Wasserchemie fürs Brauen – einfach erklärt
Verfasst: Dienstag 19. März 2024, 19:34
Hallo zusammen,
als Fan verständlich formulierter wissenschaftlicher Zusammenhänge wollte ich schon länger mal einen Text zum Brauwasser schreiben. Neben Mathematik scheint Chemie ein absolutes Angstfach vieler Menschen zu sein, weswegen Texte zu dem Thema oft nach dem ersten Fachwort abgebrochen werden. Hier wollte ich mal versuchen, so weit wie möglich ohne Fachwörter auszukommen. Der Text wird dadurch ganz bewusst ungenauer und wissenschaftlich nicht ganz korrekt. Bitte seht darüber hinweg und wendet euch bei Bedarf an mehr Details an den bekannten Artikel im Braumagazin. Es geht auch in erster Linie um das "Warum" der Wasseraufbereitung. Auf das "Wie" kann ich in einem zukünftigen Beitrag eingehen. Ich würde mich freuen, wenn der eine oder andere, der sich mit dem Thema schwer tut, diesen Artikel liest und mir Feedback gibt.
Von Wasser, Salzen und Maischen
Das Wasser, dass wir zum Brauen benutzen, besteht größtenteils aus reinem Wasser, enthält aber auch einige Mineralien, die Salze. Salze sind eine eigene Stoffgruppe, die über das gewöhnliche Kochsalz hinausgeht. Alle Salze bestehen aus zwei Salzteilen, einem Metall und einem Nichtmetall. Das Metall Natrium und das Nichtmetall Chlor ergeben z.B. beides zusammen Natriumchlorid, also das bekannte Kochsalz. Solche Kombinationen kann man aus allen vorstellbaren Metallen und Nichtmetallen bilden und erhält dann Stoffe wie Gips (Calciumsulfat), Kalk (Calciumhydrogencarbonat) und viele weitere.
Sind diese Salze im Wasser gelöst, zerfallen sie wieder in ihre zwei Teile, so dass wir glücklicherweise beim Brauwasser gar nicht genau wissen müssen, welche Kombinationen darin vorhanden sind, sondern einfach die Metalle und Nichtmetalle auflisten. Als Metalle interessieren uns im Brauwasser Calcium, Natrium und Magnesium und als Nichtmetalle Chlorid, Sulfat und Hydrogencarbonat. Hat man die Konzentrationen dieser sechs Salzteile, kann man sie in einen Wasserrechner eingeben und so vorhersagen, was beim Bierbrauen passiert. Die Informationen über das eigene Leitungswasser und dessen Konzentrationen an Salzteilen bekommt man von den für den eigenen Haushalt zuständigen Stadtwerken oder sonstigen Wasserversorgern.
Beim Bierbrauen interessiert uns am meisten, wie das Brauwasser unsere Maische beeinflusst. Das Einmaischen ist nämlich ein Vorgang, der nicht einfach nur das Mischen von Wasser und Malz beschreibt, sondern eine chemische Reaktion zwischen Komponenten im Malz und den Mineralien im Wasser. Dabei gibt es zwei Effekte: Einmal die Stoffe im Malz, die schon bei Einmaischen in reinem Wasser eine saure Lösung ergeben und dann die Mineralien im Wasser, die mit den Malzkomponenten reagieren und die Mischung je nach Art noch saurer oder weniger sauer machen können.
Der pH-Wert
Wie sauer eine Lösung ist, kann man mithilfe des pH-Werts angeben. Das ist ein Wert, der die Konzentration von Säureteilchen in einer Lösung angibt. Der pH-Wert hat zwei Eigenschaften: einmal funktioniert er umgekehrt, das heißt je größer der Wert, desto weniger Säureteilchen sind vorhanden. Und zusätzlich ist er logarithmisch, das heißt ein Anstieg um 1 bedeutet, dass die Konzentration der Säureteilchen sich um das Zehnfache reduziert. Man kann sagen, dass der pH-Wert angibt, wieviele Nullen die Zahl hat, die die Konzentration beschreibt.
Neutrales Wasser hat einen pH = 7, also existieren darin auch ohne Säuregabe schon Säureteilchen. Das ist eine Besonderheit des Wassers und liegt daran, dass immer ein ganz kleiner Teil des Wassers in Säureteilchen und Laugeteilchen zerfällt. Der pH-Wert von 7 zeigt an, dass es sich um den zehnmillionsten Teil des Wassers handelt, weil das eine Zahl mit sieben Nullen ist. Höher als 7 wird der pH-Wert nur, wenn man Lauge zugibt.
Wir betrachten erst einmal neutrales Wasser mit einem pH = 7 und fügen ein Malz hinzu. Daraufhin ergibt sich eine saure Lösung, die einen pH-Wert zwischen 4,2 und 6,2 ergibt, je nach Farbe und Art des Malzes. Je dunkler das Malz, desto niedriger der pH-Wert und umgekehrt. Karamellmalze sind dabei noch mal ein Spezialfall, der besonders saure Maischen ergibt. Will man, wie in den meisten Fällen, eine Schüttung verwenden, die aus mehreren verschiedenen Malzen besteht, ergibt sich je nach Mischung ein anderer pH-Wert. Ein Wasserrechner kann einem das vorausberechnen.
Benutzt man nicht gerade absolut reines Wasser fürs brauen, kommen zusätzlich die im Wasser vorhandenen Brausalze ins Spiel, die mit Komponenten in der Malzschüttung chemisch reagieren. Dadurch ergibt sich eine weitere Veränderung des pH-Werts, die ihn entweder nach oben (z.B. durch Kalk) oder nach unten (z.B. durch Gips) verschiebt.
Warum das Ganze?
Der wichtigste Grund, warum wir unser Brauwasser aufbereiten müssen, ist, um den pH-Wert in dem Bereich zu haben, in dem die Enzyme, die die Stärke in Zucker umwandeln, gut arbeiten können. Ist das nicht der Fall, gibt es einen sogenannten Blausud (Jodprobe bleibt blau) und es gibt kaum Zucker, der später von der Hefe in Alkohol umgewandelt werden kann. Dann greift selbst der berühmte Satz „Bier wird’s immer“ ins Leere. Der sichere Bereich für den pH-Wert ist zwischen pH = 5,2 und pH = 6,0. Dabei muss man allerdings beachten, dass die Stärkeumwandlung in der Mitte, bei pH = 5,6, deutlich schneller vonstatten geht als bei den Randwerten. Wer es also einfach haben will, schaut im Wasserrechner, wie er seinen pH-Wert auf pH = 5,6 einstellen kann und ist glücklich.
Ein weiterer Grund ist der Geschmack im Bier. Die Menge an Mineralien im Wasser ist im Vergleich zu Malz und Hopfen extrem gering und wird in Milligram pro Liter angegeben. Sie hat aber teilweise deutliche Auswirkungen auf das Mundgefühl und die Wahrnehmung der Hopfenbittere. Am wichtigsten sind dabei die drei für uns Brauer relevanten Nichtmetalle. Ein hoher Wert an Hydrogencarbonat z.B. verleiht der Bittere einen harschen Charakter und wird deswegen in den meisten Bierstilen vermieden. Sulfat hingegen verstärkt die Hopfenbittere auf eine akzeptablere Art und Weise. Und Chlorid steigert das Mundgefühl und betont die Vollmundigkeit. Will man hier gezielt die Zusammensetzung des eigenen Wassers beeinflussen, so dass es bestmöglich zum geplanten Bier passt, sollte man auf jeden Fall den detaillierten Artikel im Braumagazin lesen.
Nachtrag: Restalkalität und Sulfat-Chlorid-Verhältnis
Im Zusammenhang mit Wasseraufbereitung gibt es immer mal wieder zwei Kennzahlen, die mit Vorsicht genossen werden sollten. Diese sind die Restalkalität und das Sulfat-Chlorid-Verhältnis. Beides sind Vereinfachungen, die einem erlauben, anstelle des gesamten Wasserprofils mit 6 Kennzahlen nur eine einzelne anzuschauen und trotzdem das Wichtigste verstehen zu können.
Bei der Restalkalität geht es darum, die Mineralien, die einen pH-steigernden und jene, die einen pH-senkenden Einfluss haben, in einem Wert zusammenzufassen. So weiß man im Anschluss, wie das Brauwasser auf die Schüttung wirkt und welcher pH-Wert sich am Ende ergibt. Für verschiedene Bierstile wird oft jeweils eine bestimmte Restalkalität empfohlen, bei der sich ungefähr ein guter Maische-pH ergibt. Das Konzept krankt allerdings an der Tatsache, dass Schüttungen sich innerhalb eines Bierstils deutlich voneinander unterscheiden können und die pH-Wert-Vorhersage so ungenau wird. Gleichzeitig steht heute jedem eine Vielfalt an Wasserrechnern für den eigenen Bedarf zur Verfügung, weswegen auf eine Vereinfachung wie die Restalkalität nicht mehr zurückgegriffen werden muss. Einzig für eine kurze Beschreibung des unbehandelten Brauwassers ist die Restalkalität eine gute Methode, da man so leicht sieht, ob man sehr ungeeignetes Leitungswasser hat. Bei einer Restalkalität von über 6°dH sollte man auf jeden Fall das Brauwasser aufbereiten.
Das Sulfat-Chlorid-Verhältnis gibt an, wie die Balance bei den beiden Werten ist, die Hopfenbittere bzw. Malzsüße betonen. Mehr Sulfat verbessert bittere Biere, mehr Chlorid hilft vollmundigen Bieren. Allerdings sagt das Sulfat-Chlorid-Verhältnis nichts darüber aus, wie groß die absoluten Werte sind. Bei 1 mg/l Sulfat und 5 mg/l Chlorid und damit einem Verhältnis von 1:5 könnte man denken, das Bier würde sehr süß schmecken. Tatsächlich wird man aber kaum einen Unterschied zum gegenteiligen Verhältnis von 5 mg/l zu 1 mg/l schmecken, da in beiden Fällen viel zu wenig Chlorid bzw. Sulfat vorhanden ist, um einen Unterschied zu machen. Persönlich empfehle ich, das Sulfat-Chlorid-Verhältnis zu ignorieren, wenn einer der beiden Werte unter 50 mg/l ist. In jedem Falle ist es aber, wie auch bei der Restalkalität, sinnvoller, sich mit einem guten Wasserrechner das gesamte Wasserprofil anzuschauen.
als Fan verständlich formulierter wissenschaftlicher Zusammenhänge wollte ich schon länger mal einen Text zum Brauwasser schreiben. Neben Mathematik scheint Chemie ein absolutes Angstfach vieler Menschen zu sein, weswegen Texte zu dem Thema oft nach dem ersten Fachwort abgebrochen werden. Hier wollte ich mal versuchen, so weit wie möglich ohne Fachwörter auszukommen. Der Text wird dadurch ganz bewusst ungenauer und wissenschaftlich nicht ganz korrekt. Bitte seht darüber hinweg und wendet euch bei Bedarf an mehr Details an den bekannten Artikel im Braumagazin. Es geht auch in erster Linie um das "Warum" der Wasseraufbereitung. Auf das "Wie" kann ich in einem zukünftigen Beitrag eingehen. Ich würde mich freuen, wenn der eine oder andere, der sich mit dem Thema schwer tut, diesen Artikel liest und mir Feedback gibt.
Von Wasser, Salzen und Maischen
Das Wasser, dass wir zum Brauen benutzen, besteht größtenteils aus reinem Wasser, enthält aber auch einige Mineralien, die Salze. Salze sind eine eigene Stoffgruppe, die über das gewöhnliche Kochsalz hinausgeht. Alle Salze bestehen aus zwei Salzteilen, einem Metall und einem Nichtmetall. Das Metall Natrium und das Nichtmetall Chlor ergeben z.B. beides zusammen Natriumchlorid, also das bekannte Kochsalz. Solche Kombinationen kann man aus allen vorstellbaren Metallen und Nichtmetallen bilden und erhält dann Stoffe wie Gips (Calciumsulfat), Kalk (Calciumhydrogencarbonat) und viele weitere.
Sind diese Salze im Wasser gelöst, zerfallen sie wieder in ihre zwei Teile, so dass wir glücklicherweise beim Brauwasser gar nicht genau wissen müssen, welche Kombinationen darin vorhanden sind, sondern einfach die Metalle und Nichtmetalle auflisten. Als Metalle interessieren uns im Brauwasser Calcium, Natrium und Magnesium und als Nichtmetalle Chlorid, Sulfat und Hydrogencarbonat. Hat man die Konzentrationen dieser sechs Salzteile, kann man sie in einen Wasserrechner eingeben und so vorhersagen, was beim Bierbrauen passiert. Die Informationen über das eigene Leitungswasser und dessen Konzentrationen an Salzteilen bekommt man von den für den eigenen Haushalt zuständigen Stadtwerken oder sonstigen Wasserversorgern.
Beim Bierbrauen interessiert uns am meisten, wie das Brauwasser unsere Maische beeinflusst. Das Einmaischen ist nämlich ein Vorgang, der nicht einfach nur das Mischen von Wasser und Malz beschreibt, sondern eine chemische Reaktion zwischen Komponenten im Malz und den Mineralien im Wasser. Dabei gibt es zwei Effekte: Einmal die Stoffe im Malz, die schon bei Einmaischen in reinem Wasser eine saure Lösung ergeben und dann die Mineralien im Wasser, die mit den Malzkomponenten reagieren und die Mischung je nach Art noch saurer oder weniger sauer machen können.
Der pH-Wert
Wie sauer eine Lösung ist, kann man mithilfe des pH-Werts angeben. Das ist ein Wert, der die Konzentration von Säureteilchen in einer Lösung angibt. Der pH-Wert hat zwei Eigenschaften: einmal funktioniert er umgekehrt, das heißt je größer der Wert, desto weniger Säureteilchen sind vorhanden. Und zusätzlich ist er logarithmisch, das heißt ein Anstieg um 1 bedeutet, dass die Konzentration der Säureteilchen sich um das Zehnfache reduziert. Man kann sagen, dass der pH-Wert angibt, wieviele Nullen die Zahl hat, die die Konzentration beschreibt.
Neutrales Wasser hat einen pH = 7, also existieren darin auch ohne Säuregabe schon Säureteilchen. Das ist eine Besonderheit des Wassers und liegt daran, dass immer ein ganz kleiner Teil des Wassers in Säureteilchen und Laugeteilchen zerfällt. Der pH-Wert von 7 zeigt an, dass es sich um den zehnmillionsten Teil des Wassers handelt, weil das eine Zahl mit sieben Nullen ist. Höher als 7 wird der pH-Wert nur, wenn man Lauge zugibt.
Wir betrachten erst einmal neutrales Wasser mit einem pH = 7 und fügen ein Malz hinzu. Daraufhin ergibt sich eine saure Lösung, die einen pH-Wert zwischen 4,2 und 6,2 ergibt, je nach Farbe und Art des Malzes. Je dunkler das Malz, desto niedriger der pH-Wert und umgekehrt. Karamellmalze sind dabei noch mal ein Spezialfall, der besonders saure Maischen ergibt. Will man, wie in den meisten Fällen, eine Schüttung verwenden, die aus mehreren verschiedenen Malzen besteht, ergibt sich je nach Mischung ein anderer pH-Wert. Ein Wasserrechner kann einem das vorausberechnen.
Benutzt man nicht gerade absolut reines Wasser fürs brauen, kommen zusätzlich die im Wasser vorhandenen Brausalze ins Spiel, die mit Komponenten in der Malzschüttung chemisch reagieren. Dadurch ergibt sich eine weitere Veränderung des pH-Werts, die ihn entweder nach oben (z.B. durch Kalk) oder nach unten (z.B. durch Gips) verschiebt.
Warum das Ganze?
Der wichtigste Grund, warum wir unser Brauwasser aufbereiten müssen, ist, um den pH-Wert in dem Bereich zu haben, in dem die Enzyme, die die Stärke in Zucker umwandeln, gut arbeiten können. Ist das nicht der Fall, gibt es einen sogenannten Blausud (Jodprobe bleibt blau) und es gibt kaum Zucker, der später von der Hefe in Alkohol umgewandelt werden kann. Dann greift selbst der berühmte Satz „Bier wird’s immer“ ins Leere. Der sichere Bereich für den pH-Wert ist zwischen pH = 5,2 und pH = 6,0. Dabei muss man allerdings beachten, dass die Stärkeumwandlung in der Mitte, bei pH = 5,6, deutlich schneller vonstatten geht als bei den Randwerten. Wer es also einfach haben will, schaut im Wasserrechner, wie er seinen pH-Wert auf pH = 5,6 einstellen kann und ist glücklich.
Ein weiterer Grund ist der Geschmack im Bier. Die Menge an Mineralien im Wasser ist im Vergleich zu Malz und Hopfen extrem gering und wird in Milligram pro Liter angegeben. Sie hat aber teilweise deutliche Auswirkungen auf das Mundgefühl und die Wahrnehmung der Hopfenbittere. Am wichtigsten sind dabei die drei für uns Brauer relevanten Nichtmetalle. Ein hoher Wert an Hydrogencarbonat z.B. verleiht der Bittere einen harschen Charakter und wird deswegen in den meisten Bierstilen vermieden. Sulfat hingegen verstärkt die Hopfenbittere auf eine akzeptablere Art und Weise. Und Chlorid steigert das Mundgefühl und betont die Vollmundigkeit. Will man hier gezielt die Zusammensetzung des eigenen Wassers beeinflussen, so dass es bestmöglich zum geplanten Bier passt, sollte man auf jeden Fall den detaillierten Artikel im Braumagazin lesen.
Nachtrag: Restalkalität und Sulfat-Chlorid-Verhältnis
Im Zusammenhang mit Wasseraufbereitung gibt es immer mal wieder zwei Kennzahlen, die mit Vorsicht genossen werden sollten. Diese sind die Restalkalität und das Sulfat-Chlorid-Verhältnis. Beides sind Vereinfachungen, die einem erlauben, anstelle des gesamten Wasserprofils mit 6 Kennzahlen nur eine einzelne anzuschauen und trotzdem das Wichtigste verstehen zu können.
Bei der Restalkalität geht es darum, die Mineralien, die einen pH-steigernden und jene, die einen pH-senkenden Einfluss haben, in einem Wert zusammenzufassen. So weiß man im Anschluss, wie das Brauwasser auf die Schüttung wirkt und welcher pH-Wert sich am Ende ergibt. Für verschiedene Bierstile wird oft jeweils eine bestimmte Restalkalität empfohlen, bei der sich ungefähr ein guter Maische-pH ergibt. Das Konzept krankt allerdings an der Tatsache, dass Schüttungen sich innerhalb eines Bierstils deutlich voneinander unterscheiden können und die pH-Wert-Vorhersage so ungenau wird. Gleichzeitig steht heute jedem eine Vielfalt an Wasserrechnern für den eigenen Bedarf zur Verfügung, weswegen auf eine Vereinfachung wie die Restalkalität nicht mehr zurückgegriffen werden muss. Einzig für eine kurze Beschreibung des unbehandelten Brauwassers ist die Restalkalität eine gute Methode, da man so leicht sieht, ob man sehr ungeeignetes Leitungswasser hat. Bei einer Restalkalität von über 6°dH sollte man auf jeden Fall das Brauwasser aufbereiten.
Das Sulfat-Chlorid-Verhältnis gibt an, wie die Balance bei den beiden Werten ist, die Hopfenbittere bzw. Malzsüße betonen. Mehr Sulfat verbessert bittere Biere, mehr Chlorid hilft vollmundigen Bieren. Allerdings sagt das Sulfat-Chlorid-Verhältnis nichts darüber aus, wie groß die absoluten Werte sind. Bei 1 mg/l Sulfat und 5 mg/l Chlorid und damit einem Verhältnis von 1:5 könnte man denken, das Bier würde sehr süß schmecken. Tatsächlich wird man aber kaum einen Unterschied zum gegenteiligen Verhältnis von 5 mg/l zu 1 mg/l schmecken, da in beiden Fällen viel zu wenig Chlorid bzw. Sulfat vorhanden ist, um einen Unterschied zu machen. Persönlich empfehle ich, das Sulfat-Chlorid-Verhältnis zu ignorieren, wenn einer der beiden Werte unter 50 mg/l ist. In jedem Falle ist es aber, wie auch bei der Restalkalität, sinnvoller, sich mit einem guten Wasserrechner das gesamte Wasserprofil anzuschauen.
) jemals gedacht das man es noch mal irgendwann braucht 
). Dann schmeckt man Bier mit anderer Zunge. Plötzlich schmeckt man Sachen in Kaufbier oder sogar seinem bisherigen Lieblingsbier, die einem nie aufgefallen sind und die ein Aahaaaa-Erlebnis ergeben.
hat wieder einige Zusammenhänge verdeutlicht.