2  Temperaturmessungen          unentbehrliche Messgrössen

Temperaturmessungen sind in vielen Phasen der gesamten Brau- und Gärprozesse unentbehrlich, z.B. Einmaischen, Maischen, Sud sowie die Gär- und Lagertemperaturen. Für Messungen in heissen Flüssigkeiten (Sud, Wasser) oder bei evtl. Bruchgefahr nur quecksilberfreie Thermometer (rote Spezialfüllung) oder elektronische Thermometer einsetzen.

Der Braumeister hat eine integrierte Temperaturmessung mit Digitalanzeige für kontinuierliche Messungen.

Eingesetzte Thermometer:

• Thermometer -20-100 °C, Genauigkeit 1.0 °C und 0.5 °C. Einsatzbereich: Hopfenkochen, Nachgüsse.

• Thermometer 0-50 °C, Genauigkeit 0.25 °C Einsatzbereich: Hefezubereitung, Umgebungstemperaturen bei Gärprozessen, Kühlschranktemperaturen.

• Thermometer 0-100 °C, Genauigkeit 0.25 °C Einsatzbereich: Eichthermometer, alle Einsatzbereiche ausser heisse Flüssigkeiten.

• Elektronisches Thermometer: vinoferm Digitalthermometer -50 -  +300 °C, mit Alarm, Kabel 1 m lang. Einsatzbereich: Temperaturüberwachung im Braukessel und Gärtank. Info. Info.

• Elektronisches Thermometer: Digital-Thermometer Conrad DT-150. Einsatzbereich: Umgebungstemperaturen bei Gärprozessen, Kühlschranktemperaturen. Kurzanleitung.

• Infrarot-Thermometer Voltcraft IR 260-8S -30-°260 °C. Kurzbeschrieb   Kurzanleitung. Einsatzbereich: Oberflächentemperaturen Sudkessel Braumeister, Gärtanks, Kühlschrank.

• Elektronische Thermometer: TFA Vision digitales Fensterthermometer. Einsatz bei kontinuierlicher Messung der Kühlschranktemperatur, Temperatur in Hefe-Brutschränken/-kammern. Kurzbeschrieb   Kurzanleitung.

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3  pH-Messungen (Säuregrad/-wert) pH beeinflusst Enzyme

Der pH-Wert (= Säuregrad) ist ein Fundamentalwert für alle Lebensprozesse: biochemische Reaktionen in Zellen, Geweben, Organen und ganzen Organismen laufen nur in bestimmten, relativ engen pH-Bereichen ab. Sie beeinflussen primär die Aktivitäten der Enzyme, dieser absolut unentbehrlichen "Stoffwechsel-katalysatoren" (Übersicht der beeinflussten Enzyme hier). Beim Brauen und Gärprozessen ist die Bestimmung des pH-Wertes in vielen Phasen notwendig: Brauwasser, Maische, Nährlösungen für Hefen und Milchsäurebakterien, Gärverlauf bei Spezialbieren (Sauerbiere z.B. Lambicbiere, Berliner Weisse). Beim Trinkwasser aus der Leitung bewegt sich der pH-Wert i.d.R. zwischen 7.0 bis 8.5. Die enzymatisch gesteuerte Umsetzung der Malzstärke in vergärbare Zucker ist im leicht sauren Milieu zwischen 5.4 - 6.5 am wirkungsvollsten (optimal um 5.4-5.6).

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• pH-Meter Hanna HI 208: Kurzanleitung. Eichung Hanna HI 208 pH-Meter: Kurzvideo.   Das HI-208-pH-Meter ist ein robustes, einfach zu bedienendes pH-Meter für genaue Messungen. Es eignet sich im Einsatz an einem festen Messplatz. 

• pH-Meter Jenco Vision Plus: Kurzbeschreibung. Kurzanleitung. 
  Das Jenco-pH-Meter ist ein sehr mobiler pH-Messstick für genaue Messungen direkt in einer Flüssigkeit. Er eignet sich ideal zur Bestimmung des Ausgangs-pH-Wertes direkt im Braugefäss und zur pH-Korrektur z.B. mit Milchsäure auf den gewünschten End-pH-Wert.

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• Hanna FC2142 HALO™ pH-Elektrode für Bier, Maische, Würze: HALO™ ist eine vom Konzept her interessante pH-Elektrode mit Bluetooth® Smart Technologie (Bluetooth® 4.0). Sie wird als eine hochwertige Glaselektrode mit robustem Titankorpus, Textildiaphragma und integriertem Temperatursensor angepriesen. Anwendungen für diese Elektroden liegen in der Direktmessunge von pH und Temperatur in Bier, Maische und Würze. Speziell für diesen Zweck ist sie auch mit einem Sensor aus Hochtemperaturglas ausgestattet, er verspricht eine verlängerte Lebensdauer, wenn bei erhöhten Temperaturen z.B. in Maische gemessen wird*. HALO™ überträgt die Messdaten entweder an die Hanna Lab App (Apple iTunes Store/ Google Play Store) auf einem Apple iPad, iPhone oder einem Android Gerät. (Info).

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*: Die bisherigen Erfahrungen zeigen aber, dass trotz Werbung ("zuverlässige Direktmessungen des pH-Wertes und der Temperatur in Bier, Maische und Würze während des Brauprozesses zu ermöglichen und eine verlängerte** Lebensdauer der Elektrode zu sichern.") meine erste Elektrode nach nur 9 Suden mit Kurzmessungen in der Maische bei Temperaturen von 35 °C bis 65 °C bereits funktionsuntüchtig war!

Weder in den HANNA-Inseraten z.B. in der Hobbybrauer-Journal "BYO Brew Your Own", noch im Werbevideo (cf. ab 0:50, Video 2 bei 0:41, Messung in 172.8 °F =  78.2 °C) oder auf der Website noch in der mitgelieferten Kurzanleitung wird für den Nichtchemiker, also z.B. Hobbybrauer hingewiesen, dass ein Einsatz der Elektrode über 25 °C zu einer deutlich verkürzten Lebensdauer führt, nach Angaben von HANNA Schweiz bei ** 90-100 °C 1 Monat, bei 60 °C  ca. 6 Monate (im Vergleich zur "Normtemperatur" bei den meisten pH-Messungen bei 25 °C: 2-3 Jahre).

Im Moment wird nochmals eine neue pH-Sonde FC2142 getestet;  die Erfahrungen werden nach ca. 10 Suden berichtet, aber in Zukunft nur noch für Messungen ≤ 25 °C, d.h. in abgekühlter Maische- oder Würzelösung.

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• pH-Papierstreifen PEHANON:  Auch der klassische pH-Test mit Papierstreifen, aber aufgedruckter Farbskala (Farbvergleichsfelder) auf dem Teststreifen ist für rasche grobe pH-Bestimmungen einsetzbar. Durch simples kurzes Eintauchen direkt in die Flüssigkeit oder durch Auftropfen von relativ wenig Flüssigkeit kann der pH-Wert auf 0.5-pH-Einheiten genau bestimmt werden.                                                     Einsatzbereich: Verfolgung der pH-Wertabsenkung bei Sauerbieren. Vorteil wenig Verlust von kostbarem Bier, da nur wenige Tropfen zur pH-Bestimmung benötigt werden!  Info.

4  iDip Water Testing                              Bier ≈ 95% Wasser

    (Smart Brew Water Testing Kit)

Das Brauwasser mit i.d.R. über 90% - 95%-Anteil am Bier ist eine oft unterschätzte Komponente. Die chemische Zusammensetzung ist für den gesamten Prozess der Bierherstellung von grosser Bedeutung, aber insbesondere beim Maischen, da es die Funktion der Enzyme erheblich beeinflusst. Meist ist es nicht notwendig, aus dem eigenen Trinkwasser ein Brauwasser ("Guss") aufzubereiten. Aber folgende Anwendungen des Analysekits sind von Vorteil zur/zum

1. erstmaligen Analyse des Brauwassers (sofern keine amtlichen Ergebnisse verfügbar sind wie z.B. hier)

2. regelmässigen Analyse des Brauwassers zur Sicherstellung gleichbleibender Qualität bzw. des Ausschlusses einer (temporären) Wasserverunreinigung

3. Design eines Brauwassers für einen spezifischen Bierstil.

Die folgenden physikalischen und chemischen Eigenschaften des Wassers beeinflussen die Bierherstellung:

• pH-Wert. Bedeutung: siehe pH-Messungen oben.

• Wasserhärte: Die Gesamthärte des Wassers setzt sich zusammen aus der Karbonathärte (KH) und der Nichtcarbonathärte (NKH): GH = KH + NKH. Die Gesamthärte wird in Deutschen Härtegraden °dH (Deutschland, Österreich) oder in französischen Härtegraden °fH (Schweiz) angegeben [1 °fH entspricht 10 mg/L Calciumkarbonat, 1 °fH = 0.56 °dH bzw.  1 °dH = 1.78 °fH]. Die hauptverantwortlichen Stoffe der Wasserhärte sind die Erdalkaliionen, primär  Ca2+ und Mg2+ (Umrechnung mg/L in °dH: Calcium mg/L : 7.15 [Bsp.: 47 mg/L : 7.15 = 6.57 °dH]; Magnesium mg/L : 4.34 [Bsp.: 3 mg/L : 4.34 = 0.69 °dH]). Die Karbonathärte ist die zur Menge der Hydrogencarbonationen HCO3- äquivalente Menge der Erdalkalikationen. Die Nichtcarbonathärte umfasst die nicht durch Hydrogencarbonat "abgefangene" Menge der Erdalkalikationen, die durch Chlorid Cl- und Sulfationen SO4 2- -Ionen neutralisiert werden (meist Ca-sulfat, Ca-chlorid, Mg-sulfat, Mg-chlorid). Bedeutung: der Carbonathärteanteil ist entscheidend, da die Hydrogencarbonationen als "Säurevernichter" zu einem höheren pH-Wert führen, was die enzymatischen Aktivitäten erschwert und auch zu einer kratzigen Bittere bei stärker gehopften Bieren führen kann. Für Bier ist neben der KH vor allem das Verhältnis zur NKH wichtig: als günstig für den Biergeschmack wird das KH : NKH-Verhältnis von 1 : 2.5 bezeichnet.

• Säurekapazität: Der Messwert der Säurekapazität ist ein Mass für Pufferkapazität des Wassers gegenüber Säuren und damit verantwortlich für die pH-Wert-Stabilität. Die Säurekapazität des Wassers gibt an, wieviel Säure - in der Praxis 0,1 mol/l Salzsäure - durch eine definierte Wassermenge bis zum Einstellen von pH-Wert 4.3 verbraucht wird.  Massgeblich wird die Säurekapazität durch die im Wasser gelösten Hydrogenkarbonate von Calcium, Magnesium und Natrium bestimmt: HCO3- + H+ <--> CO2 + H2O, d.h. Konzentration von Hydrogenkarbonat [mmol/L) = Säurekapazität bis pH 4.3 [mmol/L]: cf. Formel 1.             Formel 1: Säurekapazität (bis pH 4.3) [mmol/L] = KH (Karbonathärte [°dH]) / 2.8.                                       Häufig wird die Karbonathärte als Säurekapazität angegeben. Bedeutung: cf. Wasserhärte.

• Restalkalität:  Die Restalkalität wird rechnerisch ermittelt nach der Formel 2                                                      Formel 2:    Restalkalität RA [°dH] = Gesamtalkalität (= Karbonathärte KH) - ausgeglichene Alkalität =    KH - (Ca-Härte [°dH]/3.5+Mg-Härte  [°dH/7). Bsp.: RA = KH 6.2 °dH - (6.57 °dH Ca/3.5 + 0.69 °dH Mg/7) = 4.22.     Je nach Zusammensetzung und Konzentration der im Brauwasser gelösten Mineralionen kann die saure Reaktion des Malzes verringert oder verstärkt werden. Ist diese sog. Restalkalität positiv (d.h. + °dH-Werte), erhöht sich der Maische-pH-Wert; negative °dH-Werte senken den pH-Wert der Maische. Saure Werte, optimal um pH 5.4 beschleunigen die enzymatischen Prozesse des Stärkeabbaus. Für jeden Bierstil gelten unterschiedliche Anforderungen an die Restalkalität (z.B. Weizenbier 5-10 °dH, helles Lagerbier -2-0 °dH, Info).

• Weitere Ionen wie Natrium Na+, Chlorid Cl-, Sulfat SO4 2-, Nitrat NO3-, Nitrit NO2-, Eisen Fe+2, Kupfer Cu+2 sollten innerhalb bestimmter Konzentrationsbereiche liegen (bzw. Grenzwerte nicht überschreiten) z.B. Chlorid 0-150 mg/L (250 mg/L), Sulfat 0-250 mg/L (250 mg/L).

Wasserversorger in der Schweiz müssen ihre Wasserkonsumenten jährlich über die Wasserqualität informieren: damit ergibt sich die einfachste Möglichkeit, eine Wasseranalyse zu bekommen (allgemein "Trinkwasser CH",   konkretes Bsp. Fontnas/Gretschins [Gemeinde Wartau SG]).

Ein sehr guter Einblick in die Wasseranalytik und die Auswirkungen einzelner Ionen im Brauwasser auf das Bierbrauen findet sich im brau!magazin-Artikel (Frühjahr 2015, mit wertvollen tabellarischen Zusammenstellungen von empfohlenen Konzentrationsbereichen einzelner Ionen, Zielwerten und anderem) sowie im Artikel "Brauwasser: Grundlagen und Aufbereitung) hier. Sehr empfehlenswert auch die Bücher von Brücklmeier, J. (2018): Bier Brauen (Info); auch: Hanghofer, H. (2012): Gutes Bier selbst brauen, und Hagen, R. (2008): Heimbrauen für Fortgeschrittene (cf. Literaturverzeichnis > Braukunst). Das Top-Wasserbuch für den Brauer ist allerdings Palmer, J., Kaminski, C.: Water. A comprehensive Guide for Brewers. bp brewers publicatioons, Boulder CO (2013) (cf. hier).

Messtechnik: Das exact iDip-Testsystem setzt sich aus 4 Komponenten zusammen: 1. Photometer, 2. Stäbchen mit den Micro-Reagenzien, 3. exact iDip-app, 4. smart Phone oder iPad. Das Herzstück des vorliegenden Wasseranalyse-Systems ist das eXact iDip® Smart Photometer System®. Das Fotometer. das zusammen mit den Teststäbchen, welche die zur Bestimmung der erfassten chemischen Parameter notwendigen Chemikalien zum kolorimetrischen Nachweis in die Wasserprobenkammer freisetzen, zeigt die Konzentration direkt im Digitaldisplay und im entsprechenden app auf dem iPad bzw. Smartphone an.

Folgende Parameter können mit dem "Brew Kit" gemessen und gerechnet werden: pH (siehe pH-Meter Jenco Vision); Total Hardness [60-600 ppm] (= Gesamthärte); Calcium Hardness as CaCO3 [19-550 ppm] (= Karbonathärte, Calciumhärte); Total Alkalinity TA [11-200 ppm] (= Säurekapazität, Säurebindungsvermögen); Chloride as NaCl [6-600 ppm] (= Chlorid Cl-); Sulfate as SO4-2 [1-270 ppm] (= Sulfat SO4-2) sowie rechnerisch Magnesiumhärte, Natrium und Restalkalität. Über 35 weitere Tests können mit den entsprechenden Testreagenzien durchgeführt werden (Info).

• The Smart Brew Advanced Kit: Industrial Test Systems (ITS): Kurzbeschrieb   iDip App   quick start guide 

                                                              Manual

• pH-Meter Jenco Vision Plus 618 N:  Kurzbeschreibung   Kurzanleitung.  --> siehe auch hier

Informationsquellen:  Video 1     Video 2   Flyer exact iDip    Brauwasser: Eigenschaften und Aufbereitung