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La bière contient environ 90 % d’eau, et l’importance de la liqueur pour la qualité finale de la bière ne peut être surestimée.Historiquement, une corrélation a été observée entre la composition de la liqueur d’une région et le type de bière que la région pouvait le mieux brasser. Les Pale Ales de Burton-on-Trent et d’Édimbourg, les Porters de Londres, les Stouts de Dublin et les Lagers de Pilsen en sont des exemples classiques. L’eau qui tombe sous forme de pluie, de grêle, de neige fondue ou de neige est pure, mais elle dissout des gaz tels que l’oxygène et le dioxyde de carbone présents dans l’atmosphère. Lorsqu’elle atteint le sol, l’eau s’écoule dans les rivières, les ruisseaux et les lacs et, dans certains cas, dans des réservoirs. La composition de l’eau des réservoirs dépend de la nature du bassin versant. Dans les régions où les roches sont dures, l’eau ne pénètre pas en profondeur et est « douce », c’est-à-dire pauvre en sels dissous. Dans les régions où les roches sont plus perméables – gypse ou calcaire par exemple – l’eau pénètre facilement et dissout de nombreux minéraux sur son chemin vers les réservoirs pour devenir « dure ».

L’eau fournie par les autorités locales doit être potable, c’est-à-dire propre à la consommation et exempte d’organismes pathogènes. Afin de réduire le nombre de microbes, du chlore est généralement ajouté, mais l’eau n’est pas stérile. Heureusement, les micro-organismes présents dans l’eau ne sont pas des organismes de détérioration de la bière, car ils sont incapables de survivre aux conditions de forte teneur en éthanol et en résine de houblon et de faible pH que l’on trouve dans les bières. L’objectif du traitement de la liqueur est donc de convertir l’eau qui nous est envoyée par les autorités compétentes en une liqueur de brassage acceptable. Nous y parvenons en éliminant les ions indésirables et en ajoutant les niveaux requis d’ions souhaitables.

Ion	Douceur	Dur
Calcium	10	240
Magnésium	2	50
Bicarbonate	15	250
Sulfate	5	500
Nitrate	5	40
Chlorure	5	50

Calcium

Parmi les ions nécessaires au brassage, le calcium est de loin le plus important. Ceci est dû à l’effet acidifiant du calcium sur le moût.

Le moût contient de grandes quantités de phosphates provenant du malt, qui ont un effet tampon, c’est-à-dire qu’ils ont tendance à absorber les ions hydrogène et à maintenir le pH à un niveau plus élevé que souhaité. Les ions calcium précipitent les phosphates sous forme de phosphate de calcium insoluble et libèrent des ions hydrogène dans le moût. Il convient de préciser ici que si le pH du moût est essentiel, celui de l’eau du réservoir de liqueur chaude (HLT) ne l’est pas. Le pH de l’eau peut varier de 5 à 8 en fonction de la teneur en dioxyde de carbone dissous. Même l’eau déionisée peut avoir un pH aussi bas que 5 après avoir été exposée à l’air. Cependant, le dioxyde de carbone est chassé par la chaleur dans la cuve thermostatée et le pH de l’eau augmente.

La combinaison de la présence d’ions calcium et de la diminution du pH a un certain nombre d’effets sur le processus de brassage : la diminution du pH améliore l’activité enzymatique et, par conséquent, la fermentabilité du moût et l’extrait.

Le pH optimal pour l’activité de la ß-amylase est d’environ 4 à 7. Le moût produit à partir de liqueur ne contenant pas de calcium a un pH de l’ordre de 5-8 – 6-0, comparé à des valeurs de l’ordre de 5-3 – 5-5 pour le moût produit à partir de liqueur de brasserie traitée. L’activité de la ß-amylase est alors considérablement renforcée par l’ajout de calcium, cette exo enzyme augmentant la production de maltose à partir de l’amylose et rendant ainsi les moûts plus fermentescibles.

Le calcium a un effet presque « œuf et poule » dans la précipitation des protéines du moût, à la fois pendant l’empâtage et pendant l’ébullition.

Bicarbonate (alcalinité)

Cet ion doit être contrôlé de très près pour obtenir une bonne bière. Des niveaux élevés de bicarbonate entraînent des valeurs de pH élevées tout au long du processus de brassage, conformément à l’équation :
Il convient de noter que les ions bicarbonate sont plus efficaces pour augmenter le pH du moût que les ions calcium pour le réduire.
La conversion du bicarbonate en acide carbonique est réversible jusqu’à l’application de la chaleur, qui chasse le dioxyde de carbone. Cela permet d’éliminer efficacement l’ion hydrogène acide du système en l’utilisant pour former une molécule d’eau stable. Le pH du moût reste donc élevé et tous les avantages découlant de la présence de niveaux de calcium adéquats et d’un pH réduit sont perdus.

Nous constatons donc ce qui suit :

• Arrière-goût âpre dans la bière finie
• L’extrait sera réduit en raison de la baisse de l’activité de la ß-amylase.
• Réduction de la précipitation des protéines en raison d’un pH élevé
• Les moûts et les bières sont plus exposés aux infections
• Augmentation de l’extraction des matières indésirables dans le moût, notamment les silicates, les polyphénols et les tanins.
• L’utilisation du houblon sera également accrue, ce qui donnera des bières plus amères.

Il en résulte une diminution de la stabilité et de la durée de conservation de la bière, ainsi qu’une augmentation de la probabilité d’apparition de troubles. La couleur sera plus foncée et la saveur sera affectée. Il est donc également essentiel d’assurer l’élimination de l’excès de bicarbonate. Comme le montre le tableau en tête de cet article, l’eau dure peut contenir 250 mgs/l de bicarbonate. Toutefois, la teneur maximale qui peut être tolérée sans effet négatif pour la production de pale ales est de 50 mgs/l et la teneur préférée serait d’environ 25 mgs/l. Il convient également de noter que si des ajouts de calcium peuvent être effectués dans la cuve à eau chaude, la mouture et le cuivre, l’élimination du bicarbonate doit être réalisée dans la cuve à liqueur chaude.

Cela peut se faire de plusieurs manières :

Déionsiation : Très efficace, mais coûts d’investissement et de fonctionnement élevés.

Traitement à la chaux : L’ajout de quantités soigneusement contrôlées de chaux (hydroxyde de calcium) à la cuve à haute température précipite le bicarbonate sous forme de carbonate de calcium. Il y a deux inconvénients majeurs :
1. La quantité ajoutée doit être calculée avec précision et un ajout excessif peut entraîner une augmentation globale de l’alcalinité.
2. Le carbonate de calcium précipité peut former une boue au fond de la cuve à haute température qui devra être nettoyée périodiquement.

L’ébullition : Il s’agit là encore d’une méthode traditionnelle d’élimination du bicarbonate (dureté temporaire), mais elle présente deux inconvénients :
1. Très coûteux.
2. Efficace uniquement lorsque l’alcalinité est présente sous forme de bicarbonate. Si les niveaux de carbonates ou d’hydroxydes de sodium, de potassium ou de magnésium présents sont importants, l’ébullition ne sera pas efficace.

Traitement acide : C’est aujourd’hui la méthode la plus utilisée, pour plusieurs raisons :
1. Relativement peu coûteux.
2. Facile à utiliser et ne produit pas de boues dans la cuve à haute température.
3. Peut ajouter des anions souhaitables – sulfate ou chlorure.
4. On peut utiliser des acides phosphoriques ou lactiques si l’on ne veut pas d’anions, par exemple pour les bières blondes.

Il est essentiel de réveiller la liqueur lors du traitement à l’acide afin de favoriser l’élimination du dioxyde de carbone. Cela peut avoir des effets corrosifs sur les matériaux de construction des chaudières à eau chaude s’ils sont laissés dans la solution.

Magnésium :

C’est un élément essentiel de la liqueur de brasserie car il est nécessaire à la levure en tant que cofacteur pour la production de certaines enzymes nécessaires au processus de fermentation. Il est invariablement formulé dans les traitements de liqueur à des niveaux relativement faibles.

Il convient toutefois d’être prudent pour trois raisons :
1. Un excès de magnésium peut interférer avec les réactions du calcium car ses phosphates sont plus solubles.
2. Au-delà d’environ 20 mg/l, le magnésium peut donner à la bière un goût aigre et amer.
3. En excès, le magnésium a un effet laxatif.

Sodium :

Présente dans toutes les bières. Des niveaux excessifs ne sont pas souhaitables car ils donnent un goût aigre et salé à des concentrations élevées. La saveur est plus acceptable lorsque le sodium est présent sous forme de chlorure que sous forme de sulfate.

Potassium :

Comme le magnésium, c’est un cofacteur de la levure et il est nécessaire à l’état de traces pour des fermentations satisfaisantes. Il est plus acceptable que le sodium d’un point de vue gustatif, car il donne un goût salé sans les notes acides. Il gagne également en popularité car les médecins mettent en garde contre les effets d’une consommation élevée de sodium sur la tension artérielle. Cependant, les sels de potassium sont beaucoup plus chers que leurs équivalents sodiques et, en excès, le potassium a des effets laxatifs sur la bière.

Sulfate et chlorure :

Il est pratique de discuter de l’effet de ces deux ions ensemble. La littérature brassicole fait grand cas de l’impact de ces ions sur les caractéristiques gustatives de la bière – le sulfate donne à la bière un goût plus sec et plus amer, tandis que le chlorure lui confère de la rondeur et, dans une certaine mesure, de la douceur. Toutefois, il convient de noter que c’est le rapport des concentrations de ces deux ions qui est significatif, et non pas simplement les concentrations réelles. Un rapport d’environ 2:1 entre le sulfate et le chlorure est à peu près correct pour une bière amère, et il importe peu que les valeurs réelles soient de 500:250 ou de 350:175 mgs/l. Comme le montre la figure 3, un rapport sulfate/chlorure de 1:2 est recommandé pour les ales douces, tandis qu’un rapport de 1:3 peut donner de meilleurs résultats pour les stouts ou les porters.

Sulfate et Chlorure, il est pratique de discuter de l’effet de ces deux ions ensemble. La littérature brassicole fait grand cas de l’impact de ces ions sur les caractéristiques gustatives de la bière – le sulfate donne à la bière un goût plus sec et plus amer, tandis que le chlorure lui confère de la rondeur et, dans une certaine mesure, de la douceur. Toutefois, il convient de noter que c’est le rapport des concentrations de ces deux ions qui est significatif, et non pas simplement les concentrations réelles. Un rapport d’environ 2:1 entre le sulfate et le chlorure est à peu près correct pour une bière amère, et il importe peu que les valeurs réelles soient de 500:250 ou de 350:175 mgs/l. Comme le montre la figure 3, un rapport sulfate/chlorure de 1:2 est recommandé pour les ales douces, tandis qu’un rapport de 1:3 peut donner de meilleurs résultats pour les stouts ou les porters.

Le soufre est essentiel au processus de fermentation, car la levure doit fabriquer les deux acides aminés soufrés, la cystéine et la méthionine. Certaines souches de levure utilisent le soufre des ions sulfate à cette fin et excrètent tout excès sous forme d’ions sulfite. Ceux-ci peuvent ensuite être réduits pour former du sulfure d’hydrogène ou du dioxyde de soufre. Ces deux matières ont des odeurs piquantes caractéristiques et, même à de faibles niveaux, elles peuvent donner un goût de soufre inacceptable à la bière. Les bactéries ont également la capacité de produire une grande variété d’arômes sulfureux, notamment le caoutchouc, l’ail et les légumes cuits.

Nitrate :

Les niveaux de nitrates commencent à baisser, généralement en raison d’un meilleur contrôle de l’utilisation des engrais azotés. Les nitrates eux-mêmes ne posent pas de problème à des niveaux inférieurs à 50 mg/l, mais ils peuvent être réduits par des levures ou des bactéries pour former des nitrites. Ces ions peuvent ensuite réagir avec les amines du moût pour former des nitrosamines, qui sont cancérigènes.

Trace Ions :

• Les métaux tels que le fer, le manganèse, le cuivre et le zinc peuvent se trouver en petites quantités dans l’eau et sont tous utilisés par la levure à des niveaux inférieurs à 1 ppm. Des niveaux plus élevés peuvent provoquer des troubles colloïdaux et des arômes métalliques, en particulier avec des niveaux plus élevés de fer. Des niveaux élevés de métaux lourds peuvent également être toxiques pour les levures.
• La silice doit également être très peu présente dans la liqueur de brassage en raison de la probabilité de formation de troubles colloïdaux.
• L’ammoniaque doit être absente des liqueurs de brasserie, car elle indique une contamination par les eaux usées.
• Le fluor, présent dans la plupart des eaux à environ 1 ppm à des fins dentaires, n’a pas d’effet détectable sur le processus de brassage.

Chlore

Le chlore est utilisé pour la stérilisation et peut atteindre des niveaux relativement élevés à certaines périodes de l’année. Cela peut poser des problèmes car le chlore est un produit chimique très réactif qui réagit facilement avec les matières organiques pour former des chlorophénols. Ils ont une saveur médicinale (T.C.P.) qui est dans certains cas détectable à des niveaux inférieurs à 1 ppb. Le chlore sera perdu dans une certaine mesure par la chaleur du réservoir de liqueur chaude, mais toute l’eau utilisée dans la brasserie ne provient pas de cette source. Certains brasseurs peuvent utiliser de la liqueur non traitée pour réduire la gravité dans le fermenteur, et le rinçage après les cycles de nettoyage caustique ou acide se fait généralement avec de la liqueur de réseau non traitée. Une solution consiste à traiter les réservoirs de liqueur chaude et froide avec 10 ppm de Salicon Liquid 169 (20 ml dans 10 ml de liqueur) et à les agiter vigoureusement pour éliminer le chlore. Le dioxyde de soufre réagit avec le chlore de la manière décrite ci-dessous – en réduisant les ions de chlore réactifs, indésirables et potentiellement nocifs en chlorures.

Analyses typiques de la liqueur pour les types de bières :
Amer	Doux	Porteur	Bière blonde
Calcium	170	100	100	50
Magnésium	15	10	10	2
Bicarbonate	25	50	100	25
Chlorure	200	200	300	10
Sulfate	400	150	100	10

Nitrates – aussi bas que possible
Métaux – Zn, Cu, Fe, Mn Moins de 1 ppm Tous les chiffres sont exprimés en ppm (mgs/ltr)

Protéine-H + Ca2+ Protéine-Ca + 2H+

Les ions hydrogène libérés réduisent encore le pH, ce qui favorise la précipitation des protéines. Les protéines sont également dégradées, c’est-à-dire converties en substances plus simples par des enzymes protéolytiques appelées protéases. Ils se trouvent dans le malt et ont une activité optimale à des valeurs de pH d’environ 4-5 – 5-0. La réduction du pH causée par la présence de calcium favorise la protéolyse, ce qui réduit encore les niveaux de protéines et augmente les niveaux d’azote aminé libre (FAN) du moût. Les composés FAN sont utilisés par la levure pendant la fermentation pour la fabrication d’acides aminés, et une augmentation des niveaux de FAN dans le moût améliore la santé et la vigueur de la levure. Des niveaux élevés de protéines dans les bières ont également des effets négatifs, rendant la bière plus difficile à affiner et favorisant la formation de troubles, en particulier de troubles de refroidissement. La durée de conservation des produits peut également être affectée.

Les ions calcium protègent l’enzyme a-amylase de l’inhibition par la chaleur. L’a-amylase est une enzyme endo, qui clive les liaisons 1,4 glucosidiques internes de l’amylopectine, ce qui entraîne une réduction rapide de la viscosité du moût. La température optimale pour l’a-amylase se situe entre 65 et 68°C, mais l’enzyme est rapidement détruite à ces températures. Le calcium stabilise l’a-amylase à 70-75°C.

On constate donc que la présence de calcium a des effets positifs sur l’activité de l’a-amylase et de la ß-amylase, deux des enzymes les plus importantes dans le processus de brassage.

• La baisse du pH favorisée par les ions de calcium dans le moût et le cuivre permet au moût et à la bière produite par la suite d’être plus résistants aux infections microbiologiques.
• La réduction du pH de la liqueur de gavage réduit l’extraction des silicates, des tanins et des polyphénols indésirables du lit de moût.

L’extraction de ces matériaux est favorisée par la liqueur de lavage alcaline. Ces matériaux sont très indésirables, car ils contribuent à l’apparition de goûts âpres, de troubles dans la bière finie et d’une diminution de la stabilité de la bière.

Le calcium précipite les oxalates sous forme d’oxalate de calcium insoluble. Cela se produit à nouveau dans la cuve d’empâtage et dans le cuivre. Les oxalates provoquent des troubles dans les bières finies et contribuent également à la formation de pierre à bière dans les cuves de fermentation, les cuves de fermentation et les fûts. On pense également que les oxalates favorisent le gushing dans certaines bières, bien que ce ne soit généralement pas un problème pour le micro-brasseur.

La présence de calcium réduit la formation de couleur dans le cuivre. Ceci est dû à la réduction de l’extraction des composés colorants tels que les anthocyanogènes et les pro-anthocyanidines pendant le lavage.

La réaction : Sucre réducteur + chaleur Les mélanoïdines sont également inhibées.

Les ions de calcium améliorent la performance du collage de la bière. Les ions calcium favorisent la floculation de la levure – en tant que cation divalent, ils ont une affinité naturelle pour les cellules de levure chargées négativement.

Tous ces avantages liés à la présence de calcium et à la réduction du pH présentent un inconvénient mineur : la réduction du pH entraîne une diminution de l’utilisation du houblon, ce qui donne des bières moins amères . Cela augmente les coûts de houblonnage, puisqu’il faut plus de houblon pour atteindre le niveau d’amertume souhaité. Toutefois, le pH optimal pour l’isomérisation du houblon, tel qu’il est utilisé dans la production commerciale d’extraits de houblon isomérisés, est d’environ 10, de sorte qu’une réduction du pH de 5 à 8 dans un moût avec de la liqueur non traitée à un pH de 5 à 1 hors du cuivre pour un brassin traité n’est pas trop critique.

Vous constaterez qu’une grande partie du calcium ajouté au moût est perdue – précipitée sous forme de phosphate, de protéinate ou d’oxalate. Comme le calcium est spécifiquement requis dans le cuivre pour la précipitation ultérieure de ces matières, il est courant d’ajouter du calcium à la mouture ou au réservoir de liqueur chaude, puis de procéder à un second ajout dans le cuivre. Lorsque cela n’est pas possible, il est tout à fait acceptable d’ajouter une plus grande quantité de grains ou de H.L.T.