DE102008063304A1

DE102008063304A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Bierbereitung

Info

Publication number: DE102008063304A1
Application number: DE102008063304A
Authority: DE
Inventors: Marcus Hertel
Original assignee: Individual
Current assignee: Beva Besitz- und Verwaltungs & Co Kg De GmbH
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-07-01
Also published as: AT507746A2; EP2206770A2; EP2206770A3; EP2206770B1

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Bierbereitung angegeben, wobei aus einer Maische eine Würze gewonnen, die Würze anschließend einer Temperaturbehandlung unterzogen, aus der behandelten Würze der Heißtrub abgeschieden und nach der Heißtrubabscheidung aus der Würze durch eine Gärung Bier gewonnen wird. Dabei ist vorgesehen, dass während des Brauprozesses ein Extraktionsmittel mit einem Hopfenprodukt versetzt und eine gezielte Extraktion der Bitterstoffe durchgeführt wird, und dass die extrahierten Bitterstoffe anschließend der Würze zugeführt werden. Weiter wird eine zur Durchführung des angegebenen Verfahrens geeignete Vorrichtung zur Bierbereitung angegeben. Durch die gezielte Extraktion der Bitterstoffe aus dem verwendeten Hopfenprodukt wird gegenüber dem Stand der Technik eine deutliche Erhöhung der Hopfenausbeute erzielt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bierbereitung, wobei aus einer Maische eine Würze gewonnen, die Würze anschließend einer Temperaturbehandlung unterzogen, aus der behandelten Würze der Heißtrub abgeschieden und nach der Heißtrubabscheidung aus der Würze durch eine Gärung Bier gewonnen wird. Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere damit, wie die Ausbeute aus Hopfenprodukten im Zuge eines Bierbereitungsprozesses gesteigert werden kann. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Vorrichtung.
Ein wesentlicher Kostenfaktor im Bierbereitungsprozess ist der Einsatz von Hopfenprodukten. Da die Preise für Hopfen in den letzten Jahren gestiegen sind, und auf dem Biermarkt ein immer stärkerer Preiskampf entstanden ist, wird die eingesetzte Hopfenmenge reduziert. Dadurch soll erreicht werden, dass die Herstellungskosten sinken und das resultierende Bier für einen geringeren Preis angeboten werden kann. Auf diese Weise wurde in den letzten Jahren der herbe Charakter einiger Biersorten schrittweise immer weiter verringert. Nicht zuletzt deswegen haben auch viele ursprüngliche Pilsbier-Brauereien inzwischen sogenannte „milde” Biere im Sortiment.
Der Ausnutzungsgrad des Hopfens im Zuge der Bierbereitung ist mit ca. 30% bis heute sehr gering. Durch eine gezielte Steigerung der Einbringung von Hopfenbestandteilen in die Würze könnte der Einsatz an Hopfenprodukten, bei gleichbleibender Zusammensetzung des resultierenden Bieres, reduziert werden. Somit könnten Rohstoffkosten gespart und ein geringerer Verkaufspreis erzielt werden, ohne den Charakter eines Bieres zu verändern und die Qualität zu vermindern.
Welche Kostenersparnis eine nur um 3% bessere Ausnutzung der Bitterstoffe im gesamten Brauprozess hat, soll in folgendem Beispiel erläutert werden: Um 35 mg/l Bitterstoffe im fertigen Bier zu erhalten, müssen bei einer 32%igen Bitter stoffausnutzung 10,94 g α-Säuren/hl, die als Bestandteile des Hopfens zu den den Iso-α-Säuren umgesetzt werden, dosiert werden. Bei einer 35%igen Bitterstoffausnutzung müssten nur 10 g α-Säuren/hl in die Würze eingebracht werden. Beträgt die Jahresproduktion 500.000 hl, bedeutet dies eine Hopfeneinsparung von ca. 7 t. Bei einem Preis von 550 EUR je 100 kg Hopfen bedeutet dies eine jährliche finanzielle Einsparung von 38.500 EUR. Diese Berechnung bezieht sich auf den Ausnutzungsgrad über den gesamten Brauprozess, allerdings ist dieser auch maßgeblich vom Ausnutzungsgrad im Sudhaus abhängig.
Neben Wasser, Malz und Hefe ist der Hopfen eine weitere, und in Deutschland durch das Reinheitsgebot vorgeschriebene, Zutat zur Bierbereitung. Trotz der relativ geringen Menge, in der er der Würze zugegeben wird, besitzt er eine große Bedeutung für das Bier und dessen Herstellung. In der Regel werden Hopfeninhaltstoffe in verschiedenen Formen während der Würzekochung, beispielsweise durch einfache Zugabe oder durch Dosiervorrichtungen in das Bier eingebracht. Für eine bessere Ausnutzung wird Rohhopfen in verschiedene Hopfenprodukte umgearbeitet. Wurden früher zur Auslaugung der Bitterstoffe aus Rohhopfen verschiedene Verfahren und Apparaturen, wie beispielsweise eine Ultraschallbehandlung nach Zugabe in die Würzepfanne oder der Hopfenentlauger – hierbei wird der Hopfen durch mechanische Einwirkungen in einem Umpumpverfahren zerrissen –, eingesetzt, sollte dies durch die Einführung von Hopfenprodukten überflüssig werden. Als Hopfenprodukte sind gemahlener Hopfen, Teile von Hopfen, Hopfenpellets sowie Hopfenextrakte bekannt. Darüber hinaus existieren auch Hopfenprodukte, bei welchen ein Großteil der Bitterstoffe bereits in ihrer isomerisierten Form vorliegt. Auch diese werden vornehmlich in Pelletsform oder als Extrakt angeboten. Sie entsprechen nicht dem Deutschen Reinheitsgebot. Während durch die Würzekochung unerwünschte Aromastoffe ausgetrieben werden, sind die meisten Hopfenkomponenten im Bier erwünscht und sollen, je nach Biertyp, in unterschiedlicher Höhe in die Würze und somit auch ins fertige Bier eingebracht werden.
Die Hopfenprodukte werden im Zuge der Bierbereitung direkt der Würze vor, während oder teilweise auch nach deren Temperaturbehandlung zugegeben. Zwar werden Hopfenprodukte nach dem heutigen Stand der Technik teilweise vorgelöst und/oder die Hopfenprodukte in Dosiervorrichtungen, welche mit der Sudpfanne verbunden sind, durchspült, jedoch wird das Hopfenprodukt – und somit auch die Bitterstoffe – immer direkt in die Sudpfanne und somit zur gesamten Würze gegeben, wodurch einer Extraktion der Bitterstoffe aus dem Hopfenprodukt in die Würze starke Grenzen gesetzt sind.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bierbereitung wie eingangs genannt anzugeben, womit sich die Ausbeute der Bitterstoffe bei Verwendung von Hopfenprodukten bei der Bierbereitung noch weiter erhöhen lässt.
Die auf ein Verfahren gerichtete Aufgabe wird dabei für ein Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass während des Brauprozesses die Bitterstoffe aus dem verwendeten Hopfenprodukt nach verfahrenstechnischen Gesichtspunkten gezielt extrahiert und der Würze zugeführt werden.
Unter dem Begriff Würze sollen dabei alle Flüssigkeiten während des Brauprozesses zwischen der Maischebereitung und der Gärung inklusive der Nachgärung bzw. Lagerung verstanden werden. So werden insbesondere auch Folgebezeichnungen wie beispielsweise Jungbier und dergleichen von dem hier verwendeten Begriff umfasst.
Unter gezielt wird hierbei verstanden, dass ein Hopfenprodukt nicht auf einmal in die gesamte Würze eingebracht bzw. mit der gesamten Würze in Kontakt gebracht wird, sodass sich die Bitterstoffkonzentration in der Würze zwangsläufig stetig erhöht und eine Extraktion der Bitterstoffe aus dem Hopfenprodukt somit verlangsamt und verschlechtert wird. Anders ausgedrückt wird unter gezielt verstanden, dass das zur Extraktion notwendige Konzentrationsgefälle zwischen den zu extrahierenden Bitterstoffen im Hopfenprodukt und im zugeführten Extrakti onsmittel, welches auch Würze selbst sein kann, größer gehalten wird als dies bei herkömmlichen Brauverfahren bzw. bei direkter Zugabe zur gesamten Würze der Fall ist. Unter Berücksichtigung der später beschriebenen Gesetze der Extraktion wird somit die Einbringung von Bitterstoffen in die Würze gezielt gesteigert, woraus eine deutlich höhere Ausnutzung hervorgerufen wird.
Die wichtigsten Inhaltsstoffe des Hopfens, die für die spätere Bitterkeit der Biere sorgen, sind die erwähnten α-Säuren. Zwar stellen per Definition die Gesamtharze des Hopfens die Summe aller Bitterstoffe dar, und es spielen bei der Bitterkeit auch andere Hopfeninhaltsstoffe, wie beispielsweise β-Säuren, eine geringe Rolle, jedoch ist dieser Anteil vernachlässigbar gering, weswegen im Folgenden exemplarisch nur auf die α- oder iso-α-Säuren als Bitterstoffe eingegangen wird. Die beschriebenen Mechanismen und Vorteile sind jedoch auch auf die weiteren Bitterstoffe des Hopfens übertragbar.
Über Hopfenprodukte werden der Würze α-Säuren zugeführt und teilweise in ihr gelöst. Die α-Säuren werden dann durch die hohen Temperaturen bei der Kochung in ihre isomerisierte Form überführt.
Die Endprodukte dieser Isomerisierung können in der cis- und in der trans-Form vorliegen. Das Verhältnis der Stereoisomere ist für alle Würzen nahezu konstant. Die cis-Form tritt zu 65% und die trans-Form zu 35% auf. In der isomerisierten Form erhalten diese Stoffe einen deutlich bittereren Charakter. Für die unterschiedlichen Stereoisomere ist zwar eine gering differierende Bitterkeit im fertigen Bier gemessen worden, jedoch ist diese Differenz nicht für die Praxis relevant. Die isomerisierten α-Säuren werden auch als Gruppe der Isohumulone bezeichnet. Diese sind die Stoffe des Hopfens, die hauptsächlich für das Entstehen einer Bitterkeit verantwortlich sind. Die Iso-α-Säuren bestehen aus Iso-Humulon, Iso-Co-Humulon, Iso-Ad-Humulon, Iso-Post-Humulon und Iso-Prä-Humulon. Diese unterscheiden sich lediglich gering im Aufbau einer Seitenkette ihrer Moleküle. Andere Substanzen des Hopfens, wie beispielsweise β–Säuren, spielen nur eine untergeordnete Rolle bei der Bitterkeit eines Bieres. Des Weiteren haben Iso-Humulone eine positive Wirkung auf den Bierschaum. Sie reichern sich in ihm an und stabilisieren diesen.
Die Erfindung erkennt, dass sich die geringe Ausbeute an Hopfenbitterstoffen vor allem dadurch erklären lässt, dass ein Großteil der α-Säuren bei herkömmlicher Prozessführung nicht in Lösung gehen kann, beziehungsweise nicht ausreichend aus dem Hopfenprodukt extrahiert wird. Die Erfindung erkennt darüber hinaus, dass ungelöste Bitterstoffe nicht ausreichend isomerisiert werden können und/oder aus der Würze im Brauprozess wieder ausgeschieden werden.
Im Braubereich können zwei große Felder, in denen die Ausbeuteverluste auftreten, unterschieden werden: der Heißbereich, also die Würzebereitung, und der Kaltbereich, also der Bereich der Gärung, Lagerung, Filtration und Abfüllung. Während im Kaltbereich 20% Verluste auftreten, werden bei der Würzebereitung bereits 50% der zudosierten Hopfenbitterstoffe erst gar nicht aus dem Hopfenprodukte extrahiert und in die Würze eingebracht bzw. wieder ausgeschieden.
Zur Lösung dieses Problems geht die Erfindung nun von den folgenden Überlegungen aus:
Die Bitterstoffe müssen trotz der Verwendung von Hopfenprodukten – und den damit einhergehenden Vorteilen im Vergleich zur Verwendung von Naturhopfen – erst in die Würze extrahiert werden. Dieser Vorgang entspricht einer Fest-Flüssig-Extraktion und unterliegt somit auch deren Gesetzmäßigkeiten. Dies kann aufgrund ihrer hohen Viskosität mit guter Näherung auch bei Verwendung von Hopfenextrakten so gesehen werden, weswegen im Folgenden auch hier von einer Fest-Flüssig-Extraktion gesprochen wird. Mit dem 1. FICKschen Gesetz können die entscheidenden Parameter benannt werden, welche die Vorgänge der Fest-Flüssig-Extraktion bestimmen, bzw. evtl. beschleunigen. So nimmt die pro Zeiteinheit ausgetauschte Stoffmenge – in diesem Fall sind hierunter die gewünschten Bitterstoffe zu verstehen – zu, wenn jeweils der Diffusionskoeffizient, die Fläche des Diffusionsweges und das örtliche Konzentrationsgefälle wachsen. Der Diffu sionskoeffizient ist hierbei proportional zur Temperatur und indirekt proportional der dynamischen Zähigkeit und dem hydrodynamischen Radius eines kugelförmigen Teilchens. Die Extraktionszeit vom Eindringen des Extraktionsmittels (hier beispielsweise der Würze) in ein Feststoffkorn (hier das Hopfenprodukt) bis zum Konzentrationsausgleich hängt maßgeblich von der Kappilar- oder Weglänge ab, die das Lösungs- oder Extraktionsmittel im Feststoff, bei herkömmlichen Brauprozessen also die Würze im Hopfenprodukt, zurücklegen muss. Damit wird deutlich, dass eine schnelle und vollständige Extraktion der Bitterstoffe nur zu erreichen ist, wenn dem Extraktionsmittel große Austauschflächen mit dem und kurze Kapillarwege in dem Hopfenprodukt angeboten werden. Darüber hinaus ist es für eine gute und schnelle Extraktion von Vorteil, wenn immer wieder „frisches”, also kein oder nahezu kein Bitterstoffe enthaltendes Extraktionsmittel (beispielsweise Würze) mit dem Hopfenprodukt in Kontakt kommt, um das Konzentrationsgefälle und somit die Extraktion aus dem Hopfenprodukt auf ein Maximum zu erhöhen. Dies ist bei konventioneller Hopfengabe aufgrund der – unter Umständen auch ungleichmäßigen und langsamen – Verteilung der Bitterstoffe in der Würze nicht realisierbar. Bei einer direkten Zugabe eines Hopfenproduktes in die gesamte Würze kommt es zwangsläufig immer dazu, dass sich ein Gleichgewicht zwischen den Bitterstoffen im Hopfenprodukt und den in der Würze gelösten einstellt. Gleiches gilt auch bei Verwendung gängiger Dosiervorrichtungen. Nach Erreichen dieses Gleichgewichtszustandes gibt es kein treibendes Konzentrationsgefälle mehr, so dass keine weiteren Bitterstoffe aus dem Hopfenprodukt in die Würze übergehen. Eine vollständige Extraktion der Bitterstoffe aus einem Hopfenprodukt ist somit bei einer direkten Zugabe eines Hopfenproduktes in die gesamte Würze nicht möglich. Aufgrund der Verringerung des Konzentrationsgefälles läuft eine Extraktion bei herkömmlichen Brauverfahren darüber hinaus immer bedeutend langsamer ab, sodass bei den gängigen Würzekochzeiten in der Regel nichteinmal der beschriebene Gleichgewichtszustand erreicht werden kann.
Es ist folglich ersichtlich, dass eine Hopfengabe zur gesamten Würze, wie sie heutzutage durchgeführt wird, auch bei Verwendung von Hopfenprodukten nur zu einer unzureichenden Extraktion der Bitterstoffe in die Würze führen kann, woraus der mangelnde Ausnutzungsgrad resultiert. In der Praxis ist dies an dem hohen Gehalt an Bitterstoffen, welchen die Hopfenrückstände bei konventioneller Hopfengabe noch enthalten, ersichtlich. Dies ist auch bei Verwendung gängiger Hopfengabebehälter, welche von der Würze im Kreislauf durchspült werden, der Fall, da sich die Bitterstoffe während des Vorgangs bereits in der gesamten Würze lösen und somit das zur Extraktion benötigte Konzentrationsgefälle zwangsläufig minimieren. Es stellt sich bei ausreichender Dauer auch hier ein Gleichgewichtszustand ein, ab welchem keine Extraktion der Bitterstoffe aus dem Hopfenprodukt mehr erfolgt.
Zur Erhöhung der Hopfenausbeute wird nun ein insbesondere wässriges Fluid als Extraktionsmittel zusammen mit einem Hopfenprodukt in eine separate Vorrichtung geführt, welche der Lösung und vor allem der Extraktion der Bitterstoffe aus dem Hopfenprodukt dient. Erst die gelösten bzw. extrahierten Bitterstoffe werden der restlichen Würze zugegeben bzw. in diese überführt, wodurch sie gelöst vorliegen. Durch diese Prozessführung wird erreicht, dass nahezu alle Bitterstoffe in die gesamte Würze eingebracht werden.
Diese Zugabe der extrahierten Bitterstoffe zur gesamten Würze – und auch die Extraktion selbst – kann prinzipiell an jeder Stelle im Brauprozess – und hier auch während oder nach der Gärung – erfolgen. Bei Verwendung von unisomerisierten Hopfenprodukten erfolgt die Zugabe vorteilhafterweise vor oder während einer Temperaturbehandlung der Würze, damit die Bitterstoffe noch in ausreichendem Maße bei den höheren Temperaturen isomerisiert werden können. Dies ist besonders deswegen wichtig, da unisomerisierte Bitterstoffe im Zuge der Gärung aufgrund des pH-Sturzes wegen ihrer bei niedrigeren pH-Werten deutlich geringeren Löslichkeit wieder ausgefällt werden. Werden jedoch Hopfenprodukte verwendet, in welchen die Bitterstoffe bereits isomerisiert vorliegen, empfiehlt sich eine Extraktion bzw. eine Zugabe erst im Anschluss an Heißtrubabscheidung, um Adsorptionsverluste am Heißtrub vermeiden zu können.
Als Extraktionsmittel kann Wasser, aber auch eine Lauge oder dergleichen verwendet werden. Ebenso kann ein Dampf oder ein Gas eingesetzt werden. Gegebenenfalls muss das verwendete Extraktionsmittel von den extrahierten Bitterstoffen erst wieder von diesen abgetrennt werden, bevor sie der Würze zugeführt werden. Das Verfahren wird problemlos während des Brauprozesses und insbesondere vor oder während der Würzekochung parallel oder zeitnah zu dieser durchgeführt. Als zeitnah wird insofern die Extraktion der Bitterstoffe aus dem Hopfenprodukt während des Sud-Tages verstanden.
Um die gesamte Menge an eingebrachten Hopfenprodukten in Kontakt zum Extraktionsmittel zu bringen, empfiehlt es sich, dieses mit dem Hopfenprodukt homogen zu vermischen. Eine Homogenisierung der Mischung kann beispielsweise durch ein Umpumpen oder Rühren erfolgen. Auch können zur Homogenisierung Ultraschall oder Vibrationen eingebracht werden. Darüber hinaus kann eine Homogenisierung durch ein Ein- bzw. Durchleiten von Gasen oder Dämpfen hervorgerufen werden.
Wird gemäß einer weiter bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung als Extraktionsmittel ein Würzeteilstrom verwendet, so entspricht dieses Verfahren bei Verwendung unisomerisierter Hopfenprodukte auch dem Deutschen Reinheitsgebot bzw. dem vorläufigen Biergesetz. Ein dem Reinheitsgebot entsprechendes Hopfenprodukt wird nämlich, wie bei herkömmlichen Verfahren auch, nur mit Würze in Kontakt gebracht. Darüber hinaus ist es ratsam, anstelle der Hauptgüsse oder der bereits homogenisierten Würze, einen Teil der Nachgüsse, welche dem letzten Auslaugen der Spelzen dienen, als Teilstrom zu verwenden, da dieser deutlich weniger Extrakt besitzt. Demzufolge kann auch weniger Extrakt im Hopfenprodukt zurückgehalten werden und verloren gehen.
Hierzu wird insbesondere im Anschluss an die Fest-Flüssig-Trennung (Läutern) beziehungsweise vor der Würzekochung ein Strom der Würze nicht direkt sondern über einen separaten Extraktionsbehälter, in welchem sich das Hopfenprodukt befindet, in die Würzepfanne geführt, wodurch eine gezielte Extraktion ermöglicht wird. Hierdurch wird erreicht, dass nahezu alle Bitterstoffe aus dem Hopfenprodukt extrahiert und in gelöster Form in die Würzepfanne geführt werden, in welcher bei den dort herrschenden hohen Temperaturen eine Isomerisierung stattfinden kann.
Bei Verwendung von Hopfenprodukten, in welchen die Bitterstoffe bereist isomerisiert vorliegen, empfiehlt es sich in einer vorteilhaften Ausführung, die Extraktion erst im Anschluss an die Heißtrubabscheidung, hier insbesondere vor der Würzekühlung, durchzuführen. Hierdurch kann es vermieden werden, dass gelöste Bitterstoffe adsorptiv an den Trub gebunden und somit wieder aus der Würze entfernt werden können.
Prinzipiell ist eine gezielte Extraktion und/oder Rückführung aber auch erst im Kaltbereich, hier insbesondere nach der Hauptgärung möglich, wodurch auch Adsorptionsverluste der Bitterstoffe an Hefen minimiert werden können.
Diese gezielte Extraktion kann diskontinuierlich oder kontinuierlich durchgeführt werden. Darüber hinaus ist es auch möglich, mehrere Extraktionsapparate hintereinanderzuschalten. Als mögliche Verfahrensvarianten der Fest-Flüssig-Extraktion können hierbei das Verdrängungs-, das Durchlauf- sowie das Eintauchverfahren zum Einsatz kommen. Beim Verdrängungsverfahren wird das Extraktionsgut, also hier das Hopfenprodukt, mit frischem Extraktionsmittel beaufschlagt, worauf das Extraktionsmittel mit dem Hopfenprodukt zur Extraktion gut durchmischt wird. Hierfür können beispielsweise Rührer zum Einsatz kommen. Im Anschluss daran setzt sich der Extraktionsrückstand, also das an Bitterstoffen verarmte Hopfenprodukt, ab und wird somit nicht in die restliche Würze eingebracht, und das Bitterstoffe enthaltende Fluid wird abgezogen. Dieser Vorgang kann mehrmals mit frischem Fluid als Extraktionsmittel wiederholt werden, bis eine gewünschte Extraktion der Bitterstoffe aus dem Hopfenprodukt erreicht ist. Beim Durchlaufverfahren hingegen wird das Hopfenprodukt nicht bewegt. Das Extraktionsmittel durchdringt das Feststoffbett und entfernt somit aus diesem die Bitterstoffe. Da das Feststoffbett hierbei das durchlaufende Extraktionsmittel filtriert, sind in dem austretenden Fluid nur geringe Feinanteile festzustellen, wodurch dieses Verfahren gerade bei einer Rückführung der Bitterstoffe an späteren Stellen im Brauprozess von Vorteil ist. Beim Eintauchverfahren hingegen wird das Hopfenprodukt durch das Extraktionsmittel geführt. Bei allen Verfahrensvarianten ergibt sich bei Verwendung von im Produkt verbleibenden Fluiden, wie Beispielsweise Wasser oder Würze, als Extraktionsmittel der grundlegende Unterschied zu einer gängigen Fest-Flüssig-Extraktion, dass das Extraktionsmittel vom extrahierten Stoff nicht mehr getrennt werden muss. Bei Verwendung alternativer Fluide für die Extraktion erfolgt im Anschluss an selbige in der Regel noch eine Trennung der gelösten Bitterstoffe vom Extraktionsmittel, was beispielsweise durch destillative Prozesse erfolgen kann. Bei dieser Verfahrensvariante kann das von den Bitterstoffen befreite Extraktionsmittel wieder für nachfolgende Extraktionsprozesse genutzt werden. Eine Fest-Flüssig-Extraktion kann in verschiedenen Extraktionsbehältern mit unterschiedlichen Ausführungsformen erfolgen. Wegen der sie entscheidend bestimmenden Diffusionsvorgänge werden sie auch als Diffusionsbatterien bezeichnet. Wie dargestellt können deren entscheidende Parameter nach dem 1. FICKschen Gesetz beschrieben werden.
Für die Extraktion können, wie beschrieben, verschiedene Fluide als Extraktionsmittel zum Einsatz kommen. Hierzu zählen, wie später noch bei der Verfahrensvariante der Hochdruckextraktion aufgezeigt, auch Gase. Das Fluid selbst sollte aufgrund der Erhöhung des Diffusionskoeffizienten hierbei eine möglichst geringe dynamische Zähigkeit sowie gegebenenfalls eine erhöhte Temperatur aufweisen, um die Extraktion zu beschleunigen. Aufgrund der guten Lösungseigenschaften ist die Verwendung von Alkohol bzw. alkoholhaltigen Flüssigkeiten vorteilhaft. Unter Einhaltung des Reinheitsgebotes ergibt sich die Möglichkeit der Verwendung von Bier oder Würze – und hierunter aufgrund ihrer niedrigeren dynamischen Zähigkeit die Verwendung von Nachgüssen –, aber bei der später beschriebenen Hochdruckextraktion auch die Verwendung von Gasen, die im Brauprozess vorkommen oder gebildet werden. Hierunter fallen beispielsweise Kohlenstoffdioxid oder Stickstoff.
Darüber hinaus ist es möglich, für einen Extraktionsprozess auch zusätzlich die Hopfenproduktreste eines anderen Brauprozesses zu verwenden, gerade wenn sie noch größere Mengen an Bitterstoffen beinhalten. Hierdurch können Verluste an Bitterstoffen, welche in den Hopfenproduktresten verblieben sind, vermieden werden. Die Verwendung von Hopfenproduktresten wird teilweise auch in einem Brauprozess mit herkömmlicher Hopfengabe durchgeführt und entspricht dem Deutschen Reinheitsgebot.
Der Extraktionsprozess kann beispielsweise in einer einstufigen, diskontinuierlich arbeitenden Diffusionsbatterie erfolgen. Hierbei wird der Extraktionsbehälter mit dem Hopfenprodukt und mit dem Extraktionsmittel befüllt. Das Hopfenprodukt liegt hier beispielsweise auf einem Siebboden. Das Gemisch wird daraufhin unter Rühren bewegt, wobei der Feststoff ausgelaugt wird. Danach wird das Extraktionsmittel mittels Pumpen über den Siebboden abgezogen. Alternativ kann die Fest-Flüssig-Trennung hier beispielsweise auch durch eine rein durch die Schwerkraft hervorgerufene Sedimentation erfolgen. Das Extraktionsmittel wird gegebenenfalls aufbereitet. Die Extraktion wird mit frischem Extraktionsmittel erneut durchgeführt. Dieser Vorgang wird solange wiederholt, bis das Hopfenprodukt genügend ausgelaugt ist, also bis es keinen oder nur noch einen geringen Anteil an Bitterstoffen enthält. Die aus dem Hopfenprodukt entfernten Bitterstoffe werden der Würze zugeführt.
Darüber hinaus kann auch eine kontinuierliche Fahrweise durchgeführt werden. Hierbei wird beispielsweise ein Teil des Extraktionsmittels mit dem Hopfenprodukt vermischt sowie – unter Ausbildung einer aus den Feststoffen des Hopfenproduktes bestehenden Filterschicht – durch einen Filter geführt und mit „frischem” Extraktionsmittel gespült, wodurch es zu besagter Extraktion der Bitterstoffe kommt. Insbesondere ist es hier möglich, nicht nur einen Teil der, sondern die gesamte Würze als Extraktionsmittel durch das Hopfenprodukt zu führen, wodurch die Extraktion auf eine Maximum gesteigert werden kann. Hierzu ist der Extraktionsbehälter beispielsweise zwischen dem Läuterbottich und der Würzepfanne oder zwischen dem Heißtrubabscheidebehälter und dem Kühler angeordnet. Die Würze wird somit ganz oder teilweise durch das Hopfenprodukt zwangsgeführt, wodurch sie beim Durchfließen der Filterschicht die Bitterstoffe extrahiert. Insbesondere kann hier das Hopfenprodukt auch in den Läuterbottich, unterhalb des Senkbodens vorgelegt werden. Hierzu muss oberhalb der Anstiche zum Abziehen der Würze noch eine Filterstützschicht eingebaut sein, auf welcher sich das Hopfenprodukt zur Ausbildung der eigentlichen Filterschicht aufbaut.
Alternativ zu der eben beschriebenen kontinuierlichen Fahrweise können auch in Reihe geschaltete Extrakteure nacheinander vom Extraktionsmittel durchströmt werden. Hierzu können Hopfenprodukte in mehreren Extraktionsbehältern vorgelegt werden. Somit ist es insbesondere auch möglich, den Hopfenproduktrest eines vorangegangenen Brauprozesses (Sudes) noch weiter auszulaugen. Dieser wird hierzu aufgrund des geringeren Bitterstoffanteils im ersten Behälter, den das Extraktionsmittel durchströmt, vorgelegt. Der oder die darauffolgenden Behälter sind entweder ebenfalls mit – einen höheren Bitterstoffanteil enthaltenden – Hopfenproduktresten aus anderen Brauprozessen und dann mit dem Hopfenprodukt des aktuellen Brauprozesses (mehrere Extrakteure) oder direkt mit diesem (zwei Extrakteure) befüllt. Ist ein Brauprozess beendet, wird der erste Behälter von dem nun vollkommen ausgelaugten Hopfenprodukt entleert, mit dem neuen Hopfenprodukt des folgenden Brauprozesses befüllt und an die letzte Stelle in der Behälterreihe angeordnet. Behälter zwei eines vorangegangenen Brauprozesses „rutscht” für den folgenden Brauprozess folglich an erste Stelle und wird im Anschluss an diesen Brauprozess entleert und für den nächsten Brauprozess mit neuem Hopfenprodukt befüllt, wobei er wiederum an die letzte Stelle in der Behälterreihe angeordnet wird usw. Dadurch, dass sich das weitestgehend ausgelaugte Hopfenprodukt somit stets im ersten Behälter befindet, ist gewährleistet, dass das Extraktionsmittel die Hopfenprodukte immer in der Reihenfolge aufsteigender Bitterstoffkonzentrationen durchströmt und somit immer ein für einen Extraktionsprozess nötiges Konzentrationsgefälle besteht. Durch dieses Vorgehen ist es gerade bei vielen aufeinanderfolgenden Suden möglich, die maximale Bitterstoffkonzentration pro Sudtag in die Würzen einzubringen.
Des Weiteren können auch Extraktionsanlagen mit Förderband und mehreren Extraktionskammern zum Einsatz kommen. Hierbei durchströmt die Extraktionsmittelphase das aufgeschüttete Extraktionsgut und wird nach dem Durchlauf durch das Feststoffbett unten aufgefangen sowie mittels einer Förderpumpe der nächsten Sektion angeboten und dort beispielsweise versprüht. Die Dicke der Extraktionsschicht auf dem Band kann hierbei eingestellt werden. Darüber hinaus können auch Neuentwicklungen, wie beispielsweise der Karusselextraktor o. ä. zum Einsatz kommen.
Aufgrund der möglicherweise begrenzten, für den Extraktionsprozess zur Verfügung stehenden Zeit werden in einer vorteilhaften Ausführung darüber hinaus Apparaturen eingesetzt, mit welchen eine Extraktion beschleunigt und somit die Extraktionsdauer abgesenkt bzw. die Ausbeute des Extraktionsprozesses erhöht werden kann. Diese Apparaturen arbeiten beispielsweise mit Vibrationen oder einer Ultrabeschallung.
Zur Verbesserung des Extraktionsprozesses bzw. zu dessen Beschleunigung wird das Hopfenprodukt in einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung vor dessen Zugabe zum Extraktionsmittel noch weiter zerkleinert. Dies kann beispielsweise in vorgeschalteten Mahlwerken oder Mühlen geschehen. Durch diese Zerkleinerung kann die Weglänge, die das Extraktionsmittel im Hopfenprodukt zurücklegen muss, stark verringert werden, wodurch sich eine gesteigerte Extraktionsrate ergibt (s. o.).
Darüber hinaus kann das Hopfenprodukt im Anschluss an den Extraktionsprozess ausgepresst und somit zumindest größtenteils entfluidisiert werden. Hierdurch können Bitterstoffe – bei Verwendung von Würze aber auch Extrakt – gewonnen und in die restliche Würze überführt werden, welche sonst im Hopfenprodukt zurückgeblieben und somit verloren wären. Die Ausbeute kann somit erhöht werden.
In einer weiteren Verfahrensvariante kann zur Extraktion der Bitterstoffe auch eine Hochdruckextraktion durchgeführt werden. Unter Hochdruckextraktion kann hier bei ein thermisches Trennverfahren mit komprimierten oder überkritischen Gasen als Extraktionsmittel verstanden werden. Im überkritischen Zustand haben die eingesetzten Gase wegen ihrer Dichte ebenfalls vorteilhafte Eigenschaften wie die beschriebenen flüssigen Extraktionsmittel, vor allem, was das Lösen von Bitter- und/oder Aromastoffen (Linalool) betrifft. Dabei verlieren Gase aber im überkritischen Zustand nicht die hervorstechenden Merkmale von gasförmigen Phasen, vor allem ihre geringeren Viskositätswerte im Gegensatz zu flüssigen Phasen, was zu einer drastischen Erhöhung des Diffusionskoeffizienten und einer damit einhergehenden optimierten Extraktion führt. Geringe Viskositäten bedingen gute Stofftransporteigenschaften. Stoffe lassen sich jeweils auch über ihre kritischen Punkte charakterisieren. Oberhalb der kritischen Temperatur lässt sich ein gasförmiger Stoff nicht mehr verflüssigen. Beispielhaft sei diese Tatsache für das in einer Brauerei naturgemäß entstehende und somit häufig vorkommende Kohlenstoffdioxid erläutert, dessen kritische Temperatur 31,3°C und dessen kritischer Druck 73,8 bar beträgt. Oberhalb von 31,3°C kann Kohlenstoffdioxid nicht verflüssigt werden, und oberhalb von 100°C verhält sich Kohlenstoffdioxid wie ein ideales Gas.
Ein gasförmiges Extraktionsmittel lässt sich jeweils um seinen kritischen Punkt durch einfache Druck- und Temperaturänderung in seinen Eigenschaften stark variieren, sodass sich ein Extraktionsprozess vereinfacht, der in diesem Fall – mit Ausnahme des Lösens der Bitterstoffe in Extraktionsmitteln, welche später auch der Würze zugeführt werden – ja immer aus den Verfahrensschritten Lösen der Bitter- und/oder Aromastoffe aus dem Hopfenprodukt, Trennen der gelösten Stoffe vom Extraktionsmittel und Regeneration des Extraktionsmittels besteht.
Zur Gewinnung von Bitterstoffen bietet sich der Einsatz von Kohlenstoffdioxid wegen seiner niedrigen kritischen Werte von Druck und Temperatur an (s. o.). Darüber hinaus kann gerade das im Brauprozess gewinnbare Gärungsgas, welches überwiegend aus Kohlenstoffdioxid besteht, aufgrund seines Alkoholgehaltes noch die beschriebenen weiteren Vorteile für eine Extraktion von Bitterstoffen haben. Des Weiteren können natürlich auch andere Gase, wie beispielsweise Stick stoff – welcher zum Beispiel mittels Stickstofferzeugern in einfacher Weise aus Umgebungsluft hergestellt werden kann –, verwendet werden. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass sich keine negative Beeinflussung des resultierenden Bieres ergibt.
Das Verfahren der Gewinnung der Bitterstoffe mittels Gasen kann hierbei am Beispiel von Kohlenstoffdioxid als Extraktionsmittel wie folgt beschrieben werden. Gasförmiges Kohlenstoffdioxid wird komprimiert und gekühlt. In einem Extraktionsbehälter findet die Hochdruckextraktion statt. Das überkritische Kohlenstoffdioxid mit den gelösten Bitterstoffen wird hierauf entspannt und einem Abscheider zugeführt. Hier werden die bitterstoffreiche Phase und die reine Gasphase unter geeigneten Bedingungen voneinander getrennt. Die bitterstoffreiche Phase kann entnommen und der Würze zugegeben und die bitterstofffreie Gasphase dem Extraktionsbehälter neu zugeführt werden.
Durch eine Zugabe von anderen Komponenten können hierbei die technologischen Möglichkeiten der Hochdruckextraktion noch erweitert werden. So kann beispielsweise die kritische Temperatur von reinem Kohlenstoffdioxid durch die Zugabe von Stickstoff deutlich abgesenkt werden. Bei Gasgemischen verbessern sich darüber hinaus auch das Lösungsvermögen sowie die Selektivität gegenüber einem reinen Gas.
In einigen Fällen – und gerade bei einer späten Rückführung bei Verwendung vorisomerisierter Hopfenprodukte (s. o.) – kann es von Vorteil sein, nur einen Teil der verwendeten Hopfenprodukte über die Extraktionsvorrichtung in die Würze einzubringen, während der restliche Teil wie herkömmlich in der Würzepfanne zugegeben wird. Einige Inhaltsstoffe des Hopfens können nämlich die Koagulation von Eiweißen fördern. Somit kann die Zugabe einer Teilmenge des Hopfenprodukts in die Würzepfanne die dort benötigte Eiweißausscheidung forcieren.
Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß für eine Vorrichtung zur Bierbereitung mit einem Behälter zur Maischebereitung, mit einer Vor richtung zur Temperaturbehandlung der Würze, mit einem Heißtrubabscheider und mit einem Gärbehälter dadurch gelöst, dass ein Extraktionsbehälter, umfassend eine Einbringstelle für ein Hopfenprodukt und einen Fluideinlass für ein Extraktionsmittel vorgesehen ist, wobei der Extraktionsbehälter weiter einen Fluidauslass aufweist, der an eine Würze führende Stelle angeschlossen ist.
Für die Vorrichtung ist es dabei nicht nötig, dass die angegebenen Prozesse alle in verschiedenen Behältern ablaufen. Es soll von der erfindungsgemäßen Vorrichtung genauso umfasst sein, dass die Maischebereitung, die Temperaturbehandlung, die Heißtrubabscheidung und/oder die Gärung auch in einem einzigen Behälter oder jeweils einzelne dieser Prozesse in einem gemeinsamen Behälter zusammengefasst sein können. So wird insbesondere eine Ausgestaltung umfasst, gemäß der die Maischebereitung und die Temperaturbehandlung in einer Pfanne, oder die Temperaturbehandlung und die Heißtrubabscheidung in einer Pfanne durchgeführt werden.
Der angegebene Extraktionsbehälter kann sich grundsätzlich außerhalb der vorhandenen Brauereianlagen befinden. Darüber hinaus kann er beispielsweise auch im Inneren einer bestehenden Würzepfanne oder innerhalb eines Läuterbottichs unterhalb des Senkbodens eingebaut sein. Des Weiteren können auch mehrere separate Extraktionsbehälter an einer Brauanlage angeordnet sein.
Die für das Verfahren zur Bierbereitung genannten Vorteile können hierbei sinngemäß auf die Vorrichtung übertragen werden. Weitere vorteilhafte Ausführungen der Vorrichtung können den hierzu formulierten Unteransprüchen entnommen werden.

Claims

Verfahren zur Bierbereitung, wobei aus einer Maische eine Würze gewonnen, die Würze anschließend einer Temperaturbehandlung unterzogen, aus der behandelten Würze der Heißtrub abgeschieden, und nach der Heißtrubabscheidung aus der Würze durch eine Gärung Bier gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, dass während des Brauprozesses die Bitterstoffe aus einem Hopfenprodukt mittels eines Extraktionsmittels gezielt extrahiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitterstoffe vor einer Temperaturbehandlung der Würze extrahiert werden.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bitterstoffe nach einer Heißtrubabscheidung der Würze extrahiert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Extraktionsmittel mit dem Hopfenprodukt homogen vermischt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Extraktionsmittel ein Würzeteilstrom aus der Würze entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Würzeteilstrom vor der Temperaturbehandlung entnommen wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Würzeteilstrom aus den Nachgüssen der Würze entnommen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion in Form eines Verdrängungsverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–7, dadurch gekennzeichnet, dass die Extraktion in Form eines Durchlaufverfahrens durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hochdruckextraktion durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hopfenprodukt zur weitgehenden Entfluidisierung ausgepresst wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hopfenprodukt vor dem Extraktionsprozess zerkleinert wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Extraktionsmittel ein Hopfenprodukt zugegeben wird, welches den Anforderungen des Deutschen Reinheitsgebotes entspricht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dem Extraktionsmittel ein Hopfenprodukt zugegeben wird, in welchem die Bitterstoffe zumindest teilweise in ihrer isomerisierten Form vorliegen.
Vorrichtung zur Bierbereitung, mit einem Behälter zur Maischebereitung, mit einer Vorrichtung zur Temperaturbehandlung der Würze, mit einem Heißtrubabscheider und mit einem Gärbehälter, dadurch gekennzeichnet, dass ein Extraktionsbehälter, umfassend eine Einbringstelle für ein Hopfenprodukt und einen Fluideinlass für ein Extraktionsmittel vorgesehen ist, wobei der Extraktionsbehälter weiter einen Fluidauslass aufweist, der an eine Würze führende Stelle angeschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktionsbehälter vor der Vorrichtung zur Temperaturbehandlung der Würze angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktionsbehälter nach dem Heißtrubabscheider angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktionsbehälter eingerichtet ist, dass er nach dem Verdrängungsverfahren arbeitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktionsbehälter eingerichtet ist, dass er nach dem Durchlaufverfahren arbeitet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15–17, dadurch gekennzeichnet, dass der Extraktionsbehälter eingerichtet ist, dass er eine Hochdruckextraktion vollzieht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass eine Apparatur zur Beschleunigung der Extraktion, hier insbesondere eine Ultraschallgenerator, angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine Apparatur zur Zerkleinerung der Hopfenprodukte angebracht ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass eine Apparatur zum Auspressen des Hopfenproduktes angebracht ist.