pH

Deze blog is wat technischer van aard dan de meeste blogs die voor deze website geschreven zijn. Het gaat over het belang of de onzin van het controleren van de pH tijdens het brouwproces. Er zijn hobbybrouwers die sublieme bieren brouwen zonder zich ook maar iets aan te trekken van de pH- waarde van het beslag tijdens het maischen of het koken van het wort. Én er zijn hobbybrouwers die heel secuur aan de gang zijn met pH-meters maar waarvan het uiteindelijke bier tegenvalt. Het beheersen van de pH zegt dus niet alles, maar het kan je wel helpen om het brouwproces in betere banen te leiden.

In de schoolbanken

Voor degenen die de term pH niet zo veel zegt of niet goed hebben opgelet toen ze in de schoolbanken zaten en scheikunde maar een vervelend vak vonden geef ik hier enige basiskennis. Een pH-waarde zegt alles over de zuurtegraad van een waterige oplossing. Als een oplossing een pH heeft van 7 dan is deze pH neutraal. Zure oplossingen hebben een pH onder de 7 en basische oplossingen een pH boven de 7. Zoals zo veel chemische verbindingen kan water (H2O) zich splitsen. De delen van het watermolecuul noemen we ionen. Water splitst zich in een positief geladen waterstofion (H+) en een negatief geladen hydroxide-ion (OH-).

Wanneer er evenveel waterstofionen zijn als hydroxide-ionen is de pH-waarde 7 (pH-neutraal). Wanneer er meer waterstofionen zijn dan hydroxide-ionen, dan is de oplossing zuur, en wanneer er minder waterstofionen zijn dan hydroxide-ionen, dan is de oplossing basisch.

De mate van zuur of basisch zijn van een oplossing wordt uitgedrukt in een pH-waarde. In scheikunde boeken wordt vaak geschreven:
pH is gelijk aan het tegengestelde van de logaritme (met grondtal 10) van de concentratie H+.
Dat is een redelijk abstract begrip. Ik geef hier een paar voorbeelden om er een beter gevoel bij te krijgen.

  • Een daling van de pH met 1 waarde betekent dat er 10 keer zoveel H+ -ionen in oplossing zijn gekomen.

  • Bij een pH van 4 zijn er 1.000.000 keer meer H+ - ionen in oplossing dan bij een pH van 10.

  • Een afname met 0,3 bekent ongeveer een verdubbeling van de H+ -ionen

Buffers

We blijven nog heel even in de schoolbanken zitten. De reden is dat ik nog wat wil uitleggen over een belangrijk aspect bij het brouwen van bier: pH-buffers! Dit komt doordat we bij het brouwen te maken hebben met zwakke organische zuren, geconjugeerde basen en hun zouten. Deze zitten in de mout en komen door het maischen in oplossing.
Ik gebruikte net het begrip geconjugeerde base. Dat is de base die ontstaat bij ioniseren splitsen van een zuur in water.

Bij verdunning, toevoegen van een zuur of een base zal bij een buffer de pH van de oplossing nagenoeg constant blijven.
Dit komt doordat het ioniseren van zware zuren een omkeerbare chemische reactie is. Bij een sterk buffer heb je net zoveel zuur als geconjugeerde base. Aan de hand van de volgende plaatjes wordt de bufferwerking nader toegelicht.



De pH-waarde van het beslag/maisch is afhankelijk van meerdere buffers. Het gaat daarbij onder andere om de volgende buffers:

  •  Water
  •  Carbonaten
  •  Aminozuren
  •  Fosfaten
  •  Maillardproducten

Het een en ander betekent dat de pH van je beslag afhankelijk is van de gebruikte mout en de samenstelling van het leidingwater. Het ligt dus aan de kwaliteit van je leidingwater en het soort bier dat je brouwt of je iets moet doen aan pH-correctie. Het kan zijn dat je moet aanzuren, maar het kan zelfs ook zijn dat je moet ontzuren.

De ene mout is de andere niet

Om de invloed van de gebruikte mout op de pH inzichtelijk te maken geef ik hier een overzicht van verschillende moutsoorten en de pH-waarde die je krijgt als je een beslag maakt met deze mouten in gedestilleerd water.

Voor een optimale werking van de zetmeelsplitsende enzymen is het gewenst dat je pH tussen de 5,2 en 5,6 zit tijdens het maischen. Wat je ziet is dat als je brouwt met alleen tarwemout en pilsmout je uitkomt boven die waarde en wanneer je veel donkere mouten gebruikt onder die waarde uitkomt.

Leidingwater

Een complicerende factor is dat we niet brouwen met gedestilleerd water maar met leidingwater waarin mineralen zijn opgelost. Per waterwinplaats kan de samenstelling van het grondwater anders zijn. Daar komt nog bij dat het water zoals dat opgepompt wordt uit waterwinputten door de waterleidingbedrijven gefilterd en bewerkt wordt. Zo wordt het water belucht, ontijzerd en tegenwoordig op een bepaalde standaard hardheid gebracht door middel van ionenwisselaars en omgekeerde osmose. Hard water kan namelijk zorgen voor kalkafzettingen en zacht water tast

koperen leidingen aan. Vandaar deze aanpassingen aan de kwaliteit van ons leidingwater die geleidelijk worden doorgevoerd. Het kan daarom geen kwaad om bij tijd en wijle de meest actuele wateranalyse op te zoeken op de website van je waterleidingbedrijf. Zo’n analyse ziet er als volgt uit:

De omcirkelde waarden zijn van groot belang als het gaat om de pH waarde van je beslag. Dit komt doordat we te maken hebben met een tweetal reacties. De ene reactie zorgt voor een verlaging van de pH en de andere voor een verhoging.

Fosfaten uit de mout reageren met calcium- en magnesiumionen. Vooral de reactie met calcium is van belang omdat calciumfosfaat een lage oplosbaarheid kent. Wanneer de concentratie van deze stof toeneemt kan deze niet in oplossing blijven en slaat deze stof neer. Door de reactie tussen calciumionen en fosfaten komen er waterstofionen vrij waardoor je een verlaging van de pH krijgt. De volgende reactievergelijking laat dit zien:

3 Ca2+ + 2 HPO42- → 3 Ca3(PO4)2+ 2 H+

De carbonaten of beter gezegd de waterstofcarbonaten, ook wel bicarbonaat genoemd, zorgen voor een pH-verhogend effect. Voor de duidelijkheid waterstofcarbonaat is de geconjugeerde base van koolzuur (H2CO3).

Bij opwarming krijg je een vermindering van de waterstofcarbonaten volgens de volgende reactievergelijkingen.
H
+ + HCO3- → H2O + CO2
2 H+ + CO32-→ H2O + CO2 ↑

Door de vermindering aan H+ krijg je een verhoging pH.

Eventueel kun je je brouwwater vooraf koken om zo veel mogelijk waterstofcarbonaten kwijt te raken. Maar dan moet je daarna het water weer laten afkoelen tot een temperatuur waarbij je start met maischen. Hierdoor gaat veel energie verloren...

pH-correctie

Er zijn drie manieren waarop je met de pH-waarde van je beslag kunt omgaan.

De eerste is je nergens druk over maken. Dat kan, maar dan kan het zijn dat je afhankelijk van het bier dat je brouwt en het leidingwater dat je geleverd krijgt een te hoge of te lage pH-waarde van je maisch hebt. In een volgend blog van mijn hand zal ik nader ingaan op de voordelen van een juiste pH en door welke factoren de pH nog meer beïnvloed wordt.
De tweede methode is continu tijdens je maischen de pH meten en zo nodig de pH aanpassen. Door de interactie tussen de mout die je gebruikt en de samenstelling van de mineralen van je leidingwater doe je er goed aan om pas na 5 tot 10 minuten te meten. De reacties die plaatsvinden hebben nu eenmaal tijd nodig. Wat geen zin heeft is je maischwater voor de storting op een pH te brengen van 5,2 tot 5,6. Je mist dan de invloed van de mout. Het kan zijn dat je dan te laag uitkomt als je veel donkere mouten in je stort heb.
De derde methode is brouwsoftware gebruiken. Het is verrassend hoe goed de pH die je krijgt vooraf bekend kan worden. Vooral BrouwHulp en de gratis spreadsheet Bru
n Water (https://sites.google.com/site/brunwater/) zijn heel goed hierin. Voorwaarde is wel dat je actuele analyse nodig hebt van het water dat bij jou uit de kraan komt. En dat je deze gegevens invoert in het programma dan wel spreadsheet. Ook moet je de moutstort invoeren. Aan de hand van jouw gegevens wordt berekend wat de pH is en welke toevoeging je moet doen in de vorm van melkzuur of brouwzouten om op een gewenste pH-waarde uit te komen. Doordat de de waterleidingbedrijven de waterkwaliteit steeds aanpassen, zoals ik al eerder schreef, kan het gebeuren dat je moet ontzuren in plaats van aanzuren. Bij mij thuis is in ieder geval de waterkwaliteit behoorlijk gewijzigd de laatste jaren waardoor ik veel minder hoef aan te zuren dan in het verleden.

Conclusie

Of je de pH moet corrigeren tijdens het brouwen ligt aan het bier dat je brouwt. De samenstelling van de mineralen en de mouten die je stort zijn van het grootste belang. Bij het ene recept moet je wel aanzuren en bij een ander niet. Het kan zelfs zijn dat je moet ontzuren. Meten is weten!
Welke voordelen je hebt bij een juiste pH zal ik in een volgend blog uit de doeken doen. Daarbij zal ik ook aangeven van welke factoren de pH van je bier nog meer afhankelijk is en wat het effect is op de smaak van je bier.

Voor als je aan de gang wilt gaan met het corrigeren van de pH-waarde: onze leveranciers hebben de benodigde zuren en brouwzouten in huis. Voor het aanzuren melkzuur en fosforzuur en de brouwzouten calciumchloride (geeft een volle zoetige indruk) en calciumsulfaat (geeft een drogend en bittere indruk. Voor het ontzuren kun je calciumcarbonaat gebruiken.

Veel succes bij het brouwen van je volgende biertje.

Jacques Bertens