Die alkoholische Gärung unter verschiedenen Umweltparametern … · 2020. 10. 6. · Die...

Maturaarbeit 2006

Andreas Büchler

DIE ALKOHOLISCHE GÄRUNG

UNTER VERSCHIEDENEN

UMWELTPARAMETERN AM

BEISPIEL DER BIERHERSTELLUNG

Die alkoholische Gärung unter verschiedenen Umweltparametern am Beispiel der Bierherstellung 1

Inhaltsverzeichnis

Vorwort ................................................................................................................................... 3

1 Geschichte ...................................................................................................................... 4

2 Braurohstoffe.................................................................................................................. 5

2.1 Rohstoff Getreide..................................................................................................... 5

2.1.1 Malz...................................................................................................................... 5

2.1.2 Mälzung................................................................................................................ 6

2.1.3 Weitere vergärbare Rohstoffe .............................................................................. 7

2.2 Rohstoff Hopfen ....................................................................................................... 7

2.2.1 Bitterstoffe: ........................................................................................................... 8

2.2.2 Aromastoffe:......................................................................................................... 9

2.2.3 Gerbstoffe: ........................................................................................................... 9

2.3 Brauwasser ............................................................................................................ 10

2.4 Hefe ....................................................................................................................... 10

2.4.1 Wiederverwendung von Hefe............................................................................. 11

3 Brauvorgang ................................................................................................................. 12

3.1 Schroten................................................................................................................. 12

3.2 Maischen................................................................................................................ 13

3.2.1 Enzyme .............................................................................................................. 13

3.2.2 Einmaischen....................................................................................................... 14

3.2.3 Maischprogramme und Maischverfahren........................................................... 15

3.2.4 Abmaischen ....................................................................................................... 16

3.3 Läutern................................................................................................................... 17

3.4 Bestimmung des Extraktgehalts mit der Bierspindel.............................................. 18

3.5 Würzekochen ......................................................................................................... 19

3.5.1 Hopfenzugabe.................................................................................................... 20

3.5.2 Hopfenseihen und Würzekühlung...................................................................... 21

4 Gärung........................................................................................................................... 22

4.1 Alkoholbildung........................................................................................................ 22

4.2 Einstellen der Stammwürze ................................................................................... 23

4.3 Gärtemperatur........................................................................................................ 24

4.4 Verlauf der Gärung ................................................................................................ 24

4.4.1 Hauptgärung ...................................................................................................... 25

4.4.2 Nachgärung........................................................................................................ 26

4.5 Bestimmung des Alkoholgehalts............................................................................ 27


5 Versuche ....................................................................................................................... 28

5.1 CO2-Entwicklung bei verschiedenen Wassersorten............................................... 28

5.2 CO2-Entwicklung bei verschiedenen Temperaturen .............................................. 30

5.3 CO2-Entwicklung bei verschiedenen Hefen ........................................................... 33

Nachwort .............................................................................................................................. 34

Literaturverzeichnis............................................................................................................. 35

Abbildungsverzeichnis ....................................................................................................... 36

Tabellenverzeichnis............................................................................................................. 36


Vorwort

Bier, ein Getränk, das man überall kennt. Es gibt unzählige verschiedene Geschmacksrich-

tungen, die das Bier zu einem abwechslungsreichen Genussmittel machen. Schon die Ägyp-

ter haben bierähnliche Getränke zu sich genommen.

Doch ist das ganze Gemisch aus ein paar wenigen Zutaten eine Hexerei zum selber Ma-

chen? Zuerst dachte ich nie daran, dass man bei sich zu Hause sein eigenes Bier brauen

kann. Doch als mir das ein Heimbrauer zeigte, war ich derart begeistert, dass ich selber an-

gefangen habe zu brauen. Was viele nicht wissen, es gibt weit aus mehr verschiedene Biere,

als man hier bei uns kaufen kann. Heimbrauer tragen dem Rechnung und produzieren eine

Vielfalt von ganz unterschiedlichen Bieren.

Bei der Gärung setzt sich CO2 frei. Ich untersuchte während meiner Arbeit, ob sich die CO2

Menge bei verschiedenen Temperaturen, Wassersorten und verschiedenen Hefen verändert.

Mit relativ einfachen Messmethoden begann ich das Ganze zu untersuchen.

Wie kann überhaupt der Alkoholgehalt festgestellt werden?

Rechtliche Grundlagen zur Bierherstellung in der Schweiz:

Heimbrauer brauchen keine Bewilligung, müssen keine Steuern entrichten und müssen sich

nicht an die Lebensmittelverordnung halten, solange sie ihr Bier nicht verkaufen.

Zum Thema Bierbrauen gibt es unzählige Bücher, für meine Arbeit habe ich mich hauptsäch-

lich an den Büchern Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer von Richard Lehrl und Bier

Brauen nach eigenem Geschmack von Hanghofer Hubert orientiert.

An dieser Stelle möchte ich mich bei folgenden Personen bedanken:

Herrn Lukas Mosimann, für die grossartige Unterstützung rund um das Brauen

Herrn Stefan Engl, für den Einblick in die kleinste Brauerei der Schweiz

Herrn Wolfgang Schatz, für die Betreuung bei der Maturaarbeit


1 Geschichte

Man nimmt an, dass bereits um 7000 v. Chr. in Vorderasien aus verschiedenen Getreidear-

ten, bierähnliche Getränke hergestellt wurden. In der Gegend des heutigen Iraks, fand man

auf einer Tontafel aus der Zeit um 4000 v. Chr. ein „Rezept“ zur Bierherstellung. Der Grund-

stoff war Emmer, eine Urform des Weizens. Da Reste vom Brauen noch dabei waren, wur-

den die Biere mit Halmen getrunken. Bier galt auch als Zahlungsmittel und die Priester wur-

den für ihre Dienste mit bis zu fünf Kannen Bier belohnt. Die Ägypter erfanden um 2000 v.

Chr. das Mälzen. Die Babylonier brauten und verkauften 20 verschiedene Biere.

Bei den Germanen wurde Bier zu einem wichtigen Produkt, während man in Griechenland

Bier nur für die armen Leute braute, weil die Reichen Wein bevorzugten. Der Kaiser Julius

Caesar brachte die Braukunst und das Bier nach England.

Während es um 700 n. Chr. noch Aufgabe der Frauen war, begann man um 1000 n. Chr.

auch in den deutschen Klöstern zu brauen. Das Bier durfte auch während der Fastenzeit

getrunken werden, da Flüssiges nicht das Fasten bricht. An Stelle von Eschenlaub oder Ei-

chenrinde verwendete man nun Hopfen. Um 1500 wurde Bier in Deutschland zu einer wich-

tigen Handelsware.

23.04.1516

Das ist ein wichtiges Datum in der Biergeschichte. An diesem Tag hatte Herzog Willhelm IV.

von Bayern das Reinheitsgebot erlassen. Darin wird festgehalten, dass zum Brauen nur

Gerste, Wasser und Hopfen verwendet werden darf. Weizen durfte nur noch zur Brotherstel-

lung verwendet werden.

Die Industrialisierung setzte sich um 1800 auch in den Brauereien durch. Die Dampfmaschi-

ne vereinfachte vieles beim Brauprozess. Carl Balling hatte eine Messmethode zur Extrakt-

bestimmung erfunden und Fritz Plato entwickelte später dieses System weiter. Bier wurde im

Jahre 1873 während der Gärung erstmals aktiv gekühlt. Somit konnte man von jetzt an un-

tergärige Biere während des ganzen Jahres brauen. Louis Pasteur machte es auch bei der

Bierherstellung möglich, steriler zu arbeiten.

Die Brauerei Schwechat bei Wien war um 1900 die grösste der Welt und produzierte 1 Milli-

on Hektoliter Bier pro Jahr.

Seit 1987 darf in Deutschland auch ausländisches Bier, das nicht nach dem Reinheitsgebot

gebraut wurde, verkauft werden.


2 Braurohstoffe

Die wichtigsten Rohstoffe zum Bierbrauen sind Getreide, Wasser und Hopfen. Getreide

besteht hauptsächlich aus Stärke, Enzyme wandeln diese in Zucker um. Der Hopfen gibt

dem Bier den Geschmack und die Bittere.

2.1 Rohstoff Getreide

Für die Bierherstellung verwendet man meistens Gerste, aber auch andere Getreide und

stärkehaltige Produkte, wie z.B. Kartoffeln oder Reis sind möglich. Für die Herstellung von

Bier wird eine spezielle Braugerste gezüchtet. Das Getreide ist für die Farbe, den Ge-

schmack und den Alkoholgehalt verantwortlich und man benötigt 150-200g für einen Liter

Bier. Wenn das Getreide noch geröstet wird, erhält man ein dunkleres und geschmacksin-

tensiveres Bier. Ein zu hoher Eiweissgehalt im Getreide mindert die Haltbarkeit des Bieres

und kann zu Trübungen führen, ein zu tiefer Gehalt kann die Gärung stören, da Eiweiss auch

Nahrung für die Hefe ist.1

Die Braugerste muss trocken und kühl (bei ca. 18 °C) gelagert werden, da sie sonst zu kei-

men anfängt.

Die Samenschale sowie die Spelzen bestehen hauptsächlich aus Zellulose. Sie schützen

das Gerstenkorn gegen Bakterien und andere Angriffe. Zwischen der Schale und dem Mehl-

körper ist die Aleuronschicht (Kleberschicht), die aus Eiweiss und Fetten besteht. Im Inners-

ten ist der Mehlkörper, der Energiespeicher, der die Stärke enthält. Wenn der Keimling an-

fängt zu wachsen, setzt er Enzyme frei, welche die Stärke in Zucker umwandeln. Für die

Bierherstellung ist der Keimling wichtig und darf deshalb nicht geschädigt sein.

2.1.1 Malz

Bier kann man mit einer Malzart oder mit verschiedenen Malzarten hergestellt werden. Das

wirkt sich auf Farbe und Geschmack aus. Die Gesamtheit aller vergärbaren Grundstoffe wird

vom Bierbrauer als Schüttung bezeichnet.

1 Diese Aussage wurde nur in der folgenden Quelle gefunden: Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 15.


Abb. 1: Gerstenfeld 1

Abb. 2: Malz 2

2.1.2 Mälzung

Für die Bierherstellung wird Zucker benötigt. Diesen gewinnt man aus der Stärke im Getrei-

de. Da die Stärke nicht direkt in Zucker umgewandelt werden kann, muss das Getreide zu-

erst gemälzt werden. Die Mälzung hat zwei Ziele:

- Enzyme bilden, die Stärke in Zucker umwandeln

- Die Wände der Stärkezellen abbauen, da diese die Stärke schützen

Das Gerstenkorn erledigt diese Arbeit im Frühjahr, wenn es auszutreiben beginnt. Die Mäl-

zung ist lediglich eine künstlich eingeleitete Keimung.

Die Bierbrauer kaufen normalerweise bereits gemälzte Gerste, da die Mälzung eine komple-

xe Angelegenheit ist und man spezielle Maschinen dafür benötigt.

Die Art der Mälzung bestimmt die Farbe und den Geschmack des Malzes. In Europa ver-

wendet man für die Farbe die EBC (European-Brewing-Convention) Einheit und in den USA

die Einheit SRM (Standard Reference Method). Je höher der Wert ist, desto dunkler ist die

Farbe des Bieres.

Umrechnungsformeln:

1.97 SRM EBC ×= 1.97

EBCSRM =

3

1 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Gerste.jpg 2 Eigenes Bild 3 Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000. S. 18.


EBC-Farbentabelle:

Farbeindruck EBC Farbe Hell 4-8 Gold - Orange 8-12 Bernstein - Amber 12-20 Kupfer 20-35 Braun 35-60 Schwarz >60

Tabelle 1 1

Die Farbe des Bieres wird aber nicht allein durch das Malz bestimmt, auch das Brauen kann

die Farbe noch beeinflussen.

2.1.3 Weitere vergärbare Rohstoffe

Nicht überall wird nach dem Reinheitsgebot gebraut, denn Malz aus Gerste herzustellen ist

ein aufwändiges und teures Verfahren. Daher kommen auch andere Rohstoffe zum Einsatz.

In China enthält das Bier einen Grossteil an Reis, der eine hellere Farbe und einen dünneren

Geschmack bewirkt. In den USA bestehen die Rohstoffe bis zu 50% aus Mais, weil er billiger

als Gerstenmalz ist. Weizenbiere enthalten mindestens 50%, jedoch maximal 70% Weizen,

da es sonst beim Abläutern Probleme gibt (Teigbildung).

2.2 Rohstoff Hopfen

Der Hopfen, der zur Familie der Hanfgewächse gehört, ist ein weiterer Rohstoff für die Bier-

herstellung. Er gibt dem Bier den ausschlaggebenden Geschmack. Seine Wirkung ist beru-

higend sowie schlaffördernd. Man verwendet die Hopfendolden der weiblichen Pflanzen.

1 Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München, 1999, S. 75.


Abb. 3: Bild eines Hopfendolden 1

Im Hopfen gibt es drei Inhaltsstoffe, die Bitter-, Aroma und Gerbstoffe. Im Weichharz der

Doldenblätter bildet sich Hopfenmehl (Lupulin). In ihm befinden sich die Aromastoffe (ätheri-

schen Öle), sowie die Bitterstoffe. Die Gerbstoffe kommen in den Hopfenstielen vor. Er er-

höht auch die Haltbarkeit des Bieres, stabilisiert den Schaum und klärt das Bier. Wichtige

Hopfenanbaugebiete findet man in Deutschland. Bekannt sind der Tettnanger und der Haller-

tauer Hopfen. Die verschiedenen Hopfensorten unterscheiden sich durch ihre α-Säuren, die

für die Bitterkeit verantwortlich sind, sowie durch ihre flüchtigen Öle, die dem Bier den typi-

schen Geschmack geben. Für die Auswahl des Hopfens, wird der Anteil an α-Säuren pro-

zentual zum Gewicht angegeben (1,5-15%).

2.2.1 Bitterstoffe:

Die Bittersäuren und die Harze hemmen das Bakterienwachstum.

α-Säuren = Humulone

Abb. 4: Strukturformel der α-Säure 2

1 http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/b/b8/Hopfenbl%C3%BCte.jpg 2 http://www.genome.jp/Fig/compound_small/C10695.gif


β-Säuren = Lupulone

Abb. 5: Strukturformel der β-Säure 1

Insgesamt gibt es vier Säuregruppen mit je fünf Säuren, die die gleiche Molekülgrundstruktur

haben und sich lediglich in den Seitenketten unterscheiden.

In Europa verwendet man für die Bitterkeit des Bieres das Mass EBU (European Bittering

Unit). Vereinzelt wird dieses Mass auch als IBU (International Bittering Unit) bezeichnet.

Typische EBU Werte:

Biersorte Bitterkeit (EBU) Weizenbier 8-15 Amerikanisches Budweiser 11-15 Märzen 18-25 Pils 30-45 Tschechisches Budweiser ca. 30 Irische Stouts bis 65

Tabelle 2 2

2.2.2 Aromastoffe:

Die flüchtigen Öle geben den Hopfendolden mit ihrem Anteil von 0.3-1.5% das charakteristi-

sche Aroma.

Der Hopfen soll kühl und in luftdichter Verpackung gelagert werden, denn sonst können die

Bittersäuren sowie die Aromastoffe oxidieren und verlieren dadurch ihre Wirkung.

2.2.3 Gerbstoffe:

Die Gerbstoffe beeinflussen den Geschmack des Bieres, bewirken eine hellere Farbe und

verbessern die Lagerfähigkeit.

1 http://www.genome.ad.jp/Fig/compound/C10706.gif 2 Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 30.


2.3 Brauwasser

Bier besteht zu 90 – 95% aus Wasser. Es gibt verschiedenen Faktoren, auf die man beim

Wasser achten muss: Qualität, Wasserhärte und pH-Wert. Vor dem Brauen muss das Was-

ser zuerst untersucht werden.

Einige Wasserwerke setzen dem Wasser Chlor hinzu, um es zu entkeimen. Bei intensivem

Chlorgeruch muss das Wasser vorher abgekocht werden, damit sich das Chlorgas verflüch-

tigt, ansonsten kommt es zu einer Reaktion mit dem Hopfen.

Nitrate gelangen durch das Düngen der Wiesen ins Wasser und würden die Hefe schädigen.

Durch bakterielle Umwandlung im Wasser können sie zu Nitrit werden, das krebserregend

ist.

Die Konzentration der im Wasser gelösten Calcium- und Magnesiumionen wird als Wasser-

härte bezeichnet und mit dem Deutschen Härtegrad (°dH) angegeben.

1 °dH = 1 Liter Wasser mit 10 mg Calciumoxid (CaO, gebrannter Kalk) 1

Bei einem Härtegrad von weniger als 8 °dH spricht man von weichem Wasser, bei mehr als

12 °dH von hartem Wasser.

2.4 Hefe

„Das Malz verleiht dem Bier Körper,

der Hopfen gibt ihm die Seele,

die Hefe aber bestimmt den Charakter!“ 2

Die Hefe ist ein einzelliger Pilz und gehört zur Familie der Saccharomyceten. Der Brauer

stellt lediglich die Flüssigkeit her, die mit Hilfe der Hefe zu Bier wird. Man unterscheidet zwi-

schen ober- und untergäriger Hefe. Untergärige Hefen sind einzellige Sporen, obergärige

reihensporig, was sie eher schwimmen lässt. Die ideale Gärtemperatur für die obergärige

Hefe ist ca. 15-20 °C und man verwendet sie für Weizen-, Altbier und Ale. Die aufsteigende

Hefe bildet zudem einen Schutz gegen Bakterien aus der Luft. Heute verwenden die Braue-

reien zu 80-90% untergärige Hefe mit einer idealen Gärtemperatur von ca. 10 °C. Früher

wurden die untergärigen Biere von Oktober bis April hergestellt. Das Bier für das Oktoberfest

wurde jeweils im März gebraut und daher entstand der Name Märzenbier. Mit untergäriger

Hefe erhält man ein frischeres, spritzigeres und länger haltbares Bier. Die Hefe zerlegt den

gewonnenen Zucker aus dem Getreide in Alkohol und CO2. Im Innern aber laufen weit um-

fassendere Vorgänge ab, die bis heute nicht alle erforscht und begründet sind. Dabei entste-

1 Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 45. 2 Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München, 1999, S. 21.


hen noch weitere Stoffe, die den Geschmack und die Qualität beeinflussen. Da die Hefe ein

Organismus ist, kann sie nicht beliebig oft verwendet werden und hat besondere Ansprüche.

Bei Temperaturen unter 4 °C kommt ihre Aktivität zum Erliegen, bei Temperaturen über 30

°C stirbt sie. Louis Pasteur hatte bemerkt, dass die Hefe sowohl unter anaeroben wie auch

unter aeroben Bedingungen leben kann. Je mehr Sauerstoff in der Würze vorhanden ist,

desto mehr kann sie sich vermehren. Daher wird zur Würze am Schluss viel Sauerstoff ge-

geben. Unter günstigen Bedingungen (genügend Nährstoffe), vermehrt sie sich durch Zelltei-

lung. Sonst bildet sie Sporen, die sogar Frost überstehen und die später unter besseren Be-

dingungen wieder Zellen bilden.

Abb. 6: Hefezellen unter dem Mikroskop 1

Die Brauereien filtrieren das Bier, nachdem die Gärung vollendet ist und entfernen so die

Hefe. Heimbrauer lassen diesen Schritt aus, da es ein zu aufwändiges und zu teures Verfah-

ren ist. Unfiltriertes Bier wird als naturtrüb bezeichnet.

2.4.1 Wiederverwendung von Hefe

Es wird zwar empfohlen, immer frische Hefe zu verwenden, denn durch jede Wiederverwen-

dung verschlechtern sich die Hefeeigenschaften sowie die Reinheit. Dennoch verwenden

viele Brauer die gleiche Hefe mehrmals zur Gärung. In England wird sie bis zu 24 Mal wie-

derverwendet. Die Hefe wird in einer Flasche im Kühlschrank aufbewahrt, denn bei Zimmer-

temperatur würde sie arbeiten.

1 Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 35.


3 Brauvorgang

Den gesamten Brauvorgang habe ich einige Male durchgeführt und nachfolgend dokumen-

tiert. Ungefähr das gleiche Brauverfahren wenden auch die Brauereien an.

Übersicht über alle Schritte beim Brauen:

Abb. 7: Flussdiagramm der Bierherstellung 1

3.1 Schroten

Das Wasser hat fast keinen Zugang zum Mehlkörper des Malzes. Demzufolge müssen die

Malzkörner zerkleinert werden, was als Schroten bezeichnet wird. Dabei sollten die Spelzen

nicht zu stark beschädigt werden, weil sie später beim Läutern als Filter wirken sollten und

die Schwebstoffe der Würze zurückhalten müssen. Das Malz sollte erst kurz vor dem Brauen

geschrotet werden, weil geschrotetes Malz schlechter haltbar ist.

1 Eigenes Bild


Abb. 8: Schrotmühle 1

3.2 Maischen

Maischen ist ein ausschlaggebender Schritt bei der Bierherstellung. Das geschrotete Malz

besteht immer noch zum grossen Teil aus unvergärbarer und wasserunlöslicher Stärke.

Durch die Mälzung entstanden Enzyme, die Stärke in Zucker umwandeln können. Das Mai-

schen aktiviert diese Enzyme. Das geschrotete Malz wird zunächst in eine Pfanne (Maisch-

bottich) gegeben und mit Wasser vermischt. Es gibt verschiedene Maischverfahren, die wei-

ter unten beschrieben werden.

Abb. 9: Maischbottich 1

Abb. 10: Maische 1

3.2.1 Enzyme

Enzyme sind von lebenden Organismen gebildete Eiweissstoffe. Sie können nur eine chemi-

sche Reaktion beeinflussen. Jedes Enzym hat einen optimalen Arbeitsbereich, ein so ge-

nanntes Temperaturfenster. Ist die Temperatur zu tief, ist das Enzym nicht voll aktiv, ist sie 1 Eigene Bilder


zu hoch, wird es geschädigt. Der Brauer kann durch die Steuerung der Maischtemperatur

und -dauer bestimmen, welches Enzym wie lange aktiv bleiben soll. Dadurch wird bestimmt,

wie viel unvergärbare Zucker die Würze enthält, ob das Bier mehr oder weniger süss wird.

Von den vielen Enzymen sind zwei Gruppen von grosser Bedeutung:

- Proteasen spalten die langkettigen Eiweissstoffe in Bruchstücke, die für die Schaum-

stabilität und die Gärung von Vorteil sind.

- Amylasen zerteilen die langen Stärkeketten in Zucker. α-Amylase und β-Amylase

sind zwei wichtige Varianten.

Die α-Amylase spaltet die Ketten der Amylose willkürlich auf, dadurch entsteht ein nicht ver-

gärbarer Zucker (Dextrine). Ihre beste Wirkung erreicht sie bei einer Temperatur von 72-75

°C. Ab 78 °C werden die Enzyme geschädigt.

Die β-Amylase spaltet die Ketten von ihren Enden her auf. Dadurch entsteht vergärbarer

Malzzucker (Maltose). Ihre optimale Temperatur liegt bei 60-65 °C. Ab 70 °C tritt eine Schä-

digung auf.

3.2.2 Einmaischen

Malz wird mit Wasser vermischt. Diesen Vorgang nennt man Einmaischen. Es wird nicht die

ganze Wassermenge am Anfang dazugegeben, sondern in Hauptguss für das Einmaischen

und in Nachguss für das Abläutern aufgeteilt. Zudem muss berücksichtigt werden, dass

durch das ständige Kochen einige Liter Wasser verdampfen und Wasser im Malz zurück

bleibt. Deshalb wird ungefähr 10-15% mehr Wasser benötigt. Typische Mengen für den

Hauptguss lassen sich aus der Tabelle 3 entnehmen.

Benötigte Wassertemperatur (°C) bei einem Wasser-Malz-Verhältnis von Zieltemperatur

(°C) 1.5 l/kg 2 l/kg 2.5 l/kg 3 l/kg 3.5 l/kg 35 40 39 38 37 37 50 60 57 56 55 54 62 76 72 70 69 68 70 87 82 80 78 77 Tabelle 3 1

Da Maischgefäss und Schüttung kälter als die Einmaischtemperatur sind, muss die Wasser-

temperatur höher angesetzt werden als die gewünschte Zieltemperatur.



3.2.3 Maischprogramme und Maischverfahren

Man unterscheidet zwischen Maischprogrammen und Maischverfahren. Das Maischpro-

gramm beschreibt den Verlauf der Temperatur vom Einmaischen bis zum Abmaischen. Das

Maischverfahren beschreibt die Art, wie die Temperaturänderungen herbeigeführt werden.

In der Tabelle 4 sind die Temperaturen für die einzelnen Rasten und ihre Enzymwirkung zu-

sammengefasst.

Temperatur Wirkung

35 °C Hier erfolgt manchmal das Einmaischen. Zytolytische Enzyme beginnen die Zellwände zu zerlegen, was eine höhere Ausbeute beim Läutern ergibt. Für den Heimbrauer ist diese Temperaturstufe von geringer Bedeutung.

45 °C Untere Temperaturgrenze für die Eiweißrast. Es werden hauptsächlich gä-rungsfördernde Eiweiße gebildet.

50 °C Übliches, ausgewogenes Temperaturoptimum für die Eiweißrast.

55 °C Obere Temperaturgrenze für die Eiweißrast. Es werden hauptsächlich schaumstabilisierende Eiweiße gebildet.

60-65°C Optimaler Bereich für die Aktivität von β-Amylase. Stärke wird hauptsächlich in vergärbare Zucker zerlegt. Protease, das bei der Eiweißrast aktive Enzym, wird bereits geschädigt.

70 °C β-Amylase wird geschädigt.

72-75 °C Optimaler Bereich für die Aktivität von α-Amylase. Stärke wird hauptsächlich in nicht vergärbare Zucker zerlegt. Ein Bier, das ausschließlich bei dieser Temperatur gemaischt würde, wäre sehr süß, jedoch relativ alkoholarm.

78-79 °C Typische Temperatur für das Abschließen des Maischens und den Beginn des Läuterns.

80 °C α-Amylase wird geschädigt. Tabelle 4 1

Es werden nicht immer sämtliche in der Tabelle beschriebenen Rasten durchgeführt. Einzel-

ne Rasten können ausgelassen oder mehrere zusammengefasst werden.

Es gibt mehrere Verfahren, wie man zu den verschiedenen Rasttemperaturen gelangt. Es

gibt keine eindeutige Festlegung, welches Verfahren wann angewendet werden soll, dies

bleibt dem Brauer freigestellt.

Infusionsverfahren

Infusion kommt aus dem Lateinischen und bedeutet „einfüllen, eingiessen“. Dieses Verfahren

wird heute nicht mehr industriell angewendet. Beim Infusionsverfahren wird solange heisses

Wasser eingefüllt, bis die nächste Temperaturstufe erreicht ist. Der Vorteil liegt darin, dass

es einfach zu handhaben ist, da nur Wasser erhitzt werden muss und nicht die Maische, was

ein Anbrennen verhindert. Ein Nachteil ist, dass mit jeder Temperaturerhöhung neues Was-

ser eingegossen werden muss. Dadurch kann die Maische zu dünnflüssig werden, deshalb



sollte dieses Verfahren nur bei Maischprogrammen mit wenigen Rasten angewendet wer-

den.

Anwärmverfahren

Beim Anwärmverfahren wird die ganze Maische bis zur nächsten Temperaturstufe erhitzt.

Die Brauereien wenden zunehmend dieses Verfahren an. Das Anwärmverfahren hat den

Vorteil gegenüber dem Infusionsverfahren, dass die Wassermenge für den Hauptguss aus-

gerechnet werden kann und fix bleibt. Die Gefahr beim Anwärmverfahren liegt darin, dass

die Maische anbrennen kann oder dass die Heizquelle eine zu geringe Leistung hat. Voraus-

setzung ist mindestens 1 °C je Minute.

Dekoktionsverfahren

Dekoktion stammt ebenfalls aus dem Lateinischen und bedeutet „gar kochen“. Bei diesem

Verfahren wird ein Teil der Maische entnommen, auf eine höhere Temperatur erhitzt und

wieder zurückgeleert. Die Zieltemperatur der gesamten Maische wird so erreicht, aber es

wird dafür kein zusätzliches Wasser benötigt. Auswirkungen:

- Durch das Kochen kommen die Enzyme besser an die Stärke der Mehlkörper, da die

Zellwände zerstört werden.

- Es werden mehr Geschmackstoffe aus dem Malz gelöst.

- Das Kochen der Teilmaische bewirkt, dass das Bier dunkler wird.

- Durch das Kochen werden die Enzyme der Teilmaische zerstört, was ein Nachteil

des Dekoktionsverfahren ist.

Für untergärige Biere wurde früher, im deutschsprachigen Raum, meistens das Dekoktions-

verfahren angewendet.

3.2.4 Abmaischen

Nach der α-Amylaserast beginnt man nicht sofort mit dem Abläutern, sondern erhöht die

Temperatur auf max. 78 °C. Dadurch wird die Maische dünnflüssiger und kann leichter ge-

läutert werden. Die β-Amylase wird zudem vollständig gestoppt, während die α-Amylase aber

noch weiterläuft. Das heisst, allfällige Stärkereste werden noch in unvergärbaren Zucker um-

gewandelt, vergärbarer Zucker wird aber nicht mehr gebildet.


3.3 Läutern

Nachdem nun die Stärke in Zucker umgewandelt ist, beginnt man mit dem Läutern. Dabei

möchte man die festen, unlöslichen Bestandteile von der Würze absondern. Dabei bleiben

die Treber und ein Teil des Zuckers zurück. Mit Hilfe von Anschwänzwasser, dem Nachguss,

möchte man diesen Restzucker ebenfalls aus den Trebern lösen.

Die traditionelle Art des Läuterns erfolgt im Läuterbottich. In ihm befindet sich ein Senk- oder

Siebboden, sowie ein Ablassloch. Der Siebboden hat viele tausend kleine Löcher, durch

welche die Würze hindurch- und durch einen Schlauch abfliessen kann. Die eigentliche Filt-

rierung erfolgt aber durch die Treber. Am Anfang ist die Würze noch sehr trüb, daher nennt

man sie auch Vorderwürze. Diese gibt man nochmals in den Läuterbottich zurück. Sobald

klare Würze abläuft, wird das Anschwänzwasser über die Treber gegossen.

Abb. 11: Abläutern 1

Abb. 12: Läuterbottich 1

Abb. 13: Läutersieb (Senkboden) 1

Abb. 14: Läuterbottich mit Treber 1

1 Eigene Bilder


3.4 Bestimmung des Extraktgehalts mit der Bierspindel

Alle Stoffe zusammen, die sich in der Würze befinden, bezeichnet man als Extrakt. Man

misst während verschiedenen Phasen den Extraktgehalt, der sich zum grössten Teil aus

vergär- und unvergärbaren Zuckern zusammensetzt. Die anderen Stoffe fallen kaum ins

Gewicht. Der Extraktgehalt wird zunehmend kleiner, da Zucker laufend in Alkohol und CO2

umgewandelt wird. Angegeben wird er in Gewichtsprozenten oder als Grad Plato (°P). Ein

Beispiel für den Extraktgehalt: 100g Würze mit 10% Extraktgehalt bedeutet, dass die Würze

aus 90g Wasser und aus 10g Extrakt besteht.

Für den Extraktgehalt gilt näherungsweise:

Extraktgehalt [%] = 4

1000[g/l] Dichte −

1

Eine andere Masseinheit für den Extraktgehalt ist das Grad Oechsle (°Oe). Es gilt:

°Oe = Dichte [g/l] - 1000 2

Für die Bierspindel gibt es verschiedene Namen, wie Aerometer, Bierwürzespindel, Senk-

waage, Saccharometer oder Hydrometer. Die meisten Bierspindeln sind auf 20 °C geeicht,

was bedeutet, dass die Würze zuerst auf diese Temperatur gebracht werden sollte, bevor

man den Extraktgehalt misst.

Das ganze funktioniert folgendermassen:

Je mehr unvergorener Zucker in der Würze enthalten ist, desto grösser ist das spezifische

Gewicht. Demzufolge taucht das Hydrometer weniger tief ein und es wird ein höherer Ex-

traktgehalt gemessen. Mit zunehmender Vergärung nimmt das spezifische Gewicht ab und

die Bierspindel sinkt weiter ein. Es wird ein tieferer Extraktgehalt gemessen. Am Ende des

Gärvorgangs wird ein Extraktgehalt von ca. 2.5% oder 10 °Oe bzw. eine Dichte von 1010 g/l

gemessen.

1 Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 71. 2 Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 72.


Abb. 15: Bierspindel 1

Abb. 16: Bierspindel in Bier 1

3.5 Würzekochen

Beim Würzekochen oder auch Suden genannt, wird zunächst die Würze zum Sieden ge-

bracht. Wichtig ist dabei, dass die Würze während ca. 90 Minuten richtig brodelt. Die Qualität

des Bieres hängt entscheidend von der Intensität und der Dauer der Kochzeit ab.

Das Würzekochen bewirkt:

- Deaktivierung der Enzyme: Es werden durch das Sieden jegliche Enzyme zerstört

- Würzesterilisation: Bakterien werden abgetötet. Ab jetzt gilt es, steril zu arbeiten.

- Abscheiden von Eiweissstoffen: Diese würden eine Trübung des Bieres bewirken.

- Lösen der Hopfenbitterstoffe: Der Hopfen löst sich im siedenden Wasser auf. Er gibt

dadurch seine Bitterstoffe an die Würze ab.

- Eindampfung der Würze: Für das Erreichen der gewünschten Konzentration der

Würze.

- Austreiben unerwünschter Substanzen: Es befinden sich in der Würze immer noch

einige Stoffe, die sich negativ auf den Geschmack ausrichten können. Dimethylsulfid

(DMS), bewirkt z.B. eine gemüseartige Geschmacksnote. Dieser Stoff verflüchtigt

sich durch die Hitze. Daher sollte beim Würzekochen kein Deckel verwendet werden,

obwohl es energiesparender wäre.

1 Eigene Bilder


Abb. 17: Würzekochen 1

Abb. 18: Würze 1

3.5.1 Hopfenzugabe

Ein Teil des Hopfens wird nach Kochbeginn zugegeben, damit er die Bitterkeit abgeben

kann. Der andere Teil wird erst etwa 5-10 Minuten vor dem Ende des Kochens beigegeben,

damit seine Aromastoffe nicht verloren gehen. Bei den Bierrezepten ist immer eine geteilte

Auflistung der Hopfengaben angegeben, um festzulegen, welche für die Bitterkeit und wel-

che für das Aroma zuständig ist. Die Hopfendolden weichen sich in der Würze auf und zirku-

lieren danach durch die ganze Pfanne. Über den Zeitpunkt der Zugabe des Hopfens sind

sich die Heimbrauer uneinig. Manche geben den Bitterhopfen erst nach der sichtbaren Ver-

klumpung des Eiweisses dazu.

Anstelle von ganzen Hopfendolden können auch gepresste Hopfenpellets verwendet wer-

den.

1 Eigene Bilder


Abb. 19: Hopfenpellets (ungefähr wirkliche Grösse) 1

3.5.2 Hopfenseihen und Würzekühlung

Nachdem die Würze fertig „gesudet“ ist, befindet sich darin der Heisstrub mit dem aufge-

weichten Hopfen und dem verklumpten Eiweiss. Der Heisstrub muss vor dem Abfüllen oder

Herunterkühlen noch abgeschieden werden. Dazu wird zuerst die ganze Würze sehr stark im

Kreis gedreht, damit sich die festen Stoffe in der Mitte ansammeln. Dieser Vorgang wird als

Whirlpool bezeichnet. Mit einem Würzesiphon saugt man die Flüssigkeit ab. Da sich die fes-

ten Stoffe in der Mitte angesammelt haben, werden sie nicht mit abgesaugt. Entweder wird

die klare Würze zuerst in einer Kühlvorrichtung gekühlt oder aber man füllt sein Jungbier

heiss direkt in das Gärfass ab. Letzteres ist eher zu empfehlen, da das Desinfizieren des

Gärfasses mit Chemie wegfallen kann, weil dies von der Würze mit ihrer Temperatur von

ungefähr 90 °C erfolgt. Zudem verbraucht das Herunterkühlen sehr viel Wasser.

Abb. 20: Hopfenseihen mit Würzesiphon 1

1 Eigene Bilder


4 Gärung

Bevor die Hefe zum Gären dazugegeben wird, sollte die Würze mit viel Sauerstoff versetzt

werden, da dieser von der Hefe benötigt wird. Die Hefe kann sich dadurch schneller vermeh-

ren und die Gärung setzt sich besser in Gang. Man kann die Würze auf verschiedene Arten

belüften. Entweder durch Umschütten von einem Gefäss in ein anderes, durch Einschlagen

mit Hilfe eines Löffels während ungefähr 10-15 Minuten oder mit einer Luftpumpe.

Die Hefe wandelt den Zucker in Alkohol und CO2 um, dabei entsteht Wärme.

Chemische Formel:

C6H12O6 � 2 C2H5OH + 2 CO2 + 105 kJ 1

Zucker Ethylalkohol Kohlendioxid Wärme

4.1 Alkoholbildung

Abb. 21: Vereinfachtes Bild der Alkoholbildung 2

Das Glucose Molekül wird gespalten, dabei entsteht Energie. Nach Entzug von Wasserstoff

durch den Hilfsstoff X spaltet sich Kohlendioxid ab. Der nun entstandene Stoff Acetaldehyd

entzieht dem X-H2 Molekül wieder den Wasserstoff und somit ist X wieder fähig, beim ener-

gieliefernden Schritt mitzuwirken.

In Wirklichkeit entsteht bei der Gärung wesentlich mehr als nur Alkohol und CO2. Es gibt

rund 1000 weitere Stoffe, die alle einen Einfluss auf den Geschmack des Bieres haben.

1 Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 99. 2 Bild nach Gottschalk, Gerhard: Biotechnologie: das ZDF-Studienprogramm als Buch. Köln, 1986, S. 40.


4.2 Einstellen der Stammwürze

Die Stammwürze, oft auch als Original Gravity (OG) bezeichnet, ist der Extraktgehalt der

Würze, bevor sie vergärt wird. Die Stammwürze gibt Aufschluss über die Maisch- und Läu-

terarbeit und beträgt je nach gewünschtem Biertyp etwa 6-20%. Mit zunehmender Erfahrung

wird man diesen Wert auf ± 1% genau treffen. Korrekturen nach unten können durch Zugabe

von abgekochtem Wasser vorgenommen werden.

Berechnung der Wassermenge:

(l) Würze(%) ürzeZielstammw

(%) ürzeZielstammw - (%) ammwürzeAusgangsst (l) Wasser ×=

1

Wenn die Stammwürze erhöht werden muss, kann man die Würze entweder nochmals ko-

chen oder Zucker bzw. Malzextrakt dazugeben. Eines sollte aber beim Kochen beachtet

werden, denn falls Aromahopfen verwendet wurde, verflüchtigt sich das Aroma mit dem

Dampf. Wenn Zucker verwendet wird, um eine scheinbare Verbesserung zu erzielen, be-

zeichnet man das als Strecken oder Aufzuckern und ist ziemlich verpönt, da es nicht dem

Reinheitsgebot entspricht und es keine Verbesserung hervorruft. Durch die Zuckerzugabe

wird lediglich mehr Alkohol hergestellt, aber der Geschmack ändert sich nicht. Die Zugabe

von Malzextrakt ist ebenfalls heikel, denn das Gleichgewicht zwischen vergärbaren und un-

vergärbaren Zuckern kann gestört werden. Mit der Malzextraktzugabe gelangen 15-20% un-

vergärbare Zucker in die Würze, daher sollte dieser Schritt gut überlegt werden.

Malzextrakt wird hergestellt, indem Würze solange eingedickt wird, bis sie nur noch etwa

20% Wasser enthält. Aus Braugerste hergestellter Extrakt kann durchaus befriedigende Re-

sultate liefern, während normaler Malzextrakt aus dem Lebensmittelhandel für die Bierher-

stellung nicht geeignet ist. Ausser zum Einstellen der Stammwürze kann Malzextrakt auch

zur Herstellung der Maische verwendet werden.

Oft wird mit einer erhöhten Stammwürze gebraut und anschliessend die Würze verdünnt.

Dieses Verfahren nennt man auch das High gravity-Verfahren.

Das bietet die folgenden Vorteile:

- kleinere Wassermenge beim Maischen

- und daher kleinerer Energieaufwand



Nachteile:

- Wirkungsgrad beim Läutern ist kleiner und daher muss dort behutsam vorgegangen

werden

- Es muss mehr Bitterhopfen verwendet werden, da die Ausnutzung bei kleinerer Was-

sermenge nicht so effektiv ist.

Auf keinen Fall sollte die Würze zuerst vergärt und dann mit Wasser verdünnt werden. Denn

die Gärung könnte wegen der konzentrierten Würze ins Stocken geraten oder sogar vorzeitig

abbrechen.

4.3 Gärtemperatur

Die Gärtemperatur hat verschiedene Einflüsse auf das Bier. Zum einen spielt sie für die

Dauer der Vergärung eine wichtige Rolle, zum anderen beeinflusst sie den Geschmack. Eine

höhere Gärtemperatur produziert mehr Ester und Alkohole, dadurch wird das Bier fruchtiger.

Bei einer Gärtemperatur von mehr als 22 °C, kann es zu einer Infektion des Bieres kommen.

Obergärige Biere sollten bei einer Temperatur von 15-20 °C vergoren werden, untergärige

bei einer solchen von 5-12 °C. Durch die Erfindung der Kühlmaschine ist es nun möglich

auch im Hochsommer untergärige Biere herzustellen. Es gibt unzählige weitere Möglichkei-

ten wie man eine ideale Gärtemperatur für das Bier erreichen kann, z.B. durch temperatur-

gesteuerte Kühlschränke, Picknickboxen mit integriertem Kühlsystem, umwickeln des Gär-

fasses mit nassen Tüchern und optionalem Kühlen mit einem Ventilator.

4.4 Verlauf der Gärung

Nachdem die Hefe der Würze beigegeben wurde, beginnt die latente Phase. In dieser Phase

vermehrt sich die Hefe nicht, denn sie muss sich zuerst an ihre neue Umgebung anpassen.

Nach einigen Stunden, je schwächer die Hefe umso länger, ist die latente Phase vorbei und

es beginnt die Vermehrungsphase.

In dieser Phase benötigt die Hefe viel Sauerstoff. Es kommt zum Aufbau von elementaren

Fettsäuren, welche nicht vollständig in der Würze vorliegen. Dies geschieht mit Hilfe des

Sauerstoffes. Falls zuwenig Sauerstoff vorhanden ist, kann sich die Hefe nicht genügend

vermehren und die Gärung kommt schleppend voran. Deshalb muss die Würze anfangs gut

belüftet werden. Brauereien können weit mehr Hefe zu ihrer Würze dazugeben, als Heim-


brauer. Eine Zugabe von 1 Liter Hefe pro 100 Liter Würze ist üblich, von Heimbrauern wird

30g Trockenhefe auf 100 Liter Würze verwendet.

Nachdem der Sauerstoff verbraucht ist, vermehrt sich die Hefe nicht mehr weiter und die

Vermehrungsphase, die ein paar Stunden bis ein paar Tage dauern kann, ist dadurch abge-

schlossen.

4.4.1 Hauptgärung

Die Hauptgärung beginnt nach der Vermehrungsphase der Hefe. In dieser Phase wird der

Zucker vergärt und in Alkohol und CO2 umgewandelt. Dabei kann es zu grossen Schaumbil-

dungen kommen, was normal ist. Daher sollte ein Gärfass nur zu 75-80% gefüllt werden.

Falls es zu einem Überschäumen kommt, kann der Schaum abgeschöpft werden. Es besteht

die Gefahr, dass Fliegen, die Essigsäure auf sich tragen, das Bier infizieren. Zusammen mit

dem entstehenden CO2 bildet der Schaum einen natürlichen Schutz gegen Infektionen, der

aber gegen Ende der Gärung abnimmt. Der beste Schutz gegen Fliegen, Pilze, Luft usw.

bietet eine Gärglocke.

Abb. 22: Gärglocke 1

Fliegen, Pilze und Luft können nicht durch das Wasser hindurch. Das Schaumstöffchen bie-

tet einen Schutz gegen das Austreten des Schaumes. Bei der Hauptgärung ist ein leises

Blubbern vom austretenden CO2 zu hören, welches gegen das Ende zu abnimmt.

1 Eigenes Bild


4.4.2 Nachgärung

Sobald die Hauptgärung vorbei ist und sich der Extraktgehalt nicht mehr ändert, kann das

Bier für die Nachgärung in Flaschen abgefüllt werden.

Von der Hauptgärung her enthält das Bier bereits Kohlensäure entsprechend der Sätti-

gungskonzentration bei atmosphärischem Druck. Diese ist abhängig von der Gärtemperatur

(siehe Tabelle 5). Der gewünschte Kohlensäuregehalt für verschiedene Biersorten kann aus

Tabelle 6 entnommen werden. Durch Zugabe von Zucker kann bei der Nachgärung die feh-

lende Kohlensäure gebildet werden. Da nur die Hälfte des Zuckers in Kohlensäure umge-

wandelt wird, die andere in Alkohol, muss die doppelte Menge an Zucker beigefügt werden.

Tabellen für Zuckerzugabe:

CO2- Sättigungskonzentration bei atmo-sphärischem Druck

Temperatur g CO2 / l 0 °C 3.20 2 °C 3.00 4 °C 2.80 6 °C 2.60 8 °C 2.45

10 °C 2.30 12 °C 2.15 14 °C 2.00 16 °C 1.90 18 °C 1.75 20 °C 1.65 22 °C 1.60

Tabelle 5 1

typische Kohlensäuregehalte in verschie-denen Biersorten

Sorte g CO2 / l von bis

Lager 4.0 5.0 Weizenbiere 6.5 9.0 British Ales 3.0 4.0

Porter, Stout 3.4 4.5 Belgische Ales 3.8 4.8

Lambic 4.8 5.5 Frucht-Lambic 6.0 9.0

Tabelle 6 1

Formel zur Berechnung der Zuckermenge:

5) Tabelle aus Wert- 6 Tabelle aus (Wert 2 [g/l] beZuckerzuga ×=

1 Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München, 1999, S. 124.


4.5 Bestimmung des Alkoholgehalts

Carl Balling hat herausgefunden, dass pro 2.06665g Extrakt 1.00000g Alkohol, 0.95665g

CO2 und 0.11000g Hefe entstehen. Aus dieser Erkenntnis hat er seine berühmte Formel ab-

geleitet, mit der man vom fertig vergorenen Bier die Stammwürze (zurück-)ermitteln kann.

A) (1.0665 100 A)) (2.0665 100(E

ST×+

×+=

ST = Stammwürze E = Extrakt im vergorenen Bier A = Alkohol in Gewichtsprozent

1

Löst man diese Formel nach A auf, so kann man den Alkoholgehalt in Gewichtsprozent aus

der Stammwürze und dem Extraktgehalt im vergorenen Bier ausrechnen.

ST) (0.010665 - 2.0665

E - ST A

×

=

Um den Alkoholgehalt in Volumenprozent zu erhalten muss der Alkoholgehalt in Gewichts-

prozent mit der Dichte des Wasser-Restextrakt-Gemisches multipliziert und durch die Dichte

von Alkohol dividiert werden.

Da

D A Av

×

= D = Dichte des Extraktes im vergorenen Bier Av = Alkohol in Volumenprozent Da = Dichte des Alkohols (0.794 g/ml)

1 http://www.api.or.at/akis/texte/001/stwuebi.htm


5 Versuche

Während dem Schreiben meiner Maturaarbeit, habe ich einige Versuche zur alkoholischen

Gärung durchgeführt. Dabei wurde die CO2-Entwicklung bei verschiedenen Wassersorten,

verschiedenen Temperaturen und bei verschiedenen Hefen untersucht. Die Versuche boten

einige Schwierigkeiten. Man musste z.B. die Gärflüssigkeit einige Zeit stehen lassen, bis die

CO2-Produktion einsetzte. Die Spritzen mussten zudem gut gefettet werden und es musste

sichergestellt werden, dass beim Aufsetzen der Spritze kein Anfangsdruck im Erlenmeyer-

kolben entstand. Ausserdem setzte die Gärung nicht jedes Mal ein. So brauchte es mehrere

Anläufe, bis zufrieden stellende Ergebnisse vorlagen. Die einfache Messmethode mit einer

Spritze ist zudem weder genau noch effektiv.

5.1 CO2-Entwicklung bei verschiedenen Wassersorten

Es soll untersucht werden, ob die CO2-Entwicklung von der verwendeten Wassersorte beein-

flusst wird.

Verwendete Wassersorten:

- Leitungswasser - destilliertes Wasser - Mineralwasser (Valserwasser Classic) mit folgenden Inhaltsstoffen:

� Calcium � Magnesium � Sulfat

Total 1870 mg/l

Vor dem Versuch wurde die Kohlensäure durch Schütteln aus dem Mineralwasser entfernt.

Versuchsbeschreibung

Es wird ein Erlenmeyerkolben mit einer Spritze verwendet. Die Spritze wird zuvor mit Sili-

konöl bestrichen, damit sie gut gleitet. In den Kolben wird folgende Gärflüssigkeit gegeben:

65g Zucker

65ml heisses Wasser von ca. 80 °C

� aufrühren, bis der Zucker vollständig gelöst ist.

135ml kaltes Wasser von ca. 20 °C dazugeben

� gut durchmischen und warten, bis die Wassertemperatur unter 30 °C ist, da

sonst die Hefe stirbt.

ca. 0.9g Turbohefe beifügen


Die Versuche wurden nacheinander und mit der gleichen Spritze durchgeführt, um ein präzi-

seres Ergebnis zu erhalten.

Die Versuchsanordnung wurde zuerst 2 Tage stehen gelassen, damit sich die Gärung richtig

in Gang setzen konnte.

Beobachtungen und Versuchsergebnis

Es war zu beobachten, dass sich die verschiedenen Lösungen unterschiedlich dunkel färb-

ten, Mineralwasser am Stärksten, Leitungswasser am Schwächsten. Jedoch wirkten sich die

verschiedenen Wassersorten nicht auf die CO2-Menge aus.

Zeit (min)

CO2-Menge in ml bei Leitungswasser

CO2-Menge in ml bei destilliertes Wasser

CO2-Menge in ml bei Mineralwasser

1:00 2.2 2.2 2.3 1:15 2.8 2.7 3.2 1:30 4.8 4.5 4.0 1:45 5.5 5.3 4.7 2:00 6.5 6.2 5.7 2:15 7.3 7.0 6.5 2:30 8.0 8.0 7.3 2:45 9.0 9.0 8.7 3:00 9.8 9.7 9.3 3:15 10.7 10.3 10.2 3:30 11.7 11.0 11.0 3:45 12.7 12.0 11.7 4:00 13.7 12.8 12.7 4:15 14.5 13.7 13.7 4:30 15.2 14.3 14.7 4:45 15.8 15.2 15.3 5:00 16.7 16.2 16.5 5:15 17.5 16.8 17.2 5:30 18.7 17.7 18.2 5:45 19.7 18.5 19.0 6:00 20.0 19.3 20.0 6:15 20.0

Tabelle 7: Bei den Werten handelt es sich um Mittelwerte 1

1 Eigene Tabelle


Ausgangslage: Schlussergebnis: alle 3 Sorten Leitungswasser destilliertes Wasser Mineralwasser

0

5

10

15

20

25

01:15

01:45

02:15

02:45

03:15

03:45

04:15

04:45

05:15

05:45

06:15

Zeit (min)

CO

2-M

eng

e (m

l)

Leitungswasser

destilliertes Wasser

Mineralwasser

Abb. 23: CO2-Menge bei verschiedenen Wassersorten

1

Fazit

Das Ergebnis zeigt, dass die verschiedenen Wassersorten keinen Einfluss auf die CO2-

Menge haben. Die Unterschiede sind bei dieser Zeitspanne so gering, dass sie vernachläs-

sigt werden können.

5.2 CO2-Entwicklung bei verschiedenen Temperaturen

Es soll untersucht werden, ob sich unterschiedliche Temperaturen auf die alkoholische Gä-

rung auswirken.

1 Eigene Grafik

Spritze


Es wird die CO2-Menge bei folgenden Temperaturen untersucht:

- 5 °C im Kühlschrank - 15 °C im Keller - 25 °C im Warmwasserbad

Versuchsbeschreibung

Es werden die gleichen Geräte und die gleiche Gärflüssigkeit verwendet.

Die Versuche wurden ebenfalls nacheinander und mit der gleichen Spritze durchgeführt und

die Versuchsanordnung wurde auch 2 Tage stehen gelassen. Anschliessend wurde die Gär-

flüssigkeit auf die entsprechende Temperatur für die Messungen gebracht.


Bei tieferen Temperaturen bilden sich weniger Bläschen im Gefäss als bei höheren Tempe-

raturen.

Zeit

(min) CO2-Menge in ml bei

5 °C CO2-Menge in ml bei

15 °C CO2-Menge in ml bei

25 °C 1:00 0.5 1 4 1:30 1 1.5 6 2:00 1.25 2 9 2:30 2 3 12 3:00 2 4 15 3:30 2.25 5 17.5 4:00 2.5 6.5 19 4:30 3 7.5 20 5:00 3 8.25 5:30 3.5 9 6:00 3.5 10 6:30 3.75 11 7:00 4 12 7:30 4 13 8:00 4.25 14 8:30 4.25 15 9:00 4.5 16 9:30 4.75 16.75

10:00 4.75 17 10:30 5 18 11:00 5.25 18.5 11:30 5.5 19.5 12:00 5.75 20 12:30 6 13:00 6.25 13:30 6.5 14:00 6.75 14:30 6.75 15:00 7

Tabelle 8: Bei den Werten handelt es sich um Mittelwerte 1

1 Eigene Tabelle


Ausgangslage: nach 5 Minuten: alle 3 Sorten 5 °C 15 °C 25 °C

0

5

10

15

20

25

01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30

Zeit (min)

CO

2-M

eng

e (m

l)

5 °C

15 °C

25 °C

Abb. 24: CO2-Menge bei verschiedenen Temperaturen

1

Fazit

Die Temperatur hat einen wesentlichen Einfluss auf den Gärverlauf. Das war zu erwarten,

denn generell laufen chemische Reaktionen bei höheren Temperaturen schneller ab. Aus-

serdem nimmt die CO2-Menge nicht linear zur Temperatur zu, sondern exponentiell.

1 Eigene Grafik

Spritze


5.3 CO2-Entwicklung bei verschiedenen Hefen

Es soll untersucht werden, ob verschiedene Hefesorten die CO2-Entwicklung beeinflussen.

Es wird die CO2-Menge mit folgenden Hefen untersucht:

- untergärige Hefe: Trockenhefe Saflager S-23

- obergärige Hefe: Trockenhefe Safale US-56

In einem Kolben wurde eine frische Würze mit einer untergärigen Hefe vermischt und an-

schliessend im Keller bei ca. 16 °C gelagert. In einem zweiten Kolben wurde ebenfalls eine

frische Würze mit einer obergärigen Hefe vermischt und bei ca. 20 °C Raumtemperatur ge-

lagert. Nach 4 Tagen wurde der CO2-Gehalt während einigen Minuten gemessen.


Bei der untergärigen Hefe konnte keine CO2-Entwicklung gemessen werden. Entweder war

die Hefe qualitativ nicht gut, oder die Gärung kam nicht in Gange, weil vielleicht zu wenig

Sauerstoff in der Gärflüssigkeit war. Ein weiterer Testdurchlauf konnte leider nicht mehr

durchgeführt werden, da für einen weiteren Versuch ein neuer Sud hätte gemacht werden

müssen. Zudem beginnt das ideale Temperaturfenster für untergärige Hefen erst um den

Abgabetermin herum. Allgemein waren in diesem Jahr der Oktober und November zu warm,

weshalb die Kellertemperatur noch relativ hoch war.

Die obergärige Würze hatte normal vergärt. Da aber die untergärige kein Ergebnis lieferte,

gibt es keinen Vergleich.

Herr Mosimann hat mir gesagt, dass schlussendlich gleich viel CO2 entsteht, egal ob die

Würze mit ober- oder untergärigen Hefe vergärt wird. Lediglich während einem Zeitabschnitt

entwickelt die untergärige Hefe weniger CO2 als obergärige Hefe, da sie bei einer tieferen

Temperatur vergärt. Dieser Zusammenhang wurde im Versuch 2 festgestellt. Daher dauert

die Untergärung auch länger als die Obergärung. Die CO2-Menge ist nur abhängig von der

Menge an vergärbarem Zucker.


Nachwort

Auf meine eigenen Biere bin ich mächtig stolz. Ich habe nicht nur für die Maturaarbeit Bier

gebraut, sondern ich werde dieses Hobby sicher weiterführen. Es ist ein sehr gutes Gefühl,

wenn man etwas selber herstellt und anschliessend geniessen kann. Das Verhalten gegen-

über Bier ändert sich somit auch. Man lernt es mehr zu schätzen. Ausserdem haben Herr

Mosimann, ich und weitere Personen zusammen den Verein IGBrau gegründet. Wir werden

gegenseitig Erfahrungen austauschen, Schaubrauen veranstalten usw.

Internetseite: http://www.igbrau.ch


Literaturverzeichnis

Gottschalk, Gerhard: Biotechnologie: das ZDF-Studienprogramm als Buch. Köln, 1986

Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München, 1999

Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000

Beiträge aus dem Internet

http://de.wikipedia.org/wiki/Echter_Hopfen 18.11.2006

http://de.wikipedia.org/wiki/Gerste 18.11.2006

http://de.wikipedia.org/wiki/Hopfen 18.11.2006

http://www.api.or.at/akis/texte/001/stwuebi.htm 18.11.2006

http://www.hvg-germany.de/best-of/de/pflanze/set_pflanze.html?/best-

of/de/pflanze/inhaltsstoffe.html 18.11.2006


Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Gerste.jpg 18.11.2006

Abb. 2: Eigenes Bild

Abb. 3: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/b/b8/Hopfenbl%C3%BCte.jpg 18.11.2006

Abb. 4: http://www.genome.jp/Fig/compound_small/C10695.gif 18.11.2006

Abb. 5: http://www.genome.ad.jp/Fig/compound/C10706.gif 18.11.2006

Abb. 6: Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 35.

Titelblattbild und Abb. 7-20; 22-24: Eigene Bilder

Abb. 21: nach Gottschalk, Gerhard: Biotechnologie: das ZDF-Studienprogramm als Buch.

Köln, 1986, S. 40.

Versuchskizzen: Entnommen aus dem Dokument Labormaker 3.0 für Word (Demoversion)

von Thomas Seilnacht

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München, 1999, S.

75.

Tabelle 2: Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 30.



Tabelle 5 und 6: Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München,

1999, S. 124.

Tabelle 7 und 8: Eigene Tabellen

Die alkoholische Gärung unter verschiedenen Umweltparametern … · 2020. 10. 6. · Die...

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