und organische Stoffe enthalten. Der TDS-Wert ist ein Indikator für die Wasserqualität und, wie bereits erwähnt, beeinflusst die mineralische Zusammensetzung des Wassers den pH-Wert der Maische im Brauprozess. Der empfohlene TDS-Gehalt im Wasser liegt bei 500 ppm.6 Der TDS-Gehalt im Wasser kann mit einem TDS-Messgerät abgeschätzt werden, das die Leitfähigkeit der Lösung misst und sie mit einem Faktor in TDS umrechnet. Obwohl der TDS-Wert nicht die genaue mineralische Zusammensetzung des Wassers angibt, kann er zur Überwachung von Veränderungen im Wasser verwendet werden.
Elektrische Leitfähigkeit (EC)
Die elektrische Leitfähigkeit (EC), oft einfach als Leitfähigkeit bezeichnet, ist ein Maß für die Fähigkeit einer wässrigen Lösung, einen elektrischen Strom zu leiten. Reines Wasser hat keine Leitfähigkeit (der Wert ist nicht Null, sondern sehr niedrig), da es keine gelösten Ionen enthält. Je mehr Ionen in der Lösung sind, desto höher ist der Leitfähigkeitswert. Die Messung der Leitfähigkeit des Ausgangswassers beim Bierbrauen gibt Aufschluss über die Reinheit des Wassers und bildet die Grundlage, bevor der Brauer Anpassungen wie die Zugabe von Mineralien vornehmen kann.
Gelöster Sauerstoff (DO)
Nach dem Kochen in der Pfanne ist die gehopfte Würze frei von Sauerstoff. Sie wird vor der Sauerstoffanreicherung zur besseren Sauerstoffaufnahme schnell auf unter 80 °F (27 °C) abgekühlt. Die benötigte Menge an gelöstem Sauerstoff hängt vom Hefestamm und dem Stammwürzegehalt der Würze ab. Traditionelle Ale- und Lagerwürzen wurden in der Regel nicht über 1045 (12°) geerntet und benötigten 6 bis 8 ppm gelösten Sauerstoff. Beim High-Gravity-Brauen ist die Stammwürze auf bis zu 1080 (20°;P) angestiegen und erfordert einen Gehalt an gelöstem Sauerstoff in der Würze von 16 ppm oder mehr.7 Moderne Hefestämme können bis zu 20ppm DO benötigen. Nach der Sauerstoffanreicherung wird die Hefe in die Würze gegeben. Die Hefe braucht Sauerstoff, um gesund zu werden und sich zu vermehren, bevor sie die Würze zu Bier vergärt. Sauerstoff ist notwendig, um ungesättigte Fettsäuren und Sterole für die Zellwände der Hefe zu produzieren. Eine starke Zellwand erhöht die Alkoholtoleranz der Hefe. Gesunde Hefe verwandelt die Würze in Alkohol und Kohlendioxid, ohne dabei Fehlaromen oder -gerüche zu erzeugen.8 Sobald die Gärung abgeschlossen ist, ist das Bier frei von Sauerstoff und muss vor Sauerstoffeinwirkung geschützt werden, um Oxidation und Geruchsbildung zu verhindern. Es ist fast unmöglich, während des Transfers und der Verpackung (Abfüllung und Konservierung) keinen Sauerstoff einzubringen, aber die Menge sollte nicht ausreichen, damit die gesunde Hefe wachsen kann.7 Die Brauer sollten in der Lage sein, weniger als 50 ppb (0,05ppm) Gesamtsauerstoff in der Verpackung zu erreichen.
Kalium
Malz enthält zwischen 4-6 g/kg Kalium, wovon der größte Teil beim Maischen gelöst wird; im Bier liegt die Kaliumkonzentration zwischen 300 – 500 ppm (mg/L). Über 500 ppm kann das Bier salzig sein. Kalium hat eine rein salzige Wirkung. Das Kalium-Kalzium-Verhältnis beeinflusst die Ausflockung der Hefen.9
Referenz
1. Beer – Wikipedia (Accessed on 27 May 2019 at https://en.wikipedia.org/wiki/Beer
2. Brewing Water (Accessed on 27 May 2019 at beerandbrewing.com/brewing-water/)
3. The Power of pH (Accessed on 27 May 2019 at byo.com/article/the-power-of-ph/)
4. Mash pH and Why It Matters for All Grain Beer Brewing (Accessed on 27 May 2019 at beersmith.com/blog/2015/05/07/mash-ph-and-why-it-matters-for-all-grain-beer-brewing/)
5.The Principles of pH (Accessed on 27 May 2019 at byo.com/article/the-principles-of-ph/)
6. Reading a Water Report (Accessed on 27 May 2019 at howtobrew.com/book/section-3/understanding-the-mash-ph/reading-a-water-report)
7. The Role of Oxygen in Brewing (Accessed on 27 May 2019 at http://www.ibdlearningzone.org.uk/article/show/pdf/494/)
8. Aeration Basics (Accessed on 27 May 2019 at https://www.morebeer.com/articles/Wort_Oxygenation_Aeration)
9. Handbook of Homebrewing by William Hardwick, page 142.
10. The Dirt on Brewery Cleaning (Accessed on 27 May 2019 at www.morebeer.com/articles/Brewery_Cleaning)
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