pHは高品質なビールを醸造する上で重要な要素です。 醸造プロセスの様々な段階におけるpHレベルは、ビールの抽出ポテンシャル、ビールの色、ホットブレークの形成、泡の安定性、ホップオイルの抽出、ホップの苦味、そしてロータービリティに影響を与えます。

では、pHとはいったい何なのでしょうか？

溶液のpH値は、その溶液の酸性またはアルカリ性を表現する方法です。 ほとんどの醸造家はpHスケールに精通しており、7以上の値は塩基性（またはアルカリ性）、7未満の値は酸性であることを知っています（pHの測定値が68°F/20°Cであると仮定した場合）。 しかし、カールスバーグ社に勤務していたデンマーク人生化学者のソレン・ソレンセンが、pHの概念を確立した人物であることはご存知ないかもしれません。 では、pHとは一体何なのでしょうか？ pHを説明するには、まず純水から始めるのがよいでしょう。 純水は、ほとんどがH2O分子で、ごく少数のヒドロニウムイオン（H3O+）とヒドロキシルイオン（OH-）が含まれている。 これは、純水の中では、少数の水分子が自発的にH+イオンとOH-イオンに分解するからである。 H+イオンは、ほとんど即座に水分子と結合してH3O+になる。 pHの考え方は、水のイオン化定数（Kw）という概念を使うとうまくいきます。 Kwは、溶液中に存在するH3O+イオンとOH-イオンの濃度の積として定義されます：

Kw =

（化学式において、イオンや分子を括弧で囲むことは、その物質の濃度を示します）

Kw = 2 = 10-14

を解くと次のようになります：

= 10-7（または0.0000001)

pHはヒドロニウムイオン濃度の負の対数として定義され、等価的には次のようになります：

pH = -log

従って、25℃の純水ではH3O+の濃度は10-7であり、pHは7です。

25℃の純水では、ヒドロキシルイオン濃度の負の対数であるpOHも7となります（ヒドロニウムイオンとヒドロキシルイオンの濃度が等しいため）。

pH + pOH = pKw

この関係は、Kwが温度によって変化するため、マッシングや麦汁の煮沸など、25℃以外の温度で溶液のpHを測定する際に重要になります。

水溶液の相対的な酸性またはアルカリ性は、溶液中に存在するH3O+イオンとOH-イオンのどちらが多いかによって決まります。

水溶液の酸性・アルカリ性は、H3O+イオンとOH-イオンのどちらが多いかで決まります。

例えば、25℃の純水に酸を加えると、ヒドロニウムイオンの濃度が上がります。

例えば、25℃の純水に酸を加えると、ヒドロニウムイオンの濃度が上がり、その濃度の負の対数がpHなので、pHは下がります。 また、この温度ではpH＋pOH＝14なので、ヒドロニウムイオンとヒドロキシルイオンの一部が反応して水分子になるため、ヒドロキシルイオンの濃度が下がり、結果としてpOHが上がります。

醸造過程での変化

醸造過程では、麦汁やビールのpHが変化します。 ほとんどの自治体の水道水は、配管の腐食を防ぐために処理されているため、pHが7を超えています。

自然なpHの低下

このようなpHの低下は、溶液中のミネラル組成が変化した結果として観測されます。 マッシングプロセスで起こる主な変化は、モルト由来のリン酸塩とアミノ酸の沈殿です。 リン酸などのリン酸塩は、解離します。 例えば、以下のようになります。

H3PO4 -> H+ + H2PO4-

H2PO4- -> H+ + HPO4-.2

および

HPO4-2 -> H+ + PO4-3

カルシウムイオンが存在する場合。 リン酸塩はリン酸カルシウムとして析出し、水素イオンが残ります。

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

マグネシウムイオンが存在する場合も同様の反応が起こりますが、リン酸マグネシウムはリン酸カルシウムよりも溶解性が高いため、pHへの影響はそれほど大きくありません。

また、溶液中にアミノ酸やポリペプチドが存在する場合にも反応が起こります。 カルシウムイオンがアミノ酸基と反応するのです。

2(アミノ酸基-COOH)+Ca+2 -> Ca (アミノ酸基-COO)2 + 2H+

醸造水に硫酸カルシウム(CaSO4)を加えると、アミノ酸は不溶性となります。

醸造水に硫酸カルシウム(CaSO4)を加えると、アミノ酸は前述のような不溶性の沈殿物を形成し、水と瞬時に結合してヒドロニウムイオンとなる水素イオン(H+)と硫酸イオン(SO4-2)が残ります。

このようなミネラル組成の変化とカルシウム塩の析出が、発酵前のpH低下の大部分を占めています。 しかし、グレインビルの組成もpHに影響を与えます。 2つのマッシュに同じ水を使用した場合、ダークスペシャルモルトを使用したマッシュは、ペールベースモルトのみで構成されたマッシュよりも低いpHに落ち着く。

自然なpH低下を妨げるもの

醸造水に含まれる他のミネラルの存在は、醸造プロセスにおけるpH低下を妨げることがあります。 具体的には、炭酸イオン（CO3-2）や重炭酸イオン（HCO3-）（一時的な水の硬度に関連するイオン）が、pH低下の緩衝剤として作用することがあります。 これらのイオンは、水分子と相互作用してヒドロキシルイオン（OH-）を形成します。

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

HCO3- + H2O -> H2CO3 + OH-

これらの余分なOH-イオンは、偶然出会ったH3O+イオンと反応し、水分子を生成します。 これにより、醸造プロセスで発生した余分なH+イオンが効果的に除去され、自然なpH低下が抑えられます。

適切なマッシュのpH

理想的には、インフュージョン・マッシュのpHは5.2～5.6の範囲にあるべきで、この範囲の下半分が好ましいとされています。 この範囲は、様々なプロセスにおける最適なpHの間の妥協点です。

インフュージョンマッシュでは、マッシュのpHが5.2〜5.4のときに最大の抽出量が得られます。

インフュージョンマッシュでは、マッシュのpHが5.2〜5.4のときに最も多くの抽出物が得られ、5.3〜5.4の範囲で最も発酵性の高い麦汁が得られる。

マッシュ時のpHが高すぎると、デンプンやタンパク質の加水分解に悪影響を及ぼすことがあります。

麦芽の殻には、ポリフェノール（タンニンなど）やシリカ化合物などの化合物が含まれており、これらはpHが高いと溶解しやすく、抽出されやすくなります。

ポリフェノールの多くは、マッシュから排出される麦汁のpHが上昇するスパージングの最終段階で抽出されます。

ポリフェノールが最も抽出されるのは、マッシュから流出する麦汁のpHが上昇するスパージングの最終段階であるため、最後に流出する麦汁のpHが5.8～6.0に上昇した時点で麦汁の採取を中止することが重要です（ただし、重要なのは流出する麦汁のpHであり、スパージ水のpHではありません）。

ホームブリューワーにとっては、マッシュのpHを適切な範囲にすることで、これまで失敗していたビールが大きく改善されます。

自家製ビールの場合、マッシュpHを適切な範囲にすることで、これまで失敗していたビールが大きく改善されます。 また、一般的には、あるビールのpHをコントロールする方法を覚えれば、醸造のたびにpHをモニターする必要はありません。

マッシュ のpHをコントロールする

マッシュのpHが自然に許容範囲に収まらない場合は、さまざまな方法で操作することができます。 醸造家にとって最も一般的な問題は、特に水に炭酸イオンが多く含まれている場合、マッシュのpHが高すぎることです。 pHを下げるために、醸造家は石膏（硫酸カルシウム）や塩化カルシウムなどのカルシウムイオンを加えることが多い。 5ガロン（19L）のバッチでは、これらのいずれかを小さじ1〜2杯入れることで問題が解決することが多い。 同様に、乳酸やリン酸などの有機酸を加えることで、マッシュのpHを直接下げることができる。

醸造家の水に炭酸塩が多く含まれていて、それが原因でpH値が高くなっている場合、水を沸騰させて沈殿物をかき出すことで炭酸塩の量を大幅に減らすことができます。

場合によっては、特に軟水を使って黒ビールを造っている場合、マッシュのpHが低すぎることがあります。

ボイルpHの重要性

マッシング後の麦汁はケトルに移され、ボイルされます。 マッシュでpHが重要なように、ボイルでもpHはさまざまなプロセスに影響します。 煮沸中は、麦汁に十分なカルシウムが含まれている限り、マッシュ時と同様にリン酸カルシウムが析出し続けます。

理想的には、煮沸後の麦汁のpHが5.0～5.2になるようにします。

目安としては、煮沸後の麦汁のpHが5.0～5.2になるようにします。適切な範囲に収めることで、ホップの特性を最大限に引き出し、ホップブレイクの量を最大にし、煮沸中の色の変化を最小限に抑えることができます。

麦汁の煮沸中に行われるα酸のイソα酸への異性化反応は、pHに影響されます。 この異性化反応は、pHが高いほど有利になります。 pH8〜10の範囲では、イソα酸への変換率は90％に近づきます。 一般的な麦汁のpH範囲（5.2〜5.4）では、変換率は理論上の最大値である約60％に制限され、最終的な利用率は約35％となります。

タンパク質とポリフェノールの複合体であるホットブレイクを凝固させることは、煮沸のもうひとつの重要な機能です。 煮沸のpHは、これに非常にわかりやすい影響を与えます。 ブレイクの形成に最適なpHは5.2です。

麦汁の色は、アミノ酸と糖の反応であるメイラード反応により、一般的に麦汁の煮沸中に上昇します。

ケトルのpHを下げる必要がある場合は、通常、少量のカルシウムを加えると効果的です。 5ガロン（19L）の麦汁に対して、小さじ1/4～1/2杯の石膏または塩化カルシウムを加えるとよいでしょう。

そして最後に、発酵

発酵中は、さまざまな理由でpHが下がり続けます。 酵母細胞は、アンモニウムイオン（強い塩基性）を取り込み、有機酸（乳酸を含む）を排泄します。 酵母の種類によって、最終的なビールのpHは変わります。 ほとんどのラガービールは4.2〜4.6で終わり、エールビールの中には3.8という低い値のものもあります。

4.4未満の最適なpHを達成することで、ビールの熟成（ジアセチルの取り込みを含む）が早くなり、ビールの透明度が向上し、生物学的安定性が高まり、ビールの味がより洗練されます。 最終的に適切なpHにするために必要なのは、良好で活発な発酵を行うことです。 減衰によってpHが下がるため、乾燥したビールはpH値がやや低くなる傾向があります。

まとめ

pHは、醸造プロセスで起こる物理的、化学的、生化学的な反応のほとんどすべてに影響を与えます。 pH に影響を与える要因を理解し、醸造プロセスにおいてそれらをどのように管理するかを理解している醸造家は、一貫して良いビールを造ることができます。 pHは醸造プロセスにおいて重要な変数であることは明らかですが、ホームブリューワーが大きな注意を払う必要はほとんどありません。

Measuring pH (by Chris Colby)

自家製醸造所でpHを測定するには、安価なpHメーターを使うのが一番です。

pHメーターを手に入れたら、まず電極を電極保存液に浸します。

pHメーターを手に入れたら、電極保存液に電極を浸し始めます。メーターを使わないときは、常にこの液に浸しておく必要があります。

pH7.01の緩衝液とpH4.01の緩衝液を使って、メーターの説明書に従ってメーターを校正します。

清潔なグラスに麦汁サンプルを入れます。 マッシュからのサンプルであれば、pHメーターに自動温度調節機能があっても、室温まで冷やします（室温では、冷やしたサンプルのpHはマッシュの温度でのpHよりも約0.35単位高くなります）。 高温のサンプルを読み取ると、電極の寿命が短くなります。 電極を蒸留水ですすぎ、ティッシュで電極を拭き取ります。

電極をサンプルの中に置き、サンプルを軽く振り混ぜます。 電極に泡がついていないことを確認します。 電極の電源を入れます。

電極に電源が入っていると、メーターが測定値を読み取ります。

電極に電源が入っていると、メーターが測定値を読み取りますので、実験ノートに記録し、電極を溶液から取り出す前に電極の電源を切ります。 電極を再び蒸留水ですすぎ、乾燥させ、保存液に戻します。