BrautechnologieRohstoffeGersteDer Hauptrohstoff für die Bierherstellung ist Braugerste (hordeum vulgare). Gerste gedeiht in den gemäßigten Zonen Europas, der USA, Kanadas, Südamerkias, Australiens und Neuseelands. Für Brauzwecke wird meist eine zweizeilige Sommergerste verwendet. Aber auch mehrzeilige Gerstensorten und Wintergerste können bei geeigneten klimatischen Bedingungen verwendet werden. Die mehrzeilige Gerste unterscheidet sich von der zweizeiligen dadurch, dass diese grundsätzlich enzymreicher und spelzenreicher ist, was sich insbesondere dann positiv auswirkt, wenn - entgegen dem Reinheitsgebot - unbespelzes, unvermälzes Getreide wie Roggen als sogenannte Rohfrucht der Maische zugesetzt wird. Winterfeste Gersten kommen vor allem in den nördlichen Regionen zum Einsatz, da dort die sommerliche Vegetationsperiode nicht lange genug wäre, um die Gerste zur Vollreife kommen zu lassen. Wintergerste zeigt häufig einen höheren Gehalt an Polyphenolen, was dem daraus hergestellten Bier einen etwas rustikaleren Charakter verleiht Optisch unterscheiden sich die Gerstenkörner der zweizeiligen von der mehrzeiligen Gerste dadurch, dass die mehrzeilige Gerste aufgrund des Platzmangels auf der Ähre die seitlich stehenden Körner als sogenannte Krummschnäbel ausbildet. Von der Verarbeitbarkeit her hat die zweizeilige Sommergerste mit einem geringen Eiweißgehalt von etwa 11% die besten Voraussetzungen für die Herstellung von Qualitätsbier. Durch jahrhundertelange Züchtung ist es gelungen, Sorten zu erhalten, die feinspelzig, von gutem Quellvermögen, keimfähig und von hoher Triebkraft, enzymatisch ausgewogen und ertragreich sind. Insbesondere die Keimfähigkeit und Enzymaktivität, wobei in erster Linie Amylasen, Proteasen, aber auch Hemicellulasen und Phosphatasen gemeint sind, spielt bei der folgenden Vermälzung der Gerste eine entscheidende Rolle. In Jahren mit feuchten Bedingungen zur Reife- und Erntezeit kann das Enzymgleichgewicht im Gerstenkeimlig empfindlich gestört sein, sodass es wichtig ist, potentielle Quaitätsdefekte bereits bei der Übernahme der Braugerste in der Mälzerei zu erkennen. Hierzu dienen die Annahmeuntersuchungen bei der Anlieferung, die auch die Grundlage für die Preisgestaltung darstellen. In manchen Fällen kann es vorkommen, dass eine Gerstenlieferung von der Mälzerei zurückgewiesen werden muss, weil sie den Qualitätsanforderungen für Braugerste nicht enspricht. Diese Gerste wird dann meist als Futtergerste verwendet. |
Gerste |
HopfenEchter Hopfen (humulus lupulus) gehört zur Familie der Hanfgewächse und kommt nur auf der Nordhalbkugel vor. Der Hopfenanbau ist noch immer mit mühsahmer Handarbeit verbunden, da die Pflanze mehrere Meter hoch wird und sich an Stangen und Drähten im Uhrzeigersinn emporwindet. Bei den Hopfensorten unterscheidet man grundsätzlich die Aromahopfen von den Bitterhopfen. Eines der Hauptunterscheidungsmerkmale zwischen Aroma- und Bitterhopfen stellt der Gehalt an Myrcen, einer Komponente de Hopfenöles dar. An brautechnisch wichtigen Hauptbestandteilen enthält Hopfen insbesondere Bitterstoffe, Hopfenöl und Hopfengerbstoffe. Unter den Bitterstoffen unterscheidet man grob in Alphasäuren, Betasäuren, Weichharze und Hartharze, wobei die Alphasäuren den höchsten Bitterwert aufweisen, aber im Zuge der Lagerung oxidieren und zu Weich- und Hartharzen polymerisieren, wodurch der Bitterwert abnimmt. Hopfenöle sind die wasserdampfflüchtigen Bestandteile des Hopfens, in denen sich mehrere hundert verschiedene Komponenten finden. Dazu gehören vor allem Terpene wie Myrcen, Farnesen, Humulen sowie Alkohole, Ester, Säuren, Aldehyde und Ketone. Die Hopfengerbstoffe, die vorwiegend zur Klasse der Anthocyanogene gehören und während der Lagerung zu Polyphenolen kondensieren, sind potente Fällungsmittel für Proteine. Diese führen beim Würzekochen zur Ausfüllung von Eiweißstoffen des Malzes, der sogenannten Bruchbildung. Die Hopfenfrucht nimmt die typische Doldenform an (siehe Bild). Nach der Ernte wird Hopfen wird Hopfen auf verschiedene Weise weiterverarbeitet. Entweder wird dieser getrocknet, geputzt und als Naturhopfen bis zur Anwendung schonend gelagert, oder zu standardisierten Hopfenprodukten weiterverarbeitet. Als einfachste Form der Weiterverarbeitung wird der Hopfen nach Trocknung zu Hopfenpulver gemahlen und in Lupulin-reiches Pulver und Treberpulver getrennt. Diese beiden Fraktionen könnnen dann je nach Anforderung verschiedene Mischungen hergestellt werden. Eine moderne Art der Hopfenverarbeigung stellt die Extraktion mit überkritischem Kohlendioxid dar, die aufgrund der schonenden Verarbeitung gegenüber der Lösungsmittelextraktion vielfach bevorzugt wird. Auch Mischungen aus Naturhopfen und Hopfenextrakten werden eingesetzt. |
Hopfen |
WasserJede Brauerei benötigt große Mengen an Wasser, nicht nur für das Bier, sondern auch für Kühl-, und Reinigungszwecke. Standorte für Brauereien werden daher stets so ausgewählt, dass genügend qualitativ hochwertiges Wasser in Form einer Quelle oder eines ergiebigen Brunnens zur Verfügung steht. Der Mineralgehalt des Wassers nimmt Einfluss auf den Geschmack des Bieres und verleiht vielen Bieren das typische Flavour. Insbesondere die Wasserhärte, ausgedrückt als Carbonat- und Nichtkarbonathärte, sowie der individuelle Gehalt an den Elementen Kalium, Natrium, Calcium, Magnesium sowie Spuren von Eisen, Mangan und anderen Spurenelementen können sich wesentlich auf den Geschmack des Bieres auswirken. Heute ermöglicht der Einsatz von Technologien der Wasseraufbereitung wie Fällungscarbonisierung, Ionenaustauschern, Umkehrosmose gezielt Einfluss auf den Mineralgehalt des Wassers zu nehmen, sodass die Herstellung einer bestimmten Biertype nicht mehr an den Standort der Brauerei gebunden ist. Das Vorhandensein von überschüssiger Kohlensäure aus der Gärung und ein ergiebiges, qualitativ hochwertiges Wasservorkommen ermöglicht es vielen Brauereien, auch kostengünstig alkoholfreie kohlensäurehaltige Getränke aus Konzentraten herzustellen und abzufüllen. |
Wasser |
HefeSchon lange bevor der Mensch erkennen konnte, was die Ursache der Gärung war, hat er sich mikrobielle Vorgänge zur gezielten Verarbeitung, insbesondere zur Haltbarmachung von Lebensmitten zu Nutze gemacht. Dazu gehört neben Bier und Wein auch Sauermilch, Käse, Sauerkraut, Kefir und viele andere fermentierte Lebensmittel. Seit Louis Pasteur wissen wir, dass es die Hefe Saccharomyces sp. ist, die für die Gärungsprozesse im Bier, aber auch für die Lockerung von Hefeteigen verantwortlich zeichnet. Die Bierhefe ist ein einzelliger, eukaryontischer Mikroorganismus, von rundlich-ovaler Form, der zur Klasse der Pilze gehört. Hefe kann sowohl unter aeroben (in Sauerstoffhältigem Milieu) als auch unter anaeroben Bedingungen gedeihen. Unter aeroben Bedingungen gewinnt Hefe Energie durch die Atmungskette, verbraucht Sauerstoff und scheidet Kohlendioxid aus. Diese Form der Verstoffwechslung ist bei der Bierherstellung unerwünscht. Hier muss man die Hefezellen dazu bringen, im Wege der Glycolyse Zucker zu spalten und dabei vorwiegend Alkohol und Kohlendioxid freizusetzen. Traditionell unterscheidet man die obergärige Hefe Saccharomyces cerevisiae von der untergärigen Hefe Saccharomyces carlsbergensis. Makroskopisch unterscheiden sich die beiden Hefen dadurch, dass die obergärige Hefe während der intensiven Gärung nach oben steigt während die untergärige Hefe speziell gegen Ende der Gärung nach unten sinkt. Im Mikroskop kann man erkennen, dass die Tochterzellen der untergärigen Hefe sich längere Zeit nicht von der Mutterzelle trennen und sogenannte Sproßverbände bilden, was bei der obergärigen Hefe nicht der Fall ist. In der Brauerei wird die Hefe aus einer im Labor konservierten Reinkultur über mehrere Stufen herangezüchtet, sodass sichergestellt ist, dass keine Veränderung des Stammes über die Zeit stattfindet. Beim Gärprozess entstehen neben Alkohol und Kohlendioxid noch zahlreiche weitere Verbindungen, die dem Bier einen Teil seines typischen Geschmackes verleihen. Dadurch ist es besonders schwierig, alkoholfreies bzw. alkoholarmes Bier mit vollem Geschmacksprofil herzustellen. Auch andere biochemische Prozesse in der Hefezelle können den Biergeschmack beeinflussen. So steht die Bildung der sogenannten Acetonhydroxysäuren in direkter Verbindung mit dem Aminosäurestoffwechsel. Die Acetonhydroxysäuren Acetolactat und Acetonhydroybutyrat zerfallen nach Ausscheidung aus der Hefezelle in weiterer Folge zu Diacetyl und Pentandion. Diacetyl kann weiter zu Acetoin und schließlich zu Butandiol zerfallen, was dem Bier einen unangenehmen Geschmack verleiht. Auch bei der Gärung gebildete höhere Alkohole wie n-Propanol, Isobutanol, sowie zahlreiche Ester können zu einem Fehlgeschmack des Bieres führen. Außerdem entstehen bei der Gärung auch einige Vitamine der B-Gruppe. Durch geeignete Temperatur- und Druckgestaltung des Gärprozesses sowie gesteuerte Würzebelüftung und Anstelltechnik lässt sich das Hefewachstum und der Gärprozess gezielt steuern. |
Hefezellen |
MälzereiDer erste Schritt zum Bier ist die Herstellung eines Malzes. Die Mälzerei ist heute eine eigene spezialisierte Industrie mit umfangreichem Know-how. Zunächst wird die Gerste in Silos eingelagert und auf den richtigen Feuchtegehalt gebracht, damit sie das Jahr über lagerfähig bleibt. Weitere mechanische Reinigungsschritte zur Entfernung von Unkrautsamen, Steinen, Schnüren und Nägeln in Form von Windsichtern, Trieuren und Bürstenapparaten werden angewandt, um eine möglichst reine Gerste von einheitlicher Korngröße zu erhalten. Der eigentliche Mälzvorgang beginnt mit dem Einweichen der Gerste in einem geeigneten Gefäß. Das Einweichen bewirkt, dass durch Wasseraufnahme der Mehlkörper anschwillt und die Enzyme des Keimlings, vor allem die Alpha- und Betaamylase freigesetzt werden. Durch die Aktivität der Amylasen wird die Stärke im Mehlkörper des Gerstenkornes bereits teilweise in Maltose und Oligosaccharide umgewandelt. Durch die Stoffwechselaktivität im Keimling entsteht Kohlendioxid und Wärme, sodass für eine ständige Temperaturkontrolle gesorgt werden muss. Bei fehlender Belüftung kann es dazu kommen, dass lokal anaerobe Bedingungen im Haufwerk entstehen, sodass es zu Fehlgärungen bis hin zur Fäulnis kommen kann. Entsprechend wurden geeignete Apparate konstruiert, die eine Belüftung des Bettes von unten sowie eine schonende mechanische Bewegung des Haufwerkes ermöglichen. Malz im Zustand der Keimung wird als Grünmalz bezeichnet. Sobald der Keimvorgang weit genug fortgeschritten ist, wird dieser auch schon wieder unterbrochen und das Malz getrocknet. Diesen Vorgang nennt man das Darren des Malzes. Je nach Führung der Keimung enthält das Grünmalz Verbindungen, die beim Erhitzen mit Sauerstoff zu einer Braunfärbung führen. So erhält man beim Darren durch geeignete Temperaturführung und Zeit entsprechend helle oder dunkle Malze, die dann später entsprechend auch zu hellen oder dunklen Biersorten führen. Wird der Darrvorgang direkt mit heißen Verbrennungsabgasen durchgeführt, dann besteht die Gefahr der Nitrosaminbildung aus den Stickoxiden der Verbrennungsluft und den Aminogruppen der im Malz enthaltenen Aminosäuren. Nach dem Darren muss noch der beim Keimvorgang gebildete Blatt- und Wurzelkeim entfernt werden. Diese Keime können als relativ hochwertiges Futtermittel eingesetzt werden. Man verwendet daher bevorzugt indirekt beheizte Darren, die keine Stickoxide in die Trockenkammer einbringen können. |
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SchrotenDer Vorgang des Schrotens, dient dazu, das Malz für das spätere Einmaischen aufzuschließen, wobei die richtige Partikelgrößenverteilung in erster Linie wichtig für den Läutervorgang ist. Als Schrotmühlen verwendet man Mehrwalzenstühle, häufig mit 3 Walzenpaaren in absteigender Partikelgröße auch Spelzwalze, Schrotwalze und Grießwalze genannt. Zerkleinert man das Malz mit Hilfe einer Hammermühle, dann werden auch die Schalenanteile des Malzes zertrümmert und eignen sich somit nicht mehr als Läuterhilfe. In diesem Fall kann man keinen klassischen Maischbottich mit Schlitzboden zum Abläutern verwenden sondern muss mit einem Maischefilter arbeiten. In einigen Fällen wird der Schrot auch vorkonditioniert, damit sich das Spelzvolumen noch erhöht. |
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SudhausZu Zeiten, als die biochemisch-enzymatischen Vorgänge bei der Maische noch nicht im Detail bekannt waren, sprach der Braumeister oft ein Stoßgebet zur Hl. Barbara, der Schutzherrin der Artilleristen, Sprengmeister und Braumeister: "Möge der Sud gelingen!". Wenn er einmal nicht gelang, und man vor der Hopfengabe den Fehler entdeckte war man froh dass nur das Malz verloren war und wenn es ganz schlimm kam, dann war "Hopfen und Malz verloren", was bis heute ein geflügeltes Wort geblieben ist. Dank unermüdlicher Forschungsarbeit ist die Arbeit im Sudhaus heute keine alchimistische Geheimwissenschaft mehr, sondern ein bis ins Detail steuerbarer enzymatisch-thermodynamischer Prozess. Beim Maischvorgang wird das geschrotete Malz mit Wasser in einem sogenannten Maischbottich gemischt, wobei je nach Malzqualität und gewünschter Biersorte ein bestimmtes Temperatur- Zeitprogramm gefahren und gegebenenfalls Teilmengen zur getrennten Behandlung entnommen werden, um bestimmte Lösungseffekte zu erzielen. Hauptsächlich geht es beim Maischprozess um die Lösung und spätere Abläuterung des Malzes. Darunter versteht man die enzymatische Umwandlung des Reservepolysaccharides Stärke, der Hemicellulosen (Pentosane) und der Getreideproteine (Albumine, Globuline, Prolamine, Gluteline). Die Stärke besteht ihrerseits wieder aus zwei Unterklassen, der weitgehend unverzweigten Amylose und dem stark verzweigten Amylopectin. Wie wir bereits im Kapitel Mälzerei erfahren haben, werden während des Mälzvorganges durch die Aleuronschichte des Gerstenkornes Amylasen gebildet, die nach dem Darren im Malz verbleiben. Nach Kontakt mit Wasser und bei geeigneter Temperatur und pH Wert der Maische wird nun die Stärke im Mehlkörper durch diese Amylasen zersetzt. Dabei spaltet die sogenannte Alpha-Amylase, die zur Gruppe der Endoamylasen gehört, von der Amylose (vorwiegend 1,4-Verzweigungen) größere Bruchstücke ab. Beim Amylopectin kommt sie jeweils bei den 1,6-Verzweigungen zum Stillstand, sodass es für einen vollständigen Abbau weiterer Enzyme bedarf. Die Beta-Amylase, die zur Gruppe der Exoamylasen gehört, zerlegt diese Bruchstücke vom Ende beginnend in Maltoseeinheiten. Die Glucoamylase oder die Maltase schließlich können die Oligosaccharide und die Maltose noch weiter zur Glucose spalten. Damit die Stärke, die in Stärkekörnern vorliegt, auch enzymatisch angegriffen werden kann, müssen die Stärkekörner aufquellen und die Stärke verkleistern. Wie bei jedem enzymatischen Prozess ist also die Temperatur, der pH Wert, die Enzymaktivität und der Aufschließungszustand des Substrates von Bedeutung. Es haben sich daher verschiedene Maischverfahren etabliert, die grob in die Induktionsverfahren und die Dekoktionsverfahren eingeteilt werden können. DekoktionsverfahrenBei den Induktionsverfahren wird zunächst ein Teil der Maische gekocht, wobei einerseits die Stärke verkleistert, andererseits aber die Enzyme denaturiert werden. Man führt daher die gekochte Teilmaische wieder einer ungekochten Teilmaische zu, wobei die Mischtemperatur so gewählt wird, dass die Enzymaktivität optimal wird. Dann hält man die Temperatur eine bestimmte Zeit konstant und wiederholt das Zuführen gekochter Maische noch 2-3 mal. Entsprechend werden diese Verfahren als Zwei- bzw. Dreimaischverfahren bezeichnet. Die dazwischenliegenden Haltetemperaturen werden je nach beabsichtigter Wirkung als Malzrast, Eiweißrast bzw. Verzuckerungsrast bezeichnet. InfusionsverfahrenBeim Infusionsverfahren wird die gesamte Maische über ein Temperatur- Zeitprogramm erhitzt und dabei verzuckert. Den Endpunkt der Verzuckerung kann man anhand der klassischen Jodprobe feststellen, die auf dem Prinzip der Blaufärbung einer Jodlösung durch Stärke beruht. Die apparative Ausstattung der Brauerei im Sudhaus für die Durchführung des Maisch- und Läuterprozesses besteht entweder in klassischen Kupferkesseln oder heute häufig auch Edelstahlkesseln, die als Maischbottich, Maischpfanne und Läuterbottich bezeichnet werden. Der Maischbottich ist im wesentlichen ein beheizbarer Rührbehälter aus Kupfer oder Edelstahl mit einem langsamlaufenden Rührwerk, das die Aufgabe hat, einen optimalen Stoff- und Wärmeaustausch zwischen ungelöstem und gelöstem Malz zu bewerkstelligen. Die Sudpfanne ist im Verhältnis dazu kleiner und verfügt über eine größere Heizfläche und ein schneller laufendes Rührwerk. Sie dient zur Aufnahme der abgezogenen Teilmaischen. Häufig findet man kombinierte Maischbottichpfannen, die beide Aufgaben übernehmen können. Der klassische Läuterbottich ist ein eher flacher Behälter mit isolierter Wandung, um die Temperatur während des Abläuterns konstant halten zu können. Der Boden ist oft als flacher Boden mit einem Schlitz- oder Spaltsieb ausgeführt. Zur Auflockerung des Treberkuchens dient ein Aufhackapparat. Unterhalb des Senkbodens befinden sich die Läuterrohre, die die Fläche des Maischbottichs in mehrere "Quellgebiete" aufteilen. Beim Maischen wird nun mit Hilfe des Rührwerkes eine ausreichende Durchmischung erzeugt, sodass ein intensiver Wärme- und Stoffaustausch zwischen gelöstem und noch unglöstem Malz stattfinden kann. Durch gezieltes stufenweises Aufheizen der Gesamtmenge bzw. schrittweises Ab- und Zupumpen von Maische wird möglichst viel Malz in Lösung gebracht, sodass nach Möglichkeit nur mehr die Spelzen übrig bleiben. Als nächstes muss das gelöste Malz - die sogenannte Würze von den Spelzen getrennt werden. Dazu schaltet man das Rührwerk ab und lässt die Spelzen zu Boden sinken. Jetzt tritt der Spaltboden in Aktion und über die Läuterrohre wird die Würze kontrolliert abgezogen, wobei es darauf ankommt, ein möglichst klares Filtrat zu erhalten. Die Spelzen selbst dienen dabei als Filterhilfe. Ist die Würze abgezogen, werden die Spelzen, nun schon als Trebern bezeichnet, mit kleineren Mengen von frischem Wasser übergossen, um sie vom Restzucker zu befreien. Diesen Vorgang bezeichnet man als "Anschwänzen". Es hat nicht an Versuchen gefehlt, den Vorgang des Abläuterns zu beschleunigen und so sind im Laufe der Zeit verschiedenste Konstruktionen entstanden, von denen hier beispielhaft der Strainmaster erwähnt sei, der insbesondere im angloamerianischen Raum oft angetroffen wird. Auch statische Maischefilter und rotierende Trommelfilter sind im Einsatz. WürzekochenNach dem Maischvorgang ist die Würze, vorwiegend aufgrund der wechselnden Anschwänzwassermengen, in einer undefinierten Konzentration und muss durch Kochen bis zum gewünschten Stammwürzegehalt aufkonzentriert werden. Gleichzeitig wird beim Kochen der Würze eine Denaturierung (Inaktivierung) der Enzyme und eine Ausfällung der Eiweiße (des koagulierbaren Stickstoffes) bewirkt. Die Hopfengabe, die ebenfalls auf dieser Stufe der Verarbeitung erfolgt, verbunden mit der Lösung der Hopfenbestandteile und der Isomerisierung der Alphasäuren tragen wesentlich zur Aromabildung bei. Die Hopfengabe erfolgt oft in mehreren Stufen, in Abhängigkeit von der apparativen Ausstattung, der Art des Hopfens und der Wasserqualität. Auch die Farbgebung der Würze wird beim Kochprozess durch die Reduktonbildung beeinflusst. Die biochemische Reaktion die hierbei abläuft, wird Maillardreaktion genannt. Dabei bilden sich aus den reduzierenden Zuckern und Aminogruppen (Aminosäure, Peptiden) über einen relativ komplizierten Reaktionsweg intensiv braun gefärbte stickstoffhältige Polymere, die Melanoidine. Als apparative Ausstattung zum Würzekochen verwendet man traditionell Sudpfannen aus Kupfer oer Edelstahl. Ursprünglich waren die Sudpfannen direkt bezeizt durch Heizgase von Holz- oder Ölfeuerung, später Gasfeuerung. Moderne Sudkessel besitzen Heizmäntel mit Dampfbeheizung. Das aus dem Sudkessel beim Kochen verdampfende Wasser kann energetisch durch Rückgewinnung der Verdampfungswärme genutzt werden. Grundsätzlich unterscheidet man die Innenkochapparate von den Außenkochapparaten. Beim Außenkochapparat wird die Würze durch einen separaten Wärmetauscher geleitet und im Kreis gepumpt, wobei ein intensicer Wärmeübergang stattfindet. Beim Innenkochapparat muss eine entsprechend große Heizfläche zur Verfügung gestellt werden, sodass entweder eine flache Konstruktion oder entsprechende Einbauten zur Aufnahme der Dampfregister notwendig sind. Eine Würzekochung unter patiellem Unterdruck kann zur Verkürzung der Kochzeit und zur Energieeinsparung beitragen. Nach Ende des Würzekochens liegt eine kochend heiße, sterile, gehopfte Würze mit richtig eingestelltem Stammwürzegehalt vor, die noch den Heißtrub enthält, der in weiterer Folge abgeschieden werden muss. WürzebehandlungUm einen Fehlgeschmack des Bieres zu vermeiden, muss der Heißtrub, bestehend aus den ausgefällten Würzebestandteilen und den ungelösten Hopfenbestandteilen, möglichst vollständig abgeschieden werden. Dies kann grundsätzlich durch statische Sedimentation im Setzbottich, durch Feinfiltration in Anschwemmfiltern oder am einfachsten im Whirlpool erfolgen. Hierbei wird die Würze tangential in ein zylindrisches Gefäß eingespült, wodurch eine rotierende Bewegung der Würze entsteht. Lässt man diese frei auslaufen, dann sammelt sich aufgrund der sich im Rotationszentrum bildenden Vortex der Trub als Kegel am Boden des Whirlpoos. Würzekühlung und Abscheidung des KühltrubesDie heiße geklärte Würze wird nun klassisch über Rieselkühler, heute eher über Plattenwärmetauscher, auf Gärtemperatur gekühlt. Der bei der Abkühlung entstehende Kühltrub wird oftmals abgetrennt, bevor die Würze mit Hefe versetzt wird. Dies kann über Zentrifugation, Flotation oder Kaltwürzefiltration im Kieselgur-Anschwemmfilter erfolgen. |
Kupferkessel |
GärkellerAnstellenJe nach Zustand der Würze nach der Kühlung wird kurz Sterilluft eingeblasen, um der Hefe einen raschen Start der Vermehrung zu erlauben. Die Löslichkeit des Sauerstoffes in der Würze ist umgekehrt proportional zur Temperatur, sodass sich in der gekühlten Würze entsprechend mehr Sauerstofff löst als in der heißen Kochwürze. Die vollständig geklärte, gekühlte und belüftete Würze gelangt nun in den Gärkeller und wird mit Hefe versetzt. Diesen Vorgang bezeichnet man als Anstellen. Die Menge der Hefegabe richtet sich nach der Konsistenz und dnm physiologischen Eigenschaften der Hefe, sowie der gewünschten Gärtemperatur und dem Extraktgehalt der Würze. Entweder erfolgt das Anstellen der Würze in einem separaten Anstellbottich mit Rührwerk, wodurch eine homogene Verteilung der Hefe und ein rascher Start der Vergärung erreicht wird, oder direkt im Gärtank. HauptgärungDie Hauptgärung ist gekennzeichnet durch eine rasche Vermehrung der Hefe und intensive Stoffwechseltätigkeit. Dabei kommt es zu einem Temperaturanstieg, der zu gegebener Zeit gestoppt wird um die Gärung in eine ruhigere Phase überzuleiten. Als Gärgefäße verwendete man ursprünglich offene Bottiche aus Kupfer, Stahl, Aluminium oder beschichtetem Beton. In der Phase der stürmischen Gärung bildet sich an der Oberfläche eine Decke, der sogenannte Kräusen, der bei offfener Gärung gut beobachtet werden kann. Bei neu gebauten Gärkellern verwendet man fast ausschließlich geschlossene Gärtanks aus Edelstahl mit zyliderkonischer Form, die über entsprechende Einbauten für automatische Reinigung und Mantelkühlung verfügen. Dies hat den Vorteil, dass bei untergärigen Typen sich die Hefe in der Spitze des Konus sammelt und von dort abgezogen werden kann. Die Steuerung der Gärung erfolgt in diesem Stadium in erster Linie über die Temperaturführung. Damit der entstehende Kräusen weder das Bier noch die abgesetzte Hefe verunreinigen kann, muss beim Abziehen des Bieres mit ensprechender Sorgfalt vorgegangen werden. Gelegentlich verwendet man auch schwimmende Kugeln aus Kunststoff, die an ihrer Oberfläche den Kräusen binden und so eine Verunreinigung des Bieres verhindern. Das bei der Gärung entstehende überschüssige Kohlendioxid wird abgezogen und kann nach entsprechender Reinigung für kohlensäurehältige Erfrischungsgetränke verwendet werden. Auch die Hefe kann entwässert und zu Kuchen gepresst, weiter verarbeitet werden Der Treber kann getrocknet und zur Energiegewinnung verbrannt oder als Futterzusatz verwendet werden. Auch Treberschnaps wird hergestellt. Beim Abzug des Bieres aus dem Gärtank muss dieser steril belüftet werden, um den entstehenden Unterdruck auszugleichen. Zum Schutz vor Implosion verfügen die Gärtanks über entsprechende Sicherheitsventile. FiltrationDas abgezogene Bier enthält noch Hefezellen und Trubstoffe, die in der nachfolgenden Filtration entfernt werden müssen. Aufgrund der mikroskopischen Größe der Hefezellen ist es nicht ganz einfach, tatsächlich eine vollständige Entfernung der Hefen zu erzielen. Wird das Bier entsprechend frisch getrunken, kann man auf die technisch aufwändige Filtration auch verzichten. Solche Biere beizeichnet man als Zwickelbier Die Klärung erfolgt in der Regel entweder über eine Kombination aus Zentrifugen (Separatoren) und Filtern oder über eine zweistufige Filtration. Als Filtermedium wird hauptsächlich Kieselgur, ein aus den Schalen von Kieselalgen gewonnenes, und durch Erhitzen aufgeschlossenes "biologisches" Silicat verwendet, das dem Reinheitsgebot nicht widerspricht. Die Filterapparate sind einerseits Rahmenfilterpressen und andererseits Kesselfilter mit vertikal angeordneten Filterkerzen oder horizontal an einer Welle angeordneten Siebtellern. Der prinzipielle Vorgang besteht aus drei Teilen: Anschwemmen des Filterhilfsmittels, Filtration, Abreinigen der gesättigten Filterhilfsmittels. Das Abreinigen des Filterkuchens geschieht beim Kerzenfilter durch Druckstoß, beim horizontalen Siebfilter und beim Tellerfilter durch Zentrifugalkraft. Dabei wird neben einer störungsfreien, raschen Filtration vor allem darauf Wert gelegt, dass möglichst wenig Wasser und Filterhilfsmittel verschwendet und das Abwasser möglichst wenig biologisch belastet wird. Nachdem das Bier auf dieser Stufe praktisch fertig ist, trachtet man, möglichst verlustfrei zu fahren und ohne Vor- und Nachlauf auszukommen. Den Verlust an theoretischer Ausbeute bezeichnet der Brauer auch als "Schwand" .Von diesem Punkt an ist auch jeder unnötige Eintrag von Sauerstoff tunlichst zu vermeiden, da dieser zu Fehlgeschmack und im schlimmsten Fall zum Wachstum von aeroben Organismen wie Essigsäurebakterien führen kann. Tanks werden also vor Befüllung mit Kohlendioxid gespült. Im Bier verbleibende Hefezellen sterben mit der Zeit ab und zerfallen, was man auch als Autolyse bezeichnet und dem Bier eine unangenehmen Autolysegeschmack verleiht. |
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LagerkellerEine allenfalls im Bier verbleibende Resttrübung kann durch Lichtstreuung an kolloidal gelösten Teilchen, durch den Tyndalleffekt verursacht werden. Dabei handelt es sich um komplexe Verbindungen aus Polypeptiden, Polyphenolen, Polysacchariden und Mineralstoffen. Um auch diese Resttrübung noch zu entfernen, dienen verschiedene Stabilisierungsverfahren durch Zugabe von Silicaten, Kieselgel oder Polyvinylpyrrolidone (PVPP) |
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Fasskeller und FlaschenkellerFassabfüllungSoferne Mehrweggebinde verwendet werden, müssen diese zunächst vor einer Wiederbefüllung aufwändig in einem mehrstufigen Verfahren gereinigt werden. Auf eine Außenreinigung und Etikettenablösung folgt die Innenreinigung mit verschiedenen Reinigungshilfsmitteln, wobei bei der Wahl auf die Materialart des Gebindes und dessen chemische Beständigkeit Rücksicht genommen werden muss, um Korrosionserscheinungen hintanzuhalten. Häufig werden alkalische Reiniger mit Zuatz von Hypochlorit und Korrosionsschutz verwendet. Für Leichtmetallfässer können auch saure Reiniger eingesetzt werden. Im Bereich der Fassabfüllung unterscheidet man Aluminiumfässer mit unterschiedlicher Innenbeschichtung und Edelstahlfässer mit eingeschraubten Steigorhren, die sogenannten Kegs. Auch traditionelle Holzfässer werden nach wie vor angeboten. In letzter Zeit haben auch kleine 5 Liter Partyfässer und 4 l "Beer-Tender" mit zugehörigem Zapfgerät Einzug gehalten. Die Befüllung erfolgt unter Vorspannung mit Kohlendioxid zur Vermeidung einer Sauerstoffbelastung. FlaschenabfüllungDie Flaschenabfüllung bedeutet eine große logistische Herausforderung, denn sie umfasst eine große Anzahl an Materialien, Arbeitsschritten und Arbeitsmitteln, die zur rechten Zeit verfügbar sein müssen. Zunächst erfolgt die Entpalettierung und die Handhabung der Leerkisten, meist auf automatischen Straßen. Dann werden die leeren Flaschen nach Vorsortierung meist in einer automatischen Waschmaschine vom Etikett befreit, vorgereinigt, hauptgereinigt, gespült und getrocknet Nach einer teilautomatisierten Inspektion werden die Flaschen auf Karussellmaschinen vorevakuiert, mit Kohlendioxid vorgespannt, möglischst schaumarm gefüllt und verschlossen Dann erfolgt die Etikettierung, die Befüllung der Kartons oder Kisten und die Palettierung. Neben den genormten Euroflaschen mit 500 ml Inhalt gibt es im Handel eine Vielzahl von individuell gestalteten, meist für die Gastronomie aufwändiger gestalteten Bierflaschen unterschiedlicher Volumina, darunter auch soche mit Bügelverschluss und Schraubverschluss. Die Flaschenfüllanlagen DosenabfüllungDie fehlende Rücknahmemöglichkeit der Flaschen bei Exportware aber auch der Wunsch des Handels nach Einwegverpackungen führten zur Getränkedose aus Aluminium. Vom Standpunkt der Resourcenschonung und der Nachhaltigkeit ist die Frage ob die Mehrwegflasche gegenüber der Einwegdose einen Vorteil bietet, seit langem strittig. Ökobilanzen zeigen, dass es vor allem auf die Rücklaufquote und die Anzahl der Wiederverwendungen der Mehrwegflasche ankommt, ob diese gegenüber der Getränkedose einen ökobilanziellen Vorteil bietet. Entsprechend funktionierende Sammelsysteme vorausgesetzt, ist ein Recycling sowohl bei Aluminium als auch bei Glas möglich, wenngleich beide mit einem hohen Energiebedarf und damit entsprechend hohem Kohlendioxidausstoß verbunden sind. Die bereits bedruckten tiefgezogenen Dosenrohlinge werden entstapelt, vollautomatisch auf Karussellmaschinen befüllt, mit einer Kohlendioxidschicht überschichtet und dann der Deckel aufgesetzt und mit einer Bördelnaht dicht verschlossen. Die Stapelung erfolgt meist auf 24er Kartonträgern mit anschließender Folienschrumpfhaube oder in Sechserpacks mit Folienschrumpfhaube. Zum allgemeinen Thema Biergefäße sei hier nur erwähnt, dass es international eine große Vielfalt an Lager-, Transport- und Vertriebsformen gibt, die teils der Tradiion wegen, teils der Mode wegen ihre Existenzberechtigung haben. PasteurisationUm die Haltbarkeit des Bieres im Handel zu verlängern, wird oftmals eine zusätzliche Pasteurisation durchgeführt. Diese kann vor der Abfüllung im Durchflußpasteurapparat erfolgen, wobei diese Methode neben dem qualitativen Vorteil der Kurzzeiterhitung und der Raumersparnis eine einfache Möglichkeit der Energierückgewinnung bietet. Die Anwendung dieser Methode setzt jedoch voraus, dass die folgende Abfüllung steril erfolgt, sonst war die Pasteurisation umsonst. Um dieses Problem zu umgehen wird häufig auch eine Flachenpasteurisation in großen Pasteurtunnels durchgeführt, wobei die Flaschen mit heißem Wasser besprüht werden. Auch hier ist eine Wärmerückgewinnung vorgesehen. |
Keg |
PeripherieWasseraufbereitungMit etwa 960 g/l macht Wasser den Hauptanteil des Bieres aus. Aber auch für die Reinigung, die Dampferzeugung etc. müssen große Mengen an entsprechend aufbereitetem Wasser bereitgestellt werden. Dafür werden hauptsächlich Ionentauscheranlagen in Kombination mit Umkehrosmose eingesetzt. Je nach Härte des zur Verfügung stehenden Brunnen- oder Quellwassers kann der Verbrauch an Chemikalien zur Wasseraufbereitung beträchtlich sein und mit unter einen wichtigen Kostenfaktor ausmachen. WärmeerzeugungDie universell verwendbare Energieform in der Brauerei bildet der Dampf. Dieser wird hauptsächlich zum Erhitzen der Maische und zum Kochen der Würze, aber auch für Heißwasser in der Abfüllerei (Flaschenreinigung) benötigt. Durch entsprechend energie- und emissionsoptimierte Dampfkessel in Verbindung mit Wärmerückgewinnungsanlagen konnten große Fortschritte beim spezifischen Energieverbrauch gemacht werden. Weitere Fortschritte verspricht man sich durch die Verwendung von Kraft- Wärmekopplungen, die gleichzeitig Warmasser, Dampf und elektrischen Strom liefern. Auch Biomassekessel und kommunale Wärmeverbundsysteme können einen wichigen Beitrag zur Ökobilanz leisten. KälteerzeugungFür die Kälteerzeugung können prinzipiell Kompressor- und Absorberanlagen eingesetzt werden, wobei auf die Wahl eines umweltschonenden Kältemittels Wert gelegt werden sollte. Bei sehr großen Kälteleistungen haben moderne gasbetriebene Absorberanlagen in letzter Zeit gegenüber den Kompressormaschinen wieder an Boden gewonnen, weil sie in ein Wärmeverbundsystem eingegliedert werden können. Weiterverarbeitung der HefeDie bei der Gärung anfallende Hefe ist ein wertvoller Rohstoff, der als Futtermittel Verwendung findet. Je nach Bedarf des Abnehmers kann Trocken- oder Presshefe hergestellt werden. Weiterverarbeitung der TrebernDie beim Läutern anfallenden Trebern können getrocknet und als Energieträger verheizt oder als ballaststoffreiches Futtermittel verwendet werden. KohlensäureDie gewonnene Gärungskohlensäure wird in Tans gesammelt, im Gaswäscher gereinigt, komprimiert, getrocknet, desodoriert und durch starke Kühlung verflüssigt. In einem Drucktank wird das Kohlendioxid gelagert und kann von dort als Flaschengas oder über einen Verdampfer entnommen werden. |
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LiteraturhinweiseKarl-Ulrich Heyse et al., Handbuch der Brauerei-Praxis Ludwig Narziß: Abriss der Bierbrauerei Wolfgang Kunze: Die Technologie der Brauer und Mälzer |
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