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    Innovation

    Dynamische Fermentation und die Herstellung alkoholfreier Biere

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    28. November 2024
    4:25 Min.

    Indem Umwälz- und Sedimentationsprozesse im Gärtank gezielt beeinflusst werden, lässt sich für eine hohe Qualität der produzierten Biere sorgen und die Effizienz einzelner Prozesse steigern. Steinecker hat für diese dynamische Fermentation die Umwälzeinheit Poseidon im Programm. Nun wurde sie in einer weiteren Anwendung getestet: für die Herstellung eines alkoholfreien Biers mit crabtree-negativen Hefen.

    Während der Absatz beim konventionellen Bier immer weiter zurück geht, verzeichnet der alkoholfreie Sektor stetigen Zuwachs. Zunehmend springen auch Craft Breweries auf den Trend auf und bringen entsprechende Sorten auf den Markt. Als alkoholfrei bezeichnet man Bier mit weniger als 0,5 Volumenprozent Alkoholgehalt, für seine Herstellung gibt es verschiedene Verfahren. Grundsätzlich unterscheidet man zwei Ansätze: Entweder man unterbindet von vornherein die Bildung von Alkohol oder man entzieht dem fertigen Bier nach der Gärung den Alkohol wieder.

    Relativ einfach zu implementieren sind Methoden, die den ersten Ansatz verfolgen:

    • Gängig ist das Stoppen der Gärung, bevor ein Alkoholgehalt von 0,5 Volumenprozent erreicht ist. Bei diesem Verfahren wird bei Temperaturen um 5,0 Grad Celsius angestellt – also die Hefe zum Bier gegeben, um die Gärung einzuleiten. Ziel ist, damit die Fermentation möglichst langsam und somit kontrollierbar zu gestalten. Je länger die Kontaktzeit von Hefe und Würze gehalten werden kann, bevor der Alkoholgehalt das Limit erreicht, desto mehr wird an unerwünschten Würzearomen abgebaut. 
    • Das Kältekontaktverfahren, bei dem die Würze bei sehr niedrigen Temperaturen unter 0,0 Grad Celsius angestellt wird, lässt nahezu keinen Alkohol entstehen. Allerdings muss hier meistens durch Umwälzung die Hefe in Schwebe gehalten werden, damit der Abbau der Würzearomen stattfinden kann. 
    • Der Einsatz maltosenegativer Hefen, die zwar Glucose, Fructose und Saccharose, nicht aber Maltose verwerten können, ist eine recht einfache Methode zur Herstellung alkoholfreier Biere.

    Da bei diesen Verfahren immer ein hoher Restextrakt vorhanden ist, müssen diese Biere aber pasteurisiert werden, um platzende Flaschen zu vermeiden. 

    In neue Anlagen investieren Brauereien immer dann, wenn sie sich für die nachträgliche Entalkoholisierung entscheiden. Hierbei sind thermische Verfahren oder Membrantrennverfahren die etabliertesten Methoden: 

    • Die thermischen Verfahren werden meist unter Vakuum bei moderaten Temperaturen durchgeführt. Das zuvor entkarbonisierte Bier wird destillativ vom Alkohol befreit. Aus dem entstandenen Brüden sowie aus der entfernten Kohlensäure können Bieraromen wiedergewonnen und dem alkoholfreien Bier beidosiert werden. 
    • Besonders für untergärige Sorten geeignet ist das Membrantrennverfahren mit Umkehrosmose, das den Alkohol unter Druck durch eine semipermeable Membran abtrennt. Das Bier erfährt hierbei keine thermische Belastung, was sich in der Qualität der Biere widerspiegelt. Im Vergleich benötigt dieses Verfahren am meisten Energie und Wasser, speziell wenn ein Alkoholgehalt von kleiner 0,05 Volumenprozent erreicht werden soll. 

    Neue Technologie mit crabtree-negativen Hefen

    Seit einiger Zeit erfreuen sich spezielle, sogenannte crabtree-negative Hefen immer mehr an Beliebtheit. Wie klassische Brauhefen verstoffwechseln sie unter anaeroben Bedingungen, also in Abwesenheit von Sauerstoff, den in der Würze enthaltenen Zucker zu Alkohol. Anders als ihre klassischen Pendants stoppen sie aber die Alkoholbildung, sobald sie sich in einem aeroben, also sauerstoffhaltigen Milieu, befinden. Sie erzeugen dann Aromastoffe, aber eben keinen Alkohol. Diese Aromastoffe haben einen maskierenden Effekt auf die für alkoholfreie Biere oft typischen Würzearomen, wodurch Konsumentinnen und Konsumenten diese nicht mehr wahrnehmen können. Bei Einhaltung eines aeroben Milieus während der Fermentation können somit 0,0-Volumenprozent-Biere hergestellt werden. Das bedeutet, dass der Tank dauerhaft belüftet werden muss. Für Gärtanks, die ja eigentlich für anaerobe Bedingungen ausgelegt sind, ist das eine Herausforderung. 

    Auf die Belüftung kommt es an

    An dieser Stelle kommt Umwälzeinheit Poseidon von Steinecker ins Spiel (siehe Abbildung). Mit ihr kann man im Tank gezielt verschiedene Durchmischungszonen und Zirkulationsrichtungen einstellen. Das trägt zu gleichmäßig und effizient ablaufenden Fermentationsprozessen bei, die wiederum eine Voraussetzung für die Herstellung hochwertiger Biere sind. Poseidon verfügt außerdem über einen speziell konstruierten Verdrängungskörper am Tankauslass, der den Feststoffaustrag bei der Hefeernte oder beim Abzug von Geläger oder Hopfenresten verbessert. Die ganze Einheit lässt sich mit wenig Aufwand am Konusflansch des Gärtanks nachrüsten. Ursprünglich wurde Poseidon dazu eingesetzt, um eine schnellere Gärung und Lagerung, eine verlustärmere Hefeernte sowie eine intensivierte Abkühlung zu ermöglichen; mit dem Aufkeimen von hopfenintensiven Craft-Beer-Stilen kam noch der Vorteil einer optimierten Kalthopfung hinzu.

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    Die nachrüstbare Umwälzeinheit Poseidon mit drei Ein- beziehungsweise Auslässen und Verteilstation inklusive Umwälzpumpe. Die Ventilstellungen an der Verteilstation geben vor, zwischen welchen Punkten und in welcher Richtung die Zirkulation erfolgt.

    Poseidon und crabtree-negative Hefen

    Für den Einsatz mit crabtree-negativen Hefen hat Steinecker eine Variante seiner Umwälzeinheit Poseidon mit integrierter Belüftung und Sauerstoffsensor entwickelt (siehe Abbildung). Auch hier verbessert die Umwälzung das Durchmischen des Biers mit der Hefe, fördert so die Geschmacksbildung und intensiviert den Reifeprozess. Noch wichtiger ist allerdings ihr Einsatz für die Belüftung des Tanks: Während des Reifeprozesses wälzt Poseidon die Würze permanent um und belüftet sie auf einen Sauerstoffgehalt zwischen 1,0 und 1,5 Parts per million (ppm). Es kommt darauf an, die Temperatur für die Aromabildung möglichst lange auf hohem Niveau zu erhalten und dabei immer im aeroben Milieu zu bleiben. In Versuchsreihen, die zusammen mit Novenesis, einem Hersteller crabtree-negativer NEER-Hefen, im Steinecker Technology Center durchgeführt wurden, konnte mit Poseidon dieser Zustand deutlich über 20 Stunden gehalten werden. Insgesamt lag bei diesen Versuchen nach nur zwei Tagen vollständig aromatisiertes Bier mit 0 Prozent Alkohol vor.

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    Poseidon Variante mit Belüftung und Sauerstoffsensor für den Einsatz mit crabtree-negativen Hefen

    Fazit: alkoholfreies Bier mit crabtree-negativen Hefen und Poseidon

    Mit einer vollständigen und dauerhaften Belüftung lässt sich hochwertiges Bier mit 0,0 Volumenprozent Alkohol herstellen. Dies wäre anderweitig nur unter sehr hohem Aufwand realisierbar. 
    Die Vorteile:

    • Die homogene Durchmischung des Biers mit den Hefen fördert die Geschmacksbildung und beschleunigt den Prozess. 
    • Brauversuche mit NEER-Hefen und Poseidon erzielten extrem kurze Reifezeiten von nur zwei bis drei Tagen. Neben kurzen Tankbelegungszeiten resultiert dies vor allem in im Vergleich zu anderen Verfahren deutlich geringeren Betriebskosten. 
    • Auch die Investitionen sind verglichen mit denen für Entalkoholisierungsanlagen moderat. 
    28. November 2024
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