Für den Einen bildet Hopfen die Seele des Biers, für den Anderen ist Malz der entscheidende Faktor und ein Dritter würde darauf schwören, daß allem voran die richtige Hefe zum Erfolg führt. Allzu gerne wird dabei übersehen, daß Bier je nach Stärke zu mindestens 80% aus Wasser besteht. Dementsprechend groß ist der Einfluß dieser Zutat auf das fertige Bier.
Lange haben unsere Vorfahren versucht, ihr Brauvorhaben optimal am erhältlichen Wasser auszurichten, ehe durch wissenschaftliche Erkenntnisse und technologische Fortschritte der umgekehrte Weg möglich wurde: Die gezielte Aufbereitung des vorhandenen Wassers je nach gewünschtem Brauergebnis.
Dabei gilt: Nicht für jeden Bierstil ist möglichst weiches und salzarmes Wasser immer das beste. Vielmehr führen die verschiedenen Wassereigenschaften zu jeweils bestimmten Resultaten. Welche das sind und wie man sie, falls nötig, beeinflußt, darum soll es im Folgenden gehen.
Wichtige Wassereigenschaften
Für Bier wird üblicherweise gewöhnliches Trinkwasser verwendet. In Trinkwasser sind neben dem reinen Diwasserstoffoxid (H2O) vor allem zahlreiche Mineralstoffe und Salze in gelöster Form als Kationen und Anionen enthalten. Je nach Gewinnungsart und -ort des Trinkwassers variiert deren Anteil erheblich, ebenso wie der pH-Wert, der zwischen leicht sauer und leicht alkalisch liegen kann.
Möglicherweise hast Du schon einmal die Analysedaten Deines Trinkwassers vom örtlichen Wasserversorger erhalten. Wenn nicht, kannst Du sie in den meisten Fällen in dessen Internetangebot finden, vereinzelt bedarf es noch ab und an einer telefonischen Anfrage. Dir diese Daten in irgendeiner Form bereitzustellen, muß aber jeder Versorger in der Lage sein. Angegeben sind in einer ordentlichen Analyse mindestens der Gehalt an Kationen, Anionen und die Säurekapazität. Hieraus lassen sich die übrigen Werte errechnen.
pH-Wert
Wesentliches Ziel des Maischvorganges ist es, die Stärke des Getreiderohstoffes in vergärbare Zucker umzuwandeln. Diese Umwandlung übernehmen die im Malz enthaltenen (oder zugesetzte technische) Enzyme fast immer besonders wirkungsvoll in einem leicht sauren Milieu, das sich zwischen einem pH-Wert von etwa 5,5 und 6,5 bewegen sollte. Das bedeutet allerdings nicht, daß das eingesetzte Wasser bereits diesen Wert aufweisen muß, vielmehr wird der zumindest beim typischen Brauen mit Malz von selbst erreicht, sofern das Brauwasser möglichst pH-neutral ist. Dabei gilt: Je dunkler das Malz, desto höher darf (und bisweilen sollte) der pH-Wert des Brauwassers sein, da dunkle Malze von Hause aus zu einer etwas saureren Maische führen.
Wasserhärte
Nur wenige Regionen in Deutschland, wie etwa der überwiegend aus dem Bodensee versorgte Südwesten, erhalten wirklich weiches Wasser frei Hahn. In allen übrigen Gebieten ist der Begriff Wasserhärte wohl jedem schon einmal begegnet, sei es in der Dosieranleitung des Waschmittels oder in Gestalt immer wiederkehrender Kalkflecken am Wasserhahn. Er ist jedoch nur eine ungenaue Zusammenfassung verschiedener wichtiger Teilwerte.
Gesamthärte
Sie bezeichnet die Konzentration verschiedener Erdalkalikationen. Diese wirken alle pH-senkend. Dich als Brauer interessieren vor allem
Kalzium (Ca2+): Die Anwesenheit von Kalzium-(Ca2+-)Ionen verbessert die Arbeit insbesondere der stärkespaltenden Enzyme während des Maischprozesses.
Magnesium (Mg2+): Magnesiumionen führen in höherer Konzentration zu einem bitteren Geschmack.
Natrium (Na+): Führt in zu hoher Konzentration zu einem salzigen und/oder sauren Geschmack. Der Höchstgehalt an Natrium in der Trinkwasserverordnung läßt dieses Problem jedoch normalerweise nicht auftreten.
Die Gesamthärte wird in Deutschen Härtegraden (°dH) angegeben.
Karbonathärte
Der Karbonathärtewert bezeichnet die zur Menge der gelösten Hydrogencarbonationen passende Konzentration der Erdalkalikationen. Sie ist von entscheidender Bedeutung für viele Stationen der Bierbereitung, da die Hydrogencarbonationen sogenannte Säurevernichter sind; sie führen also zu einem höheren pH-Wert. Damit erschweren sie nicht nur den Enzymen die Maischarbeit, sondern führen auch zu einer kratzigen Bittere insbesondere in hellen, stärker gehopften Bieren.
Auch die Karbonathärte wird in °dH ausgewiesen. Sie errechnet sich aus der Säurekapazität multipliziert mit 2,8.
Nichtkarbonathärte
Dieser Wert bezeichnet die Konzentration all jener Erdalkalikationen, für die im ungelösten Zustand kein Hydrogencarbonatanion mehr übrig bliebe. Ihnen stehen jedoch insbesondere Chlorid- und Sulfationen gegenüber. In Summe handelt es sich dabei um verschiedene gelöste Salze wie vor allem
- Kalziumsulfat
- Kalziumchlorid
- Magnesiumsulfat (Bittersalz)
- Magnesiumchlorid
Die Nichtkarbonathärte wird in Wasseranalysen nicht explizit ausgewiesen, da sie sich aus den beiden vorangehenden Werten errechnen läßt.
Säurekapazität
Eng zusammen mit der Anwesenheit von Hydrogencarbonat, also mit der Karbonathärte, hängt die Aufnahmekapazität von Säure. Die Säurekapazität ist daher ein Indikator für die säurevernichtende Wirkung eines Brauwassers und ermöglicht die Einschätzung der Tauglichkeit für die Maischarbeit und weitere Schritte. Sie wird auch als KS4,3 abgekürzt, wobei 4,3 den pH-Wert bezeichnet, bei dem ein bestimmter Säureindikator im Labortest die Farbe wechselt. Angegeben wird sie in mmol/l.
Aus der Säurekapazität kannst Du zusammen mit der Kalzium- und Magnesiumhärte den nächsten, für die Bierherstellung eigentlich wichtigsten Wert berechnen:
Restalkalität
Die Restalkalität gibt Aufschluß darüber, in welcher Konzentration freie säurevernichtende Anionen im Brauwasser effektiv enthalten und wirksam sind. Sie ist, vereinfach ausgedrückt, der entscheidende Indikator für die Eignung eines Brauwassers zum Brauen heller und stark gehopfter Biere. Sie steht im Gegensatz zu der stereotypen Ansicht, daß Brauwasser immer und generell möglichst wenig Härte aufweisen sollte und erklärt auch, warum hellem Dortmunder Bier trotz sehr hartem Wasser die starke Hopfung bestens bekommt.
Ebenso erleichtert sie die Beurteilung, ob mit dem gegebenen Wasser ggf. besser ein dunkles Bier gebraut werden sollte; dunklere Malze führen zu einem niedrigeren pH-Wert, der durch eine höhere Restalkalität wieder kompensiert wird.
Welches Bier mit welchem Wasser?
Diese Frage stellt sich, so oder umgekehrt ("welches Wasser für welches Brauvorhaben"), natürlich jedem Brauer immer wieder. Allgemeingültige Antworten gibt es hier nur bedingt. Immerhin kannst Du Dich bei vielen regionalen Bierstilen ganz gut an ihrer historischen Entwicklung orientieren. Die folgende Tabelle zeigt die typischen Werte einiger wichtigster Bierstile. Dabei erkennst Du gut, daß auch harte Wässer wie das Dortmunder eine niedrige Restalkalität aufweisen können.
| Bierstil | Härte °dH | Sulfat mg/l | Chlorid mg/l | Restalkalität °dH | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Karbonat | Gesamt | Kalzium | Magnesium | ||||
| Pilsner1) | 1,4 | 2,3 | 1,4 | 0,9 | 4,0 | 5,0 | 0,9 |
| Dortmunder1) | 16,8 | 42,6 | 35,7 | 6,9 | 240,0 | 107,0 | 5,6 |
| Wiener1) | 30,9 | 38,6 | 22,8 | 15,8 | 216,0 | 39,0 | 22,1 |
| Münchner1) | 14,3 | 15,6 | 10,5 | 5,1 | 8,0 | 2,0 | 10,6 |
| Kölsch2) | 12,5 | 18,8 | 15,4 | 3,4 | 84,5 | 71,8 | 7,6 |
| Alt (Düsseldorf)2) | 10,0 | 15,6 | 12,9 | 2,8 | 61,0 | 88,0 | 6,0 |
| Ale3) | 16,8 | 30,6 | 16,8 | 13,8 | 80,0 | 90,0 | 10,0 |
| Stout3) | 25,2 | 30,4 | 18,9 | 11,5 | 100,0 | 75,0 | 18,2 |
1)Mittelwert aus verschiedenen Quellen 2)lt. Angaben des Wasserversorgers 3)Beispielwert (geschätzt)
Die folgende Grafik vermag die Zusammenhänge zwischen Wasserbeschaffenheit und Brauziel vielleicht noch etwas anschaulicher zu gestalten:
Anpassen der Wassereigenschaften
Bisher hast Du vor allem gelesen, wie die Wassereigenschaften unter Umständen Dein Brauvorhaben beeinflussen. In der Praxis wird Dich vermutlich meist das Gegenteil interessieren, nämlich Dein Wasser gezielt an Dein Vorhaben anzupassen. Für jeden Parameter gibt es dabei gezielte Möglichkeiten. Hilfreich bei der Wasseraufbereitung ist es, wenn Du verschiedene Indikatorstreifen oder -flüssigkeiten besitzt, um die Ergebnisse Deiner Arbeit im Hinblick auf Härte und pH-Wert kontrollieren zu können. Bei sorgfältiger vorheriger Berechnung ist das allerdings nicht zwingend nötig.
Salze vollständig entfernen
Dies ist sozusagen die Brechstange unter allen Aufbereitungsmethoden. Sowohl die Karbonat- als auch die Nichtkarbonathärte wird hierbei je nach Anlage nahezu vollständig entfernt. Zum Einsatz kommen hierbei sowohl Ionentauscher, die mit einem (von Zeit zu Zeit zu regenerierenden) Spezialharzgemisch gefüllt sind, als auch Umkehrosmoseanlagen, bei denen das Wasser mit Hilfe von Membranen und Druck von den gelösten Stoffen getrennt wird.
Eine solche weitgehende Entmineralisierung des Wassers wird eigentlich nur dann nötig, wenn Du ein Wasser mit hoher Nichtkarbonathärte zum Brauen eines typisch weichen und sehr schlanken Pilsners einsetzen möchtest. Für alle anderen Bierstile sind einfachere Methoden ausreichend (siehe unten), zumal insbesondere bei dunkleren Malzen unter Umständen ein zu niedriger pH-Wert und geschmackliche Einbußen die Folge sein können.
Vorteile:
- Wenig akuter Aufwand, viel Wirkung
- Ideales Wasser für Pilsner
Nachteil:
- Hohe Anschaffungskosten
- Völlig salzfreies Wasser kann beim Brauen problematisch werden
Kartuschenfilter
Wer nicht bereits weiches Wasser aus dem Hahn geliefert bekommt, besitzt heute mittlerweile meist einen Trinkwasserfiltersystem mit Wechselkartuschen. Tee und Kaffe schmecken damit besser und Wasserkocher verkalken kaum noch.
Vor allem entfernen diese relativ schlichten Systeme mit Hilfe eines Austauschharzes Karbonathärte und manchmal auch etwas Nichtkarbonathärte. Damit sind Sie prinzipiell ganz gut geeignet, um die Restalkalität zu senken und Dein Wasser ggf. für hellere und hopfigere Biere tauglich zu machen. Allerdings ist die Aufbereitung der selbst für kleinste Sude nötigen Gesamtgußmenge von wenigstens 40 Litern nicht gerade besonders komfortabel.
Wesentlich ungünstiger ist, daß die Hersteller solcher Filter sich über deren genaue Aufbereitungswirkung beharrlich ausschweigen, was das Ergebnis Deines Brauvorhabens letztlich unkalkulierbar macht, falls Du nicht zufällig im Besitz eines gut ausgestatteten Heimlabors für Wasseranalyse bist.
Vorteil:
- Meist ohnehin im Haushalt vorhanden
Nachteile:
- Schwer planbares Ergebnis
- Fürs Brauen zu umständlich und zeitaufwendig
Karbonathärte ausfällen
Die Karbonathärte entsteht in kalkhaltigen Gesteinsschichten. Dort werden durch im Wasser gebundenes Kohlendioxid (Kohlensäure), das seinerseits durch den Stoffwechsel von Mikroorganismen dort hineingekommen ist, Kalziumionen aus diesen Mineralen herausgewaschen und es löst sich im Wasser neben einem Kalziumkation ein anionischer Hydrogencarbonatkomplex.
Das zu wissen ist deshalb wichtig, weil dieser Hydrogenkarbonatkomplex ein eher instabiles Gebilde ist. Das in ihm gebundene Kohlendioxid läßt sich nämlich mit verschiedenen Mitteln relativ einfach austreiben, sodaß die verbleibenden Kohlenstoffteilchen mit den Kalziumionen wieder zu unlöslichem Kalziumkarbonat werden – jenem kohlensauren Kalk, der sie einst im Bodengestein waren.
Übrigens ist es nur selten nötig und sinnvoll, die gesamte Karbonathärte zu entfernen. Falls Du Dich bei der Aufbereitung Deines Wassers nicht an einem bestimmten typischen Wasserprofil (siehe Tabelle oben) orientierst, kannst Du einer bewährten Faustregel folgen, nach der die Karbonathärte etwa ein Drittel der Nichtkarbonathärte betragen sollte.
Abkochen
Die einfachste Methode, das Kohlendioxid aus dem Brauwasser hinauszujagen, ist Hitze. Je heißer es wird, desto weniger wohl fühlt sich das Gas in seinem Hydrogencarbonatkomplex, und umso flüchtiger wird es. Dem zurückbleibenden Kalk bist Du mit Sicherheit schon einmal im Wasserkocher oder in der Kaffeemaschine begegnet.
Diesen Effekt kannst Du Dir gezielt zunutze machen. In einem geeigneten Topf (aus Edelstahl oder Aluminium) kochst Du etwa 20 Prozent mehr Wasser als eigentlich benötigt etwa eine Stunde bei ordentlicher Hitzezufuhr ab. Bevor es ganz abgekühlt ist, schüttest Du es in einen Behälter mit Ablaufhahn. Nach etwa einem Tag hat sich der Kalk am Boden abgesetzt und du kannst das enthärtete Wasser problemlos abziehen. Mit dieser Methode läßt sich nach verbreiteter Auffassung die Karbonathärte (grob geschätzt) etwa halbieren.
Vorteil:
- Einfache und effektive Methode gegen Karbonathärte
Nachteile:
- Zeitaufwendig
- Hoher Energieaufwand
Chemisches Ausfällen mit Ätzkalk
Eine weitere Möglichkeit, die Hydrogencarbonationen zu knacken, ist eine chemisch herbeigeführte Reaktion. Dabei wird gebrannter Kalk (Kalziumoxid, CaO) eingesetzt. Dieser entsteht durch starkes Erhitzen von Kalziumkarbonat, wobei Kohlendioxid freiwird:
CaCO3 → CaO + CO2
Kalziumoxid erhältst Du im Laborfachhandel oder über die Apotheke. Es ist hochreaktiv und bildet mit Wasser gelöschten Kalk (Kalziumhydroxid), wobei relativ viel Wärme freigesetzt wird:
CaO + H2O → Ca(OH)2
Setzt Du diesen gelöschten Kalk Deinem Wasser zu, so reagiert er dort mit dem gelösten Kalziumhydrogenkarbonat zu Kalk und Wasser:
Ca(OH)2 + Ca(HCO3)2 → 2 CaCO3 + 2 H2O
In der Praxis löschst Du den Branntkalk durch Einrühren in eine kleine Wassermenge selbst. Anschließend kommt diese Kalkmilch in das Brauwasser und wird kräftig durchmischt. Wenn das Wasser in einem Faß mit Auslaufhahn ruht, kannst Du es nach etwa einem Tag bequem entnehmen, während der ausgefallene Kalk am Faßboden liegen bleibt.
Nichtkarbonathärte entfernen
In der Regel erzielst Du mit dem Ausfällen der Karbonathärte bereits ein recht gut für helle, hopfige Biere geeignetes Brauwasser. In einigen Fällen, nämlich wenn die Karbonathärte nur einen geringen Teil einer insgesamt sehr hohen Gesamthärte ausmacht, kann sich die Restalkalität jedoch in den negativen Bereich verschieben und der pH-Wert zu niedrig werden. Dann wird es nötig, auch die Ionen der übrigen Härtebildner zu entfernen.
Diese kann man austauschen, wie es auch in vielen Vollentsalzungsanlagen geschieht. Benötigt wird eine geeignete Austauschmasse, meist ein Kunstharz in Form kleiner Kügelchen. Man bekommt solche Massen für verschiedenste Ionen im Labor- und Aquaristikbedarf. In eine geeignete Filtervorrichtung (vergleichbar mit denen der bereits erwähnten Kannenfilter) eingebracht, entfernen sie die noch verbliebenen Härtebildner, indem beispielsweise Kalzium- durch Wasserstoffionen ersetzt werden, während die Kalziumionen an der Harzmasse "hängen" bleiben.
ph-Wert senken
Liegt der pH-Wert des Brauwassers trotz (in einigen Fällen sogar wegen) vorangegangener Aufbereitung in einem noch nicht optimalen, neutralen Bereich, so kann er durch das Zuführen von Säure entsprechend reguliert werden. Beim Brauen kommt für diesen Zweck üblicherweise Milchsäure zum Einsatz. Diese ist in mehr oder weniger konzentrierter Form im Laborbedarf, in Apotheken und bisweilen auch im Braufachhandel erhältlich. Da ihre Zugabe zumindest gewerblichen Brauern durch das deutsche Biergesetz nicht erlaubt ist, gibt es einen zweiten Weg in Form eines Kunstgriffes:
Sauermalz
Da die Eigenschaften von Malz im Bezug auf dessen Säuregehalt gesetzlich ebensowenig festgelegt sind, wie der Mälzprozeß im Detail, kann Braumalz während der Herstellung gezielt mit Milchsäurebakterien versetzt werden. Diese vergären einen Teil der Inhaltsstoffe, sodaß Milchsäure entsteht, die auch nach dem Darren im Malz enthalten bleibt und auf diesem Umweg letztlich auch in "reines" deutsches Bier hineinfindet.
Milchsäure oder Sauermalz als Wunderwaffe?
Bei vielen Hobbybrauern hat sich, getrieben durch die oft gelesene Empfehlung, daß die Zugabe von "etwas Sauermalz nie verkehrt" sei, die Ansicht herausgebildet, das Säuern sei quasi ein Allheilmittel und mache grundsätzlich aus jedem (harten) Wasser besseres Wasser. Ganz so einfach ist es allerdings nicht:
Milchsäure kann in Grenzen gegen hohe Karbonathärte helfen. Damit verschiebt sie aber unter Umständen das Verhältnis zur Nichtkarbonathärte in einen ungünstigen Bereich.
Im Gegensatz zum Ausfällen von Härtebildnern führt Säurezugabe ab einer gewissen Menge zu einer geschmacklichen Beeinträchtigung.
Wird ausschließlich Sauermalz verwendet, so kann entweder nur das Hauptgußwasser vollständig behandelt werden, oder aber es führt die höhere (den Nachguß einbeziehende) Sauermalzgabe zu möglicherweise ungünstigen, weil zu sauren Verhältnissen, die die Arbeit der Maischenzyme behindern. Die Behandlung des Nachgußwassers sollte daher, wenn nötig, also besser mit technischer Milchsäure erfolgen.
Daß dunkle Malze von Hause aus zu einem niedrigeren Maische-pH-Wert führen, sollte bei der Einplanung von Sauermalz ebenfalls berücksichtigt werden.
pH-Wert heben
Auch, wenn es eher selten vorkommt: Was tun, wenn das Brauwasser (vielleicht durch vorherige Behandlung) zu sauer ist und Du um einen Geschmacksfehler fürchten mußt, etwa, weil mit besonders dunklen und melanoidinhaltigen Malzen gebraut werden soll? Auch dieses Problem läßt sich mit Kalkmilch lösen. Diese besteht ja im Wesentlichen aus Kalziumhydroxid, also einer Base. Ist beispielsweise durch zu starke Milchsäuerung ein Überschuß an Säurebildnern vorhanden, reagieren diese mit der Kalkmilch zu Kalk und Wasser und alles wird gut.
3 Ca(OH)2 + C3H6O3 → 3 CaCO3 + 6 H2O
Aufsalzen
Wer an Wasseraufbereitung denkt, denkt, da das in normalen Haushaltsangelegenheiten nun mal immer nur in die eine Richtung geht, an die Entfernung von unerwünschten (härtebildenden) Salzen aus dem Trinkwasser. Wie Du aber inzwischen weißt, gibt es einige Biere, die ihre typischen Eigenschaften einer relativ hohen Nichtkarbonathärte verdanken. Neben dem Dortmunder Bier sind das vor allem zahlreiche britische Sorten.
Abgesehen von den geschmacklichen Eigenschaften, die sich durch das Aufsalzen beeinflussen lassen, hat dieses Erhöhen der Nichtkarbonathärte auch noch den Nebeneffekt, daß sich trotz steigender Gesamthärte die Restalkalität des Wassers und damit dessen Eignung für die Herstellung heller und hopfiger Biere verbessert.
Für die Bierherstellung kommen folgende Salze in Betracht:
Braugips
Er wird korrekt bezeichnet als Kalziumsulfat (CaSO4) und führt zu einer leicht schwefligen Salznote. Er liegt stets als Dihydratkomplex vor, ein Gipsmolekül bindet also zwei Wassermoleküle. Das zu wissen ist wichtig für Berechnungen bei der Wasseraufbereitung, da das Wassergewicht berücksichtig werden muß (ist in den meisten Berechnungshilfen, so auch hier und im Sudplaner, bereits der Fall). Seine EU-Lebensmittelzusatzstoffkennzeichnung lautet E516.
Braugips ist im Hobbybrauerbedarf gut erhältlich.
Kalziumchlorid
Dieses Salz mit der chemischen Formel CaCl2 gibt dem Wasser eine vollere Textur und verbessert so das Mundgefühl, ohne das Bier süßer oder schwerer zu machen. Als Lebensmittelzusatzstoff E509 wird es außerdem zur Milchgerinnung in der Käserei und vielen weiteren Zwecken eingesetzt; in Klimageräten dient es als Trocknungsmittel, da es wasseranziehend wirkt.
Kalziumchlorid kann rein oder als Hydrat vorliegen. Üblich ist auch hier die Dihydratform, es gibt aber auch Tetra- und Hexahydrat, weshalb Umrechnen hier besonders wichtig ist. Im Hobbybedarf erhält man es außerdem noch als Lösung; der ausgewiesene Anteil versteht sich hier als Gewichtsprozent reinen Salzes. Als Bezugsquellen eignen sich neben dem Hobbybedarfshandel, wo es bisher vorrangig Hobbykäsern angeboten wird, auch Apotheken (dort, weil arzneimittelrein, zu entsprechenden Preisen) und Aquaristikgeschäfte.
Bittersalz
Magnesiumsulfat führt, wie sein Trivialname schon sagt, zu einer leicht salzigen Bitternote. In Deutschland, wo man Bierbittere, wenn überhaupt noch, dann aus dem Hopfen haben möchte, ist Magnesiumsulfat vor allem ein beliebtes Abführmittel. In manchen britischen Brauwässern sorgt es hingegen für eine spezielle, trockene Note, die einigen Stilen erst den typischen Charakter verleiht.
Bittersalz bekommst Du in jeder Apotheke. Handelsüblich ist Heptahydrat, also sieben gebundene Wassermoleküle je Salzmolekül.