|
pH-METING
De feiten op een rijtje: Een diepgaande duik in de pH van het beslag.
Volgens de huidige overlevering bij het thuis brouwen ligt de ideale pH-waarde van het beslag tussen 5,2 en 5,6. Dit eenvoudige feit is in feite helemaal niet zo eenvoudig. Het is dus de moeite waard om eens diep in twee vragen te duiken: Wat betekenen deze getallen precies, en wat is hun wetenschappelijke basis? Ik zal deze vragen beantwoorden door vier onderling samenhangende onderwerpen te behandelen:
- De standaardpraktijk bij het rapporteren van gemeten pH-waarden,
- De verschuiving in pH wanneer wort wordt gekoeld van maisch-temperatuur (MT) naar kamertemperatuur (RT),
- De automatische temperatuurcompensatie (ATC) van een pH-meter, en
- Het belangrijkste, de doelstellingen van een succesvolle maisch.
Standaard werkwijze?
Wanneer wort afkoelt van een standaard infusie MT van 67 °C tot RT bij 20 °C, neemt de pH van het wort toe. Dit wetenschappelijke feit ligt ten grondslag aan de verwarring over pH-waarden van de maisch. De gerapporteerde waarden kunnen betrekking hebben op metingen die zijn verricht bij MT of RT, maar helaas wordt de bijbehorende temperatuur niet altijd expliciet vermeld. Een archetypisch voorbeeld van een dergelijke verwaarlozing van de temperatuur is te vinden in Gregory Noonan's uitstekende New Brewing Lager Beer. In het hoofdstuk waarin Noonan de invloed van de pH op de chemie van het beslag bespreekt, wordt met geen woord gerept over de meettemperatuur. De meeste aanbevelingen aan brouwers stellen dat de pH van het beslag 5.2-5.6 moet zijn. Maar als je dieper graaft, zijn de cijfers allesbehalve eenvoudig. Men zou kunnen afleiden dat een dergelijk gebrek aan meet temperatuurrapportage het gevolg is van een standaardprocedure die een standaardtemperatuur omvat.
Inderdaad, John Palmer en Colin Kaminski zijn in hun boek Water nogal onvermurwbaar als ze stellen "... brouwers verwijzen altijd naar pH metingen bij kamertemperatuur." Op het eerste gezicht lijkt deze uitspraak in overeenstemming te zijn met Jean De Clerck, die in zijn tweedelige klassieker Cours de Brasserie uit 1948 heel duidelijk stelt dat alle geciteerde pH-waarden zijn bepaald bij gekoelde wort. Dat De Clerck dit punt moest maken, wijst er echter op dat er al minstens 70 jaar geleden onzekerheid bestond over deze kwestie. In Brewing Science and Practice van Dennis Briggs, stellen de auteurs: "Een groot probleem vloeit voort uit de gewoonte om de pH van het wort of maisch te meten bij kamertemperatuur en aan te nemen dat deze waarden ook gelden bij hogere temperaturen, terwijl dat niet zo is." Met deze uitspraak lijken Briggs te erkennen dat veel, zo niet de meeste, metingen bij RT worden uitgevoerd, maar tegelijkertijd erkennen zij dat er verwarring bestaat bij het beoordelen van de literatuur. Dit blijkt uit hun tabel 4.9, waar zij vraagtekens moeten plaatsen bij de temperatuur waarbij een aantal van de getabelleerde metingen zijn verricht. Hoewel RT-metingen inderdaad gebruikelijker kunnen zijn dan die bij MT - en er zijn zeker brouwers die beweren dat dit de conventie is, is deze praktijk geenszins universeel. Bijvoorbeeld, in haar onderhoudende seminar "Czech Plz! What I Learned Brewing with the Czech Masters" op Homebrew Con 2017, meldt Annie Johnson dat Pilsner Urquell wordt gemaischt bij een pH van 4,7 tot 4,9. De onderstaande discussie impliceert sterk dat deze waarden voor een verhoogde temperatuur zijn.
Dus wat is de conclusie?
Ongetwijfeld kunnen nuttige metingen worden verricht bij MT of RT; het is geheel aan elke brouwer om een geschikt brouwdagproces te ontwikkelen. Het is echter sterk aan te bevelen pH metingen te verrichten bij RT. De redenen hiervoor hebben te maken met de specificaties en prestaties van de pH-electrode. Ten eerste hebben veel electroden een gespecificeerd temperatuurbereik met een maximum van slechts 50 °C, ruim onder dat van een typische MT. Ten tweede, ook al kan men electroden kopen met een maximumtemperatuur die MT's omvatten, de levensduur van een electrode neemt in het algemeen af bij gebruik bij hoge temperaturen. Een vuistregel is dat de levensduur van een pH-sonde met een factor 2 afneemt voor elke 25 °C stijging van de temperatuur. Dus zelfs als een electrode geschikt is voor MT's, zal de levensduur bij gebruik bij MT's waarschijnlijk met een factor ~4 afnemen. Zoals we aan het eind van dit artikel zullen zien, is het bereik van 5,2-5,6 dat in de inleiding wordt genoemd inderdaad voor RTmeting van gekoeld wort.
pH-verschuiving met temperatuur
De voorgaande discussie roept de vraag op hoeveel de pH-waarde van wort verandert als het wordt afgekoeld van 67 °C tot 20 °C. Als er één mooie waarde was, dan konden we die toepassen op een RTmeting en zo een equivalente MT-waarde verkrijgen (of vice versa). Oh, was het maar zo makkelijk! Het probleem is dat de verschuiving in pH tussen MT en RT niet voor alle maischen hetzelfde is. Bij onderzoek naar dit onderwerp vond ik verslagen van een aantal feitelijke metingen, die ik hier samenvat. In hun Tabel 4.8 bundelen Briggs gegevens van R. H. Hopkins en B. Krause, Biochemistry Applied to Malting and Brewing, die pH-verhogingen laten zien van 0.34 en 0.33 voor maischen gemaakt met respectievelijk gedistilleerd en koolzuurhoudend water. Watergoeroe Martin Brungard stelt op zijn webpagina "Water Knowledge" dat de verhoging tussen 0,2 en 0,3 ligt. Jordon Geurts van Briess meldt in zijn presentatie "Specialty Malt Acidity" verschuivingen van 0,37 voor geroosterde mout, 0,26 voor gebrande mout en 0,38 voor donker gebrande mout. A. J. deLange, in de paper "Predicting and Controlling Mash pH Using Simple Models for Mash Component Acid/Base Characteristics", verklaart "... de toename lijkt 0,0055 pH/°C te zijn.... ". Deze snelheid vertaalt zich in een pH-verhoging van 0,26 tussen MT en RT. De moraal hier is dat de pH-verschuiving tussen MT en RT voor een gegeven maisch overal tussen ~0.2 en ~0.4 kan liggen. De exacte waarde hangt af van de moutsoorten waaruit het maisch is samengesteld, zoals Geurts rechtstreeks heeft aangetoond. De twee verschillende waarden uit de gegevens van Hopkins/Krause suggereren ook dat de alkaliteit van het water een kleine rol kan spelen in de temperatuurafhankelijkheid van de giststarter.
Automatische temperatuurcompensatie
Laten we duidelijk zijn: de ATC-schakeling van een pH-meter heeft niets te maken met de temperatuurafhankelijkheid van de pH van het wort. Helaas worden deze verschillende onderwerpen soms door elkaar gehaald, wat leidt tot verwarring over de rol van ATC.
Het doel van ATC is om nauwkeurigere pH-metingen mogelijk te maken. Om te begrijpen wat ATC doet, moeten we begrijpen wat een pH-meter meet. Zoals bij vrijwel elk elektronisch instrument is een potentiaalverschil V (d.w.z. een spanning) de werkelijk gemeten grootheid. Digitale schakelingen in het instrument interpreteren dan de spanning om een output te produceren; de output van een pH-meter is uiteraard een pH-waarde. De sleutel tot het nut van ATC is het feit dat de relatie tussen pH en de gemeten sondespanning temperatuurafhankelijk is. De relevante relatie is de Nernst-vergelijking, die voor ons doel kan worden geschreven als:
V = C x T (pH0 - pH)
waarbij C een constante is, T de temperatuur in Kelvin, en pH0 de pH van de referentieoplossing in de sonde. Idealiter is pH0 = 7. Het belangrijke aspect van deze vergelijking is dat V evenredig is met de temperatuur. Dus als de meter geijkt is op een bepaalde temperatuur Tc en de monstertemperatuur Ts anders is, dan zal een meter zonder ATC een onjuiste waarde van pH rapporteren. Uitgaande van de Nernst-vergelijking is het eenvoudig aan te tonen dat de systematische fout in de pH-meting ΔpH gerelateerd is aan het temperatuurverschil ΔT = Ts - Tc via
ΔpH = [(pH0 - pHs)/ Tc] x ΔT
waarbij pHs de pH-waarde is die door de meter wordt gerapporteerd wanneer het monster wordt gemeten. De ATC-schakeling corrigeert voor de fout ΔpH en stelt de meter in staat een nauwkeuriger waarde te geven. Hoe groot is deze fout voor een typische meting van wort-pH? Als de meter is geijkt in de buurt van RT (Tc ≈ 293 K) en de gemeten pH-waarden ligt dicht bij 5,4, dan resulteert ΔT = 10 °C in ΔpH ≈ 0,05. Toegegeven, deze fout is vrij klein, dus als pH-waarden van het maisch in de buurt van RT de enige pH-waarden zijn die van belang zijn, dan is ATC de extra kosten wellicht niet waard. Aan de andere kant, als het doel is de pH bij RT te meten, dan is ATC essentieel. Bovendien toont de vergelijking voor ΔpH dat de fout schaalt als het verschil tussen pH0 en pHs, dus kleinere waarden in pHs resulteren in grotere fouten. TC kan dus de moeite waard zijn voor de thuisbrouwer die de pH van bijvoorbeeld een Berliner weisse wil bepalen.
Optimale pH van het beslag
Het overkoepelende doel van het beslag van een brouwer is een zoete wort te produceren die - na vergisting - resulteert in bier met de best mogelijke smaak. Een aantal processen die plaatsvinden tijdens het maischen dragen bij tot dit doel. Eerst en vooral is er de reductie van zetmeel tot een combinatie van dextrines en vergistbare suikers. Men zou daarom kunnen veronderstellen dat de optimale pH-waarde van het maischwater in het bereik ligt dat een maximale extractopbrengst en een goede vergistbaarheid van het wort garandeert. Verschillende bronnen vermelden pH-waarden die deze twee resultaten optimaliseren; de gegevens zijn samengevat in tabel 1. Op basis van de gegevens in de tabel kunnen we veronderstellen dat een bij RT gemeten pH van ~5,4-5,8 een optimaal bereik is voor het maximaliseren van zowel extract als vergistbaarheid.
Tabel 1: pH-bereiken voor het beste extractrendement en de beste fermenteerbaarheid. De waarden zijn bij RT, met waarden tussen haakjes verkregen door 0,3 bij de MT-metingen op te tellen.
Dus waarom is 5,4-5,8 niet het optimale bereik? Wel, de pH beïnvloedt andere aspecten van het bierbereidingsproces. Zowel de totale oplosbare stikstof (TSN) als de vrije amino-stikstof (FAN) worden geoptimaliseerd bij iets lagere pH-waarden. Andere resultaten die verbeteren bij iets lagere pH-waarden van het beslag zijn een grotere helderheid van het bier, een verminderde bierkleur, en minder scherpe hopbitterheid. Maar misschien wel de meest noodzakelijke reden om te mikken op een maisch-pH in het iets lagere bereik van 5,2-5,6 wordt het best uitgelegd door John Palmer in zijn 2018 Homebrew Con talk, waar hij opmerkt "Mash pH sets up beer pH." Een hoge (of lage) maisch pH heeft de neiging te resulteren in een relatief hoge (of lage) bier pH. Het belang hiervan is dat de pH van het bier een dramatische invloed kan hebben op de waargenomen smaak van het bier. In zijn lezing bespreekt Palmer uitgebreide evaluaties die professionele brouwer Colin Kaminski gemaakt heeft over de correlatie tussen bier pH en smaak. Kaminski concludeert dat veranderingen in pH van 0,2 gemakkelijk te zien zijn in de smaak van Pale Ales, waarbij een bier pH van 4,2 de optimale smaak voor deze bieren oplevert. Andere brouwers zijn het in grote lijnen eens met Palmer dat 5,2-5,6 het optimale bereik is. Joe Walts is een professioneel brouwer met een grote belangstelling voor pH. Verwijzend naar RT-metingen, stelt hij in zijn voordracht op de 2016 Midwest Regional Brewers Conference: "Ik streef naar een maisch-pH van 5,35, ik ben tevreden met gemeten waarden van 5,2-5,5, en de werkelijk gemeten waarden zijn 5,3-5,4." A. J. de Lange, die al jarenlang een ontelbaar aantal vragen over maisch-pH beantwoordt, wordt op een thuisbrouwersforum kernachtig geciteerd [15] ". Ik zal zeggen dat de grootste verbetering in mijn brouwen in de laatste vijf jaar kwam toen ik actief de pH begon te regelen tussen 5.3 en 5.4 kamertemperatuur) in plaats van hem alleen maar in de gaten te houden." Martin Brungard, wederom op zijn "Water Knowledge" webpagina, presenteert een tabel met aanbevolen RT maisch pH-waarden voor het verbeteren van bepaalde bierkenmerken: al zijn aanbevelingen vallen binnen het bereik van 5.1 tot 5.6.
Hoe kunnen we als thuisbrouwers deze pH-informatie het best gebruiken? Als men nooit aandacht heeft besteed aan de pH van het beslag, dan kan het eenvoudigweg richten van de pH van het beslag binnen het bereik van 5,2-5,6 aanzienlijke voordelen opleveren. De beheersing van de pH van het beslag op een hoger niveau kan echter worden gebruikt om een bepaald recept in te stellen, aangezien aanpassingen binnen dit bereik de eind pH van het bier beïnvloeden en dus de smaak van het bier beïnvloeden. Zo wordt vaak beweerd dat donkere bieren baat hebben bij de bovengrens van dit bereik, terwijl bleke bieren baat hebben bij de benedengrens. Vanuit zintuiglijk oogpunt is dit logisch: Een beetje meer scherpte door een relatief lagere pH zal een Pilsner of IPA waarschijnlijk veel beter doen dan een Porter of Stout. Natuurlijk ligt de smaak op de tong van de brouwer, dus deze vuistregel moet als zodanig worden behandeld. Tot slot merk ik op dat als de basismout een groot percentage mout met een laag gehalte enzymen bevat, zoals Münchener, een maisch-pH binnen het maximale extractbereik van 5,4-5,8 de voorkeur kan verdienen. Anders is het mogelijk dat de beschikbare zetmelen niet volledig worden omgezet. Dus moge uw maischketel warm blijven, uw pH goed zijn, uw bier koud, verfrissend en helder blijven. Veel maischplezier!
Bron: BYO; Vertaald en bewerkt door Gerrie Hage.
|
Door: Gerrie Hage 
Door: Jacques Bertens 
