Afdrukken

Regelmatig hoor je hobbybrouwers klagen over te hoge einddichtheden. De een komt standaard nooit verder dan 1,020 en bij de ander komen nog hogere einddichtheden regelmatig voor. Om wanhopig van te worden, zeker als je niet van zoet bier houdt. Voor veel hobbybrouwers blijkt het niet mee te vallen om bier te brouwen met een einddichtheid onder de 1,020 om nog maar te zwijgen van het door het brouwproces sturen van de einddichtheid. Het is ook nogal lastige en complexe materie. In dit artikel hoop ik iets meer duidelijk te maken van de factoren die een belangrijke rol spelen bij het bepalen van de einddichtheid en hoe je in je brouwproces kunt sturen.

Schijnbare vergistingsgraad

Alvorens in te gaan op deze factoren, moeten we even stil staan bij een belangrijke parameter die gepaard gaat met de begin- en einddichtheid van een bier. De schijnbare vergistingsgraad is een maat voor de mate waarin een bier is vergist. Een einddichtheid van 1020 zegt immers niet zoveel; het maakt nogal uit of de begindichtheid 1,100 of 1,045 was. Je berekent de schijnbare vergistingsgraad (svg) als volgt:

Schijnbare vergistingsgraad = 100% * (SGstart - SGeind) / (SGstart - 1,000)

SGstart is de begindichtheid;

SGeind is de einddichtheid.

Het gaat hier om een schijnbare vergistingsgraad en niet om de werkelijke vergistingsgraad, omdat we de einddichtheid met een hydrometer meten. In deze meting van de einddichtheid meten we de dichtheid van het water-suiker-alcoholmengsel en niet het water-suikermengsel. De echte vergistingsgraad is altijd lager dan de schijnbare vergistingsgraad.

Goed. Dan gaan we nu eens kijken welke factoren de svg bepalen.

Factor 1: gistsoort

Veel hobbybrouwers denken dat het maischschema de belangrijkste factor is die de einddichtheid bepaalt, maar dat is niet het geval. Uit onderzoeken aan mijn eigen bier (zie hier en hier) en uit brouwliteratuur blijkt de gist de belangrijkste bepalende factor te zijn voor de svg. Het is een welbekend feit dat sommige gisten ver doorgisten en andere niet. Dit heeft te maken met het vermogen van een gist om langere suikerketens af te breken en te vergisten, met de tolerantie voor alcohol en met de mate waarin de gist in oplossing blijft of juist bezinkt.
Een beruchte gist die het bijltje neergooit bij hoge einddichtheden is de Brewferm korrelgist. Al trek je de hele trukendoos open, zelden zul je lager dan 1020 uitkomen. Wil je in de buurt van de 1010 of zelfs eronder komen, dan zul je een andere gist moeten gebruiken. Gelukkig is er keuze genoeg.

Op de site van Wyeast kun je de svg ("apparent attenuation") vinden die typisch is voor elke gistsoort die zij verkopen. Voor de Danstar gisten kun je hier meer informatie vinden en over de DCL gisten (safale, saflager) hier.

Ik heb gemerkt dat de svg van mijn bieren in de meeste gevallen keurig in de door Wyeast gepubliceerde intervallen valt. Regelmatig valt de svg van een bier zelfs nog hoger uit dan de maximale svg van de gist. Dat kan natuurlijk heel goed, omdat de svg van een gist bepaald is met een standaard laboratoriumwort. Met aanpassingen die te maken hebben met de volgende factoren kun je een lagere einddichtheid halen.

Factor 2: hoeveelheid en vitaliteit gist

Ook de hoeveelheid en de vitaliteit van de gist die je toevoegt aan je wort speelt een belangrijke rol. Dat lijkt wellicht vreemd, omdat je zou zeggen dat gist gewoon doorgroeit in je wort en net zolang blijft leven en suikers omzetten totdat alle vergistbare suikers op zijn of de gist het loodje legt door een overmaat aan alcohol. De realiteit leert dat het iets genuanceerder ligt. Voeg je weinig gist toe, dan moeten er veel meer gistcellen in je wort groeien dan wanneer je veel gist toevoegt. De gist groeit echter door totdat er een bepaalde essentiële voedingsstof op is. Dan stokt de vergisting en blijf je zitten met een te hoge einddichtheid. Gist wordt ook minder vitaal naarmate het alcoholgehalte omhoog gaat. Hoe meer gist je toevoegt, des te sneller verloopt de vergisting en des te korter zijn de gistcellen blootgesteld aan hoge alcoholconcentraties voordat de einddichtheid is bereikt.

Werk je met vloeibare gisten, dan is het essentieel dat je een goede giststarter maakt en je wort goed belucht. Gebruik je een korrelgist, dan moet deze vers zijn (of niet langer dan een jaar bewaard in de koelkast). Ook van een korrelgist is het belangrijk dat je voldoende gist gebruikt. Meer over de dosering van gist en het maken van een goede giststarter lees je hier. Als je BrouwHulp gebruikt kun je eenvoudig uitrekeken hoeveel gedroogde gist je nodig hebt of hoe grote giststarter je moet maken.

Behalve de hoeveelheid en vitaliteit van de gist is het verloop van de temperatuur gedurende de vergisting zeer belangrijk. Begin de vergisting op een temperatuur laag. De meeste gistfabrikanten geven voor hun gisten aan bij welke temperatuur zij het best hun werk doen. Begin bij de laagste waarde van het aangegeven interval. Voor een bovengist is dit meestal 18 graden, voor een ondergist 8 graden. Houd de temperatuur de eerste helft van de hoofdvergisting (voor bovengisten een dag of drie, voor ondergisten een dag of vijf tot zeven) op deze waarde. Verhoog daarna de temperatuur langzaam tot de door de fabrikant opgegeven maximale waarde. Meestal verhoog ik de temperatuur met een halve tot een hele graad per dag tot ik op de maximale waarde zit. Op deze wijze voorkom je dat de temperatuur snel inzakt na de heftigste hoofdvergisting en zorg je ervoor dat de gist de moeilijker te verteren suikers toch vergist en dat bijproducten van de vergisting goed door de gist worden opgeruimd.

Beheers je de vergistingstemperatuur niet, dan gebeurt vaak het volgende. Na het inzaaien gaat de gist snel groeien en vergisten. Dit produceert veel warmte, waardoor het jongbier tijdens de heftigste fase van de hoofdvergisting te warm wordt. Neemt de activiteit af, dan keldert de temperatuur (te) snel, waardoor de kans bestaat dat de gist er helemaal mee ophoudt terwijl nog niet alle vergistbare suikers opgebruikt zijn. Bovendien kunnen er, door de te hoge temperatuur tijdens de hoofdvergisting, teveel esters, diacetyl en acetaldehyde gevormd worden, waardoor het bier niet fris en te fruitig smaakt.

Factor 3: het maischschema

Met het maischschema kun je nog wat bijsturen in de svg. Met de gist die je gekozen hebt ligt het svg al grotendeels vast. Met je maischschema bepaal je of je bovenin of onderin het interval van de svg van de gist uitkomt. Soms kun je ook zelfs nog een stukje buiten het interval terecht komen, zowel naar boven als naar beneden.

Bij het maischen zijn verschillende enzymen die bijdragen aan de zetmeelafbraak actief (zie kader).

Kader: enzymen bij de zetmeelafbraak

Bij het omzetten van zetmeel in suikers zijn vier enzymen het belangrijkst. Hieronder worden ze kort besproken.

Beta-amylase is verantwoordelijk voor de productie van maltose (moutsuiker). Meestal wordt beweerd dat de optimale werkingstemperatuur voor beta-amylase rond 63°C ligt, maar in [1] is een optimum van 50°C gevonden. De optimale pH ligt tussen 5,4 tot 5,6. Beta-amylase deactiveert snel bij temperaturen boven de 65°C.

Alfa-amylase knipt op willekeurige plaatsen de zetmeelketens doormidden en produceert hiermee meestal onvergistbare suikers (dextrinen) die door beta-amylase weer verder afgebroken kunnen worden tot maltose. Alfa-amylase werkt optimaal bij 70-75°C en een pH van 5,6-5,8. Dit enzym deactiveert bij 80°C.

Grensdextrinase knipt op sommige vertakkingspunten in de zetmeelketens zijketens af en werkt dus op andere punten in dan alfa-amylase. Grensdextrinase werkt optimaal bij 55-60°C en een pH van 5,1. Bij temperaturen boven de 65°C deactiveert grensdextrinase snel.

Afla-glucosidase is verantwoordelijk voor het afknippen van glucose van langere zetmeel- en dextrineketens, maar komt in mout in zulke kleine hoeveelheden voor dat het van geen praktisch belang is voor het brouwen van bier.

Niet alleen beta-amylase produceert maltose, maar ook alfa-amylase en grens-dextrinase kunnen dat. Zo blijkt uit een studie met een moutsoort die geen beta-amylase bevat dat na een standaard laboratorium maisching 48% van de suikers uit maltose bestaat tegenover rond 73% bij een wort van normale mout.

 

 

Behalve de optimale werkingstemperatuur en optimale zuurgraad speelt de inactivering van de enzymen tijdens het maischen een grote rol.

Enzymen raken tijdens het maischen hun activiteit kwijt, waardoor het bijvoorbeeld geen enkele zin heeft om langer dan anderhalf uur te maischen. Vooral beta-amylase is zeer gevoelig voor hogere temperaturen. Bij 60 graden is na 10 minuten nog maar 24% van de beta-amylase actief en bij 10 minuten op 65 graden nog maar 15%. Na een uur is nog maar een paar procent actief. Alfa-amylase gaat langer mee: na een uur op 65 graden is nog meer dan 60% actief, maar bij 10 minuten op 72,5 graden nog maar 35%. Grensdextrinase degenereert al snel bij temperaturen onder de 60 graden: na 15 minuten op 57,5 graden is minder dan 20% nog werkzaam.
Niet alleen bij hogere temperaturen degenereren de enzymen, dit gebeurt ook al bij lagere temperaturen. Dit betekent dat als je inmaischt bij 50 graden en een eiwitrust houdt van 15 minuten je al heel wat beta-amylase- en grensdextrinaseactiviteit kwijt bent voordat de zetmeelafbraak begint! Zetmeel in mout komt namelijk pas beschikbaar bij temperaturen tussen 60 en 65 graden. Bij deze temperaturen gaat het zetmeel verstijfselen en kunnen de enzymen hun werk pas doen.

Al met al is het lastig om te beredeneren wat nu het meest efficiënte maischschema is. Bij lagere temperaturen werken de enzymen minder snel, maar deactiveren ze ook minder snel. Bij temperaturen rond 65 graden zouden beta- en alfa-amylase goed kunnen samenwerken, maar deactiveert de eerste snel. Wat is nou wijsheid?

Een aantal onderzoekers heeft bekeken wat de effectiviteit van zetmeelafbraak is bij verschillende maischschema’s ([2] en [3]). Voor de bepaling van moutspecificaties wordt standaard de zgn. Congress-methode gebruikt (zie figuur 1). Fijn gemalen mout wordt hierbij ingemaischt bij 45 graden en bij deze temperatuur 30 minuten gerust. Vervolgens wordt met 1°C per minuut verwarmd naar 70 graden en daar wordt nog 20 minuten gerust. De onderzoekers hebben bekeken wat er gebeurt met onder andere de suikersamenstelling van het wort, de vergistbaarheid en de beschikbaarheid van door gist opneembaar stikstof bij dit maischschema en aangepaste maischschema’s. De aanpassingen bestonden in een verandering van de temperatuur bij de eerste stap en de opwarmsnelheid. Het onderzoek is uitgevoerd met verschillende soorten mout. Bij onderzoek [3] is een soortgelijke exercitie uitgevoerd, maar dan met een eenstapsmaisch en met twee, sterk van elkaar verschillende moutsoorten.

Figuur 1. Maischschema volgens de Congress-methode en het schema dat het wort oplevert met het hoogste aandeel vergistbare suikers in onderzoek [2].

Opvallend vind ik dat de onderzoekers vonden dat het wort met de meeste vergistbare suikers (en dus de hoogste svg) gemaakt wordt met het beslag dat bij 65 graden begint [2] of alleen maar gemaischt is bij 65 graden [3]. Ik zou eerder gedacht hebben dat het maischschema dat begint bij 60 graden de meeste vergistbare suikers oplevert, maar dat schema levert een aandeel van een paar procent lager op (zie figuur 2). Bij 65 graden werkt de combinatie van zetmeelverstijfseling en de gezamenlijke afbraak door de drie belangrijkste zetmeelafbrekende enzymen blijkbaar het snelst en valt het nog mee met de degeneratie van beta-amylase. Bij 60 graden verloopt de zetmeelverstijfseling nog niet zo snel. Nog niet alle zetmeel is verstijfseld als het leeuwendeel van de beta-amylase al is gedegenereerd. Bij de 70-gradenstap wordt de rest verstijfseld, maar dan maakt alfa-amylase er voornamelijk onvergistbare suikers van. Per saldo worden er dan dus minder vergistbare suikers gevormd.

Figuur 2. Aandeel vergistbare suikers bij één van de onderzochte moutsoorten bij verschillende inmaischtemperaturen [2].

Voor de totale hoeveelheid opgeloste suikers maakt het trouwens niet uit welk maischschema gebruikt werd, behalve als werd begonnen bij temperaturen boven de 70 graden. Beneden de 70 graden treedt vooral een verschuiving op in de samenstelling van het wort. De vorming van maltose vindt zijn piek bij inmaischen bij 67,5 graden, maar de totale hoeveelheid vergistbare suikers bij inmaischen bij 65 graden. Bij inmaischen boven de 65 graden neemt het aandeel van onvergistbare suikers snel toe. Tussen 67,5 en 70 graden neemt het aandeel onvergistbare suikers sterker toe dan tussen 65 en 67,5 graden.

De meeste voor gist beschikbare stikstof (FAN) wordt trouwens gevormd bij een starttemperatuur van tussen 45 en 55 graden. Dat is niet verwonderlijk, want bij deze temperaturen werken de eiwitafbrekende enzymen nog die eiwitten afbreken in aminozuren. Aminozuren vormen een belangrijke stikstofbron voor gist. De vorming van FAN neemt zeer snel af bij temperaturen boven de 60 graden.

Het is jammer dat de onderzoekers er geen schema bij hebben dat begint bij 50 graden en vervolgens stappen heeft bij 60 en 70 graden, omdat dat het schema is dat veel hobbybrouwers gebruiken. Er zijn echter steeds meer hobbybrouwers die de eiwitrust overslaan en dat kan uitstekend omdat de mouten van tegenwoordig zo ver zijn gemodificeerd dat een eiwitrust overbodig is.

Resumerend: voor een wort dat zover mogelijk kan uitgisten rust je 90 minuten bij 65 graden. Langer voegt niet veel toe, omdat beta-amylase na deze tijd bijna geheel is gedegenereerd. Na 25 minuten is er nog minder dan 4% over. Daarna warm je op tot 78 graden om alle enzymactiviteit te stoppen. Voor een wort dat minder ver uitgist maisch je op een hogere temperatuur in. Ook kun je de 65-gradenstap verkorten tot 5 of 10 minuten en daarna verhogen tot 70 graden waar je rust tot de zetmeeltest zegt dat alle zetmeel is omgezet.

Meer informatie over maischen en maischschema''s vind je in het artikel Maischen op deze site.

Opmerking: bij bovenstaande wordt stilzwijgend uitgegaan van een beslag met een zeer evenredige temperatuursverdeling. In de praktijk is het bijna onmogelijk om je beslag overal en gedurende de gehele rust op een bepaalde temperatuur te krijgen en houden, tenzij je werkt met roerders. Het is daarom erg belangrijk om in jouw brouwinstallatie uit te vogelen waar in het beslag je ongeveer de gemiddelde temperatuur meet.

Factor 4: beslagdikte

De in het onderzoek uitgevoerde beslagdikte was 4 liter water per kg mout. Dikker beslaan betekent dat de zetmeelafbrekende enzymen minder snel werken. Bij een dunner beslag werken zij iets sneller. Helaas degenereren de enzymen ook sneller in een dunner beslag. Per saldo verloopt de versuikering bij een dunner beslag wat sneller dan in een dikker beslag, maar ik vermoed dat de activiteit weer afneemt als je boven de 6:1 uitkomt.

Factor 5: grofheid van het schroten

Zelfs de grofheid van het schroten is van invloed op de vergistingsgraad. Hoe fijner je schroot, hoe meer vergistbare suikers in je wort. Dit komt doordat het zetmeel sneller verstijfselt en eerder beschikbaar is voor beta-amylase. Aangezien beta-amylase, zoals we gezien hebben, snel degenereert, betekent dat een groter aandeel van vergistbare suikers in je wort. Fijn schroten is echter meestal niet zo''n goed idee omdat het de filtering bemoeilijkt en omdat je een groter risico loopt op het uitlogen van ongewenste stoffen uit de kafjes. Je kunt beter grof schroten en langer maischen.

Factor 6: de mout

Het maischschema moet je eigenlijk in samenhang zien met de mout die je gebruikt. Het maischen is immers niets anders dan het mogelijk maken van enzymatische omzettingen van zetmeel in suikers. De ene mout bevat meer enzymen dan de andere en soms ook een andere verhouding tussen de enzymen. Moutfabrikanten geven in hun moutspecificaties vaak aan wat de omzettingskracht is van de enzymen in de mout (diastatic power), uitgedrukt in graden Lintner. Voor pilsmout ligt deze in de buurt van de 100. Helaas blijkt in de praktijk er geen relatie te zijn tussen het aantal graden Lintner en de svg of de benodigde maischtijd. Het maischschema heeft geen invloed op de totale hoeveelheid suikers die ontstaat uit een mout. Alleen de samenstelling van de suikers verandert. Verder blijkt dat langer maischen wel meer suikers oplevert, maar dat er na een uur niet veel meer gebeurt. Langer maischen is dan ook overbodig. In de praktijk betekent dit dat de ene mout nu eenmaal minder suikers oplevert dan de andere.

Tenslotte

Een hoge schijnbare vergistingsgraad is niet zaligmakend. Het hang er natuurlijk maar net van af wat voor biertype je brouwt hoe laag je de einddichtheid wilt hebben. Een bokbier met een einddichtheid van 1005 smaakt waarschijnlijk niet als een bokbier.

Voor het beter plannen van de schijnbare vergistingsgraad en daarmee de einddichtheid van je bier volg je de volgende stappen:

  1. Bepaal de schijnbare vergistingsgraad (afgeleid uit de begin- en einddichtheid) waar je op wilt mikken. Laat je hierbij leiden door wat gebruikelijk is voor het biertype dat je brouwt.
  2. Kies een gist met een vergelijkbare schijnbare vergistingsgraad en die past bij het biertype dat je wilt brouwen.
  3. Voeg altijd genoeg actieve gist toe. Berekend dit met BrouwHulp of met de Pitch Rate Calculator van MrMalty.
  4. Maisch voor een zo droog mogelijk bier met de gekozen gist volgens het maischschema en met een beslagdikte van 5:1:

Tijd (min)

Temperatuur (°C)

45

65

30

70

En voor een zoeter bier met een beslagdikte van 3:1:

Tijd (min)

Temperatuur (°C)

20

63

60

70

Of iets zoeter:

Tijd (min)

Temperatuur (°C)

10

63

60

70

Of zelfs:

Tijd (min)

Temperatuur (°C)

90

69

Doe altijd een jodiumtest om te kijken of aan het eind van het maischschema alle zetmeel is opgelost!

Je kunt het net zo goed een eenstapsmaisch uitvoeren, trouwens. Voor een droog bier houd je dan een rust van anderhalf uur aan bij 65 graden. Hoe meer onvergistbare suikers je wilt hebben, des te dichter kruip je tegen de 70 graden aan. Bij 65 graden rust je anderhalf uur en bij 70 graden is een uur meestal genoeg.

Adrie Otte, augustus 2006. Herzien februari 2010.

Wil je over dit artikel discussiëren, dan kan dat hier.

Literatuur

[1] Osman, A.M. (2002). The advantages of using natural substrate-based methods in assessing the roles and synergistic and competitive interactions of barley malt starch-degrading enzymes. J. Inst. Brew. 108(2), 204-214.

[2] Evans, D.E., Collins, H., Eglinton, J. & Wilhelmson, A. (2005). Assessing the impact and the level of diastatic power enzymes and their thermostability on the hydrolysis of starch during wort production to predict malt fermentability. J. Am. Soc. Brew. Chem. 63(4): 185-198.

[3] Uchida, M., Nakatani, K., Ono, M. & Nagami, K. (1991). Carbohydrates in brewing. I. Determination of fermentable sugars and oligosaccharides in wort and beer. ASBC Journal 49(2): 65-73.

[4] Fix, G. (1999). Principles of Brewing Science. A study of serious brewing issues. Second edition. Brewers Publications, Boulder CO, VS. ISBN: 0-937381-74-8.