What Water Makes the Best Beer?

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ERIC: On today's episode of Pulsar, we explore one of the oldest applications of science in the history of humanity. There's evidence that our ancestors were brewing beer over 9,000 years ago, and though the technology has improved, the basics have stayed the same.

I'm your host, Eric. Thanks to Facebook Boston for supporting this episode of Pulsar.

Joining me to answer your questions about the science of crafting beer is Shelley Smith, the brewing innovation manager at Sam Adams. Shelley, thanks for joining me today.

SHELLEY: Yeah, thanks so much for having me.

ERIC: So why don't we start with your background, tell us how you got into brewing.

SHELLEY: Sure, I actually got into the beer industry right out of college, which was pretty fun. I went to Iowa State University and earned my degree in chemical engineering. And I was at the engineering career fair and learned I could make beer for a living. And I said, yeah, that sounds great.

Let's do that. So yeah, I've been in the beer industry for a while now. I've been with Sam Adams for the last little over seven years, moved out to Boston for the job and it's been great, a lot of fun.

ERIC: And what kind of roles have you had as a professional brewer?

SHELLEY: I started here managing product development for all of our brands, and then in the last few years focused specifically on beer development.

And then just recently, I moved into a new role as the brewing innovation manager managing innovation and the brewing side of operations at our tap rooms, with the one downtown Faneuil Hall and also our tap room in Cincinnati, Ohio.

ERIC: Now brewing beer goes back so long into our history. As you find yourself trying new things and using new brewing technology, what hasn't changed in all that time?

SHELLEY: I think what really hasn't changed is kind of the basis of what beer is all about, right? It's still built on those four kind of key ingredients.

So hops, malt, yeast and water. And Sam Adams specifically, we really have our roots in that Reinheitsgebot which is the beer purity law from Germany. Which states that you can only use those four ingredients to make beer. We still think about that, and that's kind of what we were built upon.

Obviously now we're looking at a lot of innovation, specifically with our tap rooms, and really building that out. But I think it's still about kind of that art and science basis of what beer began as.

ERIC: I love that because it really is something that is equal parts art and science.

And thinking about the flip side, what things have changed the most in brewing with thousands of years of technological advancement?

SHELLEY: Man, there's so much, it's hard to think about what's been the most critical or really impactful. But I think in general, it's really just all those advances in automation have allowed for so much finer control over every part of the process from temperature controls throughout the process of your mashing or or your fermentation temperatures.

We've really been able to reduce the variation really replicating things and just have so much more data available. And I think the other added benefit is it's beenable to improve safety specifically for the brewers. We have a lot of new ways that we can add ingredients and things that aren't requiring people to climb up on tanks.

Yeah, I think the advances in technology have been awesome and I think continue to really improve the industry.

ERIC: So we asked museum visitors and our listeners what questions they had about the chemistry of brewing beer. And a lot of people wanted to know more details about those core ingredients that you mentioned.

Our first one is from Tom, and he asks, if water is a main ingredient, what water makes the best beer? Does any water work equally well?

SHELLEY: Great question. Not exactly. The first part that's really critical to think about is that it has to be of the highest quality.

Finished beer is gonna be 85 to 95% water. And so any off notes that are in the water that you're using are gonna show through in the beer. So it's really critical that it's clean, clear, free of sediment, neutral tasting, but also has the right level of minerals.

So specifically at Sam Adams we're using water from the Quabbin reservoir. So it's really high quality water to start with. And then we're gonna carbon filter it. You wanna make sure that you remove chlorine or fluoride or any other organic compounds that you don't necessarily want in that final beer.

And then from there, we can adjust different chemical levels, the calcium level, or other minerals that we may need. But yeah, I think the most important part is making sure you're starting with the highest quality water.

ERIC: So really thinking about the properties of water from a chemistry perspective before you even start brewing.

SHELLEY: Yeah, absolutely. And the other piece of that is doing sensory, we'll actually taste water throughout the process. Any time water is gonna touch any part of it, we're making sure that we're tasting it ensuring it's sensory neutral.

ERIC: So next we have a question from Jake who wanted to know the difference between malt and hops and what each contributes to a beer.

So why don't we start with the malt.

SHELLEY: Yeah sure. So malts are gonna contribute the flavor, also the color, the mouthfeel. And then they're also gonna provide the starches, which are obviously critical to the fermentation process. If you think about some of the different malts, a lot of the base malts are gonna be lighter in color.

So typically these are gonna be roasted for a shorter period of time. And what that's gonna do, it's gonna give you a color that's more typically straw, it's maybe golden color. And then in terms of the flavor impacts, it would be notes like cracker or biscuit or white bread, things like that.

Malt can also be roasted for a longer period of time. And when that happens, they're gonna become darker in color, but you're also gonna get different flavors. So you may get notes of caramel or chocolate, coffee, things like that, even all the way up to burnt toast just depending on how long they roast it.

So typically a beer is gonna be built primarily on that base malt of those lighter malts. And then darker malt are typically used a little bit more sparingly, really, just to add some of those other notes and some color, not gonna be the majority of the for the most part.

ERIC: So it sounds like you can do a ton of different things with using different malted barley and different roast times. What about the hops? How do they differ?

SHELLEY: So those are actually a flower, the barley is a grain and then the hops are a flower. And they're gonna contribute bitterness and aroma.

They'll also contribute flavor and it depends on where they come from in terms of what those flavors are gonna provide, but it could be anything from kind of nutty or spicy or herbal. I think one of the other cool things is hops can actually really give pretty intense citrus or fruity tropical notes.

You may taste a beer that tastes like it has pineapple added, but really, that could just be coming from the hops, which is pretty cool.

ERIC: That's so cool that a flower can give you so many different flavors. You mentioned that the place they're grown is important. And we did get a question from Steve about exactly where the hops are grown.

SHELLEY: Thinking specifically about Boston lager Germany. So they are two noble hops so they're Hallertau Mittelfrüh and Tettnang Tettnanger. So Jim Koch our founder goes to Germany every year to hand select those hops. And it's really important that they come from that region due to the terroir of the region.

So this is a concept that may be familiar in the wine industry about how different grapes coming from different regions can kind of pick up those notes from the terroir and it's the same thing with hops. So, the unique soil and climate of the Hallertau region which is where the Hallertau Mittelfrüh hop comes from really give it that special flavor.

So it really provides that distinct peppery spice, and herbal and citrus notes, and the pleasant bitterness. The hops from that region are regarded as some of the highest quality. They're known for being the ideal German hop for lagers. And so we think it's really important to use those hops specifically.

ERIC: And to wrap up with the ingredients, we need to talk about the yeast. So Scott asked us, how much chemistry goes into picking exactly the right one and getting it to do exactly what you want?

SHELLEY: Great question. Yeah, there's definitely a fair amount of chemistry that is going into the entire fermentation process and monitoring that.

One of the cool things I think about Sam Adams is that we actually have a yeast doctor as part of our brewing team. He has a PhD in yeast from Weihenstephan which is a German brewing school, and is a great resource when we're looking at new yeast strains and really dialing in on exactly what flavors and aromas we're looking for from that yeast.

Yeast does have a pretty significant impact on the final flavor and aromas of a beer. So it's really important that we're both picking the right yeast strain but also thinking about what's the right temperature, what's the construction of the work that we're doing to really dial in all those pieces to get the final beer that we're looking for.

ERIC: And our final question from someone on our social media, you get to do this for a living, what's your favourite part about brewing?

SHELLEY: There's so many, it's just an incredible industry to work and I absolutely love working for Sam Adams. I love the people that I work with.

I love what I do every day and it's really so much fun to blend kind of the art and science aspects. We kind of get to use both sides of your brain. And really think about the technical aspects but also think about flavor construction and how do we want to bring all these, what could be considered for pretty simple ingredients.

But bring them together in a way that produces just an awesome, incredible beer. And one of my favorite things is sharing a beer that I've worked on or helped to develop and being able to share that with friends and families. Really special and something I really enjoy about the job.

ERIC: Awesome, well I'm sure many of our listeners would love to try some of your brews, how can they test them out?

SHELLEY: We do have a lot of fun innovation brews happening both at our Boston brewery which is in Jamaica Plain, as well as at our tap room downtown which is near Quincy Market.

We definitely invite people to come check it out. It's a great way to see some of the new, innovative beers we're working on, some different research projects that we're working on, and it's a great chance to be one of the first people to try some of our new beers.

ERIC: Well, Shelley, thanks so much for coming on Pulsar and answering our questions about brewing.

SHELLEY: Yeah, thanks so much for having me.

ERIC: If you've got more questions about brewing, send them to us at sciencequestions@mos.org and we'll answer them on an upcoming episode. Until next time, cheers and keep asking questions.

Audio clip courtesy of Alexander

Theme song by Destin Heilman

Español

ERIC: En el episodio de hoy de Pulsar veremos una de las aplicaciones de la ciencia más antiguas de la historia de la humanidad. Hay evidencias de que nuestros antepasados ya bebían cerveza hace más de 9000 años y, aunque la tecnología ha evolucionado, la base sigue siendo la misma.

Soy su presentador, Eric. Agradecemos a Facebook Boston por auspiciar este episodio de Pulsar.

Y para contestar a sus preguntas sobre la ciencia de la elaboración de cerveza está junto a mí Shelley Smith, directora de Innovación de Sam Adams. Shelley, gracias por acompañarme hoy.

SHELLEY: Gracias por invitarme.

ERIC: ¿Por qué no empezamos con su trayectoria? Díganos cómo se metió en este mundo de la elaboración de la cerveza.

SHELLEY: Acabé en esta industria de la cerveza justo al acabar la universidad, fue muy divertido. Estudié en la Universidad Estatal de Iowa y me gradué en Ingeniería Química.

Y fue en un certamen de empleos de ingeniería donde descubrí que era posible hacer cerveza para vivir. Y me dije: "Sí, suena genial, hagámoslo". Y desde entonces ya llevo un tiempo en esta industria. Llevo trabajando en Sam Adams hace algo más de siete años, el trabajo era en Boston y allá me fui.

Fue genial, muy divertido.

ERIC: ¿ Qué tipo de puestos ha ocupado como profesional de la cerveza?

SHELLEY: Empecé aquí a cargo del desarrollo de producto para todas nuestras marcas, centrándome especialmente estos últimos años en el desarrollo de cervezas.

Y desde hace muy poco, fui nombrada nueva gerente de Innovación de cervecería, a cargo de la innovación y de las operaciones en nuestras cervecerías artesanas, una de ellas en Faneuil Hall, en el centro, y también la de Cincinnati, en Ohio.

ERIC: Vemos que la cerveza viene de muy atrás en la historia. Usted se encarga de probar cosas nuevas y de usar nuevas tecnologías de elaboración. ¿Qué ha cambiado en todo este tiempo?

SHELLEY: Lo que no ha cambiado es la base, la esencia de lo que es la cerveza.

Aún se fabrica usando cuatro ingredientes básicos: Lúpulo, malta, levadura y agua. Y en el caso específico de Sam Adams, nuestra raíces se hunden en la Reinheitsgebot, la llamada ley de pureza por su origen alemán. Esa ley establece que solo se pueden usar cuatro ingredientes para elaborar cerveza. Aún partimos de ese punto y desde ahí nos hemos desarrollado.

Como es lógico, también lanzamos muchas innovaciones, en especial con las cervecerías artesanas, y creciendo a partir de eso. Pero pienso que se trata de aplicar el mismo arte y la misma ciencia con que empezó la cerveza.

ERIC: Me encanta porque se trata de algo que es a partes iguales arte y ciencia.

Pensando en la otra cara de la moneda, ¿qué ha cambiado más en la cervecería después de miles de años de avances tecnológicos?

SHELLEY: Pues muchas cosas. No es fácil determinar el cambio más grande o de más impacto. Pero en general, los avances en la automatización han permitido un mayor control en los pasos del proceso, desde el control de la temperatura en el proceso de maceración o las temperaturas de fermentación.

Hemos sido capaces de reducir las variaciones replicando las cosas y disponiendo cada vez de más datos. El otro beneficio ha radicado en la mejora de la seguridad, especialmente para las cerveceras. Contamos con infinidad de nuevas formas de añadir ingredientes y añadir cosas sin tener que subir encima de los tanques.

Los avances tecnológicos han sido fantásticos y creo que seguirán mejorando esta industria.

ERIC: Hemos preguntado a los visitantes del museo y nuestros oyentes qué preguntas tienen sobre la química de la elaboración de cerveza. Y muchos querían saber más detalles sobre los ingredientes principales que mencionó antes. La primera es de Tom, que pregunta que si el agua es un ingrediente principal, ¿qué agua hace la mejor cerveza?

¿Son adecuados todos los tipos de agua?

SHELLEY: Buena pregunta. No exactamente. En lo primero que hay que pensar es que debe ser de la mejor calidad. Una cerveza terminada contiene entre un 85 % y un 95 % de agua. Y cualquier matiz de sabor que contenga el agua se reflejará en la cerveza.

Así que es esencial que sea limpia, clara, sin ningún sedimento, de sabor neutro, pero con el nivel adecuado de minerales. En concreto, en Sam Adams, usamos agua del embalse Quabbin. Es un agua de muy buena calidad con la que empezar el proceso.

A continuación la pasamos por filtros de carbono, para garantizar que eliminamos el cloro, los fluoruros o cualquier otro compuesto orgánico que no se desea conservar en el producto final.

Después podemos ajustar varios parámetros químicos, como el nivel de calcio u otros minerales que podemos necesitar. Es muy importante garantizar que se parte de un agua de la mejor calidad.

ERIC: Sobre todo pensando en las propiedades químicas del agua antes de empezar la elaboración.

SHELLEY: Sí, absolutamente. Y el otro punto es el apartado gustativo, de hecho, probamos el sabor del agua a lo largo de todo el proceso.

En cualquier paso en que interviene el agua, nos aseguramos de que tiene un sabor neutro.

ERIC: La pregunta siguientes es de Jake, que quiere conocer la diferencia entre la malta y el lúpulo, y qué aporta cada uno a la cerveza. Podemos empezar por la malta.

SHELLEY: Sí, claro.

Las maltas influyen en el sabor, también en el color y la textura en la boca. Y también aportan los almidones, unos componentes imprescindibles en el proceso de fermentación. Si observamos los distintos tipos de maltas, muchas de ellas tienden a aportar colores más claros. Así que normalmente pasan antes por un tostado de poca duración.

Y eso es lo que va a producir un color normalmente más pajizo, tirando a dorado. Y en relación a su impacto en el sabor, aportan notas de galletas, crackers o pan blanco, cosas por el estilo. Las maltas pueden tostarse durante más tiempo. Y lo que ocurre es que presentan colores más oscuros, con el consiguiente cambio de sabor.

Es posible conseguir notas de caramelo, chocolate, café, cosas así. Puede aplicarse un sobretostado, depende del grado de tueste deseado. La cerveza se elabora principalmente a partir de esa base de malta o de maltas más ligeras. Las bases de malta más oscuras se utilizan normalmente poco, solo para añadir algunas notas o algún color, pero nunca representan una parte principal.

ERIC: Es como si fuera posible hacer muchas y distintas cosas usando diferentes cebadas malteadas y diferentes tiempos de tostado. ¿Y los lúpulos? ¿En qué difieren?

SHELLEY: Son una flor, la cebada es un grano de cereal, los lúpulos son flores. Y aportan el sabor amargo y también aromas. También intervienen en el sabor y, dependiendo de su origen, pueden aportar sabores distintos, que pueden ir de un sabor a frutos secos, a picante e incluso herbal.

Lo fantástico de los lúpulos es que pueden aportar notas intensas de cítricos o frutas tropicales. Se pueden encontrar cervezas con sabor a piña, que en realidad, se debe a la presencia de lúpulo, un ingrediente fantástico.

ERIC: Tan fantástico que una flor puede proporcionar muchos sabores. Ha indicado que su lugar de cultivo es importante.

Y hay una pregunta de Steve que pide precisamente dónde se cultivan los lúpulos.

SHELLEY: Si tenemos en cuenta específicamente la Boston Lager alemana, incorpora las variedades nobles de lúpulos Hallertau Mittelfrüh y Tettnang Tettnanger. Jim Koch, nuestro fundador, va cada año a Alemania para seleccionar a mano esos lúpulos.

Y es muy importante que vengan de allá por la naturaleza de las tierras de esa región. Se trata de un concepto muy conocido en el mundo del vino en el que uvas de diferentes regiones pueden agarrar notas de sabor del tipo de tierra en la que han crecido, y lo mismo ocurre con los lúpulos.

El exclusivo clima y tierra de Hallertau, que es de donde proviene el lúpulo Hallertau Mittelfrüh, le confieren ese sabor especial. Es lo que le aporta a la cerveza ese distintivo sabor a especias picantes, notas cítricas y herbales, además de ese agradable amargor. Los lúpulos de esta región están considerados como los de mayor calidad.

Son conocidos por ser el lúpulo alemán ideal para las Lagers. Es muy importante usar concretamente estos lúpulos.

ERIC: Y para concluir con los ingredientes, nos queda hablar de la levadura. Y Scott nos pregunta hasta qué punto interviene la química para determinar el tipo y la cantidad correctos de levadura para conseguir lo que uno quiere.

SHELLEY: Buena pregunta. Sí, hay algo de química a lo largo del proceso de fermentación y en su supervisión. Una de las cosas que más me entusiasman de Sam Adams es que tenemos a un doctor de levadura como parte del equipo.

Posee un doctorado por Weihenstephan, una escuela alemana de cervecería, y es una persona clave a la hora de elegir nuevas cepas de levadura y de decidir qué sabores y aromas se quieren obtener a partir de ellas.

Las levaduras tienen un impacto muy importante en el sabor final y los aromas de una cerveza. Así que es muy importante acertar con la cepa de levadura, y también con la temperatura correcta, con los pasos del proceso que se lleva a cabo, y con todos esos detalles que conforman el resultado final.

ERIC: Y la última pregunta desde las redes sociales, usted se dedica a esto como modo de vida, ¿cuál es su parte favorita del proceso?

SHELLEY: Hay muchas. Es una industria increíble donde trabajar y me encanta hacerlo en Sam Adams. Me encanta la gente con la que trabajo.

Me gusta lo que hago a diario y es también muy divertido combinar aspectos de arte y ciencia. Usamos ambos lados de nuestro cerebro. Y pensamos en los aspectos técnicos, así como en el diseño de sabores y cómo hacer realidad algo que puede considerarse ingredientes simples. Pero si los combinamos de una forma, conseguimos una cerveza excelente.

Una de mis cosas favoritas es compartir una cerveza con la que he trabajado o que he ayudado a desarrollar, y mejor si es con amigos y familiares. Es algo mus especial y con lo que disfruto enormemente.

ERIC: Seguro que a muchos de nuestros oyentes les encantaría probar alguna de sus cervezas, ¿cómo pueden hacerlo?

SHELLEY: Tenemos muchas cervezas innovadoras y divertidas en nuestra cervecería de Boston, que está en Jamaica Plain, y también en nuestra cervecería artesana del centro, cerca de Quincy Market. Les invitamos a que vengan y degusten nuestros productos.

Es una manera excelente de ver algunas de las nuevas e innovadoras cervezas y otros proyectos de investigación en los que estamos trabajando.

Y también es una oportunidad genial para probar por primera vez alguna nueva cerveza.

ERIC: Shelley, gracias por esta conversación, y por venir a Pulsar a responder a nuestras preguntas sobre la cervecería.

SHELLEY: Muchas gracias por invitarme.

ERIC: Si tienen más preguntas sobre la cerveza, envíenlas a sciencequestions@mos.org y las contestaremos en un próximo episodio.

Hasta la próxima y sigan enviando preguntas. Clip de audio por cortesía de Alexandra.