Vorlesung 1 - 4 Technologie der Bierherstellung ...Großgrieß % 1,011 8 4 Feingrieß I % 0,547 35...

Vorlesung 5 - 8

Technologie der Bierherstellung

Sommersemester 2017

Würzebereitung

Gärung – Reifung – Lagerung

Filtration und Haltbarmachung

Abfüllung und Ausschank

Biersorten

Sensorik

Spezielle Themen

2

Vorlesung 5 - 8

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

07.04.2017

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

3

Schroten des Malzes


07.04.2017

4

Schrotzusammensetzung


07.04.2017

Fraktion Maschen (mm) Läuterbottich Maischefilter

Spelzen % 1,270 18 11

Großgrieß % 1,011 8 4

Feingrieß I % 0,547 35 16

Feingrieß II % 0,523 21 43

Mehl % 0,152 7 10

Pudermehl % Boden 11 16

Geschrotetes Malz schnell einbrauen

• Trockenschrotmühlen

2, 4, 5 oder 6 Walzen

Konditionierung = Aufsprühen von Wasser oder Dampf auf das

Malzkorn vor dem Schroten / Erhöhung des Wassergehalts um

1- 2%

• Nassschrotmühlen

• Hammermühlen

5

Schrotmühlen


07.04.2017

Konditionierstrecke in der Freiberger Brauhaus GmbH

6TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

07.04.2017

Sechswalzenschrotmühle

Werkzeichnung Bühler AG7TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

07.04.2017

Das zermahlene Malzkorn wird Schrot genannt

8

Zwischenprodukt


07.04.2017

= 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)

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Maischen


07.04.2017

1. Abbau der Stütz- und Gerüstsubstanzen durch cytolytische Enzyme

Glucanasen 40 – 60 °C

β-Glucane, Pentosane

2. Abbau der Eiweißsubstanzen (Kitt) durch proteolytische Enzyme

Peptidasen 45 – 50 °C

Aminosäuren und Peptide

10

Enzyme beim Maischen


07.04.2017

3. Abbau der Stärke durch amylolytische Enzyme

β-Amylase 62 °C pH 5,4 – 5,6

Maltose

α-Amylase 72 °C pH 5,6 – 5,8

Dextrine

11



07.04.2017

Stärkekörner des Malzkorns:

20 % Amylose 80 % Amylopektin

Verhalten beim Erhitzen mit Wasser:

Quellen 50 °C

Verkleistern 60 – 64 °C

Verzuckerung 70 – 74 °C

12

Schritte zur Spaltung der Stärke


07.04.2017

Stärkeabbau beim Maischen


07.04.2017

Phosphatasen setzen Phosphorsäure frei (pH)

Oxidasen polymerisieren Anthocyanogene (O2)

Zink wird freigesetzt (Hefeernährung).

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07.04.2017

1. Abbau der Stütz-

und Gerüstsubstanzen Läuterarbeit

Filtrierbarkeit

2. Abbau der Eiweißsubstanzen Hefeernährung (Aminosäuren)

Schaum

Trübungsbildner

3. Abbau der Stärke Endvergärungsgrad

(Maltose) ß-Amylase

Jodnormalität (Dextrine) -Amylase

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Auswirkung der Maischarbeit


07.04.2017

Inhaltsstoffe von Malz und Maische


07.04.2017

• Dekoktionsmaischverfahren (mit Kochmaische/n) in 2 Gefäßen

• Infusionsmaischverfahren in einem Gefäß

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Maischverfahren


07.04.2017

• Gussführung

• Einmaischtemperatur

• Zeitpunkt der Maischetrennung

• Temperaturstufen

• Rastdauer

• Anzahl der Kochmaischen

• Konsistenz der Kochmaischen

• Kochzeit

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Variationsmöglichkeiten


07.04.2017


07.04.2017

Maischverfahren mit drei Kochmaischen für kernige helle Biere

Infusionsmaischverfahren (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)

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Kontrolle der Maischarbeit


07.04.2017

• Maischbottiche

• Maischpfannen (beheizbar)

• Rohfruchtkocher

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Maischgefäße


07.04.2017

Maischbottichpfanne (A. Ziemann GmbH)


07.04.2017

Nach dem Maischen hat man eine Suspension aus verzuckerten

Malzbestandteilen, die süß schmeckt, vorliegen.

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Zwischenprodukt


07.04.2017

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“).

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Abläutern


07.04.2017

Läuterbottich (9 – 12 Sude / Tag)


07.04.2017

Abläuterung mit Läuterbottich


07.04.2017

• Ausbeute

Sudhausausbeute = gewonnener Extrakt bezogen auf die

eingesetzte Malzmasse

Overall Brewhouse Yield (OBY) = gewonnener Extrakt bezogen auf

den im Malz enthaltenen Extrakt

• Auslaugung der Trebern (auswaschbarer und aufschliessbarerExtrakt)

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Kontrolle der Läuterbarkeit


07.04.2017

Weitere Läutergeräte

• Maischefilter

• Strainmaster

• Filterpressen

• Unterdruckfilter

• Vakuumtrommelfilter

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Kontrolle der Läuterbarkeit


07.04.2017

Sudhaus der Freiberger Brauhaus GmbH


07.04.2017

Läuterbottich von unten


07.04.2017

= unlösliche Malzbestandteile

Hochwertiges Brauereinebenprodukt

120 – 130 kg Nasstreber mit 80 %

Wassergehalt/100 kg Malz

• Verfütterung an Wiederkäuer

• Silage

• Trocknung und Verbrennung

• Biogaserzeugung

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Biertreber


07.04.2017

32

Zusammensetzung von frischen Biertrebern

(alle Angaben in % der Trockensubstanz)


07.04.2017

N-freie Extraktstoffe 40 - 47

davon: Stärke 8 - 9

Zucker 1,3 - 1,6

Rohfaser 16 - 21

Rohprotein 23 - 28

davon: essentielle Aminosäuren 9,4

nichtessentiellen Aminosäuren 11,6

Rohfett 5,0 - 9,5

davon: essentielle Lipide 1,9 - 3,6

Rohasche 4,0 - 6,0

davon: Mineralstoffe 1,1 - 2,4

Spurenelemente 0,03

Vitamine 0,07

Nach dem Läutern hat man Treber und süße Würze vorliegen

33

Zwischenprodukt


07.04.2017

Ziele

• Abtötung des Enzymsystems des Malzes zur Fixierung der

Würzezusammensetzung

• Sterilisierung der Würze

• Verdampfung des überschüssigen Wassers zur Einstellung des

gewünschten Stammwürzegehaltes

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Kochung und Hopfung der Würze


07.04.2017

• 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


07.04.2017

Freies

Di Methyl Sulfid (H3C-S-CH3)

(< 100 µg/l)

hitze koagulierbarer Farbzunahme

Stickstoff

(20 – 30 mg N/l) < 15 EBC TBZ

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Kochung und Würzequalität


07.04.2017

Kochprozess löst und isomerisiert Bittersubstanzen.

Hopfenöle werden mit verdampfendem Wasser ausgetrieben.

Bitterstoffe lösen sich vermehrt bei höherem pH und höherer

Temperatur.

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Hopfung der Würze


07.04.2017

Im fertig gegorenen Bier finden sich schließlich nur noch 30 % (Pils)

bis 50 % (Weizen) der ursprünglich eingesetzten Bitterstoffe.38TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

07.04.2017

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/l

Allmalzbiere 100 µg/l

Neben Kochparametern und pH ist die Ausdampfeffizienz des

Kochsystems entscheidend.

39

Schwefelsubstanzen beim Würzekochen


07.04.2017

Hitze macht hochmolekulares Eiweiß unlöslich.

Agglomeration zu größeren Einheiten („Bruch“)

Maximale Heißtrubmenge bei pH 5,4.

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Eiweißausscheidung


07.04.2017

Biologisch gewonnene Milchsäurebakterien (Lactobacillus delbrückii)

vergären ungehopfte Vorderwürze bei 48 °C ± 2 K zu 1,5 %iger

Milchsäure (pH 3,0)

Zugabe zur Maische pH 5,4

zu Beginn des Maischens

Zugabe zur Würze pH 5,0

am Ende der Kochung

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Biologische Säuerung


07.04.2017

1. Isomierung der Hopfenbitterstoffe läuft bei höherem pH besser ab

2. DMSP-Spaltung ist bei höherem pH besser

42

Warum Zugabe des Sauerguts am Ende der Kochung?


07.04.2017

• günstige Polyphenolgehalte

• weicherer Geschmack

• höhere Geschmacksstabilität

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Vorteiler der biologischen Säuerung


07.04.2017

• Kochtemperatur

• Kochzeit

• Kochbewegung

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Kochparameter


07.04.2017

• 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 oder

130 °C: 180 sec. oder

140 °C: 150 sec.

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Kochverfahren


07.04.2017

Würzepfanne mit Röhreninnenkocher (Huppmann)


07.04.2017

Würzepfanne mit Außenkocher (A. Ziemann GmbH)


07.04.2017

• Druckkochung

• Pfannendunstkondensator

• mechanische Brüdenkompression

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Energieeinsparung


07.04.2017


07.04.2017

Nach dem Würzekochen hat man Ausschlagwürze hergestellt

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

50

Zwischenprodukt


07.04.2017

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.

51

Die Ausschlagwürze


07.04.2017

52

Zusammensetzung Ausschlagwürze


07.04.2017

• Heißtrub muss vollständig abgetrennt werden

• Kühlung der Würze auf Anstelltemperatur

• qualitative Entfernung des Kühltrubes

• Anstellen mit Hefe

• Würzebelüftung

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Würzebehandlung


07.04.2017


07.04.2017

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)

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Würzebehandlung


07.04.2017

Abkühlen auf Anstelltemperatur

UG 4 – 7 °C / 10 – 15 °C OG: 12 – 18 °C

offen: Berieselungskühler

geschlossen: Plattenwärmetauscher

einstufig oder zweistufig

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Würzekühlung


07.04.2017

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)

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Würzebehandlung


07.04.2017

Würzebelüftung mit Luft

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

• Belüftungskerzen aus Keramik

• Sinterkerzen aus Metall oder

• Venturirohr mit Diffusor

Nachgeschaltet kann ein statischer Mischer sein.

58

Würzebehandlung


07.04.2017

Hefe ist ein fakultativer Anaerobier

• Mit O2 werden Kohlenhydrate veratmet.

• Ohne O2 werden Kohlenhydrate vergoren.


07.04.2017

• 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

60

Warum Würzebelüftung?


07.04.2017

Die fertig behandelte Würze heißt Anstellwürze

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

dann die Gärung einleitet

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Zwischenprodukt


07.04.2017

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

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Gärung, Reifung, Lagerung


07.04.2017

Lagerung

• Geschmacksabrundung bei Temperaturen unter 0 °C

• Unlöslichwerden und Sedimentation von trübenden Partikeln

(natürliche Haltbarkeit)


07.04.2017

• 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)

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Hefeauswahl


07.04.2017

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

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Hefeabgabe


07.04.2017

• 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

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Würzeinhaltsstoffe für die Hefeernährung


07.04.2017

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

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Stoffwechselwege der Hefe


07.04.2017

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

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Gärungsnebenprodukte


07.04.2017

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

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Gärungsnebenprodukte


07.04.2017

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


07.04.2017

Richt-

werte

mg/l

Geschmacks-

schwellenwert

mg/l

Aroma-

eindruck

Höhere Alkohole

Propanol-1 9 2 - 50 Ethanol

2-Methypropanol-1 8 15 - 175

apothekerähnlich,

aufdringlich herb

2-Methyl-Butanol-1 11 10 - (65) herb-bitter

3-Methyl-Butanol-1 36 30 - (70) herb-bitter

2-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


07.04.2017


07.04.2017

Richt-

werte

mg/l

Geschmacks-

schwellenwert

mg/l

Aroma-

eindruck

Carbonyle:

Gesamtdiacetyl 0,1 0,1butterähnlich,

geröstetes Brot

Gesamtpendandion 0,1 1,0 dumpf, zimtartig

Acetoin 3,0 3,0 fruchtig, dumpf

Acetaldehyd 8 25 - 50säuerlich, dumpf,

stechend

Schwefelverbindungen:

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

73

Richt-

wert

mg/l

Geschmacks-

schwellenwert

mg/l

Aroma-

eindruck

Organische Säuren:

Pyruvat 60 salzig, sauer

D+L-Lactat 60 milchsauer

Citrat 165 zitronensauer

Malat 85 apfelsauer

Gluconat 35

Acetat 90 essigsauer

Indikatorsubstanzen verursachen den Aromaeindruck nicht selbst,

sondern steigen parallel zum Eindruck an.

Leitsubstanzen geben einen direkten Hinweis auf technologische

Parameter.

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Indikator- und Leitsubstanzen


07.04.2017

2 Phenylethanol Gärtemperatur

Essigsäureisobutylester Bananenaroma

Buttersäureethylester Apfelaroma

Hexansäureethylester Apfelschalen

Dekansäureethylester Hefeantolyse

Milchsäureethylester biologische Säurerung

Isovaleriansäure gealteter Doldenhopfen

Decansäure lange, warme Lagerung

Dodecansäure Hefeautolyse

2-Acetylpyrrol thermische Belastung (Würzebehandlung)

Furfurylalkohol thermische Belastung (Malz, Kochung,

Heißwürzebehandlung)

Linalool Hopfenblume

Humulenepoxid II Hopfenblume


07.04.2017

P A U S E


07.04.2017

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

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Technologie der Gärung


07.04.2017

Gärstadium der „niederen Kräusen“ nach dem „Überweißen“


07.04.2017

Gärstadium der „hohen Kräusen“


07.04.2017

Nach der Vergärung bildet sich die Schaumdecke zurück und das Jungbier erlangt seine

Schlauchreife. Am Bottichrand hat sich dann „Brannthefe“ abgesetzt.80TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

07.04.2017

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

81

Veränderung bei der Gärung


07.04.2017

82

Vermehrung der Bierhefe im Chargenprozess


07.04.2017

1 Lagphase (Latenz- oder Induktionsphase 2 Logphase expontielle oder logarithische Wachstumsphase)

3 Stationäre Phase 4 Absterbephase A Beschleunigungsphase B Verzögerungsphase

• Würzezusammensetzung

Mono-, Di-, Trisaccaride → vergärbarer Extrakt

Aminosäuren, Di-, Tripeptide → freier Amino N

Phosphate, Sulfate, K+, Na+,

Mg++, Ca++, Zn++, Vitamine

• Stammwürze

• Belüftungsintensität

Sauerstoff zur Zellvermehrung (Lipide)

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Gärungsparameter 1 - 3


07.04.2017

• Hefestamm

Hefeauswahl über Gärversuche

• Hefegabe / Zellzahl in Verbindung mit dem

• Anstell- und Drauflassverfahren

Freiberger: alternativ volumen- oder zellzahlenproportionale Hefegabe

1. Sud 100 % Hefe (40 – 80 Mio. Zellen/ml)

und Belüftung 8 mg 02/l Würze

2. Sud ---

3. Sud Belüftung

4. Sud Belüftung

5. Sud Belüftung 2.500 hl in 12 h

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07.04.2017

• Gärtemperatur

• Reifungstemperatur

• CO2-Gegendruck

höhere Temperaturen fördern den Bau- und den Energiestoffwechsel der Hefe

CO2-Druck bremst den Baustoffwechsel

Ethanol bremst den Baustoffwechsel

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07.04.2017

kalte Gärung - kalte Reifung

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Gär- und Reifungsverfahren


07.04.2017

Kalte Hauptgärung mit

klassischer Lagerung

Kalte Hauptgärung mit gezielter

Reifung und Lagerung im zylindro-

konischen Lagertank

warme Gärung - warme Reifung

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07.04.2017

Drucklose Wärmegärung Druckgärverfahren

kalte Gärung - warme Reifung

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07.04.2017

Kalte Hauptgärung mit

integrierter Reifung bei 12°C

Kalte Hauptgärung mit programmierter

Reifung bei 20!C

• Bewegung des Bieres

• Behältergeometrie

89



07.04.2017

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

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Kühlung von Bier


07.04.2017

Temperatur in °C

Kontinuierliche Systeme

• immobolisierter Hefe oder

• 2-Acetolactat-Reduktase

Reifezeitpunkt (für die Abkühlung)

• Endvergärung erreicht

• Diacetyl unter Geschmacksschwelle

91

Spezielle Gär- und Refungsverfahren


07.04.2017

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.

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Hefeverwertung


07.04.2017

Vom imbibierten Bier können bis zu 50 % zurückgewonnen werden

• Dekantierung

• Filterpressen

• Tangentialflussfilter

TrS vor Behandlung: 10 %

TrS nach Behandlung: 22 %

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Rückgewinnung von Bier aus der Hefe


07.04.2017

Tangentialflussfilter


07.04.2017

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.

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Die Bierfiltration


07.04.2017

Starrer Filterkuchen wird mit kristallinen Feststoffen (Filterhilfsmittel

Kieselgur oder Perlite auf einem Filtermittel) aufgebaut. Durch Zugabe

von Kieselgur zum unfiltrierten Bier will man eine Partikelnabscheidung

an der Oberfläche erreichen. Der Filterkuchen wächst ständig an.

Beim Durchströmen des Kuchens klärt sich das Bier.

Filtrationsbedingungen:

Temperatur 0 bis - 2 °C

Druck überall > Sättigungsdruck CO2

Sauerstoffaufnahme < 0,05 mg/l


07.04.2017

Perlite


07.04.2017

Kieselgur


07.04.2017

Massefilter bis 1960

• Anschwemmfilter

Kieselgurrahmenfilter + Schichtenfilter

Zentrifuge + Kieselgur-Kesselfilter (gebaut als Horizontalfilter

oder Kerzenfilter) + Stabilisierungsfilter + Trapfilter

(Partikelnfänger)

• Membranfilter

Zentrifuge + Tangentialflussfilter (Querstromfilter) ist kieselgurfrei

100

Filtersysteme


07.04.2017

Horizontalsiebfilter


07.04.2017

Filtrationsanlage im Freiberger Brauhaus


07.04.2017

1. Mikrobiologische Haltbarkeit

Abwesenheit von Bierverderbern (wilde Hefen, Lactobazillen,

Pediokokken, Pectinatus, Megasphera)

Hygiene

Filtration

Kurzzeiterhitzung

Pasteurisation

Heißabfüllung

103

Drei Haltbarkeiten


07.04.2017

Mikrobiologische Qualitätskontrolle


07.04.2017

Bebrütung des abgefüllten Bieres bei 28°C im Haltbarkeitsraum


07.04.2017

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

106

Drei Haltbarkeiten


07.04.2017

Bildung von Oxalatkristallen aus Calcium und Oxalsäure

Ca++ ● C2O2- -

O = C – C = O

107

Drei Haltbarkeiten


07.04.2017

Ca

3. Geschmackliche Haltbarkeit

Minimierung der Heißhaltezeiten

Sauerstoffaufnahme ab Endvergärung gering halten

Verhinderung Lichteinfluss

Erhaltung der Reduktone bei der Bierbereitung

Leitungsverlegung

Entlüftung von Anlagen

Verwendung entgastes Wasser und

CO2 als Schutzgas

Überschäumen

Dichtmaterial Kronenkorken

PET

108

Drei Haltbarkeiten


07.04.2017

Heißhalten erzeugt Aldehyde und Ketone

Sauerstoff setzt sich mir Bierinhaltsstoffen um

brot, pappe- und papierartiger Alterungsgeschmack

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

1.thiol ab, das sehr unangenehme riecht und schmeckt

(Farbloses Glas << grünes Glas < braunes Glas)


07.04.2017

Veränderung im Geschmacksprofil

während der Alterung des Bieres (nach Dagliesh)Quelle: Technologie Brauer & Mälzer – Wolfgang Kunze


07.04.2017

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

111

Zusammensetzung helles Lagerbier


07.04.2017

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


07.04.2017

• 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.)

113

Untergärige Biersorten


07.04.2017

Saccharomyces cerevisiae

Höheres Temperaturoptimum

Hefe steigt nach Gärung an die Oberfläche

Aroma geprägt von

4-Vinylguajacol und

4-Vinylphenol

114

Die Obergärung


07.04.2017

• 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

115

Obergärige Biersorten


07.04.2017

• 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


07.04.2017

• 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

117

Spezielle Herstellverfahren


07.04.2017

• Leichtbier

7 – 8 % Stw.

Einsatz von Caramelmalzen (Farbe, Vollmundigkeit)

Hopfenbittere und –blume kann Geschmack abrunden

Leichte Weizenbiere sollten hefetrüb sein


07.04.2017

D: < 0,5 VV% Alkohol

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

119

Alkoholfreie Biere


07.04.2017

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

120

Alkoholfreie Biere


07.04.2017

• Brauen mit hoher Stammwürze

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

vermehrte GnP-Bildung / schwacher Schaum

oxalatempfindliche Jahrgänge: Achtung beim Rückverdünnen!


07.04.2017

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

122

Kohlensäurerückgewinnung


07.04.2017

CO2-Rückgewinnungsanlage


07.04.2017

Alle Maßnahmen: Erhaltung der Bierqualität (Infektion, Sauerstoff,

Kohlensäure)

124

Abfüllung eines Bieres


07.04.2017

Holz – Aluminium – Edelstahl

10 – 250 Liter

125

Abfüllung eines Bieres in Fässer


07.04.2017

Keg = Systemfass mit integriertem Steigrohr und Fitting

• Automatische Reinigung

• außen – innen: alkalisch + sauer

• Sterilisation mit Dampf

• Vorspannen mit CO2

• Wiederbefüllung


07.04.2017

Aufgeschnittenes Keg mit Steigrohr und Flachfitting


07.04.2017

Fassreinigung und -abfüllung


07.04.2017

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

129

Abfüllung des Bieres in Flaschen


07.04.2017

Reinigungsanlage „Lavatec“ (Fa. Krones)


07.04.2017

2. Plastikflaschen (PET, PEN)

131

Abfüllung des Bieres in Flaschen


07.04.2017

Luft Getränk

PET O2

CO2 Diffusion von Gasen

Acetaldehyd

Migration

Aroma

Flaschenabfüllung heute


07.04.2017

Füllphasen: 1. Erste Evakuierung 2. CO2-Spülung 3. Zweite Evakuierung

4. Vorspannung 5. Füllen 6. Beruhigen

7. Entlasten133TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

07.04.2017

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

134

Abfüllung des Bieres in Dosen


07.04.2017

Alle Gebinde müssen gekennzeichnet werden

Rückverfolgbarkeit jeder Charge135TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

07.04.2017

Gesetzliche Grundlagen

• Verordnung über Getränkeschankanlagen

• Technische Regeln für Getränkeschankanlagen

SK-Zeichen

Kegs bis 3 bar ü zugelassen

Vor Inbetriebnahme muss ein Sachkundiger die Anlage prüfen

136

Bierausschank aus Kegs


07.04.2017

Kühlraum


07.04.2017

Kompensatorhahn – Reibehahn

Raumkühlung – Durchlaufkühlung

Bierleitungsweg: Höhe, Länge, Umlenkungen

Betriebsdruck auf Fass:

• Temperatur

• Kohlensäuregehalt

• Reibungsverluste Bierleitung

• Zapfhahn

138

Ausschanksysteme


07.04.2017

Kükenhahn zerlegt


07.04.2017

Kompensatorenhahn zerlegt


07.04.2017

Richtig angeschlossene Kohlensäureflasche


07.04.2017

Zerlegter Zapfkopf – Ausführung für Flachfittings mit Bierabsperrhahn –


07.04.2017

Erhalt der Kohlensäure bis ins Glas

Ideale Trinktemperatur 6 – 9 °C

dünnwandige, saubere Gläser verwenden

kurz mit kaltem Wasser spülen / temperieren

143

Bierpflege


07.04.2017

Anstich zum Ausschank mit Kegkopf

CO2-Atmosphäre bleibt nach Entleerung erhalten144TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 5-8

07.04.2017


07.04.2017

• Schaum

Bier ist einziges Getränk, das einen stabilen Schaum besitzt

Schaumbildung, -stabilität und Haftungs-vermögen

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

- Fettsäuren, Glyceride, Alkohol

146

Eigenschaften und Qualität


07.04.2017

• 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

147

Eigenschaften und Qualität


07.04.2017

Farbe des Bieres


07.04.2017

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).

149

Sensorische Analyse von Bier


07.04.2017

• Qualitätskontrolle von Rohstoffen

• Haltbarkeitsprüfungen

• Versuche zur Qualitätsverbesserung / -veränderung

• Analyse von Konkurrenzprodukten

• Entwicklung neuer Produkte

• Forschungszwecke allgemein

• Qualitätswettbewerbe

150

Anwendungsbereiche der Sensorik


07.04.2017

Sinneseindrücke des Menschen Bierinhaltsstoffe

• Riechen flüchtige Substanzen,

400.000 Riechzellen

• Schmecken gelöste Stoffe

5.000 Geschmackszellen

• Fühlen CO2-Entbindung

• Sehen Farbe, Schaum, Klarheit

• Hören ---


07.04.2017

Flavourgramm nach Ney


07.04.2017

Geschmack beginnt im Kopf

Geschmacksverlauf


07.04.2017

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

154

Sensorische Analyse


07.04.2017

• Unterscheidung der vier Grundgeschmacksarten

• Ermittlung der Geschmacksschwellen

• Erkennung von Intensitätsunterschieden

• Erkennen von Riechstoffen

155

Schulung der Verkoster (DIN 10961)


07.04.2017

Prüfpersonen: intern / extern

Verfügbarkeit

Ausdrucksvermögen X

Einstellung zum Produkt

Gesundheitszustand

Sinnesorgane

Verantwortungsbewusstsein

Urteilsfähigkeit

Zuverlässigkeit

Sensorisches Gedächtnis X

156

Sensorische Analyse


07.04.2017

Erkennungs- und Schwellprüfungen (Untersuchung der

Empfindlichkeit von Prüfpersonen)

Vergleichsprüfungen (Unterscheidungsvermögen)

Rangordnungsprüfungen (Konzentration)

Beschreibende Prüfung (Wahrnehmungen, Ausdrucksvermögen)

157

Prüftechniken


07.04.2017

• Begriffe und Grundlagen DIN 10950

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

158

Prüfverfahren


07.04.2017

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

159

Sensorische Analyse


07.04.2017

• 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

160

Sensorische Analyse


07.04.2017


07.04.2017

162

Produktivität und spezifische Verbräuche in Abhängigkeit der Brauereigröße


07.04.2017

> 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)

163

Rechtliche Rahmenbedingungen

Chargenverfolgung / Rückrufaktionen


07.04.2017

EAN-Etikett


07.04.2017

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)

165

Nützliche Erfindungen und Entdeckungen


07.04.2017

Mikrobiologie: Hefereinzucht, Pasteurisation Produktsicherheit

Biologie/Biochemie: Keimruhe, Wasserempfindlichkeit Pneumatische

Mälzungssysteme, Metabolismus der Hefe Verkürzung der Reifung

Hopfen- und Gerstenzüchtung Ertrag, Verarbeitbarkeit

166



07.04.2017

Technologie: Rolle des Sauerstoffs, Analysentechnik, Filtration

Reinheit des Geschmacks

Verbesserung der Haltbarkeiten

Verbrauchererwartung

167



07.04.2017

Praktikum am IEC

auf der „Reichen Zeche“

am 06. Mai 2017 von 9 – 12 Uhr

• Einbrauen eines Sudes

Schroten – Maischen – Läutern – Kochen – Kühlen – Anstellen

• Mikroskopieren im Dunkelfeld


07.04.2017

Hopfung der Würze durch zwei Studentinnen


07.04.2017

Destillieren mit Peter


07.04.2017

Mikroskopieren mit Caroline


07.04.2017

Vorlesung 1 - 4 Technologie der Bierherstellung ...Großgrieß % 1,011 8 4 Feingrieß I % 0,547 35...

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