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Verfahren zur Hopfung von Bierwürze
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Hopfung von Bierwürze unter Verwendung von bei der Ultra- schall-Extraktion von wässerigen Hopfenaufschlemmungen anfallendem Extrakt und Rückstand.
Es ist seit langem bekannt, den Hopfen zum Zwecke einer besseren Ausnutzung in einem besonderen
Gefäss vor dem Würzekochen auszulaugen. Es sei hier auf den vielfach verwendeten Hopfen-Montejus verwiesen. Die Auslaugung fand grundsätzlich bei höherer Temperatur statt, da der Hopfenbitterstoff sich in wässeriger Suspension erst bei Temperaturen über etwa 600C lösen lässt. Ein bekanntes Verfahren sieht vor, dass der Hopfen vor dem Würzekochen von den Abläuterwürzen durchströmt wird, welche die
Hopfenbitterstoffe ablösen und aufnehmen. Die in dieser Weise ausgelaugten Hopfentreber werden nachher mit der Würze zusammen gekocht.
Bei diesen bekannten Verfahren war der Gewinn an Bitterstoffen nicht sehr bedeutend und er stand in keinem rechten Verhältnis zu dem Aufwand an Einrichtungen, Zeit und Mühe, die die Verfahren beanspruchten. Eine bessere Ausnutzung der Hopfenaromastoffe (der Hopfenöle) wurde nicht erreicht, dagegen wurde der Hopfen bei der mehrmaligen Behandlung mit heisser Würze oder mit heissem Wasser weitgehend entaromatisiert.
In neuerer Zeit versuchte man, diese alten Verfahren dadurch wirtschaftlicher zu gestalten, dass man die bekannten extrahierenden und dispergierenden Wirkungen der Schallenergie zum Einsatz brachte. Insbesondere bei der Verwendung von Ultraschall wurden zum Teil hohe Hopfensparquoten erreicht, doch büsste der Hopfen bei der Beschallung unter Temperaturen über etwa 400C schnell seine aromatische Wirkung ein, vor allem deshalb, weil die Aromastoffe oxydiert wurden und einen unangenehmen Nachge- schmack verursachten. In der Praxis wird nach den genannten Verfahren mit sehr geringen Schalleistungen gearbeitet, damit die nachteiligen Wirkungen nicht so stark werden, dass das Bier ungeniessbar wird.
Der geringen Energie entsprechend ist die Einsparung an Hopfen ebenfalls klein. Es wird daher der Würze grundsätzlich Frischhopfen zugegeben, um Aroma zu erhalten. Die Wirtschaftlichkeit der Extraktion mit Ultraschall ist unter diesen Umständen fraglich.
Es ist ferner bekannt, Hopfen mit wässerigen Flüssigkeiten bei Temperaturen von 0 bis IOOOC, vorzugsweise 0 bis 20 C, ohne Anwendung von Ultraschall zu extrahieren. Der gewonnene Extrakt (Fraktion I) wird vom Rückstand (Hopfentreber) abgetrennt, der Rückstand in wässerige Lösung aufgeschlämmt, erhitzt und unter Anwendung von Ultraschall neuerlich extrahiert. Der hiebei gewonnene Extrakt (Fraktion II) wird vom Hopfentreber getrennt oder auch gemeinsam mit ihm der kochenden Würze zugesetzt, jedoch erst gegen Ende der Kochung, während der grössere Teil des auf kaltem Wege gewonnenen Extraktes (Fraktion I) der Würze schon zu Beginn des Kochens oder bald danach zugegeben wird.
Von dem zuletzt angeführten Verfahren unterscheidet sich das Verfahren gemäss der Erfindungvor allem dadurch, dass die Extraktion in beiden Stufen des Verfahrens unter Verwendung von Ultraschall vorgenommen wird, ferner durch eine andere Art der Einführung der Extrakte und Rückstände in die Würze.
Nach dem Verfahren gemäss der Erfindung wird der Hopfen zunächst bei Temperaturen zwischen 0 und 350C u. zw. unter Ultrabeschallung extrahiert und der gewonnene Extrakt (Kaltextrakt), der die Hopfenöle enthält, vom Extraktionsrückstand (Hopfentreber) abgetrennt. Der Rückstand wird in Wasser aufgeschlämmt, erhitzt und mit Ultraschall behandelt. Der hiebei gewonnene Extrakt (Warmextrakt), der die Bitterstoffe enthält, wird vom Rückstand (Hopfentreber) getrennt. Dieser Rückstand wird der Würze zu Be-
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ginn des Würzekochens, der Warmextrakt gegen Ende des Würzekochens und der Kaltextrakt erst nachdem Ausschlagen der Würze zugesetzt. Gegebenenfalls kann der Kaltextrakt der bereits stark abgekühlten oder gärenden Würze oder auch erst dem Jungbier im Lagertank zugegeben werden.
Im einzelnen unterscheidet sich somit das Verfahren gemäss der Erfindung von dem vorher erwähnten dadurch, dass bereits die Kaltextraktion mit Ultrabeschallung vorgenommen und dass der bei der Warmextraktion gewonnene Extrakt und der hiebei angefallene Rückstand, jedoch zu verschiedenen Zeiten der kochenden Würze zugegeben wird, der Kaltextrakt aber der kochenden Würze überhaupt nicht zugesetzt wird.
Die Anwendung von Hopfenextrakten beliebiger Art bzw. von Hopfenölen zwecks Aromatisierung des Bieres ist an sich bekannt. Gemäss der Erfindung wird die Aromatisierung der Würze mit einem in besonderer Weise, nämlich auf kaltem Wege durch Ultrabeschallung gewonnenen Extrakt erzielt.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ermöglicht eine weitgehende. Ausnutzung der Bitterstoffe des Hopfens, die Erhaltung der aromabildenden Stoffe und eine "einfache Steuerung der Zugabe von Bitterstoffen und Aromastoffen, 11. zw. aus nachstehenden Gründen.
Die empfindlichen Aromastoffe werden bei der Kaltextraktion unter Anwendung von Ultraschall schonend abgelöst und die-Bitterstoffe aus den bei dieser Kaltextraktion anfallenden Trebern können, ohne Oxydation befürchten zu müssen, unter gleichzeitiger Anwendung hoher Ultraschalleistung und hoher Temperatur extrahiert werden. Die Bitterstoffe können somit gewonnen werden, ohne den Geschmack
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geschmack) treten somit getrennt voneinander auf und können daher durch gesteuertes Mischen zu jeder gewünschten Geschmackskombination zusammengesetzt werden,.
Ein weiterer erheblicher Vorteil besteht darin, dass die Bitterstoffe unter der Einwirkung hoher Ultraschall-Leistung und hoher Temperatur schnell und in aussergewöhnlichem Ausmass in ihre Umwandlungsprodukte (Iso-Humulen, Co-Iso-Hl1mulen usw.) überführt werden. Gerade hierin liegt eine Möglichkeit, Hopfen einzusparen, die wesentlich grösser ist, als die durch erhöhte Extraktionsausbeute anfallende Einsparung.
Schliesslich führt das Verfahren gemäss der Erfindung dazu, dass alle im Hopfen enthaltene Gerbsäure wegen der hohen Ultraschall-Leistung in Verbindung mit der hohen Temperatur restlos in ihr Oxydationsprodukt Phlobaphen umgewandelt wird. Da dieses Phlobaphen die Ausfällung der instabilen Eiweisskörper in der Würze verursacht ; führt die Warmextraktzugabe zu einem ausserordentlich umfangreichen Bruch und damit zu einem sehr lagerstabilen Bier.
Das Verfahren gemäss der Erfindung spielt sich z. B. folgendermassen ab. Nach Durchspülung des Hopfens mit Wasser von z. B. 50 C, die im Beschallungsgefäss stattfindet, wird kaltes Wasser aufgegossen und der Ultraschallerzeuger eingeschaltet. Bei etwa 200C und unter Verwendung einer Frequenz von 750 kHz und höher lösen sich praktisch keine weitere Gerbsäure und lediglich etwa 5%Bitterstoffe, während ein Grossteil der empfindlichen Hopfenöle in das Wasser übergeht und hier eine feine Emulsion bildet.
Diese Ablösung der Hopfenöle findet bei Ultraschallfrequenzen im magnetostriktiven Gebiet (um 300 kHz und niedriger) und bei Hörschallfrequenzen überhaupt nicht statt, sondern bei Frequenzen um und etwas über dem Hörschallgebiet wird Gerbsäure und Bitterstoff extrahiert.
Der Kaltextrakt, d. h. die Emulsion der Hopfenöle im kalten Wasserbad, wird nach etwa 60 Minuten Beschallung von den Hopfentrebem (Kalttrebem) abgeseiht und zunächst in einem besonderen Aufbe- wahrungsgefäss gelagert. Danach wird heisses Wasser aufgefüllt. Die neue Suspension wird kochend etwa 60-90 Minuten beschallt. Hiedurch werden die meisten. Hopfenbitterstoffe (Humulon und Lupulon) und die restliche Gerbsäure extrahiert. Während der Beschallung wandeln sich die Bitterstoffe in ihre bierlöslichen Kochprodukte, umsomehr, je stärker das Ultraschallfeld und je höher die Temperatur ist. Es ist hiebei sehr vorteilhaft, ein druckfestes Extraktionsgefäss und eine Temperatur von etwa 1200C anzuwenden. Die Gerbsäure wird unter der gleichzeitigen Einwirkung von Ultraschallenergie und Hitze restlos in ihr Oxydationsprodukt Phlobaphen umgewandelt.
Nach der Warmbeschallung wird der Bitterstoff-Gerbsäureextrakt (Warmextrakt) von den Hopfentrebern abgeseiht und in ein besonderes Warmextraktgefäss abgefüllt, das mittels einer Rohrleitung mit der Sudpfanne verbunden ist. Die Hopfentreber, welche selbst bei gründlicher Auspressung eine mindestens ihrem siebenfachen Eigengewicht entsprechende Menge Warmextrakt enthalten, werden etwa bei Beginn des Würzekochens in die Sudpfanne geleitet. Infolge der restlosen Umwandlung der Gerbsäure in Phlobaphen enthalten sie bei einer Hopfeneinsparung von SOogenug Phlobaphen, um eine ausreichende Eiweissfällung.,, (Bruch) hervorzurufen.
Der Warmextrakt wird zur eigentlichen Bitterung der Würze kurz vor dem Ausschlagen in die kochende Würze gegeben. Je früher er zugegeben wird (z. B. 60 Minuten vor dem Ausschlagen), desto feiner und milder wird die Bittere des Bieres. Solche Biere zeichnen sich durch eine besonders hohe Lagerstabilität
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aus. Eine späte Zugabe des Warmextraktes, z. B. 10 Minuten vor dem Ausschlagen, gibt ein frisches Bier mit einem herben Bittergeschmack.
Der Kaltextrakt wird erst nach dem Ausschlagen an die Würze gegeben, z. B. erst dann, wenn die Würze auf etwa 700C abgekühlt ist, in welchem Falle die empfindlichen Hopfenöle gegen Verflüchti- gung und Oxydation geschützt werden ; anderseits wird der Kaltextrakt hiedurch pasteurisiert, so dass er nicht unmittelbar nach der Beschallung und Extraktion verwendet werden muss. Nachdem der Kaltextrakt zugegeben worden ist, geht der Brauvorgang in normaler Weise weiter.
Der Kaltextrakt kann aber auch erst der gärenden Würze zugesetzt werden. Um die während der Gärung anfallenden Hopfenölverluste zu vermindern, kann man den Kaltextrakt in einem späteren Zeitpunkt des Hauptgärllngsprozesses zugeben, etwa nach Anfang der hohen Kräusen. Wünscht man ein stark aromatisiertes Bier, kann man den Kaltextrakt zurückbehalten und ihn erst gegen Ende der Lagerung im Lagertank zugeben. Hier reicht etwa ein Viertel bis ein Fünftel der Gesamt-Kaltextraktmenge (bei 50% Hopfeneinsparung) aus, um den normalen Bieraromageschmack hervorzurufen.
Die Dosierung des Kaltextraktes spielt eine grosse Rolle für den Biergeschmack. Eine hohe Gabe von Kaltextrakt ergibt eine milde und feine Bittere. Erhöht man die Kaltextraktzugabe über ein gewisses Mass, wird die Bittere vom Aroma verdeckt. Eine geringere Kaltextraktzugabe bedingt eine herbere Bittere.
Das Verfahren gemäss der Erfindung ermöglicht eine weitgehende Steuerung des Biergeschmackes.
Beispiel : Es soll ein 200 hl Sud Pilsener Bier gebraut werden. Zur Verfügung steht ein Ultra-
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Extraktionsgefässes gerechnet, und eine Frequenz von 810 kHz.
Unter diesen Voraussetzungen kann. erfahrungsgemäss eine Hopfeneinsparung von 45 bis 50% erreicht werden. Bei einer Hopfeneinsparung von 45% kommt eine Hopfengabe von 28,8 kg an Stelle der Normalgabe von 52 kg in Betracht, d. i. 144 g/hl an Stelle von 260 g/hl.
Die 28, 8 kg Hopfen werden in das Beschallungsgefäss gegeben, das einen Mantel für Heizung und Kühlung, oberhalb des Bodens ein Sieb und Auslässe'für Extrakt und Hopfentreber aufweist. Das Extraktauslassrohr führt zu einem Dreiweghahn, um den Extrakt entweder in einen Kaltextraktbehälter oder in einen Warmextraktbehälter leiten zu können. Der Hopfentreberauslass führt unmittelbar in die Sudpfanne, weist jedoch auch eine zur Kanalisation führende Abzweigung auf.
Der Frischhopfen wird zur Entfernung des aussen befindlichen Gerbstoffes zunächst etwa 5 Minuten mit Wasser von 500C durchgespült. Das Gefäss wird sodann unten geschlossen und mit etwa 8001 destilliertem Wasser beschickt. Ein Rührwerk im Gefäss dient der Vermengung von Hopfen und Wasser und sorgt dafür, dass sämtliche Hopfenteile gleichmässig an den seitlich angeordneten Ultraschall-Strahlköpfen vorbeigeführt werden.
Die Ultraschallerzeuger und der Kühlwasserstrom im Mantel werden eingeschaltet. Die Beschallung dauert 30 Minuten bei einer Temperatur von 200C und ergibt ein feines, sehr mildes Aroma und eine mehr als ausreichende Menge an Aromastoff. Bei etwa 300C wird zwar schneller und ausgiebiger abgelöst, jedoch wird das Aroma hiebei, insbesondere bei älterem Hopfen, weniger fein.
Der Kaltextrakt wird abgeseiht und in den Kaltextraktbehälter abgefüllt. Hierauf werden 800 l möglichst heisses Wasser in das Extraktionsgefäss geleitet. Das Rührwerk, das Ultraschallfeld und Heizung werden eingeschaltet. Das Extraktionsgefäss wird nunmehr druckdicht abgeschlossen und die Temperatur des Beschallungsgutes auf 1200C gebracht. Die Beschallungszeit beträgt bei dieser Temperatur 90 Minuten.
Der Warmextrakt (Bitterstoff-Gerbstoff-Extrakt) wird nun abgeseiht und in den Warmextraktbehälter geleitet. Im Warmextrakt befindet sich ein Grossteil der Hopfenbitterstoffe, die bereits im Ultraschallfeld und in der Hitze in ihre Kochprodukte (Iso-bzw. Co-Iso-Komponente usw.) umgewandelt wurden.
Ferner enthält,. dar Warmextrakt die nicht abgespülte, vollständig in Phlobaphem oxydierte Hopfengerbsäure.
Die Hopfentreber werden unmittelbar in die Sudpfanne abgelassen. Der Verfahrensgang muss derart zeitlich abgestimmt sein, dass die Würze in der Sudpfanne nunmehr kurz vor dem Siedepunkt ist,
30 Minuten vor dem Ausschlagen wird der Warmextrakt aus dem Warmextraktbehälter jQldie Sudpfanne abgelassen.
Nach dem Ausschlagen wird die gehopfte Würze in den Setzbottich gepumpt, wo man sie bis auf etwa 700C abkühlen lässt. Sodann wird der Kaltextrakt (Aromaextrakt) zugegeben und langsam eingerührt.
Die Würze wird nun über Kühlrippen od. dgl. schnell abgekühlt und in den Gärbottich geleitet. Der Rest des Brauvorganges verläuft wie üblich.
In Abänderung dieses Ausführungsbeispieles kann der Kaltextrakt erst der gärenden Würze im Setzbottich oder erst etwa 8 Tage vor dem Ausstoss dem Jungbier im Lagertank zugegeben werden.