Kitabı oku: «Heimbrauen für Fortgeschrittene»
Für Marie und Laura. Und für Dagmar ...
Hagen Rudolph
Heimbrauen für Fortgeschrittene
Tipps und Tricks für erfahrene Hobbybrauer
Der Autor
Hagen Rudolph ist passionierter Hobbybrauer und veranstaltet Brauseminare. Es wurden bereits mehrere seiner selbstgebrauten Biere prämiert.
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Verlag Hans Carl
© 2002 Fachverlag Hans Carl GmbH, Nürnberg
4. Auflage 2017
Alle Rechte vorbehalten
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BRAUWELT ist eine eingetragene Marke der Raimund Schmitt Verpachtungsgesellschaft mbH & Co.KG
Fotos: Dr. Hagen Rudolph
Gestaltung: Wildner + Designer, Fürth, www.wildner-designer.de
ISBN: 978-3-418-00789-2
Inhalt
Prolog
Neue Geschichte des Bieres
Wasser
Wasserhärte
Säuregehalt (pH-Wert)
Acidität
Restalkalität
Berechnung der Restalkalität
Weitere Bestandteile des Wassers
Wasseranalyse
Wasseraufbereitung
Malz
Rohgetreide
Mälzen
Malz- und Bierfarbe
Malze
Schroten
Maischen
Gussführung
Eiweiß und Enzyme
Konzentrierte Maische
Dekoktionsverfahren
Sudhausausbeute
Hopfen
Inhaltsstoffe des Hopfens
Hopfensorten
Hopfenprodukte
Berechnung der Hopfenmenge
Zeitpunkt(e) der Hopfengabe
Hefe
Hefeprodukte
Hefenährstoffe
Hefeernte
Eigene Hefezucht
Herführen der Hefe
Gärung und Lagerung
Anstellen
Gärführung
Veränderung während der Gärung
Ungewohnte Gärerscheinungen
Speise
Behältnisse
Nachgärung
Biergenuss – Sensorik
Verkostungskriterien
Geruchs- und Geschmackseindrücke
Merkmale verschiedener Biersorten
Geruchs- und Geschmacksfehler
Rezepte
Irish Stout (Guinness Art)
Premium Pilsener
Schwarz-Pils
Pilsener (Rudolph‘sches Infusionsverfahren)
Pilsener (konzentrierte Würze)
Amberbier
Märzen
Rauchbier
Superstarkbier
Ausklang – Die Ballade vom Bierbrauen
Anhang
Berechnung von Alkoholgehalt und Brennwert
Korrektur der Spindelergebnisse
Adressen und Bezugsquellen
Register
Prolog
Der Autor beim Brauen
„Alles fließt“, wusste bereits Heraklit, und vielleicht dachte er dabei auch an Bier. Die Welt bleibt nicht stehen, meinte er, und Hobbybrauer entwickeln sich ebenfalls weiter. Aus Einsteigern werden Fortgeschrittene. Nach anfänglichen Unsicherheiten stellt sich bald eine gewisse Routine ein. Wir verändern Rezepturen und entdecken unsere geschmacklichen Vorlieben. Wir experimentieren ein wenig, basteln mit den Gerätschaften herum (oder auch nicht), schnappen neue Ideen auf (oder haben sie selber) und genießen das immer besser werdende, selbst gebraute Bier.
Schließlich kommen wir an einen Punkt, an dem wir aus vielen Büchern nichts mehr lernen, denn als einführende Ratgeber gehen sie über einen gewissen Schwierigkeitsgrad nicht hinaus. Macht nix, das Bier schmeckt ja. Aber andererseits – können wir nicht drumherum noch einiges tun? Die Wasserqualität gezielt beeinflussen? Die Maischarbeit verbessern? Den Hopfeneinsatz optimieren? Unsere eigene Hefe züchten? Und dies und das?
Jawohl, wir können. Allerdings mussten wir dazu bislang die Fachliteratur für Brauereien und Braumeister konsultieren, welche nicht nur teuer, sondern obendrein oft sehr wissenschaftlich und fachspezifisch gehalten ist. Ziemlich starker Tobak für normale Hobbybrauer ohne besondere naturwissenschaftliche Vorkenntnisse, die lediglich den Brauprozess etwas besser durchschauen und ihr Bier verfeinern möchten.
Für sie habe ich dieses Buch geschrieben. Es versucht, die Lücke zwischen Anfänger- und Fachliteratur zu verkleinern. Es liefert…
•Hintergrundinformationen über Produkte, deren Gewinnung oder Herstellung und Eigenarten,
•selbst entwickelte Übersichten, die komplexe Zusammenhänge möglichst auf einen Blick begreifbar machen sollen,
•nützliche Formeln und Tabellen zu unterschiedlichen Zwecken,
•neue Rezepte und Anregungen für eigene Experimente,
•praxisbezogene Hinweise, auch wenn sie manchmal die graue Theorie vom Tisch fegen (Theorie ist, wenn man alles weiß und nichts funktioniert. Praxis ist, wenn alles funktioniert, und keiner weiß warum.),
•das alles umrahmt von der Neuen Geschichte des Bieres und der Ballade vom Hobbybrauer, bei denen ausnahmensweise nicht die Information, sondern die Unterhaltung im Vordergrund stehen.
Wie der Titel „Heimbrauen für Fortgeschrittene“ nahelegt, setze ich gewisse Vorkenntnisse und Erfahrungen voraus. Das „Kleine Einmaleins“ des Hobbybrauens sollten Sie bereits im Kopf haben. Sie finden es beispielsweise in meinem Buch „Heimbrauen“ (Fachverlag Hans Carl, 5. Aufl., 2017). Auch die wichtigsten Gerätschaften (Brau-, Filter- und Gärgefässe, Bierspindel, Thermometer usw.) beschreibe ich nicht noch einmal, um Wiederholungen zu vermeiden. Sie dürften ebenfalls bekannt und vorhanden sein.
Außerdem möchte ich auf meine Website „www.hagenrudolph.de“ verweisen. Dort finden Sie eine Ecke für Hobbybrauer mit Informationen und vielen Links, die schneller aktualisiert werden, als es in einem Buch möglich ist.
Viel Spaß beim Lesen und Brauen wünsche ich Ihnen.
Ihr Hagen Rudolph
Bardowick, im Januar 2017.
Neue Geschichte des Bieres
Die Geschichte des Bieres muss neu geschrieben werden. Ein mir gut bekannter Bierhistoriker, Prof. Dr. Gambrinus von Hallertau, hat auf seinen ausgedehnten Exkursionen durch alle Welt bislang verborgene Fakten zusammengetragen, die ein anderes Licht auf die Entstehung des Bieres fallen lassen. Auch die Geschichte bleibt nicht stehen.
Gerüchte, ich hätte diesen Bierhistoriker nach dem Genuss selbstgebrauten Bieres erfunden, muss ich allerdings schärfstens dementieren. Schließlich zeigen unsere leuchtenden Vorbilder in Politik, Wirtschaft, Sport, Unterhaltung usw., dass scharfe Dementis fast immer der beste Beleg für die Wahrheit von Gerüchten sind.
Im ausgehenden zwanzigsten Jahrhundert hat Prof. Dr. Gambrinus von Hallertau also in den Ruinen von Troja gebuddelt. Troja wurde bekanntlich neunmal wieder aufgebaut. Bei seiner Buddelei stieß von Hallertau auf die bis dahin unentdeckte Null-Version von Troja, verborgen unter den historisch dokumentierten neun späteren Trojas. Interessant in unserem Zusammenhang sind Funde, die auf einen ca. 8000 Jahre alten Getränkemarkt hinweisen, datiert anhand von Münzfunden aus der Wechselgeldkasse. Auf einer Münze war deutlich die Prägung „6001 v. Chr.“ (natürlich auf sumerisch) zu lesen. In der Nähe lagen zerbrochene Reste von Beugelbuddelbier-Behältnissen, welche die Sumerer neben den im Inland üblichen Amphoren offenbar für den Export verwendeten.
Prof. Dr. Gambrinus von Hallertau
Flaschenetiketten kannte man damals nicht, weil das Papier noch nicht erfunden war. Also hängte man den Beugelbuddelbier-Behältnissen kleine Keilschrift-Tontäfelchen mit wichtigen Informationen zum jeweiligen Flascheninhalt um, so wie heute auf den Rückseiten der Flaschen oft Etiketten mit kurzen Geschichten kleben. Daraus konnte von Hallertau rekonstruieren, wie die Sumerer ihr Bier entwickelt haben.
Es begab sich in der Stadt Ur am Euphrat an einem besonders heißen Sommertag. Im dortigen Haupttempel ließ sich nach Feierabend ein Mönch auf seiner kargen Bank nieder. Erschöpft und völlig verschwitzt stammelte er: „Ich hab‘ Durst. Ich brauch ein Bier!“ (natürlich auf sumerisch). Aber es gab noch kein Bier. Und da das sumerische Reich eine blühende Getreideanbaukultur pflegte, beauftragte der Abt des Tempels – selber durstig – seine Brüder, aus den vorhandenen Rohstoffen ein Bier zu entwickeln. Ihr Produkt, das heute noch bekannte „Ur-Bock“, war ein durchschlagender Erfolg und begann fortan seinen Siegeszug um die Welt.
Bei der Gelegenheit konnte Prof. Dr. Gambrinus von Hallertau nachweisen, dass die deutschen Brauklöster nahtlos an der sumerischen Tempeltradition anknüpften. Und ein weiteres Rätsel enträtselte er gleich mit.
Am 18. April 1999 gab es in der Welt am Sonntag einen Bericht mit der Überschrift „Wer erfand das Schreiben, als noch keiner Lesen konnte?“. In der Tat eine interessante Frage, auf die man erst einmal kommen muss. Es ging um ein Symposium internationaler Sprachforscher an der Universität von Pennsylvania. Die Sumerer, uns als die ältesten Bierbrauer bekannt, haben die Schrift erfunden. Und da sie die Schrift erfunden haben, sind sie uns als die ältesten Bierbrauer bekannt, denn so stammen die frühesten Aufzeichnungen von ihnen.
Nun liegt die Antwort auf der Hand, und alle Sprachforscher sollten aufmerken, was ein Bierhistoriker zu des Rätsels Lösung beizutragen hat: Die Sumerer mussten die Schrift erfinden, um ihre Brauprotokolle führen zu können! Die Schrift als Nebenprodukt des Bierbrauens, entwickelt in einem Brautempel in Ur. Hand auf‘s Herz: Hätten Sie das gedacht?
Soweit einige neue Forschungsergebnisse, die ich meinen Lesern nicht schuldig bleiben wollte. Nun ist uns ja allen bekannt, dass Bier eine wichtige Sache ist. Entsprechend ernsthaft, fast schon wissenschaftlich geht es in den folgenden Kapiteln weiter. Ehrlich!
Wasser
Warum ist es für Hobbybrauer nützlich, sich mit dem Rohstoff Wasser zu beschäftigen?
•Die meisten Wässer sind nicht gleichermaßen gut für alle Biersorten geeignet.
•Die Kenntnis grundlegender Zusammenhänge ermöglicht eine Anpassung der Rezeptur an das vorhandene Wasser, gegebenenfalls auch eine gezielte Aufbereitung des Wassers.
•Dadurch lässt sich die Auswahl der anderen Rohstoffe optimieren, die Ausbeute erhöhen und die Qualität des Bieres verbessern.
Chemisch reines Wasser – H2O – gibt es allenfalls im Labor. Natürliches Wasser kommt praktisch nie in reiner Form vor. Bereits auf seinem weiten Weg von den Wolken zur Erde fängt es Staub, Pollen und sonstige Partikel ein. Wenn es als Niederschlag auf dem Boden angelangt ist und unterschiedliche Erdschichten oder Gesteine durchsickert, filtert das Erdreich jene Partikel zwar größtenteils aus, aber das Wasser reichert sich mit einer Reihe anderer Substanzen an. Es enthält daher stets Anteile von Gasen, Salzen und sonstigen Bestandteilen. Diese treten im Wasser grob-dispers (grob verteilt), kolloid-dispers (fein verteilt) oder dissoziiert (gelöst) auf.
Orts- oder regionenspezifische Biertypen entstanden in der Regel unter dem Einfluss des vorhandenen Wassers. Um Geschmack und Ausbeute zu optimieren, passte man Zutaten und Brauverfahren dem Wasser an. Man entwickelte beispielsweise Biere Münchner, Dortmunder, Wiener oder Pilsener Typs, um nur einige besonders bekannte zu nennen, von denen noch zu reden sein wird. Sie waren ohne das jeweils vorgefundene Wasser kaum denkbar. Darum haben wir unsere heutige Sortenvielfalt nicht zuletzt unterschiedlichen Wasserqualitäten zu verdanken, und wir können inzwischen auch erklären, warum diese Biertypen die jeweiligen Wässer optimal ausnutzen.
Wasserhärte
Ein entscheidender Parameter der Wasserqualität ist die Wasserhärte. Sie wird ausgedrückt in Grad deutscher Härte (°dH). Ein „deutscher Härtegrad“ entspricht 1 g Kalziumoxyd (CaO) in 1 hl Wasser (bzw. 10 mg CaO pro Liter Wasser – abweichend davon gibt es z.B. „englische“ oder „französische“ Härtegrade).
Dies ist freilich erst die Gesamthärte. Sie setzt sich zusammen aus Karbonathärte und Nichtkarbonathärte. Nach dem Gesetz über Einheiten im Messwesen vom 1.1.1978 wurden die Bezeichnungen zwar durch neue ersetzt, die alten Bezeichnungen sind aber noch immer weit überwiegend in Gebrauch. Das ist angesichts der unzumutbaren neuen Wortungetüme verständlich, und ich werde es nicht anders halten.
| frühere Bezeichnung | heutige offizielle Bezeichnung |
| Gesamthärte | Summe der Erdalkalien |
| Karbonathärte | Karbonationen der Erdalkalien |
| Nichtkarbonathärte | Nichtkarbonationen der Erdalkalien |
Was hat es mit den Begriffen auf sich? Zum Verständnis müssen wir uns auf das Terrain der Chemie begeben. Eingefleischte Chemiefans, die es noch genauer wissen wollen, können weitere Details in Heyses „Handbuch der Brauerei-Praxis“ oder in Narziß‘ „Abriss der Bierbrauerei“ nachschlagen. Wer das Periodensystem nicht kennt, kann die Informationen einfach ignorieren, oder sich in einem Chemiebuch mit ihm vertraut machen.
•Alkalimetalle sind Metalle der ersten Hauptgruppe des Periodensystems (das ist die erste Spalte von links). Insbesondere Natrium (Na) und Kalium (K) sind im Wasser enthalten.
•Erdalkalimetalle findet man in der zweiten Hauptgruppe des Periodensystems (der zweiten Spalte von links). Für uns sind vor allem Magnesium (Mg) und Calcium (Ca) von Interesse.
•Ionen (gr. ion = wandernd) sind positiv oder negativ gelade Teile von Molekülen, die je nach Ladung Kationen (+) oder Anionen (-) heißen, weil sie durch Elektrolyse (gr. lyo = ich löse, ich zerlege; Zerlegung eines Stoffes durch elektrischen Strom) zu den entgegengesetzt geladenen Polen der Stromquelle wandern. Kationen wandern zur Kathode (negativer Pol; gr. kata = hinab; hodos = Weg; sie wandern „stromabwärts“). Anionen wandern zur Anode (positiver Pol; gr. ana = hinauf; sie wandern „stromaufwärts“). Ihre Ladung wird durch ein oder mehrere hochgestellte Plus- oder Minuszeichen ausgedrückt. Da Moleküle nach außen hin neutral sind, müssen sich die Ladungen der zum Molekül gehörenden Ionen ausgleichen.
•Karbonate sind Salze, deren Moleküle als Anion ein CO32–-Ion aufweisen, z.B. Calciumkarbonat (CaCO3) oder Natriumkarbonat (Na2CO3). In Verbindung mit Kohlensäure (H2CO3) entstehen Hydrogenkarbonate. Sie enthalten HCO3--Ionen, z.B. Calciumhydrogenkarbonat (Ca(HCO3)2). Hydrogenkarbonate gehen bei einer Temperatur ab 60 °C (oder durch Fällmittel) in Karbonate über. Zugleich bilden sich Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O), wobei das Kohlendioxid als Gas entweicht (
– deshalb steigen beim Erwärmen von Wasser bereits ab ca. 60 °C Bläschen auf) und das Karbonat unlöslich wird und ausfällt (
):
•Die Karbonathärte besteht aus (Hydrogen-)Karbonationen, die mit Erdalkalimetall-Ionen (Mg2+, Ca2+) zusammen ein Molekül bilden. Karbonationen der Alkalimetalle (Na+, K+) spielen laut dieser Definition für die Karbonathärte keine Rolle. Da Hydrogenkarbonate, wie gerade gezeigt, beim Erhitzen in Karbonate umgewandelt werden und (als Kesselstein) ausfallen, nennt man die Karbonathärte auch vorübergehende Härte.
•Die Nichtkarbonathärte (auch permanente Härte) besteht aus Nichtkarbonationen (Säurereste der Schwefel-, Salz- und Salpetersäure SO42-, Cl-, NO3-), die mit Erdalkalimetall-Ionen zusammen ein Salz (Sulfat, Chlorid, Nitrat) bilden. Auch hier werden die Verbindungen der Alkalimetalle per Definition ausgeschlossen.
Die Zuordnung bestimmter Salze zur Nichtkarbonat- oder Karbonathärte zeigt die folgende Abbildung. Ihr lässt sich entnehmen, dass etwa Magnesiumkarbonat zur Karbonathärte beiträgt, Calciumsulfat hingegen zur Nichtkarbonathärte.
Bestandteile der Nichtkarbonat- und Karbonathärte
Für Bier ist neben der Karbonathärte vor allem ihre Relation zur Nichtkarbonathärte von Interesse. Brauwässer können diesbezüglich erhebliche Unterschiede aufweisen. Günstig für den Biergeschmack ist ein Verhältnis (Karbonathärte : Nichtkarbonathärte) von 1 : 2,5. Bei einem Verhältnis von 1 : 3,5 wird das Bier etwas heller. Diese Relationen sind aber eher selten anzutreffen, und es ist nicht erforderlich, Wasser aufzubereiten, nur um diese Verhältnisse zu erreichen.
Einige charakteristische Kombinationen (wenig oder viel Karbonathärte mit wenig oder viel Nichtkarbonathärte) haben zu den bereits erwähnten berühmten Biertypen (historische Werte für Pilsener, Münchner, Dortmunder, Wiener – wir kommen weiter unten darauf zurück) geführt, wie die Abbildung zeigt:
In enger Verbindung zur Wasserhärte steht der Säuregehalt des Wassers. Erst wenn wir uns damit befasst haben, können wir verstehen, warum die verschiedenen Biertypen entstanden sind.
Zunächst gilt:
•Karbonathärte ist für den Brauer gewissermaßen die „böse“, Nichtkarbonathärte dagegen die „gute“ Härte.
•Je höher die Karbonathärte, desto eher ist eine Aufbereitung des Wassers nötig, um Probleme beim Maischen zu vermeiden.
•Je höher die Nichtkarbonathärte, desto mehr wird den Problemen der Karbonathärte entgegengewirkt.
Säuregehalt (pH-Wert)
Der pH-Wert (lat. pondus Hydrogenii = Gewicht des Wasserstoffs) drückt aus, wie sauer oder basisch eine Lösung ist. Säuren haben einen Überschuss an H+-Ionen, Basen (Laugen) einen Überschuss an OH--Ionen. Neutrale Lösungen, in denen ein Gleichgewicht von H+-Ionen und OH--Ionen besteht, haben einen pH-Wert von 7. Saure Lösungen liegen darunter, basische Lösungen darüber. Je konzentrierter Säuren oder Basen sind, desto weiter entfernt vom neutralen Wert liegt ihr pH-Wert.
pH-Werte (0 bis 14) und ihre Bedeutung
Wenn die Wasserstoffionen-Konzentration in einer Lösung z.B. 10–6,5 beträgt, dann ist der pH-Wert 6,5. Wissenschaftler nennen diese 6,5 den „negativen dekadischen Logarithmus der Wasserstoffionen-Konzentration“. Aber das sei nur der Vollständigkeit halber erwähnt.
Die Trinkwasserverordnung (TVO) sieht einen pH-Wert des Trinkwassers, welches ja normalerweise unser Brauwasser ist, zwischen 6,5 und 9,5 vor. Hobbybrauer können mit Indikatorpapier (über den Fachhandel oder in Apotheken zu beziehen) oder auch mit elektronischen Messgeräten den pH-Wert ausreichend genau für eine erste, grobe Orientierung ermitteln. Unser Brauwasser soll leicht sauer sein, um zu guten Ergebnissen zu führen.
Das Brauwasser sollte nicht im basischen (alkalischen) Bereich liegen. Sein pH-Wert sollte also maximal 7,0 betragen, besser jedoch bei ca. 6,5 liegen.
Acidität
Natürlich vorkommendes Wasser enthält als Ionen gelöste („aktuelle“) sowie nicht gelöste („potenzielle“) Säuren. Während der pH-Wert nur erstere erfasst, ergibt die Summe der aktuellen und potenziellen Säuren (die Gesamtmenge aller Säurebildner) die Acidität (Konzentration der Säuren). Ihr Gegenstück (Konzentration der Basen) heißt Alkalität und entspricht in der Regel der Konzentration der im Wasser enthaltenen Hydrogencarbonat-Ionen.
Die Acidität des Brauwassers wird bestimmt durch
•aciditätserhöhende Calcium- und Magnesiumionen (enthalten in Karbonat- und Nichtkarbonathärte); sie überführen schwach alkalische sekundäre Phosphate in saure primäre Phosphate und senken dadurch den pH-Wert:
•aciditätsvernichtende Hydrogenkarbonationen (treten auf in der Karbonathärte und in Verbindung mit Alkalimetallen); sie verbrauchen H+-Ionen und erhöhen dadurch den pH-Wert:
Außerdem reagieren sie mit sauer wirkenden primären Phosphaten zu schwach alkalischen sekundären Phosphaten:
Noch vorhandene Hydrogenkarbonate können sekundäre Phosphate in stark alkalische tertiäre Phosphate umwandeln:
•aciditätsneutrale Ionen.
Folgende Übersicht verdeutlicht die Zuordnung und Wirkung der genannten Substanzen:
Verschiedene Ionen und ihr Einfluss auf die Acidität
Für die Gesamtalkalität sind Erdalkali- und Alkalikarbonate ausschlaggebend. Wenn keine Alkalikarbonate wie Soda (Na2CO3) oder Pottasche (K2CO3) vorhanden sind, wovon man oft vereinfachend ausgeht (Soda kommt beispielsweise vor allem in vulkanischen Gebieten vor), entspricht die Gesamtalkalität genau der Konzentration der Erdalkalikarbonate, also der Karbonathärte. Die ausgeglichene Alkalität (gleicht die alkalische Wirkung aus) bemisst sich anhand der Calcium- und Magnesiumionen.
Restalkalität
Wir sehen, dass die Karbonathärte sowohl aciditätserhöhende als auch -vernichtende Bestandteile enthält, die Nichtkarbonathärte hingegen aciditätserhöhende und -neutrale. Das Verhältnis von aciditätserhöhenden zu aciditätsvernichtenden Ionen wird durch die Restalkalität in °dH ausgedrückt. Die Restalkalität verknüpft gewissermaßen Wasserhärte und pH-Wert miteinander. Sie ist das Maß für die Eignung eines Wassers für bestimmte Biersorten.
Dortmunder Wasser ist hierfür ein gutes Beispiel. Es hat eine hohe Karbonathärte (16,8 °dH – die historischen Werte dienen nur der Illustration), also eine hohe Gesamtalkalität. Dieser steht aber eine sehr hohe Nichtkarbonathärte (24,5 °dH) gegenüber. Sie wirkt aciditätserhöhend bzw. alkalitätsneutralisierend. Daher liegt die Restalkalität nur bei 5,7 °dH, und das Wasser ist ungeachtet seiner ungewöhnlichen Härte für helle Biere geeignet, was bei Münchner bzw. Wiener Wässern, die trotz niedrigerer Gesamthärte eine deutlich höhere Restalkalität (10,6 bzw. 22,1 °dH) aufweisen, nicht der Fall ist.
Für Pilsener Biere sollte die Restalkalität unter 2 °dH betragen (Restalkalität des Pilsener Wassers: 0,9 °dH), für Lagerbiere (z.B. Export) um 5 °dH. Dortmund hat also ein Wasser für Exportbiere, und für diese ist der Standort tatsächlich berühmt. Bis zu einer Restalkalität von ca. 5 °dH ist eine Wasseraufbereitung kaum lohnend, wenn man nicht gerade ein Pilsener Bier brauen möchte.
Die Tabelle auf der Seite 18 zeigt die Auswirkungen des höheren Maische- und Würze-pH bei höherer Restalkalität des Brauwassers.
Dies beeinträchtigt die Qualität heller, untergäriger Biere. Also macht man aus der Not eine Tugend, passt sich dem Wasser an und braut bei höherem pH-Wert dunklere Biere oder obergärige (Weizen-) Biere. Die Nachteile des Wassers kann man damit zwar nicht vollständig kompensieren, aber doch erheblich abmildern. Dunkle Biere sind oft vollmundiger. Stärkere Malzigkeit und Vollmundigkeit runden ein leichtes Röstaroma ab und überdecken raue Geschmacksnuancen. Die qualitativ schlechtere Bittere wird durch eine vorsichtigere Hopfengabe gemildert. Im dunkleren Bier fallen Trubstoffe weniger auf (was bei den modernen industriellen Filteranlagen einerseits kein Problem darstellt und andererseits bei Hobbybrauern aufgrund des ohnehin stärkeren Trubes kaum stört). Damit haben wir die charakteristischen Merkmale dunkler Biere beisammen. Bei obergärigen Bieren sorgt die Hefe für mehr geschmacksaktive Aromastoffe.
Nun ist aber zu klären, wie wir die Restalkalität unseres eigenen Wassers berechnen können.
Wirkung eines höheren ph-Wertes auf das Bierbrauen
Berechnung der Restalkalität
Zur Berechnung der Restalkalität zieht man von der Gesamtalkalität die ausgeglichene Alkalität (gewichtete Menge aller Calcium- und Magnesium-Ionen) ab. Man kann auch sagen: Von den aciditätsvernichtenden Ionen zieht man die aciditätserhöhenden Ionen ab, nur müssen letztere aufgrund ihrer unterschiedlichen Wirkung zunächst in ein bestimmtes Verhältnis gesetzt werden. Die Gesamtalkalität entspricht, wie bereits gesagt, der Karbonathärte, wenn keine nennenswerte Menge an Alkalikarbonaten enthalten ist. Unsere Formel lautet:
Restalkalität = Gesamtalkalität - ausgeglichene Alkalität
Nun benötigt man 3,5 mol Calcium bzw. 7 mol Magnesium, um die schädliche Wirkung von 1 mol Hydrogenkarbonat zu kompensieren (deshalb die Bezeichnung „ausgeglichene Alkalität“). Entsprechend gewichtet addieren sich beide zur ausgeglichenen Alkalität:
Formel für die Berechnung der Restalkalität
Wie wenden wir diese Formel an? Nun, die Restalkalität wird in °dH ausgedrückt, daher setzt man sämtliche Werte mit dieser Einheit in die Formel ein. Vom Wasserwerk wird man Angaben jedoch in mg/l (Milligramm pro Liter) erhalten, muss sie also noch umrechnen. Dabei hilft folgende Tabelle:
| Ein… | entspricht… |
| °dH | 7,15 mg/l Calciumionen |
| °dH | 4,34 mg/l Magnesiumionen |
| mg/l Calciumionen | 0,14 °dH (= 1 / 7,15) |
| mg/l Magnesiumionen | 0,23 °dH (= 1 / 4,34) |
Sind also z.B. 47 mg/l Calcium angegeben und wollen sie diese in °dH umrechnen, dann dividieren Sie den Wert durch 7,15 oder multiplizieren ihn mit 0,14, was auf dasselbe hinausläuft. Das Ergebnis lautet jedenfalls 6,57 °dH.
Als Rechenbeispiel greife ich auf die Trinkwasseranalyse meines örtlichen Wasserwerkes zurück:
| Analysewert | Umrechnung in °dH | |
| Gesamthärte | 7,5 °dH | |
| Karbonathärte | 6,2 °dH | |
| Nichtkarbonathärte | 1,3 °dH | |
| Calcium | 47 mg/l | 6,57 °dH (= 47 / 7,15) |
| Magnesium | 3 mg/l | 0,69 °dH (= 3 / 4,34) |
Da Alkalikarbonate ignoriert werden (weil sie meist nicht enthalten sind, was die vorliegenden Analyse bestätigt), setze ich die Gesamtalkalität gleich der Karbonathärte, trage alles in die Formel ein und komme zu folgendem Ergebnis:
Beispiel für die Berechnung der Restalkalität
Mein Wasser hat also eine Restalkalität von 4,22 und ist damit für Pilsener nicht mehr optimal geeignet (obwohl die Ergebnisse in der Praxis immer noch hervorragend ausfallen), wohl aber für helle Lagerbiere wie Export oder Spezial. Dunkle Biere gelingen damit ebenfalls prächtig. Offenbar ist das Wasser für alle Zwecke ausreichend, es ist ja auch noch nicht sonderlich hart.
Wo genau bei Ihrem Trinkwasser die Grenzen des Genießbaren liegen, finden Sie – bevor Sie lange rechnen und überlegen – am besten durch eigenes Ausprobieren heraus. Erst bei unbefriedigenden Resultaten müssen Sie Ihr Wasser aufbereiten. Vor der Aufbereitung muss das Wasser freilich genauer analysiert werden.
Weitere Bestandteile des Wassers
Neben den genannten Substanzen können sich weitere störende Bestandteile im Wasser befinden. Für das Brauen sind die folgenden von größerer Bedeutung:
•Nitrat ist im Wasser immer enthalten. Durch Überdüngung kann der Nitratgehalt jedoch leicht ein schädliches Ausmaß annehmen. Mehr als 50 mg/l sind bedenklich, da die Hefe Nitrat (NO3) zum Hefegift Nitrit (NO2) umwandelt, was Veränderungen des Biercharakters oder Störungen des Gärvorganges zur Folge haben kann. Bei weichem Wasser können auch geringere Nitratmengen schon bedenklich sein. Nitrat-, Ammonium- und Phosphat-Ionen deuten übrigens auf fäkale Verunreinigungen des Wassers hin, die beispielsweise bei geringer Grundwassertiefe und intensiver Gülleentsorgung auf landwirtschaftlich genutzten Flächen (irreführend „Düngung“ genannt) auftreten können.
•Chlor, sofern es in Wasserwerken oder im Haushalt zur Wasseraufbereitung verwendet wurde, ist problematisch, da es mit den Gerbstoffen des Malzes Chlorphenole bildet. Chlor verfliegt, wenn man das Wasser vor dem Brauen einen Tag stehen lässt und belüftet, z.B. mit einer Aquarienpumpe. Künstlich zugesetztes Chlor ist nicht zu verwechseln mit natürlichem Chlorid.
•Chlorid kommt durch im Wasser gelöste Salze (Natriumchlorid ist Kochsalz) natürlich vor. Daher ist nicht verwunderlich, dass ab 300 mg/l das Bier salzig schmecken kann. Chlorid kann Edelstahl angreifen, weshalb man bei Verwendung dieses Materials 100 mg/l nicht überschreiten sollte. Andererseits begünstigt es die Tätigkeit der α-Amylase beim Maischen, verbessert die Vollmundigkeit und sorgt für einen weicheren Geschmack des Bieres.
•Eisen und Mangan sind ab 1 mg/l ungünstig, denn sie wirken sich nachteilig auf Geschmack und Farbe des Bieres aus. Eisenhaltiges Wasser ist leicht an seiner bräunlichen Färbung zu erkennen.
Wasseranalyse
Bei der Wasseranalyse geht es darum, für uns wichtige Parameter der Wasserqualität möglichst exakt zu bestimmen. Erst wenn sie bekannt sind, können wir sie bei Bedarf mittels Wasseraufbereitung gezielt verändern.
Genaue Analysewerte können Sie bei Ihrem Wasserwerk oder Wasserbeschaffungsverband erfragen. Von dort beziehen Sie Ihr Rohwasser. Sobald Sie allerdings Ihren eigenen Brunnen haben oder mit der Wasseraufbereitung beginnen, kann das Wasserwerk nicht mehr weiterhelfen. Dann müssen Sie selbst zur Tat schreiten.
Für Hobbybrauer gibt es einfache und kostengünstige Möglichkeiten einer brauchbaren Wasseranalyse, beispielsweise eine Reihe von Indikator- und Testpapieren, meist als Streifen. Diese taucht man kurz in das Wasser. Anhand des Farbumschlags kann man dann sofort die gemessenen Werte ablesen. Der Handel bietet z.B. Indikatorstreifen für Wasserhärte, pH-Wert, Nitrat, Nitrit, Chlor und viele andere Substanzen an. Auch elektronische Geräte, etwa zur Messung des pH-Wertes, stehen zur Verfügung, sind aber nicht ganz billig. Sie erhalten jene Produkte u.a. im Hobbybrau- oder im Aquarienfachhandel, da für die Zucht von Zierfischen – ähnlich wie für das Brauen – die Wasserqualität von großer Bedeutung ist.
Eine erste Orientierung über den pH-Wert können Sie sich mit Universalindikator (nur ganzzahlige Werte) verschaffen, um dann mit genauerem Indikator (z.B. 6,0 bis 8,1 in 0,3-Schritten) präzisere Werte zu ermitteln. Nitrat(e) lassen sich mit speziellen Teststreifen in den Stufen 0/10/25/50/100/250/500 mg/l NO3- ablesen.
Titrimetrische Bestimmung der Gesamthärte
Die Gesamthärte können Sie sehr einfach titrimetrisch (maßanalytische Bestimmung einer Lösung mit unbekannter Konzentration durch Zugabe einer Titrierlösung mit bekannter Konzentration bis zu einer sprunghaften Änderung z.B. der Farbe) bestimmen. Hierzu bietet Macherey-Nagel ein Testbesteck an, bestehend aus einem Probegefäß und einer Reagenz. Die Reagenz geben Sie tropfenweise in 5 ml Wasser. Wenn die Farbe von Orange nach Grün umschlägt, ist die Zahl der bis dahin verbrauchten Tropfen gleich der Gesamthärte in °dH. Führen Sie diesen Test vor und nach der Aufbereitung durch, dann können Sie die Veränderung recht zuverlässig feststellen.
Wasseraufbereitung
Man muss sich heutzutage nicht mit dem vorhandenen Wassertyp abfinden. Am Pils-Boom etwa wollen verständlicherweise auch Brauereien teilhaben, deren Wasser für das Brauen von Pilsener Bieren eher ungeeignet ist. Daher wurden Verfahren der Wasseraufbereitung und Wasserenthärtung entwickelt, die stets einen größeren Aufwand erfordern und höhere Kosten mit sich bringen, aber nicht alle überall zulässig sind.
Enthärtung durch Erhitzen
Wie bereits erwähnt zerfällt beim Erhitzen über 75 °C ein Teil des Hydrogenkarbonats in Karbonat, Kohlendioxid und Wasser. Während ein Teil der vormals gelösten Härtebildner als Calciumkarbonat ausfällt, ist Magnesiumkarbonat nur in der Siedehitze unlöslich, muss also – sofern erwünscht – aus heißem Wasser herausgefiltert werden. Bei sinkender Temperatur löst es sich wieder. An Alkalimetalle gebundene Hydrogenkarbonate – für die Wasserhärte sind sie bedeutungslos – bleiben auch bei heißem Wasser in Lösung.
Fazit: Enthärtung durch Erhitzen reduziert die Calciumkarbonathärte ohne Zugabe von Chemikalien, aber mit einem beträchtlichen Energieaufwand.
Enthärtung mit Calciumhydroxid (Ca(OH)2)
Kohlendioxid, Calcium- und Magnesiumhydrogenkarbonat sowie Magnesiumkarbonat lassen sich mit Calciumhydroxid (gelöschtem Kalk) schon bei einer normalen Wassertemperatur von 12 °C – besser ist jedoch Raumtemperatur – unschädlich machen. Dieses Verfahren ist also ohne Erhitzen durchzuführen und obendrein leicht zu kontrollieren. Dabei laufen – je nach vorhandenen Härtebildnern – folgende Reaktionen ab:
Dem Wasser wird gesättigte Calciumhydroxid-Lösung, auch als „Kalkmilch“ oder „Kalkwasser“ bekannt, zugegeben. Calciumkarbonat und evtl. Magnesiumhydroxid fallen aus. Das enthärtete Wasser wird vorsichtig abgezogen, der schlammhaltige Bodensatz bleibt im Gefäß zurück. Deswegen sollten Sie einige Liter mehr enthärten, als Sie tatsächlich benötigen.
Sie können Calciumhydroxid-Lösung selbst herstellen, indem Sie ungelöschten Kalk (CaO; auch Ätzkalk oder gebrannter Kalk genannt) in Form von Brocken oder Pulver kaufen. Geben Sie diesen in Wasser. Aber Vorsicht! Es entsteht eine beträchtliche Reaktionswärme. Daher sollten Sie unbedingt erstens ein hitzebeständiges Gefäß (z.B. eine Porzellanschale) mit geeigneter Unterlage verwenden, zweitens genügend Wasser, damit die Reaktionswärme sofort aufgenommen werden kann. Außerdem sollten Sie eine Schutzbrille und Schutzkleidung tragen, um Verätzungen vorzubeugen. Folgende Umwandlung findet statt:
Die für das Brauwasser benötigte Menge an gelöschtem bzw. ungelöschtem Kalk hängt von der Karbonathärte ab. Einen Anhaltspunkt für die Dosierung, bezogen auf 10 Liter Wasser liefert folgende Tabelle:
| Karbonathärte in °dH | gelöschter Kalk in Gramm | ungelöschter Kalk in Gramm |
| 10 | 1,32 | 1 |
| 15 | 1,98 | 1,5 |
| 20 | 2,64 | 2 |
| 25 | 3,3 | 2,5 |
| 30 | 3,96 | 3 |
Dosierung von gelöschtem bzw. ungelöschtem Kalk bei 10 Liter Wasser
Mit der Dosierung müssen Sie vorsichtig sein, denn bei einer zu großen Kalkmenge bleibt ein Überschuss an freier Alkalität. Der Maischeprozess würde aus den bereits erwähnten Gründen erheblich gestört. Überprüfen Sie daher (mit ausreichend genauem Indikatorpapier oder durch Titration), dass der pH-Wert am Ende des Enthärtungsverfahrens nicht über 7 liegt. Ist dies doch der Fall, dann geben Sie solange unter kräftigem Rühren Rohwasser hinzu, bis keine basische Reaktion mehr stattfindet.
Gelöschter und ungelöschter Kalk müssen luftdicht verpackt aufbewahrt werden, sonst reagieren sie vorzeitig mit dem Kohlendioxid der Luft.
Fazit: Enthärtung mit Calciumhydroxid funktioniert ohne Energieaufwand, allerdings unter Verwendung einer Fremdchemikalie, die bei zu hoher Dosierung zu Problemen führen kann. Dieses relativ billige und einfache Verfahren wird häufig praktiziert.
Achtung: Bei der Herstellung von Kalkmilch aus Ätzkalk und Wasser ist äußerste Vorsicht geboten, da es sich um eine heftige Reaktion handelt. Es muss unbedingt ungelöschter Kalk in reichlich Wasser gegeben werden, nicht umgekehrt. Das Tragen von Schutzbrille, Handschuhen und evtl. sonstiger Schutzkleidung empfiehlt sich, weil die Gefahr von Verätzungen besteht.
Aufsalzen mit Calciumsalzen (Calciumsulfat und Calciumchlorid)
Calciumsulfat (Braugips, CaSO4) bewirkt keine Enthärtung des Wassers, sondern sogar eine Erhöhung der Gesamthärte:
Das Calcium des Calciumsulfats bindet nun das Karbonat, welches vorher an Magnesium gebunden war. Statt dem Magnesiumkarbonat (Karbonathärte) haben wir Magnesiumsulfat (Nichtkarbonathärte). So ist die Karbonathärte konstant geblieben, während sich die Nichtkarbonathärte erhöht hat. Das Verhältnis hat sich zugunsten der Nichtkarbonathärte verschoben, wodurch der pH-Wert gesenkt und die Acidität verbessert wird. Außerdem erhöht die Zugabe von Braugips die ausgeglichene Alkalität und senkt die Restalkalität.
Des weiteren verbessert Braugips die Acidität, indem es alkalische Phosphate in saure Phosphate umwandelt:
Bei diesen Vorgängen entstehen allerdings Bittersalz (MgSO4) und Kaliumsulfat (K2SO4), die sich, wenn sie die Wahrnehmungsschwelle erreichen, ungünstig auf den Geschmack auswirken. Man sollte daher nicht mehr als 3 Gramm Braugips pro 10 Liter (30 g/hl) Wasser verwenden, denn dies erhöht den Sulfatgehalt um fast 180 mg/l, wie die folgende Tabelle zeigt.
| Restalkalität in °dH | Zugabe CaSO4 g/hl | Sulfatgehalt mg SO12-/l |
| – 0,5 | 5,4 | + 30 |
| – 1,0 | 10,7 | + 60 |
| – 1,5 | 16,1 | + 90 |
| – 2,0 | 21,5 | + 120 |
| – 2,5 | 26,9 | + 150 |
| – 3,0 | 32,2 | + 180 |
Reduzierung der Restalkalität durch Zugabe von Calciumsulfat (Braugips) (Quelle: Hanghofer 1999, S. 122)
Calciumchlorid (CaCl2) arbeitet ähnlich wie Calciumsulfat und wird dem Wasser ebenfalls vor dem Brauen zugegeben. Während Braugips eine trockene Bittere fördert, bewirkt die Zugabe von Calciumchlorid eher einen vollmundigen, weichen und milden Geschmack, denn es begünstigt beim Maischen die Tätigkeit der α-Amylase. Es empfiehlt sich nicht, mehr als 2 Gramm Calciumchlorid pro 10 Liter (20 g/hl) Wasser einzusetzen, weil Edelstahlanlagen ab einer Chlorid-Konzentration von ca. 100 mg/l korrodieren können. Die geschmackliche Wahrnehmungsschwelle liegt bei ca. 300 mg/l.
| Restalkalität in °dH | Zugabe Ca2CI g/hl | Chloridgehalt mg CI-/I |
| – 0,5 | 4,6 | + 22 |
| – 1,0 | 9,2 | + 44 |
| – 1,5 | 13,8 | + 66 |
| – 2,0 | 18,4 | + 89 |
| – 2,5 | 22,9 | + 111 |
Reduzierung der Restalkalität durch Zugabe von Calciumchlorid (Quelle: Hanghofer 1999, S. 122)
Fazit: Calciumsulfat und Calciumchlorid erhöhen die Nichtkarbonathärte, verbessern die Acidität und erhöhen die ausgeglichene Alkalität. Das Verfahren ist einfach und billig, aber nicht bei jedem Wasser ausreichend, denn beide Substanzen zusammen reduzieren die Restalkalität um maximal 5 °dH. Eine Kombination mit anderen Verfahren ist allerdings möglich.
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