Trouble

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Introduction

Le trouble, ou les troubles plutôt.

Quoi de plus troublant pour un brasseur que ce trouble quand il n'est ni prévu ni désirable ?

Certes il peut être revendiqué comme une preuve irréfutable de l'artisanalité d'une bière, mais cet argument ne tient pas longtemps, surtout face à soi même, quand on sait qu'on aurait pu, qu'on pourrait et qu'on pourra, après avoir longuement consulté ce remarquable article, apprendre à éliminé l'indésirable trouble.

L'auteur de cet article s'appelle Gillian Grafton, il l'a publié pour la première fois en 1998 sur son site web personnel "Gillian's UK Homebrew", il fut repris ensuite par l'association britannique :
Craft Brewing Association (CBA).

"Ce document est aussi précis que possible, mais je décline toute responsabilité quant à soncontenuet l'utilisation qui pourrait en être faite.

Si vous avez des commentaires sur ce contenu, merci de me contacter via l'ABC". ---Gillian Grafton

Si vous avez également quelque commentaire que ce soit sur la traduction, l'onglet Discussion en haut de cette même page est à votre disposition.

Le trouble c'est quoi ?

Les troubles peuvent être divisés en deux groupes principaux : biologiques et non-biologiques.

Les troubles biologiques sont causés par une infection de la bière par des levures sauvages ou des bactéries, résultant d'une hygiène insuffisante et finissant par gâcher la bière.

Le trouble ne peut pas être corrigé. La bière doit alors être éliminée et une attention plus soutenue portée à l'hygiène lors des brassins suivants.

Le groupe de réflexion sur le trouble de l'EUropean Brewery Convention (EBC) définit les troubles non-biologiques comme suit :

Le terme "trouble à froid" doit être utilisé pour décrire le trouble qui se forme lorsque la bière est refroidie à 0°C puis qui se redissout quand la bière est réchauffée à 20°C et plus.

Le terme "trouble permanent" doit être utilisé pour décrire le trouble demeurant dans la bière même à 20°C et plus.

 

Composition du trouble dans la bière

Composition Physique

Les molécules peuvent être classées en deux catégories : les hydrophiles ("aimant l'eau") ou hydrophobes ("haïssant l'eau").

Les molécules hydrophiles vont facilement se dissoudre dans l'eau tandis que les hydrophobes plus difficilement.

Si les molécules hydrophobes sont placées dans l'eau, elles s'agrègent pour former des gouttelettes sphériques, appelées micelles, pour réduire au minimum leur exposition à l'eau.

La suspension résultant de ces particules en suspension dans l'eau est plus connue sous le nom de colloïde.

La présence d'un colloïde rend alors la solution trouble.

C'est ce qui nous amène naturellementà l'expression "stabilité colloïdale", cettesituation dans laquelle la solution ne présente pas de trouble ou d'une tendance à former un voile.

La tendance des micelles à former ce colloïde est contrecarrée par l'alcool, par conséquent, les bières ayant une teneur en alcool plus élevée tendent en général à avoir un plus grand degré de stabilité colloïdale que ceux ayant une teneur en alcool plus faible.

Les troubles sont polydispersés, cela signifie qu'ils contiennent desmolécules de poids moléculaires (très) différents.

Le facteur important dans la formation d'un voile n'est pas la taille des particulesmais le processus par lequel les parties hydrophiles de la molécule (qui confèrent à la solubilité) sont bloquées par leur interaction avec des molécules hydrophobes.

Les molécules hydrophiles sont généralementdes protéines, tandis que les molécules hydrophobes sont plutôt de l'ordre des tanins.

Au début, les protéines et les tanins interagissent faiblement et forment un ensemble qui peut être facilement dissocié en deux composants. Ce mécanisme peut par exemple contribuer à la formation du trouble à froid. Ce troubles réversible va ensuite se transformer en trouble permanent dans lequel l'ensemble protéine-tanin ne peut plus dissocier.

On suppose aujourd'hui que ce processusimplique une réaction d'oxydation.

 

Composition Chimique

Les principales composants du trouble sont :
  • des molécules inorganiques telles que des ions métalliques,
  • de petites molécules organiques comme l'acide oxalique,
  • des protéines,
  • et des polyphénols (tannins).

Il n'existe à l'heure actuelle aucune preuve que les lipides peuvent contribuer au trouble.

En de rares occasions les amidons peuvent former un voile mais la cause habituelle réside dans l'utilisation d'un niveau trop élevé d'additifs, tellement que l'amidon contenu dans les malts ne peut être complètement converti en plus petites molécules fermentescibles.

 

1. Composants inorganiques

Le fer et le cuivre sont les ions métalliques les plus impliqués dans la formation de troubles issus de la présence de métal.

Ceux-ci proviennent du contact entre la maîsche et/ou le moût avec des récipients constitués de fer, de cuivre ou de bronze.

Si ces récipients sont en acier inoxydable ou en plastique alors les troubles causés parle fer et le cuivre ont généralementpeu de chance de survenir. Cependant, il ne faut pas oublier que les ionssolubles de fer et de cuivre peuvent être présents dans l'eau utilisée pour le brassage et le rinçage.

L'étain, le zinc et l'aluminium peuvent aussi provoquer un trouble dans la bière, mais en pratique ces éléments sont peu utilisés en brassage amateur.

(Ndt: à noter toutefois que des cuves en aluminium peuvent être parfois utilisées hélas par des brasseurs novices, cela fait un argument de plus pour motiver ceux-ci à passer rapidement à l'inox).

 

2. Organic Components

L'acide oxalique (C2O4H2) peut parfois provoquer un trouble appelé "trouble vert"qui est généralement composé de suspensions d'oxalate de calcium.

L'oxalate peut provenir du malt ou par simple oxydation des glucides par des micro-organismes.

Certains brasseurs recommandent l'ajout de sulfate de calcium dans le moût à une concentration de 250 ppm pour éliminer l'excès d'oxalate.

Habituellement, ça n'est pas nécessaire puisque l'oxalate de calcium se dissocie de la bière pendant la fermentation et la garde ; il est d'ailleurs le principal constituant (50 à 65%) de la fameuse "pière de bière" qui se forme sur les surfaces intérieures des contenants de fermentation et de garde des brasseries commerciales.

 

3. Les complexes de protéines

Il est généralement admis que les substances protéiniques constituent la plus grande partie des troubles non-biologiques, plus de 50% du trouble total dans la plupart des cas examinés selon le rapport du groupe d'étude du trouble de l'EBC (de 45,5 à 66,8%).

Les protéines acides (point isoélectrique d'environ pH 5,0) sont importantes dans la formation du trouble à froid et se forment visiblement pendant le brassage.

Le spectre d'acides aminésdes troubles de bière ressemble étroitement au spectre d'acides aminés de l'orge, indiquant que toutes les protéines issues de l'orge sont impliquées dans la formation du trouble. Des albumines et globulines de l'orge ont été ainsi extraites de troubles de bière.

Des études ont montré que la proline dans les protéines formant le trouble est particulièrement importante pour la combinaison de ces protéines avec des polyphénols. Ces protéines particulières découlent principalement de l'hordéine du malt et sont largement responsables du trouble à froid.

 

4. Les polyphenols (tanins)

Les tanins sont extraits de diverses plantes ayant la capacité de réagir avec les protéines de peaux d'animaux pour produire du cuir .

Les tanins sont des polyphénols, ce qui a abouti progressivement à décrire tous les polyphénols extraits de plantes, indépendamment de leur capacité à "taner" le cuir .

Les tanins sont des molécules importantes dans le brassage et découlent à la fois des houblons et des malts.

Ils ont la capacité de réagir avec les protéines pendant la cuisson du moût pour former la cassure à chaud ; puis lors du refroidissement pour former la cassure à froid ; jusqu'après la fermentation quand ils sont impliqués dans la formation de trouble à froid et troubles permanents .

Les tanins peuvent être commodément répartis en trois classes :

  • la première classe est composée de phénols simples qui sont des dérivés de l'acide hydroxybenzoïque ou acide hydroxycinnamique . Ces composés proviennent principalement des malts, mais sont également présents en petites quantités dans les houblons.
  • La seconde classe est composée de flavonols qui ont des structures plus complexes que les phénols simples et sont principalement dérivés du houblon.
  • La troisième catégorie enfin se compose de proanthocyanidines , anthocyanogènes et les catéchines. (à vos souhaits). Les anthocyanidines et leurs dérivés anthocyanes sont responsables des couleurs rouges et bleues présentes dans les plantes. Ce groupe comprend aussi les leucoanthocyanines qui sont connus dans le monde de la brasserie comme anthocyanogènes et sont importants dans la formation de polyphénols. La présence de ces composés dans la bière provient également des malts et des houblons.


Toutes ces molécules uniques des différents composés sont les éléments constitutifs des molécules plus grosses, les polyphénols.

Les unités individuelles sont appelées monomères.

Deux monomères (non nécessairement identiques) peuvent se joindre pour former un dimère. Un dimère plus un monomère forment un trimère , etc...

Diverses études ont montré que les polyphénols monomères ont peu d'effet sur ​​la formation de trouble, mais que les dimères et trimères accentuent fortement sa formation .

Les polyphénols à eux seuls contribuent peu à la formation de troubl, puisqu'il est en fait surtout composé de complexes entre polyphénols condensés (tanins) et protéines.

 

Mesure du trouble

Il existe deux normes similaires utilisées actuellement pour la mesure du trouble. Les deux sont basées sur l'utilisation de solutions étalon de formazine.

L'European Brewery Convention (EBC) utilise une gamme d'unités de trouble de 1 à 10 (voir tableau), tandis que l'American Society of Brewing Chemists (ASBC) utilise une gamme de 1 à 1000 (voir tableau) :

Description
visuelle

Unités de trouble ASBC
Unités de trouble
EBC

Très claire
0 to 34.5
0 to 0.5
Claire
34.5 to 69
0.5 to 1.0
Légèrement Opalescente
69 to 138
1.0 to 2.0
Opalescente
138 to 276
2.0 to 4.0
Trouble
276 to 552
4.0 to 8.0
Très trouble
>552
>8.0

Pour les esprits matheux, les formules standard sont les suivantes :            

EBC:

Dissoudre 1 g de sulfate d'hydrazine dans 100 ml d'eau.
Dissoudre 10 g de hexaméthylènetétramine dans 100 ml d'eau.
Mélanger 25 ml de solution 1 avec 25 ml de solution 2 et laisser reposer pendant 24 heures. Il s'agit de la solution de base.
Une solution standard de 100 unités de trouble EBC (ASBC???) est obtenue en diluant 1 volume de solution de base à 10 volumes d'eau.
Les mesures sont effectuées à une longueur d'onde de 580 nm.


ASBC:

Dissoudre 0.966g de N2H4.H2SO4 dans 100 ml d'eau.
Dissoudre 10 g de hexaméthylènetétramine dans 100 ml d'eau.
Mélanger 25 ml de solution 1 avec 25 ml de solution 2 et laisser reposer pendant 24 heures. Il s'agit de la solution de base.
Une solution standard de 100 unités de trouble EBC (ASBC???) est obtenue en diluant 1 volume de solution de base à 10 volumes d'eau.
Les mesures sont effectuées à une longueur d'onde de 580 nm.


Une comparaison directe entre les deux méthodes n'est pas exacte puisque le trouble n'est pas une quantité de matière mais une apparence qui peut varier avec l'angle d'éclairage, la couleur de la bière et d'autres facteurs. Cependant, une unité EBC est approximativement équivalente à 69 unités ASBC . (ndt : chiffre facile à retenir non ? et d'autant plus troublant...)

La quantité de trouble est mesurée en faisant passer la lumière à travers la bière et en mesurant la lumière diffusée à un angle donné par rapport à la direction du faisceau d'origine (néphélométrie). La diffusion est mesurée par rapport à une gamme étalon de solutions de valeurs de trouble connues.

Dans les brasseries américaines le principal instrument utilisé est le Néphélomètre Coleman qui mesure la diffusion de la lumière à 90 degrés.

Cet instrument donne des résultats comparables à ceux obtenus à l'aide du compteur de trouble Thorne et Beckley Haze qui est le principal instrument utilisé dans les brasseries européennes.

Ces deux instruments mesurent le trouble de la bière ainsi que dans la bouteille, mais les effets de la couleur du verre sont dans ce cas éliminés par étalonnage préalable.

Aucun de ces instruments n'est hélas accessible pour une utilisation à la maison et il n'existe aucun moyen pratique pour le brasseur amateur de mesurer avec précision le trouble.

Le mieux que l' on puisse faire est de tenir un verre (transparent) de bière à la lumière, faire une détermination visuelle grossière et comparer les valeurs de trouble énumérés dans le tableau ci-dessus.

 

Prédiction du trouble


Une large gamme de méthodes ont été utilisées pour prédire la stabilité colloïdale de la bière finie. Celles-ci allaient des méthodes physiques, mécaniques et chimiques à des modèles mathématiques. Une étude approfondie utilisant l'ensemble de ces méthodes a conclu qu'aucune méthode de prédiction ne peut prédire efficacement la réelle stabilité colloïdale de la bière.

(Ndt: et pan.)

 

Les facteurs de formation du trouble

Orge et Malt

Le comité de l'orge de l'EBC a effectué un large essai de 250 orges sur plus de 12 ans dans des conditions variables pour identifier les variables qui influent sur la formation du trouble. Les facteurs suivants ont été reconnus comme ayant un effet significatif sur sa formation.

1. Variétés d'orge

les bières faites à partir de proportions variables de malts dépourvus d'enveloppe ont montré peu de variation dans la stabilité colloïdale indiquant que les substances responsables du trouble dans la bière ne proviennent pas de la balle. Les essais à grande échelle ont montré que les bières de malt 2 rangs avaient une meilleure stabilité colloïdale que ceux de malts 6 rangs. Les niveaux d'anthocyanogènes se sont révélés plus élevés dans les orges à 6 rangs que dans les orges à 2 rangs. Le lieu de culture a également un effet, les malts d'orge maritimes donnant une meilleure stabilité colloïdale que malts d'orge continentaux.

2. Modification du malt

Les malts bien modifiés de capacité protéolytique élevée ont un plus grand degré de solubilisation de tanins que les malts moins bien modifiés. Toutefois, on pense que les taninsexistent sous forme plus simple (plus de monomères) dans les malts bien modifiés. En accord avec ce principe, les études montrent que les malts mieux modifiés ont tendance à former moins de trouble à froid. L'assemblage de différents types de malt n'a pas aidé, il a donc été jugé préférable d'utiliser un malt de modification moyenne plutôt qu'un mélange de malts plus et moins modifiés.

3. Teneur en protéine

Les effets de la teneur totale en protéines de l'orge sur les troubles ne sont pas encore bien identifiés, différentes études ayant produit des résultats différents. Un certain nombre de grandes études n'ont trouvé aucun rapport entre la teneur en protéines de l'orge et la formation de trouble, tandis qu'au moins une étude a montré que les malts à teneur plus faible en protéines donnent des bières avec une meilleure stabilité colloïdale.

4. Teneur en polyphénol

Plusieurs études montrent que les polyphénols présents dans le malt affectent la stabilité colloïdale plus que ceux présents dans le houblon. Un groupe a développé une orge (ANT-13), qui contient peu de polyphénols et a révélé que cela a abouti à une bière à haute stabilité colloïdale.

 

The Malting Process

The water used in steeping and during germination of malt can have an indirect effect on the colloidal stability of beer. There is no consensus on the proper composition of the water to be used for steeping, although the use of alkaline water appeared to be beneficial. Similarly there is no consensus on how kilning temperatures affect subsequent colloidal stability.

Milling of Malt

One study has shown that finely ground malts give less stable beers than those from coarsely ground malt and that colloidal instability increases with increasing germination time of the malt. Wet milling was not found to produce differences in colloidal stability compared to dry milling.


Additifs

Tous les ajouts de maïs, de riz, de sorgho, de manioc (manioc, tapioca, mandioca, yucca), amidon de blé, triticale ou orge non malté en tant qu'additifs n'ont eu aucun effet notable sur la stabilité colloïdale de la bière.

Le blé malté donne une bière moins stable que les bières tout malt (d'orge), et présentent en particulier plus de trouble à froid.

Les sirops d'amidon ont été utilisés pour améliorer la stabilité colloïdale : pour obtenir cette amélioration le sirop est fermenté séparément puis ajouté ensuite au volume principal de bière après  fermentation.

 

L'eau (utilisée pendant le brassage)

Une vaste étude sur les effets des principaux sels minéraux (chlorure de calcium, sulfate de calcium, nitrate de calcium, chlorure de magnésium, sulfate de magnésium, chlorure de sodium, sulfate de sodium, nitrate de sodium) sur la stabilité colloïdale a montré qu'à l'exception du chlorure de calcium et du sulfate de calcium, la stabilité colloïdale a tendance à diminuer avec l'augmentation de la concentration en sels.

La composition minérale de l' eau influe sur la stabilité colloïdale par les effets des sels minéraux sur les phosphates du malt.

Les phosphates présents dans le malt maintiennent le pH de la maische à une certaine valeur, un processus connu sous le nom de tampon. Les minéraux peuvent affecter cette capacité tampon des phosphates, soit en les précipitant (par exemple en les expulsant de la solution, et donc en les éliminant) ou en modifiant le pH à tel point qu'ils surpassent la capacité tampon des phosphates. Dans une étude sur les effets de la composition minérale de l'eau sur les phosphates du malt, un groupe a montré que :

  • Un brassage avec moins d'ajouts de minéraux (ni dureté, ni alcalinité) ont donné des bières avec les plus basses stabilités colloïdales.
  • Les sels acidifiants (CaCl2, CaSO4, MgCl2, MgSO4) ont un effet bénéfique sur la stabilité colloïdale,
  • La stabilité colloïdale augmente avec une dureté de l'eau corrigée avec CaCl2,
  • On ne doit pas brasser avec de l'eau déminéralisée ni ajouter en excès de sels minéraux.

CaCl2 et CaSO4 abaissent le pH de la maische. Le calcium va précipiter l'oxalate et les protéines responsables du trouble.

Le chlorure de calcium ou le sulfate dans l'eau de rinçage abaisse le pH, l' extraction de substances provoquant le trouble étant réduite par un faible pH.

Les niveaux de fer supérieurs à 1 mg/l provoquent des troubles colloïdaux irréversibles. Le fer introduit dans l'eau de brassage étant cependant en grande partie éliminé en phase de brassage et d'ébullition .

Des niveaux de cuivre supérieurs à 1 mg/l catalysent l'auto-oxydation de polyphénols et provoquent également des troubles colloïdaux irréversibles. Une teneur en cuivre supérieure à 0,1 mg/l peut donc avoir des effets nuisibles sur la stabilité colloïdale. Le cuivre dans l'eau de brassage se comporte comme le fer et est largement éliminé pendant l'empâtage et l'ébullition.

 

Les houblons

Une corrélation entre la teneur en anthocyanogène des houblons et le trouble conséquent dans la bière a été identifiée. Un « indice de trouble » a été défini pour les houblons correspondant au ratio entre polyphénols et teneur en alpha-acides. Cela va de 0,15 à 1,71 parmi les 32 variétés de houblon mesurées. Les houblons (ou produits du houblon) avec un indice inférieur à 0,4 ont montré une bonne stabilité colloïdale. Une étude a observé une amélioration de la stabilité colloïdale de la bière résultant de d'une teneur supérieure en acide alpha des houblons.

Une étude a démontré clairement que le stockage du houblon à des températures élevées a entraîné des bières présentant une mauvaise stabilité colloïdale. La même étude a également montré que le stockage du houblon sous vide ont produit des bières avec un plus grand degré de stabilité colloïdale.

Un certain nombre d'études sur les effets des extraits de houblon comparés aux houblons entiers sur la stabilité colloïdale n'ont abouti à aucunes conclusions communes dans ce sens. Certaines études montrent que les extraits de houblon améliorent la stabilité colloïdale tandis que d'autres ne révèlent aucun effet. La seule conclusion sans équivoque a été que les bières provenant de moûts amérisés aux extraits de houblon préparés avec du dioxyde de carbone liquide ont un degré élevé de stabilité colloïdale, une conclusion attribuée à l'absence totale de tanins dans l'extrait.

L'infusion de houblons dans de l'eau chaude, comme dans un thé de houblon pour un houblonnage à cru, conduit à l'extraction des polyphénols dans l'eau chaude. Cela peut avoir un effet négatif sur la stabilité colloïdale. Cela n'arrive pas par contre lorsque le houblonnage a cru est réalisé avec des cônes de houblons ou des pellets.

 

Le brassage

La stabilité colloïdale est affectée par les facteurs suivants : la durée, la température, la densité du moût, le pH, l'oxygène dissous.

1. Conditions de brassage

Un faible pH de maische favorise une meilleure stabilité colloïdale.

30 minutes à 50 °C et un pH de 5.2 à 5.3 favorise l'action des phytases et cellulases. Une acidification de maische supplémentaire (avec de l'acide lactique) jusqu'à un pH de 4,9 supprime les bêta-globulines.

Un empâtage à 60°C (au lieu de 50°C ) diminue l'activité protéolytique de la maische et une diminue la stabilité colloïdale.

D'autres études montrent qu'un empâtage à 50°C conduit à une meilleure stabilité colloïdale de la bière que celles produites avec un empâtage à 40 ou à 60°C. Il a été observé qu'il y avait une augmentation de la stabilité colloïdale avec des augmentations de la durée du palier à 50°C. Une étude a comparé des brassages à 62.8°C, 65.6°C et 68.3°C et a constaté que les deux températures les plus basses ont donné des bières avec plus de deux fois plus stables que celui avec une température plus élevée.

Les bières brassées en l'absence complète d'air n'étaient pas claires après fermentation, présentant une opacité colloïdale laiteuse qui n'a pas décanté. Les bières de brassins normalement oxygénés se sont bien clarifiées et celles fortement oxygénées se sont très bien clarifiées et rapidement. Deux mécanismes opposés affectent la formation de trouble dans la bière quand celles-ci sont préparées en présence d'oxygène. La quantité de protéines de haut poids moléculaire est augmentée de sorte que la bière devient plus difficile à stabiliser. A l'opposé, la quantité de proanthocyanidines est nettement diminuée.

 

2. Methods of Mashing

Studies showed that a double decoction gave better colloidal stability than a single decoction and that lowest colloidal stabilities were found with infusion mashing. With well modified "ale" and "lager" malts, changes in mashing conditions were found to have little effect.

Beers from mashes in which the husks were not boiled had greater resistance to formation of chill haze than those from mashes in which the husks had been boiled. In another study it was found that very stable beers were produced from malt flour (minus the husks) when hopped with pure resin extracts, and unstable beers were produced when husks or coarse grits were used. Greater colloidal stabilities were found in beers brewed to higher gravities.

Formaldehyde has been used in the mash to remove anthocyanogens (proanthocyanidins). Addition of 1,000 ppm (referred to the malt) of formaldehyde reduced anthocyanogens by 84.8%. This produced a 5 fold increase in colloidal stability. Residual formaldehyde was less than 0.2ppm after use of 350 ppm in mashing.

3. Mash Separation

There was increased chill haze when spargings were returned to the wort. A comparison of sparging temperatures of 60, 70, 75 and 80 C showed that the highest sparging temperatures gave the lowest colloidal stability. Increased duration of sparging gave lower colloidal stability. Acidification of the sparge water with lactic acid gave a beer which was more colloidally stable.

Boiling and Cooling

1. Boiling

The effect of boiling unhopped wort for 15 to 120 minutes was examined. The chill haze formed in the resulting beer decreased with increasing duration of boil but on the other hand the level of permanent haze increased with boiling time. In a similar study of hopped wort it was found that chill haze increased with wort boiling time up to 60 minutes and then decreased. Permanent haze was unaffected. A separate study also showed increases in colloidal stability with boiling times up to 2 hours.

Highest colloidal stabilities were found with agitated boiling at 100 C with removal of volatiles although the effects were not very large. Non-removal of volatiles gave decreased colloidal stability. The addition of kieselguhr (diatomaceous earth), nylon, or bentonite to boiling wort was effective at improving colloidal stability, with the last two being particularly effective. Addition of activated carbon to the boil had no effect. Irish moss added at 4 to 8 g/hl (hl = hectolitre = 100 litres) is also effective at improving colloidal stability.

2. Cooling

The rate of cooling of hot wort to pitching temperatures has a profound effect on the amount of cold break (protein precipitate) formed. The ability to chill quickly is a major area of difference between homebrewers and commercial brewers. One study described results in which the best cold break formation was achieved by cooling the wort from 60 C to 21 C in 3 seconds or less. A second study claims that it is necessary to cool slowly over the range 49 C to 26 C to achieve maximum cold break formation and recommends an optimum chilling time of 30 seconds. What can be clearly seen is that homebrewers are at a significant disadvantage in chilling beers when compared to commercial brewers.

Several studies show that cold wort filtered through cold kieselguhr results in very stable beers. In general though, studies show that the raw materials and brewing factors are much more important to the colloidal stability of the beer than the degree of removal of cold break.

Fermentation

Fermentation has a significant effect on colloidal stability although a direct relationship with the finished beer is not easy to establish. Type of yeast, temperature, the shape of the fermenter, and the duration of fermentation all play important roles.

Several authors state that beer of equal quality is produced by conventional fermentation and fermentation in cylindro-conical tanks. In one large study a vertical 10,000 hl cylindro-conical fermenter was compared with conventional fermenters. The cylindro-conical tank gave a uniformly better colloidal stability.

During fermentation there is a loss of proanthocyanidin due to adsorption onto yeast. Yeast appear to act as an insoluble dispersed protein. They absorb tannins more strongly in worts with higher tannin contents. The temperature of fermentation and the concentration of the yeast did not affect this phenomenon. Fermentation temperature can affect the colloidal stability of beer. Several studies show that beers from higher temperature fermentations are more stable than those from lower temperature fermentations. Yeast strain can affect colloidal stability, in general more flocculent yeast produce less stable beers than less flocculent yeasts. The pitching rate also has an effect, increasing the pitching rate tends to improve colloidal stability.

Increased lagering time had striking results in terms of improving colloidal stability. One study recommended that beers should be kept at temperatures between -1 and -1.5 C to assure good colloidal stability. There is of course a risk of freezing the beer so it is useful to know the freezing point of beer. This can be calculated by:

degrees C = -[(0.42 x A) + (0.04 x E) + 0.2]

where A is the weight percent of alcohol (g/100g) (ie ABW) and E is the original gravity of the wort in degrees plato. In general higher storage temperatures give lower colloidal stability.

Post-Fermentation Treatment

The use of various additives to stabilise beers is common practice in most large industrial scale breweries. The additives must be recovered from the beer after use to comply with various regulatory body requirements, the usual method for recovery being filtration. Not all of these additives may be legal in all countries - check your local statutes. Beers are treated post-fermentation because substances able to give rise to chill hazes are formed during fermentation, thus treated wort can still give rise to a beer which will develop a haze.

Active carbon is relatively little used to stabilise beer. At high concentrations (50 to 200 g/hl) it can significantly increase colloidal stability.

Beechwood chips (10 to 15 cm long and about 3 cm thick) have been used to accelerate clarification of beer. Chips will accelerate clarification of normal beer but do not ameliorate the behaviour of a beer which normally undergoes poor clarification.

Bentonites [(Si4O10)(Al(OH)2).nH2O] have long been used to stabilise beer. Bentonites are able to adsorb 5 to 6 times their weight of water and the loss of beer is not negligible when bentonites are used. One study shows a loss of 3% with alkali bentonites and of 1% with calcium bentonites. Significant decrease of chill haze is seen when beer is treated with bentonite at the rate of 100g/hl. In laboratory trials the optimum time of contact of bentonite with beer is 1 to 3 hours. On an industrial scale this rises to 1 to 3 days before final filtration.

Silica gels have the formula H2Si2O5. They are used as dry powders which have a high water-adsorbing power. Gels adsorb high molecular weight proteins but the quantities of proteins absorbed were approx. 50% less than those adsorbed by bentonite. Concentrations of 50 to 100 g/hl will stabilise beer. Contact time with beer of as little as 5 minutes is sufficient to stabilise beer but in practice silica gels are added 24 hours before final filtration.

Insoluble polyamide resins can be used to adsorb specifically the anthocyanogens of beer. Treatment of beer with polyamides in the range of 1.0 to 20.0 g/l gives good colloidal stability. A contact time with beer of 24 hours is optimal. One major disadvantage of the use of some polyamide resins is that they can prove difficult to recover from the beer.

Polyvinylpyrrolidine (PVP) can be used to improve the colloidal stability of beer. PVP is a high molecular weight synthetic polymer which is soluble in water. Insoluble forms of PVP (eg Polyclar AT) precipitated more tannins than soluble forms. The use of Polyclar AT at 12 g/hl removed 91 to 93% of proanthocyanidins. The efficiency of Polyclar decreases with increasing amounts of yeasts.

Tannic acids may be added to beer to stabilise it. These tannins are extracts of gall nuts known as gallotannins, gallic or pyrogallic tannins, or tannic acid. Gallotannins bring about the precipitation of complex nitrogenous substances of beer. Oxygen must be carefully excluded when using these compounds to avoid oxidation. If the beer is left in contact with the gallotannins for too long the colloidal stability decreases, therefore it is necessary to filter the beer approximately 24 hours after addition.

Casein, a phosphoprotein isolated from milk, can be used as a stabilising agent. At 200 mg/l casein can improve the colloidal stability of beer. A minimum contact time of 24 hours with the beer is required.

Before the introduction of filters the only products used to clarify beers were fining agents. These were usually isinglass which is an extract of the swim bladders of certain fish. The active element is collagen which coagulates in beer under the influence of alcohol, acidity, tannin, etc, to form a coagulum which precipitates and entrains yeast and therefore clarifies the beer. Collagen is easily converted to a second fining agent, gelatin. Gelatin is an amorphous protein which dissolves in warm water to form a mobile sol or colloidal solution. The temperature of the gelatin solution at addition is 60 to 65 C. Normal addition rates are 1 to 4 g/hl.

Proteolytic enzymes, enzymes which break down proteins, have been used to improve the colloidal stability of beers. The most widely used enzyme is papain. Much research has been carried out on the use of immobilised enzymes on supports such as collagen but this method has not been widely adopted. Soluble proteolytic enzymes are commonly used in conjunction with other stabilisation agents such as PVP or silica gels before the final filtration.

Various anti-oxidants have been used to either remove oxygen from beer or to negate its effects. Ascorbic acid (vitamin C) at 1.5 g/hl reduces the oxidation haze and the effect is similar to that of a marked reduction of dissolved oxygen. Reducing agents containing sulphur can reduce chill hazes. Sodium hyposulphite has some effect on chill haze when used at 20 ppm. Sodium metabisulphite and ascorbic acid (10 to 20 ppm each) have a synergistic action in protecting the activity of papain in beer during and after pasteurisation.

Bottling

There is a very clear effect of oxygen on beer stability, the greater the amount of oxygen the less stable the beer, therefore care must be taken not to introduce oxygen during bottling. In the USA the head space in bottles fell from 9.2 ml per 12 oz (355 ml) bottle in 1935 to 0.4 ml per 12 oz (355 ml) bottle in 1956. This greatly improved the colloidal stability of the beer. This difference is solely attributable to oxygen. This observation has since been repeated in several purpose designed studies. In an extensive study of British beers the significance of head-space air in bottles was underlined. The optimum head space was less than 1% of the volume of the beer. A similar conclusion was reached in a study of 63 German beers. The temperature of the beer when bottled did not affect the colloidal stability but storage temperature after bottling was important. In general higher storage temperatures led to poorer stabilities.

Homebrewing Implications

If you made it through all the technical description you may still be left wondering what you as a homebrewer can do to rid your beer of hazes. Obviously some of the treatments mentioned above are suitable only for large scale industrial brewing, but there are some improvements you can make. If you follow the list below you should be able to produce perfectly clear beers which should be stable for the short time it will take you to drink them.

1. Quality of Ingredients

Use the best quality ingredients you can. Don't use malt which has been stored for too long, if it is slack it will result in hazes. Try to use the freshest possible. It may be advantageous to crush your own malt just before you brew with it. Use fresh hops, preferably those which have been vacuumed packaged and stored in the dark below 0 C.

2. Get a Water Analysis

If your water has high levels of temporary hardness (carbonates greater than 20 ppm) then it will affect mash pH. Boiling the water for 15 to 30 minutes will reduce hardness but make sure that the level of calcium in the water is sufficient to precipitate all the carbonates. If not, add calcium sulphate or calcium chloride to the water before you bring it to a boil. Don't add magnesium salts, these will simply have the effect of solubilising the carbonates. If you want to add magnesium add it after you have precipitated the carbonates. Beware: calcium sulphate can emphasise hop flavour, if you don't want this it would be better to use calcium chloride.

3. Check Your Mash pH

Aim for pH 5.3, no higher. You can alter mash pH by addition of lactic acid to the brewing water. Remember it is the pH of the mash which matters, not the pH of the water before it enters the mash.

4. Protein Rest

This is a contentious area. Under-modified lager malts should certainly have a protein rest, well modified ale malts shouldn't need a protein rest, but if all else fails you could try it to see if any improvement results. With an under-modified lager malt a rest of 30 minutes at 50 C is recommended. For a well-modified malt some authorities recommend a rest at 40 C for 30 minutes followed by a transition directly to mashing temperatures, specifically excluding staying in the range 45-55 C for any length of time.

5. Sparge Carefully

Don't sparge to too low a gravity. If you sparge much below 1008 to 1010 then you run the risk of extracting tannins which will give the beer an astringent flavour and which will increase the risk of hazes. Don't have your sparge water at too high a temperature. 70 to 75 C is fine, 80 C is too high. Check the pH of the runnings during sparging. If it starts to rise above pH 5.5 stop sparging. Addition of lactic acid to the sparging water can reduce the pH of the runnings, allowing you to sparge for longer.

6. Irish Moss

Use Irish moss in the boil. Many homebrewers omit it because they see no difference, in many cases this is because they use too little. Dr. Fix has shown that scaling down from commercial levels isn't linear. Recommendations vary, but around 5 g per 5 gallon (UK) batch should give good results. Remember to rehydrate it first.

7. Have a Good Rolling Boil

Make sure you have a good rolling boil for at least 1 hour. Don't boil for more than 2 hours since you run the risk of hot break redissolving. Allow the beer to stand for 15 minutes after boiling to allow hot break to settle with the hops.

8. Chill Quickly

Homebrewers can't match the chilling rates achieved by commercial brewers, but they can still improve their beer by chilling as quickly as possible to achieve the maximum cold break formation. 9. Bottle Carefully

When bottling avoid oxidation and try to have a head space in the bottle of less than 1% of the volume of the beer. Be careful though - overfilling can lead to exploding bottles. Once carbonation is over, store your beer in a cool place if it is not going to be drunk quickly.

References

  • The Colloidal Stability of Beer by M. Moll in Brewing Science volume 3. Ed. J.R.A. Pollock.
    Published by Academic Press, London 1987. ISBN 0-12-561003-0. pp 2-329.
  • Malting and Brewing Science Volume 2: Hopped Wort and Beer by J.S. Hough, D.E. Briggs, R. Stevens, T.W. Young.
    Published by Chapman and Hall, London. Second edition 1982. ISBN 0-412-16590-2.
  • Brewing by M.J. Lewis and T.W. Young.
    Published by Chapman and Hall, London. 1995. ISBN 0-412-26420-X. pp211-218.

Ndt: Ce document est en cours de traduction et issu du remarquable article de Gillian Grafton et disponible en version originale ici :
http://www.craftbrewing.org.uk/index.php/beerhazes