Brauwasser Inhaltsstoffe, Berechnungen und Aufbereitung Matthias Seidl Inhaltsstoffe Die für das Brauen wichtigen Inhaltsstoffe, welche das Geschmacksprofil signifikant verändern sind: - Chlorid - Sulfat Dessen Verhältnis bestimmt, ob das Bier eher malzig oder hopfenaromatisch wird. Chlorid/Sulfat-Verhältnis: < 0.5 Sehr kratzig (sehr hopfenaromatisch), kräftig 0.5 - 0.77 kratzig 0.77 - 1.3 neutral 1.3 - 2 malzig >2 sehr malzig, mild D.h. je niedriger das Verhältnis ist, desto hopfenaromatischer und kratziger wird das Bier. Je größer das Verhältnis, desto malziger. Es besteht die Möglichkeit das Verhältnis durch Calciumchlorid- und Calciumsulfatzugabe zu verschieben. - Calcium - Magnesium Durch Entfernen dieser Ionen kann man die Gesamthärte senken. Die Wasserhärte Die Gesamthärte ist die Summer der Calcium- und Magnesiumhärte [ ] [ ] Die Gesamthärte umfasst alles Magnesium- und Calciumsalze, die der Kohlensäure, der Schwefelsäure oder einem anderen Säurerest zugehören. 0 – 4°dH 4 – 8°dH 8 – 12°dH 12 – 30°dH > 30°dH sehr weich weich mittelhart hart sehr hart Als Carbonathärte (auch Gesamtalkalität) werden alle säurevernichtenden Hydrogencarbonate des Calciums und Magnesiums bezeichnet. Sie wird auch als vorrübergehende Härte bezeichnet, da das Magnesiumhydrogencarbonat beim Kochen in Magnesiumcarbonat umgewandelt wird, welches in Wasser löslich ist. Der m-Wert ist der Umschlagpunkt von Methylorange von hellgelb zu zwiebelrot, wenn 100ml Wasser mit 0,1N HCL titriert wird. Er wird auch als Säurekapazität bezeichnet. Als Nicht-Carbonathärte werden alle Calcium- und Magnesiumverbindungen der Salz-, Schwefel- und Salpetersäure bezeichnet. Das Verhältnis von Nicht-Carbonathärte zu Carbonathärte sollte 1:3 betragen! Dies hat positive Auswirkungen auf die Biereigenschaften und die Sensorik. Außerdem beugt es Gushing (spontanes Freisetzten der Kohlensäure im Bier -> Überschäumen) vor. Richtwert: Die Restalkalität Um Wasser auf seine Brautauglichkeit zu überprüfen wurde der Wert der Restalkalität eingeführt. Sie ist ein Maß der Säurevernichtenden (Carbonathärte) Hydrogencarbonationen und den aciditätsfördernden Calciumund Magnesiumionen (Gesamthärte). Richtwerte für die Restalkalität < 2°dH Pilsener Biere < 5°dH Helle Biere < 10°dH Dunkle Biere Eine erhöhte RA erhöht auch den pH-Wert und verschlechtert somit die Enzymarbeit beim Maischen, was zu niedrigeren Ausbeuten führen kann. Außerdem lässt eine hohe RA die Bittere von stark gehopften Bieren als unedel bzw. sehr kratzig erscheinen. Calcium Der Calciumgehalt sollte aber 40mg/L nicht unterschreiten da Calcium die Eiweißausfällung (Heißtrub) und die Oxaltausfällung (Oxalate führen zu Gushing) fördert. Eisen Der Eisengehalt sollte 0,1mg/L nicht überschreiten. Bei zu hohen Eisengehalten können Probleme bei der Verzuckerung auftreten und eine harte Bittere entstehen. Kommt es mit Sauerstoff in Kontakt, wirkt sich das negativ auf die Gärung und die Eiweißausfällung aus. Nitrit Gift für Hefe und deshalb nicht über 0,1mg/L Nitrat Wird über den Hopfen in das Bier gebracht. Im Wasser nicht über 10-20mg/L Das sind alle wichtigen Grundlagen um zu überprüfen, ob ein Wasser sich zum Brauen eignet oder nicht. Ist dies nicht der Fall, muss es aufbereitet werden. Im Folgenden wird darauf näher eingegangen. Die Wasseraufbereitung Ca- und Mg- Ausfällung mittels Split-Treatment Grundlage ist hierfür die Zugabe von Calciumoxid. Dieses wird in Wasser angerührt und dadurch zu Calciumhydroxid umgewandelt. Nun lässt man diese Kalkmilch sedimentieren und rührt den Überstand (Kalkwasser) in das Brauwasser ein. Dadurch werden die Ionen bzw. das frei CO2 in Form von Calciumcarbonat bzw. Magnesiumhydroxid ausgefällt. CaO + H2O 2Ca(OH)2 Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 2CaCO3 + H2O CO2 + Ca(OH)2 CaCO3 + H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 MgCO3 + CaCO3 + 2H2O Das Calciumcarbonat, welches aus dem Calciumhydrogencarbonat und dem freien CO2 entstanden ist fällt nun aus und könnte abgetrennt werden. Das entstandene Magnesiumcarbonat ist allerdings immer noch in Wasser löslich. Erst durch eine weitere Reaktion des Magnesiumcarbonats mit einem Molekül Calciumhydroxid entsteht unlösliches Magnesiumhydroxid. MgCO3 + Ca(OH)2 CaCO3 + Mg(OH)2 Diese Reaktion läuft aber nur bei sehr hohem pH-Wert ab. Deshalb wendet man das sogenannte Split-Treatment an. Man nimmt zwei Drittel des Brauwassers und überkalkt dies mit der berechneten Menge Kalkwasser. Dadurch steigt der pH-Wert so stark, dass neben den Calcium- jetzt auch die Magnesiumionen ausfallen. Nun rührt man den restlichen Teil des Brauwassers hinzu und somit fallen auch die restlichen Calciumionen in dem anderen Drittel aus. Durch die Zugabe sinkt der pH-Wert wieder und somit können die Magnesiumionen nicht mehr ausfallen. Jetzt stellt sich die Frage, warum nicht gleich das Komplette Wasser überkalken? Würde man dies machen, steigt der pH-Wert so stark, dass sich dies nachteilig auf die Enzyme beim Maischen auswirken würde. Die Carbonathärte wird gesenkt, da die Hydrogencarbonate zerfallen und die Gesamthärte ebenfalls, da Calcium und Magnesium ausgefällt wird. Es ist aber nicht möglich harte Wässer mit diesem Verfahren auf eine RA von null oder gar in den negativen bereich zu verschieben. Dies hat den einfachen Grund, da sich nach der Enthärtung immer noch Mangesiumhydrogencarbonat im Wasser ist befindet. Somit also die Carbonathärte noch über null und auch noch eine Magnesiumhärte vorhanden ist. Milchsäure Die restlichen Hydrogencarbonate können mit Milchsäure ausgeglichen werden. D.h. durch Säurezugabe wird die Carbonathärte gesenkt und somit auch die Restalkalität. Die Gesamthärte bleibt allerdings gleich. Eine Aufbereitung nur mit Milchsäure ist allerdings nicht zu empfehlen, da das oben schon erwähnte Verhältnis der Nicht-Carbonathärte/Carbonathärte immer näher oder unter eins rutscht, was sich nachteilig auswirkt. Quellen 1. Gastl. M, Krottenthaler M., Becker T.; Skript Brautechnologie I – Rohstofftechnologie (Lehrstuhl Brauwesen/Getränketechnologie TUM) 2. Heinicke H.; Infobrief – Wasseraufbereitung in der Getränkeindustrie 3. Reil G., Parlar; Praktikumsskript – CTA I (Lehrstuhl für chemisch technische Analyse TUM)