Comment la température et le pH affectent-ils le brassage et la filtration ?

Les brasseurs gèrent les valeurs de température et de pH pour contrôler les performances enzymatiques dans la purée, réduire l'extraction des tanins pendant la filtration et améliorer les performances de la levure pendant la fermentation, ainsi que la qualité globale du produit (Buttrick, 2012). Pendant le brassage, l'activité enzymatique dépend principalement de la température, elle augmente avec la hausse des températures et chaque enzyme atteint sa propre plage optimale (Kunze, 2014). L'augmentation de la température de la purée augmente la vitesse des réactions catalytiques, accélère les vitesses de déploiement et de précipitation des protéines, accélère les étapes de diffusion et de dissolution, facilite le mélange et, à certaines températures, provoque la gélatinisation de l'amidon et décompose la structure cellulaire des tissus de l'endosperme non modifié (Briggs, 2004). Si la température de brassage est inférieure à la plage optimale pour une conversion correcte, cela peut réduire l'extrait de grain et augmenter la durée de filtration (Agu, 2011). Différentes étapes de température de brassage sont conçues pour maximiser l'hydrolyse de différentes compositions de mouture. Les protéases avec une plage idéale de 35 à 45°C décomposent la matrice protéique contenant les granules d'amidon. Les glucanases fonctionnent mieux à 45-55°C et décomposent les gommes d'hémicellulose, tandis que les amylases décomposent les granules d'amidon et fonctionnent mieux à 61-67°C (Buttrick, 2012). À des températures plus élevées, l'inactivation de l'enzyme se produit en raison du déploiement de la structure tridimensionnelle de l'enzyme appelée dénaturation (Kunze, 2014) . La fermentescibilité du moût peut être modifiée par la température de brassage en raison de la température de dénaturation plus basse de la β-amylase; l'atténuation ne sera apparente qu'après la fermentation (Muller, 1991). La structure de l'enzyme peut également changer en fonction de la valeur du pH. L'activité enzymatique atteint une valeur optimale à la fois pour la température et le pH, qui est spécifique à chaque enzyme et diminue à des valeurs de température et de pH supérieures ou inférieures. L'effet du pH sur l'activité enzymatique n'est généralement pas aussi important que l'effet de la température (Kunze, 2014) .

Figure 1. La réaction du bicarbonate dans une solution acide pour augmenter l'alcalinité (Briggs, 2004)

La composition du grain sera la plus grande influence des composés de moût produits, certaines considérations étant le malt par rapport aux pourcentages d'appoint, la teneur moyenne en protéines et la modification du malt. Cependant, la liqueur de brasserie a un effet significatif sur le pH de la purée et du moût (Taylor, 1990). Les interactions entre les ions calcium et magnésium et les composants du moût ont un effet critique sur le pH de la purée et du moût en éliminant l'hydrogène libre par les ions bicarbonate et en augmentant le pH (Figure 1). Les ions calcium et magnésium réagissent avec les composés de la purée tels que le phosphate inorganique, l'acide phytique et les phosphates d'inositol moins phosphorylés, les protéines et les peptides, apportant de l'hydrogène libre à la purée et abaissant le pH (figure 2) (Briggs, 2004) .

Figure 2. La réaction des ions calcium lorsque l'acide phosphorique est utilisé pour augmenter l'acidité (Briggs, 2004)

Le phosphate de calcium est moins soluble à des températures plus élevées, ce qui fait baisser le pH de la purée pendant la décoction et diminue davantage pendant l'ébullition. Une source d'erreur provient de la mesure du pH du moût ou de la purée à température ambiante, car les acides faibles se séparent davantage à mesure que la température augmente, de sorte que le pH de la solution diminue. À 65 °C, le pH du moût est d'environ 0,35 pH inférieur à la température ambiante et de 0,45 pH inférieur à 78 °C. Au fur et à mesure que la température de la purée change selon les différentes étapes de repos et de brassage, le pH change également (Briggs, 2004) .

L'écrasement d'un malt légèrement touraillé avec de l'eau distillée donne un moût d'environ 5,8 à 6,0 pH, cette valeur est maintenue par les solutions tampons naturelles des phosphates et des protéines du grain. Les moûts d'infusion en une étape sont exécutés dans une plage de compromis de 5,2 à 5,4 pH, ce qui donne un pH de 5,5 à 5,8 à température ambiante. Une réduction trop importante du pH entraîne une plus grande quantité de matières azotées solubles mais prolonge le temps de saccharification et réduit le rendement de l'extrait. L'abaissement du pH avec du calcium et d'autres moyens accélère le taux de dégradation de l'amidon, augmente l'azote soluble total et les nitrates aminés libres et réduit la couleur du moût. Simultanément, des altérations des caractéristiques de solubilité des protéines se produisent, le pouvoir tampon du moût augmente et les utilisations éventuelles du houblon diminuent (Briggs, 2004) . Une conséquence de l'augmentation des acides aminés libres libérés est qu'ils contribuent en tant que précurseurs aromatiques tout en minimisant la formation d'acides férulique et coumarique (Schwarz, 2012). Il a été démontré que l'abaissement supplémentaire du pH à l'aide d'acide lactique provenant de sources chimiques ou biologiques améliore la qualité et le traitement des bières lorsque le grain est composé de 20 % (Lowe, 2005) et 50 % d'orge non malté (Lowe, 2004).

Enzymes de manière optimale dans des plages de pH étroites : les peptidases sont à 5-5,2 pH ; glucanases à 4,7-5pH ; et la β- et α-amylase sont respectivement à 5,4-5,6 pH et 5,6-5,8 pH (Buttrick, 2012). Dans le brassage, l'hydrolyse d'un substrat repose sur le mélange dans le grain, le rapport eau / grain, la grossièreté du broyage et la distribution des particules dans le grain. De même, les conditions de brassage et les opérations de la salle de brassage peuvent affecter le pH optimal (Briggs, 2004) . Malheureusement, les relations entre la composition du moût et la température sont bien mieux comprises que celles entre la composition du moût et le pH car il existe peu de recherches consacrées à la matière (Bamforth, 2001). Cependant, la principale méthode de contrôle du pH de la bière est pendant le brassage; l'extraction des solutions tampons des composés hydrolysants de l'orge affectera directement la structure finale du pH de la bière finale (Taylor, 1990) .

Pendant la collecte du moût, les tampons sont rincés de la purée, ce qui augmente le pH, en particulier s'il y a des ions bicarbonate présents dans la liqueur d'aspersion. Le pH plus élevé attire les polyphénols et les arômes indésirables du lit de grains. Les meilleures pratiques consistent à maintenir le pH de la liqueur en réduisant les bicarbonates et en utilisant des niveaux appropriés de calcium (Briggs, 2004) . De plus, le maintien de la température du lit de grains pendant la filtration est connu pour améliorer la filtration en réduisant la viscosité de la purée (Bühler, 1996)

Pendant la pause à chaud dans la bouilloire, le pH du moût diminue de 0,2 à 0,3, principalement en raison de la précipitation supplémentaire de sels à base de calcium. Cela amène le moût à près de 5 pH, ce qui est idéal pour une fermentation vigoureuse pour de nombreuses souches de levure. La fermentation provoque une chute de 0,5-07pH. À la fin de la fermentation, les bières à base d'orge ont un pH d'environ 4,1 à 4,5, les bières de blé étant légèrement plus acides. Selon les pratiques dans la cave de la brasserie, les bières telles que les lambics et autres styles acides auront un niveau de pH encore plus bas à cause des bactéries productrices d'acide (Buttrick, 2012).

Les références

Agu, R. (2011) Effet de la température de brassage sur la transformabilité de l'orge maltée. Technologie. Q. Maître Brasseur. Assoc. Suis. 48(1), 4-8.

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Briggs, D., Boulton, C., Brookes, P. et Stevens, R. (2004) Brewing Science and Practice. Woodhead Publishing Limited, Cambridge, Royaume-Uni, 104-122.

Bühler, T., McKechnie, M. et Wakeman, R. (1996) Agrégation de particules induite par la température dans le brassage et son effet sur les performances de filtration. Transformation des aliments et des bioproduits, 74 (4), 207–211.

Buttrick, P. (2012) Mashing , dans The Oxford Companion To Beer; Oliver, G. Ed.; Presse universitaire d'Oxford, New York, 576-578.

Kunze, W., Manger, H. et Pratt, J. (2014) Technology Brewing & Malting, 5e éd ; Haendel, O. Ed.; VLB, Berlin, 220-225.

Lowe, DP, Ulmer, HM, Barta, RC, Goode, DL et Arendt, EK (2005) Acidification biologique d'un moût contenant 20 % d'orge à l'aide de Lactobacillus Amylovorus FST 1.1 : ses effets sur la qualité du moût et de la bière. Journal de l'American Society of Brewing Chemists. 63 (3), 96–106.

Lowe, DP, Ulmer, HM, Sinderen, D. et Arendt, EK (2004) Application de l'acidification biologique pour améliorer la qualité et la transformabilité du moût produit à partir de 50 % d'orge brute. Journal de l'Institut de Brassage, 110 (2), 133–140.

Muller, R. (1991) Effets de la température de brassage et de l'épaisseur de la purée sur la composition en glucides du moût. J. Inst. Brasser. 97, 85-92.

Schwarz, K., Boitz, L. et Methner, F. (2012) Libération d'acides phénoliques et d'acides aminés pendant le brassage en fonction de la température, du pH, du temps et des matières premières. Confiture. Soc. Brasser. Chim. 70(4), 290-295.

Taylor, D. (1990) L'importance du contrôle du pH pendant le brassage. Technologie. Q. Maître Brasseur. Assoc. Suis. 27, 131-136.