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2. Seminar Hefe und Mikrobiologie in Weihenstephan

Herstellung von alkoholfreiem Weizenbier mit Saccharomycodes

ludwigii

Hubertus Schneiderbanger Tim Meier-Dörnberg

Hubertus Schneiderbanger Folie 2 von 30

1. Allgemeine Marktentwicklungen auf dem Biersektor 2. Qualitätsparameter von alkoholfreiem Weizenbier 3. Mögliche Herstellungsverfahren

1. Verfahren zur Unterdrückung der Ethanolbildung 2. Entalkoholisierung

1. Thermische Verfahren 2. Filtrationsverfahren

3. Herstellung von alkoholfreiem Weizenbier mittels Saccharomycodes Ludwigii

4. Zusammenfassung 5. Produktions-Daten zu den Verkostungen

Inhaltsverzeichnis

Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität


Allgemeine Marktentwicklungen auf dem Biersektor


Quelle: Bayerischer Brauerbund Homepage, 23.8.2013


Qualitätsparameter von alkoholfreiem Weizenbier


Mineralien und Vitamine Einheit Mittelwert aus 20 Bieren

Natrium mg/l 13,83

Kalium mg/l 470,60

Calcium mg/l 50,86

Magnesium mg/l 79,28

Folat (Folsäure, Vitamin B9) µg/100ml 23,39

Vitamin B1 mg/100ml 0,01

Gärungsnebenprodukte Einheit Mittelwert aus 20 Bieren Richtwerte Weizen-Vollbier Acetaldehyd mg/l 2,44 3-12 Ethylacetat mg/l 4,4 20-60 n-Propanol mg/l 2,11 15-30 Butanol mg/l 3,94 10-50 Isoamylacetat mg/l 0,59 2-8 Amylalkohole mg/l 9,53 40-100 4-Vinylguajakol mg/l 1,38 1-4


Qualitätsparameter von alkoholfreiem Weizenbier


Qualitätsparameter Einheit Mittelwert aus 20 Bieren

Ethanol ml/100ml 0,38

Extrakt g/100g 5,66

Stammwürze g/100ml 6,40

Kohlendioxid g/100g 0,61

Schaumkennzahl (SKZ) s 120,4

Physiologischer Brennwert kcal/100ml 22,32

Physiologischer Brennwert kJ/100ml 95,35

Osmolalität mosmol/kg 266,5


Hypertonisch, isotonisch oder hypontonisch



Möglichkeiten zur Unterdrückung der Ethanolbildung:

Kälte-Kontakt-Verfahren Gestoppte Gärung Gärung mit immobilisierten Hefen Gärung mit Saccharomycodes ludwigii

Herstellungsverfahren


Prinzip: Ausgangssubstrat ist üblicher Weise eine Schankbier-Würze Mittels biologischer Säuerung wird der pH-Wert auf 4,6-4,8

eingestellt Die Würze wird bei 0 bis -2 °C angestellt „Gärung“ ca. 7 Tage unter ständiger Umwälzung


Kälte-Kontaktverfahren


Vorteile: Kostengünstig Relativ einfaches Handling Durch die niedrigen Temperaturen vermehrt sich die Hefe nicht, aber sie überlebt und ihr

Enzymsystem ist aktiv Reduzierung der Würzegeschmacksstoffe wie Carbonylverbindungen und

Streckeraldehyde Nachteile: o Süßlicher Würzegeschmack bleibt erhalten o Bier sollte/muss auf Grund der vorhandenen Zucker pasteurisiert werden

Prinzip: Ausgangssubstrat ist ebenfalls eine Schankbier-Würze Würze wird bei 0-4°C angestellt Sobald die Hefe ca. 0,5 Vol.% Alkohol gebildet hat wird die

Gärung durch Tiefkühlung, Filtration oder Zentrifugation gestoppt


Gestoppte Gärung


Vorteile: Kostengünstig Relativ einfaches Handling Durch die niedrigen Temperaturen vermehrt sich die Hefe nicht, aber sie

überlebt und ihr Enzymsystem ist aktiv (Reduzierung des Würzegeschmacks) Hefe bildet mehr Gärungsnebenprodukte als beim Kälte-Kontaktverfahren Nachteile: o Süßlicher Würzegeschmack bleibt ebenfalls erhalten o Bier sollte/muss auf Grund der vorhandenen Zucker pasteurisiert werden

Prinzip: Ausgangssubstrat ist normaler Weise eine Schankbier-Würze Hefe ist auf keramischen, gläsernen Trägermaterialien oder auf

Calciumalginat-Kugeln immobilisiert Kontaktzeit der Hefe mit der Würze ca. 5- 20 Stunden


Gärung mit immobilisierter Hefe


Vorteile: Durch die niedrigen Temperaturen vermehrt sich die Hefe nicht, aber sie

überlebt und ihr Enzymsystem ist aktiv Kontinuierliche Systeme bieten bei voller Auslastung Kostenvorteile Nachteile: o Anschaffungskosten für kontinuierliches System o Süßlicher Würzegeschmack bleibt ebenfalls erhalten o Bier sollte/muss auf Grund der vorhandenen Zucker pasteurisiert werden


Möglichkeiten zur Entalkoholisierung: 1. Thermische Verfahren

(Atmosphärische Abdampfung) Fallstromverdampfer Zentrifugalverdampfer Vakuumrektifikation Spinning Cone Column

2. Membrantrennverfahren

Dialyse-Verfahren Umkehrosmose

(3. Hochdruckextraktion)

Herstellungsverfahren


Prinzip: Ausgangssubstrat ist üblicher Weise eine Vollbier-Würze Durch senkrechte Verdampfungsflächen wird ein dünner Bier-Film

verdampft System unter Druck Rohrlänge bis zu 10 m Durch eine Rektifikation kann die wasserdampfflüchtige Fraktion dem

Bier wieder zugeführt werden Mit einer dreistufigen Anlage ist ein Alkoholgehalt nach

Herstellerangaben von bis 0,0 Vol.% erreichbar


Entalkoholisierung mittels Fallstromverdampfung



Entalkoholisierung mittels Dünnschicht- bzw. Fallstromverdampfung


Vorteile: Bei Mehrfach-Destillation ist der Alkoholgehalt variabel Aromakomponenten können dem Bier nachträglich

wieder zugeführt werden Biere besitzen keinen Würze-Charakter Geringe Produktschädigung durch Hitzeeinwirkung (T<

40°C) Möglichkeit der Brüdenkondensat-Rückführung (Aroma) Auch hefe-trübe Biere können entalkoholisiert werden Keine beweglichen Teile Nachteile: o Hoher Kostenaufwand bei der Anschaffung o Höhere laufende Betriebskosten durch

Energieverbrauch o Biere können etwas leer schmecken o Auch Ester und höhere Alkohole verdampfen mit Quelle: http://www.gea-wiegand.de


Entalkoholisierung mittels Membrantrennverfahren


Dialyseverfahren: Entalkoholisierung an einer semipermeablen Membran und durch einen

Konzentrationsunterschied im Ethanol Gehalt Im Regelfall im Crossflow-Prinzip Abtrennung abhängig von der Porengröße der Membran und der

Fließgeschwindigkeit Umkehrosmose: Spezielle Art der Dialyse, bei der nur Wassermoleküle die Membran

passieren können Es wird mit hohem Druck durch Trennmodule gefahren (35 bis 45 bar) Ethanol wird somit entgegen den osmotischen Druck durch

semipermeable Membran gedrückt Membrane als Flachmembrane oder Wickelmembrane aus Cellulose-

Acetat, Polysulfon oder Polymethylsiloxan Temperaturen 7-13 °C




Quelle: Invensys Process Systems Vortrag, Ort und Datum unbekannt




Vorteile: Sehr Produkt-schonendes Verfahren

auf Grund der niedrigen Temperaturen Flexible Steuerung des Alkoholgehalts

durch verschneiden oder Porengrößen der Membran

Nachteile: o Anschaffungskosten o Laufende Kosten durch

Energieverbrauch o Dialyseverfahren eignet sich eher zur

Herstellung alkoholarmer Biere, da Konzentration < 0,5%Vol. zeit- und kostenintensiv ist (Rektifikationsanlage nachschalten)

o Umkehrosmose ist dagegen geeignet o Auch höhere Alkohole und Ester

diffundieren auf die Permeat-Seite

Quelle: www.alfalaval.com


Charakterisierung von Saccharomycodes ludwigii Hefestamm, der Paarweise oder in

Gruppen auftritt Verstoffwechselt nur Glucose, Fructose

und Saccharose So lassen sich je nach

Stammwürzegehalt alkoholarme oder alkoholfreie Biere herstellen

Gärtemperaturen 15-20°C Alkoholgehalt < 0,5 %Vol. bei einer

Stammwürze von ca. 7 °P, je nach Zuckerzusammensetzung und Maischverfahren


Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii


Saccharomycodes ludwigii


Vorteile: Weniger „Würze-Flavour“ als bei gestoppten Gärungen o.ä. Keine oder nur sehr geringe Anschaffungskosten für notwendige

Anlagen Laufende Kosten äußerst gering Keine große technologische Umstellung in der Brauerei notwendig Nachteile und Schwierigkeiten: o „Gutes Wachstum“ von Würzebakterien möglich, da keine Alkohol-

Barriere o Kreuzkontaminationen mit Kulturhefen sind leicht möglich o Wilde Hefen können sich wesentlich leichter entwickeln: Äußerst

sauberes Arbeiten ist Grundvoraussetzung!!! o KZE oder Pasteurisation sind erforderlich



Versuchsgärungen mit Saccharomycodes ludwigii bei variierender Produktion: 1. Würze mit 12,8°P bei einer Gärtemperatur von

20°C mit einer Anstellzellzahl von 8 Mio./ml und anschließendem Blending auf 0,45 %Vol.

2. Würze mit 12,8°P bei einer Gärtemperatur von 15°C mit einer Anstellzellzahl von 8 Mio./ml und anschließendem Blending auf 0,45 %Vol.

3. Würze mit 7°P (von gleicher Ausgangswürze) bei einer Gärtemperatur von 20°C

4. Würze mit 7°P (von gleicher Ausgangswürze) bei einer Gärtemperatur von 15°C





Konzentrationen an VDKs bei unterschiedlichen Herstellungsweisen:



Konzentrationen an Gärungsnebenprodukten bei unterschiedlichen Herstellungsweisen:





Vergleich der gebildeten VDKs bei unterschiedlichen Herstellungsweisen:




Vergleich der gebildeten Gärungsnebenprodukte bei unterschiedlichen Herstellungsweisen:





Alkohol-Bildungsverlauf während der Hauptgärung:


Produktion alkoholfreier Bier mittels Saccharomycodes ludwigii


Zuckerverwertung von Saccharomycodes ludwigii:




Sensorische Bewertung nach DLG-Schema




Sensorische Bewertung nach Rangordnung


Zusammenfassung der Gärversuche: Schwierigkeiten bei der Propagation der Hefe, da nur

spezifische Zucker verwertet werden => Hefezellzahl ist schwieriger zu erreichen

Mikrobiologisch sauberes Arbeiten ist extrem wichtig!!! Sensorisch waren alle Biere sehr gut Tendenziell schnitt das 12°P Bier bei einer

Gärtemperatur von 20°C mit anschließendem Blending am besten ab




Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit


Hubertus Schneiderbanger Alte Akademie 3 85354 Freising-Weihenstephan Telefon: +49 (0) 8161 / 71- 3588 Telefax: +49 (0) 8161 / 71- 4181 E-Mail: [email protected] www.blq-weihenstephan.de

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