How to brew/Section 3/Chap 14 : Le brassage, comment ça marche ?
Allégorie
Imaginez un peu : il y a eu une forte tempête qui a renversé un gros arbre et plein d'autres branches dans le jardin. Votre papa décide qu'un peu de bûcheronnage vous forgera le caractère : votre tâche consiste donc à couper tout ce que vous pourrez en morceaux de 5 cm de long et à les emmener jusqu'à la route.
Vous avez deux outils pour cela : un taille-haie et un sécateur. Le taille-haie est dans le garage, mais la dernière fois que quelqu'un a aperçu le sécateur, il l'avait laissé dehors, dans l'herbe, qui depuis a poussé jusqu'à hauteur de genoux. De plus, tout un tas de ronces a poussé autour de l'arbre, rendant son accès et son transport beaucoup plus compliqué.
Heureusement, votre père a décidé que votre grand frère et votre sœur pourraient vous aider et les a aussitôt envoyés chercher la débroussailleuse et la tondeuse à gazon. De même, il vous fera une faveur et coupera à la tronçonneuse une partie des grosses branches au niveau des fourches avant que nous ne commenciez. Il n'en coupera pas énormément car le match de foot est sur le point de commencer... Mais dès que l'herbe sera coupée, vous pourrez retrouver vos outils et les préparer.
Vos outils sont plutôt sommaires pour le travail qui vous attend. Le taille-haie sera bien utile pour couper le bout des branches, mais deviendra inutile quand vous devrez remonter le long des branches. Le sécateur sera plus adapté alors pour couper les branches par le milieu, mais pas assez solide pour couper les jointures. Quand vous aurez terminé, il restera tout un tas de morceaux aux formes diverses en plus de vos petits morceaux.
Définition du brassage
Le terme brassage désigne chez les brasseurs le processus de trempage du grain dans l'eau chaude permettant d'hydrater l'orge, d'activer les enzymes du malt, et de transformer l'amidon du grain en sucres fermentescibles. Il existe plusieurs groupes d'enzymes principaux prenant part dans la transformation de cet amidon en sucres. Pendant le maltage, l'enzyme d'ébranchage (tronçonneuse), la béta-glucanase (débroussailleuse) et l'enzyme protéolytique (tondeuse à gazon) font leur travail, facilitant l'accès à l'amidon pour sa transformation ultérieure en sucres.
Pendant le brassage, un nombre limité d'autres transformations peuvent être réalisées, mais la principale reste la conversion des molécules d'amidon en sucres fermentescibles et en dextrines non fermentescibles par les enzymes diastatiques (taille-haie et sécateur). L'action de chacun de ces groupes d'enzymes est favorisé par différentes conditions de température et de pH. Le brasseur peut donc ajuster la température de la maische pour favoriser chaque fonction successive des enzymes et ainsi personnaliser son brassage en fonction de son goût et de ses objectifs.
Les amidons présents dans la maische sont solubles à 90% à une température de 54°C et atteignent leur solubilité maximum à 65°C. Les grains maltés aussi bien que non-maltés disposent de réserves d'amidon séquestrés dans une matrice de protéines et d'hydrocarbonates, empêchant les enzymes d’accéder à l'amidon de le découper.
L'amidon du grain non malté est encore plus difficile d'accès que le grain malté.
Le concassage ou l'aplatissage du grain facilite alors l'hydratation de l'amidon pendant le brassage. Une fois hydraté, l'amidon peut être gélatinisé (rendu soluble) par la chaleur seule ou par l'action combinée de la chaleur et des enzymes.
Dans tous les cas de figure, un brassage enzymatique est nécessaire pour transformer les amidons solubles en sucres fermentescibles.
| Enzyme | Temperature Optimale |
Champ d'action pH |
Rôle |
| Phytase | 86-126°F (30-52°C) |
5.0-5.5 | Abaisse le pH de la maische. N'est plus utilisé. |
| Enzyme de débranchement | 95-113°F (35-45°C) |
5.0-5.8 | Solubilisation des amidons. |
| Beta Glucanase | 95-113°F (35-45°C) |
4.5-5.5 | Le meilleur palier pour casser les cellules d'amidon. |
| Peptidase | 113-131°F (45-55°C) |
4.6-5.3 | Produit des Azones Aminés Libres |
| Protéase | 113-131°F (45-55°C) |
4.6-5.3 | Casse les protéines les plus grandes responsables du trouble. |
| Beta Amylase | 131-150°F (55-65°C) |
5.0-5.5 | Produit du maltose. |
| Alpha Amylase | 154-162°F (67-72°C) |
5.3-5.7 | Produit divers sucres, dont le maltose |
| Note: Les chiffres ci-dessus sont une moyenne de différentes sources et devront être interprétées comme champs optimum d'activité. Les enzymes sont actives en dehors des champs indiqués mais seront détruites à mesure que la température croît au dessus de chaque champs d'action. | |||
Le palier acide et ses modifications
Avant le début du 20e siècle, quand l'interaction entre le malt et la chimie de l'eau n'était pas encore bien connue, les brasseurs de Pilsen utilisaient une gamme de température de 30 à 52°C pour aider l'enzyme phytase à acidifier leur maische lorsqu'ils utilisaient uniquement des malts Pale. L'eau de cette région est si pure et pauvre en minéraux que la maische n'aurait pu atteindre le niveau de pH adéquat sans ce palier acide. La plupart des autres régions brassicoles du monde n'avaient pas ce problème.
Le malt Pale lager est riche en phytine, un phosphate organique contenant du calcium et du magnésium. Les phytases découpent les phytines en calcium non soluble, phosphates de magnésium et acide phytique. Le processus fait descendre le pH en ôtant les tampons des ions et produisant cette légère acidité.
Mais ce palier acide n'est plus utilisé aujourd'hui car cela peut prendre plusieurs heures à cette enzyme pour abaisser le pH de la maische jusqu'au niveau des 5.0 à 5.5.
Aujourd'hui, grâce à nos connaissances de la chimie de l'eau et des ajouts appropriés de sels minéraux, un pH de maische approprié peut être obtenu depuis le début du brassage sans avoir recours à ce palier acide.
Empâtage et enzyme phytase
Pour autant que je sache, le palier de température (période de maintien) pour l'enzyme phytase n'est plus utilisé dans aucune brasserie commerciale. Quoi qu'il en soit, ce palier (35-45°C) est parfois mis en œuvre par certains brasseurs pour un empâtage - mélangeant le grain concassé avec l'eau pour laisser le temps aux amidons d'absorber l'eau et aux enzymes de se répartir.
Les enzymes de débranchement, telles que par exemple la dextrinase limites, sont plus actives dans cette plage de température et découpent déjà une petite fraction des dextrines à ce premier stade du brassage.
La grande majorité du débranchement s'opère durant le maltage, celui-ci faisant partie intégrante du processus de modification. Un faible pourcentage seulement des enzymes de débranchement survivent au séchage et à l'étuvage qui suivent le maltage, aussi il n'y a plus guère de débranchement à attendre ensuite.
Ceci dit, l'usage d'un palier de 20 minutes à une température avoisinant les 40°C (104°F) est considéré comme bénéfique pour améliorer le rendement des enzymes du malt. Ce palier est considéré comme facultatif mais peut améliorer le rendement total de quelques points.
Le palier protéique et ses modifications
La transformation est le terme qui décrit le degré de démantèlement, durant le maltage, de la matrice protéique entourant l'amidon (endosperme) qui composait la majeure partie de la graine.
Les malts faiblement transformés ont tout intérêt à subir un palier protéique (appelé parfois protéinique) afin de démanteler les grosses molécules de protéines restantes en plus petites et en acides aminés, afin de libérer plus tard l'amidon de l'endosperme. Les malts entièrement transformés ont déjà utilisé ces enzymes et ne tirent aucun bénéfice du temps nécessaire au palier protéique. En fait, pratiquer un palier protéique avec des malts entièrement transformés tend à réduire une grande partie du corps de la bière, la rendant fine et aqueuse.
La plupart des malts utilisés mondialement de nos jours sont totalement transformés. Les malts moins transformés proviennent généralement des malteurs allemands (sic). Certains brasseurs rapportent que les malts qui sont moins transformés et qui profitent de ce palier procurent des arômes plus riches.
L'orge malté contient aussi quantité de chaines d'acides aminés qui forment les protéines simples nécessaires à la plante pour germer. Dans le moût ces protéines sont utilisées par la levure pour sa croissance et son développement. La majeure partie des protéines du moût, dont font partie les enzymes comme les amylases, ne sont pas solubles tant que la maîsche n'atteint pas une température associée au palier protéique (45°C - 55°C).
Les deux enzymes protéiques principales sont la peptidase et la protéase. La peptidase travaille à enrichir le moût en acides aminés, nutriments qui seront utilisés par les levures. La protéase contribue à briser les protéines les plus grosses ce qui favorise la tenue de mousse de la bière et réduit le trouble.
Les fourchettes de température et de pH de travail de ces deux enzymes se superposent. La fourchette de pH optimal est de 4.2 à 5.3 et les deux enzymes sont assez actives entre 45°C et 55°C si bien qu'il est inutile de parler de fourchette optimale pour l'une ou l'autre. Le pH optimal est un poil bas par rapport à la plupart des moûts, mais le pH habituel de 5.3 n'est pas pour autant en dehors des clous. Il n'y a donc aucun réel intérêt à baisser le pH pour faciliter le travail de ces enzymes.
Le palier protéique typique à 50°C-55°C est utilisé pour briser les protéines responsables du trouble à froid et améliorer la tenue de mousse. Ce palier ne devrait être utilisé que pour des malts modérément transformés, ou avec des malts entièrement transformés quand une grande proportion (>25%) de grain non malté est utilisée (ex : blé, riz, flocon d'orge, avoine, etc...) Utiliser ce palier pour un moût contenant principalement des malts entièrement transformés aurait pour effet de casser les protéines responsables du corps et de la tenue de mousse, donnant une bière fine et aqueuse.
La durée standard pour ce palier protéique est de 20 à 30 minutes.
Les autres enzymes concernées par cette plage de température sont les béta-glucanases/cytases de la familles des enzymes cellulosiques et sont utiles pour briser les béta-glucanes des blés crus (non maltés), riz, avoine, flocons d'orge, et de l'orge non maltée.
Ces hémicelluloses de glucanes sont responsables d'une pâte gommeuse, et si elles ne sont pas brisées transformeront la maîsche en pâte à pain prête à cuire. Fort heureusement la plage optimale de température de l'enzyme béta-glucanase est inférieure à celle des protéolytiques. Ceci permet au brasseur de faire un palier à 35°C-45°C pour briser les gommes sans affecter les protéines responsables de la tenue de mousse et du corps. L'emploi de ce palier n'est nécessaire que pour les brasseurs qui incorporent une grande quantité (>25%) de céréales non maltées dans le moût.
Les moûts pâteux et la filtration peuvent être également améliorés en augmentant la température lors du rinçage.
Voir le Chapitre 17 "Soutirage du moût (Filtration)" pour de plus amples informations.
Les paliers de saccharification
Enfin nous arrivons à l'étape principale : fabriquer du sucre à partir des réserves d'amidon. Dans cette phase, les enzymes diastasiques commencent à agir sur les molécules d'amidons, les découpant en sucres (ce qui explique le terme de saccharification). Les amylases sont des enzymes qui agissent en hydrolisant les liens des chaînes droites situées entre les molécules individuelles de glucose constituant la chaîne d'amidon. Une simple chaîne droite d'amidon est appelée amylose. Une chaîne d'amidon avec ses branches (pouvant être considérée comme étant constitutée de chaînes d'amylose) est appelée amylopectine. Ces amidons sont des molécules polaires et ont différentes terminaisons (imaginez des batteries en ligne). Une amylopectine diffère d'une amylose (outre de par ses branches) dans le type différent de lien moléculaire au point d'embranchement, ce dernier n'étant pas affecté par les enzymes diastasiques (ou, théoriquement, très faiblement au mieux).
Mais revenons à notre allégorie du travail de jardinage. Vous avez deux outils pour fabriquer des sucres : un sécateur (alpha amylase) et une tronçonneuse (beta amylase). Alors que les beta sont pré-existantes, les alpha sont crées via les modification de protéine dans l'aleurone du grain pendant le maltage. En d'autres mots, la tronçonneuse est dans le garage mais le sécateur est dehors quelque part dans l'herbe. Jamais l'amylase ne deviendra soluble et active avant que la maische n'atteigne les températures du palier protéinique, et dans le cas de malts moyennement modifés, l'alpha-amylase peut avoir besoin de quelque transformation supplémentaire pour être prête.
La beta-amylase travaille en hydrolysant les liaisons linéaires mais elle ne peut agir que sur les brindilles de la chaîne moléculaire, pas le côté "racines". Elle peut seulement retirer un seul sucre (maltose) à la fois, ainsi pour l'amylose, elle agit de manière séquentielle (au fait, l'unité de maltose est composée de deux unités de glucose). Sur une amylopectine, il existe plusieurs terminaisons disponibles ainsi elle peut retirer un grand nombre de maltose très efficacement (comme une tronçonneuse). Quoiqu'il en soit, probablement à cause de sa taille et structure, la beta ne peut trop s'approcher des jointures des branches et s'arrêtera de travailler à environ 3 glucoses des jointures, laissant derrières elle des "dextrines limites de beta amylase".
L'alpha-amylase travaille aussi en hydrolysant les liaisons linéaires mais elle peut les attaquer de manière aléatoire, comme vous pouvez le faire avec un sécateur. Cette alpha-amylase est douée pour casser les larges amylopectines en plus petites amylopectines et amyloses, créant ainsi plus de terminaisons sur lesquelles la beta pour travailler. L'alpha est capable d'agir jusqu'à une unité de glucose d'une branche d'amylopectine en laissant derrière elle également une "dextrine limite d'alpha amylase".
La température la plus souvent citée pour le brassage est d'environ 67°C. Il s'agit d'un bon compromis entre les deux températures les plus favorables pour les deux enzymes. L'alpha travaille au mieux entre 68 et 72°C tandis que la beta est dénaturée (la molécule se désagrège) à cette température, elle travaille beaucoup mieux entre 55 et 65°C.
Vérification de la transformation :
Le brasseur peut utiliser de l'iode (ndt: bétadine par exemple) pour vérifier si dans un échantillon de moût les amidons ont bien été convertis en sucres. Si vous vous souvenez de vos cours de chimie du lycée, l'iode provoque un changement de couleur de l'amidon en le faisant virer au noir. Les enzymes doivent convertir tout l'amidon présent dans la maische, donc aucun changement de couleur ne doit être visible si l'on dépose quelques gouttes d'iode sur unéchantillon de moût. (cet échantillon ne doit contenir aucune particule de grain). L'iode devrait monter une simple couleur ambrée/rouge au contraire d'une couleur violet foncé si de l'amidon est encore présent. Les moûts à forte teneur en dextrine montreront une forte couleur rouge lors du test à l'iode.
(ndt: l'iode est toxique ! Prélever uniquement un échantillon de moût pour le test et ne jamais le remettre dans le brassin et bien nettoyer le récipient de test !)
Que signifient ces deux enzymes et températures pour le brasseur ?
L'application pratique de cette connaissance permet au brasseur de personnaliser son moût en terme de fermentabilités. Une température inférieure ou égale à 65°C donnera une bière plus fine, avec moins de corps et plus "sèche" en bouche. Une température supérieure à 68°C donnera une bière plus douce, plus sucrée contenant encore des sucres moins fermentescibles.
Voilà pourquoi et comment le brasseur peut vraiment ajuster précisément son moût pour mieux reproduire tel ou tel style de bière.
Maîtriser les paliers de transformation de l'amidon
Il existe deux autres facteurs en plus des températures qui affectent l'activité des enzymes amylases. Il s'agit du ratio grain/eau et du pH. La beta-amylase préférera un pH de moût inférieur, autour de 5. L'alpha préferera elle un pH supérieur, autour de 5.7. Quoiqu'il en soit, un moût idéal pour la beta n'est pas vraiment un moût fermentesceible puisqu'il laissera un tas d'amylopectines non transformés ; l'alpha-amylase est nécessaire pour briser les plus grandes chaines afin que la beta puissent les briser à son tour. De même, un moût optimal pour l'alpha n'aura pas un grand pourcentage de maltose par contre il contiendra un mélange varié de sucres de différentes complexités. Par conséquent, c'est un compromis qui est choisi entre ces deux optimums pour les enzymes.
Des sels de brassage peuvent être utilisés pour élever ou abaisser le pH du brassin mais ils ne peuvent être utilisés que dans des quantités limités sous peine d'affecter le goût. Le traitement de l'eau est un sujet complexe qui sera discuté en détail dans le prochain chapître. Pour le brasseur débutant, il est souvent préférable de laisser le pH évoluer naturellement en travailant sur les variables restantes, tant que votre eau n'est pas excessivement douce ou dure. La sélection des malts peut aider tout autant à influencer le pH que d'utiliser ces sels dans la plupart des situations. Le pH de la maische ou des soutirages de moût peut être réalisé facilement avec des papiers pH de test vendus par les fournisseurs pour brassage ou pour l'entretien des piscines ou encore les magasins d'aquariophiles.
Le ratio grain/eau est un autre facteur influençant l'efficacité du brassage. Une maîsche moins dense, supérieure à 3,5 litres d'eau par kilo de grain, diluera la relative concentration des enzymes, ralentissant la transformation, mais au bout du compte peut mener à un moût plus fermentescible car les enzymes seront moins ralenties par la forte concentration en sucres. Une maîsche plus dense, inférieure à 2,5 litres d'eau par kilo de grain, est meilleure pour la cassure des protéines et résultera en une transformation plus rapide de l'amidon, mais les sucres obtenus sont moins fermentescibles et donneront une bière plus sucrée et maltée. Une maîsche plus épaisse est plus agréable pour les enzymes à cause de la la faible capacité calorifique du grain comparée à celle de l'eau. Une maîsche plus épaisse est mieux adaptée pour les brassages en multipalier car les enzymes ne sont pas si rapidement dénaturées par l'élévation de température.
Comme toujours, le temps change tout ; c'est le dernier facteur influant sur le brassage. La conversion de l'amidon peut être finalisée en seulement 30 minutes, ainsi durant le temps restant sur un brassage de 60 minutes, le brasseur travaillera sur les conditions nécessaires à la production d'un profil particulier des sucres de son moût. Selon le pH du brassin, le ratio eau/grains et la température, la durée nécessaire pour finaliser le brassage varie entre 30 et plus de 90 minutes.
A plus haute température, une maîsche plus compacte et un pH plus élevé, l'alpha-amylase est alors favorisée et la transformation de l'amidon sera terminée en 30 minutes voire moins. Des durées plus longues dans ces conditions permettront à la beta-amylase d'avoir le temps de briser plus de sucres complexes en sucres plus simples, produisant un moût plus fermentescibles, mais ces conditions idéales pour l'alpha dénaturent la beta ; un tel brassage est donc de ce fait assez limité.
Un compromis entre tous ces facteurs explique les conditions habituelles de brassage de la plupart des brasseurs amateurs : un radio eau/grains d'environ 3,5 litres d'eau par kilo, un pH de 5.3, une température comprise entre 65 et 68°C et une durée d'environ une heure. Ces conditions produisent un moût avec un agréable goût malté et une bonne fermentescibilité.
Références
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