Wie funktioniert Maischen? – Die Theorie

Jeder, der sich mit Hobbybrauen auseinandersetzt, kommt irgendwann damit in Verbindung: das Maischen. Bevor man aber loslegt, sollte man sich mit der Theorie zum Bier auseinander zu setzen: Was genau ist das eigentlich, dieses Masichen und was sind diese „Rasten“ von denen Brauer sprechen? In diesem Artikel versuchen wir euch näher zu bringen, wie das ganze funktioniert.

Zuerst kann ich euch beruhigen. Egal ob bei der Bitburger Brauerei in der Eifel, mit dem Braumeister der Firma Speidel bei euch im Wohnzimmer, mit einem einfachen Einkocher oder dem selbst gebastelten, über Jahre gewachsenen Frankensteinmonster einer Hobbybrauanlage. Im Prinzip sind die Mechanismen beim Maischen für alle Brauer und Anlagen gleich. Tatsächlich hat sich nicht viel geändert seit den Zeiten im Beitragsbild, als in hözernen Bottichen gemaischt wurde. Die „Maische“ bezeichnet auch erstmal nur die Msichung von Wasser und Malz. Der Brauer macht das, um Stoffe aus dem Malz in die Würze und dann später ins Bier zu bringen. Eigentlich könnte man sogar sagen, man müsste selbst als Hobbybrauer nicht unbedingt verstehen was da passiert. Trotzdem hilft es natürlich, das Maischen zu verstehen, um seine Rezepte und das fertige Bier zu beeinflussen. Beim Maischen entscheiden sich nämlich fast alle Parameter des fertigen Bieres: Stammwürze, Vergärbarkeit der Würze (und damit Alkoholgehalt), Schaumstabilität und sogar ein wenig die Farbe. Wie wir schon bei unserem Malz-Artikel kurz angerissen haben geht es beim Maischen hauptsächlich darum, durch das genaue halten von Temperaturen bestimmte Enzyme zu anzusteuern, die dann im Bier eine Wirkung entfalten sollen.

Um von diesem dickflüssigen Wasser-Malz-Gemisch zu leckerem Bier zu kommen braucht es einiges an Chemie – und es hilft sie zu verstehen.

Chemie in der Maische

Malz besteht zu einem großen Teil aus Stärke. Sie dient dem Korn als Energiespeicher und wird beim Maischen in Zucker „zerlegt“. Die Stärke ist aber im Malzkorn als Feststoff enthalten und muss zuerst aufgeschlossen bzw. in Lösung gebracht werden. Das heißt, das Hauptziel des Maischens ist es die Stärke und andere Stoffe aus dem Malz löslich zu machen und die Stärke dann in kleine Zucker zu zerlegen.

Enzyme

Und jetzt gehts schon los. Eben stand da „Enzyme“… was das wohl ist? Ganz einfach, Enzyme sind sogenannte Proteine. Die kennen viele wahrscheinlich als Pulver von unserem Kumpel mit den dicken Armen. Tatsächlich braucht der Kumpel einfach irgendwelche Proteine, die er zu sich nimmt, weil sein Körper die verdaut und in Muskeln umwandelt. Proteine haben aber noch allerlei andere Funktionen in der Biologie. Die bekannteste Funktion oder Form von Proteinen sind die Enzyme. Enzyme sind eben auch solche Proteine, die sich zu einer dreidimensionalen Struktur zusammenlegen. Diese Struktur ist so speziell, dass sie einer Maschine ähnelt. Das Enzym erkennt mit seiner Struktur Moleküle und Chemikalien und wandelt diese wie eine Maschine um. Enzyme sind also sogenannte Katalysatoren. Katalysatoren vereinfachen den Ablauf von Reaktionen und sorgen oft für eine Beschleunigung der Reaktion, die sie „katalysieren“. Und das macht sich der Brauer zu nutze. Malze enthalten nämlich viele Enzyme, viel mehr als ein ungemälztes Korn. Da Enzyme oft nur bei genauen Temperaturen optimal funktionieren, kann man durch das Halten einer speziellen Temperatur gezielt die Aktivität eines Enzyms, und damit das Ablaufen einer Reaktion, ermöglichen. Desswegen kann man mit dem Halten von Rasten beim Maischen gezielt Eigenschaften des Biers beeinflussen.

Welche Enzyme sind jetzt die für den Brauer wichtigen und was bewirken diese? Die wichtigsten 2 Enzyme sind die alpha-Amylase und Beta-Amylase. Weniger wichtig sind die Proteasen. Alle drei wirken aber sehr ähnlich, im Prinzip wie molekulare Scheren. Während Alpha- und Beta- Amylase Stärkeketten spalten, spalten Proteasen Proteinketten.

Stärkespaltung durch Amylasen der Maische. Stärke kommt in zwei Versionen vor, die links abgebildet sind. Die wichtigsten Abbauprodukte des Stärkeabbaus beim Maischen sind rechts abgebildet. Die Beta-Amylase kann die Stärkeketten nur von den Enden abbauen, Alpha-Amylase kann die Stärkekette überall „schneiden“, s.u. Maltose besteht aus zwei Zuckermolekülen, sie ist ein „Zweifachzucker“, Maltotriose besteht aus drei Zuckermolekülen und alle Dextrine bestehn aus mehr als drei Zuckermolekülen.

Die Alpha-Amylase spaltet Stärkeketten. Sie spaltet diese überall, auch „innen“. Das passiert zufällig zwischen allen Zuckermolekülen der Stärkekette. Dadurch entstehen allerlei verschiedene Produkte, die sich hauptsächlich in der Menge der enthaltenen Zuckermoleküle unterscheiden: Maltodextrin, Maltotriose, Maltose und Glucose. Wenn das Enzym lange wirkt, wird lange „gespalten“. Dadurch entstehen viele kleine Produkte (Glucose, Maltose, Maltotriose). Wenn das Enzym nur kurz wirkt, wird nur wenig gespalten, es entstehen hauptsächlich große Moleküle, also Dextrine. Das Wirkoptimum der Alpha-Amylase liegt bei 72-75 °C in Würze. Über 80 °C erfolgt eine Inaktivierung, das Enzym verliert dauerhaft und vollständig seine Funktion.

Die Spaltung von Stärke kann man beim Maischen sogar sehen: links direkt nach dem Einmaischen, rechts nach 60 Minuten Kombirast: die trübe Stärke wurde aufgelöst und zu einer klaren Zuckerlösung

Beta-Amylase spaltet auch Stärkeketten. Jedoch baut sie die Stärkeketten von den Enden her ab. Dabei entsteht praktisch nur Maltose. Das Enzym nimmt nämlich immer eine Maltose-Einheit von der Stärkekette ab und gibt diese frei, um erneut ein Maltosemolekül von der Stärkekette zu lösen. Das Aktivitätsoptimum liegt bei 60-65°C in Würze, über 70°C erfolgt die Inaktivierung.

Proteasen sind Enzyme, die Proteine spalten können. Proteine bestehen nämlich aus langen „Ketten“ aus Aminosäuren. Aminosäuren sind kleine Moleküle die von vielen Organismen (Menschen, Pflanzen, Hefen, etc.) zum Leben benötigt werden, zum Beispiel auch zum Aufbau von Muskeln bei unserem Kumpel von oben. Diese Spaltung von Proteinen in Aminosäuren macht sich der Brauer zu Nutze, denn Aminosäuren sind für Hefe leichter verdaulich als große Proteine. Desswegen kann das Wirken der Proteasen dazu führen, dass die Hefe besser ernährt wird und dadurch die Gärung besser abläuft. Die Wirkung der Proteasen sollte nicht zu lange erfolgen, weil sie auch die Amylasen und andere Enzyme abbauen und somit das Maischen erschweren. Auch bauen Proteasen Malzbestandteile ab, die schaumförderlich sind. Anders als bei den Amylasen gibt es in Malz viele Proteasen, die meißt über einen Kamm geschoren werden und in einem ähnlichen Temperaturbereich wirken. Der Bereich, in dem Proteasen wirken ist mit 40-60 °C relativ breit, eine Art „Spitze“ gibt es bei 50 °C.

Vielleicht besonders im deutschen Sprachraum sollte hier noch auf die Feruloyl-Esterase hingewiesen werden. Sie wirkt in Maische bei 35-47 °C, mit einem Schwerpunkt bei 44 °C. Sie setzt die Ferulasäure frei, die bei Weissbier für den typischen Nelkengeschmack benötigt wird. Wenn man also viel Nelkengeschmack ins Weissbier bringen will, sollte man eine Rast in diesem Bereich einbauen.

Programme wie der Brew Recipe Developer von Oliver Weiss zeigen bei der Maischplanung sogar die Wirkbereiche verschiedener Enzyme an, was sehr praktisch und auch anschaulich ist. Gezeigt ist eine mehrstufige Infusionsmaische, bei der gezielt verschiedene Enzymoptima angesteuert werden. Die gezeigte Maischführung enthält eher lange Rasten, was der Anschaulichkeit dienen soll.

Rasten

Jetzt wären wir also bei diesen „Rasten“. Was das ist, ist im Prinzip ganz einfach: der Brauer heizt die Maische, also die Mischung aus Malz und Wasser, auf, bis zu einer gewünschten Temperatur. Dann lässt er die Maische dort „rasten“ also hält er die Temperatur konstant. So kann das Enzym, welches bei der Temperatur gut arbeitet, seine Wirkung entfalten. Durch unterschiedliche Verweildauern bei einer Temperatur kann man also die Zuckerzusammensetzung der Würze steuern. Ihr konntet ja oben sehen, welche Amylase welche Zucker produziert. Daraus folgert, dass eine lange Rast im optimalen Bereich für die Alpha-Amylase (60-65 °C) viel Maltose und damit viel vergärbaren Zucker erzeugt. Viel vergärbarer Zucker bedeutet ein schlankes Bier. Diese Rast wird oft als Maltoserast bezeichnet. Eine lange Rast in optimalen Bereich für die Beta-Amylase (72-75 °C) bedeutet eher mehr Dextrine und damit ein volleres, mastigeres Bier. Eine solche Rast wird als Verzuckerungsrast bezeichnet. Besonders angelsächsische Hobbybrau-Rezepte werden oft mit einer sogenannten Kombirast gebraut. Das ist eine Rast, deren Temperatur genau zwischen dem Wirkoptimum der alpha- und beta-Amylase liegt. Dadurch können beide Enzyme gleichzeitig wirken. Hier sagt man vereinfachend, je mehr die Rast auf der Seite der Beta-Amylase liegt, desto trockener wird das Bier, je mehr es auf der Seite der Alpha-Amylase liegt, desto vollmundiger wird das Bier. Eine typische Kombirast-Temperatur ist 67 °C, wodurch das bier weder übermäßig trocken noch übermäßig süß wird. Eine Rast im Wirkbereich der Proteasen(ca. 40-60 °C, „Wirkspitze“ bei ca. 50 °C) bezeichnet man als Proteaserast oder Eiweißrast, eine Rast im Wirkbereich der Feroyl-Esterase (35-47 °C, Optimum bei 44 °C) wird oft als Weizenrast bezeichnet. So einfach ist das Ganze.

Schematischer Darstellung der Wirkbereiche der Amylasen. Man sieht: die Enzymaktivität hängt stark von der Temperatur ab. bei Alpha- und Beta-Amylase gibt es einen „Überschneidungsbereich“, in dem die Temperatur der Kombirast liegt.

Nachdem alle Rasten angefahren wurden, wird meißt die Maische auf Abmaisch-Temperatur gebracht. Diese beträgt meißt 78 °C und ist so gewählt, weil oberhalb dieser Temperatur unerwünschte Geschmackstoffe aus dem Malz extrahiert werden, die Temperatur aber ausreicht, um die meißten Enzyme der Maische zu zerstören. So kommen alle Reaktionen zum Erliegen und die Maische verändert sich nicht mehr. Das Zuckerprofil, das beim Maischen gebildet wurde, wird sozusagen „eingefroren“. Danach beginnt das Läutern, worauf wir in einem späteren Artikel noch eingehen werden.

Abschließend ist noch zu sagen, dass die genannten optimalen Wirkbereiche nur die „optimalen Wirkbereiche“ sind. Während oberhalb der Temperatur oft eine rasche Zerstörung des Enzyms erfolgt, ist unterhalb des Optimums oft eine gewisse Aktivität zu erwarten. Das soll auch das obige Bild illustrieren. So ist beispielsweise bei einer Eiweissrast bei 55 °C bereits von einer einsetzenden Stärkespaltung auszugehen, denn die Beta-Amylase ist bei dieser Temperatur schon aktiv. Auch zu beachten ist, dass die Inaktivierung bei zu hoher Temperatur nicht rückgängig zu machen ist, die Enzyme werden zerstört. Wenn man also z.B. zu hoch aufgeheizt hat, kann man das Problem nicht durch Abkühlen der Maische lösen, es ist möglicherweise eine neue Malzgabe nötig!

Die Jodprobe zeigt: alle Stärke wurde zu Zucker umgewandelt, man kann auf Abmaischtemperatur aufheizen

Noch kurz zum Abschluss: Ob das Maischen zum vollständigen Umwandeln der Stärke geführt hat, kann der Brauer ganz einfach duch eine sogenannte „Jodprobe“ überprüfen. Dabei wird, typsicherweise vor Aufheizen auf Abmaischtemperatur, ein Tropfen Dünnmaische mit einem Tropfen Brauerjod auf einer hellen Unterlage vermischt. Das Brauerjod färbt sich in Anwesenheit von Stärke blau, falls alle Stärke in Zucker und Dextrine zerlegt wurde, bleibt es rot-braun. Wenn also der Stärkenachweis negativ ist, kann man getroßt aufheizen, falls noch Stärke nachgewiesen wird, kann man einfach noch etwas länger auf Verzuckerungstemperatur rasten.

Die Details zu Enzymoptima und Maischechemie haben wir dem Buch „Abriss der Bierbrauerei“ von Ludwig Narziss, Werner Back, Martina Grastl und Martin Zarnkow, Ausgabe 2017, erschienen bei Wiley, entnommen. Dieses Buch lohnt sich sehr, es ist zwar didaktisch nicht ganz ideal (kaum Abbildungen, sehr „deutsch“ geschrieben, wenig zu modernen Methoden und wenig Hobbybrauer-spezifisch), aber hat wirklich einen Haufen an interessanten Informationen, auch für Hobbybrauer. Zusätzlich gibt es auch Informationen zum Thema Maischen in allen (Hobby)Braubüchern, in unterschiedlicher Detailschärfe. Zusätzliche Informationen im Netz gibt es beim Hobbybrauer-Wiki, im Forum, beim brau!magazin besonders auch hier. Zum Thema Kombirast gibt es viele infos im englischsprachigen Netz, alle aufzuführen führt hier wahrscheinlich zu weit.