For 100 år siden havde enhver lille flække, med respekt for sig selv, sit eget malteri. Bondemanden kørte til malteriet med 10 sække byg korn og fik 8 sække byg malt med retur. Selvforsyning og bytteøkonomi dannede i mange hundrder år grundlag for eksistens. Med bondestenalderens indtog for næsten ca. 6000 år siden, begyndte vi at dyrke landbrug, holde kvæg, grise og dyrke korn, vi blev selvforsynende med madvarer, vi selv havde dyrket og avlet.
Samfundet var kendetegnet ved agerbrug og dyrehold, landbrug bliver den primære produktionsmåde. Først i renæssancen begynder der for alvor at ske ændringer. I byerne sker en markant arbejdsdeling og mange håndværk spirer frem, med tiden bliver de til fabrikker og industrier med mange ansatte og stort varesalg til mange kunder.
I bondesamfundet dyrkede man korn og andre landbrugsprodukter, uden den omfattende viden om dyrkning, forarbejdning og anvendelse vi har i dag. Bygkorn og humle blev dyrket sammen med mange andre afgrøder til bedriftens opretholdelse. Fremstilling af øl, vin etc. er et rigtig godt eksempel på, hvordan man i gamle dage var i stand til at lave øl og vin uden at vide, hvad pokker der skete i dyrknings- og forarbejdnings-processen. Med industrialiseringen bliver vi i stand til at forstå ned i detaljen, hvad der sker fra kornet sås til øllet skænkes i glasset. Vi bliver i stand til i langt højere grad at skabe gode råvarer og forarbejdningsmetoder.
Uden malt ingen øl!
Stort set al malt bliver brugt til ølbrygning. Kornsorten byg er den mest brugte kornsort til malt. Men også andre kornsorter kan maltes og anvendes til øl-brygning. I betragtning af Danmarks lille størrelse, så bidrager vi med en pæn andel af verdens samlede malt produktion. Malteriet Fuglsang i Haderslev (+ Thisted) og Danish Maltgroup (ejet af svenske Viking Malt) i Vordingborg fremstiller sammenlagt 280.000 tons malt årligt (kilde: First Key 2016) svarende til ca. 1,24% af verdens samlede malt fremstilling.
Der er to slags byg. To-radet (Hordeum distichum) og seks-radet (Hordeum vulgare). Seksradet har mere protein og mindre sukker end to-radet byg. De fleste bryggerier bruger to-radet, men nogle bryggerier i USA bruger seks-radet, især til øltyper med forholdsvis stor mængde tilsætninger som majs, ris eller sukker.
Byg kornets klassifikation jvnf. den linnæiske taksonomi :
Rige : Plantae – planter;
Række : Magnoliophyta – dækfrøede;
Klasse : Liliopsida – enkimbladede
Orden : Poales – græs-ordenen;
Familie : Poaceae – græs-familien;
Slægt : Hordeum – byg
Art : distichum – almindelig byg 2-radet
Maltning
På malteriet startes kornets spiringsproces, hvor kornet ”tror”, at nu er det forår, nu skal frøet spire og vokse sig op til en plante. Men inden bygkornets enzymer for alvor laver gode forgærbare kulhydrater fra frøhvidens stivelse og kim-planten efterfølgende omsætter kulhydraterne, så stoppes processen ved at tørre malten. Det er den korte version af bygkornets transformation til malt, som vil blive gennemgået i detaljen i det følgende.
På malteriet er processen opdelt i tre delprocesser. I det følgende ser vi på, hvad de tre delprocesser går ud på. Og vi skal blive klogere på, hvad der sker med bygkornet fra det kommer ind i malteriet og til det i løbet af ca. 7 til 8 dage er blevet til den færdige malt klar til levering til Carlsberg bryggerierne, hjemmebryggeren eller hvem der lige står og mangler noget malt.
Enzymer og stivelse
Maltning er en omstændelig proces og som det fremgår af ovenstående, er der mange bolde i luften under maltningsprocessen. Processen vil i det følgende blive behandlet i lidt flere detaljer.
Maltningens formål er at aktivere enzymer (proteinenzymer), som nedbryder frøhvidens cellevægge samt nedbryder protein matrix omkring stivelseskorn og dermed gør stivelsen tilgængelig for amylase enzymerne under mæskning. Det er også maltningens opgave at klargøre og aktivere amylase enzymer (stivelsesenzymer), som nedbryder de lange komplekse polysakkarider til simple sakkaridforbindelser under mæskning, som gæren kan optage. De fire vigtigste enzymer er:
– Beta-glucanase nedbryder cellevæg omkring frøhvide. Enzymprocessens substrat er beta-glucaner og produktet er glukose. To positive sideeffekter af denne enzymproces er, at nedbrydning af cellevæg giver bedre plads til, amylaser kan komme ind i frøhviden og nedbryde stivelse. Desuden bidrages til bedre viskositet og dermed en bedre separering af malt fra urt under lautering.
– Protein protease nedbryder protein matrix, som omgiver stivelseskorn, samtidig dannes fri aminosyre, vitaminer og mineraler til gærens stofskifte. Protease dannes i aleuronlag og omdanner store proteiner til mindre opløselige proteiner. Peptidase klipper aminosyre fra enden af lange proteinkæder, for at danne små peptider og aminosyrer (How to brew si. 146).
– Alfa-amylase nedbryder stivelse også kaldet polysakkarider (amylopektin) i mindre kæder af kulhydrater. Inden spiringsprocessen stoppes, når alfa-amylase at danne 5 til 10 % simple sukkerarter.
– Beta-amylase nedbryder stivelse også kaldet polysakkarider (amylose) ved at klippe to glukose molekyler af enden af de lange kulhydrat-kæder og danne maltose. Beta-amylase er i frøhviden inden spiring, frigives og standses når malten kommer på køl.
Stivelse i frøhviden er kim-plantens madpakke. Stivelse er kulhydrat dannet ved fotosyntesen, som er beskrevet i afsnit om Sukker og enzymer. Stivelse omsættes af amylase enzymerne (alfa- og beta-amylase) og enzymets substrat består af:
– Amylopektin, en forgrenet polymer bestående af glukose molekyler og udgør ca. 80% af den samlede stivelse.
– Amylose, uforgrenet polysakkarid bestående af lange kæder af glukose molekyler og udgør de sidste ca. 20% af stivelsen i frøhviden.
Op til 80 % af polysakkariderne nedbrydes af alfa- og beta-amylase.
Sammenfattende er formålet med spiring at klargøre enzymerne og gøre stivelse tilgængelig. Vi vil gerne have megen enzymaktivitet, der nedbryder cellevægge og proteinmatrix, men nedbrydning af stivelse vil vi gerne vente med til under mæskning i bryggeriet. Efter fem dages spiring er det mest optimale tidspunkt at stoppe enzymaktiviteten.
Enzymerne udsættes for varme, når malten kommer på køl. Næste step er mæskning i ølbryggeriet, her genaktiveres amylase enzymerne og stivelse omdannes til forgærbar sukker.
Enzymaktivitet er betinget af temperatur og pH. I tabellen nedenfor gennemgås anbefalede temperaturer og pH-værdier for hver af de forskellige enzymer i malt. Som det er gennemgået i afsnittet om vand, så har vands indhold af ioner indflydelse på pH, især karbonat (CO32-) og bikarbonat (HCO32-) som hæver pH og calcium (Ca2+) der sænker pH. Hvis pH er for høj så tilsæt syre. Hvis pH er for lav så tilsæt CaCO3 (eller NaHCO3).
Lautering er et begreb, der benyttes flere gange nedenfor og er den proces, hvor malten separeres fra urt. Processens mål er at få en klar urt med højt indhold af forgærbar sukker.
Mæske temperaturer (Kilde: ”How to Brew” si. 143, ”Læring og gæring” side 5, ”Malt” side 112):
Enzym navn:
temperatur
pH-optimum
Phytase
30 .. 52º celsius
5,0 til 5,5
Phytase opløser stivelse, danner lidt dextriner, sænker pH-værdi, reducerer lauterings-problemer og nedbryder cellevægge. Malt er rig på phytin, dvs. fosfat, kalium og magnesium. I dag er dette trin overflødigt på grund af den høje maltkvalitet malterierne kan levere.
Syre rest/pause
35º celsius
Reducerer pH, bruges ikke mere. Alm. modificeret malt har den pH, som forventes.
Beta-glucanase
32 .. 50º celsius
4,5 til 5,5
Beta-glucanase nedbryder cellevæg, sænker pH og hæver viskositet. Genoptager malt-modifikation, stivelses-matrix åbnes og har betydning for lautering. Anbefales hvis mere end 20% er umaltet byg etc.
Protease og peptidase
45 .. 55º celsius
4,5 til 6,0
Protease nedbryder lange protein-kæder til mindre opløselige protein-forbindelser. Forbedrer lautering, laver bedre skum og bidrager til diset øl. Peptidase klipper enden af protein-kæder og danner peptider / aminosyrer. Frigør FAN (Free Amino Nitrogen), som er næring til gær, nedbryder mellemlange peptidkæder og reducerer krop.
Glucoamylase
55º celsius
3,5 til 4,0
Omsætter stivelse til glukose.
Alfa-glucosidase
60 .. 70º celsius
4,5 til 5,5
Alfa-glucosidase omdanner stivelse og dextriner til glukose, dog i begrænset omfang og har begrænset effekt på slutresultat.
Limit dextrinase
60 til 65º celsius
4,8 til 5,8
Limit dextrinase nedbryder forgrenede stivelseskæder (amylopectin-kæder) til mindre stivelseskæder, som efterfølgende omdannes af alfa- og beta-amylase til forgærbar sukker.
Beta-amylase
55 .. 65º celsius
5,0 til 6,0
Beta-amylase klipper to glukose molekyler fra enden af lange stivelseskæder (amylose) og returnerer maltose, dvs. mere forgærbar kulhydrat og det resulterer i mindre restsødme.
Alfa-amylase
62 til 68º celsius
5,3 til 5,7
Alfa-amylase klipper hist og her i amylopektin (dvs. stivelse) Lange stivelses-kæder nedbrydes til kortere stivelses-kæder og generer dextrin, maltotriose og maltose. Producerer mindre forgærbar kulhydrat, det resulterer i højere restsødme.
Udmæskning / mash out
73º celsius
Opløser sidste del af stivelse og gør lautering nemmere.
Bemærk enzymer inaktiveres ved denaturering, derfor starter mæskeprofil med den laveste temperatur, som efterfølgende forøges gradvist.
Illustrationen viser, hvordan enzymer omdanner stivelse (tegningen viser en amylopectin) til forgærbar sukker (se How to Brew s. 147.. 149).
Basismalt
I figuren: ”Bygkornets tre stadier” beskrives, hvordan enzymprocessen stoppes ved at tørre kornet efter fem dages spiring. Det er vigtigt at stoppe spiring efter fem dage ellers opstår for stort spild af kulhydrat omsat af den lille fremad-spirende kimplante. Under tørring udvikles maltens smag og farve, herefter er kornet blevet til basismalt eller specialmalt, afhængig af hvilken temperatur malten er tørret, kølnet eller ristet ved.
Malt der tørres ved lav temperatur bevarer maltens enzymer, de omdanner stivelse til forgærbare kulhydrater under mæskning. Det er hovedsaglig basismalte som Pilsner, Pale Ale og Munich malt, som dannes i denne proces. Ved højere tørretemperatur denaturerer enzymerne og de kan ikke omdanne stivelse til forgærbar sukker under mæskning. Malt tørret ved højere temperatur og i længere tid end basis-malt kaldes special-malt og omfatter crystal- , karamel-, brændt- og andre typer malt. Denne type malt bidrager alene med aroma, smag og farve. Under spiring og efterfølgende under ristning eller kølning skabes sukker, så det er muligt at lave mange spændende smagfulde malttyper.
Specialmalt – farve og smag
Specialmalttyperne bidrager ikke med forgærbar sukker til gæringsprocessen. Til gengæld bidrager de til øllets gode smag og smukke farve. For at kunne lave specialmalte skal vi have kendskab til følgende detaljer i malt-processen.
Figur : Drom roaster på gårdmalteriet Gyrup Malt.
Grøn malt : er malt, der har været gennem spiringsproces, hvor enzym-aktiviteten stadig er aktiv. Grøn malten skal tørres for at blive til basis malt eller varmes yderligere op efter tørring for at blive til special malt.
– Drom roaster : er en tromle, hvor grøn malt tilføres, tromlen roterer og malten opvarmes. Grøn malten inde i roasteren udsættes for en jævn og ensartet varmepåvirkning. Først opvarmes grøn malten til ca. 65 grader, vandindhold i malten afdampes og enzymer gøres klar til brug i mæske-proces. Herefter hæves temperaturen yderligere, hvis temperaturen er 110 til 150 grader så udføres en Maillard reaktion og hæves temperaturen til over 160 gr. starter en karamelliseringsproces.
– Kølning : er en tørremetode, hvor malten spredes ud på et dæk i et jævnt og ensartet lag. Varme tilføres så den nederste del af malt-laget opvarmes mest og der forekommer en karamelliseringsproces, mens den øverste del af malt-laget ikke udsættes for lige så megen varme og i den del af malten vil der forekomme en Maillard-proces.
Vi har nu en råvare (grøn malt), to metoder (roastning og kølning) samt parametre der kan stilles på (varme og tid). Specialmaltens farve og smag genereres gennem en af følgende tre processer: Maillard reaktion, karamellisering og pyrolyse, så dem vil vi se lidt nærmere på.
Maillard reaktion er en biokemisk reaktion mellem kulhydrats carbonylgruppe og aminosyres aminogruppe. Reaktionen påvirker smag, lugt, mundfylde samt farve og udføres ofte i temperaturintervallet 120 … 150 grader, men kan også udføres ved væsentlig lavere temperatur. Mailard reaktion forekommer ved exempelvis fremstilling af: brødskorpe, chokolade, ristet brød, pop-corn, flæskesvær, kaffe, mørkt øl / malt, stegt kød og ahornsirup.
Malt fremstillet efter Maillard-metoden giver smag efter brød, toast, kiks og malt. Samtidig bliver malten brun-farvet. Betingelserne for Mailard reaktioner findes både i malteriet og i bryghuset. Den kan sammenlignes med karamellisering, som også er en ikke-enzymatisk proces. Karamellisering er dog en proces, hvor den kemiske sammensætning i sukker nedbrydes ved høj temperatur. Maillard reaktion er en proces, hvor sukker og aminosyre opvarmes og reagerer sammen.
Maillard reaktion opdeles i tre step:
1) et sukkermolekyle og en aminosyre knyttes sammen, sukker og aminosyre kondenserer, et vandmolekyle frigøres og der opstår en ustabil forbindelse. R-gruppen i aminosyren bestemmer smag, duft og farve. Der dannes glycosylaminer (binding mellem glykosylgruppe og aminogruppe).
2) denne ustabile forbindelse (kaldes Schiff base) danner ketosaminer (ketose + amin og gennemgår Amadori omlejring).
3) Ketosamin gennemgår yderligere en transformation, der ender i en af tre forskellige produkter:
3a) ketosamin dehydreres (producerer to vandmolekyler) yderligere og resulterer i forbindelser der ligner karameliseringsreaktioner, det giver stærk smag og aroma.
3b) danner små kortkædede kulstofmolekyler som fx. diacetyl, pyruvaldehyde og andre produkter.
3c) tab af tre vandmolekyler og yderligere reaktion med aminosyrer, dannelse af melanoidin samt farvet nitrogen polymerer og genererer brunlige farver, ristede kaffearomaer, smagen af stegt kød eller brændt brødskorpe.
Sammenfattende er smag og bruning ved Maillard reaktion bestemt af aminosyre, sukker, temperatur og tid.
Karamellisering er en reaktion mellem sukkermolekyler, der foregår ved høj temperatur. Grønmalten har udført forløbet, hvor enzymer har nedbrudt stivelse til monosakkarider. Når denne grønmalt tørres ved temperaturer over 120 grader celsius udføres først Maillard reaktion og ved 160 grader karamelliseres malten.
Karamellisering udføres ved temperaturer over 160 grader, reaktionen er irreversibel, smag er nøddeagtig, toffee, karamel, honning og brændt sukker samt generer farven brun.
Tørring kan udføres i tromle eller på et dæk. Hvis tørring udføres i tromle opnås mere ensartet og hurtigere reduktion af vandindhold, hvilket resulterer i mere glasagtig frøhvide samt en ren og sliklignende smag.
Pyrolyse er en hel eller delvis forkulningsproces, hvor malt ristes ved høj temperatur, over 200 grader. Chokolade malt og black malt ristes i området 200 til 240 grader og får smagskarakter af chokolade, lakrids, kaffe og brændt toast brød. Farve : fra meget mørk til sort. Bør bruges med mådehold. Det er en god ide at tilsætte den ristede malt i de sidste 5 til 10 minutter af mæskning, for at undgå den skarpe bitterhed, det giver plads til de gode chokolade og kaffe aromaer.
Kornets vej gennem malteriet er en omstændelig proces. Kornet er blevet til bygmalt og er klar til levering. De store malterier vi har i dag, kan levere mange forskellige typer malt i høj kvalitet. Det giver muligheder for at lave meget forskelligt og godt øl.
L av selv din specialmalt
Der findes også enkelte små lokale malterier, som alternativ til de store malterier. F.eks. Refsvindinge Malteri på Østfyn, Kølster malt & øl i Nordsjælland og Gyrup gårdmalteri i Thy. Deres udbud af malt er mindre end de store malteriers. Men det er der heldigvis en løsning på. I det følgende beskrives, hvordan du laver din egen specialmalt.
2 kg basis malt hældes i en bradepande, overhældes med 2 liter vand, sæt bradepanden i nederste rille i ovnen og temperaturen indstilles til 125 grader, omrør i malten en gang hvert ca. 15. minut. Efter 3 til 4 timer har du en forholdsvis lys specialmalt / Crystal malt. Gør det samme ved 170 grader og du får en god karamelmalt. Lav også en portion ved 220 grader, det bliver til en chokolademalt. Så har du 3 specialmalte lavet på basis af basismalt fra det lokale malteri. Det giver også godt øl.
Har du sat bradepanden i den nederste rille, så er det nemt at røre rundt i malten. I den første times tid eller to vil vandet holde temperaturen i malten nede omkring de 100 grader, i den sidste times tid er malten tør og temperaturen stiger til det ovnen er sat til. Fremstilling af chokolademalt kan lugtes og ses på udstyret efterfølgende. Jeg har investeret i en ekstra bradepande, som er min. Og efter maltning bruges der tid på omhyggelig ovnrens, det er godt for ovnen og for mit gode forhold til min dejlige hustru 😉
Stemningen er god og det dufter herligt af malt på øl-bryggerkursus i det lokale skolekøkken.
Mæskning
Det gode forgærbare sukker sammen med farve og smag fra malt bliver til godt øl. Det er en biokemisk proces brygmesteren omhyggeligt kontrollerer. Maltprofil, vand og temperatur er vigtige parametre i denne proces.
Under mæskning opblødes malt i vand og varmes op, så enzymerne atter bliver aktive og færdiggør arbejdet med at omdanne stivelse til kulhydrater. Malten valses umiddelbart før mæskning, så den lettere opløses i vand, men må ikke valses for fint, da malten også fungerer som en si, når urt og malt separeres. Malt, der er valset for fint, kan resultere i stock mash, dvs. malten klumper sammen og det bliver vanskeligt eller næsten umuligt at separere urten fra malten. Valsen skal være indstillet så bygkornet bliver delt i 2 til 4 stykker efter valsning.
Tilsæt malten til brygvandet og tænd for varmen. Malten bliver opblødt under opvarmning og gør det nemmere for enzymerne at få adgang til stivelse. Forskellige enzymer aktiveres ved forskellige temperaturer. Afhængig af malt-kvalitet og opskrift, så mæskes der ved forskellige temperaturer. Mæske-profil kaldes de temperaturer og tider, som der mæskes ved.
Mæskningen har betydning for øllets farve, aroma, smag og fylde. Betingelser for mæskning er vand, varme, malt, passende pH-niveau og tid. Tilsæt malt i forholdet 4 dele vand og 1 del malt. Høj mæsketemperatur (65 til 70 grader) resulterer i en dextrin-urt. Lav mæsketemperatur (60 til 65 grader) resulterer i gærbar urt.
Vi er mest interesseret i amylase enzymerne (alfa- og beta-amylase), men andre enzymer aktiveres også under mæskning ved forskellige temperatur-intervaller.
Infusionsmæskning, kalder vi det, når bryggeren har en mæskeprofil, hvor opvarmning af vand og malt holder pauser undervejs. Med den gode malt vi har i dag, vil mange håndbryggere bruge en mæskeprofil, der nogenlunde ser sådan her ud: varm op til 63 grader og hold en times pause og hæv temperaturen til 73 grader og hold femten minutters pause. Brug termometeret og hold temperaturen på de angivne grader. Så er det muligt både at aktivere beta-amylase og alfa-amylase samt limit dextrinase. Og dermed vil langt det meste stivelse blive omsat til forgærbar sukker. Udmæskning ved 73 grader aktiverer de sidste enzymer samt opbløder substansen, så det bliver nemmere at udtrække den gode forgærbare sukker under lautering.
Råvaren malt
Der findes mange forskellige typer malt og kvalitetsniveauet er højt. Malterier og andre laver løbende kvalitetsanalyse af malt. En congress urt er opskriften på en lille mængde urt, som anvendes i kvalitetsanalysen af malt. En ensartet opskrift, hvor der kun anvendes den malttype, der skal undersøges, giver et godt grundlag for bedømme forskellige egenskaber ved en bestemt type malt. Selve congress urten laves ved at mæske 50 gram malt i 150 ml vand og hæve temperaturen gradvist. ( http://blog.brewingwithbriess.com/understanding-a-malt-analysis/ )
Vand er forudsætning for liv. Det første liv opstod i havet for næsten 3,8 milliarder siden og vand blev dannet på vores planet 100 millioner år tidligere formentlig under et bombardement af is-meteoritter. I dag er 2/3 af jordens overflade dækket af vand, 60% af menneskets krop består af vand. Og når vi snakker om alkoholiske drikke, så består vin, mjød samt øl af 80% til 95% vand (www.frida.fooddata.dk). Vand er en vigtig ressource for al liv.
Adgang til vand er en menneskeret, har FN flere gange pointeret. Det er civilbefolkningens ret at have adgang til rent drikkevand. Og det er myndighedernes pligt at sikre, at der er lige adgang til rent drikkevand. I Danmark scorer vandforsyningen topkarakterer på de fleste parametre, hvilket i høj grad skyldes at vandforsyningen er demokratisk reguleret af vandforbrugere og stat. Det sikrer stabil vandforsyning, høj vandkvalitet og til en pris som de fleste kan betale.
I store dele af verden ejes vandforsyningen af private, for hvem vandet er en ressource, der skal tjenes penge på. Resultatet er korruption, forureningsskandaler og ustabil vandforsyning. Vandressourcen er en betingelse for liv her på jorden, det er en alt for kostbar ressource at overlade til private interessenter.
Vand udgør typisk mere end 90% af en øl og er dermed en overordentlig vigtig ingrediens i ølbrygning. Vand anvendes også ved mjødbrygning, men ikke direkte i vinfremstilling. Vand er ikke bare H2O, vand er også en lang række mineraler og andre kemiske forbindelser, der har indflydelse på vandets karakter.
I dette afsnit ser vi på, hvad vand er, hvordan det indgår i produktionen af alkoholiske drikke og hvilken betydning det har.
Vandets livscyklus
Vandets kredsløb forekommer når vand fra søer, hav, jord overflader samt fordampning fra planter bliver til vanddamp i skyer. Hvorefter vanddampe i atmosfæren samles, kondenserer, danner skyer og bliver til regn, der lander på jorden. Men allerede inden vandet har ramt jorden, er det blevet til mere end bare ren H2O. Regnvandet optager forskellige gasser fra luften, herunder svovldioxid (SO2), kvælstofoxider (NOx) og kuldioxid (CO2), som reagerer med vand på vejen ned fra skyerne inden regnvandet rammer jorden.
Når vandet rammer jorden, bliver det til overfladevand, ligger på jorden, i søer og løber i vandløb samt optager flere ingredienser fra det miljø, der omgiver vandet, noget af vandet optages af planterne og noget vand fordamper, men en del vand trænger ned i jorden.
Overfladevandet siver gennem jorden og passerer forskellige jordlag, hvor vandet udsættes for varme/kulde og tryk, vandet afgiver organiske stoffer, optager forskellige mineraler og danner kemiske forbindelser, i et omfang afhængig af de enkelte jordlags beskaffenhed. Vandet forvitrer med calcium, magnesium, mineraler samt andre kemiske stoffer og danner karbonat-forbindelser. Herefter kalder vi vandet grundvand og det ligger i grundvandsreservoirer i op til mange år. Mængden af calcium og magnesium bestemmer vandets hårdhed.
Vi tager den lige en gang til med lidt flere detaljer. Regnvand samt smeltevand optager CO2, herefter dannes kulsyre (H2CO3) i vandet, som nu er overfladevand. Kulsyre samt eventuelle andre syrer opkoncentreres efterhånden, som vand optages i planter eller fordamper. Vand (inklusive kulsyre) trænger gennem jorden, går i forbindelse/forvitrer med calcium og magnesium (samt eventuelle andre kemiske stoffer) og danner karbonat-forbindelser ( CaCO3 og CaMg(CO3)), som bestemmer vandets pH-værdi.
Eller kort fortalt, kulsyre i vand forvitrer med calcium og magnesium, som danner karbonatforbindelser (CO3). Samtidig dannes en buffereffekt, som modstår ændringer i pH. I vand kalder vi bufferen for alkalinitet, det er vands kvantitative evne til at neutralisere syre. Hvis H+ øges så optages H+ af karbonatforbindelser fx CaCO3 ; hvis H+ reduceres afgives H+ fra kulsyre (H2CO3 ).
Figur : John Evans and Howard Periman, USGS, Public domain, Wikimedia Commons
Alkalinitet i vand er bestemt af indholdet af karbonat, som er dannet, når grundvand (inklusive kulsyre) reagerer med kalk, dolomit, kridt og andre mineraler. Denne reaktion mellem kulsyre i vand og kalkholdige mineraler danner karbonatforbindelser – eksempelvis calciumkarbonat (CaCO3 / kalk) og calciummagnesiumcarbonat (CaMg(CO3) / dolomit), som nævnt ovenfor.
Buffer er en substans evne til i en opløsning at modstå ændringer i pH. Hvis eksempelvis H+ øges så optages H+ af karbonatforbindelser, hvis H+ reduceres afgives H+ fra kulsyren (H2CO3),
Vands hårdhed beregnes ud fra ion-mængden i calcium og magnesium.
Tabel : vands hårdhed målt i CaCO3 ppm, mgr/liter og ° dH (grad deutscher Härte)
Ppm CaCO3
mgr/liter
° dH
Meget blødt
0 … 35 ppm CaCO3
0 … 15
0 … 2,1
Blødt
35 … 75 ppm CaCO3
15 … 35
2,1 … 4,9
Middel hårdt
75 … 150 ppm CaCO3
35 … 70
4,9 … 9,8
Hårdt
150 … 300 ppm CaCO3
70 … 150
9,8 … 21
Meget hårdt
> 300 ppm CaCO3
> 150
> 21
For bryggerne er vand en vigtig ressource med forskellige egenskaber. Der kan være stor forskel på vand. Grundvandet har forskellig sammensætning, afhængig af de jordlag vandet passerer. En af egenskaberne ved grundvand er dets syre-base-balance, som ligger i området 6 til 8 i pH-værdi. Det har betydning for enzym-aktivitet under mæskning, at der er nogenlunde styr på, hvor sur eller hvor basisk brygvandet er.
Hvis pH er over 7, kalder vi substansen for basisk og er pH under 7, kalder vi substansen for syre. Syre-base-balancen kan ændres, enten ved at tilføre syre for at sænke pH eller ved at tilføre en base for at hæve pH. Det lyder jo temmelig enkelt, men det er det bare ikke! For buffereffekten har indflydelse på omfanget af, hvor meget den tilsatte syre henholdsvis tilsatte base har effekt på syre-base-balancen.
Grundvandet optager CO2, reagerer med calciumkarbonat (CaCO3) samt magnesiumkarbonat (Mg(CO3)2) og danner karbonat- og bikarbonat-forbindelser, hvilket har indflydelse på vandets pH-værdi. Det er sammensætningen af disse forbindelser, der bestemmer vandets pH-værdi, hvilket præciseres yderligere nedenfor.
Langt de fleste hjemmebryggere bruger vandværksvand til deres øl, dvs. grundvand pumpet op fra undergrunden fra det lokale vandværk. Her i Danmark har vi kvalitetskontrol og myndighedskrav, det sikrer vand af høj kvalitet, som ikke er forurenet af mikrobiologiske partikler etc. De fleste hjemmebryggere bruger da også vandet fra hanen uden at bekymre sig mere om det. Men er vandet nu også godt nok eller måske kan det blive en lille smule bedre, det er overvejelser en del hjemmebryggere gør, når de har brygget et stykke tid.
Vi bruger vand til mange forskellige ting i bryggeriet, først og fremmest til at mæske. Men også til rengøring, køling og eftergydning (sparging) bruger vi vand. Typisk bruger vi 5 til 10 liter vand til hver liter øl. Vandet er en vigtig ressource, så det giver god mening, at have fokus på vandets sammensætning og dets kvalitet.
På landet tilfører landmanden kalk (calciumkarbonat: CaCO3) til sin jord for at gøre jorden mindre sur. Jorden binder den CO2, der er i luften, det sænker pH og gør jorden sur, ved at tilsætte kalk (CaCO3) hæves pH. Det er lidt den samme problematik, vi har med vand.
De sidste detaljer om vand
Vandets mindste byggesten er atomerne i et vandmolekyle. To hydrogen-atomer og et ilt-atom udgør byggestenene i et vandmolekyle, dvs. dihydrogenmonoxid. Strukturen mellem atomerne og dets poler giver vandmolekylets dets ladning og dermed dets polære karakter. Dipol kaldes molekyler med denne forskel i ladning. Vandmolekylets polaritet gør det i stand til med lethed at tiltrække andre ioniserede og polære molekyler. Derfor er vand et godt opløsningsmiddel, til opløsning af eksempelvis syrer, alkoholer og salte.
Vandet fra dit lokale vandværk har en pH-værdi, der ligger i området 6 til 8, hvilket har betydning for enzym-processen under mæskning. Efter tilsætning af malt i vand af almindelig gennemsnitskvalitet, så vil vandet ved almindelig mæsketemperatur (ca. 65 grader) have en pH-værdi i området 5,0 til 5,5, det er den anbefalede pH-værdi. Maltprofilen har indflydelse på pH-værdien.
Høj pH-værdi i vandet skaber gode betingelser for mørkt øl, da mørkt malt typisk har en lavere pH-værdi end lys malt og dermed kompenserer for den forholdsvise høje pH-værdi. Omvendt med lav pH-værdi i vandet, det egner sig godt til de lyse øl, da det lyse malt typisk har en højere pH-værdi end det mørke malt og dermed kompenserer for vandets forholdsvise lave pH-værdi.
Det er forskellige grundstoffer og kemiske forbindelser i vandet, som regulerer pH-værdien. De forskellige kemiske stoffer påvirker vandet i forskelligt omfang, der samtidig har betydning for vandets buffersystem. Buffer er en syre eller en base og dens korresponderende base eller syre, som modstår pH-ændringer, dvs. en buffer virker som base, hvis der tilsættes syre, og omvendt, en buffer virker som syre, hvis der tilsættes base.
Eksempler på korresponderende Syre/base-par
H2CO3 – kulsyre
←→
H+ + HCO3– : hydron + bikarbonat
HCO3– – bikarbonat
←→
H+ + CO3– : hydron + karbonat
H2O – vand
←→
OH– : hydroxid
H3O – hydronium
←→
H2O : vand
Syre – base
Bufferegenskab i vand bestemmer, i hvilket omfang vi kan tilpasse pH-værdien for brygvandet. I vandværksvandet er det karbonat og bikarbonat, der bestemmer vandets alkalinitet, under mæskning vil fosfat fra malt også bidrage til brygvandets alkalinitet. Alkalinitet er en opløsnings evne til at neutralisere syre.
Basis malt har en pH-værdi på 5,2 til 5,6 og er alkalisk. Special malt har typisk en pH-værdi på under 5,2 og er ikke alkalisk. Syre, calcium og magnesium sænker pH-værdi. Modsat karbonat, som hæver pH-værdien i malten.
Under mæskning reduceres pH yderligere på grund af maltens indhold af fosfat og eventuel melanoid. Det er vigtigt, at mæskevandets pH er i området 5,0 til 5,5. For lav pH (<5,0) forringer humleudnyttelse og forringer øllets krop. For høj pH (>5,5) resulterer i en øl med en mere kedelig malt karakter.
Brygvand og maltsammensætning har indflydelse på mæske-pH. Har du problemer med din vandkvalitet, så lav en test på et lille repræsentativt udsnit af dit malt og vand, mål pH og estimer herefter, hvor meget du skal tilsætte af syre/base for at justere mæskens pH til det ønskede mål.
Vandanalyse fra dit vandværk
Vil du vide mere om dit vand, så har det lokale vandværk udgivet en vandanalyse af dit vand og gjort den tilgængelig på deres hjemmeside. Den er et godt dokument til at få større indblik i vandkvaliteten fra dit lokale vandværk.
I det følgende vil jeg med udgangspunkt i vandanalysen fra vandværket i Odense gennemgå nogle af de vigtigste begreber, analysen måler på forskellige stoffer og tilstande, der har betydning for anvendelse af vand i bryggeriet.
Vandanalysen starter med identifikationsoplysninger for prøven, der ligger til grund for analysen, dvs. et entydigt unikt nummer, adresse, dato, navn på prøve-tager, prøvens omfang, etc.
Herefter opgives eventuelt oplysninger om :
– pH-værdi (ion-balance).
– temperatur, målt i celsius.
– ledningsevne, også kaldet konduktivitet, det er vandets evne til at lede elektricitet. Ledningsevne er proportional med indholdet af salte i vandet (fx. klorid, nitrat og sulfat). Demineraliseret vand har ingen ledningsevne.
– turbiditet angiver vandets klarhed.
– farvetal, gulfarvning resulterer i et højt farvetal og skyldes højt indhold af organisk materiale / humus i vandet.
– farve (subjektiv vurdering).
– klarhed (subjektiv vurdering).
– lugt (subjektiv vurdering).
– smag (subjektiv vurdering).
Så kommer en opremsning af mængden af forskellige kemiske stoffer, der forekommer i prøven:
– bicarbonat (HCO3– ) også kaldet hydrogenkarbonat, bidrager til buffereffekt og alkalinitet.
– nitrat (NO3) kan være sundhedsskadelig, max 50 mg/ltr.
– nitrit (NO2) tegn på bakteriel forurening, max 0,01 mg/ltr.
– total-alkalinitet
– sulfat (SO4) fremhæver humlekarakter og tørhed, max 250 mg/ltr.
– phosphor (P) max 0.15 mg/ltr. i vand, forekommer i malt og har betydning for buffereffekt, alkalinitet og mæske-pH.
– calcium (Ca) har betydning for vandets hårdhed samt for gæring, klaring og mæskning. Anbefalet mængde : 50 – 150 ppm
– magnesium (Mg) har betydning for vandets hårdhed samt for gæring, klaring og mæskning. Har betydning for enzymet decarboxylase. Anbefalet mængde : 5 – 40 ppm
– natrium (Na) har betydning for smag og duft. Anbefalet mængde 0 – 50 ppm
– kalium (K) anbefalet mængde < 10 ppm
Samt forskellige andre data om vandet som har mindre betydning for hjemmebryggeren.
Bemærk at vandanalysen også omfatter en subjektiv vurdering af vandkvalitet. Farve, klarhed, lugt og smag er en del af analysen. Det er god rutine at hjemmebryggeren også løbende vurderer brygvandets farve, klarhed, lugt og smag.
Vedr. pH-værdi så daler pH-værdien når regnvand går i forbindelse med CO2 og andre syre-forbindelser i luften (se ovenfor). Når vandet rammer jorden og trænger ned gennem undergrunden reagerer det med andre stoffer, eksempelvis karbonat (CO3) og bikarbonat (HCO3), som hæver pH-værdien. Vandets pH-værdi er vigtig for at opnå optimale betingelser under mæskning.
De vigtigste stoffer i vand præsenteres nedenfor :
– Calcium (Ca+2) er det 20. grundstof i det periodiske system, det er et jordalkalimetal med kun to elektroner i yderste skal. Calcium sænker pH. Det er et reaktionsvilligt metal, der reagerer med både ilt, kvælstof, vand og fosfater i malt. Calcium findes ikke i fri form i naturen, men forekommer i kemiske forbindelser fx. i kalksten (calciumkarbonat), calciumkarbonat hæver pH. Calcium er vigtigt for alle, det bidrager til mange forskellige opgaver i levende organismer. I ølbrygning bidrager calcium til bedre flokkulering og dermed en mere ren øl samtidig fremhæves smag og duft. Calcium bidrager også til at sænke pH under mæskning. For meget kan dog hæmme fermentering, anbefalet mængde er mellem 50 og 200 ppm for at opnå god fermentering. Calcium skaber bedre vilkår for enzymaktivitet og klaring. Vandets hårdhed afhænger af mængden af magnesium og calcium. Calciumkarbonat (CaCO3) hæver pH. Forhandles under betegnelsen: Calciumsulfat (CaSO4).
– Kalium (Potassium, Ka) er det 19. grundstof i det periodiske system, det er et alkalimetal med kun en elektron i yderste skal og hæver pH-værdi. Ligesom calcium har det stor reaktionskraft, kalium forekommer i kemiske forbindelser fx. som kaliumkarbonat (potaske, KaCO3). Niveauet af kalium i almindelig vand er sjældent højt. Men vær opmærksom på, at uklart vand eller vand der er tilsandet eller bundfælder fint leragtig grus og smager saltet, kan have en for høj koncentration af kalium, dvs. mere end 500 ppm.. Urten kan have et relativt højt niveau af kalium på 300 – 500 ppm, som kommer fra malten.
– Magnesium (Mg+2) er et metal og er betydningsfuld for nukleinsyrernes kemi. Magnesium er vigtig næring til enzymet pyruvatdecarboxylase, som er aktiv i det næstsidste led i dannelse af ethanol. Der er magnesium i malt, test har vist, at en urt lavet på destilleret vand indeholder 70 ppm magnesium ved 1040 grader Oe (”Water” side 46). Hvis der er tilsat megen sukker og andre tilsætningsstoffer i urten, så kan det være nødvendigt at tilsætte extra magnesium. Foruden bidrag til enzymers katalytiske funktion, så bidrager magnesium til proteinkoagulering. Magnesium sænker pH i en substans. Vandets hårdhed afhænger af mængden af magnesium og calcium. Magnesiumkarbonat (MgCO3) hæver pH. Forhandles under betegnelsen: Epsom Salt eller magnesiumsulfat (MgSO4).
– Sulfat (SO4-2) er en svovlforbindelse og et salt af svovlsyre, anbefalet mængde 100 … 350 ppm., fremhæver humlekarakter. Må ikke forveksles med sulfit også kaldet SO2 eller svovldioxid.
– Klorid (Cl) klor er et grundstof, som er gasformig under normalbetingelser. Det giver en forfærdelig bismag, selv i små mængder. Vandværker i Danmark bruger heldigvis ikke klor.
– Natrium (Sodium, Na) mens natriumioner spiller en afgørende rolle i dyr, så kan planter helt undvære natriumioner. “Ren” vegetar-kost er derfor fattig på salt. Natrium findes ikke frit i naturen pga. dets høje reaktionsvillighed. Natrium binder sig nemt til klor, NaCl er salt. Natriumbicarbonat (NaHCO3) hæver pH-værdi. Anbefalet mængde er max. 100 ppm.
– Karbonat (CO32-) er syrerest af kulsyre, kulsyresalt og korresponderende base til bikarbonat. Karbonat indgår i fx kalk (calciumkarbonat (CaCO3)) og hæver pH-værdi. Er set forhandlet under betegnelsen: Deacidifier FBN (Calcium Carbonat).
– Hydrogenkarbonat (HCO3–) også kaldet bikarbonat er korresponderende base til kulsyre. Forhandles under betegnelsen : Natriumbikarbonat (NaHCO3) også kaldet bagepulver. Hydrogenkarbonat hæver pH.
Ovennævnte stoffer bidrager til at hæve eller sænke pH. Almindelig god kvalitets malt vil i almindelig god kvalitets vand fra det lokale vandværk generere god mæskevand med en pH på ca. 5,1 til 5,4 ved ca. 65 graders celsius. Er der behov for at justere lidt op eller lidt ned, så vil mørk malt typisk sænke pH-niveauet og lys malt vil typisk hæve pH-værdien under mæskning.
Barry, James; The Birth of Pandora; Manchester Art Gallery; http://www.artuk.org/artworks/the-birth-of-pandora-204422
Louis Pasteur studerede gærs fermentering af sukker til alkohol og konkluderede at fermenteringen katalyseres af vitale kræfter, som han kaldte ”fermenter”. Studiet af gær var et af de første trin i det forløb, der afdækker, hvad der får en substans til at ændre sig fra en tilstand til en anden tilstand. Eller sagt med andre ord, Pasteur opdagede, at gæring var det, vi i dag kalder en enzymatisk proces, hvor et enzym under bestemte betingelser er i stand til at ændre et substrat til et produkt. Ordet enzym anvendes første gang i 1878 af den tyske fysiolog Wilhelm Kühne.
Pasteur levede fra 1822 til 1895, i en periode hvor der gøres kæmpe fremskridt indenfor naturvidenskaberne. H. C. Ørsteds opdagelse af elektromagnetismen, Darwins evolutionslære og Einsteins relativitetsteori (1905) er blot et lille udsnit af de opdagelser, som har kæmpe betydning for menneskets opfattelse af naturen og dens muligheder. Det er også en periode, hvor vi skaber grundlaget for frihed og alle mennesker har ret til det liv, de selv har valgt. De første spirer til nye samfundsformer og et opgør med gamle politiske magtstrukturer, blev taget i 1800-tallet. Selvom der sikkert var megen elendighed, så var der også håb og lys forude.
Pasteur var ikke alene. Mange andre forskede og arbejdede med udvikling af fermenteringsmetoder, enzymer, proteiner og andre biokemiske spørgsmål. Her i Danmark havde vi to med navnet Christian Hansen, som var aktive biokemikere med fokus på gær og enzymer.
Christian D. A. Hansen født på Fyn 1843 blev apoteker og fabrikant. Han startede produktion af osteløbe i 1874, bare 8 år senere blev det første andelsmejeri opstartet og Chr. Hansen kunne levere enzymet, de skulle bruge på de mange hundrede mejerier, der skød op over hele landet i slutningen af 1800-tallet.
Den anden Christian Hansen hed Emil Christian Hansen født 1842 i Ribe, han fik en uddannelse på Københavns Universitet som biokemiker med speciale indenfor svampe og gæring. Emil Chr. Hansen blev ansat på Carlsberg bryggerierne, blev professor ved Københavns Universitet og udviklede metoden til rendyrkning af gær.
Rendyrkningen af gær betød langt højere gærkvalitet. Og den første gærstamme kom da også til at hedde Saccharomyces carlsbergensis. Carlsberg indførte reglen om, at alle kunne henvende sig til bryggeriets portner og få udleveret lidt gær fra brygningen uden betaling. Det betød, at den rene og sunde gær blev spredt ud til alle, både til private som bryggede øl på landets gårde og i byens huse, samt til andre bryggerier. Det var open source-praksis længe førend at open source-begrebet (GPL) blev skabt i IT-verdenen.
Gærens anatomi
Gær er tryllemidlet, der får det hele til at gå op i en højere enhed. Uden gær ingen alkohol! Og så ville det jo ikke være så interessant at lave vin, brygge øl etc..
Gær er encellede mikroorganismer, der formerer sig ved knopskydning. Gær er en gruppe mikroorganismer under svamperiget og forekommer i mange arter og underarter. Gærceller er eukaryote, dvs. de har en cellekerne samt andre organeller (uddybes nedenfor) til forskel fra prokaryote celler (fx bakterier).
Source: James De La Rosa
Figur : Gærcelle, Kilde : James De La Rosa / Wikimedia Commons Ligesom andre eukaryote celler indeholder gærceller følgende:
Nukleus – cellekernen der bl.a. indeholder cellens DNA.
Cellemembran – afgrænser cellen fra omgivelserne, regulerer overførsel af materiale ind og ud af cellen.
Mitokondrie – cellens kraftværk.
Cytoplasma – den vandige opløsning i cellen og omfatter al celleindholdet dog ikke cellekernen.
Cytosol – den vandige opløsning i cellen udenfor cellekerne og andre organeller. Cytosol er en del af cytoplasma. Anaerobisk respiration og glykolyse forekommer i cytosol.
Yderligere organeller, som vi ikke kommer ind på her.
Gærens stofskifte
Organisk liv er betinget af metabolisme og reproduktion, som allerede er nævnt i afsnittet om enzymer. Det var den korte beskrivelse af liv, her kommer en mere detaljeret beskrivelse af gærens liv med hovedvægt på gærens stofskifte.
Gærens stofskifte skaffer energi til gærcellen gennem en kompliceret biokemisk proces, hvor kulhydrat gennemløber en række enzymatiske processer under anaerobe forhold dvs. iltfrie forhold. Fermentering, kalder vi det, hvor gæren omdanner kulhydrat til energi (ATP), samt affaldsprodukterne ethanol og CO2. Glykolysen samt yderligere to enzymatiske processer skal gennemføres i cellens cytoplasma inden sukker er omdannet til alkohol. Det uddybes og præciseres i det følgende.
Fermenteringen er en enzymproces. Monosakkarider og enkelte disakkarider optages af gærcellen, glykolyse er en række biokemiske reaktioner som optager sakkariderne / kulhydraterne og gennem ti enzymatiske faser dannes pyruvat. Efterfølgende aktiveres pyruvatdecarboxylase og pyruvat omdannes til mellemproduktet acetaldehyd (og CO2). Acetaldehyd omdannes via enzymet alkoholdehydrogenase til ethanol.
Glykolysen gennemløber 5 energiinvesterende faser og 5 energigenererende faser. Hver fase er en enzymatisk proces, hvor kulhydrat og dens efterfølgende mellemprodukter omdannes for til sidst at blive til 2 pyruvat-molekyler, desuden genererer glykolysen 2 * ATP (energi) molekyler, 2 * NADH (hjælpeenzym), 2 * H2O samt 2 * H+ (hydroner).
Alkohol fermentering omfatter yderligere to enzym-faser. Pyruvat omdannes ved enzymet pyruvatdecarboxylase til 2 * acetaldehyd og 2 * CO2, herefter omdannes acetaldehyd ved enzymet alkoholdehydrogenase til 2 * ethanol og 2 * NAD+ (hjælpeenzym).
Det vil sige, at sukker f. eks. glukose omdannes til alkohol, kuldioxid og energi jvnf. nedenstående:
C6H12O6 => 2 x C2H6O (alkohol) + 2 x CO2 (kuldioxid) + ATP (energi)
Det er langt fra alle slags sukker, der kan omsættes i gærcellen. Følgende forskellige typer sukker (monosakkarider og disakkarider) kan omsættes i gærens stofskifte: glukose, fruktose, galaktose, maltose (2 x glukose), sukrose (glukose + fruktose), sakkarose (glukose + fruktose), laktose (glukose + galaktose) og maltotriose (eneste trisakkarid som gæren kan omsætte, består af tre glukose molekyler).
<Tegning: C6H12O6 → 2 x C2H6O + 2 x CO2 + ATP lav illustration>
Sammenfattende er slutproduktet, at kulhydrat gennem de enzymatiske processer omdannes til :
– ethanol, med formlen : C2H6O.
– CO2 en svag syre også kaldet kulsyre som danner boblerne i fx øl og champagne.
– ATP er adenosintrifosfat dvs. et energi- og effektormolekyle. som genererer energi, hvilket er det grundlæggende formål med stofskiftet.
– NAD+ er NikotinamidAdeninDinukleotid og er en organisk forbindelse i oxideret form, der fungerer som hjælpemolekyle for enzymer, et såkaldt coenzym. – NADH er NikotinamidAdeninDinukleat dvs. en reduceret form af NAD+, der fungerer som hjælpemolekyle for enzymer, et såkaldt coenzym. NADH og NAD+ har nogle frygtelig lange navne, men det vigtigste er, at de er co-enzymer og fungerer som en slags hjælpemolekyler til at realisere enzymprocesser. – H+ er hydroner, dvs. brintmolekyle der mangler en elektron.
I formel-sprog kan forløbet beskrives på følgende vis:
C6H12O6 → 2 * C2H6O + 2 * CO2 + 2 * ATP
Et kulhydrat molekyle omsættes til 2 x ethanol-molekyler, 2 x kuldioxid molekyler og 2 x ATP-molekyler.
Man kan også kalde processen for omvendt fotosyntese, en simplificeret overordnet formel for fotosyntese er:
6 CO2 + 6 H2O + fotoner → C6H12O6 + 6 O2
eller blot
kuldioxid + vand + sollys → glukose + ilt
Betingelser for gæring
Gærens liv er afgørende og helt central for dannelsen af alkohol i vin eller øl. Fokus på gæren er vigtig. Nedenfor opremses betingelserne for god gæring, at gærcellerne begynder at knopskyde, dele sig og omdanne sukker til alkohol:
– substanskoncentration – forgærbar sukker skal der være, men hverken for lidt eller for meget. Ølgær foretrækker forholdsvis lidt sukker fx max. 180 gr. sukker/pr. liter., vingær kan godt lide lidt mere fx max. 210 gr. sukker/pr. liter. og en god mjødgær tåler mest, dog max. 240 gr. sukker/pr. liter.
– forgærbar sukker skal der til for at gennemføre fermentering. Følgende typer sakkarider kan gæren omsætte (sødme-grad er nævnt i parentes, se også afsnit om sukker): glukose (0,74), fruktose (1,73), sukrose (1,00), maltose (0,32) og maltotriose (0,35)
– næring er vitaminer, mineraler og andre ting, der kan bidrage til at skabe en god og stabil gæring.
– syre/base-balance anbefales at være i området pH 3 til 4,8. Ølgær kan godt lide en høj pH-værdi medens vingær foretrækker en forholdsvis lav pH-værdi (pH er måleenhed for syre/base-balance, se afsnittet: ”Grundviden”).
– syre mængde måles i gram pr. liter og måler summen af de mange forskellige typer syre, som er i substansen. Har dog ikke nævneværdig betydning for gæringsforløb.
– temperatur, 2 til 35 grader er det temperatur-interval gær kan arbejde i. Men gærproducenten har typisk en anbefalet gærtemperatur for den enkelte gærstamme, der bør anvendes indenfor en tolerance på ca. +-2 grader.
– alkohol-koncentration, gærcellen omdanner sukker til bl.a. alkohol, som er et affaldsprodukt. Når alkoholprocenten har rundet 15%, så stopper gæringen i de fleste tilfælde. Enkelte gærstammer udskiller alkohol helt op til 20 %, mens andre gærstammer stopper celledeling og dermed udskillelse af alkohol, allerede når substansen indeholder mindre end 10% alkohol.
– pitchingrate, dvs. gærmængden det anbefales at tilsætte urten eller vinmosten. Adskillige gærproducenter anbefaler xx milliarder gærceller til en eller anden mængde urt eller most ved en eller anden y koncentration af forgærbar sukker. Problem nummer et er lige, hvordan man tæller xx milliarder celler. Ude i virkelighedens verden er den afmålte mængde gær, man køber i breve (ca. 8 til 12 gram tørgær) eller i poser(vådgær), tilstrækkeligt til 25 liter øl eller vin.
– Ilt skaber gode betingelser for dannelse af steroler og umættede fedtsyrer, som er grundlag for en god og sund cellemembran. Ilt bør forekomme i omfanget 8 – 10 ppm. Ilt revitaliserer cellemembran, så den opnår optimal gennemtrængelighed for transport af kulhydrat og næring (Yeast s. 83). Det anbefales at omrøre mosten kraftigt i 2 til 5 minutter, så mosten er godt mættet af ilt, tilsæt herefter gæren og den iltmættede most vil bidrage til at skabe en bedre cellemembran, der mere effektivt kan optage simple sakkarider og andre stoffer gæren skal bruge. Forsøg med olivenolie har vist sig at have positive resultater og kan erstatte tilførelse af ilt.
Oliven olie eksperimentet gennemgås nedenfor, se også artiklen på Internettet : ”Olive Oil Addition to Yeast as an Alternative to Wort Aeration” artikel skrevet af Grady Hull.
Gærnæring
Gærnæring tilsættes for at sikre et godt og stabilt gæringsforløb. Det er ikke altid nødvendigt at tilsætte gærnæring. Øl brygget på almindelig god kvalitetsmalt behøver ikke gærnæring. God malt indeholder de forskellige vitaminer, mineraler, fosfat- og nitrogen-forbindelser, som gæringen skal og bruge. Men er en del af malten erstattet med sukker, rørsukker, muscovadosukker, majs, honning eller andre former for sukkertilsætning, så vil der sandsynligvis være underskud af gærnæringsstoffer og det giver god mening at tilsætte gærnæring.
Protein, vitaminer, næringsstoffer og andre ting i brygget, kan gæren godt lide. Nutrisal er handelsnavnet på et gærnæringsmiddel, som indeholder næringsstofferne, brygget skal bruge. Der findes også gærnæringsmidler fra andre gode producenter.
Med hensyn til mjød-brygning, så brygges mjød ofte på fin filtreret slynget honning, men så mangler de omtalte næringsstoffer og det anbefales at tilsætte gærnæring for at opnå en god og stabil gæring. Er du selv biavler, så brug honningrester fra honningslyngen og undlad filtrering. Honning fra skrællevoks indeholder meget af de omtalte næringsstoffer. Det giver god honning med pollen, voks, propolis-rester og andet spændende fra bistadet. Der vil være mange af de næringsstoffer, gæren skal bruge og det er overflødigt at tilsætte gærnæring. Der findes biavlere, der opkoger en hel honningtavle med voks, honning og hele mulle tjavsen i bryggryden. Jeg har ikke selv prøvet, men jeg tror det virker.
Ved fremstilling af cider, vin på druer og anden frugt m.m., så er meningerne delte. Jeg plejer ikke at tilsætte gærnæring. Men det er sket et par gange for mig, at der er gået 3 til 4 dage og der er ikke kommet rigtig gang i gærrøret. Så får vinen noget gærnæring og en god rystetur, så kommer der gang i gæringen.
Gærnæring er et produkt de fleste gærproducenter fremstiller, som indeholder forskellige stoffer for at sikre en god og stabil fermentering. I det følgende oplister jeg, nogle af de stoffer, der kan indgå i de forskellige typer gærnæring (Kilde: ”Yeast” samt deklarationer fra forskellige producenter af gærnæring) :
Vitaminer :
Thiamin – vitamin B.
Biotin – et B-vitamin, et coenzym og bidrager til cellernes karboxyleringsprocesser samt aktiverer bakteriedræbende enzymer.
Pantotensyre – er et B5 vitamin og indgår i coenzym A, et centralt enzym i omsætning af kulhydrat.
Riboflavin – er et vitamin, som indgår i coenzymer og har betydning for energiproduktion og omsætning af kulhydrat.
Nikotinsyre – er et vitamin, som er vigtig for omsætning af kulhydrat og energi omsætning.
Inositol – har betydning for enzymaktivitet og energiproduktion.
Mineraler :
Calcium – justerer pH, påvirker flokkulering samt metabolisme
Diammoniumfosfat (DAP) – er surhedsregulerende samt indeholder fosfater. Fosfat kan bindes til eller tages fra ATP i energiregnskabet. Fosfat har betydning for enzymaktivitet og bruges til at nedbryde sukker til energi. DAP indeholder også nitrogen, som også har betydning for god og stabil fermentering.
Jern – transportør af ilt, involveret i energiproduktion i mitokondrie, vigtig komponent i enzymer.
Kalium – forekommer i proteiner.
Kobber – er en cofaktor, som enzymer bruger, kobberion fungerer som elektrontransportør.
Mangan – stimulerer gærvækst, anvendes i en del gærnæringsprodukter.
Magnesium – er vigtig i ATP-syntesen og vigtig næring til enzymet pyruvat decarboxylase. Styrker gærens evne til at modstå stress og forebygger celledød så alkoholtolerance øges.
Natrium – mens natriumioner spiller en afgørende rolle i dyr, så kan planter helt undvære natriumioner. Natrium findes ikke frit i naturen pga. dets høje reaktionsvillighed. Natriumhydrogencarbonat (NaHCO3) hæver pH-værdi.
Natriumfosfat – natrium har sammen med kalium betydning for cellernes membranpotentiale, cellevolumen og transportprocesser.
Sulfit – forekommer i to aminosyrer (cystein og methionin) og sulfattester. Men vigtigst er at svovl binder til oxygen og bliver til sulfit SO2.
Zink – co-faktor for enzymet alkohol dehydrogenase, sidste enzymproces inden gærcellen generer alkohol.
Fosfat – er salte af forskellige fosforholdige syrer. Fosfat kan bindes til eller tages fra ATP i energiregnskabet. Fosfat har betydning for enzymaktivitet og bruges til at nedbryde kulhydrat til energi.
Gærtyper
Gær er ikke bare gær. Siden Chr. Hansen udviklede den første rene gærstamme i 1883, er udviklingen gået stærkt og vi har opdaget mange andre gode gærstammer. De mange gode gærstammer vi har kendskab til er udviklet af gærproducenter, bryggerier og vinerier. I dag har man kendskab til mindst 1500 gærstammer og der findes mange flere, som vi endnu ikke har kendskab til.
Enkelte erfarne bryggere, vinproducenter og ciderister bruger vildgær og der findes da også noget spontangæret cider, vin, øl og mjød, der smager godt. Men nogen gange går det galt og nogen gange er det på grund af gæren. De par gange jeg har prøvet at fremstille noget ved spontangæring (to cider-forsøg), så er der ikke kommet noget godt ud af det. Så jeg holder mig til kulturgæren.
Gærens klassifikation jvnf. den linnæiske taksonomi :
Rige : Fungi – svampe;
Række : Ascomycota – sæksvampe;
Klasse : Saccharomycetes
Orden : Saccharomycetales
Familie : Saccharomycetaceae
Slægt : Saccharomyces – den der spiser sukker;
Art : cerevesiae – overgær.
I indledningen til dette afsnit er beskrevet, at på Carlsberg bryggeriernes laboratorie blev den første rene gær udviklet og kvaliteten af øllet steg betragteligt. Carlsberg bryggerierne delte gerne deres viden, så andre bryggerier også kunne få styr på gæren, ligesom der blev skabt en tradition for, at almindelig menig mand kunne henvende sig ved det lokale bryggeri og få udleveret gær i sin egen medbragte beholder. Dermed blev der også styr på gæringen i den private husholdning, hvor ølbrygning mange steder var en vigtig opgave for husmoderen at beherske. Når en karl søgte arbejde på en gård, så var godt og velbrygget øl lige så vigtigt, som kr. 30,- mere i timen er i dag.
Ved kategorisering af gær bruger vi Linnés binomiale nomenklatur, dvs. en entydig beskrivelsesmetode, som angiver Slægt og art. Ofte vil der også være en underart. Nedenfor har jeg oplistet nogle af de vigtigste gær-arter :
Slægt:
art:
Bemærkning:
Saccharomyces
cerevisiae fx. Belgisk ale, engelsk ale….
anvendes til vin, øl, brødbagning, etc. nem at arbejde med. En overgær, den mest brugte gær-art.
pastorianus / carlsbergensis
undergær, anvendes til øl – pilsner og lager.
uvarum / carlsbergensis
undergær, anvendes til øl – pilsner og lager.
bayanus
anvendes til vin, fx rødvin, hedvin, mjød etc. har en høj alkohol-tolerance
Brettatomyces
bruxellensis
anvendes til øl og vin. Duft og smag: stald og hestesaddel.
claussenii
anvendes til øl og vin. Duft og smag: stald og hestesaddel.
Torulaspora
delbruecki
cider, hvidvin
Vildgær
Cider, vin og øl kan være vanskelig at styre.
Kveik
Det er en norsk gær-tradition, som beskrives nedenfor.
Til øl-brygning opdeles gær ofte i følgende to hovedgrupper:
Overgær : Saccharomyces cerevisiae (optimal gæringstemperatur: 18 til 22 grader).
Undergær : Saccharomyces uvarum bliver også kaldt Saccharomyces carlsbergensis eller Saccharomyces pastorianus (optimal gæringstemperatur: 6 til 15 grader).
Indenfor disse to hovedgrupper findes en lang række underarter af gær, som anvendes til fremstilling af de forskellige stilartstyper af øl. Derudover anvendes også enkelte andre arter af gær, som ikke tilhører de to hovedgrupper.
Indenfor vinfremstilling anvendes typisk gærarterne Saccharomyces cerevisiae og Saccharomyces bayanus. Der findes ikke lige så mange underarter af gær, som der findes indenfor ølgær. Men de fleste gærproducenter har udviklet underarter af gær til eksempelvis rødvin, hvidvin, champagne, sherry, portvin, mjød og cider.
Til en god mjød – bruger jeg ofte en Saccharomyces bayanus gærstamme udviklet af Vinoferm kaldet Bioferm Killer. Den gærer rent igennem uden særlig mange smagsnoter, dem tilfører jeg selv i form af urter, krydderier og frugt. Andre gærproducenter (Whitelab, Wyeast, Lallemand, Mangrove Jack, Kitzinger m. fl.) laver også gode gærstammer til mjød. Portvinsgær, sherrygær og andre typer hedvinsgær kan også anbefales til mjødbrygning.
Kveik er gærarternes enfant terrible. Det er en norsk gær-tradition indenfor ølbrygning. I de gode gamle dage blev der også lavet øl på gårdene i Norge. Gennem tiderne har de udviklet deres egen gær, på norsk hedder det kveik. De bedste udgaver af kveik har overlevet. I dag har mange hjemmebryggere anskaffet sig en god lokal kveik fra de norske fjelde. Jeg har endnu ikke prøvet at bruge kveik, så min viden på det felt er begrænset, alligevel har jeg indsamlet følgende viden om kveik.
Kveik er ikke en ren gærart, kveik består af flere gærarter eventuelt tilsat lidt bakterier. Dermed adskiller den sig fra traditionelle gærstammer, ved ikke at kunne indplaceres i det traditionelle hierarki, som eksempelvis en Saccharomyces cerevisiae kan.
Egenskaberne adskiller sig også markant fra de egenskaber, vi kender for de traditionelle gærarter. Gæringen starter hurtigt op og forløber meget hurtigt. Den tåler høj gæringstemperatur, meget høj, helt op til 40 graders celsius. Øllet kan være klar til tapning på få dage, helt ned til to dage postuleres det.
Kveik kan bruges til Pale Ale, IPA, Saison og andet godt øl. Jeg har ikke hørt, om nogen har brugt den til vin, men et amerikansk mjødbryggeri har haft gode erfaringer med at bruge WLP518 til en god mjød, en kveik fra Whitelab. Foruden Whitelab så har Lallemann også en kveik i deres portefølje.
Jeg har desværre endnu ikke haft fornøjelsen af at afprøve kveik. Når jeg smager hjemmebryg lavet på kveik, så smager det godt og når hjemmebryggeren fortæller om kveik, så har han eller hun et forførende og drømmende blik i øjet, der overbeviser mig om, at det skal jeg også prøve på et tidspunkt 😉
Gærens egenskaber
Foruden denne systematiske inddeling af gær, så beskrives gæren også ved dens egenskaber, som gennemgås nedenfor.
Forgærbarhed (attenuation) er gærens evne til at omsætte substansens forgærbare sukker til alkohol. Høj forgærbarhed giver et produkt med lav restsødme og forholdsvis høj alkoholprocent, mens det modsatte gælder for lav forgærbarhed. Forgærbarhed kan inddeles i : høj forgærbarhed 75%-78 %; middel forgærbarhed 71%-74 % og lav forgærbarhed 67%-70 %.
Flokkulering er gærens evne til at klumpe sig sammen, så slutproduktet bliver mere klart. Høj flokkulering resulterer i gær som bundfælder hurtigt (diacetyl kan forekomme, hvis det går for hurtigt), lav flokkulering gør at gæren er langsommere om at bundfælde og produktet kan blive sløret, mere grumset og urent. Udover gærstamme har følgende faktorer indflydelse på flokkulering: substansens indhold af forgærbar sukker, gæringstemperatur, pitching rate og beluftning. Flokkulering inddeles i grader, som angiver gærens evne til at flokkulere, det kan være i intervallet fra et 1 til 5.
Arbejdstemperatur er den temperatur gæren arbejder mest optimalt ved. Pilsner øl gæres på Sacch. uvarum ved lav temperatur (fx. 8 grader), som udvikler pilsnerens karakteristiske smag. Men prøv at sammenligne med en ægte Steam Beer, den bør også gære på en Sacch. uvarum (der findes bryggerier, der snyder!), men arbejdstemperaturen er typisk omkring 18 til 22 grader, det giver en øl med en anden smagskarakter. Gæringstemperatur, der afviger for meget fra den anbefalede temperatur, risikerer at påvirke smagen væsentligt. At gære ved lavere temperaturer giver gæren tid til at arbejde, fuldføre de mellemliggende delprocesser i fermenteringsforløbet og udvikle de smagsnoter, der er kendetegnende for det produkt, vi ønsker at fremstille.
Duft- og smagsprofil beskriver de fleste gærproducenter også. Foruden ethanol og CO2 danner gæren også estere, fenoler og andre smagskomponenter, som skaber øllets smags og aroma-profil. Den enkelte gærstamme har sin særlige aroma og smag, som er bestemt af estere (frugtagtige noter), fenoler (krydret smag), ketoner, diacetyl, DMS og andre smagskomponenter. En belgisk ale gæret ved 24 grader smager mere frugtig end en engelsk ale med sin mere rene smag, som har gæret ved fx. 20 grader. Estere og fenoler beskrives detaljeret i afsnittet om frugt.
Tilsæt gæren – rehydrering, gærstarter og pitching rate
Der er forskellige måder at tilsætte gæren til urten eller mosten, men husk inden du tilsætter gær at måle tilstand i dit bryg, dvs. oechslegrader, temperatur og eventuelt syre (pH og TA). Gær bør opbevares på køl indtil den skal bruges. Et brev tørgær eller en pose/hylster vådgær er typisk beregnet til fremstilling af 25 liter vin/øl. Men det fremgår af emballagen, hvor stor en mængde substans den pågældende mængde gær er beregnet til.
Gær forhandles henholdsvis som vådgær og tørgær. Fordelen ved vådgær er det meget store udvalg af gærstammer. Fordelen ved tørgær er den længere holdbarhed og tørgær kan bedre modstå temperaturudsving under transport.
Vi starter med den nemmeste måde at tilsætte gær på. Når urt eller most har den anbefalede temperatur, som gærproducenten anbefaler, så strø gæren udover substansen og omrør så gæren bliver opløst i substansen. Herefter sættes låg på og i løbet af 24 timer begynder gæringen.
Tørgær kan godt lide at blive rehydreret i rent vand inden tilsætning til den næringsrige substans. Så her kommer metode nummer to. Tørgæren skal lige vænne sig til det våde element, inden den skal arbejde i en sukkerholdig substans. Derfor er det en god ide at rehydrere gæren:
1. Vand fra vandhanen koges op, så du har helt rent vand. Lille skål og teske afkoges også, så de er helt rene. 2 til 3 deciliter vand (typisk anbefales 10 x gærmængde) hældes i den desinficerede skål og vandet køles ned til 25 til 30 grader (se gærproducentens anbefaling af temperatur).
2. Tørgæren drysses udover det rene vand i skålen.
3. Efter 10 minutter omrøres og opløses gæren i vandet. Efter yderligere 10 minutter tilsættes gæren til mosten eller urten og der omrøres, så gæren bliver fordelt jævnt i substansen.
For at undgå temperaturchok må temperaturforskel på gær og substans ikke overskride plus/minus 5 grader. Der må højst gå 20 minutter fra gæren tilsættes vand (pkt. 1) til gæropløsning tilsættes substans (pkt. 3).
Følg i øvrigt gærproducentens anvisninger, der er mange måder at dehydrere på, som afviger lidt fra ovenstående.
Den tredje måde at tilsætte gær er ved at lave en gærstarter. Opkog 200 gram maltekstrakt/honning/sukker i 2 liter vand, nedkøl til 22 grader (eller hvad gærproducenten anbefaler) og tilsæt din gær. Lad gærstarteren stå og gære, efter tre døgn er gærstarteren vakt til live og klar til at blive tilsat dit øl eller vin. Denne opskrift er beregnet til 25 liter substans. Skal du lave en større produktion, f. eks. 100 liter vin, så hedder opskriften 800 gram sukker, 8 liter vand og et brev gær. Et brev gær rækker til maks. 20 liter gærstarter. Anvend meget gærstarter hvis urten eller mosten skal ende med at have forholdsvis meget alkohol eller den skal gære ved en lav temperatur (fx. Pilsner).
Urten eller vinmosten iltes inden gæren tilsættes, ved at omrøre den afkølede urt eller most med et piskeris i 3 til 5 minutter. Iltningen udvikler steroler og umættede fedtsyrer, som styrker cellemembranen og skaber gode vækstbetingelser for gæringsforløbet.
Forsøg med at tilsætte umættede fedtsyrer direkte ifa. oliven-olie har vist sig at give positive resultater. Iltningen af den afkølede urt reduceres og ulemperne reduceres tilsvarende. Tilfør 0,01 gram olivenolie (en dråbe) pr. 10 liter urt eller vinmost. Gæringstiden forlænges med ca. 15%, men risikoen for fejlsmag pga. oxidering reduceres. (Kilde: ”Olive Oil Addition to Yeast as an Alternative to Wort Aeration” af Grady Hull).
Gæringsforløb
Gæren tilsættes urt/most/substans. Temperatur i gær og substans skal være nogenlunde ens, omrør gær så den bliver jævnt fordelt i substansen. På med låget, proppen eller gummihætten, monter også gærrør. Det er vigtigt, at det slutter tæt, så gæraktiviteten i substansen kan følges i gærrøret.
Gæringsforløb opdeles i følgende fire faser:
Lag-fase: nye sunde gærceller opbygges, forbereder sig på knopskydning/reproduktion, de første 24 timer.
Respiration (aerob): ilt, nitrogren og anden næring bruges til at danne cellemembran, hvilket er betingelsen for vellykket optagelse af næring til gærens stofskifte og til en vellykket replikation og dannelse af nye gærceller.
Gro-fase/stormgæring (anaerob): gæren omsætter sukker og kulminerer efter 3 til 7 døgn.
Lagfase, respiration og grofase kaldes også primærgæring og forløber samlet over 1 til 8 uger. Kort tid for øl og lang tid for mjød og hedvin. Når primærgæring er færdig, dvs. når gærrøret viser 2 – 4 blop i minuttet omstikkes første gang.
Hvile-fase: Hvilefasen kaldes også eftergæring eller sekundær gæring, som typisk forløber ved en lidt lavere temperatur end primær gæring. Omsætning af sukker til ethanol, CO2 og andre forbindelser er stort set slut. Nu skal substansen bare have lov til at færdigudvikles i fred og ro. Temperaturen sænkes typisk til 3 til 6 grader ift. temperaturen, der var under primærgæring. Diacetyl, acetaldehyd udskilles, gærcellerne flokkulerer, de sidste gode smagsnoter afrundes og bliver ekstra gode. Sekundær gæring tager 2 uger til 8 måneder. En mild Pale Ale er færdig i løbet af 2 til 4 uger, en fyldig mjød eller dessertvin, kan godt tåle 6 til 8 måneder eller mere. Under eftergæring udvikles stort set ingen alkohol, men forskellige forbindelser omdannes til nye forbindelser, der bidrager til smag og farve. Under eftergæringsforløbet kan MLF (malolaktisk fermentering) eventuelt udføres. MLF omdanner den skarpe æblesyre til den mere milde mælkesyre.
Gæringsforløbet danner nye gærceller, alkohol, CO2 og ATP (energi). Derudover dannes forskellige smagskomponenter, som eksempelvis:
DMS – smag af kogte grønsager, kommer fra aminosyren methionin i byg, DMS koger ved 37 grader og fjernes ved kogning. Derfor bør der koges uden låg under urtkogning.
Diacetyl – slibrig mundfylde, smøragtig duft og aroma, organisk forbindelse tilhørende kemigruppen af ketoner. Diacetyl kan være symptom på gærings- og forureningsproblem. Giver du gæren tid til at arbejde, resulterer det som regel i lavt diacetyl-niveau. Gennemgås mere detaljeret i afsnit om frugt.
Acetaldehyd – dannes under primær gæring, smager grønt og af æble. Aldehyder gennemgås mere detaljeret i afsnit om frugt.
Estere – Estere er kemiske forbindelser, der dannes ved reaktion mellem alkohol og carboxylsyre, vinsyre samt andre frugtsyrer under kondensreaktion. Gennemgås mere detaljeret i afsnit om frugt.
Fenoler – Fenoler er en gruppe af kemiske stoffer, der består af en hydroxylgruppe (-OH), som er bundet til aromatisk kulbrinte. Gennemgås mere detaljeret i afsnit om frugt.
Gæringstemperatur har indflydelse på vin og øl :
Primærgæring ved høj temperatur (20 til 30 grader) danner kompleksitet af smag, duft og farve. Rødvin må godt gære ved en forholdsvis høj temperatur, det danner fenoler og en mere krydret smag og duft. Saison og nogle Kveik-eksperimenter samt andre typer godt øl gærer også ved en forholdsvis høj temperatur.
Primærgæring ved lav temperatur (10 til 20 grader) bevarer de mere friske smagsnoter: grøn, frisk, ananas, banan er noter vi gerne vil have i en god hvidvin, som gæres ved en forholdsvis lav temperatur. Men også undergæret øl gæres ved lav temperatur, eksempelvis en god pilsner.
Men husk: følg temperaturanbefalingerne fra gærproducenten, så kan det aldrig gå helt galt.
Omstik eventuelt anden gang. Fordelen er at du fjerner urenheder, ulempen er at du udsætter dit bryg for ilt. Eftergæring af vin og mjød ved 2 til 4 grader i de sidste 3 til 5 uger inden tapning på flasker kaldes kuldestabilisering og har til formål at gøre substansen mere klar, de sidste urenheder samt proteinrester udfældes og falder til bunds. Med den sidste omstikning bliver der ryddet op, bundfaldet kasseres og tilbage står en smuk og klar vin, øl, mjød eller cider.
Og hvis ikke slutresultatet er klar og ren, så er der en række tiltag vi samlet kalder for klaring, som gennemgås nedenfor.
Stop gæring
I løbet af nogle uger eller måneder vil brygget gære færdigt og gæringen stopper af sig selv. Gæren optager næring, omdanner det til energi og udskiller affaldsprodukterne CO2 og alkohol. Når alkoholmængden bliver tilstrækkelig stor, så stopper gæringen.
I visse tilfælde giver det god mening aktivt at stoppe gæringen tidligt i et gæringsforløb eller bare stoppe gæringen for at være helt sikker på, at den ikke pludselig bliver aktiv igen når brygget er tappet på flaske.
Der er følgende tre måder at stoppe gæringen på:
– Varmebehandling dvs. pasteurisering, hvor brygget udsættes for varme. Gærceller og andre uønskede mikroorganismer bliver dræbt. Sæt flaskerne i et vandbad og hæv temperaturen stille og roligt til 68 grader og efter 10 minutter er gæren slået ihjel. Vær opmærksom på kapsler/propper kan blive skudt af pga. overtryk. Metoden anvendes især indenfor ølbrygning.
– Sulfit tilsætning hæmmer mikroorganismer og gæring. Der sker en stabilisering og konservering af vinen, da sulfit er en antioxidant og et konserveringsmiddel. Et gram sulfit pr. 25 liter vin vil ofte standse gæring, men følg producentens anvisninger. Sulfit anvendes indenfor vinfremstilling.
– Alkohol tilsætning hæmmer mikroorganismer. Når gæring er slut, så vil tilsætning af cirka 2 til 3 % finsprit stoppe gæringen helt. Metoden er anvendt indenfor mjød-verdenen.
Klaring og filtrering
Det hænder at vores flydende produkt, bliver uklar. For nemheds skyld kalder jeg det flydende produkt for cider i resten af dette afsnit, selvom det lige så godt kunne være øl, vin og mjød. Den gode smag og aroma forringes ikke, men æstetisk ser det bare bedre ud, når cideren er klar, gennemsigtig og med en smuk gylden farve. Heldigvis er der metoder til at opnå en klar og gennemsigtig cider.
Klarings-metoderne kan opdeles i to hovedgrupper: Filtrering og klaring. Daniel Pambianchi ”Techniques in Home Winemaking” samt Jørgen Bech-Andersen og Jørgen Broe”Vin af druer og anden frugt” har en god og detaljeret gennemgang af klaring og filtrering.
Filtrering
Filtrering er ikke-kemiske metoder og omfatter kuldestabilisering, omstikning, filtrering og degorgering. Det er mekaniske metoder, hvor substansen flyttes under processen, det har den ulempe, at substansen udsættes for iltning, det kan være skadeligt for produktet. I det følgende gennemgås filtreringsmetoderne.
Kuldestabilisering ved lav temperatur gerne 0 … 5 grader og gerne lavere. Vin på 12% abv fryser først ved – 4 grader. Ved denne proces begynder en krystallisering af vinsten og efter en til tre uger, afhængig af temperaturen, ligger der et fint lag på bunden af krystaller af vinsten. Og vinen omstikkes.
Omstikning er strengt taget ikke en filtrering, men en mekanisk metode til at fraseparere urenheder. Omstikning udføres med en slange, der anvendes som hævert, forsigtigt overføres cideren fra en beholder til en anden og ren gæringsbeholder, helst uden at få bundfald og urenheder med over i den rene beholder. Den omstikkes ofte tre gange, første gang efter primær gæring, anden gang et par måneder senere og sidste gang umiddelbart før tapning på flasker. Som nævnt ovenfor så har omstikning den ulempe, at cideren bliver iltet. Undgå at plaske for meget og med lidt øvelse, bliver den fin, klar og ren.
Omstikning får fjernet langt de fleste urenheder. Og får cideren lov til at stå køligt (0 til 5 grader) de sidste to til fire uger inden tapning på flasker, så burde alle urenheder være bundfældet. Alligevel sker det, at når den er tappet på flasker, så begynder cideren at blive sløret og let grumset. Det starter med at være små usynlige proteiner, som med tiden klumper sig sammen og bliver til det irriterende slør, der gør cideren uigennemsigtig.
Filtrering er også en metode, til at få fjernet små partikler og urenheder. Til det lille hjemmebryggeri kan man anskaffe sig forskellige filtreringssystemer, de findes i alle størrelser og prislag. Lige fra en simpel plastik tragt med et kaffefilter (som man hurtigt bliver træt af efter have filtreret 4 – 5 flasker) til store anlæg med pumpe samt pladefiltre og filterpatroner, der kan fås i forskellige finheder.
Filtrering udføres med en pumpe, som flytter substansen og leder det gennem et filter, hvor efter det filtrerede produkt opsamles i en beholder. Der findes forskellige pumper : vakuum-pumper, centrifugal-pumper, suge-pumper, membran-pumper etc. Vakuum og suge-pumpe har den fordel, at ilt fjernes og substansen bliver mindre iltet.
Filtre kan opdeles i forskellige grader af finhed:
Grov filter fjerner partikler i området 5 til 10 my.
Klarings filter fjerner mindre partikler og gør produktet klar og gennemsigtigt, fjerner partikler i størrelsen 1 til 4 my.
Fin filter (presteril) fjerner næsten alle partikler, produktet bliver gennemsigtig og klar, fjerner partikler ned til 0,5 til 0,9 my.
Steril filter fjerner gærrester og bakterier, der er ikke flere partikler tilbage, der kan sløre din cider. Fjerner partikler i størrelsen 0,25 til 0,45 my.
Og et godt råd: filtrer når det er koldt.
Billedtekst: Eksempler på små effektive filtersystemer med vaskbare filterpatroner til de større systemer med pumper og udskiftelige pladefiltre.
Degorgering er smukt håndværk, jeg desværre ikke har afprøvet endnu. Metoden kaldes også champagnemetoden. Når den færdiggærede cider tappes på flasker, tilføres eksempelvis 8 til 15 gram sukker pr. liter cider. Når flaskerne er fyldt, bliver de kapslet. Gæren omsætter det sidste sukker og der dannes overtryk i flasken. Når der ikke er mere sukker tilbage, dør gæren og der sker en autolyse, dvs. enzymer nedbryder de døde gærceller. Det tager lang tid! Skal man have noget smag ud af den autolyse, så skal flasken lagres i lang tid, gerne et par år eller mere.
De sidste 3 måneder inden flaskerne skal proppes, placeres de i et såkaldt pupitre. Det er en vinreol med en masse huller, hver flaske placeres i et hul, i starten ligger flasken omtrent vandret. Hver dag drejes flasken forsigtigt en smule opad, i løbet af to til tre måneder står flasken næsten på hovedet og al bundfaldet er samlet omkring kapslen (le remuage). Toppen af flasken (der nu er bunden!!!) sættes forsigtigt over i en fryser, der er konstrueret til formålet. Bundfaldet fryses, kapslen fjernes med et degorgeringsjern, flasken åbnes og trykket presser bundfaldet ud. Flasken efterfyldes og der sættes en prop i flasken, som sikres med ståltrådshætte.
I stedet for en speciel fryser, som koster mange penge, kender jeg en dygtig hjemmebrygger, som laver degorgering i vinterhalvåret. Efter 3 måneder i pupitre sættes flaskerne med bunden opad i et simpelt og billigt setup ude i frosten, i løbet af nogle timer eller et døgns tid er bundfaldet frosset og han fjerner kapslen og får bundfaldet ud.
Sådan! Der er mange måder at komme af med bundfaldet på, degorgering er en af de mere eksotiske måder.
Klaring
I nogle tilfælde er kemi bare bedre til at fjerne slør og urenheder. Kemien er ikke så farlig, for typisk tilsættes kemien substansen og efterfølgende binder kemien sig til urenhederne. Urenheder og kemi bundfældes. Når produktet omstikkes, så er det både kemi og urenheder, der kasseres.
De fleste af de anvendte klaringsmidler er i øvrigt naturprodukter og dermed ikke mere kemiske end de druer og malt vi bruger til at lave vin og øl med. Æggehvider, alger og svømmeblære fra fisk indgår i flere af de såkaldte kemiske produkter, der anvendes til klaring.
Tilsætning af klaringsmidler foretages ofte i den sidste del af eftergæringen, inden den tappes på flasker. De fleste klaringsmidler binder sig til de elektrisk ladede urenheder, de positiv ladede klaringsmidler binder til negativt ladede urenheder og omvendt.
Positiv ladede klaringsmidler :
– Gelatine – er et protein til klaring af øl, vin, juice, mjød og cider. Det virker på de negativt ladede partikler, hvor det binder sig til polyfenoler og proteiner. Sammen med kieselsol er det et effektivt klaringsmiddel, det absorberer kolloider, dvs. det optager meget små partikler, der flyder rundt i substansen og danner slør. Tilsæt først kieselsol og 24 timer senere tilsættes samme mængde gelatine. Omrør, efter et par uger er urenheder samt småpartikler bundfældet, omstik og substansen er nu fin, ren og klar.
– Isinglass – er husblas udvundet af svømmeblære fra fisk. Gærrester flokkulerer effektivt med isinglass. Isinglass anvendes til klaring af vin, øl, cider og mjød.
– Æggehvider – er en gammel metode der stadig anvendes mange steder. Æggehvider er især egnet til klaring af rødvin, farven bevares
– Sparkolloid – er et positivt ladet klaringsmiddel, det anvendes i vin, cider, mjød og øl. Et effektivt klaringsmiddel.
Negativ ladede klaringsmidler :
– Betonit er en lerart dannet ved forvitring af vulkansk akse. Der findes forskellige forekomster af betonit, som kan anvendes til mange forskellige formål. Vi bruger calcium betonit til klaring af øl, vin, mjød, spiritus og frugt juice. Betonit er et gråt pulvergranulat, det tager noget tid at klargøre betonit inden det tilsættes substansen, hvor det binder sig til proteinmolekyler, som synker til bunds og frasepareres substansen næste gang, der skal omstikkes.
– Kieselsol er et middel til klaring af vin, juice, mjød, cider og øl. Det virker på de positivt ladede partikler, hvor det binder sig til polyfenoler og proteiner. Sammen med gelatine er det et effektivt klaringsmiddel, det absorberer kolloider, dvs. det optager meget små partikler, der flyder rundt i substansen og danner slør.
– Irish moss er en rødalge og udvindes fra tang, det er et naturprodukt og gror langs Atlanterhavskysten. Det har e-nummer: E407-Carrageenan og anvendes bl.a. som emulgator, stabilisator og som fortykningsmiddel. Irish moss er i stand til at udfælde proteiner og anvendes hovedsagelig til klaring af øl.
– Tanniner bidrager til mundfylde og vinens struktur. Tanniner kommer fra kerner og duernes skin, men kommer også fra de træfade vinen eller øllet har lagret på. Tanniner kan også tilsættes. Udover smag og fylde, så bidrager tanniner også til at bundfælde proteiner. Tilsæt 10 til 50 gram tanniner til 100 liter cider, efter 3 til 5 dage tilsættes klaringsmiddel og efter yderligere 2 til 3 uger omstikkes cideren.
Når eftergæring er slut, fjernes uklarheder ved filtrering eller klaring, restsødme måles, hvis der skal karboneres, så er det nu, at der tilsættes sukker (naturlig karbonering) eller CO2 (tvangskarbonering) og til allersidst tappes substansen på flasker. De fleste produkter kan godt tåle at stå på flasker og trække i yderligere nogle uger (øl), måneder (vin og cider) eller år (mjød og dessertvin).
Sukker har været en vigtig råvare i mange årtusinder. For 14.000 år siden indsamlede kvinder på den iberiske halvø honning fra bierne, viser hulemalerier fra La Araña-hulerne i Malaga. Sødmen fra honning har været en vigtig del af vores fødevarer gennem mange årtusinder. For 8.000 år siden på Ny Guinea dyrkede man sukkerrør, som den oprindelige befolkning spiste rå pga. den søde smag. Efterhånden blev dyrkning af sukkerrør spredt over hele verdenen og efter middelalderen bliver dyrkning og forarbejdning af sukkerrør sat i system.
For 200 år siden dyrkede Danmark sukkerrør på de vestindiske øer som blev omdannet til rørsukker. Sukkerrørsproduktionen var i høj grad afhængig af slaveriet i kolonierne, det var en grusom fortælling om slaveri og brutal udnyttelse af arbejdskraft. Det blev også en fortælling om modstand mod undertrykkelse, om kampen for frihed og om hvordan friheden sikres gennem nye samfundsstrukturer. Først i 1848 ophæver Danmark slaveriet.
Sukkeret fra de Vestindiske øer blev ikke brugt til øl eller vinfremstilling. Noget af sukkerrørsproduktionen er gået til fremstilling af rom. Dette afsnit handler om sukker, som det forekommer i malt/korn, frugt, vindruer og honning.
Sukker, kulhydrater, sakkarider ….
Sukker er en grundbestanddel i fermenteringsprocessen. Vin, øl, mjød og andre alkoholiske drikke er et resultat af en gæringsproces, hvor gærens stofskifteproces optager og omdanner sukker til alkohol, CO2 og energi. Sukker er med andre ord en uundværlig ressource i gæringsprocessen.
Kulhydrater
Kulhydrat er et biokemisk molekyle bestående af kulstof (C), brint (H) og ilt (O) og beskrives ud fra følgende generelle kemiske formel: CnH2nOn hvor n er større end to. Kulhydrat er et naturprodukt dannet fra planternes fotosyntese, der omdanner CO2 og H2O til stivelse, cellulose og andre kulhydrat-forbindelser i planter. Kulhydrater er vigtigt for al liv og tjener flere formål. Simple kulhydrater optræder som energilager og brændstof i cellernes stofskifte samt udfylder en lang række andre vigtige biologiske funktioner i form af komplexe kulhydratforbindelser som stivelse i planter eller glykogen i dyr. Kulhydrat optræder også som byggemateriale i cellulose og kitin.
Kulhydrater er opbygget omkring 3, 4, 5, 6, 7 eller 8 kulstofatomer og kaldes henholdsvis triose, tetrose, pentose, hexose, heptose og octose. Kulhydraterne glukose, fruktose og galaktose tilhører gruppen hexose og er hver især opbygget af seks kulstofatomer samt seks ilt-atomer og tolv brint-atomer. Vi interesserer os særligt for de tre kulhydrater, da gærcellerne kan omsætte dem til energi, de skal bruge til deres stofskifte, foruden at de også udskiller biprodukterne CO2 og ethanol.
Glukose, fruktose og galaktose er monosakkarider, det gode forgærbare sukker. Selvom de har samme atom-sammensætning, så har de forskellige strukturformler, de er isomerer.
Kulhydrater kaldes også sakkarider og kan opdeles i flg. fire hovedgrupper:
Monosakkarider fx. glukose, fruktose og galaktose er simple kulhydratforbindelser, de er farveløse og opløselige i vand. Den kemiske formel for et glukose-molekyle er C6H12O6 og kan sammenlignes med formlen til andre monosakkarider som nævnt ovenfor. Selvom de har samme sammensætning, så er atomernes rumlige placering forskellig. De er isomerer, deres struktur er forskellig for hver af de tre typer monosakkarider. Selvom de har samme formel, så er det tre forskellige monosakkarider, også i hjemmebryggeriet, som vi kommer nærmere ind på i det følgende.
Frugt indeholder glukose og fruktose dannet vha. fotosyntesen. Sødmegraden er forskellig fra glukose og fruktose. Glukose har en sødmegrad på 0,7 mens den er 1,7 for fruktose. Først udvikles glukose og tilsidst lige inden frugt og druer bliver fuldmodne, så udvikles fruktose. Gæren omsætter både glukose og fruktose, men starter med at omsætte glukose. Hvis der skal være lidt restsødme tilbage i vinen, så har det betydning om restsødme kommer fra glukose eller fruktose. Derfor er det vigtigt, at høste druer og anden frugt helt færdigmodnet.
Honning indeholder hovedsagelig fruktose og glukose, men sammensætningen er forskellig. Ofte har forsommerens honning et højere indhold af glukose, især hvis bierne har trukket på raps. Sensommerens honning har typisk mere fruktose. Honning der krystalliserer hurtigt og hurtigt bliver fast, har et forholdsvis højere indhold af glukose end fruktose. Mens mere flydende eller lind honning har et forholdsvis højere indhold af fruktose end glukose.
Disakkarider er sammensat af to monosakkarider. Når to monosakkarider bindes sammen, forekommer en kondenseringsproces, hvilket medfører at det ene monosakkarid mister et brint-atom og det andet monosakkarid mister et brint- og et ilt-atom.
Følgende disakkarider kan omsættes af gærceller :
– Maltose sammensat af glukose og glukose – Laktose sammensat af glukose og galaktose – Sukrose/sakkarose sammensat af glukose og fruktose
Oligosakkarider fx. Raffinose, Stachyose, alfa-Cyclodextrin er sammensat af mere end to monosakkarider men mindre end 10 monosakkarider. Oligosakkarider kan træffes på overfladen af animalske celler. I planter findes de i farvestofferne flavonoider og anthocyanider.
Polysakkarider er kæder sammensat af mere end 10 monosakarider og/eller disakkarider, de kaldes også polymerer (der er kæder eller forgreninger af monomerer). De indgår i cellulose, pektin, kitin samt i stivelse.
Ølbrygning er en proces, der adskiller sig grundlæggende fra fremstilling af andre alkoholiske drikke. Øl er brygget på korn. Men korn har ikke i sig selv glukose, fruktose, maltose eller nogen af de andre simple forgærbare sakkarider, som gæren kan optage. Korn indeholder stivelse i form af frøhvide. Stivelse er madpakken til kimen, når kornet skal blive til en ny korn-plante. Men inden frø-kimen kan optage næringen, skal stivelsen gennem en enzym-proces, som omdanner stivelsen og dens polysakkarider til monosakkarider og disakkarider, dvs. forgærbar sukker.
En proces der starter på malteriet og som ølbryggeren gør færdig under mæskning før urtkogning. I afsnittene om malt samt ølbrygning kommer jeg nærmere ind på den proces, hvor polysakkarider omdannes til mono- og di-sakkarider. Betingelser for at enzymprocessen lykkes er substanskoncentration, temperatur og tid.
Sukker er en mere dagligdags betegnelse, som anvendes om gruppen af simple kulhydrater.
Hvor meget sukker?
Sukker er næring, som gæren skal bruge i sit stofskifte, men hvor meget sukker skal gæren bruge? Og hvornår bruger den sukker? Det er praktiske spørgsmål, der er gode at have styr på under bryg-processen.
Almindelig hvid sukker består af sukrose, dvs. et disakkarid opbygget af to glukose molekyler. Som nævnt ovenfor kan gæren godt lide glukose og det gælder også sukrose. Cirka 16 gram sukker omsætter gæren for at afgive 1% alkohol (abv.). De fleste hjemmebryggere måler sukkerindholdet i en substans i oeschlegrader. Og 7,5 oeschlegrader svarer til cirka en 1% alkohol (abv.).
For at opnå en ønsket alkoholprocent og restsødme, så skal du kende mostens sukkerindhold i dette eksempel målt i oeschlegrader (OG), gærens forgærbarhed (dvs. mængden af alkohol det forventes, at gæren udskiller) og ønsket restsødme. Der er forskellige måleenheder for mængden af sukker, som omsættes af gæren, det gør regnestykket lidt uoverskueligt. Det er tid til et eksempel.
Lad os antage at produktet skal ende med ca. 16% abv og en restsødme på 15 oe-grader og frugtmostens sukkerindhold er målt til 50 oeschlegrader, hvor meget sukker skal tilsættes pr. liter vin?
Den ønskede slutværdi er 16% abv. + 15 oe. (restsødme). Omregnet til oeschlegrader : (16 * 7,5) + 15 = 135 oe.
Frugtmosten indeholder allerede, hvad der svarer til 50 oeschlegrader sukker, så der skal tilsættes sukker svarende til 135 – 50 = 85 oeschlegrader. Omregnet til gram sukker skal der tilsættes
I eksemplet ønsker vi, at gæring stopper efter at have udskilt 16% alkohol. Det er muligt at vælge en gærstamme, som stopper omkring de 16% abv. Det er også muligt vælge en gærstamme, der gærer højere op, men gæringen stopper vi ved de 16% med sulfit (vin) eller pasteurisering (øl og mjød).
Der er grænser for hvor stor en sukkerkoncentration, gæren kan omsætte. De fleste gærstammer går i stå eller begynder at arbejde for langsomt, når der måles over 100 oeschlegrader i substansen. Det svarer til ca. 200 gram sukker pr. liter. Lad frugtvinen gære den naturlige frugtsukker i en uges tid og når vægtfyldemåleren viser mindre end 20 oeschlegrader, så tilsættes resten af sukkermængden, hvis det er mindre end 200 gram sukker/liter.
Hvordan dannes sukker – fotosyntese
Men hvor kommer sukkeret fra? Fotosyntesen er en imponerende biokemisk proces. Alt liv på jorden er afhængig af fotosyntesen. Hovedparten af al ilt i jordens atmosfære kommer fra fotosyntesen, ligesom al energi anvendt i levende organismer, kommer fra fotosyntesen. Betingelserne for fotosyntesen er sollys, CO2, vand og den rigtige temperatur. Planterne optager CO2 samt vand. Når sollyset rammer planternes blade opfanges elektromagnetisk stråling, der omdannes til kemisk energi. Fotosyntesen anvender den kemiske energi i omdannelse af CO2 og vand til kulhydrater, som er plantens næring. Samtidig frigives affaldsproduktet ilt.
Reproduktion og metabolisme er forudsætningen for organisk liv. DNA er byggesten i vores arveanlæg, de er opskriften på, hvordan organisk liv reproducerer sig selv. Metabolisme er organismens stofskifte. Det er her organismen omsætter næring til energi, som anvendes til organismens opretholdelse. Næring til opretholdelse af stofskifte er en fantastisk proces, som vil blive gennemgået i det følgende.
For 3,8 milliarder år siden opstår liv i en bakteriesuppe i datidens verdenshave. CO2, svovlbrinte, ammoniak og metan indgår i det miljø, hvor det første organiske liv i form af bakterier dannes.
For 2,7 milliarder år siden udvikler en tilfældig bakterie pigment, som omdanner lysenergi fra solen til brændstof i bakteriens stofskifte. Cyanobakterier kalder vi bakterierne, de er i stand til at omsætte CO2, vand og sollys til energi og ilt. Processen kalder vi fotosyntese. Fotosyntesens udskilning af ilt får stor betydning for atmosfærens sammensætning. Den stigende ilt koncentration får alvorlige følger for det primitive organiske liv, der er på jorden på daværende tidspunkt. Iltkatastrofen kaldes dette fænomen eller GOE (Great Oxidation Event), som forekom for ca. 2,4 milliarder år siden.
Cyanobakterier og andre primitive organismer lever i vand, det vil sige i hav, søer og andre vandområder, hvor de lever side om side. Cyanobakterier omsætter solens lys til energi og nogle af de andre primitive celler spiser cyanobakterierne. For ca. 1,5 milliarder år siden optager en celle en cyanobakterie uden at fordøje den. Der sker en endosymbiose og cyanobakterien fortsætter med at opfange sollyset og omsætte det til energi, som værtscellen optager og omsætter i sit stofskifte.
I stedet for at omsætte cyanobakterien så forenes de to bakterier. Den ny bakterie bliver i stand til at reagere med stoffer og sollys. Bakterien danner energi og udskiller ilt. Der opstår et gensidigt afhængighedsforhold, cyanobakterie bliver afhængig af værtscellen og omvendt, værtscellen bliver afhængig af cyanobakterien.
Hvis vi kigger på planter og alger i dag, så er der almindelig konsensus om, at kloroplaster i planter og alger er nedarvet fra cyanobakterien. Kloroplaster er et organel, hvori fotosyntesen realiseres. Kloroplaster har både sit eget DNA og egne membraner, det kan bedst forklares ved, at organellet kloroplasters forgænger er optaget af værtscellen på et tidspunkt under evolutions-forløbet. Og at forgængeren må have været en cyanobakterie.
Det var noget om fotosyntesen set med de historiske briller, nu kigger vi på, hvad der sker i kloroplaster eller i grønkorn, som det også kaldes.
Fotosyntesens struktur og dens forløb
Fotosyntesen foregår i grønne planters celler i organeller, der kaldes kloroplaster (grønkorn), her omdannes lysenergi til kemisk energi. Kloroplaster indeholder klorofyl, som opfanger lysenergi og sender energien videre til et reaktionscenter. Kloroplaster (kan sammenlignes med mitokondrie i eukaryote celler) er omgivet af to membraner. Den ydre membran kan små molekyler og ioner trænge gennem, den indre membran omslutter stroma og er uigennemtrængelig undtagen for en særlig gruppe transportere.
Grønne blade er rig på kloroplaster, som er energigenerende organeller i planteceller. De indeholder :
– Thylakoider er blæreformede membransække, hvor den lyskrævende del af fotosyntesen realiseres. Thylakoidmembran (kaldes også fotosyntesemembranen) indeholder pigmenter og enzymer, der bruges i lysafhængige reaktioner og ATP-syntese. – Thylakoid grana er en stak af thylakoider, dvs. blæreformede sække eller skiveformede poser. – Stroma thylakoider forbinder grana thylakoider, de er mere flade og danner spiralform rundt om grana thylakoider. – Pigmenter i thylakoidmembranen opfanger lys og omdanner lys til energi. Klorofyl er den vigtigste lysabsorberende type pigment. Klorofyla og klorofylb absorberer lys i henholdsvis farveområderne blå og rød. – Hjælpepigment bidrager også til lysabsorbering. For eksempel carotenoider opfanger lys i det gule, lilla og røde område. – Stroma er en væske substans, der indeholder de fleste af de enzymer, som anvendes under mørke reaktion (Calvin-cyklus).
Det var lidt om, hvad der er i grønkorn, som har betydning for syntesen. Selve fotosyntesen opdeles i to processer, det kommer vi til i næste afsnit.
Primær proces
Lys er elektromagnetisk stråling som forekommer i bølgelængder i området 400 til 700 nanometer, dvs. fra violet (lav energi) til rød (høj energi). Energimængden fra lyset repræsenteres i et elementarpartikel, vi kalder et foton. Når et foton optages eller absorberes af et pigment i thylakoidmembran, vil et elektron i det absorberende molekyle (exempelvis pigment klorofyl) blive løftet til et højere niveau. Det er en ustabil tilstand og kaldes en excited tilstand. Det excited molekyle vil henfalde til den stabile grundtilstand og energien vil gå til spilde, hvis ikke der gøres noget. Det gør der heldigvis 🙂 Energien fra det excited molekyle overføres til et nabomolekyle, som overfører det videre til det næste nabomolekyle indtil det optages af reaktionscenteret. (Lehninger side 759…)
Det lysabsorberende pigment fra thylakoid er arrangeret i fotosystemer. Al pigment kan optage fotoner, men kun få af dem er knyttet til det fotokemiske reaktionscenter, hvor fotoner omdanner lys til kemisk energi. De øvrige pigment molekyler kaldes antenne-molekyler. Når et antenne molekyle opfanger et foton, løftes et elektron til et højere energi-niveau. Energien overføres via nabomolekyler til et reaktionscenter, som afgiver eller optager et elektron.
Transportkæde af elektronstrøm realiseres, stoffet NADP bliver til NADPH. Brintioner frigives, som anvendes under enzym aktivering og dannelse af ATP. Klorofylmolekylet, får et nyt elektron fra et vandmolekyle. Iltmolekyle udskilles til omgivelserne.
Ovenfor er beskrevet, hvad der sker i primær proces (lys proces). Lys proces opfanger elektromagnetisk stråling via farvepigmenter i et system vi ofte kalder LHC (Light-harvesting Complexes). H2O + lys bliver til to brintioner, to frie elektroner og et ilt atom. Sammenfattende genereres kemisk energi dvs. ATP og NADPH.
Sekundær proces
Sekundær proces, mørke proces, Calvin-Benson-cyklus her bare kaldet Calvincyklus er en omstændelig stofskifte-proces og den del af fotosyntesen, som skaber grundlaget for dannelse af kulhydrater, glukose og stivelse. Primær proces foregår i thylakoidmembran mens sekundær proces foregår i stroma.
Calvincyklus er en beskrivelse af sidste del af fotosyntesen, som foregår i stroma. Calvincyklus er er ikke afhængig af lys, i modsætning til primær proces, som genererer ATP (energi) og NADPH (hjælpemolekyle) til Calvincyklus. Adskillige enzymer udfører et katalyseforløb, returnerer et slutprodukt og er forstadie til sukker. I Calvin-cyklus omsættes også CO2 og H2O.
Kulhydrat anvendes til næring eller byggesten. I den efterfølgende stofskifte-proces omdannes simple monosakkarider til lange kæder (amylose) eller forgrenede kæder (amylopektin) af polysakkarider også kaldet stivelse eller cellulose.
Amylose og amylopektin er frugten eller kornets lager af næring og energi, som omdannes til letomsættelige kulhydrater, når frø eller korn skal bruge det. Det er med andre ord frøets madpakke, når frøet frigives og sendes ud i verdenen for at videreføre plantens liv. De letomsættelige kulhydrater er af typen hexose ( C6H12O6 ), gæren kan fordøje under fermenteringsprocessen. Dvs. glukose, fruktose og galaktose samt disakkariderne sukrose og maltose samt maltotriose.
Omdannelse af vand og kuldioxid til forgærbar sukker i planter er det, vi bruger i gærtanken, når vi vil omdanne naturens råvarer til et flydende produkt med alkohol. I nogle planter findes det forgærbare sukker som mono- eller di-sakkarider klar til brug. Det skal bare presses ud af vindruerne, æblerne eller andre planter, hældes på en gærtank og sættes til at gære. I andre tilfælde skal det forgærbare sukker udtrækkes fra planterne via en enzym-proces, som det forekommer i ølbrygning.
Korn indeholder stivelse og kan ikke umiddelbart anvendes i fermenteringsprocessen. Først skal kornet gennem en enzym proces, som omdanner stivelse til forgærbar sukker. Denne enzymproces starter på malteriet og slutter med mæskning i bryggeriet. En omstændelig men samtidig også en fascinerende proces, hvor stivelsen i kornet omdannes til forgærbar sukker i ølbrygning.
Nu har vi set på, hvad sukker er og hvordan sukker fremstilles. I det følgende gennemgår vi fænomenet enzymer, som vi bruger i forskellige sammenhænge, bl.a. til at katalysere polysakkarider til mono- og di-sakkarider.
Enzymer er liv
Levende liv kommer til udtryk i to grundlæggende egenskaber. For det første skal levende organismer være i stand til at reproducere sig selv. For det andet skal levende organismer være i stand til at generere energi, som kroppen skal bruge til fysiske og psykiske aktiviteter. Eller sagt mere præcist, den levende organisme skal kunne realisere et stofskifte, hvor enzymer omsætter næring til energi. Den korte definition på et enzym er, at det er et protein (på nær enkelte undtagelser), som virker som en katalysator.
Enzymatiske processer sætter organismer i stand til at omsætte næring (dvs. kulhydrater) til energi, som bruges til at udføre handlinger. Vi bruger energi til at bevæge os, tænke, opleve verdenen og udføre mange andre handlinger. Uden enzymer ville omdannelsen af næring til fri energi forløbe alt for langsomt. I dette afsnit kigger vi på, hvad enzymer er og hvilken betydning de har for hjemmebryggeren.
Enzymer er specialiseret, en type enzym kan under de rette betingelser (substanskoncentration, temperatur og pH-værdi) udføre en bestemt slags reaktioner og en anden type enzym vil udføre en anden type bestemte reaktioner. Forskellige enzymer udfører som regel forskellige biokemiske reaktioner i en bestemt rækkefølge og katalyserer omdannelsen af næring til energi på meget kort tid. Mængden af enzymer der indgår i dette forløb, kaldes for cellens stofskiftevej.
Enzymer dannes ud fra cellernes DNA, som indeholder information om proteiner og enzymers opbygning. Proteinsyntese kaldes det forløb, når RNA afkoder DNA, et ribosom oversætter RNA-strengen, aminosyrer sammensættes og foldes til et nyt protein eller enzym. Nogle enzymer får hjælp fra en eller flere cofaktorer til at udføre den enzymatiske proces.
Sådan arbejder et enzym
En katalysator er et molekyle, der forøger hastigheden af kemiske reaktioner, uden at katalysatoren selv bliver ændret. De fleste enzymer er proteiner og virker som katalysatorer, dvs. de forøger hastigheden af biokemiske reaktioner og de har desuden den egenskab, at de udfører bestemte og afgrænsede opgaver.
En simpel enzym reaktion opstilles her (saxet fra wikipedia) :
Selve enzymets katalyse aktivitet tager plads i en slags lomme, vi kalder det aktive sted, center eller sæde (på eng: active site). Substrat er det stof, som bindes til det aktive center. Herefter omdanner enzymet substratet til et nyt produkt. Enzymet katalyserer den kemiske reaktion og får omdannelse af substrat til produkt til at forløbe hurtigt, meget hurtigere sammenlignet med et forløb uden enzymer. Mange millioner gange hurtigere forløber omdannelsen af substrat til produkt i nogle tilfælde (se Lehninger side 193). Reaktionshastigheden er et af de centrale emner i enzym-forskning.
Substrat kan være simple molekyler eller komplekse molekyler, som enzymet omdanner til et eller flere produkter, som består af et eller flere molekyler. Eksempelvis vil ølbryggeren gerne aktivere enzymet Beta-amylase. Substratet er lange kæder af polysakkarider i maltens stivelse, som vi kalder amylose. Under tilstrækkelige betingelser, dvs. når der er den rigtige mængde malt, vand, passende temperatur og passende pH-værdi, så vil amylose blive bundet i beta-amylases aktive center, enzymet katalyserer en reaktion, som klipper to glukose molekyler af enden af amylose, herefter dannes og frigives produktet maltose.
Det aktive center er genialt. Grænsefladen er meget lille, blot nogle få aminosyrer og i løbet af meget kort tid katalyseres en reaktion, substrat omdannes til produkt. Substrat og aktiv center skal passe nøjagtigt sammen for at enzymet kan katalysere reaktionen. Selve den enkelte reaktion, som omdanner substrat til produkt, er typisk en meget afgrænset del af et samlet forløb, som kaldes cellens stofskiftevej, hvor produktet fra en reaktion bliver til substrat i den næste reaktion. Vi siger, at enzymerne er yderst specifikke, med den substrat de binder sig til og de biokemiske reaktioner de efterfølgende katalyserer.
Induceret tilpasning er en model, som beskriver hvordan enzym, substrat, aktivt center, produkt, katalyse og reaktion spiller sammen. En udbredt forklaringsmodel der er konsensus om blandt fagfolk. (Illustration er saxet fra Wikipedia/Carina T.):
Med modellen induceret tilpasning forklares både, hvordan substrat og enzymets aktive center meget specifikke og præcise form passer nøjagtigt sammen, men samtidig beskrives også enzymets fleksibilitet og dets evne til at tilpasse det aktive center til substratbinding, så enzymet kan udføre sin funktion.
Co-faktor er mindre molekyler, som hjælper enzymet med at katalysere biokemiske reaktioner. Nogle enzymer bruger co-faktorer andre enzymer udfører katalyse uden hjælp fra co-faktorer. Co-faktorer er tæt knyttet til det aktive center og bidrager til at realisere katalyse. Co-enzymer adskiller sig fra co-faktorer ved at være små organiske molekyler, de transporterer kemiske grupper fra et enzym til et andet enzym, fx vitaminer. Co-enzymerne ændres under katalyse og kan betegnes som en speciel klasse substrater brugt af nogle enzymer.
Aktiveringsenergi og reaktionshastighed
Enzym katalyserer kemiske reaktioner, dvs. øger hastigheden af de biokemiske reaktioner. Uden enzym vil substrat stadig blive omdannet til produkt. Det vil bare tage meget længere tid og samtidig bruger processen megen energi for at omdanne substrat til produkt. Enzymet reducerer mængden af energi, der skal bruges for at danne et produkt. Det har stor betydning, enzymets reduktion af energi forøger reaktionshastigheden væsentligt. Uden enzym kan det tage mange år at omdanne substrat til produkt, som ellers bliver omdannet på få sekunder med enzym.
Mængden af energi anvendt til at omdanne substrat til produkt kaldes aktiveringsenergien. Der skal meget stor mængde aktiveringsenergi til at udføre den biokemiske reaktion, som omdanner substrat til produkt, hvis ikke der anvendes enzymer i processen. For at præcisere hvad der allerede er nævnt ovenfor: enzymer reducerer aktiveringsenergien, hvilket medfører at reaktionshastigheden forøges voldsomt. Det er enzymets rolle at accelerere omdannelse af substrat til produkt.
Enzym er kendetegnet ved to forhold. Reaktionshastigheden forøges enormt, når substrat omdannes til produkt. Samtidig har enzymet en udpræget evne til at udvælge substrat og returnere et produkt under den biokemiske reaktionsproces, dvs. udføre nøjagtig den samme opgave igen og igen, det kalder vi enzymets specificitet. Men hvordan pokker kan det lade sig gøre? Hvordan kan enzymet sænke aktiveringsenergien samt udføre specifikke reaktioner?
Energi udledt fra enzym-substrat vekselvirkning kalder vi bindingsenergi ( Δ GB). Interaktion i ES-kompleks følges op med frigivelse af fri energi. Bindingsenergi er hovedkilden til fri energi brugt af enzymerne til at sænke reaktionernes aktiveringsenergi (Lehninger side 193).
Den samlede aktiveringsenergi (Δ G++) er forskellen mellem overgangsstadium og grundtilstand. Hvis vi trækker den samlede energiafgivelse under reaktion ud af den samlede aktiveringsenergi, så har vi aktiveringsenergi uden enzym. Hvis vi tilsætter enzym til processen, så har vi aktiveringsenergi med enzym. Bemærk der skal bruges meget mindre energi med enzym end i tilfældet uden enzym. (Illustration saxet og tilpasset fra Wikipedia/CarinaT)
Enzym-aktiviteten påvirkes af substanskoncentration, temperatur, pH samt af inhibitorer og aktivatorer, der henholdsvis hæmmer og fremmer katalysering.
Enzymer kan denatureres ved varme. Denaturering gør enzymet inaktivt. I nogle tilfælde er denaturering reversibel og i andre tilfælde er den irreversibel. I malteriet standses enzymaktiviteten i basismalt ved lav varme, da enzymerne skal aktiveres igen i bryggeriet. Specialmalte varmes ved højere temperaturer og denaturerer i et omfang, som gør enzymerne inaktive og irreversible.
Enzymer skaber liv og er vigtigt i levende celler. Ingen stofskifte uden enzymer, de er en afgørende betingelse for liv. I fordøjelsessystemet aktiveres enzymer, som omdanner komplekse kulhydrater til simple monosakkarider fx glukose, som nemt kan omsættes til energi. Enzymer anvendes i mange sammenhænge. Foruden ølbrygning og vin fremstilling, så anvendes enzymer også ved bagning af brød, på mejerierne, indenfor papirfremstilling, ved produktion af rengøringsmidler, i fødevarer (for at fremhæve farve og smag) etc.
Gærcellens enzymproces
Gærcellens stofskifte er et godt eksempel på en række enzymkatalyserede processer. I gærcellens cytoplasma gennemløber glykolysen 5 energiinvesterende faser og 5 energigenererende faser. Hver fase er en enzymatisk proces, hvor kulhydrat og dens efterfølgende mellemprodukter omdannes for til sidst at blive til 2 pyruvat-molekyler, desuden genererer glykolysen 2 energi-molekyler (ATP), 2 coenzymer (NADH), 2 vandmolekyler samt 2 hydroner (H+). Her kunne festen godt slutte, formålet er jo at lave energi til gærcellen og de to ATP molekyler er rigeligt til at dække gærcellens energi-behov.
Pyruvat er slutresultatet og kan omsættes i forskellige forløb. I vores hjemmebryg foregår det anaerobt, det vil sige uden ilt. Pyruvat er nu substrat og omdannes ved enzymet pyruvatdecarboxylase til 2 acetaldehyd molekyler og 2 CO2molekyler, herefter omdannes acetaldehyd ved enzymet alkoholdehydrogenase til 2 ethanol molekyler og 2 coenzymer (NAD+).
Det er den enzymatiske proces, der udføres i gærcellerne uanset om, det er mjød, øl eller vin vi laver.
Enzymer i bryggeriet og vineriet
Til sidst skal vi se på, hvordan enzymer anvendes i praksis. Enzymer anvendes i forskellige sammenhænge. Hvis det er en del af opskriften, kan eventuelle enzymer tilsættes inden fermentering. Det kan være enzymer, som fremhæver farve eller smag.
Endogene enzymer kalder vi de enzymer, som forekommer naturligt i al frugt, malt og gærs stofskifte. Endogene enzymer er en uundværlig del i omdannelse af simple sakkarider til alkohol.
Exogene enzymer kalder vi de enzymer, vi tilsætter hjemmebrygget, og som har til opgave at frigive farve og smag samt bidrage til en mere klar vin eller øl. Nedenfor opremses nogle af de enzymer, vi anvender i øl- og vin-verdenen. Bemærk at de fleste enzymer har endelsen -ase i deres navn, som er afledt af det substrat, enzymet omdanner til et produkt.
Amylaser nedbryder amylose og amylopectin. Det er henholdsvis et lige stivelses-kæde uden forgreninger med to ender, amylose udgør ca. 20 % af stivelsen i korn. Amylopectin er en stivelses-kæde med forgreninger og har mere end to ender. Amylopectin udgør ca. 80 % af stivelsen i korn.
Alfa-amylase aktiveres ved 60 til 70 grader, enzymer fra aleuronlaget klipper stivelseskæder op i mindre kæder med to eller flere monosakkarider.
Beta-amylase aktiveres ved 55 til 65 grader, enzymer aktiveres i frøhviden, som opklipper proteinkæder parvis sekventielt startende i den ikke-reducerende ende.
Beta glucanase nedbryder beta glucan, som forekommer både i vindruer og i malt. I ølbrygning forekommer beta-glucan i ikke vel-modificeret malt, dvs. bruges der en del umaltet havre, rug eller hvede, så kan det give lautering-problemer (dvs. problemer med at separere urt fra malt) p.gr.a. for højt beta-glucan indhold og det anbefales at have en mæske-pause på 20 minutter omkring 40 grader. Også vinmagerne kan få problemer med beta-glucan, som gør det vanskeligere at filtrere vinen. Indenfor vinverdenen anvendes enzymet beta-glucanase for at nedbryde beta-glucan.
Endo-amylase – opklipper vilkårligt i stivelseskæden.
Glucanaser nedbryder glucaner som indgår i stivelse og cellulose. Glucanaser optimerer presning og udtræk af farve. I vinificering anvendes beta-glukanase til nedbrydelse af svampecellevæg i druer, der har været udsat for ædelråd (Botrytis). I ølbrygning forbedres farve og konsistens samt filtreringsevne i malt.
Glykosidaser frigører frugtens aroma og duft.
Lysozym er en glykosidase, der nedbryder bakteriers cellevægge. Lysozym er et naturligt anti-bakteriel enzym som findes i for eksempel tårer, spyt, æg, animalsk mælk og æggehvide. Lysozym fjerner bakterier fra vinen og kan anvendes for at undgå malolaktisk fermentering. Kaldes også muramidase og er et antimikrobielt enzym, der findes hos mennesker og dyr, hvor det udgør en del af det medfødte immunsystem.
Pektinase er et enzym, som nedbryder pektin i druerne og dermed bidrager til at fremhæve smag, farve, større mostudbytte samt en mere klar vin. Pektinase klipper de lange kæder (polysakkarider etc.) af pektinstoffer over i mindre enheder. Fremmer bundfældning, klaring, farve og filtrering.
Træet der væltede i stormen – en allegori
John Palmer er forfatter til bogen ”How to brew” og har lavet en god allegori om enzym-processen, ølbryggerne udfører under mæskning (”How to brew” side 142). Jeg gengiver den her i forkortet udgave.
Det var en mørk og stormfuld aften og et stort træ i haven væltede. Næste dag skulle træet fjernes. Faderen i huset betjente motorsaven og de unge mennesker måtte hjælpe efter bedste evne, ved at bruge hæksaks, beskærersaks, plæneklipper og græstrimmer. Udstyret med de forskellige redskaber var det nu muligt at beskære træet. Med motorsaven skæres de store grene af. Med hæksaksen skæres enderne af grenene og med den lille beskærersaks er det også muligt at beskære kviste og små grene. Med plæneklipper og græstrimmer bliver der rigtig fint igen i den lille have. Målet er at opskære så meget af træet som muligt i små stykker, så er det nemt at flytte og komme af med.
Allegorien ovenfor illustrerer, hvordan stivelse omdannes til forgærbar sukker. Under mæskning af malten laver plæneklipper og græstrimmer den indledende modifikation af malten og kan sammenlignes med aktivering af enzymet beta-glucanase og proteinpause i temperaturintervallet 35 til 55 grader. Stivelsesmatrix åbnes så der gives adgang til omdannelse af stivelse til forgærbar sukker. Efterfølgende anvendes kædesav, hæksaks og beskærersaks til yderligere at opskære træet i små stykker, hvilket svarer til at hæve temperaturen så enzymerne limit dextrinase (60-65 gr.), beta-amylase (55-65 gr.) og alpha-amylase (60-70 gr.) bliver aktiveret. I parentes er anført enzymernes optimale mæsketemperatur.
Selvom allegorien har sine begrænsninger, så illustrerer den alligevel på udmærket vis, hvordan de enkelte enzymer aktiveres, når de rette betingelser er til stede. Målet er, at enzymerne opskærer de lange polysakkarider til korte mono- og di-sakkarider. Det bliver til god forgærbar sukker, som gæren kan lide.
Kulstof atom består af 2 elektroner i skal K og 4 elektroner i skal L. Kulstof indgår i alle former for liv.
Der var engang …
For næsten 14 milliarder år siden blev universet dannet ved en enorm eksplosion, Big Bang kalder vi den hændelse. Ingen atomer endsige protoner, neutroner eller elektroner kan eksistere i det extreme varme og tryk, der blev dannet under de betingelser. I starten bestod rummet af en quark- og glucon-plasma. Men et par minutter efter Big Bang har rummet udvidet sig, hvilket medfører, at temperatur og tryk aftager så meget, at protoner samt neutroner dannes, de begynder at binde sig sammen for at danne atomkerner.
Men der går yderligere 370.000 år førend universet har udvidet sig og er nedkølet så meget, at elektroner binder sig til atomkernerne og danner de første simple atomer. I starten består universets masse af næsten 75% hydrogen og næsten 25% helium. Derudover var der meget små mængder af yderligere enkelte simple atomer. Langt de fleste andre grundstoffer dannes efterfølgende i de stjerner, der dannes i universet og super-novaer sørger for, at de nye atomer spredes i universet.
Atomer og molekyler er byggestenene i den fysiske verden vi lever i. Det er også byggestenene i de processer, vi igangsætter når vi fermenterer og fremstiller en alkoholisk drik. Vi skal have en fælles elementær grundviden om fysik og kemi, for at kunne forstå, hvad der exempelvis sker i gærcellen under fermentering, hvordan sukker dannes og er opbygget, hvad vi måler, når noget er surt eller basisk.
Formålet med dette afsnit er at skabe klarhed over de væsentligste fysiske og kemiske grundbegreber, der har betydning for hjemmebryggeren. Først gennemgår vi grundlæggende basisviden om kemi, det danner grundlag for at begribe nogle af de vigtigste grundstoffer, som indgår i dannelsen af alkohol og andre stoffer. pHværdi, ion-balance, syremængde og syre/base er begreber, der gennemgås til sidst i dette afsnit.
Kemiske byggesten / grundviden
Atomer er de mindste byggesten og de består af en kerne, hvor der er en eller flere positivladede protoner og nul eller flere neutroner. Negativ ladede elektroner kredser i baner udenom kernen. Antallet af protoner bestemmer, hvilket grundstof atomet tilhører. Hydrogen (som også kaldes brint) har en proton i kernen, helium har to protoner, lithium har tre protoner etc. I kernen er der også nul eller flere neutroner. Summen af protoner og neutroner kalder vi nukleoner.
Antallet af neutroner bestemmer hvilken variant af grundstoffet atomet tilhører, også kaldet isotop. Exempelvis har grundstoffet kulstof to stabile isotoper, carbon-12 (12C) har seks protoner og seks neutroner, hvilket giver tolv nukleoner i kernen. Og carbon-13 (13C) har seks protoner og syv neutroner, hvilket giver tretten nukleoner i kernen.
Hydrogen er det mest simple atom og samtidig det mest udbredte atom i universet.
Udenom kernen cirkulerer elektronerne rundt i såkaldte skaller. Der er op til fem skaller, i hvilke elektronerne befinder sig i. I den første skal (K) er der op til 2 elektroner, i den næste skal (L) er der op til 8 elektroner, i den tredje skal (M) er der op til 18 elektroner, i den fjerde skal (N) er der op til 32 elektroner, i den femte skal (O) er der op til 50 elektroner.
Skaller er en model til beskrivelse af elektroners struktur i et atom.
Elektronskaller : 2(n2), hvor n = skalnummer Skal Skalnr. Maks. antal elektroner K 1 2 L 2 8 M 3 18 N 4 32 O 5 50
Atomer og molekyler fremtræder i følgende sammenhænge:
Ion – alle atomer har som udgangspunkt lige mange protoner og elektroner, dog er et ion et atom, der har afgivet eller optaget en eller flere elektroner end antallet af protoner i det pågældende atom.
Isotop – kernen i et atom (nukleon) består af en eller flere protoner og nul eller flere neutroner. Antallet af protoner bestemmer grundstoffet, men det er muligt at det samme grundstof indeholder forskelligt antal neutroner. Disse varianter af det samme grundstof kaldes for isotoper.
Isomer – en af to eller flere kemiske forbindelser, der har samme molekyleformel (grundstofindhold), men forskellig opbygning. Isomerer har således forskellige strukturformler, fx glukose og fruktose, der har samme molekyleformel: C6H12O6, men forskellig struktur.
Valenselektroner – er typisk elektroner i den yderste skal af et atom, molekyle eller fast stof. Valenselektroner deltager i kemiske bindinger.
Bindinger
Kemiske bindinger, kaldes det, når atomer bindes sammen til molekyler. Der findes følgende fem typer bindinger :
1) Ionbinding, det er en elektrisk tiltrækning mellem to modsat ladede ioner. Ionbindinger er relativt stærke bindinger. Exempel: Natriumchlorid (Na-Cl+) også kaldet køkkensalt.
2) Elektronparbinding, kaldes også kovalent binding. Der skelnes mellem upolær elektronparbinding (fx. mellem ens atomer N2 eller H2) med elektronegativitet 0 eller tæt på 0. Og ved polær elektronparbinding med svag elektronegativitet, der ligger i området 0,5 til 1,7 Exempel: H2O
3) Hydrogenbinding er en binding mellem det svage brintatom og et af de elektronegative atomer som ex. ilt, kvælstof eller flour.
4) Metalbinding er et forhold, hvor elektroner holder sammen på positivt ladede atomer.
5) Kompleksbinding forekommer, når et (positivt) metal-ion binder en eller flere negative ioner eller polære molekyler til sig.
Helium og hydrogen er eksempler på to atomer og deres bindinger eller mangel på samme.
Helium binder sig stort set ikke til andre atomer, det er et stabilt atom, med to protoner og to elektroner, der danner et elektronpar. Det stabile atom helium er kendetegnet ved at være en gas, kun under ekstreme forhold (tryk og kulde) forekommer helium flydende eller som et fast stof. Heliums ikke-metaliske og inaktive kemiske egenskaber gør, at det tilhører gruppen af ædelgasser. Helium har meget svært ved at binde sig til andre grundstoffer.
Hydrogen består af en proton og en elektron, det er ikke et elektronpar og brint-atomet er ustabilt. Hydrogen har let ved at optage/afgive en elektron og kan dermed forekomme enten som en negativladet ion (H–) med to elektroner, der danner et elektronpar eller som en positivladet ion (H+) uden elektroner. To brint-atomer kan også slå sig sammen (H2), de binder sig sammen og ”deler” de to elektroner de har for at danne et elektronpar, det kaldes kovalent binding.
Mine yndlings atomer 😉
Nu ved vi noget om atomernes opbygning og deres egenskaber. Der findes 118 forskellige atomer/grundstoffer ifølge det periodiske system. Atomerne kan binde sig sammen med andre atomer og danne molekyler, som indgår i de mindste fysiske partikler. Enkelte af de 118 grundstoffer har særlig betydning for bryggeren. Det vil jeg komme ind på i det følgende:
Hydrogen / brint var det mest udbredte atom, da universet blev dannet. Hydrogen udgjorde næsten 75% af universets masse, samlede sig i store skyer og dannede de første stjerner. I stjernerne startede en fusionsproces, som efterfølgende udvikler de tungere grundstoffer. I de største stjerner går processen stærkt og ender med en supernova – en kæmpe stjerneeksplosion, som spreder de nydannede grundstoffer ud i universet. Hydrogen (og helium) er oprindelig et ur-atom og dermed alle grundstoffers moder. Men hydrogen er også det mindste af alle atomer og med sin ensomme elektron er den ustabil. I mange sammenhænge oplever vi hydrogenatomet optræde alene uden elektron, så kalder vi det for et hydron (H+).
Billedtext : Aminosyre, generel struktur for en alpha-aminosyre.
Carbon / kulstof er det fjerde mest forekommende grundstof i universet efter hydrogen, helium og oxygen. Carbon indgår i alle kendte livsformer. Dets evne til at binde sig til andre kulstof-atomer og andre atomer i øvrigt gør det til et unikt grundstof, der kan danne millioner af forskellige kemiske forbindelser.
Det kan lave meget lange kæder af stof, hvor kulstof-atomerne binder sig til hinanden og holder sammen på molekylerne. Peptidkæder i et protein er et eksempel på lange kæder af aminosyrer. Aminosyre består af aminogruppe (H2N), en sidekæde (også kaldet R-gruppe, den definerer aminosyren), en carboxylgruppe (-COOH), et hydrogen-atom og et carbon-atom, der holder sammen på det hele.
Carbon kan desuden optræde i vidt forskellige kemiske tilstande, fx. grafit, diamant, kulhydrater, proteiner, kalk (CaCO3) og meget mere. Dets evne til at holde sammen på atomer og molekyler er en særlig egenskab, der kendetegner kulstof-atomet, som gør dette atom til et af mine fire favoritatomer.
Billedtext : iltatom
Oxygen / ilt er et næsten uhyggeligt fascinerende grundstof. Ilt er forudsætning for liv, men samtidig er ilt også næring til noget så destruktivt som ild. Et ilt-atom og to hydrogen-atomer er et vand-molekyle, som vi ikke kan leve uden. Men samtidig er ilt næring til korrosion og oxidering, som vi helst vil undgå. Ilt indgår i kulhydratforbindelser og proteinforbindelser. På den ene side er grundstoffet ilt lidt af en ballademager, men samtidig kan vi simpelthen ikke undvære dette atom.
Ilt dannes ved planternes fotosyntese og udgør næsten 21% af luften i atmosfæren. Ilt er et stærkt oxidationsmiddel, der nemt bindes med de fleste andre grundstoffer, da det kun har seks elektroner i yderste skal. Ilt vil derfor gerne gå i kemisk forbindelse med andre stoffer for at kompensere for de manglende elektroner. Det gør ilt til et effektivt desinfektionsmiddel, som det exempelvis forekommer ifa. brintoverilte (H2O2 hydrogenperoxid). Desuden indgår ilt i mange sammenhænge af betydning for liv, fx. aminosyrer og kulhydrater indeholder også ilt.
Billedtext : Nitrogen atom.
N itrogen / kvælstof udgør godt 78% af jordens atmosfære. Nitrogen indgår i ammoniak, salpetersyre, organiske nitrater, cyanider(CN-), aminosyre (og dermed også i proteiner), nukleinsyrer, neurotransmittere, animalsk affald, eksplosive forbindelser og i alkaloider. Nitrogen indgår i mange forbindelser, der har betydning for liv her på jorden.
Nitrogen er et vigtigt element i proteiner og andre organiske forbindelser. I aminosyre indgår nitrogen sammen med to hydrogen-atomer i aminogruppen, der er bundet til kulstofatomet. Nitrogen indgår også i nogle af molekyle-forbindelserne i R-gruppen, som også er bundet til kulstofatomet.
Bakterier og nedbrydende organismer i jorden optager nitrogen og hydrogen, som omdannes til ammoniak (NH3), hydrogen frigives og nitrogen omdannes til nitrit (NO2–) og efterfølgende til nitrat (NO3–), det er den korte version af kvælstofkredsløbet.
Nitrit er et salt og kan anvendes som tilsætningsstof til kød for at opnå bl.a. farvedannelse og konservering. Afhængigt af forholdene kan nitrit, der er den korresponderende base til den svage syre salpetersyre, oxideres til nitrat eller reduceres til radikalet nitrogenoxid.
Saltpetersyre dannes ud fra nitrogendioxid (NO2) og vand. Salpetersyre dannes naturligt fra nitrater udledt af menneskelige aktiviteter. Salpetersyre er en af de forbindelser, der findes i syreregn og bidrager til forsuring af jordbund og vandmiljø.
Nitrogen er også et vigtigt element i uorganiske forbindelser. Ligesom ilt lever nitrogen et spektakulært liv! I nogle sammenhænge kan vi ikke undvære nitrogen og i andre sammenhænge vil vi gerne være det foruden. Nitrogen i brygverdenen finder vi i proteiner og i næring til fermenteringsprocessen.
pH / ionbalance
pH er et mål for mængden eller koncentrationen af H+/hydrogenioner/hydroner/brintioner – kært barn har mange navne. Vi siger, at pH angiver syre/base-balancen.
Inden indførelse af pH-skalaen for mere end 100 år siden, bestemte man surhedsgraden i en væske subjektivt. Det er ikke godt nok, mente S. P. L. Sørensen, der var leder af Carlsbergs laboratoriums kemiske afdeling. Indenfor brygning er det vigtigt at have styr på surhedskoncentrationen. Sørensen lavede en række forsøg og indførte pH-skalalen som minus-logaritmen til H+ koncentrationen, pH = -log10 [H+] .
Med andre ord pH er en forkortelse for potentia hydrogenii og er en måleenhed til bestemmelse af syre/base-balancen i en opløsning. pH-værdier i området 0 til 7 er en syre og i området 7 til 14 er en base. pH kan måles med indikatorpapir eller pH-meter. Måling af H+ forekommer typisk i en vandig opløsning, derfor forekommer det ofte, at der anvendes notationen: H3O+ ( = H+ + H2O ).
pH er en måleenhed for syrestyrke dvs. koncentrationen af aktive brintioner (H+), som nævnt ovenfor:
Hvis pH = 9, så er koncentrationen af aktive brintioner = 1 x 10-9
Hvis pH = 7, så er koncentrationen af aktive brintioner = 1 x 10-7
Hvis pH = 2, så er koncentrationen af aktive brintioner = 1 x 10-2
Ioner er ladede partikler. Når et atom har mistet/optaget en (eller flere) elektroner, siges det at være ioniseret. pH er måleenheden for syrestyrken dvs. ion-balancen, pH fortæller os om forholdet mellem syre og base.
K ation En syre er et stof med en høj koncentration af aktive brintioner (H+). Når neutrale stoffer afgiver elektroner dannes positivt ladede ioner også kaldet kationer, ex: hydron (H+).
Anion En base er et stof med en lav koncentration af aktive brintioner (H+). En base er et stof, der kan optage hydroner (H+). Når neutrale stoffer optager elektroner dannes negativt ladede ioner også kaldet anioner, ex: hydridion (OH–).
I ølbrygning er det pH-værdien under mæskning, som er vigtig. Det er først, når vi varmer vand og malt op, at vi starter selve mæskningen, aktiverer enzymprocessen og udtrækker det gode forgærbare sukker. Det betyder, at det er under mæskning, vi skal have den korrekte pH-værdi. Vi siger, at mæske-pH er vigtigere end vand-pH, fordi godt øl og optimal enzym-aktivitet afhænger af pH-værdien samt temperatur under mæskning.
Den anbefalede optimale mæske-pH varierer en del, afhængig af hvem man spørger. De fleste anbefaler dog, at der mæskes i området 5,1 til 5,5 ved 65 grader celsius, hvis prøve måles ved stuetemperatur så skal pH være 5,4 til 5,8 (se ”How to brew” si. 158). Hvis pH er under 5 hæmmes beta-amylase og humleudnyttelse forbliver forholdsvis lav, smagsmæssigt medfører det tam smag og manglende karakter i det færdige øl. Hvis pH er over 5,5, hæmmer det også beta-amylase samt resulterer i forkert humleudnyttelse dvs. grov humlekarakter og bare en forkert smag.
O gså ved fremstilling af vin, cider og mjød er det lidt forskelligt hvilken pH-værdi der anbefales under gæring. Men de fleste anbefaler at der gæres i området 3,0 til 4,0, cider gæres i den lave ende og mjød i den høje ende af dette interval. pH-strips og pH-meter er de mest udbredte metoder til måling af ion-balancen og dermed syre/base-forholdet i en væske.
pH-strips
pH-strips (eller indikatorpapir) er en papirstrimmel, der indeholder lakmus. Lakmus er et farvestof, der udvindes fra forskellige lavarter og som bliver blåt i en basisk opløsning og rødt i en sur opløsning, afhængig af den pH-værdi papiret udsættes for. Det er en visuel bedømmelse af papirets farve, der danner udgangspunkt for at bestemme substansens pH-værdi.
pH-meter
Et pH-meter måler pH mere præcist v.hj.a. en elektrode. Nogle pH-metre kan angive pH med op til flere decimalers nøjagtighed.
Bicarbonat hæver pH mens calcium og magnesium sænker pH, det er den korte og ufuldstændige version af hvilke tilsætninger, der kan anvendes til regulering af brygvand. Næste afsnit har en lidt mere detaljeret liste over forskellige tilsætninger, der kan anvendes til at regulere syremængde og syrebalance.
Syremængde (TA)
Passende koncentration af substansen, dvs. passende temperatur, vandopløsning og passende syre-base balance, det er de vigtigste forudsætninger for en sund fermentering. Uanset om du fremstiller vin, brygger øl eller laver andre former for alkoholiske drikke, så er den rigtige pH-værdi en forudsætning for at fermenteringen lykkes. Ovenfor er beskrevet, hvordan pH-værdien dvs. syre-base-balancen, er et redskab til, at vi får skabt de mest optimale betingelser for enzymprocessen (mæskning) under ølbrygning.
Når vi fremstiller vin er situationen en anden. Vi har allerede den gode forgærbare sukker i druer, æbler og andre former for frugt. Vi skal ikke aktivere en enzym-proces for at udtrække det gode sukker. Frugten skal ”bare” presses, mosten hældes på en beholder og tilsættes en gær. Alligevel sker det, at det færdige resultat enten bliver en sur og alt for astringent vin eller den bliver alt for tam og nærmest vammel. Syremængden er enten for høj eller for lav. Det betyder, at vi indenfor fremstilling af vin, cider, mjød etc. er særlig interesseret i syremængden.
Syremængden angives i total mængde syre, dvs. TA (Total Acid). TA omfatter alle typer syrer som forekommer i substansen, i vores verden er det typisk vinsyre, æblesyre, mælkesyre og citronsyre. TA måles i gram pr. liter ved hjælp af titrering. Forskellen på TA og pH er at pH måler ionbalancen (syrestyrke), dvs. hvor mange H+ (hydroner) der er i substansen, mens titreringsmetoden bestemmer syremængden målt i gram syre pr. liter. Syremængde i vinen måles inden der tilsættes gær.
Titrering
Titrering er en kemisk metode til at bestemme mængden af syre i en opløsning. Substansen tilføres indikator-væske og når den skifter farve, aflæses syremængden. Indikatoren er en kemisk forbindelse, som skifter farve, når syremængde overstiger et bestemt interval. Intervallet kaldes omslagsintervallet. Der findes dyre avancerede anlæg til bestemmelse af syremængde, men heldigvis findes der også low-cost løsninger, hvor vi almindelige hjemmebryggere kan følge med.
Billedtext : Acidometer fra Vinometer er et billigt kit (set til kr. 195,-) til måling af syremængde med titreringsmetoden. Andre gode firmaer laver lignende kits.
Syresammensætning er bestemt af frugtvarietet og klima. Fx. umodne druer medfører højt indhold af æblesyre og lavt indhold af vinsyre. Modne druer medfører lavt indhold af æblesyre og højt indhold af vinsyre. 90% af syren i en drue er æblesyre og vinsyre, derudover indeholder druen citronsyre og andre typer syre. Først dannes den skarpe æblesyre og når druen modnes dannes den mere milde vinsyre og noget af æblesyren omdannes til sukker.
Inden tilsætning af gær bør syreindholdet (TA) være :
Hvidvin 7 – 12 gram/ltr.
Rødvin 8 – 12 gram/ltr.
Hedvin 6 – 12 gram/ltr.
Da gæring optager syre, vil vinen indeholde ca. 2 gram/ltr. mindre syre efter, vinen er færdiggæret.
Hvis syreindholdet er for højt udføres syrereduktion ved at udføre:
kuldebehandling.
tilføre kridt i starten af vinifikationen (fx. Desacid, calciumcarbonat).
kaliumbicarbonat, kaliumhydrogencarbonat efter vinifikation.
dobbeltsalt (fx. Acidex/calciumcarbonat), kaliumcarbonat eller malolaktisk gæring (som er en bakterie, der ikke reducerer, men omsætter den skarpe æblesyre til den milde mælkesyre).
blending, dvs. bland vinen med en vin med lavt syreindhold.
Hvis der er for lidt syre, kan vinsyre (og kun vinsyre) tilsættes før vinificering. Efter vinificering kan andre syrer tilsættes for at hæve syremængde:
calciumsulfat
calciumchlorid
citronsyre, nemt og billig at anskaffe
æblesyre, skarp i smagen
mælkesyre, blød i smagen
vinsyre, den mest stabile syre
blending, dvs. bland vinen med en vin med højt syreindhold
ølbryggerne kan bruge sur malt, mørke malttyper og eventuel syrepause ved 35 grader under mæskning
Buffer i kemi
Jeg har undladt at redegøre for buffer-spørgsmålet, men vil dog blot til sidst bemærke, at vin har stor bufferkapacitet, med andre ord: syren i vin optræder som et korresponderende syre-base-par. Syren kan både optage og afgive brintioner. Den virker dermed som buffer mod pH-ændringer, derfor kan vin med stor bufferkapacitet fastholde pH-værdi selvom syremængde ændres. Det har betydning ved fremstilling af vin, men også i cider, mjød og øl. I afsnit om vand bliver buffer-spørgsmålet yderligere forklaret.
Estere og fenoler
Estere er kemiske forbindelser der dannes ved reaktion mellem alkohol og carboxylsyre samt eventuelt vinsyre samt andre frugtsyrer under kondensreaktion. Nogle estere afgiver frugtagtig smag og duft, ex. på dufte der genereres af estere er: fersken, banan, hindbær, pære, appelsin, ananas, æble, jasmin, abrikos m.m.
Fenoler er opbygget af aromatisk kulbrinte bundet til hydroxylgrupper i en ringstruktur. Fenoler er en gruppe af kemiske stoffer, der består af en hydroxylgruppe (-OH), som er bundet til en aromatisk kulbrinte. Fenoler genererer farve, garvesyre og duft typisk fra kerner, stilk og skind. Jo mere sollys en drue får, des flere fenoler og jo længere tids kontakt med skaller giver flere fenoler – dvs. farve og garvesyre som i rødvin.
Estere og fenoler gennemgåes i detaljer i afsnittet : Frugt.
Billedtext: Brint også kaldet hydrogen er det mindste atom i det periodiske system.
Med denne blog vil jeg formidle de erfaringer, jeg har indsamlet gennem årene med at lave mjød, øl, cider, vin etc.. Som ung mand i firserne eksperimenterede jeg med at lave vin på druesaft fra Matas og i nullerne var det hjemmebrygget øl, der blev eksperimenteret med. Siden 2013 har jeg haft mit eget mjødbryggeri : Magtenbølle Honning & Mjød, jeg har afholdt en del bryg-kurser og har også udført forskellige konsulent opgaver. Det har givet en masse erfaringer, jeg gerne vil formidle i denne blog.
Der er lavet mange gode blogs om at brygge mjød, øl, fremstille vin, frugtvin og cider. Men de fleste weblogs har fokus på, hvordan man fremstiller en alkoholisk drik. Hvordan-spørgsmålet bliver typisk en udvidet opskriftsbeskrivelse af, hvordan man brygger øl, laver vin etc. Ofte bliver det også en lidt overfladisk proces-beskrivelse.
Jeg ønsker, at stille spørgsmålet hvad, der sker når gæren omdanner sukker til en alkoholisk drik. Det er min hensigt, at komme ind på et mere substantielt svar på, hvad det vil sige at lave alkoholiske drikke. Hjemmebryg sættes ind i en kulturel sammenhæng, samtidig med at der formidles en god og solid basisviden om, hvad der sker i brygprocessen. Det skaber grundlag for at forstå, hvordan vi laver godt hjemmebryg.
Jeg har indtil nu forberedt 18 blogindlæg, måske kommer der flere og måske er der nogle blogindlæg der bliver splittet op i to. Planen er, at frigive et blogindlæg om ugen. Følgende emner vil blive behandlet her på bloggen:
Introduktion
Grundviden
Sukker og enzymer
Gær
Vand
Malt
Humle
Vindruer
Frugt
Honning
Ølbrygning
Fremstilling af vin på druer
Mjødbrygning
Cider
Frugtvin på havens frugter
Rengøring
Måle og veje
Udstyr og kommerciel virksomhed
I bloggen er det muligt at lave en tråd, om de emner jeg kommer ind på. Den gamle græske filosof Sokrates ville helt sikkert elske webbloggens dialogstruktur, dialogen var et vigtigt redskab i hans filosofi. Jeg har valgt også at formidle mine oplæg via Youtube, så det er muligt at høre blogindlæggene som podcast. Et værktøj jeg selv bruger temmelig meget.
Alkoholiske drikke har vi mennesker lavet i mange tusinde år. Hjemmebryg har været en integreret del af vores liv i flere årtusinder og har gennemgået en udvikling, der er sammenlignelig med mange andre forhold, vi omgiver os med. Med industrialiseringen blev det meget nemmere at fremstille mange gode produkter. Men med industrialiseringen er også opstået nye problemer. Miljøbelastning, kedelig ensartethed samt industrialiseringens tingsliggørelse af mennesket. Det må vi gøre noget ved! Vi skal bruge det bedste vi har lært fra tidligere tiders bryggere og med lidt kreativitet og innovation skaber vi hjemme i køkkenet fremtidens super gode alkoholiske drikke.
Håber min blog kan være til inspiration for mange hjemmebryggere.
Klaus Ankerstjerne Eriksen /januar 2025
Kilder :
”Vin – af druer og anden frugt” – Jørgen Bech-Andersen og Jørgen Broe, 2018 ”Vinavl i Danmark” – Benny Génsbøl og Jens Michael Gundersen, 1998 ”Understanding Wine Technology” – David Bird, 2010 ”Techniques in home winemaking” – Daniel Pambianchi, 2019 ”Table Wines” – Amerine og Joslyn, 1970 ”Håndbog i ølbrygning” – Simon Wrisberg, 2006 ”How to brew” – John Palmer, 2006 ”Designing Great beers” – Ray Daniels, 1996 “Lehninger : Pinciples of Biochemistry” – red. af: Nelson og Cox, 7. edition “Malt” – John Mallett, 2014 “Water” – John Palmer og Colin Kaminski, 2013 “Hops” – Stan Hieronymus, 2012 “Yeast” – Chris Whte og Jamil Zainasheff, 2010 ”Lærebog i biavl” – Eigil Holm, 2009 “The Compleat Meadmaker” – Ken Schramm, 2003 “Fra honning til mjød” – Kronborg Vestre Birk biavlerforening, 2016 “The new cider maker’s Handbook” – Claude Jolicoeur, 2013 “Craft Cider Making” 3die udgave – Andrew Lea, 2015 ”The rise of scientific Europe 1500-1800” – D. Goodman og C. A. Russell, 1991 “De revolutionibus orbium coelestium” Nicolaus Copernicus 1543 (eng. udgave fra 1978) ”Honeybee democracy” – Thomas D. Seeley, 2010
Du kan også som medlem af følgende foreninger tilegne dig megen relevant viden og hjælp: www.vinavl.dk www.ale.dk (Danske Ølentusiaster) www.biavl.dk Bliv medlem af det lokale håndbryggerlaug Følg relevante grupper på FB www.haandbrygforum.dk
I løbet af vinteren frigiver jeg bloggen www.brygnoerd.dk . Formålet er at dele mange af de erfaringer, jeg har gjort gennem årene med at brygge mjød, øl, cider og vin. Mine noter og oplæg jeg har brugt til undervisning og anden type oplysning har jeg samlet sammen og redigeret med henblik på at lave denne blok. Det er planen at udgive et oplæg en gang om ugen.
