De kracht van pH

De pH-waarde in je giststarter, wort en bier beïnvloedt processen, van de werking van enzymen tot hopextractie en de vitaliteit van de gist. Inzicht in de pH-waarde helpt je de pH-waarde te manipuleren voor bier met een heerlijke smaak.

Maar hoewel de pH-waarde belangrijk is, kan het een verwarrende aangelegenheid zijn om deze te begrijpen. Uw thuisbrouwwinkel heeft pH-teststrips en waarschijnlijk ook duurdere en uitgebreidere pH-meters. Mensen praten over de pH van water, maisch en wort. Maar wat is pH, wat is er belangrijk aan, en wat moet je als thuisbrouwer echt weten over pH?

Wat het is

De term pH drukt de zuurgraad of alkaliteit van een oplossing uit, waarbij “p” de negatieve logaritme is van “H”, de waterstofconcentratie (pH = -log). De pH-waarde wordt gemeten op een schaal van 1 tot 14, waarbij 7 neutraal is, onder 7 zuur, en boven 7 alkalisch (ook basisch genoemd). Omdat de schaal de exponent van 10 gebruikt in de logaritmische schaal, zal een oplossing van pH 5, bijvoorbeeld, 10 keer zuurder zijn dan een oplossing van pH 6 en 100 keer zuurder dan een pH 7 oplossing.

Technische definities daargelaten, wat betekent pH in praktische zin voor de thuisbrouwer? De pH van het beslag beïnvloedt de activiteit van enzymen en is van cruciaal belang voor de amylasen (een familie enzymen) die verantwoordelijk zijn voor de versuikering (omzetting van moutzetmeel in vergistbare suikers, met name maltose) en de vloeibaarmaking. Verschillende enzymen die nodig zijn in de giststarter functioneren bij verschillende optimale pH-waarden, maar een gulden middenweg wordt bereikt tussen pH 5,2 en 5,5. Dit betekent gezonde gist, die ook goed presteert bij een pH van ongeveer 5,5. Naarmate de gist het wort fermenteert, daalt de pH en ontstaat een steeds onherbergzamere omgeving voor bacteriën. Het bereiken van de juiste pH-waarde van het beslag zal ook een aanzienlijke invloed hebben op de hopextractiesnelheid tijdens het koken, een goede eiwitneerslag, het klaren van het wort en de kleuropname vergemakkelijken, en uiteindelijk de smaak van het bier beïnvloeden.

Hoe pH functioneert bij het brouwen

Voordat de pH wordt gemanipuleerd om optimale niveaus in het beslag en het wort te bereiken, is het verstandig om enkele basisprincipes van de chemie en de biologie te bekijken. Een fundamentele eigenschap van biologische systemen is hun vermogen om homeostase (gelijk blijven) te handhaven. Hoewel systemen voortdurend materialen uitwisselen met hun omgeving, zullen ze een relatief stabiele interne omgeving handhaven. Het handhaven van een stabiele pH-waarde en weerstand tegen plotselinge veranderingen in de pH-waarde is een voorbeeld van deze eigenschap. Wat de pH betreft, handhaven systemen deze stabiliteit door het gebruik van “buffers”. Door buffering in het menselijk lichaam zijn we bijvoorbeeld in staat bier te drinken, dat een pH heeft van 4 tot 4,5, terwijl ons bloed een uiterst constante pH van ongeveer 7,4 behoudt.

In een oplossing van zuiver water (H20) bij een neutrale pH van 7, zullen sommige watermoleculen ioniseren, of dissociëren, in H+ ionen en OH- ionen. Omdat het water zuiver is, zullen er altijd evenveel H+ en OH- ionen zijn. Wanneer echter een verbinding die H+ ionen bevat in het water wordt gebracht, zal de concentratie H+ ionen toenemen. De grotere concentratie H+ ionen zorgt ervoor dat het water zuurder wordt, en dus daalt de pH. Buffers handhaven een constante pH omdat zij met H+ ionen combineren en hen ofwel uit de oplossing verwijderen (zoals in dit voorbeeld) of hen terug toevoegen, in wezen het zuur of de base “opzuigend”. Als er genoeg zuur of base wordt toegevoegd, zal het uiteindelijk de buffer overwinnen en zal de pH dienovereenkomstig stijgen of dalen.

Gemoute gerst bevat fosfaten, die zure buffers zijn. Door een brij te maken van graan vermengd met water zullen de fosfaatbuffers een natuurlijke pH van ongeveer 5,6 bereiken. Daarom maakt het niet uit wat de oorspronkelijke pH van je brouwwater is, omdat de interactie tussen ionen in het water en bufferende bestanddelen van de mout de pH van het water altijd zal veranderen. Vergeet niet dat het optimale pH-bereik van het beslag tussen 5,2 en 5,5 ligt, dus de pH van het beslag moet iets dalen om een volledige omzetting, een goede hopbenutting en andere gewenste eigenschappen te garanderen. Dit is waar het brouwwater om de hoek komt kijken. De pH van het brouwwater mag dan onbelangrijk zijn, de ionenconcentratie is van het grootste belang.

pH en brouwwater

Wetenschap van het mineralengehalte van je water kan je helpen de juiste pH in je maisch te bereiken. Alle gemeentelijke waterleveranciers publiceren een waterkwaliteits- of wateranalyseverslag dat ze je op verzoek kunnen toesturen. Als je brouwt met bronwater of gebotteld water, moet je het water laten testen of contact opnemen met je waterleverancier voor een analyse. Als je water uit een rivier komt die variërende niveaus heeft of onderhevig is aan schommelingen als gevolg van regenval, kunnen ionenconcentraties sterk variëren op verschillende tijden van het jaar.

De belangrijke ionen die de pH van het beslag beïnvloeden zijn calcium, magnesium, en de carbonaat- en bicarbonaat-ionen. Deze ionen moeten op uw waterrapport worden vermeld in deeltjes per miljoen (ppm) of milligrammen per liter (mg/l) – het zijn gelijke metingen. Calcium is het sleutelion dat in staat is de buffercapaciteit van de moutfosfaten te overwinnen en de pH van het beslag te verlagen tot het aanvaardbare bereik van 5,2 tot 5,5. De ideale calciumconcentratie moet tussen 50 en 150 ppm liggen. Magnesium werkt ongeveer hetzelfde als calcium, maar het is minder effectief bij het verlagen van de pH-waarde van het beslag. Ideale calciumconcentraties moeten echter in evenwicht worden gebracht met lage carbonaat-bicarbonaatgehalten. Carbonaat- en bicarbonaationen hebben een averechts effect op calcium. Vooral bicarbonaten zijn sterke alkalische buffers en in grote hoeveelheden zal de pH van het beslag stijgen tot onaanvaardbare niveaus. Carbonaat- en bicarbonaationen moeten worden beperkt tot minder dan 50 ppm.

De carbonaat- en bicarbonaationen worden op een waterrapport vaak over één kam geschoren en “CO3” genoemd. Ze worden misschien niet apart vermeld, maar wel onder alkaliteit en hardheid, en dan “CaCO3” genoemd, waarmee de alkaliteit en hardheid worden beschreven als de gecombineerde aanwezigheid van calcium en carbonaat- en bicarbonaationen. U moet de twee getallen voor alkaliteit en hardheid met elkaar vergelijken. Als de alkaliteit hoger is dan de hardheid, moet u wellicht carbonaationen uit het water verwijderen om te voorkomen dat de pH van het maischwater stijgt. Als de hardheid hoger is dan de alkaliteit, is de verhouding tussen calcium en carbonaationen waarschijnlijk goed geschikt voor brouwen. Als de twee getallen gelijk zijn of beide laag (minder dan 50 ppm), hoeft u waarschijnlijk alleen wat calcium uit calciumsulfaat of calciumchloride aan het water toe te voegen om het geschikt te maken voor het brouwen.

Het manipuleren van de pH in de thuisbrouwerij

Zoals we gezien hebben, heeft de ionconcentratie in het brouwwater een groot effect op de pH van het beslag. Het type mout is een andere belangrijke factor. Donkere mouten, bijvoorbeeld, zijn van nature zuur en zullen de bufferkracht van carbonaatwater overwinnen, waardoor de pH in het juiste bereik daalt. Laten we er voorlopig van uitgaan dat we alleen bleke bieren brouwen.

Bedenk dat veranderingen in de pH van het beslag, de wort of het bier het gevolg zijn van de toevoeging of verwijdering van minerale ionen of de toevoeging van organische zuren. Het toevoegen van minerale zouten is de meest gebruikelijke manier om de pH van het beslag aan te passen. Minerale zouten, zoals gips, zijn verbindingen die worden gevormd door een positief geladen ion en een negatief geladen ion. Gips combineert het calciumion met het sulfaation en is een uitstekende bron van calcium om te helpen bij het aanzuren van de giststarter. Door één theelepel gips toe te voegen aan 5 liter water wordt het calciumgehalte met ongeveer 60 ppm verhoogd. Als je brouwwater erg zacht is (laag in totale mineralen), kun je gips toevoegen om het calciumgehalte te verhogen. Als je water veel carbonaten bevat, zal het koken van het water gedurende 30 minuten met calcium (hetzij aanwezig in het water of toegevoegd in de vorm van gips) ervoor zorgen dat het calcium en de carbonaten zich combineren en neerslaan, waardoor een wit residu in je ketel ontstaat. Giet het water van dit residu af, met achterlating van de carbonaten (en calcium). Omdat je zojuist zowel het nuttige calcium als de schadelijke carbonaten hebt verwijderd, kan het nodig zijn gips aan het water toe te voegen om het calciumgehalte weer te verhogen voordat je gaat maischen.

Als je een klassiek pilsner wilt brouwen met bleke mouten en zacht water, kun je een zuurrustperiode toepassen om ervoor te zorgen dat de pH daalt tot het juiste bereik. Tijdens een zuurrustperiode breekt het enzym fytase fytine, een calcium- en magnesiumhoudend fosfaat dat in het graan voorkomt, af tot fytinezuur. Met andere woorden, fytase helpt de pH-waarde van het beslag te verlagen. Dit is vooral belangrijk voor water dat te weinig calcium bevat om de pH te verlagen, zoals het water van Plzen, de oorspronkelijke bakermat van pilsbier. Het enzym werkt het best bij temperaturen tussen 86 en 128 °F.

De zuurrust verzuurt de giststarter tot het juiste niveau en levert ook mineralen en voedingsstoffen voor de gist. Een zuurstoof is niet nodig voor bieren die worden bereid met hooggemoute moutsoorten zoals kristalmout, donkere moutsoorten en zelfs Britse bleke moutsoorten, omdat deze moutsoorten uit zichzelf zuur genoeg zijn om de pH van het beslag te verlagen.

Het andere alternatief voor het aanzuren van het beslag is het toevoegen van melkzuur. Melkzuur mengt zeer goed met bier en voegt geen ongewenste smaken toe. Je zou het in je thuisbrouwwinkel moeten kunnen vinden, samen met een gebruiksaanwijzing.

Ook hier geldt dat donkere mouten van nature zuur zijn en de pH van het beslag zullen verlagen. Zelfs kristalmout heeft een zuur effect, en de eenvoudigste oplossing voor slecht brouwwater is het gebruik van een aandeel donkere mout. Veel grote brouwcentra in de wereld, met name Londen, Dublin en München, hebben water met een laag calciumgehalte en een hoog carbonaatgehalte. De alkaliteit van het water maakt het brouwen van pale ales of lagers moeilijk zonder aanzuring van het beslag. Maar omdat zij traditioneel donkerder bieren brouwen, zoals porters, kan de zuurgraad van de mout de buffering van het carbonaatwater overwinnen.

pH en spoelwater

De pH van het spoelwater moet lager zijn dan pH 6. Een hogere pH in combinatie met te hoge temperaturen van het spoelwater leidt tot extractie van tannines, silicaten en andere ongewenste verbindingen uit het graan, die samentrekkende off-smaken en troebel, wazig bier veroorzaken. Een te hoge pH zou geen probleem moeten zijn, omdat het spargewater zich met het beslag zal vermengen en de pH ervan op natuurlijke wijze zal worden verlaagd. Als je water echter zeer alkalisch is en je het hebt behandeld door het te koken om calcium en carbonaten voor het maischen weg te laten vallen, moet je hetzelfde doen met het spargewater. Het gebruik van onbehandeld, zeer carbonaathoudend spoelwater kan de pH van het maischwater tot boven een aanvaardbaar niveau doen stijgen.

Tenzij je zeer gespecialiseerde bieren brouwt met ondergemodificeerde mouten, zeer bleke mouten, of zacht water, moet je je niet te veel zorgen maken over de pH. Misschien moet je wat aanpassingen doen, zoals koken of gips toevoegen, maar voor het grootste deel zorgt het wort voor zichzelf. Dure pH-meters geven je zeer nauwkeurige pH-metingen, maar zijn waarschijnlijk alleen nodig als je zeer specifieke resultaten nastreeft.

Laat een reactie achter

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *