Die Chemie hinter dem Bierbrauen

Man kann Bier brauen, ohne sich auch nur ansatzweise mit den chemischen Vorgängen weiter zu beschäftigen. Doch spätestens wenn man selber mal ein Rezept erstellen will, ist es gut doch ein wenig in diese Materie einzusteigen. Ich will hier auch gar keinen vollständigen Artikel über die Chemie der Bierherstellung bringen, sondern kratze dabei nur an der Oberfläche. Aber für einen Einstieg soll es aufjedenfall reichen.

Den Bierherstellungsprozess kann man grob in drei Bereiche unterteilen:

  • Mälzen
  • Maischen
  • Gären

1. Mälzen

Beim Mälzen wird durch einen kontrollierten Keimvorgang aus dem Getreide das Malz hergestellt. Dabei kann jedes Getreide genommen werden, von Gerste, Weizen und Hafer. Diese enthalten viel Stärke (Wiederholeinheit C6H10O5 , zusammengesetzt bilden sie wasserlösliche Amylose und wasserunlösliche Amylopektin), die durch das Mälzen in Maltose (Malzzucker, C12H22O11), Aminosäuren und Eiweise aufgespalten werden. Die Aufspaltung erfolgt dabei durch ein Enzym wie Amylase.

In der Mälzerei wird zur Herstellung von Malz das Getreide mit Wasser versetzt und bei 12-15°C bis zu 7 Tage zum Keimen gebracht. In dieser Zeit bilden sich die Enzymen (Amylasen), die beim Brauen Stärk in Maltose um und Eiweise in Aminosäuren umwandeln sollen. Teilweise entsteht auch bereits Maltose und Dextrose aus der Stärke. Um den Vorgang des Keimens zu stoppen und damit auch die Enzyme weitestgehend zu deaktivieren, wird das Getreide geröstet (Darren) und anschliessend geschrotet, so dass die Spelzen nicht kaputt gehen. Die Enzyme bleiben aber weitestgehend erhalten. Durch die Rösttemperatur und Dauer können von hellem bis dunklen Malz hergestellt werden, die auch den Geschmack beeinflussen.

2. Maischen

Beim Malz handelt es sich um nicht vergärbaren Zucker und nur ein Teil wurde in vergärbare Maltose umgewandelt. Damit Hefepilze Alkohol produzieren können brauchen Sie Zucker als Nahrungsquelle. Beim Maischen wird das Malz weiter in vergärbaren Malzzucker umgewandelt.

Um den Abbau der Eiweise und der weiteren Spaltung der Stärke zu begünstigen wird das Malz unter ständigem Rühren mehrere Temperaturstufen durchlaufen, in der die Enzyme aktiviert werden.

  • Einmaischen: Malz wird mit Wasser vermischt
  • Eiweißrast: Abbau von Eiweiß, Stärke löst sich in Wasser auf
  • Maltoserast: mit der beta-Amylase wird aus der Stärke vergärbarer Malzzucker gebildet. Je länger diese Rast andauert, desto mehr Alkohol kann dann später bei der Vergärung entstehen.
  • Zuckerrast: es entstehen aus der restlichen Stärke nicht vergärbare Zucker, wie Dextrine durch die alpha-Amylase. Diese sind für dei Vollmundigkeit im Geschamck zuständig. Je mehr Stärke aus der vorhergehenden Rast noch übrig sind, also je kürzer diese ist,  desto vollmundiger wird das Bier.
  • Abmaischen: Mit der Iodprobe kann erkannt werden, ob die gesamte Stärke umgewandelt worden ist. Ab da beginnt das Abmaischen in der das Enzym beta-Amylase abgeschaltet wird. Hier muss genau die Temperatur 78°C genau gehalten werden, da sie beim Übersteigen unewünschte Stoffe aus den Spelzen lösen kann
  • Läutern: Würze (flüssige Anteil, gelöste Bestandteile) wird vom Treber (feste, ungelöste Bestandteile) getrennt durch Ruhestellen und mit 78°C heissem Wasser danach ausgespühlt bis es klar ist
  • Kochen: Beim Kochen der Würze setzen sich Amylase und Eiweisreste auf der Oberfläche und fällen aus. Der Hopfen wird hinzugegeben

 

3. Gären

Maltose in Wasser gelöst spaltet sich in  2 Zuckermoleküle (C6H12O6) auf. Diese können von Hefepilzen unter Luftabschluss (dies ist noch nicht ganz wissenschaftlich belegt) Alkohol und Kohlendioxid umgewandelt werden: C6H12O6  -> 2 C2H5OH  + CO2

Links:
https://de.wikipedia.org/wiki/St%C3%A4rke
https://de.wikipedia.org/wiki/Malz
https://de.wikipedia.org/wiki/M%C3%A4lzen
https://de.wikipedia.org/wiki/Maltose
https://de.wikipedia.org/wiki/Amylasen
https://de.wikipedia.org/wiki/Darre
https://de.wikipedia.org/wiki/Maischen
https://de.wikipedia.org/wiki/Bierbrauen#Maischen
https://de.wikipedia.org/wiki/Dextrine
https://de.wikipedia.org/wiki/Alkoholische_G%C3%A4rung
https://github.com/sky4walk/documents/raw/master/Zwieselbrau-Brauseminar.pdf

 

 

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Ein Gedanke zu “Die Chemie hinter dem Bierbrauen

  1. Ich habe überlegt die Vorgänge beim Mälzen und Brauen genauer zu beschreiben, das wird aber zuviel man kann die Dinge in den Fachüchern nachlesen. Deshalb hier einige wichtige Ergänzungen.
    Das Malzkorn ist lebensfähig, ausgebracht auf einen Acker wird es wieder anfangen zu keimen. Die Vorgänge beim Mälzen und Brauen sind biochemische Vorgänge, also Vorgänge die in lebender Materie stattfinden.
    Der Mälzer möchte in der Hauptsache eine gute Enzymbildung und dadurch ein mürbes Korn erreichen. Die Bildung von Zucker aus der Stärke muss der Brauer beim Maischen vollziehen.

    Beim Maischen gibt es für jedes Enzym eine optimale Temperatur und einen optimalen pH-Wert.
    Die heutigen Malze haben fast immer eine gute Eiweißlösung, so dass man die Temperatur von 52°C gar nicht oder nur kurz einhalten muss. Für den Hobbybrauer spielen Eiweißtrübung und Haltbarkeit des Bieres keine Rolle, er muss nur genügend Aminosäuren mit dem Malz einbringen, damit die Hefe sich gut vermehren kann.
    Die beta-Amylase arbeitet optimal bei Temperaturen zwischen 61°C und 65°C über 68°C wird sie inaktiviert und man kann beim Überschreiten von 68°C keinen Endvergärungsgrad mehr einstellen.
    Die alpha Amylase arbeitet optimal bei Temperaturen zwischen 72°C und 76°C größer 78°C wird sie inaktiviert. Mit der alpha-Amylase wird die Jodnormalität erreicht.
    Beim Läutern sollte man die Konzentration der abgeläuterten Würze messen und solange überschwänzen, bis die gewünschte Konzentration erreicht ist. Man muss aber dabei bedenken, dass beim Kochen ca. 10% Wasser verdampfen und die Kozentration dadurch um 10% ansteigt.
    Das Kochen hat die Aufgabe, die Würze zu sterilisiern, restliche Enzyme zu inaktivieren, den Hopfen in eine lösliche Form überzuführen, einen Teil des Eiweißes auszufällen und unangenehme Aromastoffe abzudampfen.
    Nach dem Kochen sollte sich die Whirlpoolrast anschließen. Beim Whirlpooleffekt setzen sich unlösliche Hopfenbestandteile und ausgefallenes Eiweiß am Boden ab.
    Beim Maischen bilden sich die vergärbare Zucker Saccharose, Frucktose und Maltose. Diese Zucker sind in der Würze gelöst und können von der Hefe verstoffwechselt werden. Bevor die Hefe so richtig das Gären anfangen kann muss sie sich vermehren, dazu benötigt sie Sauerstoff. Es ist deshalb ganz wichtig die kalte Würze zu belüften. Untergärige Hefen arbeiten bei Temperaturen zwischen 8°C und 18°C gut, obergärige Hefen arbeiten unter 20°C fast nicht mehr, optimal 20°C bis 28°C.

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