La bière Cours de Brasserie Année universitaire 2010-2011 Letaief Hend
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Sommaire • • • • • • • •
Définition de la bière Les matières premières Le Brassage Ebullition du mout Traitement du mout La fermentation La garde Contrôle qualité
Définition de la Bière Boisson légèrement alcoolisée, obtenue par une fermentation du sucre de l’orge germée sous l’action de la levure et parfumée avec du houblon (Larousse)
Historique •
Les premières traces de " bière " remontent à 3000 ans avant Jésus-Christ en Mésopotamie.
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Sous l'ancienne Egypte, la " bière " était une boisson d'origine divine. Osiris le Dieu des brasseurs.
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Chez les Grecs, la bière est reconnue pour ses vertus médicinales.
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Pour les Gaulois, la bière ou Cervisia (cervoise) est une potion magique.
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Charlemagne confère le monopole de la fabrication de la cervoise aux moines. Du IX au XIVe siècle, la bière était principalement fabriquée par les moines.
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Une taxe pour les laïcs : le droit qu'ils reversaient aux moines.
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Au XIIIè, les brasseries sortent des monastères. En France les cafés naissent.
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En France, le statut des brasseurs est défini en 1489 et le terme de « bière» est 4 utilisé.
Consommation de bière en Europe • • • • • • • • •
Allemagne Irlande Danemark Belgique Royaume Uni Pays Bas Espagne Portugal France
127 L / habitant 125 107 100 95 85 72 65 39 http://univers.biere.free.fr
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ETAPES DE FABRICATION DE LA BIERE
Les étapes de la fabrication de la bière 1. Cuve à tremper
3. Touraille
5. Cuve matière
7. 9. cuve de garde Chaudière à moût
2. Germoir
4. Concasseur à 6. Cuve filtre 8.Cuve de malt fermentation
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10. Filtre
11. Soutirage
12. Étiquetage
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Matières Premières 1. 2. 3. 4.
L’orge Le houblon L’eau Les additifs
Pour info Pour faire un litre de bière, il faut entre 1 à 2 g de houblon, 4,5 à 8 litres d'eau, 150 à 250 g de malt et environ un demi gamme de levure.
Orge et Malt Avantage de l’orge pour la brasserie •Il germe rapidement et facilement •L’orge germé est riche en enzymes favorisant le brassage •L’orge se cultive facilement sous toutes les latitudes •L’orge contient peu d’azote
Inconvenients de l’orge pour la brasserie •L’orge contient des polyphenols et des beta-glucanes (probleme de stabilite colloidale et viscosité)
Grains de variétés adaptées a la brasserie
Structure d’un grain d’orge germé Paroi extérieure pailleuse
Paroi semi-perméable Contient des polyphénols (proanthocyanidine trouble colloïdal)
Bouclier + Plumule = embryon saccharose Composée de cellules produisant des enzymes hydrolytiques durant la germination
Paroi des cellules de l’endosperme : beta-glucanes Protéine (flaveur, stabilité de la mousse, turbidité) Amidon 50 – 70% du poids sec (amylose et amylopectine)
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Section
Transformation de l’orge en malt 4 Etapes
Transformation de l’orge en MALT, par germination : le MALTAGE en malterie
Trempage •Les grains d’orge sont nettoyés et calibrés •Les grains sont trompés 10h par jour (pendant 3 jours) •L’eau pénètre dans le grain par le péricarpe (qui doit être intact). •L’imbibition est perçue par l’endosperme qui synthétise des gibbérellines (hormones végétales) qui vont activer les cellules de la couche aleurone. •La dormance est levée. Le grain est prêt pour la phase suivante (45% d’eau)
Germination •Les grains sont étalés en couches à une température de 15˚C. •Nécessité de tourner les grains pour laisser le CO2 s’échapper. • cette étape dure 8 jours. •Plusieurs phénomènes physiologiques
Germination •Développement des racines : après 1 jour, la graine germe (percement du tégument par la radicule). 8 jours présence de radicelles. •Mobilisation des réserves : l’embryon puise des nutriments à partir de l’endosperme. Pendant cette étape 15% de l’amidon est transformé. Le grain d’orge se transforme en malt friable •Modification des activités enzymatiques : • Dégradation des parois cellulaires de l’endosperme (beta-glucanes) •Dégradation de protéines de réserve (protéolyse) pour libérer des acides aminés •Dégradation de l’amidon (amylolyse). L’alpha-amylase dégrade les gros grains d’amidon en dextrine. Les dextrines sont ensuite convertis en glucose, maltose et maltotriose par les beta-amylases
Touraillage Lorsque la germination de l'orge est suffisante, elle est arrêtée par le touraillage. Le touraillage confère au malt son arôme et sa couleur. Plus la température sera élevée plus la couleur du malt sera développée. Le touraillage du malt se fait en deux étapes : 1.Les grains germés sont mis à sécher sous air chaud 45˚C pendant une trentaine d’heures. Cette étape permet de dessécher le malt. • Arrêt des réactions enzymatiques. • La teneur en humidité doit être inferieurs à 5% (conservation). • Il ne faut pas trop chauffer aussi pour ne pas détruire les enzymes. 1.Lorsque le malt est sec, possibilité de faire des « coups de feu » cela permet d’avoir un malt plus ou moins caramélisé Activité amylase : Pils > caramel > cristal Couleur : Pils < caramel 50 ˚
Effet des différents ions sur la qualité de la bière Le calcium (très intéressant)
•Nécessaire à l’activité de l’alpha-amylase et la protège contre la chaleur •Stimule les protéases et amylases pendant le brassage et augmente ainsi le rendement de brassage •Stimulation de la coagulation des matières protéiques pendant la cuisson, diminue la couleur du moût et le rendement d’isomérisation des alpha acides •Stimulation de la floculation de la levure pendant la fermentation •Avec les phosphates action acidifiante 2Ca2+ + 2H(PO4) = 2H+ +Ca3(PO4)2 •Pendant la garde accélère la clarification de la bière
Le magnésium (Eviter)
•Déjà présent dans le malt en quantité suffisante •Important pendant la fermentation car intervient dans la décarboxylation de l’acide pyruvique en acétaldéhyde et CO2 •Il faut un apport Ca/Mg d’environ 3 •Contribue au goût amer et aigre de la bière
Le sodium et potassium
•Contribue au goût salé de la bière
Le fer (A limiter)
•Au-delà de 0,2mg/L le fer provoque des inhibitions enzymatiques (amylases) et forme des complexes avec les polyphénols (troubles colloïdaux)
Le cuivre (A limiter)
•Catalyse des phénomènes d’oxydation qui dégradent la qualité de la bière et provoquent des troubles colloïdaux
Autres ions (A limiter)
•Sulfate donne des bières sèches (astringence) •Chlore douceur au goût •Nitrites inhibent la fermentation et forment des complexes avec des polyphénols donnant une couleur rougeâtre à la bière
Traitement de l’eau Les industriels ont des moyens pour traiter l’eau DECARBONATION
But : enlever les bicarbonates (dureté temporaire) 1/ Ebullition (précipitation lors d’un chauffage) Très cher
Ca(HCO 3)2 -> CaCO 3 + H2O + CO2 2/ Usage de chaux Ca(HCO 3)2 + Ca(OH)2 -> 2CaCO 3 + 2H2O
Laisse les ions
3/ Utilisation d’acide
Les industriels ont des moyens pour traiter l’eau DEMINERALISATION But : enlever tous les ions
Passage dans des résines échangeuses d’ions
TRAITEMENT BIOLOGIQUE
But : enlever tous les germes vivants Filtration Chloration Radiation ultraviolet
Les additifs – grains crus Ajout de grains crus car : •Moins cher •Moins d’azote liquide (permet d’avoir des bières qui se conservent plus longtemps)
Additifs solides Maïs Riz Sorgho Flakes de céréales
Additifs liquides Sirop de maïs Sirop de froment Sirop d’orge
Possibilité de faire des bières avec des additifs ou des mélanges malts/additifs et des enzymes
Le Malt
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C'est l'orge qui est transformée en malt.
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Il existe plusieurs types de malts, que l'on obtient en fonction de la durée du séchage des grains. Le grain de céréale (orge, avoine, blé, seigle), partiellement germé et grillé donne non seulement l'alcool, mais aussi une grande partie du parfum et la couleur de la bière.
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140g de malt sont nécessaires pour fabriquer un litre de bière. On y ajoute parfois des céréales crues pour stabiliser la bière.
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Les bières "blanches " sont faites au malt de blé.
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Les malts pâles, peu touraillés, font la finesse et le moelleux des bières blondes.
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Les malts, dits caramels, sont plus dorés, ils apportent un arôme caramel et la couleur ambrée aux bières rousses.
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Les malts bruns, qui subissent en plus une torréfaction, donnent l'acajou http://univers.biere.free.fr des bières brunes.
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La Levure
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La levure transforme le sucre du malt en alcool et en gaz carbonique.
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La levure de bière est cultivée et conservée au cœur de la brasserie. C’est elle qui fait la personnalité unique de chaque bière et c'est le plus grand secret du brasseur.
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On utilise environ 1g de levure par litre de bière. Les levures de fermentation hautes 20°C ou basses 10°C suivant la bière désirée seront ajoutées au moût houblonné pour réaliser la fermentation.
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Schéma de fabrication de la bière
Le Brassage (mashing) 1. But du brassage 2. Méthode de brassage 3. Les transformations au brassage
But du Brassage Le brassage est l'une des étapes les plus délicates car détermine la densité finale du moût donc la quantité de sucre qui pourra servir à la fermentation.
Le but du brassage est de solubiliser la totalité de l’amidon et des sucres préformés présents dans le malt
Transformation de l’amidon en sucre fermentescible
Oxydation des polyphénols
Extraction, précipitation des protéines
Empâtage Consiste à mélanger le malt avec 2 à 3 fois son volume d'eau chaude dans des cuves matières. L'ensemble de ce mélange est appelé "maïsche". Peut être décomposé en trois phases : • Phase 1 : va permettre de dissoudre l’amidon, les enzymes ainsi que les protéines dans de l’eau chaude à 50°C constante • Phase 2 : va être la transformation de l'amidon en sucre et le traitement des protéinases, il pourra y avoir plusieurs paliers afin de favoriser telle ou telle transformation. • Phase 3 : consistera à neutraliser le travail des enzymes en élevant la température du moût à plus de 77°C.
La première phase Consiste à mélanger le malt et l’eau pour obtenir un moût un peu épais mais pas trop Il sera impératif de maîtriser la température et le temps d'empâtage . Selon les recettes, il faudra associer différents malts ou céréales qui auront été préférablement bouillie (sauf si les céréale sont en flacons, ils pourront dans ce cas être ajoutés directement au mout). La quantité d'eau utilisé sera environ égale à : Litre d'eau pour empâtage = poids total du malt x 2,8. Pour améliorer le brassage, il peut être intéressant de contrôler le pH de l'eau. Le pH permet de favoriser des réactions entre les enzymes et l'amidon. Le pH idéal est compris entre 5,2 et 5,4. Le temps de chauffe pour la dissolution et important car si le temps est trop faible il restera de l'amidon dans les grains et il sera impossible de le transformer par la suite en sucre. Par contre s'il est trop long, il risque de caraméliser. Le temps peut durer environ 30mn.
La deuxième phase Devra être démarrée dès que tout l'amidon (isoamylase, amyloglucosidase et pullulanase) sera dissous dans l'eau. Pour favoriser l’hydrolyse enzymatique (alpha amylases et bêta amylases) , le maïsche est progressivement chauffé (jusqu’à 75°) : c’est l’étape de la SACCHARISATION. Le but sera de maîtriser les températures ainsi que les rampes et les temps de chauffe afin de contrôler les transformations qui auront lieu dans le moût : Si on modifie la température de quelques degrés, on peut passer d'une transformation des sucres simples à une transformations de sucres un peu plus complexe. On appelle cela des paliers température. Pour effectuer un bon brassage, il faut se demander le type de bière que l'on veut obtenir, c'est a dire : veut on qu'elle soit sucré, qu'elle soit plus pâteuse que aqueuse, qu'elle soit opaque ou claire, etc...
Les paramètres qui ont une influence durant le brassage : Les températures Les temps à chaque paliers Le nombre de palier Le pH du moût
Influence de la température et du pH
Les enzymes Beta amylases travaillent sous les 65°C alors que les Alpha amylases travaillent au dessus de 70°C.
Les paliers de température Alpha amylase beta amylase
protéolyse
Protéolyse
Digestion des protéines pouvant causer des troubles colloïdaux. Augmenter le temps si usage de grains crus
Transformation de l’amidon
Transformation de l’amidon en sucre
Transformation de l’amidon
Transformation de l’amidon en dextrine
Destruction des enzymes Inactivation des enzymes sans destruction des dextrines
La troisième phase Consistera à stopper le travail des enzymes. Pour cela on élèvera la température du moût au delà des 77°C durant 30min. En fait les enzymes vont être détruite durant cette phase ce qui évitera tout transformation indésirable par la suite. Pour savoir si la saccharification est terminé, on va effectuer le test à la teinture d'iode. TEST A LA TEINTURE D'IODE : on prélève un peu de moût que l'on mettra dans une assiette blanche, on y ajoute ensuite 2 à 3 gouttes de "teinture d'iode". La teinture d'iode réagit avec l'amidon, si le mélange devient noire cela signifie qu'elle réagit donc qu'il reste encore de l'amidon dans le moût. Par contre, s'il n'y a pas de changement de couleur, alors cela signifie qu'il n'y a plus d'amidon.
Transformations au cours du brassage
Et il existe plusieurs techniques de brassage comme l'infusion ou la décoction dont la différence réside dans les différents paliers de montée en température lors de l'empâtage. •
la décoction : on retire une partie du brassin que l'on porte à ébullition avant de l'incorporer à la maische, on appelle cela une « trempe ». Plusieurs trempes sont pratiquées afin d'augmenter graduellement la température. Cette technique est utilisée pour la fermentation basse.
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l'infusion par palier : on chauffe l'eau avec la maische, ou on incorpore à intervalle régulier de l'eau très chaude. C'est une méthode très flexible et précise.
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l'infusion simple : on chauffe de l'eau que l'on incorpore au malt.
Brassage dans des Cuves matière
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Le brassage
La chaudière
Cuve d'ébullition (à gauche) et de brassage de la bière (à droite)
La filtration du moût • • •
Consiste a séparer le maïsche (liquide sucré et riche en dextrines) des enveloppes des grains appelées drêches. Les enveloppes du grain et les particules insolubles qui restent sur le filtre forment les drêches qui représentent le principal sous-produit de brasserie Le jus sucré filtré forme le moût qui va être transvasé dans une chaudière à moût.
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Ebullition du moût •
Dans la chaudière à moût ou chaudière à houblonner, le moût subit une cuisson à 100°C de 1 à 2 heures. • C'est au cours de cette cuisson que des cônes de houblon sont ajoutés au moût pour aromatiser la bière. • La cuisson a pour but : - de stabiliser le moût - de stériliser le moût - de coaguler les protéines. - de solubiliser les résines amères du houblon Après ébullition le moût, qui est encore trouble, est clarifié par une nouvelle filtration.
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Fermentation La FERMENTATION transforme les sucres fermentescibles en alcools •Le moût clarifié est ensemencé à la levure de bière. •Les glucides solubles sont transformés en alcool et en gaz carbonique •La fermentation a lieu en cuve pendant 1 semaine à haute ou basse température selon la bière désirée. •La bière dite "bière verte" sera transférée en cuve de garde.
Transformations sous l’effet de la levure
Types de fermentations 1) la fermentation basse : elle se déroule à une température comprise entre 5 °C et 14 °C. L'une des levures utilisée est la Saccharomyces uvarum. Cette fermentation dure une dizaine de jours. À la fin de la fermentation, les levures coulent au fond de la cuve, d'où le nom de fermentation basse. Il s'agit d'une fermentation caractéristique des lagers (bière blonde) 2) la fermentation haute : elle se déroule à une température comprise entre 15 °C et 20 °C. L'une des levures utilisée est la Saccharomyces cerevisiae. Cette fermentation dure de 4 à 8 jours. Au contraire de la fermentation basse, les levures migrent à la surface du brassin, d'où son nom. Il s'agit d'une fermentation caractéristique des stouts (bière brune ou rousse) 3) la fermentation spontanée : elle se déroule sans ajout de levures cultivées, seulement par contamination « sauvage » de levures et bactéries en suspension dans l'air ambiant. Les levures retrouvées sont la Brettanomyces bruxellensis et la Brettanomyces lambicus. Il s'agit d'une fermentation caractéristique des lambics.
Levures par fermentation
Fermentation
Levure(s)
Température (°C)
Appellation(s)
basse
Saccharomyces uvarum
4-12
lager, pils, Schwarzbier, Dunkles, Export Bier, Helles
haute
Saccharomyces cerevisiae
15-25
ale, stout, weizen, etc.
spontanée
Brettanomyces bruxellensis , Brettanomyces lambicus
NC
lambic, gueuze, faro, kriek
mixte
Brettanomyces bruxellensis , Brettanomyces lambicus , Saccharomyces cerevisiae
NC
bière rouge
Catégories de bière (par fermentation) •Fermentation haute : • Ales • Bitter ale • Pale ale • Mild ale • Red ale • Brown ale • bières de Rhenanie • Altbier • Bonnsch • Kolsh • Stout • Weizen • Bock dans certains cas • Doppelbock, dans certains cas
•Fermentation basse : •Fermentation mixte : • Lager • bières rouges du sud de la Flandre. • Bock, dans certains cas • Doppelbock, dans certains cas • Dunckles • Helles • Pils (appelée aussi Pilsener,Pilsen ou P ilsner) • Schwarzbier •Fermentation spontanée : • Lambic • Gueuze • Faro • Kriek (lambic à la cerise) • Autres lambics fruités (framboise, pêche, etc.)
Cuves de fermentation
Clarification La fermentation est généralement (sauf pour les blanches) suivie par une « clarification » qui permet de retirer les levures et les impuretés. Outre la garde qui permet une décantation des particules de levures, protéines coagulées et résidus de houblon, certaines brasseries utilisent des filtres micrométriques à diatomées ou encore une centrifugeuse. Il arrive d'ailleurs que la bière subisse une pasteurisation afin de s'assurer d'un produit aseptisé
La garde •
Après la première fermentation, la bière jeune ou verte est débarrassée de ses levures puis refroidie (décantation au froid pendant une semaine au moins) avant d'être transférée en cuve de garde.
•
Maintenue à une température proche de 0°C, la bière verte subit une fermentation secondaire, plus lente que la précédente. C'est la période de maturation, au cours de laquelle la bière s'affine et améliore son goût.
•
La maturation dure environ 1 mois
Filtration • Une dernière filtration de la bière est réalisée pour éliminer les dernières levures et le léger trouble qui subsiste, ce qui lui donne son aspect brillant.
Contrôle microbiologique en brasserie
Le conditionnement Le soutirage Une fois le produit final atteint, il faut absolument éviter tout contact avec des agents pathogènes et avec l'oxygène afin de réduire au maximum la dégradation de la bière. La bière est stockée dans des réservoirs réfrigérés avec une contre pression de CO2. Après une certaine période de « garde », la bière est conditionnée en fûts (pression), en bouteilles ou en canette en aluminium. Le remplissage des divers contenants se fait sous vide d'air. Afin d'allonger le temps de conservation, de nombreux brasseurs ont recours à la pasteurisation en bouteille. Dans le cas de bières artisanales ou de microbrasseries, la bière est dite « sur lie » ou refermentée. En effet, la gazéification (« carbonatation ») de la bière se fait naturellement avec des levures actives dans la bouteille, procédé qui ne permet pas la pasteurisation. Les levures inactives se déposent dans le fond de la bouteille formant une lie.
Machines pour la mise en bouteille de la bière
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Étiquetage et commercialisation • Les bouteilles sont habillées d'étiquettes et de collerettes. • Puis les différents conditionnements sont emballés pour la distribution.
Contrôle qualité
Types de bières Se distinguent par la couleur, le goût et la préparation : •
Bières blanches : Blanche de Bruges, Hoegaarden, Wieckse Witte
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Bières blondes : Guillotine, Lucifer, Le fruit défendu, Kronenbourg, Heineken, 1664, Affligem, Grimbergen
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Bières ambrées : Adelscott, Georges Killian’s, Kwak
• Bières brunes : Leffe brune, Pelforth brune, Maredsous brune
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Les Verres • • • • •
Les bières blanches dans un verre à facettes Les bières blondes dans un verre tulipe Les bières d’abbaye dans un verre calice Les bières rousses dans un verre droit Les bières brunes dans un verre ballon
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