Kwaliteit van je brouwwater I

Vraagbaak 7

Via Renko kreeg ik het volgende verzoek binnen:
Hallo,
Met plezier lees ik altijd het clubblad. Zelf woon ik in Amsterdam en weet eigenlijk niets van de hardheid van het water wat bij mij uit de kraan komt. Van een chemicus heb ik ooit gehoord dat om de reden van de kwaliteit van het water, de meeste brouwerijen zijn verdwenen in Nederland.
Vandaar dat ik graag een keer een artikel over waterbehandeling zou willen zien, misschien in een artikel/onderzoek naar de kwaliteit van het water en hoe je dit het beste kunt meten, aanpassen, (laten) testen en bij welke instanties etc. Ik ben erg benieuwd wat jullie ervaring hiermee is.
Mvrgr,
Jory Tousijn
Ik herinnerde me dat in de beginjaren van onze club er een interessant artikel over water, met name het water in Amsterdam en Hoofddorp, geschreven door Mark van Bommel, in ons blad heeft gestaan. Ik ben gaan spitten in de oude nummers en vond het betreffende artikel in het oktobernummer van 1995. Ik het eens doorgelezen en m.i. heeft het nog niets aan actualiteit ingeboet vandaar dat ik het als antwoord op de vraag van Jory hier opnieuw weergeef.
In het volgende nummer zal ik het tweede artikel, daterend van november 1995, plaatsen en dat gaat over het toepassen van brouwzouten. Beide afleveringen zijn kort geleden door Mark herzien.

Theo.

Waterspecial 1

Brouwwater

'Water doet de palen rotten, die het drinken, dat zijn zotten', zo luidt een oud spreekwoord. Maar jullie weten dat een pilsje al gauw voor 95% uit water bestaat. Water is dus een wezenlijk bestanddeel van bier en onontbeerlijk voor het brouwproces.
Als vuistregel geldt dat voor elk liter bier minimaal 8-10 liter water nodig is. Dit water is nodig voor filtratie, verdwijnt met de vaste moutbestanddelen en door verdamping tijdens het maischen en koken. Het grootste deel van het water is schoonmaakwater voor de brouwzaal en -ketels en wordt gebruikt voor het spoelen van flessen en vaten en het reinigen van leidingen, schuimspanen, filters enzovoorts.

Biologische zuiverheid

In Amsterdam werd brouwwater vroeger uit de grachten getapt. Dit water was bacteriologisch onzuiver en bevatte allerlei andere stoffen die het ongeschikt maakten voor de bierbrouwerij. De zeer vervuilende textielververs of leerlooiers lagen dan ook regelmatig in de clinch met de bierbrouwers. En in die tijd gebruikten niet alleen dronken heren de grachten als toilet… Bierbrouwers verplaatsten zich dan ook naar de periferie van de stad waar het water zuiver was, of importeerden met trekschuiten water uit de polder. Het werd dan met zogenaamde stenders uit de boot via een goot de brouwerij ingeleid, wat je op schilderijen en prenten uit die tijd vaak ziet. Nog steeds betrekken veel brouwers water uit rivieren en meren. Tegenwoordig is dat water van zeer goede kwaliteit, al wordt het wel steeds moeilijker te maken. Het rivierwater is vaak sterk verontreinigd met chemicaliën en dat dwingt de waterleidingbedrijven steeds vaker de inname te stoppen en te wachten tot de vervuiling voorbijgedreven is.

Brouwers met een eigen bron zijn hier vaak zeer trots op. Een belangrijk voordeel van een bron is dat het water van constante kwaliteit en zeer zuiver is, doordat het gedurende vaak honderden jaren langzaam naar beneden gesijpeld en door de grond gefilterd is. Men zal in bronwater geen chemi-sche of biologische vervuiling aantreffen. Het gebruik van bronwater heeft ook nadelen. Bronwater kan veel koolzuur en zouten bevatten, wat voor de bierbrouwer een nadeel is, aangezien deze stoffen bij hoge concentraties uit het water gehaald moeten worden. Maar het staat natuurlijk wel mooi op je etiket: 'gebrouwen met bronwater'. In Nederland mag overigens alleen de Alfa-brouwerij dat op haar etiket vermelden, zij heeft een officiële erkende bron.

Het water in de brouwerij dient zo min mogelijk micro-organismen te bevat-ten. Een manier om water bacteriologisch schoon te krijgen is koken, maar in de praktijk is dat te duur. Vandaar dat schoonmaakwater met bacteriedodende stoffen behandeld wordt. In de brouwwereld is dit meestal loog (natronloog, NaOH) al worden chloorhoudende middelen ook wel gebruikt. Die zijn niet zo best voor het milieu, zeker niet in vergelijking met het betrekkelijk onschuldige loog, maar van de chloor-houdende middelen heeft men maar weinig nodig.
Schoon brouwwater wordt meestal betrokken uit een bron of via het reguliere waternet en dit is meestal nagenoeg bacterie-vrij. De brouwerijen houden hun waterhuishouding streng in de gaten en hergebruiken het water zoveel mogelijk. De heffingen op vuil afvalwater zijn hoog waardoor recycling goedkoper is dan lozen. Vaak maakt men gebruik van zoge-naamde cleaning-in-place of CIP-installaties. De ketels en leidingen worden door in de installatie geplaatste sproeikoppen automatisch schoongespoeld. Deze installaties springen zeer efficiënt met water om.

Het brouwwater hoeft niet steriel te zijn. Het water wordt tenslotte langdurig gekookt nadat van mout en water wort gemaakt is. Bier bevat van nature overigens zelden tot nooit voor de mens gevaarlijke bacteriën. Geïnfecteerd bier is weliswaar niet smakelijk, maar ziek zal je er niet van worden. Vandaar dat elke grote stad in Nederland tot een eeuw geleden vele brouwerijen had en - zeker op het platteland - veel bier thuis gebrouwen werd. En dat voornamelijk door vrouwen, net als in Babylonië. Dus dames, wat let u?
Bier was, naast regenwater, voor het gewone volk het enige vocht dat veilig te drinken was. De daling van het aantal brouwerijen is voornamelijk te wijten aan de opkomst van een goede drinkwatervoorziening aan het einde van de negen-tiende eeuw, al heeft ook de opkomst van thee, koffie en jenever in de achttiende eeuw hieraan bijgedragen. Wij trekken ons daar uiteraard niets van aan en brouwen onvermoeibaar voort!

Zuurgraad

De zuurgraad is tijdens het brouwen een belangrijke parame-ter. De zuurgraad wordt gemeten in pH-eenheden waarbij pH 1 zeer zuur, pH 14 zeer alkalisch (basisch, loogachtig) en pH 7 neutraal is. De pH is een maat voor het aantal vrije waterstofionen in het water. Meer waterstofionen wil zeggen een zuurdere oplossing.

Het leidingwater in Nederland heeft een pH van tussen de 4,5 en de 8,5, afhankelijk van de bron van het water. Bij het gebruik van bronwater speelt het koolzuurgehalte van het water een rol. De pH van koolzuur-houdend water is vaak vrij laag (en dus zuur), tijdens het koken verdampt veel koolzuur uit de wort en zal de pH weer stijgen. Water wordt in deze gevallen vooraf van de koolzuur ontdaan.

Bij het brouwen heb je maar weinig te maken met de pH van het brouwwater, maar alles met de pH van de maisch, water mét de geschrote mout. Dit heeft wat uitleg nodig. Om zuiver water van pH te veranderen heb je maar héél weinig zuur of base nodig. De pH van zuiver water is dus erg onstabiel. Dat komt omdat water geen buffercapaciteit heeft, elk waterstofion dat je toevoegt of wegneemt verandert gelijk de zuurgraad. De maisch bevat veel fosfaten, afkomstig uit de mout. Fosfaten kunnen waterstofionen makkelijk opnemen en loslaten, er ontstaat daardoor een moeilijk te verstoren evenwicht van waterstofionen en dus van de zuurgraad. De maisch heeft dus een hoge buffercapaciteit, het is lastiger van pH te veranderen. Het heeft weinig zin de pH van het brouwwater te veranderen, zodra je de mout toevoegt komt deze vanzelf op een andere pH terecht. Heb je de pH van de mout veranderd (waarvoor je veel meer zuur of base nodig hebt, vanwege de buffercapaciteit), dan blijft deze wel behoorlijk stabiel.

De meeste enzymen die betrokken zijn bij de afbraak van moutbestanddelen tijdens het maischen werken optimaal bij een pH van 5,3 - 5,6. De wort heeft na het koken meestal een pH van 5,0, bij deze pH--waarde werkt de gist het best en kunnen veel andere micro-organismen niet groeien. Om beide redenen is het verstandig de zuurgraad van de maisch te meten (met pH-papier of een pH-meter) en bij te stellen met zuur of base.

Meestal is de pH van de maisch wat te hoog, bij mij thuis meestal rond de 6. Streef naar een pH van ongeveer 5,2 tot 5,4. In de bierbrouwerij voegt men zoutzuur, fosforzuur, melkzuur of citroenzuur toe om het water op de juiste zuurgraad te brengen. Doe dit altijd met kleine beetjes tegelijk en draag bij de sterkere zuren als zout- en fosforzuur handschoenen. Mocht je doorschieten of al met een te lage pH beginnen, het verhogen van de pH kan je het beste met zuivere soda doen, dat is het goedkoopst en het makkelijkst in het gebruik.

Doe ook altijd een beetje zuur bij je spoelwater, dat voorkomt de uitloging van de wrange tannines uit de mout. Die lossen in een zure omgeving namelijk minder makkelijk op. Niet te veel zuur toevoegen en maak je niet druk als je het vergeet, de maisch kan door z’n buffercapaciteit veel hebben, maar het helpt wel je bier minder wrang te maken. Ik meet de pH van het spoelwater niet, maar voeg per tien liter heet water een half theelepeltje citroenzuur toe

Behalve zuren kan men aan koolzuurhoudend water ook calcium toevoegen. Calcium (meestal in de vorm van calcium-sulfaat, dat is gips) verlaagt door reacties met fosfaat en koolzuur in het water namelijk ook de pH. Calcium toevoegen maakt het water harder en dat is niet altijd gewenst. In Engeland wordt dit vaak toegepast bij bitters, ales en stouts die vrij hard water nodig hebben: burtonizing, genoemd naar het zeer harde brouwwater in Burton-On-Trent, of wie weet wel naar de acteur Richard Burton, een alleszins harde drinker...

Hardheid

De brouwer stelt strenge eisen aan de hardheid van het water. De hardheid is een maat voor de hoeveelheid in het water opgeloste ionen (elektrisch geladen atomen of moleculen). Het betreft voornamelijk calcium- en magnesiumionen.
Hardheid wordt vaak aangegeven in graden Duitse Hardheid (°DH), bekend van de wasmiddel-verpakking. Zeep (en waspoeder dus ook) heeft in hard water minder effect dan in zacht water. Dit komt omdat de zeepmoleculen met zouten onoplosbare verbindingen vormen, die neerslaan en dus niet meer kunnen helpen met schoonmaken. Als het water hard is (boven 16°DH) is zodoende meer wasmiddel nodig om de was schoon te krijgen. In zacht water zal niet alleen de was beter schoon worden, groenten worden in zacht water ook sneller gaar. Reden hiervoor is de osmotisch druk. Harder water geeft meer tegenwicht tegen de druk vanuit de groentecellen dan zacht water. Dus in hard water gaan de cellen minder snel stuk en wordt de groente dus minder gaar. De hardheid moet dus ook effect hebben bij het bierbrouwen.

Wat is nu eigenlijk hardheid? Het is een maat voor de hoeveelheid zouten in het water. Oplosbare zouten vallen in het water uiteen in geladen deeltjes, de ionen. Het koolzuur in het water reageert tijdens het koken met de calcium- of magnesiumionen. Deze zogenaamde carbonaat-zouten zijn niet oplosbaar in water en slaan neer als een witte neerslag: ketelsteen. De hardheid van water voor het koken noemt men de totale hardheid. Het verschil in hardheid tussen gekookt en onge-kookt water is de tijdelijke hardheid.
Niet alle in water aanwezige zouten zijn door koken te verwijderen. Vooral de calcium- en magnesiumsulfaten blijven opgelost in het water en zijn verantwoordelijk voor de permanente hardheid. De gewenste hardheid van het water is sterk afhankelijk van het te brouwen bier. Pils heeft zacht water nodig, terwijl veel bovengistende bieren gebaat zijn bij wat harder water.
Water in de noordelijke en westelijke provincies is, zeker sinds in invoering van waterontharding door de zuiveringsbedrijven, vaak vrij zacht (Amsterdam: 8,4°DH). Beneden de grote rivieren (met name in Brabant en Limburg) is het water tamelijk hard, doordat men geen oppervlaktewater gebruikt maar mineraalhoudend bronwater of grondwater. Het bevat daar ook meestal meer koolzuur dan in onze contreien.Het harder maken van water is simpel, toevoeging van bij-voorbeeld brouwgips (calciumsulfaat, zoals al eerder ge-noemd) bereikt het gewenste effect en is zeer goedkoop.Gebruik trouwens geen bouwgips, dat bevat vaak vrij veel metalen en dat is niet goed voor je bier. Ook calciumchloride is geschikt. Het zachter maken van water is aanmerkelijk ingewikkelder. Men gebruikt meestal zogenaamde ionenwisse-laars. Die bestaan uit een waterdoorlatende hars die in het water aanwezige calciumionen vasthoudt en daar waterstof-ionen voor in de plaats loslaat. Na verloop van tijd raakt de hars verzadigd van calcium en moet de hars geregenereerd worden. De aanschaf, het onderhoud en het energieverbruik maken dergelijke systemen duur.

De smaak van water

De precieze invloed van hardheid van het brouwwater op de smaak van het bier is niet voldoende opgehelderd. Het is door wetenschappers nauwelijks onderzocht en voornamelijk gebaseerd op ervaringen van de brouwers. Bieren waarvan de smaak voornamelijk van de hop afkomstig is (pilsener bijvoorbeeld), zijn gebaat bij zacht water. Mogelijk verloopt het omzetten van de uit hop afkomstige alfazuren in (bittere) iso-alfazuren tijdens het koken beter in zacht water. De gist heeft om te groeien en om te gisten een scala van zouten nodig. De concentratie van deze zouten heeft een invloed op de smaak van een bier, maar het is lastig aan te geven wat die invloed precies is. Magnesium en sulfaat lijken een droge, bittere en wat zure smaak te veroorzaken, natrium levert een zure, ziltige smaak en chloride zou een zoetere smaak veroorzaken.

Niet alle mineralen zijn goed voor je bier. Het nitraatgehalte van vooral het grondwater stijgt in Nederland door de milieuvervuiling gestaag. Voor brouwers zonder eigen bron is dit slecht nieuws aangezien nitraat de gist vergiftigt. Ook voor de mens is het in hoge doses niet gezond. Nog slechter nieuws is dat nitraat moeilijk uit water te verwijderen is. Hoge concentraties ijzer in het water zijn ook ongunstig voor de gisting. Roestvorming in de leidingen kan hiervoor verantwoordelijk zijn. Hoge concentraties van andere metalen zijn ook niet gunstig.

In de volgende aflevering van deze waterspecial zal worden ingegaan op de chemische kant van het waterverhaal en bekeken worden of het aanpassen van de zoutsamenstelling van het brouwwater voor amateurs zinvol is.

Mark van Bommel