Le pH est un facteur important dans le brassage d’une bière de qualité. Les niveaux de pH au cours des différentes étapes du processus de brassage affectent le potentiel d’extraction, la couleur de la bière, la formation du hot-break, la stabilité de la mousse, l’extraction de l’huile de houblon, l’amertume du houblon et la lautérabilité de la bière. C’est également une considération importante pour la qualité de la bière pendant le stockage, car un faible pH inhibe la croissance bactérienne.

Qu’est-ce que le pH, exactement ?

La valeur du pH d’une solution est une façon d’exprimer l’acidité ou l’alcalinité de cette solution. La plupart des brasseurs amateurs connaissent l’échelle de pH et savent que les valeurs supérieures à 7 sont basiques (ou alcalines) et que les valeurs inférieures à 7 sont acides (En supposant que la lecture du pH est prise à 68 °F/20 °C). Vous ne savez peut-être pas que Soren Sorensen, un biochimiste danois travaillant pour les laboratoires Carlsberg, est l’homme qui a établi le concept de pH. Mais qu’est-ce que le pH, exactement ? Un bon point de départ pour expliquer le pH est l’eau pure. L’eau pure est un mélange composé principalement de molécules de H2O, et d’un très petit nombre d’ions hydronium (H3O+) et d’ions hydroxyle (OH-). En effet, dans l’eau pure, un petit nombre de molécules d’eau se dissocient spontanément en ions H+ et OH-. Les ions H+ se combinent presque immédiatement avec une molécule d’eau pour former H3O+. La notion de pH peut être abordée de façon intéressante à l’aide du concept de la constante d’ionisation de l’eau, ou Kw. Kw est définie comme le produit de la concentration des ions H3O+ et OH- présents dans la solution ou :

Kw =

(Dans une équation chimique, les parenthèses autour d’un ion ou d’une molécule indiquent la concentration de cette substance.)

Kw = 2 = 10-14

En résolvant pour , on trouve que :

= 10-7 (ou 0.0000001)

Le pH est défini comme le log négatif de la concentration en ions hydronium, ou de manière équivalente :

pH = -log

Donc, dans l’eau pure à 25 °C (77 °F), la concentration en H3O+ est de 10-7, et le pH est donc de 7.

Dans l’eau pure à 25 °C (77 °F), le pOH – le log négatif de la concentration en ions hydroxl – est également de 7 (car la concentration en ions hydronium et hydroxl est égale). En outre, dans toute solution aqueuse diluée, à n’importe quelle température, ce qui suit est vrai :

pH + pOH = pKw

Cette relation devient importante lors de la mesure du pH des solutions – comme le brassage ou l’ébullition du moût – à des températures autres que 25 °C (77 °F), car le Kw varie avec la température.

L’acidité ou l’alcalinité relative d’une solution aqueuse dépend de la présence de plus d’ions H3O+ ou d’ions OH- dans la solution. S’il y a plus d’ions H3O+ présents, la solution est acide. S’il y a plus d’ions OH- présents, la solution est basique (ou alcaline).

Par exemple, si vous ajoutez un peu d’acide à de l’eau pure à 25 °C (77 °F), la concentration d’ions hydronium augmente. Par conséquent, le pH diminue car le pH est le log négatif de cette concentration. De plus, étant donné qu’à cette température, pH + pOH = 14, la concentration d’ions hydoxyle diminue – parce que certains ions hydronium et ions hydoxyle réagissent pour former des molécules d’eau – et par conséquent le pOH augmente.

En raison de la façon dont le pH est défini, l’échelle de pH n’est pas linéaire. Une solution qui a un pH de 4 est dix fois plus acide qu’une solution qui a un pH de 5, et cent fois plus acide qu’une solution qui a un pH de 6.

Changement pendant le processus de brassage

Pendant le processus de brassage, le pH du moût et de la bière change. L’eau provenant de la plupart des sources d’eau municipales aura un pH supérieur à 7 (car elle est traitée pour éviter la corrosion des tuyaux). Lorsqu’elle est associée à du malt concassé, le pH du mélange de céréales et d’eau diminue considérablement par rapport au pH initial de l’eau seule.

Diminution naturelle du pH

Cette diminution du pH observée est le résultat de la modification de la composition minérale au sein de la solution. Le principal changement qui se produit au cours du processus de brassage est la précipitation des phosphates et des acides aminés dérivés du malt. Les phosphates, comme l’acide phosphorique, vont se dissocier. Par exemple :

H3PO4 -> H+ + H2PO4-

H2PO4- -> H+ + HPO4-2

et

HPO4-2 -> H+ + PO4-3

Si des ions calcium sont présents, les phosphates vont précipiter sous forme de phosphate de calcium, laissant derrière eux des ions hydrogène :

3Ca+2 + 2H3PO4 -> 6H+ + Ca3(PO4)2

Une réaction similaire se produit si des ions magnésium sont présents, mais le phosphate de magnésium est plus soluble que le phosphate de calcium, l’effet sur le pH est donc moins spectaculaire.

Une réaction se produira également si des acides aminés ou des polypeptides sont présents dans la solution. Les ions calcium vont réagir avec le groupe des acides aminés :

2(Groupe acide aminé – COOH) + Ca+2 -> Ca (Groupe acide aminé – COO)2 + 2H+

Si du sulfate de calcium (CaSO4) est ajouté à l’eau de brassage, les acides aminés formeront le précipité insoluble décrit ci-dessus, laissant derrière eux des ions hydrogène (H+) – qui, rappelons-le, se combinent instantanément avec l’eau pour former des ions hydronium – et des ions sulfate, (SO4-2).

Ces changements dans la composition minérale et la précipitation des sels de calcium sont responsables de la majorité de la diminution du pH observée avant la fermentation. Cependant, la composition de la facture de céréales influence également le pH. Si la même eau est utilisée pour deux empâtements, un empâtement contenant des malts de spécialité foncés aura un pH plus faible qu’un empâtement composé entièrement de malts de base pâles. Un empâtage de malts pâles et d’un adjuvant amylacé – comme le riz ou le maïs – aurait un pH plus élevé que les deux précédents.

Interférence avec la diminution naturelle du pH

La présence d’autres minéraux dans l’eau de brassage peut interférer avec la diminution du pH pendant le processus de brassage. Plus précisément, les ions carbonate (CO3-2) et bicarbonate (HCO3-) (les ions associés à la dureté temporaire de l’eau) peuvent agir comme des tampons à la diminution du pH. Ces ions interagissent avec les molécules d’eau pour former des ions hydroxyle (OH-) :

CO3-2 + H2O -> HCO3- + OH-

HCO3- + H2O -> H2CO3 + OH-

Ces ions OH- supplémentaires vont ensuite réagir avec tous les ions H3O+ qu’ils rencontrent et produire des molécules d’eau. Cela élimine efficacement les ions H+ supplémentaires générés par le processus de brassage et limite la diminution naturelle du pH. C’est pourquoi il est important de s’assurer que les ions responsables de la dureté temporaire sont éliminés de l’eau de brassage, en particulier lors du brassage de bières claires.

Phosphore du moût

Optimalement, le pH d’un moût d’infusion devrait se situer dans la plage 5,2-5,6, la moitié inférieure de cette plage étant souvent citée comme étant préférable. Cette plage est un compromis entre les pH optimaux pour une variété de procédés. Le pH du moût affecte de nombreux aspects du brassage, y compris le rendement en extrait, la fermentabilité, l’extraction des tanins, la lautérabilité et le temps de saccharification.

Dans un moût d’infusion, le plus grand rendement en extrait est obtenu lorsque le pH du moût est de 5,2-5,4. Le moût le plus fermentescible est obtenu dans la gamme 5,3-5,4. Le temps de conversion le plus rapide est obtenu dans la gamme 5,3-5,6.

Si le pH pendant l’empâtage est trop élevé, l’hydrolyse de l’amidon et des protéines peut être affectée négativement. De plus, un pH élevé pendant l’empâtage augmentera la quantité de dextrines présentes dans le moût, ce qui donnera un moût moins fermentescible.

Les enveloppes de l’orge maltée contiennent des composés tels que des polyphénols (comme les tanins) et des composés de silice qui sont plus solubles, et donc plus facilement extraits, dans des conditions de pH élevé. Les polyphénols peuvent contribuer à l’instabilité colloïdale et produire de l’astringence dans la bière finie.

La plupart des polyphénols sont extraits pendant les étapes finales de l’écumage, lorsque le pH du moût écoulé de la trempe augmente. Il est donc important d’arrêter de collecter le moût lorsque le pH des derniers écoulements grimpe à 5,8-6,0. (Notez que c’est le pH du moût écoulé qui importe, et non le pH de l’eau de barbotage.)

Le pH optimal pour de nombreux aspects de l’empâtage varie en fait en raison de la température, de l’épaisseur de l’empâtage et d’autres facteurs, notamment si un empâtage par infusion ou par décoction est employé. En tant que tel, les plages de pH optimales citées dans la littérature brassicole varient parfois de façon assez importante.

Pour le brasseur amateur, obtenir un pH d’empâtage dans la bonne fourchette améliorera grandement votre bière si vous avez précédemment manqué la cible. Cependant, faire de petits ajustements dans la fourchette acceptable n’entraînera probablement pas de changements majeurs dans votre bière. En général, une fois que vous aurez appris à contrôler votre pH pour une bière donnée, vous n’aurez pas besoin de surveiller le pH à chaque séance de brassage. Dans de nombreux cas, la première fois qu’un brasseur vérifie son pH, il constatera que tout était OK depuis le début.

Contrôler le pH du moût

Si le pH de votre moût ne se situe pas naturellement dans la plage acceptable, il existe diverses façons de le manipuler. Le problème le plus courant pour les brasseurs, en particulier ceux qui ont beaucoup d’ions carbonate dans leur eau, est un pH du moût trop élevé. Pour abaisser le pH, les brasseurs ajoutent souvent des ions calcium, provenant du gypse (sulfate de calcium) ou du chlorure de calcium. Dans une fournée de 19 litres, une ou deux cuillères à café de l’un ou l’autre de ces produits suffisent souvent à résoudre le problème. De même, des acides organiques – comme l’acide lactique ou l’acide phosphorique – peuvent être ajoutés pour abaisser directement le pH du moût. L’ajout de malt aigre, jusqu’à environ 5 % du grist, est une façon  » naturelle  » d’ajouter de l’acide lactique à l’empâtage.

Si l’eau du brasseur contient beaucoup de carbonates, et que c’est ce qui maintient son pH trop élevé, le niveau de carbonate peut être grandement réduit en faisant bouillir l’eau et en la soutirant du précipité. Cependant, il est généralement plus facile de simplement traiter l’eau riche en carbonates avec de l’acide (pour neutraliser les carbonates) ou de la diluer avec de l’eau distillée ou de l’eau préparée par osmose inverse (OI).

Dans certains cas, notamment si un brasseur utilise une eau très douce et fabrique une bière foncée, le pH de la trempe peut être trop bas. Dans ces cas, l’ajout d’un peu de craie (carbonate de calcium) ou de bicarbonate de soude (bicarbonate de sodium) aidera.

L’importance du pH d’ébullition

Après l’empâtage, le moût est écoulé dans la bouilloire et bouilli. Tout comme le pH est important dans l’empâtage, il affecte également de nombreux processus différents dans l’ébullition. Pendant l’ébullition, le phosphate de calcium continuera à être précipité – tout comme pendant l’empâtage – tant qu’il y aura suffisamment de calcium dans le moût. En tant que tel, le pH diminue et continue de diminuer au fur et à mesure que l’ébullition progresse.

Optimalement, un pH de moût post-bouillie de 5,0-5,2 devrait être atteint. Atterrir dans la bonne fourchette vous aidera à obtenir le meilleur caractère extrait de votre houblon, à maximiser la quantité de cassure de houblon qui se forme et à garder la prise de couleur pendant l’ébullition à un minimum. Généralement, établir le bon pH d’empâtage vous permettra d’atteindre le bon pH d’ébullition sans aucune manipulation, mais ce n’est pas toujours le cas.

L’isomérisation des acides alpha en acides iso-alpha pendant l’ébullition du moût est influencée par le pH. Cette réaction d’isomérisation est favorisée par un pH plus élevé. Dans une fourchette de pH de 8 à 10, la conversion en acides iso-alpha peut approcher les 90 %. (C’est pourquoi les extraits de houblon sont produits à des niveaux de pH très élevés.) Dans les plages de pH typiques du moût (5,2-5,4), la conversion est limitée à un maximum théorique d’environ 60%, avec une valeur d’utilisation finale d’environ 35%. Cela ne signifie pas qu’un pH d’ébullition élevé est une bonne chose ; bien que les ébullitions à pH élevé extraient plus d’amertume du houblon, le caractère de cette amertume est plus  » grossier  » et la bière souffrira probablement de nombreux autres problèmes liés au pH.

La coagulation de la casse chaude – un complexe de protéines et de polyphénols – est une autre fonction importante de l’ébullition. Le pH de votre ébullition a un effet très visible sur ce point. Le pH optimal pour la formation de la cassure est de 5,2. Si, au début de votre ébullition, vous voyez de gros morceaux pelucheux de matériel de cassure dans votre moût, vous aurez la confirmation visuelle que votre pH est dans la bonne fourchette.

La couleur du moût augmente généralement pendant le processus d’ébullition du moût en raison des réactions de Maillard, des réactions entre les acides aminés et les sucres. Les réactions de Maillard ne sont pas favorisées à des valeurs de pH inférieures, donc avoir un moût de pH inférieur est important si l’on veut produire une bière de couleur plus claire.

Si le pH de votre bouilloire doit être abaissé, ajouter un peu de calcium aide généralement. Pour cinq gallons (19 L) de moût, 1⁄4-1⁄2 cuillère à café de gypse ou de chlorure de calcium devrait faire l’affaire. Vous pouvez également ajouter de l’acide.

Et enfin, la fermentation

Pendant la fermentation, le pH continue de baisser pour diverses raisons. Les cellules de levure absorbent des ions ammonium (qui sont fortement basiques) et excrètent des acides organiques (dont l’acide lactique). La souche de levure choisie peut affecter le pH final de la bière. La plupart des bières blondes ont un pH de 4,2 à 4,6, et certaines ales ont un pH aussi bas que 3,8. (Les bières acidulées peuvent avoir des valeurs de pH autour de 3,0.)

L’obtention d’un pH optimal, inférieur à 4,4, favorise une maturation plus rapide de la bière (y compris l’absorption du diacétyle), une meilleure clarté de la bière, une meilleure stabilité biologique et un goût de bière  » plus raffiné « .

Les brasseurs ajustent rarement le pH final de la bière avec de l’acide. Pour atteindre un pH final convenable, il suffit de réaliser une bonne et vigoureuse fermentation. Comme le pH diminue avec l’atténuation, les bières plus sèches ont tendance à avoir des valeurs de pH légèrement inférieures. Une anecdote intéressante sur la fermentation est que certaines molécules de la bière en fermentation se décolorent au fur et à mesure que le pH diminue, de sorte que la couleur de la bière s’éclaircit en fait légèrement pendant la fermentation.

Résumé

Le pH affecte presque toutes les réactions physiques, chimiques et biochimiques qui se produisent au cours du processus de brassage. Les brasseurs qui comprennent les facteurs qui affectent le pH et la façon de les gérer pendant le processus de brassage seront plus à même de produire régulièrement de la bonne bière. Bien que le pH soit clairement une variable importante dans le processus de brassage, il requiert rarement une grande attention de la part du brasseur amateur. Habituellement, faire correspondre la liste des grains avec une eau de brassage appropriée devrait être tout ce dont vous avez besoin pour assurer une journée de brassage réussie.

Mesurer le pH (par Chris Colby)

La meilleure façon de mesurer le pH dans une brasserie maison est d’utiliser un pH-mètre bon marché. Il existe de nombreux modèles adéquats qui coûtent moins de 100 $.

Lorsque vous recevez votre pH-mètre pour la première fois, commencez à tremper l’électrode dans une solution de stockage d’électrode. Chaque fois que le pH-mètre n’est pas utilisé, il devra être stocké dans cette solution. Idéalement, il ne faut jamais laisser l’électrode se dessécher.

Etalonner le pH-mètre selon les instructions de l’appareil, en utilisant un tampon de pH 7,01 et un tampon de pH 4,01.

Prendre votre échantillon de moût dans un verre propre. Si l’échantillon provient de la trempe, refroidissez-le à température ambiante, même si votre pH-mètre dispose d’un contrôle automatique de la température (à température ambiante, le pH de l’échantillon refroidi sera environ 0,35 unité plus élevé que le pH à la température de la trempe). La lecture d’échantillons chauds réduit la durée de vie de l’électrode. Rincez l’électrode avec de l’eau distillée puis séchez-la avec un tissu. Ne laissez pas le tissu toucher l’électrode, approchez-le juste assez pour évacuer le liquide.

Placez l’électrode dans l’échantillon et donnez-lui un rapide tourbillon. Assurez-vous qu’il n’y a pas de bulles attachées à l’électrode. Mettez l’électrode sous tension. L’alimentation de l’électrode ne doit jamais être sous tension à moins que l’électrode ne soit immergée.

Avec l’alimentation de l’électrode, le compteur prend la lecture. Notez-la dans votre carnet de laboratoire, puis coupez l’alimentation de l’électrode avant de la retirer de la solution. Rincez à nouveau l’électrode avec de l’eau distillée, séchez-la et remettez-la dans la solution de stockage.