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Vorlesung 5 - 8Technologie der Bierherstellung Sommersemester 2018

Würzebereitung

Gärung – Reifung – Lagerung

Filtration und Haltbarmachung

Abfüllung und Ausschank

Biersorten

Sensorik

Spezielle Themen

Vorlesung 5 - 8

TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-825.04.2018

Ziele des Schrotens

• Zerkleinern (große Oberfläche für Enzyme)

• Läuterbottichschrot:Erhaltung der Spelzen für den Aufbau einer Filterschicht beim Abläutern

• Feinheitsgrad des Schrotes hängt vom Läutergerät ab und bestimmt die Ausbeute mit

Schroten des Malzes

Schrotzusammensetzung

Fraktion Maschen (mm) Läuterbottich MaischefilterSpelzen % 1,270 18 11Großgrieß % 1,011 8 4Feingrieß I % 0,547 35 16Feingrieß II % 0,523 21 43Mehl % 0,152 7 10Pudermehl % Boden 11 16

Geschrotetes Malz schnell einbrauen

• Trockenschrotmühlen2, 4, 5 oder 6 WalzenKonditionierung = Aufsprühen von Wasser oder Dampf auf das Malzkorn vor dem Schroten / Erhöhung des Wassergehalts um 1- 2%

• Nassschrotmühlen• Hammermühlen

Schrotmühlen

Konditionierstrecke in der Freiberger Brauhaus GmbH6TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

SechswalzenschrotmühleWerkzeichnung Bühler AG

7TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-825.04.2018

Das zermahlene Malzkorn wird Schrot genannt

Zwischenprodukt

= Mischen von Schrot und Wasser

Malzinhaltsstoffe in wasserlösliche Form überführen

Abbauvorgänge werden gesteuert über:

− Temperaturprogramm/Einmaischtemperatur

− Dauer der Rasten

− pH-Wert der Maische (Wasserqualität, Sauerwürze)

− Maischekonzentration (Verhältnis Malzschrot zu Wasser)

− Schrotsortierung (Korngrößenverteilung)

Maischen

1. Abbau der Stütz- und Gerüstsubstanzen durch cytolytische EnzymeGlucanasen 40 – 60 °C

β-Glucane, Pentosane

2. Abbau der Eiweißsubstanzen (Kitt) durch proteolytische EnzymePeptidasen 45 – 50 °C

Aminosäuren und Peptide

Enzyme beim Maischen

3. Abbau der Stärke durch amylolytische Enzymeβ-Amylase 62 °C pH 5,4 – 5,6

Maltose

α-Amylase 72 °C pH 5,6 – 5,8 Dextrine

Stärkekörner des Malzkorns:

20 % Amylose 80 % Amylopektin

Verhalten beim Erhitzen mit Wasser:

− Quellen 50 °C

− Verkleistern 60 – 64 °C

− Verzuckerung 70 – 74 °C

Schritte zur Spaltung der Stärke

Stärkeabbau beim Maischen13TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Phosphatasen setzen Phosphorsäure frei (pH)

Oxidasen polymerisieren Anthocyanogene (O2)

Zink wird freigesetzt (Hefeernährung).

1. Abbau der Stütz-und Gerüstsubstanzen → Läuterarbeit

Filtrierbarkeit

2. Abbau der Eiweißsubstanzen → Hefeernährung (Aminosäuren)SchaumTrübungsbildner

3. Abbau der Stärke → Endvergärungsgrad (Maltose) ß-AmylaseJodnormalität (Dextrine) α-Amylase

Auswirkung der Maischarbeit

Inhaltsstoffe von Malz und Maische16TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

• Dekoktionsmaischverfahren (mit Kochmaische/n) in 2 Gefäßen

• Infusionsmaischverfahren in einem Gefäß

Maischverfahren

• Gussführung

• Einmaischtemperatur

• Zeitpunkt der Maischetrennung

• Temperaturstufen

• Rastdauer

• Anzahl der Kochmaischen

• Konsistenz der Kochmaischen

• Kochzeit

Variationsmöglichkeiten

Maischverfahren mit drei Kochmaischen für kernige helle BiereInfusionsmaischverfahren (ohne Kochmaischen) bei sehr gut gelösten Malzen

• Geruch der Maische, Farbe

• Maische, Wasser: Temperaturen, Mengen, pH

• Cytolyse: Viskosität der Würze

• Proteolyse: FAN, Maischintensität

• Amylolyse: Jodprobe, Endvergärungsgrad

• Sauerstoffeintrag vermeiden (Rühren, Einlagern)

Kontrolle der Maischarbeit

• Maischbottiche

• Maischpfannen (beheizbar)

• Rohfruchtkocher

Maischgefäße

Maischbottichpfanne (A. Ziemann GmbH)22TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Nach dem Maischen hat man eine Suspension aus verzuckerten

Malzbestandteilen, die süß schmeckt, vorliegen.

Zwischenprodukt

Trennen der beim Maischprozess in Lösung gebrachten

Malzinhaltsstoffe in Flüssigkeit (Würze) und Feststoffe (Trebern)

Der Läutervorgang umfasst:

• Gewinnen der Vorderwürze und

• Auswaschen des restlichen in den Trebern verbliebenen Extraktes

mit 76grädigem Wasser („Anschwänzen“).

Abläutern

Läuterbottich (9 – 12 Sude / Tag)25TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Abläuterung mit Läuterbottich26TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

• Ausbeute Sudhausausbeute = gewonnener Extrakt bezogen auf dieeingesetzte Malzmasse

Overall Brewhouse Yield (OBY) = gewonnener Extrakt bezogen aufden im Malz enthaltenen Extrakt

• Auslaugung der Trebern auswaschbarer Extrakt Läuterarbeitaufschließbarere Extrakt Mälzen

Kontrolle der Läuterarbeit

Weitere Läutergeräte

• Maischefilter

• Strainmaster

• Filterpressen

• Unterdruckfilter

• Vakuumtrommelfilter

Kontrolle der Läuterarbeit

Sudhaus der Freiberger Brauhaus GmbH29TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Läuterbottich von unten30TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

= unlösliche MalzbestandteileHochwertiges Brauereinebenprodukt120 – 130 kg Nasstreber mit 80 %Wassergehalt/100 kg Malz

• Verfütterung an Wiederkäuer• Silage• Trocknung und Verbrennung• Biogaserzeugung

Biertreber

Zusammensetzung von frischen Biertrebern(alle Angaben in % der Trockensubstanz)

N-freie Extraktstoffe 40 - 47davon: Stärke 8 - 9Zucker 1,3 - 1,6Rohfaser 16 - 21Rohprotein 23 - 28davon: essentielle Aminosäuren 9,4 nichtessentiellen Aminosäuren 11,6Rohfett 5,0 - 9,5davon: essentielle Lipide 1,9 - 3,6Rohasche 4,0 - 6,0davon: Mineralstoffe 1,1 - 2,4Spurenelemente 0,03Vitamine 0,07

Nach dem Läutern hat man Treber und süße Würze vorliegen

Zwischenprodukt

• Abtötung des Enzymsystems des Malzes zur Fixierung der

Würzezusammensetzung

• Sterilisierung der Würze

• Verdampfung des überschüssigen Wassers zur Einstellung des

gewünschten Stammwürzegehaltes

Kochung und Hopfung der Würze

• Lösung der mit Hopfen oder Hopfenprodukten in die Würze

eingebrachten Bitterharze

• Bildung von reduzierenden und färbenden Substanzen

• Austreiben von Aromakomponenten (DMS)

• Koagulation und Ausscheidung von Eiweiß

Freies Di Methyl Sulfid (H3C-S-CH3)

(< 100 µg/l)

hitze koagulierbarer FarbzunahmeStickstoff

(20 – 30 mg N/l) < 15 EBC TBZ

Kochung und Würzequalität

Kochprozess löst und isomerisiert Bittersubstanzen.

Hopfenöle werden mit verdampfendem Wasser ausgetrieben.

Bitterstoffe lösen sich vermehrt bei höherem pH und höherer Temperatur.

Hopfung der Würze

Im fertig gegorenen Bier finden sich schließlich nur noch 30 % (Pils) bis 50 % (Weizen) der ursprünglich eingesetzten Bitterstoffe.

Malz enthält je nach Sorte, Jahrgang und Lösungsbedingungen S-Methyl-Methionin (Dimethylsulfid-Vorläufer DMSP)

Würzekochung spaltet DMSP in freies DMS Geschmacksschwellenwert DMSP + DMS:

Rohfruchtbiere 40 – 80 µg/lAllmalzbiere 100 µg/l

Neben Kochparametern und pH ist die Ausdampfeffizienz des Kochsystems entscheidend.

Schwefelsubstanzen beim Würzekochen

Hitze macht hochmolekulares Eiweiß unlöslich.

Agglomeration zu größeren Einheiten („Bruch“)

Maximale Heißtrubmenge bei pH 5,4.

Eiweißausscheidung

Biologisch gewonnene Milchsäurebakterien (Lactobacillus delbrückii) vergären ungehopfte Vorderwürze bei 48 °C ± 2 K zu 1,5 %igerMilchsäure (pH 3,0)

Zugabe zur Maische → pH 5,4

zu Beginn des Maischens

Zugabe zur Würze → pH 5,0

am Ende der Kochung

Biologische Säuerung

1. Isomierung der Hopfenbitterstoffe läuft bei höherem pH besser ab

2. DMSP-Spaltung ist bei höherem pH besser

Warum Zugabe des Sauerguts am Ende der Kochung?

• günstige Polyphenolgehalte

• weicherer Geschmack

• höhere Geschmacksstabilität

Vorteiler der biologischen Säuerung

• Kochtemperatur

• Kochzeit

• Kochbewegung

Kochparameter

• Atmosphärische Kochung bei 100 °C, 70 min

• Kochung bei höheren Temperaturen− Niederdruckkochung bei 102–106 °C, 45 min − Hochtemperaturwürzekochung

120 °C: 240–360 sec., Entspannung ins Vakuum oder130 °C: 180 sec. oder 140 °C: 150 sec.

Kochverfahren

Würzepfanne mit Röhreninnenkocher (Huppmann)46TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Würzepfanne mit Außenkocher (A. Ziemann GmbH)47TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

• Druckkochung

• Pfannendunstkondensator

• mechanische Brüdenkompression

Energieeinsparung

Nach dem Würzekochen hat man Ausschlagwürze hergestellt

„Ausschlagen“ heißt, die gekochte Würze in andere Gefäße fördern

Zwischenprodukt

Das Produkt des Würzekochens heißt Ausschlagwürze.

„Ausschlagen“ heißt, die gekochte Würze in andere Gefäße fördern.

In der Pfanne: muss sich die Ausschlagwürze „schwarz“ spiegeln.

Im Schauglas werden Bruch („grobflockig“) und Glanz („feurig“)

beurteilt.

Die Ausschlagwürze

Zusammensetzung Ausschlagwürze

• Heißtrub muss vollständig abgetrennt werden

• Kühlung der Würze auf Anstelltemperatur

• qualitative Entfernung des Kühltrubes

• Anstellen mit Hefe

• Würzebelüftung

Würzebehandlung

Heißtrub Kühltrub

Eiweiß 40 - 65 % 48 - 57 %

Bitterstoffe 4 - 8 %

Polyphenole 4 - 8 % 11 - 26 %

Kohlenhydrate 4 - 10 % 20 - 36 %

Partikelgröße 10 mm 10 μm

fällt an nah der Kochung nach dem Kühlen

Zusammensetzung

Abtrennverfahren für Heißtrub

offen:• Sedimentation (Kühlschiff / Setzbottich)

geschlossen: • Zentrifugation• Filtration• hydrodynamische Abscheidung im Whirlpool (durch Rotation entsteht

ein Trubkegel, über dem die Würze abgezogen wird)

Würzebehandlung

Abkühlen auf AnstelltemperaturUG 4 – 7 °C / 10 – 15 °C OG: 12 – 18 °C

offen: Berieselungskühler

geschlossen: Plattenwärmetauschereinstufig oder zweistufig

Würzekühlung

Kühltrubentfernung (qualitativ)

offen:• Sedimentation 12 – 16 h 50 % Abtrennung

geschlossen:• Zentrifugation 30 – 70 % Abtrennung• Filtration 75 – 85 % Abtrennung• Flotation 50 – 65 % Abtrennung

(mit und ohne Hefe möglich)

Würzebehandlung

Würzebelüftung mit Luft

Sauerstoff regt Hefe zur Vermehrung an (7 – 9 mg O2/l Würze)

• Belüftungskerzen aus Keramik• Sinterkerzen aus Metall oder• Venturirohr mit DiffusorNachgeschaltet kann ein statischer Mischer sein.

Würzebehandlung

Hefe ist ein fakultativer Anaerobier

• Mit O2 werden Kohlenhydrate veratmet.

• Ohne O2 werden Kohlenhydrate vergoren.

• Zur Synthese wichtiger Lipide für die Zellmembrane

Aus dem durch O2 induzierten Lipidvorrat zehrt die Hefe bei ihrer

Vermehrung.

Genügend Sauerstoff sorgt für eine gute Membranzusammensetzung

und eine gute Enzymausstattung

Warum Würzebelüftung?

Die fertig behandelte Würze heißt Anstellwürze

Unter „Anstellen“ versteht man die Zugabe von Hefe zur Würze, welche dann die Gärung einleitet

Zwischenprodukt

Enzymsystem der Hefe vollzieht Stoffwechselleistungen

Gärung

• Umwandlung der vergärbaren Zucker in Alkohol, CO2 und

Wärme

• Bildung von Gärungsnebenprodukten (Aroma und pH-Sturz)

Reifung

• Reduktion geschmacksintensiver Carbonyle unter den

Geschmacksschwellenwert des Menschen

Gärung, Reifung, Lagerung

Lagerung

• Geschmacksabrundung bei Temperaturen unter 0 °C

• Unlöslichwerden und Sedimentation von trübenden Partikeln

(natürliche Haltbarkeit)

• Vermehrungsintensität

• Gärleistung (Erreichen des Endvergärungsgrades)

• Gärkraft (Geschwindigkeit der Extraktabnahme)

• Flockungsvermögen (genetisch bedingt)

• Zuckervergärung

• pH-Sturz (Ausscheidung organischer Säuren)

• Aromabildungsvermögen (Acetolactatbildung sollte gering sein)

• Biereigenschaften (Geschmack und Schaum)

Hefeauswahl

Anstellen = Zugabe der Hefe zur Würze, leitet die Gärung ein.

Gabe: 7 – 20 Mio. Hefezellen/ml mit weniger als 5 % toten Zellen

Differenztrübungsmessung ermöglicht exakte Gabe

Hefeabgabe

• vergärbare Zucker (Fructose, Glucose, Saccharose, Maltose,

Maltotriose)

• assimilierbare Stickstoffsubstanzen (Aminosäuren, Ammonium,

Peptide, Purine, Pyrimidine)

• Mineralstoffe und Spurenelemente (Phosphate, Kalium, Natrium,

Sulfate, Calcium, Magnesium, Eisen, Zink, Mangan)

• Vitamine und

• gelöster Sauerstoff

Würzeinhaltsstoffe für die Hefeernährung

Nährstoffe müssen durch die Zellmembran ins Innere gelangen, Stoffwechselprodukte anschließend wieder in Jungbier abgegeben

werden.

Von besonderem Interesse für den Brauer sind folgende Stoffwechselwege der Hefe:

• die Glykolyse

• die alkoholische Gärung

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

Stoffwechselwege der Hefe

Hauptaromaträger des Bieres

Flüchtige und nicht flüchtige Aromastoffe können in sehr weiten Konzentrationsbereichen auftreten und stark unterschiedliche Geschmacksstellenwerte aufweisen.

Zahlreiche Substanzen können Geschmacksfehler erklären und erlauben Rückschlüsse auf Produktionsbedingungen.

Rohstoff- und Gärungsaromen bestimmen den „Charakter des Bieres“

Allgemein gilt:

Höhere Temperaturen fördert und Druck bremst die GNP-Bildung

Gärungsnebenprodukte

1. Höhere aliphatische und aromatische Alkohole gebildet nur während

Angärung und Hauptgärung UG kalt 60 – 80 mg/l

(UG forciert zu 150 mg/l)

2. Ester sind Hauptaromatträger fruchtig bis hefig

3. Carbonylverbindungen Acetaldehyd „Jungbiergeschmack“ nimmt bei

Lagerung wieder ab

Vicinale Diketone „Reifungsparameter“ müssen unter die

Geschmacksschwelle reduziert werden

Gärungsnebenprodukte

4. Schwefelverbindungen S-Substanzen sehr geruchs- und

geschmacksintensiv, können schnell zum „off-flavour“ führen

5. Organische Säuren gebildet während der ersten vier Tage (pH Sturz)

aus Citratzyklus und Fettsäuresynthese

6. Mehrwertige Alkohole Glycerin aus Glykolyse 300 – 2000 mg/l

Richt-wertemg/l

Geschmacks-schwellenwert

mg/lAroma-

eindruckHöhere AlkoholePropanol-1 9 2 - 50 Ethanol

2-Methypropanol-1 8 15 - 175apothekerähnlich,aufdringlich herb

2-Methyl-Butanol-1 11 10 - (65) herb-bitter3-Methyl-Butanol-1 36 30 - (70) herb-bitter2-Phenylethanol 15 50 - 75 Rosen, blumig-

rettichartig

Ester:Ethylacetat

17 30 - 93 lösungsmittel-haltig

Isomylacetat 2 2,0 - 2,3 fruchtig, Banane71

Gärungsnebenprodukte im Detail

Richt-wertemg/l

Aroma-eindruck

Carbonyle:

Gesamtdiacetyl 0,1 0,1 butterähnlich,geröstetes Brot

Gesamtpendandion 0,1 1,0 dumpf, zimtartigAcetoin 3,0 3,0 fruchtig, dumpf

Acetaldehyd 8 25 - 50 säuerlich, dumpf,stechend

Schwefelverbindungen:Dimethylsulfid 0,1 0,10 - 0,15 Gemüse, Sellerie

Richt-wertmg/l

mg/lAroma-

eindruckOrganische Säuren:Pyruvat 60 salzig, sauerD+L-Lactat 60 milchsauerCitrat 165 zitronensauerMalat 85 apfelsauerGluconat 35Acetat 90 essigsauer

Indikatorsubstanzen verursachen den Aromaeindruck nicht selbst,

sondern steigen parallel zum Eindruck an.

Leitsubstanzen geben einen direkten Hinweis auf technologische

Parameter.

Indikator- und Leitsubstanzen

2 Phenylethanol GärtemperaturEssigsäureisobutylester BananenaromaButtersäureethylester ApfelaromaHexansäureethylester ApfelschalenDekansäureethylester HefeantolyseMilchsäureethylester biologische SäurerungIsovaleriansäure gealteter DoldenhopfenDecansäure lange, warme LagerungDodecansäure Hefeautolyse2-Acetylpyrrol thermische Belastung (Würzebehandlung)Furfurylalkohol thermische Belastung (Malz, Kochung,

Heißwürzebehandlung)Linalool HopfenblumeHumulenepoxid II Hopfenblume

P A U S E 76TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Maßstab für den Fortschritt der Gärung ist der Vergärungsgrad (prozentualer Anteil des vergorenen Extraktes zum in der Anstellwürze

vorhandenen Extrakt).

Endvergärungsgrad: Vergärung aller in der Praxiswürze vergärbaren

Stoffe mit der betriebseigenen Hefe

Gärkeller-Vergärungsgrad – „Schlauchen“

Ausstoßvergärungsgrad

Kräusen: Jungbier mit 30–50 % Vergärungsgrad

Technologie der Gärung

Gärstadium der „niederen Kräusen“ nach dem „Überweißen“78TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Gärstadium der „hohen Kräusen“79TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Nach der Vergärung bildet sich die Schaumdecke zurück und das Jungbier erlangt seine Schlauchreife. Am Bottichrand hat sich dann „Brannthefe“ abgesetzt.

Verstoffwechselung niedermolekularer Würzeinhaltsstoffe

Wasserstoffionenkonzentration nimmt um eine Zehnerpotenz zu

• Pufferung verschiebt sich

• Ausscheidung hochmolekulare Eiweiße, Polyphenole und Bittersäuren

• Farbaufhellung um 2 EBC-Einheiten

Hefe vermehrt sich auf die zwei- bis vierfache Menge und sedimentiert nach

Extraktvergärung

Veränderung bei der Gärung

Vermehrung der Bierhefe im Chargenprozess

1 Lagphase (Latenz- oder Induktionsphase 2 Logphase expontielle oder logarithische Wachstumsphase) 3 Stationäre Phase 4 Absterbephase A Beschleunigungsphase B Verzögerungsphase

• WürzezusammensetzungMono-, Di-, Trisaccaride → vergärbarer ExtraktAminosäuren, Di-, Tripeptide → freier Amino NPhosphate, Sulfate, K+, Na+,Mg++, Ca++, Zn++, Vitamine

• Stammwürze

• BelüftungsintensitätSauerstoff zur Zellvermehrung (Lipide)

Gärungsparameter 1 - 3

• HefestammHefeauswahl über Gärversuche

• Hefegabe / Zellzahl in Verbindung mit dem• Anstell- und Drauflassverfahren

Freiberger: alternativ volumen- oder zellzahlenproportionale Hefegabe1. Sud 100 % Hefe (40 – 80 Mio. Zellen/ml)

und Belüftung 8 mg 02/l Würze2. Sud ---3. Sud Belüftung4. Sud Belüftung5. Sud Belüftung 2.500 hl in 12 h

• Gärtemperatur

• Reifungstemperatur

• CO2-Gegendruck

höhere Temperaturen fördern den Bau- und den Energiestoffwechsel der Hefe

CO2-Druck bremst den Baustoffwechsel

Ethanol bremst den Baustoffwechsel

kalte Gärung - kalte Reifung

Gär- und Reifungsverfahren

Kalte Hauptgärung mitklassischer Lagerung

Kalte Hauptgärung mit gezielterReifung und Lagerung im zylindro-konischen Lagertank

warme Gärung - warme Reifung

Drucklose Wärmegärung Druckgärverfahren

kalte Gärung - warme Reifung

Kalte Hauptgärung mitintegrierter Reifung bei 12°C

Kalte Hauptgärung mit programmierterReifung bei 20!C

• Bewegung des Bieres

• Behältergeometrie

Zeichnung: Zylindrokonischer Gärtank mit Armaturen (A.Ziemann, Ludwigsburg)

Kühlung von Bier

Temperatur in °C

Kontinuierliche Systeme

• immobolisierter Hefe oder

• 2-Acetolactat-Reduktase

Reifezeitpunkt (für die Abkühlung)

• Endvergärung erreicht

• Diacetyl unter Geschmacksschwelle

Spezielle Gär- und Refungsverfahren

Landwirtschaft → Verfütterung

biochemische Industrie → Enzyme

Nukleinsäuren

pharmazeutische → diätische Präparate

Industrie (Vitamin- und Mineralstofftabletten)

Lebensmittelindustrie → Eiweißpräparate

Für Lebewesen mit nur einem Magen:

5 min bei 80 °C erhitzen, dann Zugabe von 1 % Propionsäure.

Hefeverwertung

Vom imbibierten Bier können bis zu 50 % zurückgewonnen werden

• Dekantierung

• Filterpressen

• Tangentialflussfilter

TrS vor Behandlung: 10 %

TrS nach Behandlung: 22 %

Rückgewinnung von Bier aus der Hefe

Tangentialflussfilter94TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Filtration ist Trennen von Feststoffen und Flüssigkeit.

Die Bierfiltration ist eine Klärfiltration, bei der das geklärte, blanke Filtrat

(Bier) gewonnen wird und die Trübungsbildner (Hefezellen, Eiweiß-,

Gerbstoff-Partikeln, Hopfenharze) im Filterrückstand (Filterkuchen)

verbleiben.

Bewertet wird die Reinheit des Filtrates (Trübung 90 ° < 1,5 EBC,Trübung 12 ° < 1,0 EBC)Feststoffe haben amorph-flockige bis gelartige Struktur.

Die Bierfiltration

Starrer Filterkuchen wird mit kristallinen Feststoffen (Filterhilfsmittel Kieselgur oder Perlite auf einem Filtermittel) aufgebaut. Durch Zugabe von Kieselgur zum unfiltrierten Bier will man eine Partikelnabscheidungan der Oberfläche erreichen. Der Filterkuchen wächst ständig an.

Beim Durchströmen des Kuchens klärt sich das Bier.

Filtrationsbedingungen: Temperatur 0 bis - 2 °CDruck überall > Sättigungsdruck CO2Sauerstoffaufnahme < 0,05 mg/l

Perlite97TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Kieselgur98TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Kieselgur99TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Massefilter bis 1960

• Anschwemmfilter

− Kieselgurrahmenfilter + Schichtenfilter

− Zentrifuge + Kieselgur-Kesselfilter (gebaut als Horizontalfilter

oder Kerzenfilter) + Stabilisierungsfilter + Trapfilter

(Partikelnfänger)

• Membranfilter

− Zentrifuge + Tangentialflussfilter (Querstromfilter) ist kieselgurfrei

Filtersysteme

Horizontalsiebfilter101TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Filtrationsanlage im Freiberger Brauhaus102TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

1. Mikrobiologische Haltbarkeit

− Abwesenheit von Bierverderbern (wilde Hefen, Lactobazillen, Pediokokken, Pectinatus, Megasphera)

Hygiene

Filtration

Kurzzeiterhitzung

Pasteurisation

Heißabfüllung

Drei Haltbarkeiten

Mikrobiologische Qualitätskontrolle104TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Bebrütung des abgefüllten Bieres bei 28°C im Haltbarkeitsraum105TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

2. Kollodiale (chemisch-technische) Stabilität

2a) Verzögerung der Aggregation von Eiweißen und Gerbstoffen zu trübenden Partikeln

→ Kaltlagerung < 0 °C

Filtration

Stabilisierung mit adsorptiven Mitteln

(Kieselgelpräparate Polyvinylpolypyrrolidon)

Temperaturschwankungen vermeiden

Bewegung vermeiden

Oxalatbildung verhindern

Kältetrübungen verhindern

Drei Haltbarkeiten

2b) Bildung von Oxalatkristallen aus Calcium und Oxalsäure

Ca++ ● C2O2- - O = C – C = O

Drei Haltbarkeiten

3. Geschmackliche Haltbarkeit− Minimierung der Heißhaltezeiten− Sauerstoffaufnahme ab Endvergärung gering halten− Verhinderung Lichteinfluss− Erhaltung der Reduktone bei der Bierbereitung

→ LeitungsverlegungEntlüftung von AnlagenVerwendung entgastes Wasser undCO2 als SchutzgasÜberschäumenDichtmaterial KronenkorkenPET

Drei Haltbarkeiten

Heißhalten erzeugt Aldehyde und Ketone

Sauerstoff setzt sich mir Bierinhaltsstoffen um

brot, pappe- und papierartiger Alterungsgeschmack

Licht spaltet aus einer Seitenkette der Iso-α-Säure 3-Methyl-2-Buten-

1.thiol ab, das sehr unangenehme riecht und schmeckt

(Farbloses Glas << grünes Glas < braunes Glas)

Veränderung im Geschmacksprofil während der Alterung des Bieres (nach Dagliesh)

Quelle: Technologie Brauer & Mälzer – Wolfgang Kunze110TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

mit 12 % Stammwürze und 80 % scheinbarem Vergärungsgrad

Wassergehalt 84 – 88 %

Kohlenhydrate 3,8 – 4,0 GG %

Alkoholgehalt 3,5 – 4,5 GG %

Eiweiß 4 – 6 g / l

Hitzekoagulierbarer Stickstoff 8 – 28 mg/l

Freier Aminostickstoff 80 – 160 mg/l

Zusammensetzung helles Lagerbier

Bitterstoffe 16 – 25 EBC-Bittereinheiten

Gesamtpolyphenole 130 – 180 mg/l

Antocyangene 40 – 80 mg/l

pH 4,3 – 4,6

Viskosität 1,4 – 17 mPa s

Kohlensäure 4,8 – 5,5 g/l

• Leichtbier (7 – 8 % Stw.) • Schankbier mit hohem Vergärungsgrad („dry beer“) (9–12 % Stw.

Vergärungsgrad um 100 %)• Helles, Lager (9 – 12 % Stw.)• Pils (10 – 12 % Stw. 25 – 35 BE)• Export (>12 % Stw.)• Schwarzbier (11 – 13 % Stw. 70 EBC Farbe)• Märzen, Spezial, Festbiere (>13 % Stw.)• Starkbiere: Bock (>16 % Stw.)

Doppelbock (-ator, >18 % Stw.)

Untergärige Biersorten

Saccharomyces cerevisiae

Höheres Temperaturoptimum

Hefe steigt nach Gärung an die Oberfläche

Aroma geprägt von

4-Vinylguajacol und

4-Vinylphenol

Die Obergärung

• Weizenbier kristallklar oder hefetrüb

(evt. Flaschengärung)

pH 4,1 – 4,3 / < 20 BE / 7 – 9 g CO2/l

• Altbier 25 – 40 Farbeinheiten / 28 – 40 BE

• Kölsch aus hellem Gerstenmalz

• Berliner Weiße 7 – 8 % Stw / pH 3,2 – 3,4 (Hefe- und

Milchsäuregärung) 4 – 6 BE / 6 – 8 g CO2/l

Obergärige Biersorten

• Malztrunk / Nährbier Mitverwendung von Zucker/Zuckersirup

< 0,5 VV% Alkohol / pH 4,5 – 4,9 /

50 – 80 Farbeinheiten, 6 – 10 BE

• Britische Alebiere 7 – 13 % Stw / Primings bestimmen Typ

(Pale Ale, Brown Ale, Bitter Ale, Best Bitter)

• Stout 11 – 18 % Stw / dunkel, stark gehopft

• Geuze, Lambic Spontangärung – leicht sauer, deshalb gesüßt

• Weizenbock

1. frühere Diätbiere, im Ausland: dry beer

< 0,6 Broteinheiten

verwertbare Kohlenhydrate < 5,7 g/l

Eiweiß < 4,2 g/l

Vergärungsgrad um 100 %

− Intensives Maischverfahren

Malzauszug oder Malzmehl zur Kaltwürze

− dadurch weitere Alkoholbildung bei der Gärung, d. h. entweder dünner einbrauen oder Alkohol entziehen

Spezielle Herstellverfahren

2. Leichtbier

7 – 8 % Stw.

Einsatz von Caramelmalzen (Farbe, Vollmundigkeit)

Hopfenbittere und –blume kann Geschmack abrunden

Leichte Weizenbiere sollten hefetrüb sein

3. Alkoholfreie Biere

D: < 0,5 VV% Alkohol

3.1 Biologische Verfahren

= Vergärung bis zum Grenzwert

− Brühmaische und Kältekontaktverfahren 0,5 °C

− Hefe-Kontakt-Verfahren -2 bis 1 °C

− Unterbrochene Gärung 6 – 8 °C

− Vergärung mit einer Fremdhefe, die keine Maltose verstoffwechselt

3.2 Alkoholentfernung aus dem fertigen Bier mittels physikalischer

Verfahren

a. thermische Verfahren

− Alkoholentzug mit Fallstromverdampfer im Vakuum (0,2 bis

0,04 bar ≙ 30 bis 55 °C) evtl. Zuschneiden einer

abdestillierten Fraktion oder von Kräusen oder Bockbier

b. Membran-Trennverfahren

− Umkehrosmose oder Dialyse

4. Brauen mit hoher Stammwürze

13 – 18 % Stw. wird auf 11 – 12 % Stw. verdünnt

vermehrte GnP-Bildung / schwacher Schaum

oxalatempfindliche Jahrgänge: Achtung beim Rückverdünnen!

Betriebseigene, im Bier nicht gelöste Kohlensäure, wird zurückgewonnen

und zum Vorspannen von Abfüllgefäßen wiederverwendet.

ZKGs: 2,1 – 2,5 kg CO2/hl Vollbier gewinnbar.

Rückgewinnungsanlage: CO2-Wäscher – Verdichter – Trockner – Reiniger

– Verflüssiger - Vorratstank → Verdampfer – Abfüllgebinde

Kohlensäurerückgewinnung

CO2-Rückgewinnungsanlage123TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Alle Maßnahmen: Erhaltung der Bierqualität (Infektion, Sauerstoff,

Kohlensäure)

Abfüllung eines Bieres

Holz – Aluminium – Edelstahl

10 – 250 Liter

Abfüllung eines Bieres in Fässer

Keg = Systemfass mit integriertem Steigrohr und Fitting

• Automatische Reinigung

• außen – innen: alkalisch + sauer

• Sterilisation mit Dampf

• Vorspannen mit CO2

• Wiederbefüllung

Aufgeschnittenes Keg mit Steigrohr und Flachfitting127TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Fassreinigung und -abfüllung128TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

1. Glasflaschen

• Mehrwegglas wird mit 2%iger NaOH mit 80 – 85 °C gereinigt

• Inspektion auf Fremdkörper, Beschädigung und Restflüssigkeit

• Vorspannen mit CO2 als Schutzgas (250 g/hl)

• Abfüllung unter Gegendruck

• Überschäumen verdrängt Luft im Flaschenhals

• Verschluss mit Kronkorken oder Bügel

• Abduschen

• Kontrolle: Füllhöhe, Schaum, Kronkorken

• Etikettierung und Kennzeichnung

Abfüllung des Bieres in Flaschen

Reinigungsanlage „Lavatec“ (Fa. Krones)130TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

2. Plastikflaschen (PET, PEN)

Abfüllung des Bieres in Flaschen

Luft Getränk

PET O2

CO2 Diffusion von Gasen

AcetaldehydMigration

Flaschenabfüllung heute132TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Füllphasen: 1. Erste Evakuierung 2. CO2-Spülung 3. Zweite Evakuierung4. Vorspannung 5. Füllen 6. Beruhigen7. Entlasten

Aluminium oder innen lackiertes Weißblech (0,25), 0,33 und 0,5 l / 4 oder 5 l Großdosen

• Abschieben

• Innenspritzung mit Wasser

• Intensive CO2-Spülung (900 g/hl)

• Abfüllung unter Gegendruck

• Verschluss mit Unterdeckelbegasung

• Kontrolle des Füllstandes

• Tunnelpasteurisation

• Kontrolle des Füllstandes

• Kennzeichnung

Abfüllung des Bieres in Dosen

Alle Gebinde müssen gekennzeichnet werden Rückverfolgbarkeit jeder Charge

Gesetzliche Grundlagen

• Verordnung über Getränkeschankanlagen• Technische Regeln für Getränkeschankanlagen

SK-ZeichenKegs bis 3 bar ü zugelassenVor Inbetriebnahme muss ein Sachkundiger die Anlage prüfen

Bierausschank aus Kegs

Kühlraum137TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Kompensatorhahn – Reibehahn

Raumkühlung – Durchlaufkühlung

Bierleitungsweg: Höhe, Länge, Umlenkungen

Betriebsdruck auf Fass:

• Temperatur

• Kohlensäuregehalt

• Reibungsverluste Bierleitung

• Zapfhahn

Ausschanksysteme

Kükenhahn zerlegt139TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Kompensatorenhahn zerlegt140TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Richtig angeschlossene Kohlensäureflasche141TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Zerlegter Zapfkopf – Ausführung für Flachfittings mit Bierabsperrhahn –142TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Erhalt der Kohlensäure bis ins Glas

Ideale Trinktemperatur 6 – 9 °C

dünnwandige, saubere Gläser verwenden

kurz mit kaltem Wasser spülen / temperieren

Bierpflege

Anstich zum Ausschank mit KegkopfCO2-Atmosphäre bleibt nach Entleerung erhalten

• Schaum

Bier ist einziges Getränk, das einen stabilen Schaum besitzt

Schaumbildung, -stabilität und Haftungs-vermögen

+ CO2, Kolloide wie Isohumulone, β-Glucane, Glykopteine, Gerbstoffe

- Fettsäuren, Glyceride, Alkohol

Eigenschaften und Qualität

• Farbe

Bierfarbe hängt vom Malztyp ab

Heißhalten und Oxidation färben zu,

Gärung und Filtration hellen auf

• Klarheit

Glanzfeinheit wird durch Filtration erreicht

• Geruch und Geschmack

Eigenschaften und Qualität

Farbe des Bieres148TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Sensorik – Bewertung der Ausprägung von Eigenschaften eines

Produktes, die sinnesphysiologische Reaktionen bewirken und nur mit

den menschlichen Sinnen erfasst werden können.

Der Mensch ist ein Messinstrument, das ständig geeicht und kalibriert

werden muss.

Vor Inverkehrbringen muss jede Charge verkostet werden

(Sorgfaltspflicht des Unternehmers, Produkthaftung).

Sensorische Analyse von Bier

• Qualitätskontrolle von Rohstoffen

• Haltbarkeitsprüfungen

• Versuche zur Qualitätsverbesserung / -veränderung

• Analyse von Konkurrenzprodukten

• Entwicklung neuer Produkte

• Forschungszwecke allgemein

• Qualitätswettbewerbe

Anwendungsbereiche der Sensorik

Sinneseindrücke des Menschen Bierinhaltsstoffe

• Riechen flüchtige Substanzen,

400.000 Riechzellen

• Schmecken gelöste Stoffe

5.000 Geschmackszellen

• Fühlen CO2-Entbindung

• Sehen Farbe, Schaum, Klarheit

• Hören ---

Flavourgramm nach Ney152TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Geschmack beginnt im Kopf

Geschmacksverlauf153TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Schulung von Prüfpersonen (DIN 10961)

Prüfraum: neutral, hell, geruchlos, Tageslichtleuchten, kein Lärm

Klima: 18 – 20 °C, 60 – 70 % relative Luftfeuchtigkeit

Prüfzeit: vormittags (10 – 12 Uhr)

Temperatur Bier: 10 – 14 °C, ohne Schaum

Gläser: 200 ml, braun gefärbt

Sonstiges: keine Kommunikation

Sensorische Analyse

• Unterscheidung der vier Grundgeschmacksarten

• Ermittlung der Geschmacksschwellen

• Erkennung von Intensitätsunterschieden

• Erkennen von Riechstoffen

Schulung der Verkoster (DIN 10961)

Prüfpersonen: intern / extern

− Verfügbarkeit

− Ausdrucksvermögen X

− Einstellung zum Produkt

− Gesundheitszustand

− Sinnesorgane

− Verantwortungsbewusstsein

− Urteilsfähigkeit

− Zuverlässigkeit

− Sensorisches Gedächtnis X

Sensorische Analyse

− Erkennungs- und Schwellprüfungen (Untersuchung der

Empfindlichkeit von Prüfpersonen)

− Vergleichsprüfungen (Unterscheidungsvermögen)

− Rangordnungsprüfungen (Konzentration)

− Beschreibende Prüfung (Wahrnehmungen, Ausdrucksvermögen)

Prüftechniken

• Begriffe und Grundlagen DIN 10950

• Bewertende Prüfung mit Skala (z.B. DLG) DIN 10952

Prüfverfahren

• Paarweise Vergleichsprüfung DIN 10954

Feststellung der Unterschiede von zwei Proben in einer bestimmten

sensorischen Eigenschaft

• Rangordnungsprüfung DIN 10963

Einreihung verschiedener Biere nach der Güte bestimmter Merkmale

Einfach beschreibende Prüfung DIN 10964

• Systematische Beschreibung von sensorischen Eindrücken von

Kostproben

Sensorische Analyse

• Dreiecksprüfung DIN ISO 4120

zwei Proben in drei Gläsern müssen

1. richtig zugeordnet und

2. beschrieben werden

3. bevorzugte Probe ist anzukreuzen

• beschreibende Prüfung mit anschließender

Qualitätsbewertung DIN 10969

Sensorische Analyse

Produktivität und spezifische Verbräuche in Abhängigkeit der Brauereigröße

> 106 hl > 105 hl > 104 hl

Produktivität hl/Mitarbeiter 10.000 5.000 2.000

Stromverbrauch kWh/hl 6 8 12

Wärmeverbrauch kWh/hl 20 30 40

Wasserverbrauch hl/hl 3,5 5 7

• Geräte- und Produktsicherheitsgesetz

• Produkthaftungsgesetz

• Lebensmittelhygiene VO

• Lebensmittel- und Bedarfsgegenständegesetz ab 1.1.2005:

Lebensmittel- und Futtermittelgesetz

• Loskennzeichnung VO

• EU-Verordnung 178/2002 (EAN 128 - Transportetikett)

Rechtliche Rahmenbedingungen Chargenverfolgung / Rückrufaktionen

EAN-Etikett164TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Mechanik: Wender, Rührer, Pumpen, Transporteure

Maschinenbau: Dampf, Kraftanlagen, Kältemaschinen, Automatisierung,

Metallische Werkstoffe,

Messtechnik und Datenverarbeitung: → Rationalisierung, größere

Einheiten, ganzjähriges Brauen und Mälzen (bis 1900: von Michaeli bis

Georgi)

Nützliche Erfindungen und Entdeckungen

Mikrobiologie: Hefereinzucht, Pasteurisation → Produktsicherheit

Biologie/Biochemie: Keimruhe, Wasserempfindlichkeit → Pneumatische

Mälzungssysteme, Metabolismus der Hefe → Verkürzung der Reifung

Hopfen- und Gerstenzüchtung → Ertrag, Verarbeitbarkeit

Technologie: Rolle des Sauerstoffs, Analysentechnik, Filtration

→ Reinheit des Geschmacks

→ Verbesserung der Haltbarkeiten

→ Verbrauchererwartung

Praktikum am IEC auf der „Reichen Zeche“

am 05. Mai 2018 von 9 – 12 Uhr

• Einbrauen eines Sudes

Schroten – Maischen – Läutern – Kochen – Kühlen – Anstellen

• Mikroskopieren im Dunkelfeld

Hopfung der Würze durch zwei Studentinnen169TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Destillieren mit Peter170TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Mikroskopieren mit Caroline171TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

25.04.2018

Vorlesung 1 - 4 Technologie der Bierherstellung Sommersemester 2017 - tu-freiberg.de · 2018. 4....

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