BACTERIOLOGISCHE OORLOGVOERING

Een introductie in de microbiologie van het bierbederf
Het slechte nieuws: microben, levende dingetjes die zo klein zijn dat je een microscoop nodig hebt om ze te kunnen zien, zijn overal. De wereld zit vol met bacteriën, gisten en schimmels. En het goede nieuws: dat is maar goed ook. Het levende deel van onze wereld is bekend als de biosfeer en is een kringloop van energie en stoffen die zichzelf in stand houdt in verschillende levensvormen.
Allereerst zijn er de producenten. Deze vormen van leven (meestal planten) verzamelen energie van de zon, koolstofdioxide uit de atmosfeer en water waar ze het maar kunnen vinden. In een proces, dat fotosynthese heet, gebruiken ze deze koolstof, waterstof en zuurstof om organische moleculen te bouwen. Het zijn deze organische moleculen en hun opgeslagen energie die zorgen voor het voedsel voor alle andere vormen van leven op onze planeet; vandaar de naam producenten.
De volgende in de voedingsketen zijn de consumenten, de dieren waarvan er twee soorten zijn. Allereerst de herbivoren die de planten eten, de plantensuikers en zetmeel verteren waardoor energie vrijkomt om zichzelf in leven te houden en de nodige grondstoffen (koolstof, waterstof en zuurstof) om hun eigen organische moleculen te maken.
Ten tweede zijn er de carnivoren (consumenten) die de herbivoren opeten, opnieuw energie en grondstoffen verzamelen en omzetten. Dit proces van het opeten van andere organismen voor energie en grondstoffen kan natuurlijk niet onbeperkt doorgaan. Op elk niveau van leven vermindert de energie omdat die gebruikt wordt voor beweging, warmte, geluid, e.d. Uiteindelijk stort het hele systeem in en de onvermijdelijke dood is het eind van alles. Maar het is toch niet het einde. Het dode lichaam heeft niet meer genoeg energie om te blijven leven, maar er zijn nog een hoop goede stoffen over: organische moleculen met kleine beetjes energie. Hierbij komt de derde vorm van leven aan bod, de bedervers. Deze microben (bacteriën, gisten en schimmels) breken alle vormen van leven af en zetten het om in kooldioxide en water, de stoffen waarmee we begonnen zijn. Dit maakt de levenscyclus weer rond. Het vervelende is echter dat deze microben niet wachten tot iets dood is. Mensen zijn bang van bacteriën omdat een klein percentage van deze microben erg gretig is, levende organismen aanvallen en bederf veroorzaken. Een tweede probleem is dat microben zich erg lang ergens kunnen bevinden, zonder dat je er iets van merkt, en opeens tot enorme aantallen kunnen uitgroeien als er voedsel beschikbaar komt. Na deze orgie wachten ze onzichtbaar tot in de omgeving weer een nieuw maaltje voorbijkomt. Al wat ze nodig hebben is warmte, water en voedsel.

Microben en bier
Je bier is gemaakt van graan, het zetmeel is omgezet in suikers door het maischproces en de suikers in alcohol tijdens het gisten, zodat een biologisch stabiel product is ontstaan dat langer bewaard kan blijven en gemakkelijker (en met meer plezier!) genuttigd kan worden. Een belangrijke stap in het brouwproces is dat de brouwgist de suikers omzet voordat een of andere microbe de kans krijgt. Pas op, want elke brouwerij zit vol met microben die liggen te wachten tot ze een kans krijgen een kleine orgie te houden in een beetje kwetsbare wort. Een aantal processen in de brouwerij is er op gericht om dit te voorkomen, zoals wort koken en veel gist toevoegen. Al deze handelingen bevorderen de gewenste vergisting en voorkomen ongewenste gisting. Een van de redenen dat bier zo lang bestaat komt omdat het bijna onmogelijk is om bier te maken dat organismen bevat waarvan je behoorlijk ziek kunt worden of zelfs dood gaan. Het koken van het wort en de alcohol gemaakt door de gist doden deze organismen, zelfs in de smerigste brouwerij. Dus waar je ook bent: het is veiliger om bier te drinken dan water. Als de omstandigheden niet optimaal zijn kunnen andere microben toch groeien in bier. Als ze dat doen dan zal het bederven door ongewenste smaken en geuren, troebelingen en mogelijk zelfs slijm, maar nooit door giftige stoffen.

Als amateurbrouwer hoef je niet alle details te weten van brouwerij-microbiologie, maar wel de beginselen van wat bedervende organismen zijn en hoe ze in het brouwproces terechtkomen. Je kunt dan beter voorkomen dat ze binnendringen in je brouwproces. In tabel 1 zie je een overzicht van fouten in bier en hun mogelijke oorzaken en hoe je het kunt voorkomen. Door te ruiken en te proeven kun je bepalen wat de boosdoener is en aan dat deel van het brouwproces extra aandacht besteden. In de meeste gevallen is de oplossing hetzelfde: zorg voor het toevoegen van een grote hoeveelheid brouwgist met veel actieve gistcellen en zo weinig mogelijk andere microben door schoon, hygiënisch en snel te werken. In overeenstemming met de titel van dit artikel ga ik je nu wat informatie geven over de vijand, zodat je bijna al je oorlogen kunt winnen. We weten dat grote hoeveelheden actieve, gezonde gist het wort snel zal omzetten in alcohol en zuren. Dit voorkomt dat ongewenste organismen voedsel krijgen en kunnen groeien. Bovendien zijn deze organismen bijna allemaal gevoelig voor alcohol en zuren. Om te zorgen dat de gist deze strijd wint moet je hem wel helpen, waar dat kan. Als het hele proces, van ingrediënten tot apparatuur, steriel zou zijn dan was, in theorie, één gistcel in het steriele wort voldoende om een prima bier te maken. Zoiets is echter alleen mogelijk in het laboratorium, maar niet thuis of op grote schaal in een brouwerij. Als we de vijand kennen dan moeten we het voordeel geven aan onze gist. Dit doen we door wat we hygiëne noemen; dit betekent dat alles wat met het bier in aanraking komt schoon moet zijn en bewerkt met chemicaliën om de meeste microben te onderdrukken of te doden. Om succesvol te brouwen moet het aantal microben in de ingrediënten en apparatuur tot een aanvaardbaar niveau worden teruggebracht. Wat een aanvaardbaar niveau is zie je aan het resultaat van je bier. Als het er goed uitziet, goed ruikt en smaakt dan heb je het goed gedaan. De belangrijkste stappen in deze strategie zijn:

1. Begin niet met teveel microben aan het proces
Schone onbedorven ingrediënten, schoon water, schone apparatuur en een schone brouw-omgeving verminderen allemaal de hoeveelheid microben die in de gaten gehouden moeten worden. Graan is een natuurproduct en is bedekt met allerlei gisten, bacteriën en schimmels. Als je mout schroot vlakbij de plaats waar de vergisting plaatsvindt, loop je de kans dat je gist besmet raakt. Hetzelfde geldt voor stof en vuil in de ruimte. Alles wat niet schoon is bevat microben en als het vuil organisch materiaal bevat is dat een prima voedingsbodem. Daarom moet alle gereedschap schoon zijn: gistvaten, slangen, watersloten, lepels, pompen, hydrometers en trechters. Alles wat met het wort in contact komt moet schoon zijn zodat je het leger van de vijandige troepen niet versterkt. Een klein vlekje vuil kan al miljoenen microben bevatten die je bier kunnen bederven, dus bijna schoon is niet goed genoeg. Ook krassen, splinters en poreuze oppervlakken in brouwgereedschap zijn allemaal potentiele broednesten. Alles moet worden schoongemaakt zodra het is gebruikt. Denk eens aan het leger van microben dat groeit op de bodem van je gistvat dat niet goed is schoongemaakt. Als je iets niet meteen goed schoonmaakt moet je vechten tegen een groter leger microben dan wanneer je het meteen had gedaan.

2. Verminder het aantal microben tijdens het brouwproces
Zelfs op schoon, afgespoeld gereedschap, wat niet poreus is en zonder krassen, zitten microben. Alles wat met het brouwproces in contact komt mag slechts zoveel microben bevatten dat het geen invloed heeft op het product. Het wort wordt tijdens het koken gesteriliseerd, dus voor dit tijdstip hoeft het schoonmaken niet grondig te gebeuren. Het maischen moet natuurlijk wel schoon gebeuren. Als je brouwgereedschap niet goed schoon wordt gemaakt na het maischen dan zullen er microben groeien in het achtergebleven residu. Deze zullen de volgende keer gaan groeien en beginnen met vergisten tijdens het maischen. Nu zul je zeggen: dan gaat alleen het rendement wat achteruit en die microben gaan wel dood tijdens het koken, maar dat klopt niet helemaal. Er kunnen ook smaken en geuren ontstaan tijdens deze vergisting. Zuren ontstaan tijdens het maischen, in het bijzonder bij langdurig maischen of bij het gebruik van tarwe (dit bevat grote aantallen lactobacilli), kunnen duidelijk merkbaar zijn in het eindproduct.

3. Als het wort steriel is laat er dan zo weinig mogelijk microben bij komen
Dit is heel belangrijk. Het wort is een perfecte voedingsbodem voor microben en zoals je weet zitten ze overal. Gesloten wortkoelers, gesloten gistvaten en gesloten transport zijn het beste om te voorkomen dat ze in het gekoelde wort terechtkomen en hun eigen vergistingsfeestje gaan beginnen. Het wort buiten koelen in een open vat en het dan door een trechter te gieten is verre van ideaal. Als thuisbrouwer kun je het beste investeren in een gesloten wortkoeler en in een wortpomp met slangen. Zuigen aan een hevelslang verhoogt het risico op infectie, zelfs al heb je je mond gedesinfecteerd met wodka. Wat je ook gebruikt: van alles wat met het gekoelde wort in aanraking komt moeten de microben verwijderd zijn, dus gedesinfecteerd zijn. Dit gebeurt door een chemische behandeling met een van de vele desinfectiemiddelen die in de handel verkrijgbaar zijn (zoals sterinet, chempro en sulfiet). Zij hebben allemaal hun voor- en nadelen, maar ze doen het allemaal goed als de instructies worden opgevolgd met betrekking tot concentratie en contacttijd. Denk er wel aan dat deze middelen alleen werken als het materiaal grondig schoongemaakt is, zonder verborgen broedplaatsen waar miljoenen microben zitten te wachten, beschermd door een laag vuil. Als het wort steriel is gebleven tijdens het koelen en op een hygiënische manier is overgebracht naar een gedesinfecteerd gistvat, dan ben je een heel eind op weg naar de overwinning van je brouwgist in de oorlog met de microben.
Er is nog een manier om bedervende organismen binnen te halen. Dit is tijdens het toevoegen van de gist aan het wort. Het is belangrijk om gist te gebruiken die vrij is van microbiologische vervuiling. Vroeger was dat niet eenvoudig, maar tegenwoordig zijn er volop leveranciers van schone, gezonde en pure gist voor kleine brouwers. Gist toevoegen waar bedervende organismen inzitten zal leiden tot bier waarvan de smaak in de buurt komt van geuze.

4. Zorg voor goede vergistingsomstandigheden
Een ding waar je goed op moet letten is de Agevarenzone@. Deze begint als het wort is teruggekoeld tot onder de 38 C en eindigt als de vergisting aan de gang is zoals je kunt zien aan het actieve bubbelen van het waterslot. Het is belangrijk deze periode in de gaten te houden, omdat, hoe voorzichtig je ook bent, andere microben zullen proberen een weg te vinden naar je vergisting. Hoe korter de gevarenzone duurt, hoe minder kans je hebt op bedorven bier. Zorg dat je je bier snel op de gisttemperatuur brengt, zodat het maar kort in de gevarenzone zit. Natuurlijk is de volgende stap snel koelen. Zorg dat je koelsysteem je bier snel op de temperatuur brengt om de gist te kunnen toevoegen, zodat je slechts kort in de gevarenzone zit. Daarna voeg je een grote hoeveelheid gezonde gist toe. Deze zal snel het wort bezetten en de kleinere aantallen bedervers buiten gevecht stellen door hun voedsel (suikers) weg te nemen en door het produceren van onderdrukkers (alcohol en zuur). Toch zijn er sommige microben die in je zure, alcoholhoudende bier kunnen groeien, dus blijft het noodzakelijk om alles in het verdere proces te desinfecteren. Bijvoorbeeld het herhaaldelijk nemen van een monster uit je gistvat (of het monster teruggieten) is erg riskant, evenals het jonge gistende bier overhevelen naar het lagervat. Het rijpen, filteren en bottelen zijn momenten dat je bier besmet kan raken, dus ook hier moeten de regels worden toegepast met betrekking tot schoonmaken, desinfecteren en minimale blootstelling aan de lucht. Hierbij is ook een tweede mogelijkheid tot het reduceren van besmetting van toepassing, namelijk het terugbrengen van de temperatuur. De meeste microben groeien langzaam of helemaal niet in de kou. Door het koud bewaren van bier tijdens de rijping, bottelen en opslag kan het effect van schadelijke invloed van bedervende microben een paar maanden onderdrukken.

Conclusie
Let goed op maar maak je niet teveel zorgen. Maak alles goed schoon in alle fasen van het brouwproces en ben erg voorzichtig met afgekoelde wort die nog niet vergist is. Kies de juiste gist en de wereld vol microben kan doordraaien, zonder dat je bier aangetast wordt.

Paul Farnsworth, Ph.D.
Bron: Zymurgy ril 2001, vertaald en bewerkt door Frits Haen

BROUWEN MET CHOCOLADE

Met mijn ervaring als thuisbrouwer, manager van een thuisbrouwerij en schrijver voor Brew Your Own, heb ik veel dingen geleerd. Maar er blijft één raadsel: waarom blijven thuisbrouwers erop staan om met succes te knoeien? Waarom kunnen we niet tevreden zijn met een geweldig bier of een perfecte pils? Waarom staan we erop om dat ene extra ingrediënt toe te voegen - of een vreemde techniek te proberen - met het risico dat we iets ondrinkbaars brouwen? Ik weet het antwoord niet, maar waarschijnlijk dat het iets te maken heeft met waarom we überhaupt begonnen zijn met thuisbrouwen. Een van de ingrediënten waarmee ik in de loop der jaren vaak heb geëxperimenteerd, is chocolade. Met iets meer succes dan falen, kan ik trots zeggen. Ik zal je de gruwelijke details en lelijke resultaten besparen, en je alleen tips geven over hoe het goed te doen.

Chocolade: hoe brouw je ermee
Chocolade begint met de cacaoboom, die groeit in de tropen. De bonen van deze kleine groenblijvende boom
worden geroosterd, gepeld en gemalen tot cacaopoeder. Het natuurlijke vet, dat cacaoboter wordt genoemd, wordt verwijderd. (De boom wordt gespeld als 'cacao', terwijl de bijproducten vaker worden gespeld als 'cacoa’) Aan de soorten chocolade die beschikbaar is voor de consument zijn meestal suiker, oliën en andere smaak- en gladmakende middelen toegevoegd. Een chocoladereep wordt bijvoorbeeld gemaakt van cacaopoeder, suiker, cacaoboter en (vaak) andere vetten; hoe meer cacaoboter het bevat, hoe geweldiger het mondgevoel!
Als je pure, onbehandelde cacaobonen kunt vinden (veel geluk!), kun je ze in je brouwsel gebruiken zoals koffiebonen - geroosterd, gemalen als een speciaal graan en in kleine hoeveelheden toegevoegd bij het maischen. Anders moet je omgaan met de toegevoegde ingrediënten die ik hierboven heb genoemd. Elk vormt een iets andere uitdaging, maar elk van de beschikbare soorten chocolade kan met groot succes worden gebruikt in je brouwsel, op voorwaarde dat je het met redelijke zorg doet.

Verwar allereerst niet wat we bespreken met chocolademout. Chocolademout is gemoute gerst, tot een donkerbruine kleur. Het kan bier een geroosterde, chocoladeachtig aroma en smaak geven, maar het is absoluut geen product op basis van cacao. Veel commerciële brouwers gebruiken het woord chocolade in de naam van hun bier, maar slechts enkelen gebruiken echte chocolade. Verschillende van de onderstaande recepten gebruiken ook chocolademout, gewoon voor de lol!

Gemalen cacao - met andere woorden, ongezoete en pure cacao - kan bij het maischen of tijdens het koken worden gebruikt. Strooi tijdens het maischen eenvoudig de gewenste hoeveelheid in het graanbed aan het begin van het spoelproces, of voeg voor een sterke cacaosmaak deze aan het graanbed toe tijdens het maischen. Gemalen cacao geeft het bier een donkere en bittere smaak. Het is misschien niet herkenbaar als chocolade, maar het voegt een laag complexiteit toe. (Opmerking: verwar gemalen cacao niet met warme chocolademix of chocolademelkpoeder, die gezoet zijn en waaraan vaak melkpoeder is toegevoegd. Gemalen cacao is het ontvette poeder gemaakt van de bonen, zonder verder iets.) Bakkers chocolade is hetzelfde als gemalen cacao, behalve dat oliën zijn toegevoegd - of in sommige gevallen niet zijn verwijderd - om een stevige "cake" van ongezoete bittere chocolade te maken. Deze oliën, of ze nu toegevoegd of natuurlijk zijn, veroorzaken een klein ongemak voor de brouwer. Bier gemaakt met deze en andere soorten oliehoudende chocolade moet een lange en krachtige kooktijd hebben om de oliën te verdampen, anders zal het bier last hebben van een slechte schuimkraag. De meeste bakkerschocolade is ongezoet of bitterzoet, maar het is nu ook mogelijk om melkchocolade en witte chocolade in hetzelfde basisformaat te vinden - ze zullen hetzelfde werken, maar zullen natuurlijk zoeter zijn. Al deze chocolade moet worden gebroken of in kleine stukjes worden gehakt en tijdens het koken worden toegevoegd met siroop of droge moutextracten. Zorg ervoor dat je goed roert en zorg ervoor dat de chocolade niet op de bodem van de ketel brandt. Een kleine verdere verfijning is de chocoladechip - gezoete, hoogwaardige chocoladechips (halfzoete, melkchocolade of witte chocolade) zijn nog steeds meer cacao dan additieven. Ze moeten op dezelfde manier worden gebruikt als de chocolade van de gehakte bakkerschocolade, als hierboven beschreven.

Alle candybars zijn niet gelijk gemaakt - als je een chocoladesmaak wilt toevoegen aan je brouwsel, zorg er dan voor dat je een candy bar gebruikt die alleen chocolade bevat - kokosnoot, karamel, nougat, munt of kleine stukjes gemalen koekje kunnen goed passen in de chocolade, maar ze zullen zeker afbreuk doen aan het bier. Candybars, als het maar chocolade is, kunnen worden gebruikt zoals de chocoladechips.

Soms kan de beste chocoladesmaak in een bier kan afkomstig zijn van iets dat je aan het einde toevoegt, bij het bottelen. Extracten voor het maken van zelfgemaakte likeuren (bijvoorbeeld witte of donkere crème de cacao) kunnen worden toegevoegd samen met de bottelsuiker, met weinig of geen effect op de koolzuur, de body en de kleur van het bier. De likeuren zelf kunnen, omdat ze grotendeels op suiker gebaseerd zijn, worden toegevoegd om een deel van (of in sommige gevallen alle) de bottelsuiker te vervangen. Oh, nog een laatste punt - chocoladesiroop. Het soort dat je in je melk roert, of sprenkelt over je ijs of gebruikt voor het bakken. Deze is lastig, omdat het voor het grootste deel een gezoete, opgevoerde chocolade is. Een laatste woord van waarschuwing: gebruik geen chocoladepudding, chocolade-ijs of brownie mix. Onder alle omstandigheden. Je bent gewaarschuwd. Het volgende recept is gebaseerd op extracten met kleine hoeveelheden speciale mouten.

Bitter Chocolate Imperial Stout
Ingrediënten voor 10 liter bier:
1650 gram donker moutextract

• 60 gram zwarte mout
• 60 gram chocolademout
• 60 gram geroosterde gerst
• 30 gram stukjes ongezoete bakkerchocolade
• 15 gram Targethop 8% alfazuur
• 8 gram Fuggles hop 4% alfazuur
• Giststarter van English ale yeast (White Labs WLP002 of Wyeast 1968)

Stap voor stap:
Week de zwarte en chocolademout en de geroosterde gerst in 6 liter koud water. Verhoog geleidelijk de temperatuur tot 66 °C en houd 30 minuten vast. Verwijder het graan. Roer het droge moutextract en de bakkerschocolade erdoor en breng aan de kook. Kook 15 minuten, voeg Target hop toe. Kook 45 minuten, voeg Fuggles-hop toe. Kook 15 minuten, haal van het vuur, koel 15 minuten. Voeg toe aan het gistvat samen met voldoende gekoeld, voorgekookt water om 12,5 liter over te houden. Koel tot 21 °C en voeg de gist toe. Laat het gedurende tien dagen gisten, hevel het over en laat het rijpen op een koele donkere plaats gedurende een maand. Laat het gedurende een maand of langer koel en donker rijpen.

Begin SG: 1070 Eind SG: 1022 IBU: 45

Scott Russell
Bron: Brew Your Own, vertaald en bewerkt door Frits Haen

HET KOELEN VAN WORT

Voordat we ingaan op de wetenschap en het ontwerp van wortkoelers, laten we enkele voordelen bespreken van het koelen van je wort.

Waarom je wort afkoelen?
Je kunt bier maken zonder maatregelen te nemen om je wort actief te koelen. Er is een methode genaamd "geen koeling" waarbij hete wort wordt overgebracht in een schoongemaakt verzegeld vat en een nacht wordt bewaard. De volgende ochtend wordt het overgebracht naar een gistvat en wordt de gist toegevoegd. Ik ben persoonlijk geen groot fan van "geen koeling" brouwen om de redenen die ik in de volgende paar paragrafen zal uiteenzetten, maar het kan worden gedaan, en je kunt nog steeds prima bier maken op deze manier.
Als je even “geen koeling” opzij zet, zijn er enkele voordelen aan het zo snel mogelijk koelen van je wort. Deze omvatten het verminderen van het risico op infecties, het verbeteren van de helderheid van je bier en het verminderen van het risico op vieze smaken.
Een van de belangrijkste redenen om je wort snel te koelen, is het verminderen van het risico op infectie. Zodra de worttemperatuur onder 60 °C daalt, bestaat het risico dat wilde gist of bacteriën je wort kunnen infecteren voordat je de kans krijgt om je gist toe te voegen. Hoe langer je in deze "lauwe" zone doorbrengt, hoe groter het risico.
Een tweede reden om je wort te koelen is dat het de helderheid van je bier verbetert. Wort bevat eiwitten en tannines die een bijproduct zijn van zowel hop als mout. Sommige van deze bijproducten slaan neer als onderdeel van de "hete breuk" wanneer je voor het eerst begint te koken. Als je je wort echter snel genoeg koelt, krijg je ook een aanzienlijke "koude breuk" van eiwitten, tannines en hopmateriaal dat neerslaat. Dit is wat brouwers de "trub" of het sediment noemen dat overblijft nadat je je wort hebt gekoeld. Omdat deze eiwitten en tannines een belangrijke oorzaak van waas zijn, zal het verminderen in dit stadium je een helderder bier geven.
Een andere reden om je bier snel te koelen is om het risico op dimethylsulfide (DMS) te verminderen, wat kan resulteren in een maïsmaak in het afgewerkte bier en is een bijzonder risico voor lagerbieren. DMS wordt gevormd door het verwarmen van een chemische stof genaamd S-methylmethionine (SMM), een aminozuur dat wordt gevormd tijdens de kieming en het eesten van de mout. Gelukkig zal een krachtig koken de DMS in het afgewerkte bier aanzienlijk verminderen, maar SMM blijft worden omgezet in DMS tot ver onder het kookpunt, dus je wilt geen hete wort laten zitten tot uren na het koken. Koelen elimineert dit risico snel.

De wetenschap van wortkoelers
Alle wort-koelers volgen de basiswetten van de thermodynamica en deze wetten regelen het ontwerp van de koeler.
Er zijn drie manieren om warmte over te dragen tussen een heet en een koeler object: straling, convectie en geleiding. Als we naar iets als een hete ketel met wort kijken, zijn alle drie deze principes van toepassing, maar geleiding is de primaire methode die wordt gebruikt in wortkoelers.
Straling is de overdracht van warmte via elektromagnetische golven. Alle objecten stralen energie uit via infraroodgolven. Je hete ketel wort straalt bijvoorbeeld wat energie uit naar de omgeving die je gemakkelijk kunt zien als je ernaar kijkt via een infraroodcamera.
Convectie treedt op wanneer een vloeistof, zoals je wort, wordt verwarmd of gekoeld. De verwarmde vloeistof heeft de neiging weg te stromen van de bron, waardoor hete lucht stijgt. Convectie creëert stromingen in vloeistoffen en gassen die warmte overdragen. Convectie vindt plaats in je hete ketel met wort, dat is de reden waarom je hete plekken of koele plekken in de ketel kunt krijgen terwijl deze kookt of koelt.
Geleiding is de laatste methode voor warmteoverdracht en omvat de directe overdracht van warmte tussen objecten die elkaar raken. Moleculen bij hogere temperatuur botsen met die bij lagere temperatuur en verhogen hun kinetische energie. Metalen geleiden ook elektriciteit extreem goed, omdat ze vrij bewegende elektronen hebben die snel energie tussen atomen overdragen. Dit is de hitte of koelte die je voelt als je je hand direct op een raam legt of een heet oppervlak aanraakt, en het is ook de belangrijkste methode om je wort te koelen.
Hoewel straling en convectie optreden wanneer je je wort koelt, zijn deze processen relatief langzaam. Je zou een hete ketel wort in de lucht kunnen laten staan en deze zal de energie langzaam wegstralen. Convectie zal uiteindelijk resulteren in een constante temperatuur in het wort terwijl het afkoelt, en wat energie zal ook rechtstreeks door de ketel en naar wat dan ook in je ketel worden geleid, maar het zal lang duren.

De geleidingsvergelijking
Aangezien geleiding het algehele ontwerp van koelers domineert, laten we eens kijken naar de basisgeleidingsvergelijking. Deze vergelijking veronderstelt dat je twee materialen hebt bij verschillende temperaturen zoals onze wort en koelwater gescheiden door een grensmateriaal zoals de koeler zelf.
Q = k x A x ΔT
Waarbij:
Q = Warmteoverdracht per tijdseenheid
k = Thermische geleidbaarheid van het gebruikte grensmateriaal
A = Gebied van de grens
ΔT = temperatuurverschil tussen wort en koud water
In woorden, de snelheid van warmteoverdracht is gewoon een product van de thermische geleidbaarheid van het grensmateriaal, het grensgebied en het temperatuurverschil tussen het wort en het koude water. Al onze moderne wortkoelers hebben wort bij een hoge temperatuur en gebruiken een soort waterbron van lagere temperatuur, zoals water uit een tuinslang of kraan aan de andere kant met een grens ertussen, dus de
vergelijking is van toepassing.

Bij het ontwerpen van een wortkoeler is het doel om de snelheid van warmteoverdracht Q te maximaliseren, omdat we het wort zo snel mogelijk willen koelen. Laten we dus eens kijken naar elk van de termen aan de rechterkant van de vergelijking om te zien hoe we een koeler kunnen ontwerpen die de overgedragen warmte maximaliseert.
De eerste term, k, is de thermische geleidbaarheid van het materiaal dat wordt gebruikt om het wort en koelwater te scheiden. Voor een efficiënte warmteoverdracht willen we misschien een materiaal kiezen met een hoge thermische geleidbaarheid. Het warmtegeleidingsvermogen van een isolatiemateriaal zoals Styrofoam is bijvoorbeeld erg laag bij ongeveer 0,03 W / (m K), terwijl roestvrij staal een geleidbaarheid k heeft van ongeveer 20 W / (m K) en koper zo hoog kan zijn als 392 W / (m K) in geleidbaarheid.
Het is niet verrassend dat de meeste wortkoelers van metaal zijn gemaakt, omdat het warmte goed geleidt en relatief eenvoudig te reinigen is met chemische middelen. Koper en roestvrij staal zijn de twee metalen die het meest worden gebruikt in zowel zelfgemaakte als commerciële koelers.

Omdat koper zo'n goede warmtegeleider is, wordt het vaak gebruikt door thuisbrouwers, hoewel roestvrij de commerciële markt domineert. Dit komt vooral door het feit dat roestvrij staal bestand is tegen corrosie wanneer het wordt schoongemaakt met commerciële reinigingsmiddelen.
De volgende term in onze vergelijking is A, die het warmteoverdrachtoppervlak tussen het koude koelwater en het hete wort voorstelt. Als we het gebied van de oppervlak kunnen vergroten, kunnen we ook de warmteoverdracht vergroten. Dit is het principe achter platenkoelers, die meerdere lagen dun metaal in een sandwich gebruiken om het gebied tussen het hete wort en het koude water te maximaliseren. Elke laag is ongeveer de hoogte en breedte van de koeler, dus als je enkele tientallen lagen heeft, kun je het equivalent van een zeer groot oppervlak voor warmtewisseling creëren. De meeste commerciële warmtewisselaars zijn op dit principe gebouwd en grotere koelers voegen vaak gewoon meer platen toe naar een bestaand ontwerp.

De laatste term, ΔT, vertegenwoordigt het temperatuurverschil tussen het wort en het koelwater. Hoe groter dit verschil, hoe sneller de warmte-uitwisseling. Dus als we bijvoorbeeld de hele tijd ijskoud water in onze koeler kunnen pompen, zou het veel beter werken dan lauw water uit de kraan.
Als we de gevolgen van ΔT voor een echte wortkoeler in overweging nemen, komen verschillende andere feiten aan het licht. Heet wort koelt bijvoorbeeld sneller dan koel wort vanwege de hogere ΔT. Terwijl het wort afkoelt, wordt de ΔT tussen de worttemperatuur en het koude water kleiner, zodat de warmteoverdrachtssnelheid, Q, kleiner wordt. Dat is de reden waarom zoiets als een dompelkoeler de temperatuur in het begin heel snel laat dalen, maar kan angstaanjagend langzaam worden als je de kamertemperatuur nadert. Als we ΔT beschouwen vanuit het perspectief van koelwater dat door onze koeler stroomt, warmt ook de koelwatertemperatuur op. Dus koelwater dat het ene uiteinde van onze koeler binnenkomt, is misschien lekker koud, maar het zal opwarmen als het door de koeler loopt, waardoor het minder effectief wordt. Dit is geen slechte zaak, omdat het water al veel warmte uit het wort heeft geabsorbeerd, maar in een ontwerp zoals een dompelkoeler zal het resulteren in warme en koude plekken in het wort. Deze ongelijke koeling zorgt voor grote uitdagingen voor dompelkoelers, omdat het toevoegen van lengte niet altijd leidt tot snellere koeling.

Een laatste consequentie van ΔT is dat we de stroming van koelwater door onze koeler willen maximaliseren, terwijl de stroming van wort wordt beperkt. Meer koelwater doorpompen is meestal een goede zaak, omdat koud water warmte absorbeert en van het wort wegvoert. In zoiets als een tegenstroom- of platenkoeler proberen we meestal de stroom van hete wort te regelen, zodat we een doeltemperatuur op de uitvoer van de koelmachine kunnen bereiken.
Het is duidelijk dat het ontwerp van realistische koelers een complex onderwerp is, aangezien overwegingen met betrekking tot reële stroomsnelheden, temperatuurveranderingen, productie, materiaal, reiniging, kosten en onderhoud een rol spelen. De eerste principes die worden weergegeven door de bovenstaande geleidingsvergelijking zijn echter de drijvende kracht in het ontwerp van de koelmachine. De onderliggende thermodynamica is de belangrijkste reden waarom de meeste koelmachines in een paar eenvoudige ontwerptypen vallen.

De ijsbad- / koudwatermethode
Velen van ons begonnen onze brouwhobby met een eenvoudige extractiekit. Bij gebrek aan een koeler, voegden de meesten van ons ofwel koud water rechtstreeks aan het wort toe als we gedeeltelijk kookten, het totale volume op het gewenste volume brachten, of ondergedompeld onze ketel of gistvat in een badkuip vol ijswater. Laten we eens kijken naar de effectiviteit van deze twee methoden.
Het toevoegen van koud water rechtstreeks aan het wort om te koelen kan worden gedaan met veel extractkits die een gedeeltelijke batch-kook gebruiken. Er is een klein risico op infectie als je leidingwater rechtstreeks aan het wort toevoegt, maar je kunt voorgekookt of gefilterd / flessenwater gebruiken om het risico te verminderen. Natuurlijk moet je het water dat je toevoegt, afkoelen omdat het niet snel op kamertemperatuur komt als je lauw water toevoegt.
Het probleem met de directe toevoeging van koud water is dat onze oude vriend ΔT begint. Overweeg bijvoorbeeld een volume wort bij 100 °C gemengd met een gelijk volume gekoeld water van 4 °C, de temperatuur van een normale koelkast. Omdat de volumes en warmtecapaciteit van de twee toevoegingen hetzelfde zijn, is het vrij eenvoudig om aan te tonen dat de temperatuur van het mengsel het gemiddelde van de twee temperaturen zal zijn, namelijk:

(100+4)/2 = 52 °C

Het wort is dus nog steeds ruim boven kamertemperatuur en te heet om de gist toe te voegen. Het zal lang duren voordat dat wort een goede toevoegtemperatuur heeft bereikt als er geen verdere maatregelen worden genomen om het wort te koelen.
Je ketel of je gistvat nemen en onderdompelen in een bad met ijswater is een effectievere techniek. Als we ons herinneren dat metaal een betere warmtegeleider is dan glas of plastic, is de kookketel misschien de beste keuze voor deze methode. Ervan uitgaande dat je voldoende ijs hebt om je ijswaterbad in de buurt van het vriespunt te houden, krijg je na verloop van tijd een gestage warmteoverdracht van het wort naar het ijsbad totdat de doeltemperatuur bereikt.
De belangrijkste zorg bij deze methode is dat je zowel het wort- als ijsbad moet roeren om te voorkomen dat er warme / koude plekken in de buurt van het oppervlak komen. Je hebt ook een vrij klein gebied, A, in contact tussen het wort en het bad wanneer we het vergelijken met zoiets als een platenkoeler, dus deze methode kan meer tijd kosten dan een speciale koeler, en je hebt natuurlijk veel ijs nodig. Bijvoorbeeld, een ketel van 30 cm diameter en 30 cm hoog (0,3 x 0,3 meter) heeft ruwweg een volume van 22 liter maar het gebied, A, van de bodem en wanden is 0,36 vierkante meter, die we kunnen vergelijken met andere alternatieven.
Het voordeel van deze methode is de eenvoud. Je kunt een diepe gootsteen of bad gebruiken als je ijswaterbad, en je hebt geen extra uitrusting nodig, behalve een paar zakken ijs en wat geduld.

Om een dompelkoeler te gebruiken, dompel je de spoel in je ketel en stroomt vervolgens koud water door de spoel. Het koude water is het koudst waar het de koelmachine binnenkomt, dus je creëert een "koude plek" aan de boven- of onderkant (afhankelijk van de richting waarin je het water drijft), evenals in de buurt van het oppervlak van de koeler. Je kunt het wort af en toe voorzichtig roeren om warme en koude plekken te voorkomen.

De effectiviteit van de dompelkoeler hangt af van dezelfde drie termen die we eerder hebben besproken, k, A en ΔT. Als alles gelijk is, zal een koperen koeler sneller warmte overdragen dan een roestvrijstalen, en is ook aanzienlijk effectiever dan proberen een roestvrijstalen ketel in water onder te dompelen. Als we kijken naar een typisch gebied, A, voor een koeler, overweeg dan een buis met een buitendiameter van 12,7 mm die 7,6 m lang is. Het ruwe oppervlak van de buitenkant van de buis is 0,3 vierkante meter, wat vergelijkbaar is met het totale oppervlak van de ondergedompelde 22 liter ketel die we eerder hebben overwogen.

Rekening houdend met ΔT is het meeste leidingwater niet helemaal ijskoud, dus onderdompelingskoelers hebben de neiging aanzienlijk te vertragen naarmate het wort op kamertemperatuur komt. Sommige onderdompelingsontwerpen bevatten echter een tweede-fase spoel in wat een "tweetraps dompelkoeler" wordt genoemd. In dit ontwerp wordt een tweede spoel vooraan toegevoegd en ondergedompeld in een pot met ijswater. Het idee is om het koelwater dat de hoofdspiraal binnengaat voor te koelen, zodat je sneller koelt. Dit kan met name effectief zijn als je leidingwater een beetje warm is of als je betere prestaties wilt wanneer het wort op kamertemperatuur komt.
Over het algemeen kunnen de prestaties van een dompelkoeler behoorlijk goed zijn, vooral voor kleine batches op of onder het bereik van 19 liter. Grotere batches hebben misschien wat meer koelvermogen nodig. Bovendien zijn dompelkoelers relatief eenvoudig te reinigen en te onderhouden en zijn ze ook zeer betaalbaar. Omdat de koeler in de ketel werkt voordat je het wort naar de gister overbrengt, kun je het grootste deel van de trub achterlaten in de ketel. Dit kan een aanzienlijk voordeel zijn, omdat veel eiwitten, tannines en hopmateriaal uit het wort neerslaan terwijl je het afkoelt en de meeste brouwers dit trubmateriaal van het wort willen scheiden voordat ze gisten.

De reden voor het tegenstroomontwerp is dat het koudste koelwater eerst in contact komt met de koelste wort. Aan het andere uiteinde van de buis heeft de heetste wort contact met het warmste koelwater. Als resultaat krijg je een redelijk "gemiddelde" ΔT over het gehele apparaat, wat goede prestaties levert aan beide uiteinden van het apparaat. Als je de wortstroom beperkt en koud genoeg koud water hebt, kun je het wort in één keer door de koeler tot kamertemperatuur koelen. Verder kun je de temperatuur van het wort regelen door de wortstroom door de koeler aan te passen.

De thermische prestaties van deze koeler zullen net iets beter zijn dan een dompelkoeler in termen van totale koeltijd, omdat het gebied van de materialen vergelijkbaar is, maar het tegenstroomontwerp ΔT prestaties iets verhoogt. De meeste brouwers vinden het echter leuk om hun wort in één keer te koelen, en je kunt de grootte van de koeler vergroten om de koeltijd te verbeteren.
Een nadeel van de traditionele spoelvormige tegenstroomkoeler is dat deze moeilijker te reinigen is. Omdat de koeling plaatsvindt in de koeler, slaan er stukjes trub, eiwitten en tannines in het apparaat neer. Meestal moet je de koeler onmiddellijk terugspoelen en reinigingsvloeistof erdoorheen laten lopen om verstopping te voorkomen. Bovendien komt veel van de neergeslagen trub in het gistvat terecht. Dus tenzij je zoiets als een conisch gistvat hebt waarmee je de trub tijdens de gisting kunt scheiden, zul je meer hop- en korrelmateriaal in je gistvat krijgen dan met een dompelkoeler.

Het voordeel van een platenkoeler is vooral in het grote gebied, A, dat wordt gebruikt. Overweeg een ontwerp zoals de Blichmann Therminator, die 40 platen heeft met een afmeting van ongeveer 17,8 x 7,6 cm. Het gebied bedekt door de 40 lagen is ongeveer 0,54 vierkante meter, wat bijna twee keer is wat veel van de andere ontwerpen bieden. Bovendien biedt dit ontwerp een goede koelwaterstroomsnelheid, zodat u in minder dan 15 minuten 10 liter wort in één keer kunt koelen. Commerciële koelers en warmtewisselaars gebruiken een soortgelijk, zij het opgeschaald ontwerp, dat een verhoogde wort- en koelwaterstroom mogelijk maakt met zelfs meer platen.

Hoewel platenkoelers uitstekende prestaties leveren en schaalbaar zijn naar grotere batchgroottes, hebben ze enkele nadelen. Net als een tegenstroom-koeler dumpen ze trubneerslag direct in het gistvat, dus ze kunnen het beste worden gebruikt met een conisch e vergister als je de trub en wort gescheiden wilt houden. De trub kan ook vast komen te zitten in de dunne platen van de koelmachine, mogelijk zelfs afsluiten. Ik raad ten zeerste aan te proberen te voorkomen dat trub in de koeler terechtkomt en de platenkoeler onmiddellijk na gebruik terugspoelt, gevolgd door een grondige reiniging. Ze zijn ook duurder dan veel andere zelfgemaakte koeler-ontwerpen.

Conclusie
Snel koelen van je wort heeft enkele belangrijke voordelen, waaronder een verbeterde helderheid, een lager risico op infectie en een verminderd risico op vieze smaken. Snel je wort koelen en je gist toevoegen kan ook je brouwdag verkorten. Welke methode je gebruikt om je wort te koelen, is een persoonlijke keuze. Alleen jij kunt de benodigde tijd, kosten en moeite in evenwicht houden. Zelfs eenvoudige methoden zoals een ijsbad kan zeer effectief zijn als je voldoende ijs bij de hand hebt, hoewel een onderdompelings- of tegenstroom-koeler gemakkelijker kan zijn om mee te werken, afhankelijk van je opstelling. Voor grote batch-brouwers zal een grote tegenstroom-koeler of platenkoeler meestal het beste werken in termen van tijd en opstelling, en vrijwel alle commerciële brouwerijen gebruiken variaties van het plaatontwerp.

Brad Smith
Bron: Brew Your Own, november 2019, vertaald en bewerkt door Frits Haen