Vorlesung 1 - 4 Technologie der Bierherstellung ... · 1976 –1981 Studium Brauwesen und...

Vorlesung 1 - 4

Technologie der Bierherstellung

Sommersemester 2017

Prof. Dr.-Ing. H.M. Eßlinger

Sprecher der Geschäftsführung

Dozent

TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

1976 – 1981 Studium Brauwesen und Getränketechnologie an

der TU München-Weihenstephan

1982 – 1985 Promotion am Lehrstuhl für Technologie der Brauerei I

1985 – 1991 Leiter Qualitätsförderung und Produktion der

Eichbaum Brauereien AG, Mannheim

1991 – 1994 Vorstand Freiberger Brauhaus AG

seit 1994 Sprecher des Vorstands / der Geschäftsführung

2009 Honorarprofessor für Brauereitechnologie an der

TU Bergakademie Freiberg

3TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

Prof. Dr. B. Meyer:

Mitarbeiterführung 1 SWS

Prof. Dr. H. M. Eßlinger:

Technologie der Bierherstellung 1 SWS

Prüfung: 2 Klausuren à 60 Minuten

3 Leistungspunkte

Betreuung: Ronny Schimpke

Modul Technologien und Management

11.04.2017

Mi, 12. April 2017 16:00 - 20:00 Uhr; IEC Fuchsmühlenweg,

DBI 318, Vorlesung Rohstoffe, Malzbereitung

Mi, 26. April 2017 16:00 - 20:00 Uhr, IEC Fuchsmühlenweg,

DBI 318, Vorlesung Bierbereitung, Sensorik

Sa, 06. Mai 2017 9:00 - 12:00 Uhr, IEC Fuchsmühlenweg,

Kleinsudwerk, Brauen,

Mi, 31. Mai 2017 16:00 - 20:00 Uhr Freiberger Brauhaus,

Am Fürstenwald (Kantine)

Biermarkt, Brauereibesichtigung, Bierverkostung,

Mikroskopieren

Mi, 07. Juni 2017 16:00 – 17:00 Uhr Prüfung DBI 318

Termine 2017

11.04.2017

Pdf-Daten-Abruf auf der Institutsseite des IEC an

der TU Freiberg

H.M. Eßlinger und L. Narziß

Ullmann‘s Encyclopedia of Industrial Chemistry

7th edition, Vol. 4, Wiley VCH, Weinheim 2009

http://www.interscience.wiley.com

L. Narziß

Abriß der Bierbrauerei

7. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2004

Vorlesung / Literaturempfehlung

11.04.2017

• Geschichtliches

• Rohstoffe: Braugerste

Hopfen

Wasser

• Malzbereitung

Organismus Hefe

Vorlesung 1-4

11.04.2017

Benjamin Franklin, amerikanischer Politiker

„Bier ist

der Beweis, dass Gott uns lieb hat

und will, dass wir glücklich sind“

Was ist Bier für einen Politiker?

11.04.2017

Bier ist

das beliebteste alkoholische Getränk.

Es schmeckt den Menschen

überall auf der Welt.

Was ist Bier für einen Kaufmann?

11.04.2017

Bier ist

Geselligkeit & Erlebnis

Lebensfreude & Kommunikation

Geschmack & Genuss.

Was ist Bier für einen Marketingmann?

11.04.2017

Bier ist

ein alkoholisches, extrakt- und

kohlensäurehaltiges Getränk,

das aus bestimmten Rohstoffen hergestellt wird.

Der Alkohol muss ausschließlich durch Gärung

aus dem Extrakt dieser Rohstoffe

entstanden sein.

Was ist Bier für einen Brauer?

11.04.2017

Hopfen und Malz

Im Ausland teils mit regional verfügbaren Extraktträgern, z. B.

unvermälztes Getreide, Zucker und Wasser

Der Organismus Hefe war lange Zeit unbekannt

Die Rohstoffe

11.04.2017

• Stammwürze bezeichnet die Gewichtsprozente der nichtflüchtigen,

gelösten Extraktstoffe in der unvergorenen, kalten Anstellwürze.

• Bierarten: ober- und untergärig

• Biertypen: entwickelten sich entsprechend der natürlichen

Zusammensetzung der Wässer in verschiedenen

Regionen (z.B. Pilsner, Münchner, Wiener)

• Biersorten: Variation technologischer Parameter

Definitionen

11.04.2017

Obergärige Biersorten:

Ale, Alt, Berliner Weiße, Gose, Haferbier, Kölsch, Porter, Roggenbier, Stout, Dinkel, Weizen, Emmerbier

Untergärige Biersorten:

Export, Helles, Lager, Dunkles, Märzen, Pils

Spontan vergorene Biere:

Geuze, Jopenbier, Kriek, Lambic

Definitionen

11.04.2017

Landwirt Getreideanbau Gerste

Mälzer Vermälzung Gerstenmalz

Brauer Verbrauen Bierwürze

Vergärung Bier

Destillateur Destillation Bierbrand

Whisky

Die Wertschöpfungskette

11.04.2017

Vermälzen von Getreide: Enzymbildung, Aromabildung → Malz

Verbrauen von Malz: Abbau der Getreideinhaltsstoffe in wasserlösliche,

vergärbare Substrate → Würze

• Vergären von Würze mit dem Enzymsystem der Hefe → Bier

Drei biochemische Schritte zum Bier

11.04.2017

„Bier“ ist vom Lateinischen „bibere“ oder „cerevisiae“ abgeleitet.

Altenglisch bẽor

Althochdeutsch peor, beor oder bior

Neusprachen

beer (GB), Bier (D), bière (F), birra (I),

pivo (Balkanländer), øl (Skandinavien),

cerveza (ES), cerveja (P), sör (H)

Geschichtliches

11.04.2017

Bei der Suche nach Genuss und Berauschung stieß das erste

ackerbautreibende Kulturvolk, die Sumerer, auf gegorene Brotfladen.

Emmer (triticum dicoccum) war das erste Getreide für die Bierbereitung.

Backen und Brauen waren eng miteinander verbunden und stets

Frauensache.

„Bierkränzchen“

Geschichtliches

11.04.2017

Die Babylonier kannten schon zwanzig verschiedene Biersorten

(8 Emmer, 8 Gerste, 4 Getreidegemisch) und Gesetzesvorschriften

(Codex Hammurapi). In Mesopotamien war Bier Nahrungsmittel,

berauschendes Getränk, Grabbeigabe, Kultgetränk und Heilmittel.

Die Ägypter verwendeten gekeimtes Getreide und entfernten die Brotstücke durch Sieben.

„ Bier ist flüssiges Brot“

Geschichtliches

11.04.2017

Alle wichtigen früheren Kulturen beruhen auf einer Getreideart, deren Anbau sich unter den jeweiligen klimatischen Bedingungen als günstig erwiesen hat.

Emmer, Weizen, Gerste Orient, Mittelmeer

Roggen, Hirse Nordeuropa

Geschichtliches

11.04.2017

• Gilgamesch-Epos (um 2000 vor Christus) - Erstes Dichtwerk der

Menschheitsgeschichte

Der Hirte Enkidu wird nach Genuss von sieben Krügen Bier einem

Menschenwesen gleich

• Kalevala (finnisches Nationalepos) widmet 200 Verse der

Erschaffung der Welt und 400 Verse der Herstellung von Bier

Bier in der Volkskunst

11.04.2017

• Edda (altnordische Götter- und Heldensagen) 9. – 13. Jh.

Bier gehörte den lebenden Menschen

Wichtigstes Trinkgefäß war das aus dem Horn des Auerochsen

gefertige Trink- und Füllhorn

Bier in der Volkskunst

11.04.2017

Gambrinus, König von Flandern und Brabant –

der Schutzpatron der Brauer

11.04.2017

Im Mittelalter: in Klöstern

Äbtissin Hildegard von Bingen (1098-1179):

Hopfen, Heilkräuter: causae et curae

Benedikt von Nursia: ora et labora

Mönche konnten lesen und schreiben!

1040 erteilt Bischof Engilbert von Freising dem Bendediktinerkloster

Weihenstephan die gewerbliche Brau- und Schankbefugnis

Pflege der Braukunst

11.04.2017

Im Altertum und Mittelalter war Bier Medium zwischen Mensch und Gott

• Ritualtrunk / Opfergabe

• Medizin / Grabbeigabe

Was war Bier?

11.04.2017

Der bei der Gärung gebildete Alkohol war Lösungsmittel für

Pflanzeninhaltsstoffe aus Kräutern, die bewusstseinserweiternd /

stimulierend / berauschend / narkotisch wirkten

Alkohol löst Kräuterinhaltsstoffe

11.04.2017

Bilsenkraut / Tollkirsche /

Schlafmohn / Seidelbast

Stechapfel / Alraune /

Fliegenpilz

• Sumpfporst / Gagel

• Beeren / Heilkräuter /

Rinde / Gewürze / Hopfen

Würzemittel im Mittelalter

hallozinogen

rauschverstärkend

geschmacksgebend

11.04.2017

• Heftige Klimawechsel mit Hungersnöten (kleine Eiszeit 15. – 19. Jhd.)

• Buchdruck (J. Gutenberg) um 1450 – eine neue Informations-

technologie

• Entdeckung von Amerika (C. Kolumbus) 1492

• Geozentrisches Weltbild

• Poststationen (F. von Thurn und Taxis) 1516

• Papst Leo X. baut den Petersdom / Finanzierung durch Ablassbriefe

• Reformation (M. Luther) spaltet Kirche 1517

• Übersetzung Neues Testament prägt deutsche Sprache

Katholische Kirche war mächtig unter Druck

Wendepunkt vom Mittelalter zur Neuzeit

11.04.2017

Katholische Kirche entfernte 1516 „unchristliche Wirkungen“ aus dem

Das Reinheitsgebot ist das erste Drogengesetz gegen rituell gebrauchte

Kräuter der Vorfahren und Schutz der Biertrinker vor Vergiftungen.

Das Hopfenzeitalter

11.04.2017

Erste Darstellung eines brauenden Mönchs in Deutschland.

Der sechszackige Stern war das erste Zeichen für Bewirtungs- und Herbergsbetriebe im Altertum.

aus: Mendel´sche Bruderhausbuch, Nürnberg, 1379

11.04.2017

„Sternewirt“ kennzeichnet Fässer, die in der Brauerei getrunken werden31

Der Braustern findet sich in vielen Logos wieder

11.04.2017

23. April 1516: Landesverordnung Herzog Wilhelm IV von Bayern und

sein Bruder Ludwig X. erließen am 23. April 1516 eine Landes-

verordnung mit Passus für Brauwesen

Ältestes Lebensmittelgesetz der Welt nach dem heute noch

gearbeitet wird

Erstmals mit Gültigkeit für ein ganzes Land (Herzogtum Bayern)

Geschichtliches

11.04.2017

Herzog Wilhelm IV von Bayern – der Vater des Reinheitsgebotes

11.04.2017

Das Reinheitsgebot – Urkunde von 1516

11.04.2017

Zitat:

„Wir wöllen auch sonderlichen, das für an allenthalben in unseren

Städten, Märkten und auf dem Lande zu keinem Bier mehr Stück als

allein Gersten, Hopfen und Wasser genommen und gebraucht sölle

werden“

Reinheitsgebot

11.04.2017

Begründung für die Landesordnung von 1516

1. Schutz der Biertrinker vor Vergiftungen - Gesundheitsschutz

2. Weizen, Roggen für´s Backen

Hafer für das Pferd / Gerste fürs Bier

3. Katholische Kirche wollte die „unchristlichen

Wirklungen“ aus dem Bier entfernen

(ein Drogengesetz gegen rituell gebrauchte Kräuter

der Vorfahren, die bewußtseinserweiternd wirkten)

4. Protektionismus / Abschottung des Marktes

Das Hopfenzeitalter beginnt

Stabilisierung des

Bierpreises / Hungersnöte

verhindern

11.04.2017

Im Hause Hohenzollern war es Tradition, dass jeder Prinz einen

ehrbaren Beruf erlernte.

Der Soldatenkönig Friedrich Wilhelm I führte Bier bei Hofe ein und

schickte seinen Sohn Friedrich in die Brauerlehre, damit er lerne „wie

das Brauwesen muss traktiert, gemaischt, das Bier gestellt, gefasst und

überall dabei verfahren sein muss, auf dass es gut sey“.

König Friedrich der Große ging als „der alte Fritz“ in die Geschichte ein.

Bier bei den Hohenzollern

11.04.2017

Sein Nachfahre Georg Friedrich Ferdinand Prinz von Preußen ist

Absolvent an der TU Bergakademie Freiberg38TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

• Familie der Gräser/Bedecktsamer/Grannen

Unterscheidung:

Zeitpunkt der Aussaat (Winter-/Sommergerste)

Anzahl der Blüten pro Ährenabsatz (zwei-, vier-, sechszeilige

Gerste) beste Mälzungs- und brautechnologische

Eigenschaften: zweizeilige Sommergerste

Sorten getrennt verarbeiten

Rohstoff Braugerste

11.04.2017

Braugerste auf dem Feld

11.04.2017

• Keimfähigkeit > 95 %

• Sortierung > 2,5 mm > 90 %

• Rohprotein < 12 %

• Extrakt > 79 %

• Endvergärungsgrad > 78 %

Eigenschaften von Braugerste EU Standardqualitäten - VO

11.04.2017

Aufgeschnittenes Gerstenkorn mit Kornhülle, Mehlkörper und Keimanlagen42

Aufbau des Gerstenkorns

11.04.2017

Die chemische Zusammensetzung von Braugerste und Malz

(Angaben in GG%)

lufttrocken

Trocken-

substanz lufttrocken

Trocken-

substanz

Wassergehalt 12 - 14 4 - 5

Stärke 55 - 57 64 - 66 56 - 58 58 - 60

andere nicht stick-

stoffhaltige Extrakt-

stoffe

12 - 14 14 - 16 16 - 18 17 - 19

Eiweiß 9 - 10,5 10 - 12 8,5 - 10 9 - 11

Rohfaser 4 4,5 5 5,2

Mineralien 2,5 2,8 2,4 2,5

Fett 2 2,3 2 2,1

Braugerste Malz

11.04.2017

Inhaltsstoffe

• Kohlenhydrate: -1,4 -1,6 -1,4 -1,3

• Eiweiße: Aminosäuren, Oligo-, Polypeptide, Proteine, Enzyme

• Fettsubstanzen

• Phosphate

• Schwefelsubstanzen

• Phenolische Substanzen: Phenolsäuren, Anthocyanogene, Polyphenole

Rohstoff Braugerste

11.04.2017

Rohstoff Braugerste

11.04.2017

Braugerstenkorn46TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

Getreide ist Lebensmittel und Energieträger

α-Glucane (Stärke) kann zu Kohlenwasserstoffen oder Alkohol

umgewandelt werden (Mobilität, Verstromung, Heizung)

Der Landwirt entscheidet nach Ertragsgesichtspunkten

Wettbewerb um Anbaufläche

11.04.2017

• Landwirt: 1. Ertrag

2. Gesundheit

3. Mykotoxine

• Mälzer: 1. Keimfähigkeit

2. Extrakt

3. Eiweiß

• Brauer: 1. Extrakt

2. Eiweiß

3. Lösungseigenschaften

Züchtungsziele für Braugerste

11.04.2017

gentechnikfreie Rohstoffe

Rückstandsfrei

Geschmacksstabilität

β-Glukangehalt

Sonstige Ziele

11.04.2017

• äußere Merkmale, Geruch u.a. Kornanomalien, Schädlingsbefall,

Auswuchs

• mechanische Untersuchungen u.a. Keimfähigkeit, Keimenergie,

Wasserempfindlichkeit, Sortierung

• chemisch-technische Untersuchungen u.a. Wassergehalt, Eiweiß,

• Extrakt

• Kleinmälzung

Beurteilungen von Braugerste

11.04.2017

• Familie der Hanfgewächse winterharte, zweihäusige Kletterpflanze

kultiviert wird die (doldenbildende) weibliche Pflanze

• Vegetationsverlauf: April Fechser, Juni Seitentriebe, Juli Blüte,

Dolde, August/September Ernte

• Morphologie: Deck-, Vorblätter, Spindel

Rohstoff Hopfen

11.04.2017

Wartung des Klettergerüstes Anleitung der jungen

Hopfenpflanze

11.04.2017

Hopfenpflanzen im April Anleitung der jungen

HopfenpflanzeTU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

blühende weibliche Pflanze Hopfenfeld im August

11.04.2017

Hopfenernte

11.04.2017

Hopfenernte

11.04.2017

Düngung – Pflanzenschutz – Ernte - Trocknung – Lagerung (dunkel,

kalt, Inertatmosphäre)

Einteilung der Hopfen:

• nach Sorte und Herkunft (Zertifizierung)

• Aromahopfen – Bitterhopfen

Bonitierung aufgrund morphologischer

Unterschiede

Rohstoff Hopfen

11.04.2017

Hallertauer TaurusQuelle: CMA

11.04.2017

TettnangerQuelle: CMA

11.04.2017

Chemische Zusammensetzung von luftgetrocknetem Hopfen

(alle Angaben in %)lufttrocken wasserfrei

Wasser 10 - 12 ---

Gesamtharze 12 - 21 14 - 23

davon:

-Säuren

-Fraktion

davon: -Säuren

Hartharze

4,5 - 11

7 - 10

3,5 - 7

2,3 - 3,5

Hopfenöle 0,5 - 2,5 0,6 - 2,8

Kohlenhydrate 4 - 9 4,5 - 10

Eiweiß 11,5 - 20 13 - 22

Rohfaser 10 - 17 11 - 19

Polypgenole 4 - 14 4,5 - 16

Mineralstoffe 7 - 11 8 - 12

Lipide und Wachse bis 3 bis 3,4

Fettsäuren 0,05 - 0,2 0,06 - 0,22

11.04.2017

Humulone des Hopfens

11.04.2017

Veränderung der Bitterstoffe bei der Lagerung

Humulone Lupulone

100 % Bitterkraft 0 % Bitterkraft

Weichharze

33 % Bitterkraft

Hartharze

12 % Bitterkraft

Veränderung der Bitterstoffe bei der Würzekochung Isomerisierung

11.04.2017

Aromastoffe des Hopfens („Hopfenöle“)

• Terpenkohlenwasserstoffe

• sauerstoffhaltige Verbindungen

Polyphenole des Hopfens

• Reduktionsvermögen des Bieres

11.04.2017

• Resistenz gegen Krankheiten und Schädlinge

• Toleranz gegen Witterungsextreme

• Ertrag (kg α/Hektar)

• Aroma, Polyphenole

• Gesundheitsfördernde Substanzen (Xantohumol)

• Umweltverträglichkeit (Zwerghopfen)

Ziele der Hopfenzüchtung

11.04.2017

• Volumen (Lagerplatz, Handhabung)

• Ausbeute (Löslichkeit, Ausnutzung der Bitterstoffe)

• Haltbarkeit / Lagerfähigkeit

• Standardisierung der Gabe

Gründe für die Herstellung von Hopfenprodukten

11.04.2017

• Gepresste Hopfendolden

• Hopfenpulver / -pellets

Typ 90: Trocknung – Entfernung von

Grobteilen – Vermahlung – meist Pelletierung –

Verpackung in Metallbeutel

• Hopfenpulver / Pellets konzentriert

Typ 45: wie oben, jedoch Vermahlung bei

- 40 °C und zusätzlicher Abtrennung bitterstoff-

freier Bestandteile

Hopfenprodukte

11.04.2017

• Hopfenextrakte

Extraktion ohne wesentliche Veränderungen der -Säuren

Lösungsmittel: Alkohol, fluides oder flüssiges CO2

Abdampfen des Lösungsmittels bei 40 – 60 °C

Abfüllung in Dosen

• Isomerisierte Hopfenprodukte können auch im Kaltbereich

zugegeben werden

• Hopfenölprodukte geben dem Bier eine „Hopfenblume“

11.04.2017

Stammbaum der HopfenprodukteQuelle: CMA

11.04.2017

Quelle: CMA

11.04.2017

Deutsches Hopfenmuseum Wolnzach

www.hopfenmuseum.de75TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

Bedeutung des Wassers

• mengenmäßig bedeutendster Bestandteil des Bieres

• technisches Hilfsmittel für die Reinigung und Wärmetransport

Rohstoff Wasser

11.04.2017

Eigenschaften des Wassers: 0 °C/ 100 °C/ 4 °C

• Wasserhärte wird gebildet von den Erdalkalien Ca++ und Mg++

gebunden an Karbonationen (CO3--, HCO3

oder an Nichtkarbonationen (SO4--, Cl-, NO3

11.04.2017

• Wasserstoffionenkonzentration

pH = - log10 [H+] = lg 1

pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoff-

ionenkonzentration, d.h. er gibt an, wie stark sauer oder alkalisch

eine Flüssigkeit ist.

11.04.2017

• Säurekapazität

Phenolphthalein Umschlag bei pH 8,2

Methylorange Umschlag bei pH 4,3

p-Wert erfasst: freie Alkalität (OH-) + ½ Karbonationen (CO3--)

m-Wert erfasst: ½ Karbonationen (CO3--) + Hydrogenkarbonationen (HCO3

11.04.2017

• Basekapazität

Pneg und mneg Mineralsäuren und freie Kohlensäure

11.04.2017

• Trinkwasserqualität (TVO)

• Korrosionsverhalten (aggressive CO2)

• Mikrobiologie

• Brautechnologie

Restalkalität (RA) ist Differenz der aciditätsvernichtenden und der

aciditätsfördernden Wassersalze

RA = Gesamtalkalität – Ca + Mg

(= Karbonathärte) 3,5 7

Restalkalität sollte für helle Biere <5 °dH sein.

Brauwasser

11.04.2017

Wasserzusammensetzung

Chemische Zusammensetzung typischer Brauwässer

DO Wien M FG Pilsen

Gesamthärte °dH 41 39 15 4 1,6

Karbonathärte °dH 17 31 14 2 1,3

Nichtkarbonathärte °dH 24 8 1 2 0,3

Restalkalität °dH 5,7 22,1 10,6 1,2 0,9

Biertypkräftiges

Export

mittel-

farbiges

Märzen

dunkles

Vollbier

sehr helle,

hopfen-

betonte Biere

11.04.2017

Talsperre Lichtenberg

11.04.2017

• Enthärtung durch Erhitzen

• Enthärtung mit Ca (OH)2 („Kalkmilch“)

• Entsalzung durch Ionenaustausch

• Entsalzung durch Elektrodiarese

• Entsalzung durch Umkehrosmose

• Zusatzstoffe zur Einstellung der Härte

• Zusatzstoffe zur Einstellung des pH-Wertes

• Wasserentkeimung chemisch/physikalisch

Trinkwasseraufbereitung

11.04.2017

• Wasser als Wärmetransportmittel

• Wasser für Dampfkraftanlagen

• Entgastes Wasser

11.04.2017

P A U S E

11.04.2017

Mälzen ist Keimen eines Korns unter künstlich geschaffenen

Bedingungen

Zweck des Mälzens

• Enzymbildung / -aktivierung „Kornauflösung“

• Aromabildung beim Darren

• Verbesserung der Haltbarkeit durch Trocknen

• Teilabbau hochmolekularer Inhaltsstoffe (hohe Extraktergiebigkeit /

geringer Mälzungsschwund)

Malzbereitung

11.04.2017

• Vorbereitung der Gerste zur Vermälzung

Gerstenannahme – Reinigung – Sortierung

• Lagerung und Gesunderhaltung der Gerste

Überwindung der Keimruhe (wertsteigernde Lagerung)

Vermeidung einer Verschlechterung der absoluten Keimfähigkeit

(werterhaltende Lagerung)

Belüftung – Wassergehalt – Temperatur – Trocknung

Malzbereitung

11.04.2017

sind Biokatalysatoren, die bei organischen Reaktionen ein

Gleichgewicht einstellen und sich dabei nicht selbst verbrauchen.

Enzyme

11.04.2017

(= künstliche geschaffene Bedingungen)

• Keimgutfeuchte,

• Keimtemperatur

• O2 / CO2 im Keimgut

• Keimzeit

Mälzungsparameter

11.04.2017

Keimvorgang ist geprägt von

• Wasseraufnahme des Korns

• Wachstumserscheinungen

• Stoffveränderungen

Keimungserscheinungen am einzelnen Gerstenkorn

• Wurzelkeim spitz und gabelt

• Blattkeim wächst unter der Spelze

• Auflösung des Mehlkörpers entsprechend Malztyp

11.04.2017

Keimendes Gerstenkorn

11.04.2017

Keimungserscheinungen am Haufen

• Korn atmet

Reservenährstoffe CO2, H2O, Wärme

• kalte (12 °C) bis warme (18 °C) Haufenführung

konstante, steigende oder fallende Temperaturführung

• Gleichmäßigkeit der Keimung:

30 – 40 % KGF: Abbau der Wasserempfindlichkeit

38 – 40 % KGF: gleichmäßigste Ankeimung

44 – 50 % KGF: gewünschte Auflösung

11.04.2017

Greifhaufenstadium

11.04.2017

• Sauerstoff fördert Endoenzympotential

• Kohlensäure bremst starkes Wachstum

• Bildung von Dimethylsulfid (DMS) aus dessen Vorläufer (DMSP)

• Keimzeit heute meist 6 Tage

11.04.2017

Weichen = Untertauchen eines Haufwerkes

Braugerste wird in (Trink)-Wasser getaucht

Anhebung des Wassergehaltes auf günstige

physiologische Gegebenheiten zur Initiierung der Keimung

Pneumatische Weiche zur besseren Sauerstoffversorgung

Weichverfahren

11.04.2017

Waschen von Gerste vor dem Einweichen

11.04.2017

Einweichen von Gerste99TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

Weichverfahren

Pneumatisches Weichverfahren mit der Ankeimung

im Kasten bzw. in der WeicheTU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

Weichverfahren in der Praxis

11.04.2017

Wasserdampfgesättigter Luftstrom regelt Haufentemperatur

• Keimung mit konstanter Temperatur

12 °C: Eiweißlösung wird gefördert

14-15 °C: gleichmäßigste Auflösung

18 °C: schnelle Enzymneubildung, dann Stagnation,

Cytolyse wird gefördert

• Keimung mit fallenden Temperaturen

rasche Auflösung, kräftige Enzymbildung

Keimling will Wachstum beibehalten

Keimverfahren

11.04.2017

Keimverfahren mit fallenden Temperaturen

11.04.2017

Grünmalz im Keimkasten

11.04.2017

• Frischer, gurkenartiger Geruch

• Wurzelkeim nicht geschädigt, 1,5 bis 2-fache Kornlänge

• Blattkeim: ¾ bis Kornlänge

Beurteilung des Grünmalzes

11.04.2017

• Fixierung der biologisch-biochemischen Umsetzungen

• Bildung von Farb- und Aromastoffen (Trocknung des Grünmalzes

helles Malz – dunkles Malz – Spezialmalz)

• Entfernung der Wurzelkeime

Haltbarmachung des Malzes

11.04.2017

Schwelken: Wassergehalt rasch absenken (Luftdurchsatz wie

fluidisiertes Festbett, Temperaturen < 40 – 55 °C)

Darren nach dem „Durchbruch“ bei etwa 10 % Wassergehalt

(30 – 50 % des anfänglichen Luftdurchsatzes,

Temperaturanhebung auf 80 – 85 °C)

Trocknung von Grünmalz zu hellem Malz

11.04.2017

Schwelk- und Darrschema für helles Malz auf einer

Einhordenhochleistungsdarre ohne Rückluftmitverwendung (nach Narziß)

11.04.2017

Moderne Hochleistungsdarre zur Trocknung von Grünmalz

11.04.2017

• Fortsetzung der Lösungsvorgänge für Aroma und Farbe

(Gersten mit höheren Eiweißgehalten, hohe Keimgutfeuchten)

• Abdarrtemperatur 102 – 105 °C

Trocknung von Grünmalz zu dunklem Malz

11.04.2017

Schwelken („Brühen“), Darren und Rösten von dunklem Malz auf einer

Einhordenhochleistungsdarre (nach Narziß)113TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

Enzyme beim Darren

Qualitativer Verlauf der Enzymaktivitäten von Stärke (-), Einweiß (---) und

Gummistoffe(….) abbauenden Enzymen während des Trocknens von hellem MalzTU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4

11.04.2017

Die Enzyme des Malzes und ihr Verhalten beim Maischen

11.04.2017

50 °C Stärke quillt

60 – 64 °C Stärke verkleistert (β-Amylase)

70 – 74 °C Stärke verzuckert (α-Amylase)

ab 80 °C Maillardreaktion (Zucker + Aminosäure) führt zu aromatischen

Produkten brotartig, nussig,

popcorn

ab 100 C führt zu färbenden Substanzen röstaromatisch

ab 150 °C malzig, Caramellnoten

ab 220 °C brenzlig-bittere Noten

ab 225 °C Stärke zersetzt sich

ab 260 °C Stärke verkohlt

Aroma- und Farbreaktionen

11.04.2017

O-Heterocyklen erzeugen karamelartige und malzartige Geschmacksnoten

11.04.2017

N-Heterocyklen erzeugen getreide-, brot- und nussartige Aromanoten

11.04.2017

• Abkühlen auf 35 °C

• Entkeimung des Malzes

Verhinderung Wasseraufnahme

Entfernung bitterer Substanzen

Verhinderung hoher Farbwerte

• Polieren

Entfernen anhaftender Partikeln

• Malzlagerung

mindestens 4 Wochen

Nach dem Abdarren

11.04.2017

Volumen- und Massenveränderung während des Mälzens

Wassergehalt

Volumen

Braugerste 14 100 100

Geweichte Gerste 41 145 145

Grünmalz 48 220 147

Gedarrtes Malz 3,5 118 79

Gelagertes Mal 4,7 120 80

11.04.2017

Malz ist die Seele des Bieres

• Verarbeitbarkeit • Läuterbottich/Bierfilter

(Viskosität / ß-Glucangehalt)

• Wirtschaftlichkeit • Extraktgehalt/Ausputz

Eiweißgehalt

• Gesetzliche Auflagen • NDMA

Schimmel (Gushing)

• Bierqualität • Geruch und Geschmack

Farbe, pH, DMSP

Malzqualität

11.04.2017

• Helles Malz „Pilsner Typ“ 2 – 3 EBC

• Dunkles Malz „Münchner Typ“ 10 – 15

• Mittelfarbiges Malz „Wiener Typ“ 5 – 8

• Kurz- und Spitzmalz Schaumstabilität

• Caramelmalz hell 50 – 70 EBC

• Caramelmalz dunkel 100 – 120 EBC

• Röstmalz 1300 – 1600 EBC

• Brühmalz 15 – 30 EBC

• Sauermalz Maische-pH

• Rauchmalz Rauchgeschmack

Malztypen aus Gerste

11.04.2017

Dunkles Malz

11.04.2017

Caramelmalz

11.04.2017

Feuchtes Grünmalz < 50 °C

Helles Darrmalz 82 – 85 °C

Dunkles Darrmalz 102 -105 °C

Für dunkelbraunen Karamell sind 180 – 200 °C notwendig

Temperaturen beim Darren

11.04.2017

Erlaubt für obergärige Biere 50 – 60 % (100 %) der Schüttung

• Weizen

• Hafer

• Roggen

• Einkorn

• Dinkel

Nicht-Gerstenmalze

11.04.2017

In Europa bis 30 %, in den USA bis 50 % zur Mitverwendung bei der

Bierbereitung erlaubt. Kommen als Grieße, Flocken, Stärkelösungen,

Sirupe oder Zucker zum Einsatz.

• unvermälzte Gerste

• unvermälzter Weizen

• Mais

• Reis

• Hirse (Sorghum)

Unvermälzte Cerealien („Surrogate“)

11.04.2017

1680 van Leeuvenhoek (NL) erfindet damals das Mikroskop und

entdeckt „kugelige Gebilde“ im Gärsubstrat

1810 Gay-Lussac (F) Bruttoreaktion der Gärung

1834 Cagniard-Latour (F) Hefe kann sich fortpflanzen und ist eine Pflanze

1837 Kützing und Schwann (D) Gärung wird durch „Zuckerpilze“ erzeugt

1857-61 Pasteur (F) keine Gärung ohne Organismen

jede Gärung durch eine spezifische Art von Organismen

Unterschiede aerob / anaerob

1858 Traube (D) Enzymtheorie

1897 Buchner (D) zellfreie Gärung

Die Entdeckung der Hefe

11.04.2017

Unkontrollierte brauereispezifische Mischungen von echten

Saccharomyceten und Kahmhefen ersetzte 1883 Hansen (DK)

durch eine definierte

Reinzüchtung der Bierhefen

und leitete damit zusammen mit der Kältemaschine (1873 (v. Linde))

und der Filtration (1879 Enzinger) die untergärige Brauweise ein.

Reinzüchtung von Bierhefen

11.04.2017

• 40 unterschiedliche Stämme von Brauerei-Kulturhefen (species

Saccharomyces cerevisiae)

• fakultative Anaerobier

Durchmesser einer Zelle 6 ÷ 10 μm

Dichte 1050 ÷1080 kg/m3

Steckbrief der Bierhefe

11.04.2017

Schematische Darstellung einer Hefezelle mit ihren Cytoplasmapartikeln

11.04.2017

Kohlenhydrate 25 – 48 %

davon Glucane 8 – 15 %

Mannane 2 – 15 %

Glykogen 3 – 15 %

Stickstoffverbindungen 38 – 60 %

davon 90 % zellaufbauende Proteine u.

10 % freie Aminosäuren

Fette 4 – 10 %

Mineralstoffe 5 – 10 %

Zusammensetzung von Bierhefe

(alle Werte sind auf Trockensubstanz bezogen)

11.04.2017

Vitamingehalt von Bierhefe

(alle Werte sind auf 100g Hefetrockensubstanz bezogen)

Thiamin B 1 6 - 20 mg

Riboflavin 2 - 8 mg

Nicotinsäure B 2- 30 - 100 mg

Folsäure Komplex 2 - 10 mg

Pantothensäure 2 - 10 mg

Pyridoxin B 6 3 - 10 mg

Biotin H 0,1 - 1 mg

11.04.2017

Stoffwechsel der Hefe

Substrate ProdukteEnergie-

freisetzung

Gewinn

für die Zelle

Atmung C6H1206 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O - 2.880 kJ/mol 38 mol ATP

Gärung C6H1206 2 C2H5OH + 2 CO2 - 260 kJ/mol 2 mol ATP

Atmung 2 C2H5OH + 6 O2 4 CO2 + 6 H2O - 2.620 kJ/mol 34 mol ATP

36 mol ATP

11.04.2017

2,0665 g Würzeextrakt → 1 g C2H5OH + 0,9565 g CO2 + 11 g Hefe

Die Hefe vermehrt sich während der Gärung auf die zwei- bis vierfache

Menge und sedimentiert nach der Extraktvergärung.

Ballingformel

11.04.2017

Von besonderem Interesse für den Brauer:

• die Glykolyse

• die alkoholische Gärung

• die zur Valin-, Leucin- und Isoleucin-Synthese beschrittenen

Stoffwechselwege (Reifung)

Stoffwechsel der Hefe

11.04.2017

Gärung Bildung von Ethanol, CO2 und Gärungsnebenprodukten

Reifung Reduktion von geschmacksintensiven Carbonylen unter

den Geschmacksschwellenwert

Lagerung Geschmacksabrundung und Sedimentation von

trübenden Partikeln

Brauereitechnische Schritte von der Würze zum Bier

11.04.2017

Hexosen

2 Dreierzucker

Pyruvat

Acetyl-CoA Acetaldehyd

Energie- Ethanol

speicherung gewinnung

Synthese von Zitronensäurezyklus

Lipiden und Atmungskette

Triacylglyceride CO2 + H2O

Glykolyse und alkoholische Gärung

anaerob1. Pyruvat-

decarboxylaseaerob

11.04.2017

2. Acetaldehyd-

dehydrogenase

Acetyl CoA Acetaldehyd

Energie-

speicherung gewinnung Ethanol

Alkoholabbau durch den Biertrinker

11.04.2017

Alkoholdehydrogenase und Acetaldehyddehydrogenase

Europäer und Afrikaner beide

Asiaten beide, eins oder keines

Indianer keines

Enzyme zum Alkoholabbau

11.04.2017

• Hauptaromaträger des Bieres

• flüchtige und nichtflüchtige Aromastoffe in weiten Konzentrationsbereichen mit unterschiedlichen Geschmacksstellenwerten

• organische Säuren führen zum pH-Sturz

Pufferung verschiebt sich

• Rückschlüsse auf Produktionsbedingungen

Gärungsnebenprodukte

11.04.2017

1. Höhere aliphatische und aromatische Alkohole

2. Ester

3. Carbonylverbindungen

4. Schwefelverbindungen

5. Organische Säuren

6. Mehrwertige Alkohole

Gärungsnebenprodukte

11.04.2017

L-Valin 2-Acetolactat Pyruvat

freies Diacetyl Acetyl-CoA Acetaldehyd

Acetoin

Energie-

2,3-Butandiol speicherung gewinnung Ethanol

Reifung des Bieres

11.04.2017

• Saccharomyces carlsbergensis (untergärig)

• Saccharomyces uvarum (untergärig)

• Saccharomyces cerevisiae (obergärig)

Unterscheidung untergärige / obergärige Hefen:

• Morphologie (Einzelzellen/Sprossverbände)

• Physiologie (Raffinosevergärung vollständig / 1/3)

• Gärungstechnologie (Absinken/steigt nach oben)

• Temperaturoptima (ug 6–10 °C / og 19 – 25 °C)

• genetisch

Brauereikulturhefen

11.04.2017

Untergärige Bierhefe

11.04.2017

Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von untergärigen Hefezellen

11.04.2017

Obergärige Bierhefe

11.04.2017

1. Auswahl der reinzuzüchtenden Hefe

2. Die Einführung des verwendeten Hefestammes in den Betrieb erfolgt

in zwei Stufen

• im Labor vom Schrägagar in steriler Würze stufenweise im

Volumenverhältnis 1 : 4 bis 1 : 5 bis ≤ 50 l

• in der Herführanlage bis zum Betriebsmaßstab (im Freiberger

Brauhaus: 180 hl)

Hefereinzucht

11.04.2017

3. Ernte aus dem Konus – Abkühlen – Aufbewahrung drucklos – kurze

Aufbewahrungsdauer

4. Wiederverwendung nur erste Erntehefe

5. Überschusshefe wird verkauft

Hefereinzucht

11.04.2017

Auf Wiedersehen und Glück Auf!

11.04.2017

Vorlesung 1 - 4 Technologie der Bierherstellung ... · 1976 –1981 Studium Brauwesen und...

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