EXP 2016 - Invloed van maischtemperatuur en maischdikte

Gerb · 17-10-2016 21:38 u

Wanneer je een bepaald recept voor een bier in gedachten hebt, zal je eerst de soorten mout, hop en gist bepalen. Daarmee bepaal je het grootste gedeelte van het karakter van het bier. Het karakter van het bier wordt echter ook bepaald door het mondgevoel, moutigheid en zoetheidsbeleving. Om deze eigenschappen te beïnvloeden wordt vaak het advies gegeven om de maischtemperatuur of maischdikte naar boven of naar beneden bij te stellen. Heeft dit nu werkelijk effect en hoeveel effect hebben deze maatregelen? Waar zijn de adviezen op gebaseerd en wat is de achterliggende theorie? In dit experiment zullen deze parameters individueel en gecombineerd worden bekeken waarbij de resultaten van de parameters, zoals begindichtheid, pH en eindvergistingsgraad worden bepaald. Daarnaast zullen de meer subjectieve eigenschappen van de bieren zoals (relatieve) moutigheid, zoetheid en mondgevoel worden bepaald door een testpanel.

Maischtemperatuur

Bij het maischen zijn er voor de zetmeelafbraak 2 enzymen actief. Bij 63°C is beta-amylase het meest actief is, bij 73°C zal alfa-amylase het meest optimaal presteren. Door bij een maisch-temperatuur hoger dan 66°C te maischen, is er een minder optimale temperatuur voor beta-amylase aanwezig, waardoor alfa-amylase het meest effectief presteert. Beta-amylase heeft na een korte aanloop zijn maximale werking bereikt heeft en dat daarna de activiteit afneemt. Bij 67°C functioneert het enzym aanmerkelijk minder dan bij 63°C.

Beide enzymen zijn in staat om de lange zetmeelketens te splitsen, maar er bestaat een essentieel verschil tussen de werking van beide enzymen. Alfa-amylase knipt de zetmeel midden in de keten, waardoor er suikers ontstaan die minder of helemaal niet vergistbaar zijn voor biergist en bij kunnen dragen aan body en mogelijk zoetheid van het bier. Beta-amylase werkt op het uiteinde van een keten, waarbij er veel enkelvoudige, goed vergistbare suikers ontstaan. Dus wanneer er op hogere temperatuur wordt gemaischt, zal dit effect hebben op de verdeling van vergistbare en minder vergistbare suikers, wat volgens de theorie een voller en 'zoeter' bier oplevert.

Maischdikte

De maischdikte wordt weergegeven in liter water per kilogram mout (l/kg). Een standaard maischdikte ligt ergens tussen 3.0 en 4.5 liter per kg. In een dikkere maisch is er sprake van inhibitie (remming) van de enzymwerking. Wanneer de zetmelen zich in de waterfase bevinden, kunnen de enzymen het zetmeel bereiken. Er is een evenwicht tussen de zetmelen die nog in de korrel zitten en zetmelen die in het water zitten. Als er meer water aanwezig is, gaan de zetmelen gemakkelijker naar de waterfase en zullen ze gemakkelijker worden omgezet in suikers. De enzymen kunnen er gemakkelijker bij en worden minder geremd.
Dun maischen zorgt voor een hogere eindvergistingsgraad dan dik gemaischte bieren. Zoete, vaak donkere bieren worden over het algemeen dikker gemaischt, blonde bieren worden dunner gemaischt.

Het experiment

In dit experiment met kleine hoeveelheden mout wordt er gestuurd op twee variabelen, waarbij deze ook gekoppeld zijn. Dit betekent dat individuele invloeden en mogelijke combinaties ook worden meegenomen. Het onderstaande experiment zal worden uitgevoerd:

Maischdikte Maischtemperatuur

1) 2.5 l/kg 30m/60°C 30m/70°C

2) 2.5 l/kg 60m/67°C

3) 4.5 l/kg 30m/60°C 30m/70°C

4) 4.5 l/kg 60m/67°C

Het experiment wordt in 2 delen uitgevoerd, waarbij in het eerste deel de lage maischtemperatuur wordt uitgevoerd. Dit gebeurt door 2 grote potten met het mout/watermengsel au-bain-marie te verwarmen. Hierdoor zullen temperatuursveranderingen weinig verschil tussen beide batches opleveren. Deel 2 bestaat uit de hogere maischtemperatuur en zal volgens hetzelfde procedé uitgevoerd worden.
Het recept bestaat uit 95% pilsmout met 5% biscuitmout en licht gehopt tot 22 IBU met Magnum. De gist is US-05.

Parameters

Om te bepalen of er een werkelijk effect is van de genoemde parameters, zal er een aantal zaken worden bekeken. Dit splitst zich in te meten effecten zoals dichtheid en vergistingsgraad, maar ook de subjectieve effecten, nl. de invloed op de smaak.

Tijdens het maischen wordt het verloop van de dichtheid gemeten;
Na het maischen wordt de helderheid, pH en dichtheid bepaald;
De vergistingtijd en snelheid wordt bepaald;
Het eind SG van het bier na 2 weken (vergistingsgraad);
Een smaaktest van de bieren;
Een (statistische) analyse van de proefgegevens.

William · 17-10-2016 21:47 u

Stop maar iedereen, we hebben een winnaar!

Mooie duidelijke opzet en uitleg Gerben.

Twee opmerkingen/vragen:

1: Nu heb je als eindtemperatuur zowel 67°C als 70°C. De oplosbaarheid van zetmeel is afhankelijk van de temperatuur dus bij 70°C zal er meer en andere zetmeel vrijkomen. Ga je nog uitmaischen door na de maischstap zo mogelijk naar 78°C te gaan?

2: Wat is de verwachting/hypothese voor de vergistingsgraad?

Gerb · 17-10-2016 21:53 u

Dank U! Goed punt! Ik ga uitmaischen tot 78°C.

Ik vind het moeilijk om over de eindvergistingsgraad iets te zeggen. Dikke maisch en hoge maischtemperatuur de minst goede SVG, dunne maisch en lagere maischtemperatuur de beste SVG. Ik denk dat de dikte van de maisch een grotere invloed heeft dan de temperatuur, maar dat gaan we merken.

Serge VL · 17-10-2016 22:43 u

Ik vind het raar dat je mechanische menging niet mee neemt in deze proef, het is bewezen dat dit een grotere invloed heeft dan de beslagdikte bij de omzetting.
Nu met het uitvoeren van de proef zoals je ze opgezet hebt kan je enkel besluiten trekken wat betreft beslagdikte voor de beperkte groep hobbybrouwers die geen mechanische menging toepassen, voor diegene die wel mechanisme menging toepassen kan je met je resultaten totaal geen advies geven.

RienP · 17-10-2016 22:47 u

Leuk en goed omschreven experiment.

HopSwiers · 18-10-2016 10:10 u

Leuk experiment! Let wel, met dit orthogonaal design ga je uit van aan lineair verband. Als er geen lineariteit (kwadratische effecten) is worden de resultaten gebaised.
Een centerpunt nemen (of 2) zou al veel verklappen over die mogelijke bais zonder dat de orthogonaliteit wordt beïnvloed. Dit zou een goed vervolg experiment kunnen zijn.

Brusteph · 18-10-2016 10:38 u

Ik ben geïnteresseerd in dit experiment maar ik weet niet a priori wat te verwachten.

1) Bij een maïschtemperatuur van 67°C zijn er zowel Alfa- als Beta-amylases actief waardoor de suikers hier ontzettend snel worden verknipt. Je krijgt wel een zekere denaturatie van de Beta-amylases maar het is moeilijk in te schatten welke van de twee temperatuurschema's de sterkste verknipping zal geven.

2) Een dikkere maïsch leidt inderdaad tot een tragere werking van de enzymes maar ze gaan ook langzamer denatureren. Een dikkere maïsch lang aanhouden zou dus tot een verdere suikerafbraak kunnen leiden, zodat het resultaat van het experiment sterk afhankelijk lijkt van de aangehouden maïschtijd (eventueel te controleren met een jodium-zetmeeltest).

Serge VL · 18-10-2016 11:21 u

Voor de geïnteresseerde, een gelijkaardige wetenschappelijke studie hier rond uitgevoerd in 1990
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/j.2050-0416.1991.tb01055.x/pdf

HopSwiers · 18-10-2016 11:25 u

Citaat van: Serge VL op 17-10-2016  22:43 uIk vind het raar dat je mechanische menging niet mee neemt in deze proef, het is bewezen dat dit een grotere invloed heeft dan de beslagdikte bij de omzetting.
Nu met het uitvoeren van de proef zoals je ze opgezet hebt kan je enkel besluiten trekken wat betreft beslagdikte voor de beperkte groep hobbybrouwers die geen mechanische menging toepassen, voor diegene die wel mechanisme menging toepassen kan je met je resultaten totaal geen advies geven.

Dit is helemaal niet zo raar. Het expriment is namelijk :"Om deze eigenschappen te beïnvloeden wordt vaak het advies gegeven om de maischtemperatuur of maischdikte naar boven of naar beneden bij te stellen. Heeft dit nu werkelijk effect en hoeveel effect hebben deze maatregelen?". het mechanisch roeren in rekening brengen zou een ander experiment kunnen zijn.
let wel: dit brengt het aantal factoren op 3 => 2³=8 runs minimaal nodig om iets te kunnen zeggen over de interactie effecten (en je kan zelfs niets zeggen over kwadratische effecten)
Zelfs als door al die moeite wil gaan zegt dat enkel iets over 1 bepaald type roerwerk bij verschillende snelheden of enkel over een bepaalde roersnelheid van verschillende type.
Beide meenemen brengt het aantal factoren op 4 (64 runs). en pas dan zou het resultaat interessant zijn voor de andere brouwers. je zou dan een screening experiment op kunnen zetten om het aantal runs te beperken maar zoals gezegd weten we al dat eigenlijk alle factoren invloed hebben.

Serge VL · 18-10-2016 11:49 u

Citaat van: HopSwiers op 18-10-2016  11:25 uHet mechanisch roeren in rekening brengen zou een ander experiment kunnen zijn.

Lijkt mij zinvoller, anders wordt het te ingewikkeld, we zijn immers geen Unief met onbeperkte middelen.

Gerb · 18-10-2016 12:10 u

Leuk dat er zoveel reacties komen. Ik begrijp dat het geen volledige opzet is met alle mogelijk aanwezige parameters. Natuurlijk heeft het de voorkeur om ook roeren als parameter mee te nemen. Ik wil graag het roeren standaardiseren door elke 10 minuten 3 x van boven naar beneden te roeren om contact van de mout met vocht te bewerkstelligen. Ik wil graag dit experiment uitvoeren. Daarna kan ik dik maischen met en zonder roeren uitvoeren.

Hop zwiers, wat is jouw voorstel voor een centerpoint qua instellingen?

Serge VL · 18-10-2016 12:40 u

Citaat van: Gerb op 18-10-2016  12:10 uLeuk dat er zoveel reacties komen. Ik begrijp dat het geen volledige opzet is met alle mogelijk aanwezige parameters. Natuurlijk heeft het de voorkeur om ook roeren als parameter mee te nemen. Ik wil graag het roeren standaardiseren door elke 10 minuten 3 x van boven naar beneden te roeren om contact van de mout met vocht te bewerkstelligen. Ik wil graag dit experiment uitvoeren. Daarna kan ik dik maischen met en zonder roeren uitvoeren.

Hop zwiers, wat is jouw voorstel voor een centerpoint qua instellingen?

Ik wil nu niet lastig doen maar roeren is roeren dus dat is eigenlijk gedurende de hele maisch tijd. (doe ik thuis)

Gerb · 18-10-2016 13:28 u

Serge, gegeven het feit dat het hier om een experiment gaat en ik onmogelijk in beide potten een gelijkwaardige roeren weging kan krijgen, hou ik het bij deze opzet.

Dit nog afgezien van het feit dat ik tijdens echt bier brouwen ook niet de hele tijd roer.

Serge VL · 18-10-2016 14:30 u

Gerb,

Je moet het voor je zelf niet moeilijker maken dan als het is het blijft een experiment waar we eventueel wat kunnen uit leren. ik vind het zelfs al tof dat je er voor open staat.

Ik ben eigenlijk benieuwd in hoeverre de bevindingen van uw experiment gelijklopend of tegengesteld gaan zijn met die van andere (BYO, Braukaiser, Brewing Research Foundation, ...) die een gelijkaardig experiment hebben uitgevoerd (maar natuurlijk niet 100% het zelfde)
Link BYO, https://byo.com/hops/item/1086-make-those-enzymes-dance
Link Braukaiser, http://www.braukaiser.com/wiki/index.php?title=Effects_of_mash_parameters_on_fermentability_and_efficiency_in_single_infusion_mashing.
En,
Keep up the spirit !!!!

HopSwiers · 18-10-2016 16:03 u

Citaat van: Gerb op 18-10-2016  12:10 uHop zwiers, wat is jouw voorstel voor een centerpoint qua instellingen?

Voor de maischdikte is dit gemakkelijk dat is (2,5+4,5)/2= 3,5. voor het maischschema is het inderdaad moeilijker als je deze ziet als een continue variabel. Maar stel dat je deze zou zien als een categorische met 2 nieveau's (eenstaps maisch/twee staps maisch) dan kan je 2 runs toevoegen:

5) 3.5 l/kg 30m/60°C 30m/70°C

6) 3.5 l/kg 60m/67°C

Het design blijft orthogonaal

Of je kiest ervoor toch het als een continue variabele te zien met focus op de beta-amylase temperatuur (aangezien die uiteindelijk de vergistbare suikers knipt, het geen de vergistingsgraad bevorderd). Dan wordt het centerpunt:

5) 3.5 l/kg 60m/65°C

65°C is een temperatuur die ook relatief veel gebruikt wordt als 1 staps maisch temperatuur. Maar dan zou ik voor het -1 punt kiezen voor 62°C (dit is ook het optimum voor beta amylase) zodat 65°C beter tussen 62°C en 67°C ligt en het design zo orthogonaal mogelijk blijft. Dan ga je van een 2 stapsmaisch (met een stap bij het absolute optimum voor beta amylase) naar een een 1 staps maisch waar in 2 keer alfa amylse meer invloed kijgt. en dat met 1 run meer.

Als laatste zou dit centerpunt 2 keer kunnen testen. Dit levert een vrijheidsgraad op om iets over de variatie te kunnen zeggen. Dan zit je ook met 6 runs in totaal.

William · 18-10-2016 18:13 u

Citaat van: HopSwiers op 18-10-2016  16:03 uAls laatste zou dit centerpunt 2 keer kunnen testen. Dit levert een vrijheidsgraad op om iets over de variatie te kunnen zeggen. Dan zit je ook met 6 runs in totaal.

Deze laatste zou heel nuttig zijn maar daar moet Gerben wel zin in hebben.

Mijn ervaring met dit soort experimental designs is dat de variatie van de outputfactoren vaak groter is dan het effect van de variabelen die je oplegt. Door een herhaling in te bouwen op je centrumpunt kun je in ieder geval achteraf iets meer zeggen over significantie van maischdikte en maischschema.

Leuk deze discussie

. Doordat de opzet duidelijk is krijg je een discussie die alleen maar leidt tot een sterkere proef. Ook al is misschien het resultaat dat de variatie van de herhaling op de outputfactoren groter is dan van de inputfactoren.

Sjaak_Deventer · 18-10-2016 19:41 u

Leuk Gerben!

Blijf deze volgen... Succes ermee.. Je hebt mijn stem in ieder geval. (Sorry RienP

)

Gerb · 19-10-2016 09:11 u

Serge, ik zal eens kijken naar de links die je postte, is wel erg interessant.

HopSwiers en William, de kennis van statistiek statistische proefopzet is bij mij een beetje weggezonken, maar dat centerpoint klinkt wel goed. Ik twijfel dan over opties 5 en 6 of tweemaal 5 (met 62°C) (uit laatste bericht van HopSwiers). Ik denk dat de invloed van maischdikte minder groot is in deze opzet, waardoor ik liever naar de invloed van maischtemperatuur kijk. Dit zijn de twee opties:
5) 3.5 l/kg 60m/65°C
5) 3.5 l/kg 60m/62°C

Ik kan voor de eerste optie (5) kiezen en experiment 2 en 4 veranderen van 60min op 67°C naar 60 min op 68/69°C.

Oscar · 19-10-2016 13:48 u

Mooi experiment, maar met N=4 kun je nog niet zo heel veel zeggen denk ik.... ik ben ook met een dergelijk experiment bezig, alleen wat langduriger zodat je wat meer concreter "conclusies" kunt trekken... Maar als je in een brouwerij werkt kan dat ook wat makkelijker.

Gerb · 19-10-2016 14:28 u

Het duurde nog best lang voordat iemand met de opmerking van " n=1 zegt niks" kwam.

Misschien kun je alvast wat resultaten van jouw experimenten met ons delen?

Oscar · 19-10-2016 14:49 u

Citaat van: Gerb op 19-10-2016  14:28 uHet duurde nog best lang voordat iemand met de opmerking van " n=1 zegt niks"

Citaat van: Gerb op 19-10-2016  14:28 uMisschien kun je alvast wat resultaten van jouw experimenten met ons delen?

Bij een langdurig experiment ga ik tussendoor nog geen conclusies trekken... Eerst flink wat data verzamelen, en daarna analyseren...

HopSwiers · 19-10-2016 15:13 u

Citaat van: Gerb op 19-10-2016  09:11 uSerge, ik zal eens kijken naar de links die je postte, is wel erg interessant.

HopSwiers en William, de kennis van statistiek statistische proefopzet is bij mij een beetje weggezonken, maar dat centerpoint klinkt wel goed. Ik twijfel dan over opties 5 en 6 of tweemaal 5 (met 62°C) (uit laatste bericht van HopSwiers). Ik denk dat de invloed van maischdikte minder groot is in deze opzet, waardoor ik liever naar de invloed van maischtemperatuur kijk. Dit zijn de twee opties:
5) 3.5 l/kg 60m/65°C
5) 3.5 l/kg 60m/62°C

Ik kan voor de eerste optie (5) kiezen en experiment 2 en 4 veranderen van 60min op 67°C naar 60 min op 68/69°C.

De opties die ik eigenlijk bedoelde was:

maischdikte: continu
maischschema: categorisch

of

maischdikte: contiunu
maischschema: continu

1n het eerste geval heeft de variabele maischschema geen centerpunt laat staan kromming

In het laatste geval wilt dat zeggen dat een centerpunt het punt is in het center van beide variabelen tegelijk. een run met waarde 3.5 l/kg 60m/62°C is bijgevolg geen centerpunt maar een 'sterpunt' omdat maar 1 variabele de middelwaarde heeft en de andere de lage.
Wat ik dus bedoelde was dit:

X1 X2 X1 X2 X1.X2

1) 2.5 l/kg 30m/62°C 30m/70°C | -1 -1 1

2) 2.5 l/kg 60m/67°C | -1 1 -1

3) 4.5 l/kg 30m/62°C 30m/70°C | 1 -1 -1

4) 4.5 l/kg 60m/67°C | 1 1 1

5) 3.5 l/kg 60m/65°C | 0 0 0

6) 3.5 l/kg 60m/65°C | 0 0 0

Je ziet hier duidelijk dat de sommatie van elke kolom 0 is (orthogonaal) ook die van het interactie effect X1.X2. plus je ziet ook duidelijk dat extra centerpunten toevoegen geen effect heeft op de orthogonaliteit. hoe meer centerpunten des te beter dat je een schatting krijgt van de variantie. eigenlijk zou voor run 5 en 6 je in het beste geval 64,5°C gebruiken maar goed, je temperatuurregeling heeft toch ook al een bepaalde schommeling.

HopSwiers · 19-10-2016 15:44 u

Citaat van: Oscar op 19-10-2016  13:48 umooi experiment, maar met N=4 kun je nog niet zo heel veel zeggen denk ik....

Daar ben ik dus absoluut niet mee eens

Door een juiste design van u experiment te kiezen kan je met 4 runs meer zeggen dan in het wilde weg 8 settings te kiezen en een lineaire regressie toe te passen.

Sterker met een goede DOE kan je zelfs op voorhand afleiden hoe een experiment zal reageren in zake voorspellingsmogelijkheden nog voor je het experiment gelopen is.

Voor een simpel 2 factor experiment zoals dit is het gemakkelijk op papier voor grotere experimenten heb je software (JMP is de allerbeste)

Gerb · 19-10-2016 21:13 u

HopSwiers, geweldig! Bedankt voor jouw hulp! Ik wil graag de instelling van 60m/67°C veranderen in 60m/68°C. In de praktijk zal dit nog niet zo makkelijk zijn, aangezien er altijd wat variatie in de temperatuur zal zitten.

Het worden dus 6 experimenten die elke keer in 2 potten per temperatuur worden tegelijk worden uitgevoerd.

Gerb · 13-01-2017 16:28 u

Balen! Ik kom er achter dat ik te laat (veel te laat) ben met het afmaken van dit experiment. Het experiment zal eind februari afgerond zijn, denk ik.