home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ DP Tool Club 19 / CD_ASCQ_19_010295.iso / vrac / brewinfo.zip / ALL_GRAI next >
Internet Message Format  |  1994-11-20  |  50KB

  1. Received: from Sierra.Stanford.EDU by gloworm.Stanford.EDU with SMTP (5.67b8/25-eef) id AA19916; Tue, 30 Aug 1994 14:06:31 -0700
  2. Received: from SLUAVA.slu.edu (sluvca.slu.edu) by Sierra.Stanford.EDU with SMTP (5.67b8/25-eef) id AA11430; Tue, 30 Aug 1994 14:06:28 -0700
  3. Received: from SLUVCA.SLU.EDU by SLUVCA.SLU.EDU (PMDF V4.3-7 #5070)  id <01HGIY7SMHSG9OESET@SLUVCA.SLU.EDU>; Tue, 30 Aug 1994 16:08:52 CST
  4. Date: Tue, 30 Aug 1994 16:08:49 -0600 (CST)
  5. From: DARREN TYSON <TYSONDR@SLUVCA.SLU.EDU>
  6. Subject: upload to homebrew archives
  7. To: HANSEN@SIERRA.STANFORD.EDU
  8. Message-Id: <01HGIY7SRUOY9OESET@SLUVCA.SLU.EDU>
  9. Organization: SAINT LOUIS UNIVERSITY  St. Louis, MO
  10. X-Envelope-To: HANSEN@SIERRA.STANFORD.EDU
  11. X-Vms-To: HANSEN@SIERRA.STANFORD.EDU
  12. Mime-Version: 1.0
  13. Content-Transfer-Encoding: 7BIT
  14.  
  15.  
  16.  
  17. Hi,
  18.  
  19. I wish to have a file uploaded to the hombrew archive.  I have 
  20. previously written to you without a reply.  I am including the upload 
  21. at the end of this message so that you may upload it directly.  Rich 
  22. Webb is the original author of this file.  I am just trying to get it 
  23. archived for him.  Thank you.
  24.  
  25. Darren Tyson                     tysondr@sluvca.slu.edu
  26.  
  27. Original article follows:
  28. ----------------------------------------------------------------
  29. From: "Richard B. Webb" <rbw1271@appenine.ca.boeing.com>
  30.  
  31. The beginners guide to advanced and all-grain brewing
  32. By Richard B. Webb, the Brews Brother's 1993 Homebrewer of the year
  33.  
  34. The purpose of this guide is to give you the brewer all the
  35. information you need to strike off into unknown territory, and to help
  36. you become the ultimate brewing god. In it, I will try to communicate
  37. my brewing philosophy and techniques. In short, I will teach you the
  38. summation of everything I know about brewing and life!
  39.  
  40. Zymurgy (pronounced Zi-mer-gee, with the i pronounced like 'eye') is
  41. the study of living, organic chemistry. It seeks to use and manipulate
  42. chemical compounds (such as salts and sugars), living organisms
  43. (yeast), and a universal solvent (water!) to create a pleasant
  44. tasting, psychoactive substance called alcohol. Alcohol is a drug,
  45. similar to many other drugs that every culture known to man has used
  46. to expand the consciousness, commune with the gods, or just to catch a
  47. buzz. Alcohol in general, and beer in particular, may have been the
  48. driving force behind the eventual civilizing of the beast, man. After
  49. all, without fermentables, there is no alcohol, and without
  50. cultivation, and therefore civilization, there are precious few
  51. fermentables. Some societies come by their alcohol requirements the
  52. hard way, doing all kinds of mean, nasty, stupid things to make it. In
  53. modern times, and with modern methods, you and I can drink like kings,
  54. if not like gods.
  55.  
  56. The word alcohol describes a range of molecules, formed from carbon,
  57. oxygen, and hydrogen atoms. These molecules are formed by the
  58. metabolization of certain sugars by living organisms, called yeast,
  59. leaving roughly equal parts alcohol and carbon dioxide as a
  60. by-product. We use this special ability of the yeast to make various
  61. types of beverages which include alcohol.
  62.  
  63. Equipment
  64.  
  65. 1.     All grain brewing: What new equipment do I need?
  66.  
  67. 1.1.  Boiling pots
  68.  
  69. The process for all grain brewing is actually pretty easy. If you are
  70. an extract brewer now, you probably have the beginnings of an
  71. equipment pile already. An extract brewer can get away with a three or
  72. four gallon boiling container, but this is just a spittoon to serious
  73. all grain brewers. The first thing that you need for all grain brewing
  74. is a larger boiler. All grain brewing typically produces a gallon of
  75. water for every three or four pounds of grain, and it doesn't take
  76. much grain before the volumes of water begin to strain that old coffee
  77. cup of a boiler. My first bit of advice is to invest in a large
  78. boiler, the bigger the better, with a minimum of seven gallons is
  79. best. You may find yourself outgrowing even that size of boiler as
  80. your brewing plans become more ambitious, so consider getting an even
  81. bigger pot to start with.
  82.  
  83. Stainless steel pots are ideal for brewing, but they can be a bit
  84. pricy. My first big boiler was an aluminum stock pot, coming to the
  85. scale at around eight gallons, but I wasn't very happy with it. The
  86. aluminum scratched easily, and stained too readily.  Cleaning it up
  87. took up layers off the bottom, and fears of excessive intake of
  88. molecular aluminum led to the eventual discarding of the pot. If you
  89. do use aluminum, do not use it to store wort for very long. The
  90. acidity of wort often dissolves the aluminum, leading to discoloration
  91. or worse.
  92.  
  93. An alternative to stainless steel is enameled steel. This is made by
  94. heating a glaze onto the surface of a cheaper type of steel kettle.
  95. This can work for you, but remember that any chip in the enamel that
  96. exposes the underlying steel will allow that steel to begin rusting.
  97. My advice? Find a used stainless steel mega-pot and use it until you
  98. feel the need to upgrade.
  99.  
  100. 1.2.  Cooling systems
  101.  
  102. Your old small boiler may have fit just fine in a sink filled with
  103. cold water and ice for cooling the wort after boiling, but your bigger
  104. boiler will never fit. If you don't have one already, invest in a wort
  105. chiller/heat exchanger of some sort, or better yet, learn to make your
  106. own. They are frightfully easy to make, and if you can get other
  107. people interested, you can sell wort chillers that you've made to
  108. them. I prefer the copper coil immersion wort chillers myself. As the
  109. hot wort is cooled rapidly, proteinaceous matter (also called floating
  110. junk) condenses and precipitates out of solution. An immersion type
  111. chiller allows this stuff to settle out to the bottom of the boiling
  112. pot before it is transferred to the fermentation containers. If you
  113. get really creative, you can build a couple of wort chillers and chain
  114. them together, with the first chiller immersed in a bath of ice water,
  115. pre-cooling the water before it begins to chill your hot wort.
  116.  
  117. Immersion chillers are best kept clean prior to use, and are
  118. sterilized by placing into the wort while it is still hot. If there is
  119. any water inside the chiller, especially if there are also air bubbles
  120. inside, the heat from the kettle will force the water out of the
  121. chiller. Watch your shoes!
  122.  
  123. Another type of chiller is called a counter-flow chiller. This tube
  124. inside a tube system allows the draining of hot wort through a copper
  125. tube whose outside is being cooled by water. The picture formed is the
  126. opposite of the immersion chiller where the wort is on the outside of
  127. the tube, with coolant water flowing through the tubing. The
  128. counter-flow chiller has the advantage of siphoning the wort from the
  129. boiling container into a fermenter at the same time as it is being
  130. cooled, saving a step of transfer later on.  This idea is seductive,
  131. especially if you have no better way to transfer cool wort to the
  132. fermenters in the first place.
  133.  
  134. The use and care of the counter-flow chiller is a little more involved
  135. than the immersion chiller. Because the counter-flow chiller is much
  136. more efficient at cooling the wort flowing through it, the
  137. proteinaceous matter that precipitates out of solution tends to stick
  138. to the sides of the tube. Care must be taken to completely flush this
  139. matter out of the tube prior to the next use. Failure to do so will
  140. ensure that your next batch of wort will be contaminated by nasty
  141. beasties growing in your chiller between batches.  Proper cleaning of
  142. the chiller involves back flushing the tube with a series of nasty
  143. chemical baths which themselves leave residue which may taint future
  144. batches!
  145.  
  146. I guess you can tell which kind of chiller system I prefer. The system
  147. you pick depends on what your priorities are. You can choose high
  148. efficiency, balanced against the need for intensive cleaning protocol,
  149. or you can accept a lower efficiency, easier cleaning system.  In
  150. either case, pick a system that works for you and your brewing system.
  151.  
  152. 1.3.  Mashing and Lautering
  153.  
  154. A tun is a container that is used to maintain certain environmental
  155. conditions while the malt sugar is being created. The mash tun holds
  156. the grain in a soup of water and sugar during this process. A lauter
  157. tun allows the liquid surrounding the grains to be drained off, while
  158. allowing more rinsing water (the sparge) to be run through the grains,
  159. allowing even further sugar extraction. One attribute of a good mash
  160. tun is the ability to allow liquid to flow easily through a straining
  161. system incorporated in the tun. An example of this kind of mash tun
  162. involves a bucket with some sort of false bottom inside of another
  163. bucket. This sieve design allows the grains to form a filter bed while
  164. allowing the sweet liquor to flow through the false bottom strainer. I
  165. tried this system, but I wasn't very happy with it. The sieve design
  166. took forever to make, and the whole thing suffered a major flaw in
  167. temperature control. Another of the attributes of a good tun is the
  168. ability to maintain a steady temperature, and the un-insulated bucket
  169. system just falls short.  The most versatile tun that I've found is
  170. made from a large picnic cooler, with straining filters placed in the
  171. bottom to let the liquified sugars pass through while restraining the
  172. spent grains. This set up combines the best attributes of the mash and
  173. lauter tuns into a single device, saving money, process steps, and a
  174. mess on the kitchen floor. (Another reason I do my mashing in the
  175. garage...) My tun system incorporates a series of PVC pipe sections
  176. into which slits have been sawn. These sections are joined with PVC
  177. elbow, Tee and X sections to form a sieve type filter. The original
  178. design had a lot of joining sections, with poles of PVC pipe jutting
  179. into the bottom of the grain bed. This unwieldy structure was
  180. connected to the cooler drain spout, which allows the liquid to be
  181. drained out. A small rubber stopper fits over the spout, and a valve
  182. in the other end of the stopper allows the control of liquid flow from
  183. the tun.
  184.  
  185. My latest design of the sieve is a very simple one. Instead of a
  186. trident design of pipes all along the bottom of the tun, I now use two
  187. four inch sections of slotted pipe, joined at the center with a PVC
  188. Tee section. End caps keep the grain out of the ends of the plastic
  189. pipes, and the outlet from the Tee section is connected to the
  190. cooler's outlet. Not only is this design simpler, but it is also
  191. harder to dislodge from the outlet. The smaller number of slits gives
  192. a longer sparge time, which increases the sugar extraction rate.
  193.  
  194. If one of your goals is to maximize the amount of sugar that you can
  195. create from your grains (the ones that you've spent good money for!),
  196. then you need to know about sparging. In this example, sparging is the
  197. running of hot water through the hot grains to dissolve the last bits
  198. of sugar from the mash. This is best done gently and slowly. If the
  199. water is flushing through the grain, pathways of water are formed,
  200. channeling the water around, and not through the grains. Hot water is
  201. used, but the temperature of the grains should never exceed 170
  202. degrees Fahrenheit, as this would leech out harsh bitter oils from the
  203. grain husks. And the quantity of water must be such that after a sixty
  204. minute boil, the amount of wort called for in your recipe is the
  205. amount you wind up with. If you do make an error, it's probably better
  206. to wind up with to little liquor after the boil, because it's
  207. relatively easy to add sterile water to the fermenter, while any
  208. excess liquor is subject to contamination as it is stored. The
  209. important points to remember are 1) gentle sparging, 2) temperature
  210. control, and 3) try to get the quantities right!
  211.  
  212. When creating such a tun and filter system, there are some points that
  213. you should keep in mind. The size of the tun determines the amount of
  214. grain you can mash, and if your tun is too small, you will be
  215. restricted to making light and wimpy beers, because you simply have no
  216. room to mash larger amounts of grain. When buying a cooler to make
  217. into a tun, get one with a drain system already in place. Drilling
  218. your own hole is a gateway to frustration. Finally, use high
  219. temperature PVC pipe for your filtering system.  The maximum
  220. temperature required in a tun is about 170 degrees Fahrenheit, a
  221. temperature sufficient to melt many thinner grades of pipe. The pipes
  222. won't become liquid at that temperature, but they will warp, allowing
  223. grain to enter the sieve, plugging up your system. You haven't lived
  224. until you have to spoon 25 or more pounds of grain into a straining
  225. bag because your filtering system has failed.
  226.  
  227. The Mash
  228.  
  229. 2.  Sugars, Extracts and adjuncts
  230.  
  231. Brewing requires sugar to use as food for the yeast beasties. In
  232. ancient times, the only source of sugar readily available was to be
  233. found in the hives of bees.  Honey, exposed to rain water in the
  234. trunks of trees where bees had built their hives, might have been
  235. spontaneously fermented by "wild" yeasts, and likely would have
  236. yielded mankind's first experience with the joys of alcohol. Today, we
  237. seek to make something a little more palatable.
  238.  
  239. the most common form of sugar is made from distilling the sweet sap of
  240. certain plants, such as sugar cane, or sugar beets. This sugar, called
  241. sucrose, is white and granular in it's purest form, and is most
  242. suitable for putting on your corn flakes. Speaking of corn, the most
  243. easily fermentable type of sugar comes from corn. This sugar, called
  244. dextrose, is light and powdery. But each of these sugars come from
  245. giant processing plants, a process far removed from what we as brewers
  246. can come by on our own. Let us first deal with sugars that we can
  247. create ourselves.
  248.  
  249. 2.1.  All grain brewing: Where does the sugar come from?
  250.  
  251. Anything with the right kind of sugar can be fermented, and most any
  252. kind of starch can be converted to the right kind of sugar.
  253. Fermentable sugars used in beer have traditionally been made from
  254. barley, a seed grain which has little use outside of brewing, but any
  255. kind of seed grain can be used to make fermentable sugars. The body of
  256. a seed contains mostly starch. When a seed is planted, special
  257. chemical compounds, called enzymes, convert the starch, which the
  258. embryo inside the seed cannot use, into special sugars, which the
  259. embryo consumes in it's early stages of growth. (The yolk of an egg
  260. performs roughly the same function for chickens, but we mostly don't
  261. try to ferment poultry...) We go out of our way to collect special
  262. seeds that have shown that they are especially well suited for
  263. supplying us with fermentable sugars. We then encourage (some say
  264. trick) the seeds into converting this starch into sugar by controlling
  265. certain temperature, moisture, and other environmental needs. This
  266. process is begun at the great malting houses, and, in my case at
  267. least, is completed in my garage. Warmer temperatures (over 153
  268. degrees Fahrenheit or so) encourage the type of enzymes, called alpha
  269. enzymes, that convert long chains of starches into medium length
  270. chains of sugars, called dextrins, which don't ferment very well, but
  271. are necessary for a well made beer.  Temperatures below that encourage
  272. the beta enzymes, which convert the chains of dextrins into
  273. fermentable sugars. In order to get a good balance of fermentable and
  274. non-fermentable sugars, we seek to achieve a balance of temperature of
  275. around 150-153 degrees Fahrenheit.
  276.  
  277. The process by which seeds are made ready for brewing is called
  278. malting. When the seeds are bathed in warm water under conditions of
  279. continual aeration, they begin to germinate. This germination is
  280. interrupted by the maltster, who dries and sometimes roasts the
  281. partially germinated seeds. It is this drying and roasting process
  282. that determines the ultimate color of the malt sugars extracted from
  283. the malt.
  284.  
  285. Barley that is taken farther along in this malting process is called
  286. well-modified malt.  Historically, this type of malt has lent itself
  287. to English style ales. When you buy ale or pale ale malt from your
  288. friendly neighborhood brewery supply store, you are buying
  289. well-modified malt. Other types of malt, referred to as
  290. under-modified, or lager malt, are of course, less well modified. This
  291. means that the malting process has not proceeded along as far as is
  292. the case with the well-modified malts. If you desire to get the
  293. maximum amount of extract/sugar from your malts, you need to know how
  294. to treat these two kinds of malt. Otherwise you're throwing money into
  295. the compost pile in the form of starch and sugar that you've neglected
  296. to remove from the malt.
  297.  
  298. While we call these malts ale malt and lager malt, these terms are
  299. pretty much subjective. There is nothing to stop you from using an ale
  300. malt with lager yeast, or vice-versa. For all intents and purposes,
  301. the only difference in the malts is the method best used to get the
  302. maximum amount of sugar from the grain.
  303.  
  304. Because the sugar in the well-modified malt is readily available to
  305. us, we can extract the maximum amount of sugar by a process called
  306. single step infusion mashing. Hot water at approximately 165 degrees
  307. is placed into the picnic cooler mash tun, and allowed to sit. This is
  308. necessary to heat the interior of the tun, allowing a constant and
  309. uniform temperature to be achieved. After the temperature settles, the
  310. grain is poured on top of the water and thoroughly mixed in. The
  311. starch tends to settle to the bottom of the tun where it is converted
  312. to sugar and drained away. The grain husks, which tend to float away,
  313. will then settle to the bottom of the tun, forming a filter bed to
  314. work in conjunction with the filtering properties of the slotted PVC
  315. pipe. A constant temperature of about 150-155 degrees is maintained
  316. for about 90 minutes, or until the starch has been completely
  317. converted to sugar. This conversion of starch to sugar is called
  318. saccharification. Some of the hot, sugary liquid is drained away,
  319. while more hot water is added to the tun until the temperature of the
  320. grains is about 170 degrees. This temperature is maintained for five
  321. to ten minutes, which allows the sugar created during saccharification
  322. to be readily dissolved. The liquid sugar soup is then partially
  323. drained away, while new water is allowed to flow through the grains.
  324. This sparge water should be no warmer than 170 degrees, as water
  325. hotter than that will leech out bitter oils and resins from the
  326. grains, potentially ruining an otherwise perfect batch of beer.
  327.  
  328. One problem with single step infusion mashing is that the initial
  329. temperature of the grains is very hard to control. If the water is too
  330. hot when the grains are added (the strike temperature), then the
  331. enzymes in the grains can be killed, and an insufficient sugar yield
  332. will result. If the temperature is too low, then it will have to be
  333. raised, especially for beer styles that call for rich, thick, and full
  334. bodied beers. The temperature can be raised in a couple of ways.
  335. First, hot water can simply be added to the mash. This works up to a
  336. point, but it has a certain drawback. The enzymes are more likely to
  337. survive the high temperatures of the mash in a relatively thick grain
  338. bed. Adding hot water only serves to dilute the grain bed, resulting
  339. in a loss of enzymes. The other method of introducing heat to the mash
  340. is to remove some of the liquid from the mash. This liquor is heated
  341. up, and then returned to the mash. This process is called decoction
  342. mashing, and is a technique used in program temperature mashing.
  343.  
  344. This process, most commonly used with lager, or less-modified malt, is
  345. similar to single step infusion mashing, yet different. Because the
  346. malt is less well modified, there are proteins that remain in the
  347. starch which must be dealt with. Instead of placing the grains into a
  348. liquid bath at a single, high temperature, the grains are introduced
  349. at a lower temperature. Then the temperature in the tun or kettle is
  350. slowly increased. As in the single step infusion mash, the hot water
  351. is placed in the tun, the temperature inside the tun is allowed to
  352. stabilize, and the grain is poured into the water and thoroughly
  353. mixed. The main difference here is that the temperature to be achieved
  354. initially is closer to 122 degrees Fahrenheit, as opposed to over 150
  355. degrees as described in the previous method. After a short rest at
  356. this temperature, heat is added to the tun, and the mashing
  357. temperature is allowed to rise. Again the ultimate goal here is a
  358. temperature of about 150-155 degrees.
  359.  
  360. There are several methods for adding heat energy to the mash tun. One
  361. way that I've tried is by inserting a water heater heating element
  362. into the grain mash. This can work, but constant stirring is required
  363. in order to evenly distribute the heat throughout the tun.  Too high a
  364. heat in any one place will leech out the oils and resins that I
  365. mentioned earlier.
  366.  
  367. Program temperature mashing also lends itself to heating in a kettle
  368. on the stove.  Constant stirring keeps the temperature at the bottom
  369. of the kettle from rising too high, or from being heated more than the
  370. grain near the top of the kettle. At the end of the process, the
  371. grains need to be placed into some sort of lauter tun in order to
  372. sparge the grains of the hot, soluble sugar. But another method of
  373. gradual heating lends itself to the use of picnic cooler mash/lauter
  374. tuns. Using such a tun, remove some of the sugary liquid and heat it
  375. up independently from the rest of the mash. This liquor can be boiled
  376. for a few minutes and then returned to the mash tun. As mentioned
  377. earlier, this technique is called decoction mashing, and is well
  378. suited to the picnic cooler mash tun, but it can be tricky. Care must
  379. be taken not to extract, heat, and return too much liquor at one time,
  380. lest the temperature inside the mash tun become too great. It takes a
  381. lot of heat added to the tun to increase the temperature
  382. significantly, so after a few small decoctions there is a temptation
  383. to drain the whole batch and boil it and return it to the tun. Try not
  384. to be too impatient...
  385.  
  386. A variation of this decoction technique is known as the recirculating
  387. infusion mash method. A pump that can handle hot liquids is used to
  388. pump the heated liquor from the boiling kettle back to the mash tun.
  389. The hot liquor is continually being drained from the tun into the
  390. kettle where it is heated, and is then pumped back to the tun,
  391. resulting in a gradual heating of the grains. Recirculating systems
  392. can get complicated, and the pumps aren't cheap, and there is one more
  393. piece of equipment which must be maintained and cleaned. When the
  394. homebrewer sits thinking great thoughts about the best brewing system
  395. possible, thoughts often turn to recirculating mash systems.
  396.  
  397. There are lots of different kinds of malt and grains to be put in
  398. beer. I have included an appendix to this document with a partial list
  399. of the most common types of malt.
  400.  
  401. 2.2.  Extracts
  402.  
  403. Commercial malt extracts are made in the same way as I have described
  404. above.  However, the extract manufactures have taken the extra step of
  405. removing some or all of the water that the sugar is suspended in.
  406. Doing this requires a tremendous amount of energy, both in the heating
  407. of the extract, and in the vacuum process by which water is most
  408. economically removed. Furthermore, certain unscrupulous extract
  409. manufacturers have been suspected of substituting corn sugars and
  410. other cheaper sugar alternatives for malt sugar in order to increase
  411. profits on their products. All grain brewing allows you to be 100%
  412. sure about what goes into your pridefully crafted brews.
  413.  
  414. There is nothing wrong or sinful about using malt extracts. There are
  415. many wonderful malt extract kits available in the market today.
  416. Extract brewers have taken many knocks concerning their "beginner"
  417. status. This is mere provincialism. The use of malt extracts allows
  418. the all-grain brewer to thicken up a batch of normally extracted
  419. sugars without the long term boiling that would otherwise be required
  420. to reduce the sugar solution to the higher gravities required for
  421. styles like bocks and barley wines.
  422.  
  423. 2.3.  Non-barley additives
  424.  
  425. Other substances, called adjuncts, can be added to the mash or kettle
  426. for a number of reasons. The most common adjunct, at least in British
  427. style brewing are various kinds of sugars. Because the malting of
  428. barley is so labor intensive, and therefore expensive, many types of
  429. sugars have been added to the boiling kettle to stretch out the mix.
  430. Along with the previously mentioned cane and corn sugars are the
  431. intermediate steps in the production of these sugars. Molasses results
  432. from the initial boiling of the sap of the sugar cane. Condensation of
  433. molasses gives a product called brewers licorice, which tastes very
  434. similar. Further refinement yields brown sugar, and finally cane
  435. sugar.
  436.  
  437. Other type adjuncts are more commonly added to the mash tun, with the
  438. most commonly added grain being wheat. Wheat is hard to malt, because
  439. it lacks a protective husk around the grain. Wheat is also higher in
  440. proteinaceous material, which can lead to a particulate haze in the
  441. final brew. However, it is impossible to make a wheat beer without
  442. wheat, so one must use it to match a particular style. Also, the use
  443. of a little wheat in the mash can contribute to improved head
  444. retention, and so many of my recipes call for a pound or so of wheat
  445. in the grain bill.
  446.  
  447. Other grains can be added to the mash, but are not always malted. Rice
  448. is often used to stretch out barley sugars. In fact, the big
  449. mega-breweries use a lot of rice (and corn) to make the beer that
  450. makes the money that powers the hydroplanes and dragsters that seem to
  451. be these companies main products. Rice is not malted, but must be
  452. boiled, prepared just like you were going to eat it, to soften up the
  453. starches inside the grain. If this is not done, the enzymes provided
  454. by the barley malt will not be able to gain access to the starch in
  455. the grain.
  456.  
  457. Another method of making starch available to the enzymes is used with
  458. grains like rye, oats, and corn. These grains are crushed in special
  459. rollers, with the heat released by this operation serving to cook the
  460. grain. The crushing action also makes little grain bits out of big
  461. grain bits, making enzyme access that much easier. These grains,
  462. especially rye and oats, could also be boiled, but this would allow
  463. some nasty oils to be leeched out.
  464.  
  465. What other kinds of starch can be used to make beer? Your imagination
  466. (and the trust of your friends) is all that stands between you and the
  467. next big micro-brewing revolution. If you can think of a starch, it
  468. can probably be mashed into your next brewing adventure. Many cultures
  469. make their own kind of beer without knowledge of barley, but other
  470. sources of converting enzymes must be found. Sake is a type of rice
  471. beer that uses only rice for starch and sugar. A special mold is added
  472. that releases the enzyme that is responsible for this transformation.
  473. Millet and other grains are used for many intoxicating native
  474. beverages. In many cultures, it is the women's job to masticate (or
  475. chew) the grains to make them soft. Their saliva contains the same
  476. enzyme that converts starch to sugar. (This is where the trust of your
  477. friends comes in. Maybe you don't want to tell them how you made the
  478. beer until after they've tried it...) For other sources of starch, the
  479. sky's the limit. Potatoes? Sure. Pumpkins? Why not. Peanuts? OK.
  480. Chickens?  Well maybe not. The important thing is not to limit
  481. yourself to doing what everybody else does. You can't learn anything
  482. if you don't make mistakes.
  483.  
  484. 3.  Water
  485.  
  486. What we call water is actually a rather complicated molecule formed
  487. from hydrogen and oxygen atoms. The structure of this molecule gives
  488. it some rather unique and interesting chemical properties. For our
  489. purposes, the most interesting of these properties is the way that
  490. water acts as a universal solvent for stripping bits off of bigger
  491. chunks and suspending the bits in solution. This type of reaction
  492. happens at several stages in the brewing process, and it is useful to
  493. understand how to make this happen to your advantage.
  494.  
  495. 3.1.  Salts
  496.  
  497. Before you get the water from your tap, the most common form of
  498. substance suspended in your water are various types of salts. A salt
  499. is also a molecule containing various elements or compounds, held
  500. together by a weak electric bond. In water, this bond is broken,
  501. allowing the salt to be dissolved and the component elements or
  502. molecules to be held in solution. The most well known salt, which is
  503. so famous that we just call it 'salt', is a compound called Sodium
  504. Chloride. It is easily dissolved in water, separating into it's
  505. constituent elements of Na (sodium) and Cl (chlorine). Other types of
  506. salts use chemical compounds to make up one or another of these
  507. pieces. Calcium Carbonate, which is popularly known as Chalk, uses a
  508. molecule with three oxygen atoms and a carbon atom to form a Carbonate
  509. group, which binds to a Calcium atom to form the salt. The salt known
  510. as Gypsum (or in some British brewing books as plaster of Paris) also
  511. contains one atom of Calcium, but instead of a Carbonate, it binds
  512. with a molecule formed from four atoms of oxygen and one of Sulphur,
  513. called a Sulfate. The last salt we brewers must be concerned with is
  514. known as an Epsom salt. It uses the same Sulfate group as Gypsum, but
  515. it joins with a Magnesium atom instead of a Sulphur atom.
  516.  
  517. Water chemistry is as simple as that. You don't even have to know the
  518. names of the different components of the salts. But you do need to do
  519. a little bookkeeping if you wish to keep track of the amounts of the
  520. various salt constituents in your brew. This is what you need to know:
  521.  
  522. Adding one teaspoon of table salt to a 5 gallon batch gives 110 ppm
  523. Sodium.
  524.  
  525. Adding one teaspoon of table salt to a 5 gallon batch gives 170 ppm
  526. Chlorine.
  527.  
  528. Adding one teaspoon of Gypsum to a 5 gallon batch gives 142 ppm
  529. Sulfate.
  530.  
  531. Adding one teaspoon of Epsom Salt to a 5 gallon batch gives 70 ppm
  532. Sulfate.
  533.  
  534. Adding one teaspoon of Chalk to a 5 gallon batch gives 57 ppm
  535. Carbonate.
  536.  
  537. Adding one teaspoon of Gypsum to a 5 gallon batch gives 59 ppm
  538. Calcium.
  539.  
  540. Adding one teaspoon of Chalk to a 5 gallon batch gives 39 ppm Calcium.
  541.  
  542. Adding one teaspoon of Epsom Salt to a 5 gallon batch gives 18 ppm
  543. Magnesium.
  544.  
  545. The abbreviation "ppm" stands for parts per million. It is a measure
  546. of how much of particulate matter is suspended in solution, whether it
  547. is salt in water or smog in air.
  548.  
  549. It is often the desire of the brewer to match the mineral content of
  550. the world's great brewing centers in order to better match the world's
  551. great beers. This is because the source of water for say, Munich is
  552. unique, due to the various rock and salt formations that the ground
  553. water must flow through before it is used for brewing. It is also
  554. important to know the maximum allowable amount of these various salt
  555. components. There are other sources to tell you the mineral content of
  556. Munich, or Burton-on-Trent, or wherever, and how many ppm of various
  557. salts are required to match the classic pale ale, but here is my bit
  558. of advice for you that I picked up:
  559.  
  560. Do not exceed 200 ppm of Carbonate.
  561.  
  562. Do not exceed 150 ppm of Sulfate.
  563.  
  564. Now all you have to do is keep track of how many ppm of the various
  565. salt constituents to match the beer style you are trying to achieve.
  566. But there is another method for getting the minerals to match the
  567. style.
  568.  
  569. 3.2.  pH
  570.  
  571. pH is a measure of the acidity of a substance. There are no limits on
  572. the pH measurement scale, but because the scale is logarithmic (like
  573. the Richter scale for measuring earthquakes), a solution with a pH of
  574. 5 is ten times more acidic than a solution with a pH of 6, and a
  575. solution with a pH of 4 is ten times more acidic than a solution with
  576. a pH of 5. Pure distilled water forms the neutral point on this scale
  577. with a pH value of 7. Water that has been carbonated by dissolving
  578. carbon dioxide in it (forming a weak carbolic acid) has a lower pH, as
  579. does rain water, which absorbs carbon dioxide from the atmosphere. (If
  580. the rain falls through pollution from car exhaust or encounters
  581. sulphur from steel mill or power plant smokestacks, the water becomes
  582. even more acidic, resulting in acid rain.) But there are better ways
  583. to manipulate the acid/alkali balance of water than carbonization or
  584. auto exhaust.
  585.  
  586. Why do we worry about pH? Because the enzymes which convert grain
  587. starch to sugar work more efficiently in an environment with a pH
  588. value of about 5.2-5.4. Most grains, when suspended in water, tend to
  589. force the pH to a value near that range, but sometimes we need to
  590. intervene to create the optimal conditions. This is done by adding
  591. brewing salts.
  592.  
  593. Why is Burton-on-Trent famous for its pale ales, while Munich is known
  594. for its darker beers? It's because of the brewing water's pH. OK, it's
  595. really from the dissolved minerals in the water, but that's what
  596. changes the water's pH. Lighter grains leave a higher pH in a solution
  597. of neutral water than darker, more acidic grains. Water that has a
  598. high concentration of Sulfates is lower in pH than neutral water. Put
  599. another way, water that is high in Sulfates is good for brewing pale
  600. grains in because the resulting pH allows the enzymes to work most
  601. efficiently. To sum up, adding Gypsum lowers pH, while adding Chalk
  602. raises pH. Burton-on-Trent water is high in Sulfates (just like adding
  603. lots of Gypsum), and thus lends itself to the making of pale ales.
  604. (This water also accentuates the bitterness of hops, and therefore is
  605. useful for making very hoppy beers.) Darker grains, and thus darker
  606. beers, are made where the water is high in carbonates. So all of the
  607. arguments about matching water to your favorite brewing locale pretty
  608. much boils down to getting the right pH balance for the type of grains
  609. that you want to use.
  610.  
  611. By the way, if you're putting your spent grains into a compost pile,
  612. be sure to add limestone or other "sweetening" agent to the pile. The
  613. acidity of the grains will create compost that is too acidic for most
  614. plants.
  615.  
  616. One more word about salts and pH. Chalk does not readily dissolve in
  617. neutral water.  It needs a slightly acidic environment to be suspended
  618. in (such as grains in water in your mash tun). Limestone is also
  619. chalk, formed into ancient geology from the shells of marine animals
  620. which sank to the bottom of the sea when the critters died. Over the
  621. millennia, these shells were heated and compressed, forming into hard
  622. rock formations.  The white cliffs of Dover are just such a geologic
  623. structure. Water flowing through these structures can dissolve
  624. channels through the rock, leading to long caves that follow the
  625. meandering of the river channel that carved it. Water dripping from
  626. the tops of these caves leave a little bit of limestone with each
  627. drip, resulting in a stalactite hanging from the ceiling, while the
  628. water dripping to the floor of the cave piles up the limestone,
  629. resulting in stalagmites reaching up from the floor. These caves form
  630. natural reservoirs which city folk use to collect highly mineralized
  631. water, all the better to make dark beers with!
  632.  
  633. 3.3.  Tap Water
  634.  
  635. Because water is such a good solvent, there are often things dissolved
  636. in it that don't necessarily make for good beer. I was pleased to read
  637. a test survey from my local water district that reported no detectable
  638. sources of radioactivity were found in my water.  Imagine my relief.
  639. However, there are other things in my water that I wish weren't there.
  640.  
  641. Chlorine
  642.  
  643. Chlorine is used in minute amounts to neutralize any organic matter
  644. that may have leached into the water source. Water that has been in
  645. contact with chlorine for a while, such as that found in your hot
  646. water tank, can be considered fairly clean of contaminants.  Chlorine
  647. should be boiled away before it causes off-flavors in the beer, but
  648. who has the time? If you're worried about off-flavors from chlorine,
  649. boil your water before you use it for mashing. Otherwise, don't sweat
  650. it.
  651.  
  652. Fluoride
  653.  
  654. Fluoride is added to the water to strengthen the forming teeth of
  655. young people. It is not a communist plot for world domination as the
  656. John Birchers would have us believe. I have not heard of fluoride
  657. becoming a problem for brewers.
  658.  
  659. Contaminants
  660.  
  661. This is the everything else category. Run-off from pastures soaks into
  662. the ground and into the water supply. Excess pesticides and
  663. fertilizers do the same. Oil that is not recycled, gas that spills
  664. from a siphon, intentional spills and discharges threaten our health,
  665. as well as the quality of the beer that we make. This is where each of
  666. us, as stewards of the planet, can do our part to ensure healthy
  667. supplies of water for us and for our descendants. And for our beer.
  668.  
  669. 3.4.  Other compounds in solution
  670.  
  671. Beer is a fascinating collection of chemical compounds all suspended
  672. in water. Pure water has a density equal to 1.000. Anything added to
  673. that changes the density. The specific gravity and the Baling scale
  674. are measures of the amount of suspended particles.  Before the
  675. invention of these scales, the amount of sugar in a particular batch
  676. was a guess at best. One old method of dissolved sugar determination
  677. involved an inspector with special leather pants. A bit of beer wort
  678. was poured onto a wooden chair, which the inspector then sat on. If,
  679. after drying, the chair stuck to the inspectors butt, the amount of
  680. sugar dissolved in the wort was deemed sufficient. But we have
  681. inexpensive instruments that can measure dissolved sugars a lot easier
  682. than that. Get yourself a Hydrometer. It is the single most important
  683. tool in your equipment kit. And it's a lot easier on your chairs.
  684.  
  685. Water and alcohol mix very easily together, but they don't weigh the
  686. same. One gallon of water and one gallon of alcohol yields a mixture
  687. of 50% alcohol by volume, or 100 proof, but there is now less than two
  688. gallons of mix. This is because the alcohol molecules fit rather
  689. cozily in between the water molecules, physically taking up less
  690. space. Thus our intoxicating mixture of alcohol and water would have a
  691. specific gravity or density of 0.7939, giving 79.4% percent alcohol by
  692. weight. This is why the question of percent alcohol by weight or
  693. volume must be addressed whenever comparing the alcoholic strength of
  694. a brew.
  695.  
  696. One last mention about living chemistry. The enzymes that promote
  697. fermentable sugars are very temperature sensitive. Our compromise
  698. temperature of 150-153 degrees Fahrenheit is almost too much for the
  699. little compounds to stand. For some reason, the use of one gallon of
  700. water for every three or four pounds of grain for the initial mash
  701. enables the enzymes to survive and work more efficiently than either a
  702. thicker or thinner grain soup. Not that I'm trying to encourage high
  703. alcohol beers. Instead, I'm trying to help you get the most sugar,
  704. fermentable or not, from the starch that you've purchased from your
  705. friendly neighborhood homebrew supply store.
  706.  
  707. The boil
  708.  
  709. You've finally finished draining and sparging the grains in your mash
  710. tun. Now what?  >From here on out, the procedure is similar to the
  711. techniques that you use for extract brewing. But here are some tips
  712. that maybe you didn't know.
  713.  
  714. When you are draining the rather warm sugar liquor from your tun into
  715. the boiling kettle, don't let the liquid fall too far, or splash up
  716. too much. This leads to what is called hot-side aeration, and can lead
  717. to some funny aftertastes. Rather unpleasant aftertastes.
  718.  
  719. You should bring the wort to a full and rolling boil before you add
  720. any hops, waiting until after the foam, or hot-break, dissolves. There
  721. are important chemical reactions taking place in the wort even then.
  722. The foam consists of proteinaceous matter that you want to coagulate
  723. out of the final beer. Of course, if you want a thick, full bodied
  724. beer (nutritious, as the Brits would say), then a long boil, over 90
  725. minutes, will encourage the protein to re-dissolve back into the wort.
  726. But there are plenty of non-fermentable sugars in the liquor now,
  727. especially if your mash was held at temperatures above 155 degrees or
  728. so. This long boil will also make the finished beer darker, due to
  729. caramelization and other chemical reactions taking place over time. If
  730. you are seeking to keep the beer nice and light, mash at lower
  731. temperatures, and only boil for an hour or so.
  732.  
  733. 4.  Hops
  734.  
  735. All right you hop-heads, listen up. Be careful with these things! When
  736. you were using malt extract to make your beers, those small boiling
  737. pots made for a denser liquid than you will be using in all-grain.
  738. Consequently, the extraction, or utilization of the hop acids will be
  739. greater. Especially if you've read the section about adding Gypsum
  740. which accentuates the hops to make the perfect pale ale, your hops are
  741. going to be more pronounced in this thinner boiled beer. If you don't
  742. do your calculations very carefully, you'll be scraping bitter hop
  743. resin off of your teeth long into the evening. Here's how to calculate
  744. hop bitterness in beer.
  745.  
  746. Determine the gravity of the boil (GB). If GB is less than 1.050, then
  747. the gravity adjustment (GA) is zero. If GB is greater than 1.050, an
  748. adjustment should be made to the achieved hop bitterness.
  749.  
  750. Determining the Gravity Adjustment (GA)
  751.  
  752. if GB << 1.050, then GA = 0, otherwise: GA = ((GB) - 1.050)/0.2
  753.  
  754. To determine the IBU bitterness based upon the added hops and boiling time, use 
  755. this handy formula. (percents expressed as decimal equivalents, 8%
  756. =0.08) This is good for boils up to 60 minutes long, after which the
  757. minutes of boil isn't changed.
  758.  
  759. IBU = (Weight_oz * (minutes of boil/200) * (%Acid/100) *
  760. 7462)/(Volume_gal * (1 + GA))
  761.  
  762. To determine the amount of hops of a certain alpha acid needed to
  763. match a particular bitterness level, use this formula:
  764.  
  765. Weight_oz = (Volume_gal * (1 + GA) * IBU)/((minutes of boil/200) *
  766. (%Acid/100) * 7462)
  767.  
  768. This chart of my own construction shows the IBUs necessary to achieve
  769. one definition of "balanced" hop bitterness, based on the original
  770. gravity of the wort:
  771.  
  772. Original Gravity     recommend IBU
  773.     1.010         4
  774.     1.020         8
  775.     1.030         12
  776.     1.040         16
  777.     1.050         24
  778.     1.060         32
  779.     1.070         40
  780.     1.080         48
  781.     1.090         56
  782.     1.100         64
  783.  
  784. 4.1.     Early Additions
  785.  
  786. Early hop additions make more bitterness than later additions. Using
  787. more hops makes for more bitterness than using fewer hops. And using
  788. more bitter hops makes for more bitterness than less bitter hops.
  789. Hopefully this is obvious to you. What you may not know is that
  790. winding up with 6 gallons of wort leaves your beer almost 17% less
  791. bitter than you would have if you gotten the 5 gallons that you
  792. planned for. (This is also true of the color of the beer, but that's
  793. not my concern here.) This just goes to show how important it is to
  794. not only accurately design your beer, but also how important it is to
  795. keep to that plan.
  796.  
  797. 4.2.  Late Additions
  798.  
  799. Hops that are added late to the boil do not complete the chemical
  800. changes necessary to extract all of the hop resins available to the
  801. kettle. Instead, the essential oils that are boiled away in long boils
  802. remain to contribute to hop flavor and aroma. Some hops are well known
  803. for their superior taste and aroma, while others are more suitable for
  804. long boil bittering. Try to match the hops to the style that you're
  805. trying to create.
  806.  
  807. 5.  Yeast
  808.  
  809. 5.1.  Ale Yeast
  810.  
  811. Ale yeasts are happiest at or near room temperature. Fermentation
  812. temperatures below 55 degrees Fahrenheit will pretty much shut down
  813. most ale yeast strains.  Temperatures higher than 70 degrees for any
  814. yeast will encourage alcohols with higher molecular weight which will
  815. affect the taste of your beer. These alcohols will also increase the
  816. severity of your hangover if you over-indulge. There are some styles
  817. which benefit from these alcohols, and are therefore more suitable for
  818. warm weather brewing.  These styles include: Barley wines/strong ales,
  819. Belgian ales (including Lambic, Gueuze, and Trappist ales), Imperial
  820. Stouts, Strong Porter, Brown ales, and some fruit beers.  Wyeast
  821. #1056, the Chico/American ale yeast is a low producer of off flavors
  822. at higher temperatures, so can be used where other yeast strains
  823. cannot.
  824.  
  825. 5.2.  Lager Yeast
  826.  
  827. The Wyeast lager yeast varieties have a reputation for not finishing
  828. their kraeusen very quickly. What is true is that successive
  829. generations of yeast will become better adapted to the environment in
  830. which they are raised. Saving your yeast can be a good way to save
  831. money and keep the best characteristics of the yeast that you want.
  832.  
  833. As is the case whenever you go about dealing with yeast, sterilization
  834. must be a way of life. To wash the yeast, you must have on hand some
  835. very cool pre-boiled water.  (Whenever I boil bottle caps prior to
  836. bottling, I always save the water, cooling it before I need to wash
  837. yeast.) After siphoning the fermented wort to either a conditioning
  838. container or secondary fermentation container, pour some of the
  839. sediment from the bottom of the carboy into a sterile jar with a lid.
  840. Pour enough of the cool water into the jar to thoroughly dilute the
  841. sediment. Secure the lid on the jar, swirl the contents of the jar
  842. thoroughly, and place in the refrigerator until you are ready to deal
  843. with it again (typically after bottling). The heavier particles of
  844. sediment, such as hop bits and coagulated protein, will settle to the
  845. bottom of the jar, while the lighter yeast bits will remain suspended
  846. in the water. I pour this water into a clean bottle and cap it,
  847. storing the yeast in the refrigerator. To re-use this yeast, allow the
  848. bottle to warm to the same temperature as the wort that you are
  849. pitching into. Remove the cap, and sterilize the lip of the bottle
  850. with flame. Simply stir up the yeast in the bottle and pour the
  851. contents into the fresh beer wort. Subsequent generations of yeast
  852. should be better adapted to the conditions in which they are raised.
  853. If you do this with enough yeast strains, you will never lack for a
  854. big dose of just the right yeast strain for the beer style that you're
  855. trying to match.
  856.  
  857. 5.3.  Other Yeast like beasties
  858.  
  859. There are other critters that want to live in your beer. Some of these
  860. beasties are wanted, most are not. To ensure that the only things in
  861. your beer are the things that you want there, try to develop a
  862. procedure for sanitization that will keep your equipment clean. I
  863. store my tubes, hoses, funnels, and other suitable equipment in a
  864. plastic (former) fermentation container that has a draining valve
  865. attached to the bottom. This stuff floats and soaks in a bleach
  866. solution, which I can also drain into carboys or conditioning buckets
  867. through use of the draining valve. When I'm through with the solution,
  868. I just pour it back into the storage container where it waits until
  869. the next time I need something sterilized. I keep smaller bits of
  870. equipment, such as airlock parts and my bottling siphon hose, in a
  871. smaller bucket, also with the same bleach solution. I have never had
  872. much of a problem with contamination, and I don't intend to start
  873. soon.
  874.  
  875. Concerning those other beasties. For the most part, bacteria cannot
  876. survive in beer.  The alcohol and low pH tend to inhibit most types of
  877. unwanted critters that live around the home. However, we must be on
  878. constant guard for those type of bacteria that thrive in such an
  879. environment, especially those that can establish beach heads in your
  880. wort before fermentation has begun. Anything that comes in contact
  881. with the cool, unfermented wort must be sterile. The most effective
  882. way to maintain sterility is to boil under pressure. Failing that,
  883. boil wort chillers and spoons in the hot liquor when you can.  Other
  884. items of equipment may be better served by chemical sterilizers.
  885. Bleach is effective, but must be thoroughly rinsed off. Otherwise it
  886. will lead to detectable off flavors. Iodine in weak solution doesn't
  887. require rinsing, and is easier on your carpet if you are accident
  888. prone.
  889.  
  890. 6.  Mystery Ingredients
  891.  
  892. Before hops were popularized in beer making, the sweetness of the malt
  893. was balanced by what was called "gruit". This tended to be a trade
  894. secret of the brewer, and was often grown right outside in the garden.
  895. If you have a creative bent, especially if you're also a prolific
  896. gardener, don't be afraid to try different herbs for bittering
  897. purposes. If you don't trust yourself, try small batches with new
  898. experiments. Maybe you don't want 5 gallons of hot chilli flavored
  899. beer, or maybe you don't have enough onions or garlic to flavor a
  900. large batch. And do you really like oregano that much?
  901.  
  902. If I'm going to leave you with one thought, let it be this. Try to use
  903. your enthusiasm for this hobby as a springboard to bigger and better
  904. things. And don't be afraid to do something really stupid. It's the
  905. only way you're ever going to learn anything!
  906.  
  907. Good luck in your brewing endeavors!
  908.  
  909.  
  910.