Op het forum van Hobbybrouwen.nl had de oprichter Jacques de maand november 2007 uitgeroepen tot maand van de experimenten. Onder andere William gaf daar gehoor aan met een interessant experiment met maischtemperaturen. Het experiment suggereert dat hogere maischtemperaturen nodig zijn om de laatste resten zetmeel te verstijfselen en om te zetten in vergistbare suikers of dextrinen. Deze resultaten pleiten tegen een eenstapsmaischschema waarbij ook gefilterd wordt op dezelfde temperatuur. Fervente eenstapsbepleiters bestrijden dat eenstapsmaischen een negatief effect op het rendement zou hebben.
William noemt in het onderwerp een wiskundig model uit een artikel van Brandam en anderen (Brandam et. al, 2003). Dit model heb ik in een rekenblad gezet en wat mee gespeeld. Over dit model hebben we op het forum enige discussie gehad en er is ook gekeken naar een ouder model dat naar ons idee niet voldeed.

Het wiskundige model berekent de verstijfseling van zetmeel en de omzetting van zetmeel door alfa- en beta-amylase in dextrinen, maltose, maltotriose en glucose. Omzetting van verstijfseld zetmeel gaat vele malen sneller dan omzetting van niet-verstijfseld zetmeel. In de praktijk blijkt dat een deel van het zetmeel verstijfselt bij temperaturen tussen 60 en 65 graden, maar 5 tot 10% van het zetmeel zit in kleine granules, die minder snel kapot gaan of in gebieden in de korrel die pas bereikbaar zijn als eerst een ander stuk is verstijfseld. Het zetmeel in deze granules verstijfselt pas bij hogere temperaturen. Dat blijkt ook uit de metingen van William. Dextrinen kunnen vervolgens weer worden afgebroken tot maltose, maltotriose en glucose. Ook beschrijft het model de denaturatie (=inactivatie) van de genoemde enzymen. Alle processen zijn temperatuurafhankelijk.

Nadat ik het model in het rekenblad had gestopt heb ik geprobeerd om de in het artikel getoonde resultaten te reproduceren. Nadat dat gelukt was heb ik geprobeerd om de metingen van William te reproduceren op basis van de gegevens die hij geeft. Dit lukt gedeeltelijk. Dit is te verklaren uit het feit dat de ene mout de andere niet is en er verschillen zullen optreden bij verschillende moutsoorten. Het experiment van William laat een iets grotere sprong in suikerconcentraties zien bij opwarmen naar 72 graden dan de berekeningen met het model. De grote lijn is echter identiek: ook na een behoorlijke tijd maischen bij 61, 65 of 67 graden komen er na opwarmen tot 72 graden nog suikers uit de mout.

Ik heb de indruk dat veel hobbybrouwers hun maischschema gekiezen op basis van de mogelijkheden van hun installatie, gemak, gewoonte of fingerspitzengefühl. Niets mis mee natuurlijk, bierbrouwen is geen raketwetenschap, maar het discussieert zo lastig op het forum zonder onderbouwingen. Met het model heb ik daarom maar eens een aantal maischschema''s doorgerekend en factoren onderzocht die belangrijk zijn bij het maischproces. Deze factoren zijn temperatuur, tijd en beslagdikte. Beslagdikte blijft in dit artikel buiten beschouwing, omdat factoren die daarmee samenhangen niet in het model zijn ingebouwd. Bij alle doorgerekende maischschema''s is een beslagdikte aangehouden van 3 liter water per kilogram mout.

Eenstapsmaisch

Laten we beginnen met een eenstapsmaischschema. Dit is het simpelste schema: je houdt je beslag voor een bepaalde periode op één temperatuur. De meeste mensen houden een periode van 90 minuten aan. In onderstaande grafiek zie je de resultaten van de simulaties.

Figuur 1. Simulatieresultaten van een 90-minuten eenstapsmaisch.

Op de horizontale as staat de temperatuur van de eenstapsmaisch, op de verticale assen de vergistbaarheid in procenten en het percentage onopgelost zetmeel. De vergistbaarheid is berekend als het percentage vergistbare suikers (glucose, maltose en maltotriose) ten opzichte van de totale hoeveelheid suikers (glucose, maltose, maltotriose en dextrinen).
Bij het interpreteren van de resultaten moeten we goed in gedachten houden dat het model slechts een benadering is van de werkelijkheid en dat de resultaten van het maischproces sterk afhankelijk zijn van de mouten die je hebt gebruikt. De ene mout is de andere niet. De concentraties zetmeel en enzymen kunnen anders zijn, waardoor de processen net even anders verlopen.
Bekijken we de resultaten, dan vallen twee dingen op:

1. De vergistbaarheid is volgens het model het hoogst bij 60 graden (85%) en keldert snel naar 48% bij 74 graden. Een goede temperatuurcontrole bij deze vorm van maischen is dus vereist, want een graad hoger of lager scheelt behoorlijk in vergistbaarheid.
2. Na 90 minuten is er nog steeds niet-verstijfseld zetmeel over, met name bij de lagere temperaturen. De meesten van ons doen een eenstapsmaisch bij 65 tot 69 graden. Na 90 minuten is er nog steeds wat zetmeel over. Dit scheelt in extract ongeveer een tot twee procent. Niet echt een groot rendementverlies, dus, maar wel iets om rekening mee te houden.

Verlengen we het maischschema van 90 naar 180 minuten, dan gebeuren er twee dingen (figuur 2):

Figuur 2. Simulatieresultaten van een 180-minuten eenstapsmaisch.

1. De hoeveelheid niet-verstijfseld zetmeel wordt minder. Bij 65 graden is er bijna geen onverstijfseld zetmeel meer over.
2. De vergistbaarheid neemt toe. Naarmate de maischtemperatuur lager is, neemt de vergistbaarheid meer toe ten opzichte van een 90-minutenschema. Dit komt door de afbraak van dextrinen in vergistbare suikers. Bij de lagere temperaturen gaat dat langer door omdat alfa-amylase dan een langer leven beschoren is. Beta-amylase is bij 65 graden en hoger na 90 minuten al helemaal verdwenen.

Figuur 3 laat zien wat de vergistbaarheid is van het wort bij verschillende temperaturen in combinatie met de tijd dat het maischschema duurt. Tevens is aangegeven hoeveel zetmeel er nog aanwezig is in de mout. De onderbroken lijnen geven het percentage zetmeel aan, de dichte lijnen de vergistbaarheid.

Figuur 3. Vergistbaarheid en overgebleven zetmeel bij verschillende maischtemperaturen en -tijden.

Bij 65 graden is zelfs na 240 minuten nog niet alle zetmeel verdwenen. Bij 70 graden is na 90 minuten alle zetmeel omgezet. Vooral bij de lagere temperaturen en kortere maischtijden is er nog veel onopgelost zetmeel over. Na een uur op 65 graden is er nog zo''n 3% van het totale extract aanwezig als zetmeel.
De tijd maakt ook uit voor de vergistbaarheid. 60 minuten op 65 graden geeft dezelfde vergistbaarheid als 75 minuten op 66 graden of 120 minuten op 67 graden. Wil je een wort dat niet al te ver doorgist, is het dus zaak om zelfs bij een eenstapsmaisch aan het eind van het maischen de temperatuur te verhogen om de enzymactiviteit te stoppen. Doe je dat niet, dan wordt tijdens het filteren en spoelen de vergistbaarheid steeds groter omdat alfa-amylase gewoon door blijft werken.

Conclusies:

1. Bij een eenstapsmaisch is niet alleen de temperatuur van belang voor de vergistbaarheid van het wort, maar ook de tijd.
2. Bij de lagere temperaturen is zelfs na 180 minuten nog wat zetmeel over. Dit is echter niet veel. Na 90 minuten mis je 1 tot 2% van het maximale extract.
3. De temperatuur dient zeer nauwkeurig beheerst te worden, want een graad meer of minder heeft een groot effect op de vergistbaarheid, met name in het temperatuursinterval tussen 65 en 69 graden.
4. Ook bij een eenstapsmaisch is het raadzaam om bij een hoge temperatuur (> 75 graden) uit te maischen om de enzymactiviteit te stoppen.

Tweestapsmaisch

Bij tweestapsmaisch kun je natuurlijk eindeloos variëren. De meesten houden een tweestapsmaisch aan van 90 minuten met een stap bij 60 tot 62 graden en een stap bij 70 tot 72 graden. Door de eerste stap te verkorten of te verlengen kun je de vergistingsgraad verlagen of verhogen. In figuur 4 heb ik de vergistbaarheid en het percentage overgebleven zetmeel uitgezet tegen de tijd van de eerste temperatuurstap. De totale maischtijd is 90 minuten, de verwarming van 60 naar 70 of 62 naar 72 graden duurt 10 minuten. Twee maischschema''s zijn weergegeven: 60-70 en 62-72.

Figuur 4. Simulatieresultaten van een 90-minuten tweestapsmaisch.

Er vallen drie dingen op:

1. Het 60-70 schema geeft een iets hogere vergistbaarheid dan het 62-72 schema, maar heeft ook een hoger overgebleven zetmeelpercentage.
2. De vergistbaarheid is beter te sturen dan met een eenstapsmaischschema, omdat op tijd beter te sturen is dan op temperatuur. Een graad meer of minder tijdens een tweestapsmaisch is van veel minder invloed dan bij een eenstapsmaischschema. Je maakt optimaal gebruik van de sturingsmogelijkheden op basis van de optimale werkingstemperaturen van alfa- en beta-amylase.
3. Bij dezelfde vergistbaarheid is er bij een tweestapsmaischschema van dezelfde duur minder onopgelost zetmeel over dan bij een eenstapsmaischschema. Voorbeeld: stel je wilt een schema van 90 minuten en een vergistbaarheid van 75%, dan moet je een eenstapsmaisch bij 65 graden doen en houd je 1,7% zetmeel over. Doe je een tweestapsmaisch, dan rust je 37 minuten bij 60 graden en houd je 0,5% zetmeel over.

William constateerde bij zijn experiment dat het beslag na de eerste temperatuurstap joodnegatief was (geen zetmeel), maar weer zetmeelpositief werd na opwarmen tot 72 graden. Dit laat ook zien dat er weer zetmeel vrijkomt bij een hogere temperatuur. Dit gebeurt ook in het model. Het zetmeel wordt echter vrij snel weer afgebroken tot dextrinen en vergistbare suikers.

Tot slot nog een simulatie met verschillende inmaischtemperaturen. Hierbij duurt de eerste stap 25 minuten, wordt vervolgens in 5 minuten opgewarmd naar 70 graden en wordt daar nog 40 minuten gerust. De temperatuur van de eerste stap varieert.

Figuur 5. Simulatieresultaten van tweestaps van 25 minuten bij de inmaischtemperatuur en 40 minuten bij 70 graden.

Hoe hoger de inmaischtemperatuur, hoe lager uiteindelijk het % zetmeel. In alle gevallen is het percentage zetmeel echter niet hoog (maximaal 0,5%). De vergistbaarheid piekt bij inmaischen bij 60 graden en wordt snel minder bij inmaischen bij 63 graden of hoger of juist bij een lagere temperatuur inmaischen dan bij 60 graden.

Conclusies

1. In een brouwsysteem met een beperkte temperatuurcontrole of een ongelijkmatige temperatuurverdeling in de beslagkuip biedt een tweestapsschema een betere controle over de vergistbaarheid dan een eenstapsschema. Dit komt omdat een temperatuurvariatie van een graad bij een eenstapsschema een grotere invloed op de vergistbaarheid heeft dan bij een tweestapsschema. Bij een tweestapsschema stuur je op de tijd dat je de 60-62-gradenstap aanhoudt en dat is eenvoudiger te realiseren. Wil je per sé een eenstapsschema aanhouden, dan is het van belang goed te (blijven) roeren en een niet te sterke brander te gebruiken om gelijkmatig te kunnen verwarmen. De brander en de grootte van de pan moeten goed op elkaar afgestemd zijn.
2. Een tweestapsmaischschema geeft een iets hoger rendement, want bij dezelfde maischtijd blijft er minder onopgelost zetmeel over.
3. Om ervoor te zorgen dat je wort niet een te grote vergistbaarheid krijgt, is het aan te raden uit te maischen bij 75-78 graden om de enzymactiviteit te stoppen. Ook bij 70 graden worden nog vergistbare suikers gevormd uit dextrinen.

Literatuur

• Brandam, C., X.M. Meyer, J. Proth, P. Strehaiano & H. Pingaud, 2003. An original kinetic model for the enzymatic hydrolysis of starch during mashing. Biochemical Engineering Journal 13 (2003): 43-52.

Met dank aan William Kloek voor het interessante experiment en de opbouwende opmerkingen bij de kladversie van dit artikel.

Adrie Otte, december 2007

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