## Extra informatie over temperatuur, tijden en pH

Hoe het eerst was

In de beginjaren bestond een gebruikelijk maischschema uit het steeds gedurende een half uur aanhouden van de temperaturen 37, 45, 52, 63 en 73 oC. Later toen de kwaliteit van het mout veranderde, beter opgelost was (= verder afgebroken tijdens het moutproces) zijn de temperaturen 37 en 45 oC weggevallen en begonnen we bij 52 oC waarna weer pauzes werden gehouden bij 63 en 73 oC. Deze temperaturen werden gehanteerd omdat bij 63 oC het enzym beta-amylase optimaal werkt en bij 73 oC het enzym alfa-amylase.

De werking van enzymen

Het zetmeel uit het mout bestaat uit sterk vertakte ketens van aaneengeschakelde suikermoleculen. Het enzym alfa-amylase is in staat midden in het zetmeel de ketens te doorbreken (het is een zogenaamd endo-enzym). Daarnaast kan het ook suikermoleculen aan de uiteinden van de ketens afbreken. Dit laatste kan echter veel sneller en effectiever uitgevoerd worden door het enzym beta-amylase dat daarin gespecialiseerd is en geen verbindingen midden in de zetmeeltekens kan verbreken (exo-enzym). De suikermoleculen die door beta-amylase vooral worden afgebroken is het goed vergistbare maltose. De suikermoleculen afkomstig van de activiteiten van alfa-amylase zijn niet dan wel beperkt vergistbaar.

Degenereren van enzymen

Het mooiste zou zijn als je eerst het enzym alfa-amylase zou kunnen laten werken en dan het enzym beta-amylase. Dat is echter niet mogelijk omdat de enzymen temperatuurgevoelig zijn. Enzymen werken het beste bij een bepaalde temperatuur. Deze temperatuur wordt de optimale temperatuur genoemd. Wanneer de optimale temperatuur wordt overschreden dan vermindert de werking van het enzym. Komt de temperatuur boven een bepaalde waarde dan werkt het enzym helemaal niet meer, het enzym is dan geïnactiveerd. Dit proces wordt het degenereren van enzymen genoemd.
Enzymen bestaan voornamelijk uit eiwitten. Je kunt het degeneratieproces vergelijken met het koken van een ei. Door het koken verandert de structuur van de eiwitten. Net als bij het koken van een ei speelt de factor tijd een belangrijke rol bij het degeneratieproces. Het is om deze reden dat als je per ongeluk het beslag te ver in temperatuur hebt opgewarmd je toch een goede afbraak van zetmeel kunt krijgen als je het beslag onmiddellijk afkoelt door er bijvoorbeeld koud water aan toe te voegen.

Het enzym beta-amylase wordt bij de temperaturen waarbij alfa-amylase het beste werkt zodanig beschadigd dat het niet meer in staat is voldoende vergistbare suikers te vormen. Daarom wordt eerst een enzympauze gehouden bij de temperatuur waarbij beta-amylase het actiefst is waarna het maisch verwarmd wordt tot een temperatuur waarbij alfa-amylase goed werkzaam is.
In de oude leerboeken wordt vermeld dat beta-amylase geïnactiveerd wordt bij 70 oC en alfa-amylase bij 80 oC. Na bestudering van recentere onderzoeken kom je tot een wat andere conclusie.
De degeneratie van beta-amylase begint al voor de 63 oC en wordt aanmerkelijk versneld bij temperaturen boven de 65 oC. Ook het degenereren van het enzym alfa-amylase begint ver voor de 80 oC.

Droog bier

Om een bier te krijgen met een hoge vergistinggraad heb ik in het verleden wel eens geadviseerd een enzympauze in te bouwen bij 67 oC, een temperatuur waarbij zowel beta- als alfa-amylase actief zijn. Hoe fout zat ik met deze veronderstelling. Bij maischtemperaturen boven de 65 oC wordt het zetmeel snel omgezet door alfa-amylase (grote suikermoleculen). Het enzym beta-amylase speelt bij deze temperatuur maar een ondergeschikte rol. Je krijgt daardoor een wort die een beperkte eindvergistinggraad heeft. Om wel een bier te krijgen met een hoge eindvergistinggraad dien je een langere maischpauze aangehouden bij een lagere temperatuur. De volgende tabel afkomstig van Prof. Narziss laat zien wat daar het effect van is.

| 15 min inwerktijd | 60 min inwerktijd
maischtemperatuur | vergistingsgraad
62C | 84 % | 89 %
70C | 78 % | 78 %

Dat bij 67 oC beta-amylase nog maar beperkt actief is kun je ook aflezen uit de bij dit artikel geplaatste grafiek afkomstig uit het boek Technologie Brauer und Mälzer van Dipl.-Ing W. Kunze.

In deze grafiek is de activiteit van het enzym (verticale as) afgezet tegen de tijd (minuten in de horizontale as). De drie curven hebben betrekking op de temperaturen 63, 65 en 67 oC. Voor het bepalen van de activiteit is steeds uitgegaan van de éénh temperatuur infusiemethode. De hoogste activiteit is te zien bij 63 oC. Je kunt uit de grafiek duidelijk aflezen dat het enzym na een korte aanloop zijn maximale werking bereikt heeft en dat daarna de activiteit afneemt. Bij 67 oC functioneert het enzym aanmerkelijk minder dan bij 63 oC waarbij je moet bedenken dat het effect van de degeneratie van het enzym bij lagere temperaturen zoals deze plaatsvindt bij een stijgende infusiemethode niet is meegenomen. In dit licht gezien is het aanhouden van een enzympauze bij 67 oC om drogere bieren te krijgen dan ook zeer twijfelachtig.

Verschil tussen licht en donker bier

Binnen de studiecommissie van "De Roerstok" hebben we geconstateerd dat de eindvergistinggraad van amateur-bieren vaak veel lager ligt dan die van onze professionele collega's. Volgens Prof. Narziss hebben licht gekleurde bieren een eindvergistinggraad tussen de 78 en 85% en donker gekleurde bieren tussen de 68 en 75%. Met behulp van de gegevens van de bieren die ingezonden zijn bij de Nederlandse Kampioenschappen heb ik ontdekt dat bij amateur-bieren de gemiddelde waarde van de vergistinggraad van lichte bieren 76,4% is en van donkere bieren 75,6%. Deze waarden liggen dus veel dichter bij elkaar dan bij de professionele bieren.
Als je je ten doel stelt een perfecte imitatie van een commercieel bier te brouwen mag je geen standaard maischschema hanteren. Voor licht gekleurde bieren dien je een lange pauze bij 60 tot 63 oC te houden en voor donkere bieren een korte pauze bij genoemde temperaturen of een pauze van 30 minuten bij 65 oC.
Verder heb ik in het boek van Narziss gelezen dat de professionele brouwers voor licht gekleurde bieren een dunner beslag maken dan voor donkere bieren. Hiervoor zijn een aantal redenen. Allereerst geeft een dunner beslag bieren met een hogere eindvergistinggraad. Bij een dik beslag bestaat er veel meer kans op karamelisering hetgeen wel gewenst is bij donkere bieren maar niet bij lichte bieren. Tenslotte hoef je bij een dunner beslag de bostel minder uit te spoelen waardoor er minder kleur- bitter- en looistoffen in je wort terecht komen. Bij licht gekleurde bieren zijn deze stoffen niet gewenst en worden deze veel minder gemaskeerd door andere smaken zoals dat bij donkere bieren het geval is.

De pH.

De pH is zeer belangrijk in maisschema. Bij verschillende pH hebben verschillende enzymen hun optimale werking.

De dichtheid.

Het begin SG (Soortelijk gewicht) geeft de hoeveel opgeloste stoffen aan die er in het wort zitten voordat de vergisting is gestart. Deze opgeloste stoffen zijn vooral suikers. Van de in het wort aanwezige suikers zijn de dextrines niet vergistbaar. Maar ook de opgeloste eiwitten, gomstoffen, mineralen en looistoffen vergisten niet. Het verschil tussen het begin en het eind SG ( SG voor het bottelen) geeft aan hoeveel suikers vergist zijn.

Volgens de vergelijking van Gay-Lussac geeft één molecuul suiker twee moleculen alcohol (ethanol) en twee moleculen koolzuur.

C6H12O6 -> 2 C2H5OH + CO2

Omdat er ook suikers gebruikt worden voor de gistgroei en voor de opbouw van andere gistingproducten dan ethanol gaat de hiervoor genoemde vergelijking niet geheel op.
Desondanks kun je het alcoholgehalte van een bier bij benadering berekenen door het verschil in SG te vermenigvuldigen met 0,135. Een bier met een begin SG van 1070 en een eind SG van 1018 heeft dus ongeveer (1070 - 1018) * 0,135 = 7 % alcohol. Als het bier minder sterk vergist tot bijvoorbeeld 1025 dan is het alcoholgehalte (1070 - 1025) * 0,135 = 6,1 %. Als er bottelsuiker wordt gebruikt moet je hier nog 0,4 bij optellen.

Met behulp van het begin en eind SG kun je de schijnbare vergistinggraad uitrekenen. Je gebruikt daarvoor de volgende formule:
vergistingpercentage = ((begin SG - eind SG) * 100) / (begin SG - 1000) .
Een voorbeeld = ((1070-1018)*100) / (1070 - 1000) = 74,3 %.
Men spreekt van een schijnbare vergistinggraad omdat door de aanwezigheid van alcohol het eind SG dat je meet met de hydrometer lager is dan het werkelijke SG. Ethanol heeft namelijk een soortelijk gewicht van 0,789 gram/cm3.
Om de werkelijke vergistinggraad te weten moet je eerst een bepaalde hoeveelheid bier nemen, de alcohol uit het bier destilleren, vervolgens het gewichtsverlies aanvullen met water en tenslotte met een hydrometer het soortelijk gewicht bepalen. Net zoals bij de amateurs wordt ook bij de professionele brouwerijen alleen de schijnbare vergistinggraad bepaald omdat deze eenvoudiger vast te stellen is en omdat deze in de praktijk voldoende informatie geeft over het verloop van het gistingsproces.
De vergistinggraad van commerciële bieren ligt bij lichte bieren tussen de 78 en 85% en bij donkere bieren tussen de 68 en 75%. Amateur-bieren kennen een minder groot verschil in vergistinggraad tussen lichte en donkere bieren. De gemiddelde waarde van de vergistinggraad van lichte bieren is 76,4% en van donkere bieren 75,6%.

Karakter bier

Naast het bepalen van het alcoholgehalte en het verloop van de gisting is de informatie over het begin en eind SG ook van belang om een idee te krijgen van het karakter van een bier. Een bier met een begin SG van 1100 zal in de regel voller en zwaarder zijn dan een bier met een begin SG van 1090. Zoals we nog zullen zien kan een dergelijk verschil makkelijk ontstaan.
Als het eind SG hoog is dan zullen er veel restsuikers in het bier zitten. Het bier zal daardoor een zoete indruk geven. Naar mate er meer suikers vergist zijn komen andere smaken zoals bitter sterker op de voorgrond. Als je altijd een hoog vergistingpercentage hebt dan kan het best zijn dat je veel minder hop hoeft toe te voegen dan het recept voorschrijft.

Begin SG

Dat je een afwijkend begin SG hebt gekregen kan heel wat oorzaken hebben. Het is eigenlijk een wonder als je precies uitkomt. Het vermelden van deze informatie bij een recept moet dan ook gezien worden als een indicatie. Het is niet per se noodzakelijk exact hetzelfde begin SG te krijgen. Als het SG van jouw wort echt veel minder is dan het opgegeven SG dan kun je eventueel het te kort aanvullen met moutextract. Gebruik geen suiker omdat suiker wel meer alcohol geeft maar niet meer body. Het bier kan daardoor uit balans raken.
Hieronder zijn de factoren die van invloed zijn op het begin SG opgesomd.

Weegschaal
Voordat je met een brouwsel start moet je de grondstoffen afwegen. Meestal gebeurt dat met een huishoudweegschaal. Omdat deze niet geijkt zijn kunnen deze onderling behoorlijk afwijken.

Kwaliteit mout
De kwaliteit van het mout is van wezenlijk belang voor de hoeveelheid suikers die je in het wort kunt krijgen. Als het mout een hoog eiwitgehalte heeft zal de hoeveelheid suikers die uit het mout oplossen minder zijn. Het eiwitgehalte is afhankelijk van klimatologische omstandigheden en het gerstras. Verder geven goed opgeloste moutsoorten meer suikers in het wort dan minder goed opgeloste moutsoorten.

Hardheid water
Water met een hoge hardheid (bijvoorbeeld door het toevoegen van brouwzouten) kan tijdens het maischen een minder goede werking van de enzymen tot gevolg hebben. Het zijn de enzymen die het zetmeel uit het mout moeten afbreken tot suikers.

Wijze verwarming beslag
Een al te sterkte verhitting van het beslag om een temperatuurverhoging te verkrijgen kan tot vernietiging van enzymen leiden. Gebruik dus nooit een te hoge gasvlam. Voorts dient het beslag bij verhitting goed geroerd te worden zodat de hitte zich goed kan verspreiden.

Rendement
Het brouwzaalrendement geeft de hoeveelheid stoffen aan die je uit het mout hebt opgelost. Het rendement is sterk afhankelijk van de wijze van schroten, filteren en spoelen.

Verdamping
Tijdens het koken van het wort verdampt er water. Vuistregel is dat tussen de 8 en 12% van het wort dient te verdampen. Dit is noodzakelijk om naast water ook ongewenste vluchtige stoffen uit het wort te laten verdampen. De verdamping is afhankelijk van de kooktijd maar ook het materiaal en de vorm van de kookketel spelen een belangrijk rol naast de capaciteit van de warmtebron. Als je de kooktijd van een recept hebt aangehouden wil dat zeker niet zeggen dat je evenveel verdamping hebt gehad als de samensteller van het recept. Door middel van water toevoeging kun je eventueel het verlies aan vocht weer compenseren.

Hydrometer
Net zoals onze weegschalen zijn ook onze hydrometers niet geijkt. Uit eigen ervaring weet ik dat zeer grote afwijkingen niet uitgesloten zijn. Het SG dien je overigens altijd bij 20oC te bepalen. Als je de hydrometer bij een te hoge temperatuur gebruikt zal je een te laag SG meten. Een warme suikeroplossing heeft nu eenmaal een lager soortelijk gewicht dan een koude oplossing.

Eind SG

Net zoals het begin SG wordt ook het eind SG bepaald door een aantal factoren.

Maischschema
Het eind SG wordt vooral beïnvloed door het verloop van het maischproces. Ondanks het feit dat de directe aanleiding voor dit artikel bierrecepten zijn waarbij het te volgen maischschema is voorgeschreven wil ik hier toch kort op ingaan.
Het zetmeel uit het mout wordt door de enzymen alfa- en beta-amylase afgebroken. Het enzym beta-amylase werkt het beste bij 63oC. Bij deze temperatuur wordt echter het enzym door de warmte al beschadigd. De inactivering van het enzym wordt dus reeds op gang gezet door het aanhouden van 63oC. Wil je het enzym beta-amylase voor langere tijd zo goed mogelijk zijn werk laten doen dien je een lagere temperatuur aan te houden bijvoorbeeld 60 à 61oC. Als je een bier wilt met een zo hoog mogelijke vergistinggraad (dus met een laag eind SG) dan moet je deze lagere temperatuur lang aanhouden omdat bij deze temperaturen de meeste vergistbare suikers gevormd worden. Een verlengde maischtijd bij 70 à 73oC heeft weinig invloed op de vergistinggraad zoals blijkt uit de volgende tabel afkomstig uit het handboek "Abriss der Bierbrauerei" geschreven door prof. Narziss.

| 15 min inwerktijd | 60 min inwerktijd
maischtemperatuur | vergistinggraad
62C | 84 % | 89 %
70C | 78 % | 78 %

Eerst dacht men nog dat je om een droger bier te krijgen (laag eind SG) je een enzympauze zou kunnen aanhouden bij 66 à 67oC omdat je dan zowel alfa- als beta-amylase de kans geeft om te werken. Met deze opvatting zat men dus niet helemaal goed omdat onvoldoende rekening werd gehouden met het inactiveren van het enzym beta-amylase. (volgens oude literatuur wordt het enzym pas bij 70C geïnactiveerd).

Thermometer
Zoals we net gezien hebben is de werking van de enzymen temperatuur afhankelijk. Wanneer je thermometer veel afwijkt van een geijkt exemplaar krijg je natuurlijk ook verschillen in de vergistinggraad.

Dikte beslag
Sommige amateur-bierbrouwers hebben een te kleine maischketel en maken daarom een heel dik beslag. Om op het gewenste SG uit te komen spoelen ze de bostel met meer water uit of voegen gewoon water toe aan het opgevangen wort.
Volgens prof. Narziss is de invloed van de beslagdikte bij goed opgeloste mout gering. In een dun beslag werken de enzymen beter dan in een dik beslag waardoor een lager eind SG bereikt kan worden.

pH-waarde
Ook de pH-waarde is van invloed op de werking van de enzymen en daarmee op het eind SG. De meest optimale pH-waarde van een beslag ligt bij 5,4. In de volgende tabel met gegevens afkomstig van prof. Narziss wordt het een en ander geïllustreerd.

pH-waarde | 6,08 | 5,86 | 5,64 | 5,42 | 5,19
vergistinggraad | 72,7 | 76,5 | 77,0 | 77,4 | 69,9
versuikeringstijd in min. | 30 | 20 - 25 | 10 - 15 | 15 - 20 | 30

Het is dus zeker de moeite waard de pH-waarde in de gaten te houden tijdens het maischen. Het beste kun je een monster van het beslag nemen bij een temperatuur van 60 - 63oC. Laat wel eerst het beslag afkoelen toe 20oC voordat je de pH meet, want de pH is temperatuur afhankelijk.

Gistsoort
Bij niet alle recepten is de gistsoort voorgeschreven. Dat is jammer omdat de gist voor een groot deel de smaak maar ook de vergistinggraad van een bier bepaalt. Aan de hand van de gegevens van de bieren die de afgelopen jaren ingezonden zijn bij de Open Nederlandse Kampioenschappen voor Amateur-bierbrouwers heb ik een overzicht gemaakt van de vergistinggraden van de meest gebruikte gistsoorten.

Arsegan 73,1 %

Boots 75,5 %

Brugs Tarwe 83,3 %

Chimay 79,9 %

Delta X 77,8 %

Edme 74,5 %

Farma bovengist 74,4 %

Hoegaarden 75,0 %

West Malle 77,4 %

Tussen de gist met de hoogste en de laagste vergistinggraad zit maar liefst 10% verschil!

Beluchten
Door het wort intensief te beluchten krijg je een betere vergistinggraad.

Hop

Hop bepaalt de bittere smaak. Hoe meer α-zuur de hop bevat, des te bitterder zal het bier smaken.

Ook de kooktijd is van belang. De tijdstippen waarop de hop wordt toegevoegd tijdens het koken is ook van grote invloed. Zie grafiek.