Die Macht des pH-Werts

Der pH-Wert in Ihrer Maische, Würze und Ihrem Bier beeinflusst Prozesse von der Enzymfunktion über die Hopfenextraktion bis hin zur Vitalität der Hefe. Das Verständnis des pH-Werts hilft Ihnen, den pH-Wert für ein wohlschmeckendes Bier zu manipulieren.

Aber obwohl der pH-Wert wichtig ist, kann der Versuch, ihn zu verstehen, eine verwirrende Angelegenheit sein. Ihr Heimbrau-Laden führt pH-Teststreifen und wahrscheinlich auch teurere und aufwändigere pH-Meter. Die Leute reden über den pH-Wert des Wassers, der Maische und der Würze. Aber was ist der pH-Wert, was ist daran wichtig und was müssen Sie als Heimbrauer wirklich über den pH-Wert wissen?

Was es ist

Der Begriff pH-Wert drückt den Grad der Azidität oder Alkalität einer Lösung aus, wobei “p” der negative Logarithmus von “H”, der Wasserstoffkonzentration ist (pH = -log). Die Höhe des pH-Wertes wird auf einer Skala von 1 bis 14 gemessen, wobei 7 neutral, unter 7 sauer und über 7 alkalisch (auch basisch genannt) ist. Da die Skala den Exponenten von 10 in der logarithmischen Skala verwendet, ist eine Lösung mit einem pH-Wert von 5 beispielsweise 10-mal saurer als eine Lösung mit einem pH-Wert von 6 und 100-mal saurer als eine Lösung mit einem pH-Wert von 7.

Abgesehen von den technischen Definitionen, was bedeutet der pH-Wert im praktischen Sinne für den Heimbrauer? Der pH-Wert der Maische beeinflusst die Aktivität der Enzyme und ist entscheidend für die Amylasen (eine Enzymfamilie), die für die Verzuckerung (Umwandlung von Malzstärke in vergärbare Zucker, insbesondere Maltose) und Verflüssigung verantwortlich sind. Verschiedene Enzyme, die in der Maische benötigt werden, funktionieren bei unterschiedlichen optimalen pH-Werten, aber ein gutes Mittelmaß wird zwischen pH 5,2 und 5,5 erreicht. Das bedeutet gesunde Hefe, die auch bei einem pH-Wert von etwa 5,5 gut funktioniert. Wenn die Hefe die Würze fermentiert, sinkt der pH-Wert und schafft eine immer unwirtlichere Umgebung für Bakterien. Das Erreichen des richtigen pH-Wertes in der Maische beeinflusst auch die Hopfenextraktionsrate beim Kochen, erleichtert die richtige Proteinausfällung, die Klärung der Würze und die Farbaufnahme und beeinflusst letztendlich den Geschmack des Bieres.

Wie der pH-Wert beim Brauen funktioniert

Bevor man den pH-Wert manipuliert, um optimale Werte in der Maische und Würze zu erreichen, ist es ratsam, einige grundlegende Prinzipien der Chemie und Biologie zu überprüfen. Eine fundamentale Eigenschaft biologischer Systeme ist ihre Fähigkeit, die Homöostase (das Gleichbleiben) aufrechtzuerhalten. Obwohl Systeme ständig Stoffe mit ihrer Umgebung austauschen, halten sie eine relativ stabile interne Umgebung aufrecht. Die Aufrechterhaltung eines stabilen pH-Wertes und der Widerstand gegen plötzliche Änderungen des pH-Wertes ist ein Beispiel für diese Eigenschaft. Wenn es um den pH-Wert geht, erhalten Systeme diese Stabilität durch die Verwendung von “Puffern” aufrecht. Aufgrund der Pufferung im menschlichen Körper können wir zum Beispiel Bier trinken, das einen pH-Wert von 4 bis 4,5 hat, während unser Blut einen extrem konstanten pH-Wert von etwa 7,4 beibehält.

In einer Lösung aus reinem Wasser (H20) mit einem neutralen pH-Wert von 7 werden einige Wassermoleküle ionisieren oder in H+-Ionen und OH–Ionen dissoziieren. Da das Wasser rein ist, gibt es immer die gleiche Anzahl von H+- und OH- Ionen. Wenn jedoch eine Verbindung, die H+-Ionen enthält, in das Wasser eingebracht wird, steigt die H+-Ionen-Konzentration. Die höhere Konzentration an H+-Ionen führt dazu, dass das Wasser saurer wird und der pH-Wert sinkt. Puffer halten den pH-Wert konstant, weil sie sich mit den H+-Ionen verbinden und sie entweder aus der Lösung entfernen (wie in diesem Beispiel) oder sie wieder hinzufügen, wodurch sie die Säure oder Base im Wesentlichen “aufsaugen”. Wenn genug Säure oder Base hinzugefügt wird, überwindet sie schließlich den Puffer und der pH-Wert steigt oder fällt entsprechend.

Gemälzte Gerste enthält Phosphate, die saure Puffer sind. Wenn man eine Maische aus Getreide mit Wasser mischt, erreichen die Phosphatpuffer einen natürlichen pH-Wert von etwa 5,6. Daher spielt es keine Rolle, wie der anfängliche pH-Wert Ihres Brauwassers ist, da die Wechselwirkung zwischen den Ionen im Wasser und den puffernden Komponenten des Malzes immer den pH-Wert des Wassers verändern wird. Denken Sie daran, dass der optimale pH-Bereich für die Maische zwischen 5,2 und 5,5 liegt, so dass der pH-Wert der Maische etwas sinken muss, um eine vollständige Umsetzung, eine gute Ausnutzung des Hopfens und andere wünschenswerte Eigenschaften zu gewährleisten. An dieser Stelle kommt das Brauwasser ins Spiel. Während der pH-Wert des Brauwassers unbedeutend sein mag, ist seine Ionenkonzentration von größter Bedeutung.

pH und Brauwasser

Wenn Sie mit dem Mineralgehalt Ihres Wassers vertraut sind, können Sie den richtigen pH-Wert in Ihrer Maische erreichen. Alle kommunalen Wasserversorger veröffentlichen einen Bericht zur Wasserqualität oder Wasseranalyse, den sie Ihnen auf Anfrage zusenden. Wenn Sie mit Brunnen- oder Flaschenwasser brauen, sollten Sie das Wasser testen lassen oder Ihren Wasserversorger für eine Analyse kontaktieren. Wenn Ihre Wasserversorgung aus einem Fluss kommt, der unterschiedliche Pegel hat oder Schwankungen aufgrund von Regenfällen unterliegt, können die Ionenkonzentrationen zu verschiedenen Zeiten des Jahres stark variieren.

Die wichtigen Ionen, die den pH-Wert der Maische beeinflussen, sind Kalzium, Magnesium und die Karbonat- und Bikarbonat-Ionen. Diese Ionen sollten auf Ihrem Wasserbericht entweder in Teilen pro Million (ppm) oder Milligramm pro Liter (mg/l) aufgeführt sein – das sind gleiche Maße. Calcium ist das Schlüsselion, das die Pufferkapazität der Malzphosphate überwinden und den pH-Wert der Maische in den akzeptablen Bereich von 5,2 bis 5,5 senken kann. Ideale Konzentrationen von Calcium sollten zwischen 50 und 150 ppm liegen. Magnesium wirkt ähnlich wie Calcium, ist aber weniger effektiv bei der Senkung des Maische-pH-Wertes. Ideale Calcium-Konzentrationen müssen jedoch mit niedrigen Carbonat-Bicarbonat-Werten ausgeglichen werden. Carbonat- und Bicarbonat-Ionen haben eine gegenläufige Wirkung auf Calcium. Insbesondere Bikarbonate sind starke Alkalipuffer und erhöhen in großen Mengen den pH-Wert der Maische auf unzulässige Werte. Karbonat- und Bikarbonat-Ionen sollten auf weniger als 50 ppm gehalten werden.

Die Karbonat- und Bikarbonat-Ionen werden auf einem Wasserbericht oft in einen Topf geworfen und als “CO3” bezeichnet. Sie werden nicht unbedingt separat aufgeführt, aber sie können unter den Überschriften für Alkalinität und Härte enthalten sein und als “CaCO3” bezeichnet werden, was die Alkalinität und Härte als das kombinierte Vorhandensein von Kalzium und den Carbonat- und Bicarbonat-Ionen beschreibt. Sie sollten die beiden Zahlen für Alkalinität und Härte vergleichen. Wenn der Alkalinitätswert größer ist als der Härtewert, müssen Sie möglicherweise Karbonationen aus dem Wasser entfernen, um eine Erhöhung des pH-Werts der Maische zu vermeiden. Wenn der Härtewert größer als der Alkalinitätswert ist, ist das Verhältnis von Kalzium zu den Karbonat-Ionen wahrscheinlich gut zum Brauen geeignet. Wenn die beiden Werte gleich sind oder beide niedrig sind (weniger als 50 ppm), müssen Sie dem Wasser wahrscheinlich nur etwas Kalzium aus Kalziumsulfat oder Kalziumchlorid hinzufügen, um es für das Brauen zufriedenstellend zu machen.

Manipulieren des pH-Wertes in der Hausbrauerei

Wie wir gesehen haben, hat die Ionenkonzentration im Brauwasser einen großen Einfluss auf den pH-Wert der Maische. Die Malzsorte ist ein weiterer wichtiger Faktor, der dazu beiträgt. Dunkle Malze zum Beispiel sind von Natur aus sauer und überwinden die Pufferkraft von kohlensäurehaltigem Wasser, wodurch der pH-Wert in den richtigen Bereich fällt. Für den Moment nehmen wir an, dass wir nur helle Biere brauen.

Erinnern Sie sich, dass Änderungen des pH-Wertes der Maische, der Würze oder des Bieres auf die Zugabe oder Entfernung von Mineralionen oder die Zugabe von organischen Säuren zurückzuführen sind. Die Zugabe von Mineralsalzen ist die gängigste Art, den pH-Wert der Maische einzustellen. Mineralsalze, wie z. B. Gips, sind Verbindungen, die aus einem positiv geladenen Ion und einem negativ geladenen Ion bestehen. Gips verbindet das Kalzium-Ion mit dem Sulfat-Ion und ist eine ausgezeichnete Kalziumquelle, die bei der Ansäuerung der Maische hilft. Die Zugabe von einem Teelöffel Gips zu fünf Gallonen Wasser erhöht den Kalziumgehalt um etwa 60 ppm. Wenn Ihr Brauwasser sehr weich ist (wenig Gesamtmineralien), können Sie Gips hinzufügen, um den Kalziumgehalt zu erhöhen. Wenn Ihr Wasser einen hohen Karbonatgehalt hat, führt ein 30-minütiges Kochen des Wassers mit Kalzium (entweder im Wasser vorhanden oder in Form von Gips zugesetzt) dazu, dass sich das Kalzium und die Karbonate verbinden und ausfallen und einen weißen Rückstand in Ihrem Kessel bilden. Dekantieren Sie das Wasser von diesem Rückstand, wobei die Karbonate (und das Kalzium) zurückbleiben. Da Sie gerade einen Großteil des nützlichen Kalziums sowie der schädlichen Karbonate entfernt haben, müssen Sie dem Wasser möglicherweise Gips hinzufügen, um den Kalziumgehalt vor dem Einmaischen wieder anzuheben.

Wenn Sie ein klassisches Pilsner mit hellen Malzen und weichem Wasser brauen möchten, sollten Sie eine Säurerast durchführen, um sicherzustellen, dass der pH-Wert in den richtigen Bereich fällt. Während einer sauren Rast spaltet das Enzym Phytase Phytin, ein kalzium- und magnesiumhaltiges Phosphat, das im Getreide enthalten ist, in Phytinsäure auf. Mit anderen Worten: Phytase hilft, den pH-Wert der Maische zu senken. Dies ist besonders wichtig für Wasser, das zu wenig Kalzium hat, um den pH-Wert zu senken, wie z. B. das Wasser von Pilsen, der ursprünglichen Heimat des Pilsners. Das Enzym funktioniert am besten bei Temperaturen zwischen 86° und 128° F.

Die Säurerast säuert die Maische auf den richtigen Bereich an und liefert außerdem Mineralien und Nährstoffe für die Hefe. Für Biere, die mit stark gedarrten Malzen wie Kristall- und dunklen Malzen und sogar britischen hellen Malzen hergestellt werden, ist eine Säurerestzeit unnötig, da diese Malze von sich aus sauer genug sind, um den pH-Wert der Maische zu senken.

Die andere Alternative zum Ansäuern der Maische ist die Zugabe von Milchsäure. Milchsäure verbindet sich sehr gut mit Bier und fügt keine unerwünschten Aromen hinzu. Sie sollten in der Lage sein, sie in Ihrem Heimbrauladen zusammen mit einer Gebrauchsanweisung zu finden.

Auch dunkle Malze sind von Natur aus sauer und werden den pH-Wert der Maische senken. Selbst Kristallmalze haben eine gewisse saure Wirkung, und die einfachste Lösung für schlechtes Brauwasser ist die Verwendung eines Anteils an dunklen Malzen. Viele große Brauzentren der Welt, insbesondere London, Dublin und München, haben kalkarmes und karbonatreiches Wasser. Die Alkalität des Wassers macht das Brauen von Pale Ales oder Lagers ohne Ansäuerung der Maische schwierig. Da dort aber traditionell dunklere Biere, wie z.B. Porter, gebraut werden, kann die Säure des Malzes die Pufferung des kohlensäurehaltigen Wassers überwinden.

pH und Einmaischwasser

Der pH-Wert des Einmaischwassers sollte unter pH 6 liegen. Ein höherer pH-Wert führt in Verbindung mit zu hohen Einmaischwassertemperaturen dazu, dass Tannine, Silikate und andere unerwünschte Verbindungen aus dem Getreide extrahiert werden, die adstringierende Fehlaromen und trübes, trübes Bier erzeugen. Ein zu hoher pH-Wert sollte kein Problem darstellen, da sich das Einspülwasser mit der Maische vermischt und sein pH-Wert auf natürliche Weise gesenkt wird. Wenn Ihr Wasser jedoch stark alkalisch ist und Sie es durch Kochen behandelt haben, um Kalzium und Karbonate für die Maische auszufällen, sollten Sie dasselbe mit dem Einfüllwasser tun. Die Verwendung von unbehandeltem, stark karbonathaltigem Laugenwasser kann den pH-Wert des Abflusses über ein akzeptables Niveau anheben.

Wenn Sie nicht gerade sehr spezielle Biere brauen und untermodifizierte Malze, sehr helle Malze oder weiches Wasser verwenden, sollten Sie sich nicht zu viele Gedanken über den pH-Wert machen. Möglicherweise müssen Sie einige Anpassungen vornehmen, wie z. B. Kochen oder Hinzufügen von Gips, aber größtenteils wird sich die Würze um sich selbst kümmern. Teure pH-Meter geben Ihnen sehr genaue pH-Werte, sind aber wahrscheinlich nur notwendig, wenn Sie sehr spezifische Ergebnisse anstreben.

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