Irgendwie seltsam

Oder: Wie ich lernte, mein Brauwasser zu lieben

Als ich vor über 6 Jah­ren mit dem Hob­by­brauen begon­nen habe, hät­te ich es damals bei­nahe ziem­lich schnell wie­der auf­ge­ge­ben, da mir hier in Ober­schwa­ben sehr unge­eig­ne­tes Leis­tungs­was­ser zur Ver­fü­gung steht. Daher blieb mir also nichts ande­res übrig, als mich mit dem The­ma Was­ser­auf­be­rei­tung zu beschäf­ti­gen, oder es eben blei­ben zu las­sen.

Da Letz­te­res kei­ne Opti­on war, habe ich mir jede Men­ge Halb­wis­sen ange­eig­net, das ich auch ger­ne im Forum wei­ter­ge­be. Als ich gebe­ten wur­de, für die­ses Maga­zin einen Arti­kel zu schrei­ben, habe ich das zuerst abge­lehnt, denn mein Wis­sen ist alles ande­re als aus­rei­chend fun­diert für einen Fach­ar­ti­kel, und wer will schon fal­sche Din­ge ver­öf­fent­li­chen?

Einen Erfah­rungs­be­richt, wie es mir damals gelun­gen ist, mein Brau­was­ser in den Griff zu bekom­men, schrei­be ich dage­gen sehr ger­ne. Mitt­ler­wei­le macht mir die Was­ser­auf­be­rei­tung regel­recht Spaß, und ich rüh­re auch ger­ne mal für Brau­kol­le­gen den einen oder ande­ren Hek­to­li­ter an.

All­zu tief möch­te ich nicht in die Che­mie ein­stei­gen, sehr vie­le gut recher­chier­te Infor­ma­tio­nen und einen sehr guten Was­ser­rech­ner fin­det man zum Bei­spiel hier: http://maischemalzundmehr.de/index.php?inhaltmitte=toolswasser

Die Gesamthärte:

Der ers­te Brau­tag mit den Kum­pels war eine Voll­ka­ta­stro­phe, alles, was wir hat­ten, war das Hagen-​Rudolph-​Buch, dazu kei­ne Ahnung von Whirl­pool und Läu­ter­tech­nik, aber jede Men­ge Eupho­rie.

Doch zurück zum The­ma Was­ser: Gebraut wur­de extra bei einem Kum­pel, der eine haus­ei­ge­ne Was­ser­ent­här­tungs­an­la­ge hat­te. Irgend­wie wuss­ten wir, dass man wei­ches Was­ser braucht, und die­se Anla­ge senkt die Här­te von 19° auf 6° deut­sche Här­te. Also alles pri­ma, oder?

Das Bier war nicht nur auf­grund ver­schie­de­ner Brau­feh­ler gal­lig bit­ter, sei­fig und fast untrink­bar (wir haben es natür­lich trotz­dem getrun­ken). Was war los?

Ers­tens sind die Hop­fen­men­gen in dem Buch viel zu hoch, 35 Bit­ter­ein­hei­ten sind ein­fach zu viel für ein Hefe­wei­zen. Dann noch die WB-​06-​Trockenhefe, die mei­ner Mei­nung nach von sich aus eine selt­sa­me Bit­te­re erzeugt. Und letzt­end­lich das Was­ser, das nach der Auf­be­rei­tung noch viel unge­eig­ne­ter war als davor, was wir aber damals noch nicht wuss­ten.

Als ich kurz dar­auf krank wur­de, hat­te ich jede Men­ge Zeit, mich mit dem The­ma Brau­was­ser zu beschäf­ti­gen.

kalk3

Im Zoo­han­del (Aqua­ri­en­be­darf) gibt es preis­güns­ti­ge Test­sets, mit denen sich Gesamt­här­te (GH) und Kar­bo­na­t­här­te (KH) per Titra­ti­on bestim­men las­sen.

Ers­te gro­ße Erkennt­nis war, dass die Gesamt­här­te (in unse­rem Fall 19 °dH) erst ein­mal kei­ne all­zu gro­ße Rol­le spielt. Sie gibt ledig­lich die Kon­zen­tra­ti­on der Erd­al­ka­li­me­tal­le an (vor allem Magne­si­um, Cal­ci­um). Natür­lich wir­ken sich alle Ionen irgend­wie auf den Geschmack aus, aber es gibt auch sehr gute Bie­re mit sehr har­tem Was­ser.

Die Was­ser­auf­be­rei­tungs­an­la­ge tauscht ledig­lich Calcium- und Magne­si­umio­nen gegen Natri­umio­nen aus. Das senkt zwar die Gesamt­här­te, da die­se sich aus dem Gehalt an Calcium- und Magne­si­umio­nen berech­net, alle pH-​erhöhenden Hydro­gen­car­bo­na­te blei­ben aber ent­hal­ten. Die Haus­frau freut sich, da es man­gels Cal­ci­umio­nen beim Kochen kei­ne Kalk­fle­cken mehr gibt und man Wasch­mit­tel spart, der Hob­by­brau­er ärgert sich aber, sind doch Cal­ci­umio­nen für den Brau­vor­gang för­der­lich und Hydro­gen­car­bo­na­te uner­wünscht.

Die Restalkalität

Wor­auf kommt es dann aber beim Brau­was­ser an? Das Zau­ber­wort lau­tet „Restal­ka­li­tät“. Pri­mi­tiv aus­ge­drückt ist es die Fähig­keit des Was­sers, Säu­re zu neu­tra­li­sie­ren.

Das geschieht über gelös­te Hydro­gen­car­bo­na­te. Die­se ent­ste­hen, wenn Was­ser, in dem CO2 gelöst ist, durch kalk­hal­ti­ges Gestein fließt. Dabei wird unlös­li­ches Cal­ci­um­car­bo­nat in lös­li­ches Cal­ci­um­hy­dro­gen­car­bo­nat umge­wan­delt.

CaCO3 + CO2 + H2O→ Ca(HCO3)2

Das Gan­ze ist ein rever­si­bles Gleich­ge­wicht, man kann also, wenn man CO2 zum Bei­spiel durch Kochen aus­treibt, wie­der Cal­ci­um­car­bo­nat, also Kalk, aus­fäl­len. Das ist auch der Grund, war­um man Cal­ci­um­hy­dro­gen­car­bo­nat nicht iso­lie­ren kann. Man kann das CO2 aber auch che­misch bin­den, sie­he wei­ter unten mit Kalk­milch.

Was pas­siert jetzt, wenn man Malz in Was­ser ein­maischt?

Jedes Malz ent­hält mehr oder weni­ger sau­re Bestand­tei­le, die in ent­mi­ne­ra­li­sier­tem Was­ser auto­ma­tisch einen Maische-​pH von cir­ca 5,4 erge­ben, was das Opti­mum für die Enzy­me dar­stellt. Hat man jetzt aber Hydro­gen­car­bo­na­te, dann neu­tra­li­sie­ren sie die sau­ren Bestand­tei­le, und der Maische-​pH erhöht sich. Das hat ver­schie­de­ne Aus­wir­kun­gen: Die Enzy­me arbei­ten nicht mehr rich­tig, die Spel­zen wer­den aus­ge­laugt (Gerb­stof­fe lösen sich), und die Bit­ter­stoff­aus­beu­te des Hop­fens erhöht sich, wobei aller­dings auch die Qua­li­tät der Bit­te­re sehr lei­det.

Dann reagie­ren aber auch noch Calcium- und Magne­si­umio­nen mit Phos­pha­ten des Mal­zes und set­zen wei­te­re Säu­ren frei, die dem Effekt ent­ge­gen­wir­ken.

Man hat es also mit drei Effek­ten zu tun:

  • Je nach Malz­sor­te wird der pH-​Wert mehr oder weni­ger stark gesenkt.
  • Die Hydro­gen­car­bo­na­te erhö­hen den pH-​Wert wie­der.
  • Cal­ci­um und Magne­si­um sen­ken den pH-​Wert.

Die letz­ten bei­den Effek­te kann man ana­ly­tisch erfas­sen und berech­nen. Für den Effekt des Mal­zes gibt es eben­falls Tabel­len, und gute Was­ser­rech­ner berück­sich­ti­gen auch die Schüt­tung.

Wenn man jetzt wis­sen will, wie in wel­chem Umfang das Was­ser den pH-​Wert beein­flusst, so berech­net man die soge­nann­te Restal­ka­li­tät. Die­se berech­net sich aus den Kon­zen­tra­tio­nen an Hydro­gen­car­bo­nat, Magnesium- und Cal­ci­umio­nen und berück­sich­tigt, in wel­chem Umfang die ein­zel­nen Kom­po­nen­ten säu­re­för­dernd sind:

\[ Restalkalit\"at = Karbonath\"arte - \frac{Kalziumh\"arte}{\text{3,5}} - \frac{Magnesiumh\"arte}{7} \]

Restal­ka­li­tät, Kar­bo­na­t­här­te, Kal­zi­um­här­te und Magne­si­um­här­te in °dH

In mei­nem Fall habe ich eine Restal­ka­li­tät von 12 °dH, was deut­lich zu hoch ist. Für dunk­le Bie­re und Hefe­wei­zen soll­te man auf jeden Fall unter 10 °dH lie­gen, für hel­le Bie­re unter 5°dH und für sehr hel­le und hop­fen­be­ton­te Bie­re bei 0 °dH oder sogar dar­un­ter.

Was tun bei zu hoher Restal­ka­li­tät?

Man kann zwei­er­lei tun: Hydro­gen­car­bo­na­te neu­tra­li­sie­ren (am bes­ten mit Milch­säu­re) oder aus­fäl­len (mit Kalk­milch) oder eben die Cal­ci­um­kon­zen­tra­ti­on erhö­hen (auf­sal­zen).

Also habe ich 80-​prozentige Milch­säu­re besorgt und das Brau­was­ser mit einer berech­ne­ten Men­ge behan­delt. Der Vor­teil von Milch­säu­re gegen­über Sauer­malz ist, dass man sowohl Haupt- als auch Nach­guss behan­deln kann und sie viel ein­fa­cher zu dosie­ren ist.

Magnesium, Chlorid und Sulfat

Mit dem so behan­del­ten Was­ser wur­de das Bier schon ein­mal viel bes­ser. Aller­dings gab es bei sehr hop­fen­be­ton­ten Bie­ren immer noch einen ordent­li­chen Krat­zer hin­ten­raus, vor allem bei Whirl­pool­ga­ben und bei gestopf­ten Bie­ren. Eine Offen­ba­rung war dann jedoch ein Hefe­wei­zen, das nur leicht gebit­tert wur­de und abso­lut rund und ohne Krat­zer war.

Was war also nur los mit mei­nem Was­ser? Kurz vor der Ver­zweif­lung kam dann der Hin­weis aus dem Forum, dass es ab einer Magne­si­um­här­te von 3 °dH zu genau den Pro­ble­men kom­men kann, die mich bei­na­he zur Ver­zweif­lung getrie­ben haben.

Ein kur­zer Blick in die Was­ser­ana­ly­se ergab eine stol­ze Magne­si­um­här­te von 5 °dH. Was genau das Magne­si­um anstellt, kann ich nicht sagen, es gibt aber genü­gend Hin­wei­se in der Lite­ra­tur. Wie in aller Welt bekommt man aber Magne­si­um aus dem Was­ser?

Auch hier gibt es ein Zau­ber­wort: Split-​Treatment-​Verfahren mit Kalk­milch. Hier­bei setzt man dem Brau­was­ser Cal­ci­um­oxid oder Cal­ci­um­hy­droxid zu. Ers­te­res reagiert unter star­ker Wär­me­ent­wick­lung zu Zwei­te­rem, und bei­de reagie­ren mit Was­ser stark alka­lisch.

Hier­bei wird CO2 che­misch gebun­den, und alle Hydro­gen­car­bo­na­te wer­den in Car­bo­na­te umge­wan­delt:

Ca(HCO3)2 + CaO → 2CaCO3 + H2O

kalk2

Beim Ent­här­ten mit Kalk­milch fal­len die unlös­li­chen Kar­bo­na­te als krei­di­ges Sedi­ment aus.

Im Fal­le von Cal­ci­um ist man jetzt fein raus, es fällt näm­lich aus, und das Hydro­gen­car­bo­nat wird eben­falls ent­fernt. Bei Magne­si­um bil­det sich aber das was­ser­lös­li­che Magne­si­um­car­bo­nat. Der Trick ist jetzt, dass man nur cir­ca zwei Drit­tel des Brau­was­sers mit der gesam­ten Men­ge Kalk­milch behan­delt, wobei man in den stark alka­li­schen Bereich kommt. Hier­bei wird das Magne­si­um­car­bo­nat zu Magne­si­um­hy­droxid hydro­li­siert, das eben­falls aus­fällt. Dadurch kann man den Magne­si­um­ge­halt unge­fähr hal­bie­ren. Danach kann man das rest­li­che Was­ser zuge­ben und even­tu­ell noch mit Milch­säu­re die Restal­ka­li­tät voll­ends sen­ken.

Die Gefahr ist, dass man zu viel Kalk­milch ein­setzt und dann im stark alka­li­schen Bereich lan­det, was für den Maische-​pH fatal ist. Daher berech­ne ich die Kalk­milch­men­ge nur bis zu einer Restal­ka­li­tät von 3 °dH und neu­tra­li­sie­re den Rest mit Milch­säu­re.

Mit einem der­art behan­del­ten Was­ser kann ich pro­blem­los Hop­fen­or­gi­en fei­ern, wie es mir gera­de beliebt, da kratzt nichts, und es hängt nichts nach.

Das i-​Tüpfelchen ist dann noch das Auf­sal­zen mit Cal­ci­um­chlo­rid und Cal­ci­um­sul­fat. Zum einen wer­den hier­bei dem Was­ser wie­der Cal­ci­umio­nen zuge­führt, die wich­tig für die Enzy­me und die Hefe sind und die Restal­ka­li­tät zusätz­lich sen­ken, zum ande­ren kann man den Chlorid- und Sul­fat­ge­halt mani­pu­lie­ren.

Wie viel Chlo­rid und wie viel Sul­fat, ist ein ziem­lich heiß dis­ku­tier­tes The­ma. All­ge­mein kann man sagen, dass Sul­fat eher den Hop­fen­cha­rak­ter und Chlo­rid eher den Malz­cha­rak­ter des Bie­res för­dert. Man soll­te es mit Chlo­rid aber nicht über­trei­ben, ab 75 mg/​l kann es zu Kor­ro­si­on am Brau­ge­rät füh­ren. Bei Sul­fat fin­det man vor allem bei IPAs teil­wei­se sehr extre­me Wer­te von 200 mg/​l und dar­über, nor­ma­ler­wei­se sind es aber nicht mehr als 100 mg/​l.

Meine aktuelle Vorgehensweise:

Mitt­ler­wei­le habe ich eine Art Stan­dard­ver­fah­ren für mein Brau­was­ser ent­wi­ckelt, mit dem die meis­ten Bie­re sehr gut wer­den. Bei sehr dunk­len Bie­ren und sol­chen mit sehr wenig Hop­fen säue­re ich ledig­lich mit Milch­säu­re an, ansons­ten kommt die gesam­te Breit­sei­te mit Kalk­milch, Ansäu­ern und Auf­sal­zen zum Ein­satz.

Zual­ler­erst noch eine klei­ne War­nung zum Umgang mit Cal­ci­um­oxid bezie­hungs­wei­se Cal­ci­um­hy­droxid:

kalk4Es muss unbe­dingt tro­cken und luft­dicht auf­be­wahrt wer­den, da es CO2 aus der Luft bin­det und unbrauch­bar wird. Außer­dem ist es stark ätzend, und man soll­te es auf gar kei­nen Fall in die Augen bekom­men, da die Horn­haut dau­er­haft trüb wer­den kann. Ob man Cal­ci­um­oxid oder Cal­ci­um­hy­droxid ein­setzt, ist eigent­lich egal, Cal­ci­um­oxid ent­wi­ckelt aller­dings beim Lösen sehr viel Wär­me, und man braucht die 0,75-fache Men­ge im Ver­gleich zu Cal­ci­um­hy­droxid.

Zuerst ein­mal die Aus­gangs­si­tua­ti­on. Ich habe fol­gen­de rele­van­ten Was­ser­wer­te:

Cal­ci­um: 106 mg/​l, Magne­si­um: 21,6 mg/​l, Chlo­rid: 22 mg/​l, Sul­fat: 20 mg/​l und eine Säu­re­ka­pa­zi­tät bis pH 4,3 von 5,94 mmol/​l.

Das sind knapp 12 °dH Restal­ka­li­tät und 5 °dH Magne­si­um­här­te. Ange­nehm ist der nied­ri­ge Chlo­rid– und Sul­fat­ge­halt, dadurch hat man viel „Luft“ nach oben zum Auf­sal­zen.

Da durch die Kalk­milch viel Cal­ci­um ent­fernt wird, Cal­ci­um aber für den Brau­pro­zess wich­tig ist (vom Mai­schen bis zur Gärung), sal­ze ich immer zusätz­lich auf, zumal die Bie­re dadurch vol­ler im Geschmack wer­den.

Für 100 Liter Brau­was­ser mache ich Fol­gen­des:

kalk5

Dies aus 60 l Brauws­ser aus­ge­fäll­ten Kar­bo­na­te — eine beacht­li­che Men­ge!

60 Liter kal­tes Lei­tungs­was­ser vor­le­gen und 15 g Cal­ci­um­oxid (ent­spricht 20 g Cal­ci­um­hydroxid) zuge­ben und gut umrüh­ren. Es ent­steht eine mil­chi­ge dün­ne Sus­pen­si­on. Der pH-​Wert liegt dann nach eini­gen Minu­ten bei pH 11. Zusätz­lich gebe ich noch 10 g Calciumchlorid-​Dihydrat zu, Cal­ci­umsul­fat noch nicht, da ich die Bil­dung des Bit­ter­sal­zes Magne­si­umsul­fat ver­hin­dern will. Dann war­te ich meist über Nacht, und der aus­ge­fal­lene Kalk hat sich sehr kom­pakt auf dem Boden abge­setzt, der pH-​Wert liegt jetzt bei 10. Dann kom­men die rest­li­chen 40 Liter Was­ser dazu, und es wird noch ein­mal umge­rührt, der pH liegt dann bei pH 8,5. Nach ein paar Stun­den haben sich die aus­ge­fal­le­nen Sal­ze wie­der abge­setzt, und man kann cir­ca 95 Liter Was­ser abzie­hen. Den Boden­satz ent­sorgt man natür­lich und freut sich über die vie­len Sal­ze, die man dem Was­ser ent­zo­gen hat.

Dann kom­men noch 8 g Cal­ci­umsul­fat und 5 ml 90-​prozentige Milch­säure dazu, wodurch man ziem­lich genau bei pH 7,0 lan­det.

Die Restal­ka­li­tät liegt nun laut den meis­ten Rech­nern im leicht nega­ti­ven Bereich. Da aber nicht berück­sich­tigt wird, dass für das Aus­fäl­len des Magne­si­ums im Ver­gleich zu Cal­ci­um dop­pelt so viel CaO ver­braucht wird, soll­te sie eher etwas höher lie­gen. Chlo­rid und Sul­fat lie­gen bei cir­ca 70 mg/​l, was mei­ner Mei­nung nach ein guter Mit­tel­wert ist.

Das hört sich alles furcht­bar kom­pli­ziert an, wenn man es aber ein paar Mal gemacht hat, ist es ein Kin­der­spiel, und man ver­bes­sert die Bier­qua­li­tät um Wel­ten.

So viel zu mei­nen Erfah­run­gen im Umgang mit mei­nem Brau­was­ser, viel­leicht ist es ja dem einen oder ande­ren eine klei­ne Anre­gung.

Genaue Was­ser­wer­te bekommt man vom Was­ser­ver­sor­ger, meist ste­hen sie irgend­wo im Netz, ansons­ten ein­fach nach­fra­gen. Ele­men­tar sind die Calcium- und Magne­si­um­wer­te sowie die Säu­re­ka­pa­zi­tät bezie­hungs­wei­se die Car­bo­na­t­här­te.

Ein Kommentar zu “Irgendwie seltsam

  1. Seebrauer

    Ste­fan, ganz herz­li­chen Dank für dei­nen wun­der­ba­ren Arti­kel mit­ten aus dem Hob­by­brau­er­le­ben.
    Ich habe mich, mit den glei­chen Pro­ble­men, sofort wie­der erkannt. Und seit ich mein stark Carbonat-​haltiges süd­deut­sches Was­ser nach dei­ner Metho­de behan­de­le, gelingt sogar das Münch­ner Hell ganz her­vor­ra­gend.

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