Brauwasser aufbereiten

Ich plane ein Pils zu brauen. Pils ist ein helles Bier mit weichem Geschmack und stabilem Schaum, das zur Herstellung sehr weiches Wasser zum Maischen benötigt. Will man in Franken ein Pils brauen, kommt man nicht herum, sich auch mit dem Wasser und mit seiner Aufbereitung zu beschäftigen. Traditionell sind hier doch eher dunkle Biere die Norm der einheimischen kleinen Brauereien.

Ein idealer Wert für die Enzyme ist ein pH Wert von 5,5 (5,4 -5,6). Durch das Einmaischen wird das ph neutrale Wasser (pH 7) durch die Malze automatisch saurer (dunkle Malze mehr als helle). Es befinden sich mehr H⁺ Ionen im Wasser. Überwiegen aber die säurevernichtenden Salze im Wasser (Hydrogenkarbonat, HCO₃^–), so werden die Säureinonen neutralisiert (H⁺ + HCO₃^– -> H₂O + CO₂) und es  kann sich kein idealer  pH Wert einstellen. Dem entgegengesetzt reagieren Calcium (Ca) und Magnesium (Mg) mit Phosphaten vom Malz (3 Ca²⁺ + 2 HPO₄^2- → 3 Ca₃(PO₄)₂ + 2H⁺). Die Restalkalität (RA) ist somit ein Maß dafür, wieviel Säurevernichtende Ionen noch vorhanden sind. Dabei braucht man 1,75 Ca-Ionen oder 3,5 Ma-Ionen, um ein H⁺-Ion zu lösen. Somit ergibt sich für die Restalkalität:

Restalkalität (RA)[°dH] = HCO₃^– [mmol/l] – ( Ca [mmol/l] / 1,75 + Mg [mmol/l] / 3,5 )

Ca[mmol/l] = Ca[mg/l] / 40,1
Ca[°dH] = Ca[mmol/l] * 5,6
Ca[°dH] = Ca[mg/l] / 7,14

Mg[mmol/l] = Mg[mg/l] / 24,3
Mg[°dH] = Mg[mmol/l] * 5,6
Mg[°dH] = Mg[mg/l]  / 4,34

HCO₃^–[mmol/l] = HCO₃^–[mg/l] / 61
HCO₃^–[°dH] = HCO₃^–[mmol/l] * 2,8

Die Restalkalität ist also der Überschuss an säurevernichtenden (puffernden) Ionen und eine wichtige Kennzahl für unser Brauwasser.

Um die entsprechenden Werte für die Formel oben zu besorgen, habe ich mir zunächst die Wasseranalyse von meinen Stadtwerken Schwabach besorgt. Calcium (Ca) und Magnesium (Mg) waren darin angegeben mit Ca = 62 mg/l und Mg = 27 mg/l. Damit die Werte in dH (deutsche Härte) umgerechnet werden können, müssen Ca einfach mit 0.14 und Mg mit 0.23 multipliziert werden und erhalte für Ca = 8.66 dH und für Mg = 6.22 dH. Internationaler ist es mit mmol/l zu rechnen, so ergibt sich für Ca = 1,55 mmol/l und Mg = 1,11mmol/l

Gesamthärte(GH) = Karbonathärte(KH) + Nichtkarbonathärte(NKH)

KH[°dH] = HCO₃^–[mmol/l] * 2,8 = Säurekapazität * 2,8

Die Gesamthärte GH kann berechnet werden aus den Ionen Ca und Mg:

Gesamthärte(GH)[mmol/l] = Ca[mmol/l] / 3,5 + Mg[mmol/l] / 7
oder in °dH
Gesamthärte(GH)[°dH] = ( Ca[°dH] * 1,4 + Mg[°dH] * 2,307) / 10

In meinem Beispiel GH = 1,2 mmol/l = 14,9 °dH. Die Karbonathärte wird durch die Ionen Sulfat (SO4), Chlorid (Cl-) und Nitrit (NO3-) bestimmt. Daraus lässt sich die Karbonathärte bestimmen:

KH [°dH] =  ( GH [°dh]  x  21,8  – Sulfat (SO42)[mg/l] –  Chlorid(Cl-)[mg/l]  – Nitrit(NO3-)[mg/l] )  /  21,8
KH[mmol/l] = KH [°dH] / 2,8

So komme ich auf die KH = 12,71 °dH = 4,53 mmol/l. Nun kann die Restalkalität bestimmt werden, die für die Säureherabsenkung verantwortlich ist:

Restalkalität (RA)[mmol/l] = Karbonathärte (KH)[mmol/l] – Gesamthärte(GH)[mmol/l]

Restalkalität (RA)[°dH] = Restalkalität (RA)[mmol/l]  / 0,3566

Aus meinem Beispiel folgt dann RA = 3,34 mmol/l = 9,35 °dH. Pils braucht einen sehr niedrigen RA-Wert. In der Stadt Pilsen sind dies ca 1.7 dH. Um nun den Wert abzusenken, existieren mehrere Methoden. Eine beliebte und durch das Reinheitsgebot gedeckte Methode ist die Zugabe von Sauermalz.Sauermalz hat 2-4% Milchsäure. Dies entsteht durch die an der Gerstenoberfläche haftenden Milchsäurebakterien unter Einwirkung von 48°C. Dabei senkt Zusatz von 1mmol/l Milchsäure 1mmol/l RA. Um den Säurehemmenden Teil entgegen zu wirken brauche ich 3,34mmol/l Milchsäure. Die Wasserneutralität von pH = 7 braucht man beim Einmaischen und somit für die Hauptgussmenge. Wenn ich nun mit 15L Einmaischen möchte, so ergibt sich folgende Menge an Milchsäure:

Menge Milchsäure [g] = (RA-Vor[°dH]-RA-Nach[°dH]) * 90,8 * 0,3566 * Hauptguss[L] / 1000
Menge Milchsäure [ml] = Menge Milchsäure [g] / 1,206 [g/ml]

Somit brauche ich 4,55g Milchsäure. Geh ich davon aus, dass Sauermalz ~3% Milchsäure enthält, so sind das:
Menge Sauermalz [g] = Menge Milchsäure [g] * 100 / Milchsäurekonzentration[%]
Dies ergibt eine Menge von 151,5g Sauermalz.

Oder bei Zugabe von 80% Milchsäure:
Menge 80%-Milchsäure [ml] = Menge Milchsäure [ml] * 100 / 80

Alternativ kann mit Calciumchlorid (CaCl2) oder Calciumsulfat (Gips CaSO4) gearbeitet werden. Um Restalkalität um1 °dH zu senken braucht man 9,6 g/hl Calciumchlorid oder 10,7 g/hl Gips.

Links:
https://www.maischemalzundmehr.de/index.php?inhaltmitte=toolswasserrechner
http://www.besser-bier-brauen.de/selber-bier-brauen/zutaten/wasser/
http://fabier.de/biercalcs.html
http://braumagazin.de/article/von-der-wasseranalyse-zum-brauwasser/
https://www.stadtwerke-schwabach.de/netze/wasser/wasseranalyse/
http://www.maischemalzundmehr.de/index.php?inhaltmitte=toolswasser
https://hobbybrauer.de/forum/viewtopic.php?t=5227
https://www.stadtwerke-schwabach.de/Wasser/Wasserqualitaet/

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