DE102019211242A1

DE102019211242A1 - Herstellung eines alkoholfreien oder alkoholarmen Bieres

Info

Publication number: DE102019211242A1
Application number: DE102019211242.0A
Authority: DE
Inventors: Konrad Mueller-Auffermann
Original assignee: Krones AG
Current assignee: Krones AG
Priority date: 2019-07-29
Filing date: 2019-07-29
Publication date: 2021-02-04

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines alkoholfreien Bieres gelöst, das die aufeinanderfolgenden Schritte umfasst: Füllen eines Substrats in einen Gärtank, Inokulieren des Substrats in dem Gärtank mit einer ersten Hefezellenkultur, Propagieren der ersten Hefezellenkultur in dem Gärtank, um in dem Gärtank eine gewünschte Menge einer zweiten Hefezellenkultur mit einer gewünschten zu erhalten, Füllen einer Bierwürze in den Gärtank und Vergären/Verstoffwechseln der Bierwürze mithilfe der zweiten Hefezellenkultur, wobei entweder a) die erste und zweite Hefezellenkultur keine Maltose oder Maltotriose verstoffwechseln kann und/oder b) das Vergären/Verstoffwechseln bei einer Temperatur unterhalb von 10 °C, insbesondere unterhalb von 5 °C, erfolgt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft die Herstellung eines alkoholfreien Bieres.
Stand der Technik
Es ist eine steigende Nachfrage nach alkoholfreien oder alkoholarmen Bieren zu beobachten. Solche Biere sind jedoch typischerweise oft geschmacklich gegenüber den klassischen Vollbieren nachteilig, schmecken beispielsweise süßer, trockener, oder wässriger. Zur Herstellung alkoholfreier Biere wird entweder einem klassisch hergestellten Bier der Alkohol, beispielsweise über Verdampfung oder osmotische Verfahren, entzogen, was relativ aufwendig ist, oder es wird die Alkoholbildung während der gesamten Herstellung weitestgehend unterbunden, was als sogenanntes „gestopptes“ Gärverfahren bezeichnet wird.
In der Vergangenheit wurden für die gestoppten Gärverfahren sehr kalte Temperaturen (meist unter 5 °C) gewählt, so dass der Stoffwechsel der Hefen stark eingeschränkt abläuft, weshalb kaum Alkohol gebildet wird. Vorteilhaft dabei ist, dass die Brauereien mit ihren üblichen Hefestämmen arbeiten können, so dass der Aufwand zur Kulturreinhaltung verhältnismäßig gering ist. Sollte es jedoch zu einer unvorhergesehenen Produkterwärmung kommen, kann unerwünschter Weise Alkohol gebildet werden.
Alternativ dazu können Organismen, wie beispielsweise maltase-negative Hefestämme, verwendet werden, die bestimmte Zucker aus der Bierwürze nicht verstoffwechseln und deshalb keinen oder nur sehr wenig Alkohol bilden können. Diese Kulturen können bedenkenlos auch wärmeren Bedingungen ausgesetzt werden, jedoch muss hier ein höherer Aufwand für die Kulturpflege betrieben werden. Auch sedimentieren sie häufig stärker als üblich, weshalb Umwälzverfahren während der Gärung empfehlenswert sind. Zudem wird oft ein unerwünschtes Schwefelaroma gebildet, was längere Lagerzeiten und/oder eine Gaswäsche bedingt.
Es liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines alkoholfreien Bieres bereitzustellen, mit dem ein geschmacklich befriedigendes Ergebnis auf zuverlässige und prozedural vereinfachte Weise erreicht werden kann.
Beschreibung der Erfindung
Die oben genannte Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung eines alkoholfreien oder alkoholarmen Bieres gelöst, das die aufeinanderfolgenden Schritte umfasst:

Füllen eines Substrats in einen Gärtank;
Inokulieren des Substrats in dem Gärtank mit einer ersten Hefezellenkultur (beispielsweise mit einer im Labor hergestellten Reinkultur);
Propagieren der ersten Hefezellenkultur in dem Gärtank, um in dem Gärtank eine gewünschte Menge einer zweiten Hefezellenkultur (propagierten ersten Hefezellenkultur) mit einer gewünschten Konzentration der Hefezellen (bezüglich des Substrats) zu erhalten;
Füllen einer Bierwürze in den Gärtank; und
(zumindest teilweises) Vergären/Verstoffwechseln der Bierwürze mithilfe der zweiten Hefezellenkultur; wobei
entweder a) die erste und zweite Hefezellenkultur keine Maltose oder Maltotriose verstoffwechsein kann und/oder b) das Vergären/Verstoffwechseln bei einer Temperatur unterhalb von 10 °C, insbesondere unterhalb von 5 °C, erfolgt.

Das Substrat kann eine Bierwürze sein oder eine Bierwürze umfassen oder ein anderes von einer Bierwürze verschiedenes Substrat sein, das eine Propagation der ersten Hefezellenkultur erlaubt. Hier und im Weiteren werden die Begriffe „Vergären“ und „Verstoffwechseln“ synonym verwendet, da eine Vergärung nicht zwangsweise eine Alkoholbildung beinhaltet. Unter einem alkoholfreien Bier wird hier ein Bier mit weniger als 0,5 Vol-% Alkohol verstanden, wohingegen ein alkoholarmes Bier noch bis zu 2,5 Vol-% Alkohol aufweisen kann. Unter einer Vergärung/Verstoffwechselung ist eine Aufnahme und biologische Umsetzung bestimmter Substanzen zu verstehen, die durch den Methabolismus der Organismen in ihrer Zusammensetzung verändert werden. Eine Alkoholbildung resultiert somit nicht zwangsweise und ggf. nur in sehr geringem Maße.
Die zweite Hefezellenkultur entsteht also durch Propagieren der ersten Hefezellenkultur. Die zweite Hefezellenkultur stellt die n-te Generation der ersten Hefezellenkultur dar, wobei n größer als zwei ist. Das Verstoffwechseln kann hierbei ein vollständiges Verstoffwechseln der verwertbaren Substanzen bis zum Erhalten eines Produktes sein, oder ein teilweises Verstoffwechseln sein, nach Abschluss dessen die teilweise umgesetzte Bierwürze in einen weiteren Gärtank zum endgültigen Verstoffwechseln mit einer anderen Kultur transferiert wird. Es kann also insbesondere in ein und demselben Gärtank das Propagieren der Hefezellenkultur und das zumindest teilweise Verstoffwechseln der Bierwürze erfolgen.
Das Propagieren kann die folgenden in der angegebenen Reihenfolge hintereinander ausgeführten Schritte umfassen:

1) ein erstes Propagieren des inokulierten Substrats in dem Gärtank, bis eine erste Konzentration von Hefezellen erreicht wird;
2) Zugeben weiteren Substrats in den Gärtank;
3) ein zweites Propagieren in dem Gärtank, bis eine zweite Konzentration (die der ersten Konzentration gleich sein und beispielsweise 80 bis 120 Millionen Zellen pro ml Substrat betragen kann) von Hefezellen zu Substrat erreicht wird; und
4) Wiederholen der Schritte 2) und 3) bis die gewünschte Menge der zweiten Hefezellenkultur mit der gewünschten Konzentration erhalten wird.

Wenn bereits nach dem genannten zweiten Propagieren die gewünschte Menge der zweiten Hefezellenkultur mit der gewünschten Konzentration der Hefezellen erhalten worden ist, wird kein Mal wiederholt, d.h. Schritt 4) kann entfallen.
Das Verfahren kann ein zumindest zeitweiliges Umwälzen des in den Gärtank eingefüllten Inhalts im gesamten Gärtank oder einen oder mehreren Teilbereichen desselben vor dem Propagieren und/oder während des Propagierens der ersten Hefezellenkultur und/oder ein zumindest zeitweiliges Umwälzen des in den Gärtank eingefüllten Inhalts im gesamten Gärtank, oder einen oder mehreren Teilbereichen desselben während des Vergärens/Verstoffwechselns der Bierwürze umfassen. Der Inhalt während des Propagierens umfasst zunächst das Substrat und die erste Hefezellenkultur und später das jeweils im Verlauf des Propagierens verbleibende Substrat und die zu einem gewissen Grade propagierte erste Hefezellenkultur. Während des Gärens/Verstoffwechselns umfasst der Inhalt das - nach dem Propagieren verbliebene - Substrat, die zweite Hefezellenkultur und die in den Gärtank eingefüllte Bierwürze.
Der Gärtank kann eine erste Zu-/Ausleitung mit einer ersten Öffnung in einem Endbereich des Gärtanks und eine zweite Zu-/Ausleitung mit einer zweiten Öffnung in einem Bereich des Gärtanks, die weiter von dem Endbereich entfernt ist als die erste Öffnung (und insbesondere oberhalb des sich in dem Gärtank ausbildenden Hefezellenkultursediments) angeordnet ist (die zweite Zu-/Ausleitung erstreckt sich also weiter als die erste in den Gärtank hinein), aufweisen. Insbesondere können die erste und zweite Zu-/Ausleitung parallel zur Längsachse des Gärtanks geführt sein. Die erste und zweite Zu-/Ausleitung können durch den Boden des Gärtanks geführt sein, in welchem Fall die zweite Öffnung höher als die erste Öffnung liegt. Beispielsweise kann sich die erste Öffnung im Boden des Gärtanks befinden.
Weiterhin kann die die zweite Zu-/Ausleitung in einer Rohr-in-Rohr-Konfiguration innerhalb der ersten Zu-/Ausleitung, beispielsweise konzentrisch, geführt sein. In der Rohr-in-Rohrkonfiguration können auch eine oder mehrere weitere Zu-/Ausleitungen mit unterschiedlichen Höhenniveaus ihrer jeweiligen Öffnung geführt sein. Insbesondere kann innerhalb der ersten Zu-/Ausleitung eine dritte Zu-/Ausleitung geführt werden, die eine dritte Öffnung aufweist, die höher als die zweite Zu-/Ausleitung angeordnet ist, wenn die erste und zweite Zu-/Ausleitung durch den Boden des Gärtanks geführt sind. Jedenfalls erstreckt sich die dritte Zu-/Ausleitung weiter als die zweite Zu-/Ausleitung in den Gärtank hinein. Die dritte Zu-/Ausleitung kann dabei konzentrisch von der zweiten Zu-/Ausleitung umgeben werden oder diese konzentrisch umgeben.
Während des Propagierens beziehungsweise des Verstoffwechselungsprozeses kann mithilfe von Strömungen zumindest eines Teils des Inhalts durch eine an dem Gärtank (und außerhalb desselben befindlichen) angeschlossene Umwälzleitung und wahlweise durch zumindest eine der drei Zu-/Ausleitungen eine Umwälzung zumindest eines Teils des Tankinhaltes des Gärtanks erfolgen. Die Umwälzprozesse dienen insbesondere einer Homogenisierung des Tankinhalts.
Insbesondere kann eine partielle Zonenumwälzung in dem Gärtank statt einer kompletten Umwälzung des gesamten Inhalts durchgeführt werden. Beispielsweise kann ab einem gewissen Zeitpunkt innerhalb des Propagierens oder Verstoffwechselns nur in einem oberen Teilbereich des Gärtanks eine Umwälzung stattfinden (beispielsweise mithilfe der dritten Zu-/Ausleitung), während in einem unteren Bereich keine Umwälzung stattfindet, um eine Sedimentation in diesem Bereich nicht zu behindern. Die Strömungen können durch eine in der Umwälzleitung angebundene Umwälzpumpe verursacht werden. Die Umwälzleitung kann insbesondere über eine Verteilstation, die sich außerhalb des Gärtanks befindet, mit entsprechenden Ventilen an die erste, zweite und dritte Zu-/Ausleitung angeschlossen sein.
Das Verfahren kann weiterhin ein Zuführen von Zink, Mangan und/oder Kupfer zu dem Substrat während und/oder nach dem Propagieren, insbesondere über Elektroden, die in einer vorzugsweise außerhalb des Gärtanks in einer Umwälzleitung angeordnet sind, umfassen. Über diese Umwälzleitung kann der Inhalt des Gärtanks vor dem Propagieren und/oder während des Propagierens mithilfe einer an die Umwälzleitung angebundenen Gas(Luft)zufuhreinrichtung belüftet werden, um ein Zellwachstum zu fördern oder zu beschleunigen. Weiterhin können vor dem Propagieren und/oder während des Propagierens Nährstoffe und wachstumsfördernde Stoffe in den Gärtank geleitet werden, um das Zellwachstum zu verbessern. Die Luft oder ein anderes zugeführtes Gas und die Nährstoffe und wachstumsfördernde Stoffe können über zumindest eine der ersten, zweiten und dritten Zu-/Ableitung in den Gärtank eingeleitet werden.
In einer Weiterbildung ist das eingefüllte Substrat ein nähr- und wuchsstoffhaltiges Substrat mit verstoffwechselbaren Monosacchariden. Dieses Substrat wird beispielsweise mit einer maltasenegativen Hefekultur (z.B. Pichia kluyveri), die die Nähr- und Wuchsstoffe zumindest teilweise aufnehmen und Monosaccharide als Energiequelle zur Vermehrung nutzen kann, als der ersten Hefekultur inokuliert. Diese Hefekultur wird bei 10-28 °C, vorteilhafter Weise unter zumindest intervallweiser Durchmischung und Belüftung, propagiert. Diese Schritte können bei Bedarf wiederholt werden.
Die nachfolgend aufgefüllte Bierwürze besteht hauptsächlich aus Di- und Trisacchariden, die die zweite (z.B. maltase negative) Hefekultur nicht verstoffwechseln kann. Die nachfolgende Vergärung erfolgt bei 10-20 °C, vorzugsweise ohne Belüftung, jedoch mit Umwälzung des Tankinhalts. Es folgt ein Absetzenlassen der Hefekultur und eine Separation des Überstandes (d.h. des flüssigen Tankinhalts über dem Sediment der zweiten Hefekultur) zur anschließenden kalten Nachgärung des abgezogenen Überstandes, z.B. mit Kulturhefe (z.B. Saccharomyces pastorianus und/oder Saccharomyces cerevisiae) bei 0-5°C und/oder eine direkte Filtration und/oder Abfüllung. Das Sediment der maltasenegativen zweiten Hefekultur kann optional zur erneuten Inokulation einer Di-/Trisaccharidreichen Bierwürze zur warmen Vergärung bei 10-20 °C, vorzugsweise ohne Belüftung des Tankinhalts jedoch mit Umwälzung des Tankinhalts verwendet werden. Abzug des Überstands und Wiederverwendung des Sediments für eine neue Vergärung von Bierwürze können nach Belieben wiederholt werden.
Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch zuerst die abgesetzten Zellen (z.B. der Pichia kluyveri - Kultur) von unten abgezogen, wiederverwendet oder verworfen werden, bevor der Abzug der Flüssigkeit oberhalb des Sediments und wahlweise deren kalte Nachgärung z.B. mit einer Kulturhefe (z.B. Saccharomyces pastorianus und/oder Saccharomyces cerevisiae) erfolgt.
Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines alkoholfreien oder alkoholarmen Bieres mit den folgenden Schritten bereitgestellt:

a) Füllen eines nähr- und wuchsstoffhaltigen Substrates mit verstoffwechselbaren Monosacchariden in einen Gärtank;
b) Inokulieren des Substrats mit einer, beispielsweise maltasenegativen, Hefekultur, (z.B. Pichia kluyveri) die die Nähr- und Wuchsstoffe zumindest teilweise aufnehmen und Monosaccharide als Energiequelle zur Vermehrung nutzen kann;
c) Propagieren der Kultur im Gärtank bei 10-28 °C, insbesondere unter zumindest intervallweiser Durchmischung und Belüftung;
d) optional Wiederholen der Schritte a) und c);
e) Anschließendes Weiterbefüllen des Gärtanks mit einem Substrat, das hauptsächlich aus Di- und Trisacchariden besteht, (z.B. Bierwürze mit Malzanteil) die die Kultur nicht verstoffwechseln kann;
f) warme Vergärung/Verstoffwechselung bei 10-20 °C, vorzugsweise ohne Belüftung des Tankinhalts jedoch mit Umwälzung des Tankinhalts;
g) Absetzenlassen der Hefekultur und Separation des Überstandes zur anschließenden kalten Nachgärung des Überstandes mit Kulturhefe (z.B. Saccharomyces pastorianus und/oder Saccharomyces cerevisiae) bei 0-5°C und/oder direkten Filtration und/oder Abfüllung;
h) optional Nutzung des Sedimentes der maltasenegativen Hefekultur (z.B. Pichia kluyveri) zur erneuten Inokulation eines Di-/Trisaccharidreichen Substrats zur warmen Vergärung bei 10-20 °C, vorzugsweise ohne Belüftung des Tankinhalts jedoch mit Umwälzung des Tankinhalts; und
i) optionales mehrfaches Wiederholen der Schritte g) und h).

Es wird weiterhin ein Nachrüstverfahren zum Nachrüsten eines herkömmlichen Gärtanks bereitgestellt. Es handelt sich um ein Verfahren zum Nachrüsten eines Gärtanks, der an einem Endbereich eine Zu-/Ausleitung aufweist, mit Führen einer ersten weiteren und insbesondere zusätzlich einer zweiten weiteren Zu-/Ausleitung durch die Zu-/Ausleitung in den Gärtank und Anschließen der Zu-/Ausleitung, der ersten weiteren Zu-/Ausleitung und insbesondere der zweiten weiteren Zu-/Ausleitung über eine Verteilstation an eine Umwälzleitung, in die eine Umwälzpumpe angebunden ist, mithilfe derer ein Inhalt des Gärtanks über die Zu-/Ausleitung, und/oder die erste weitere Zu-/Ausleitung und/oder insbesondere die zweite weitere Zu-/Ausleitung umgewälzt werden kann. Das Nachrüsten kann das Anbinden der oben genannten Gas(Luft)zufuhreinrichtung wie auch das Anordnen der oben genannten Zink-/Mangananode oder -elektrode und/oder Kupferanode oder -elektrode in der Umwälzleitung umfassen.
Auch wird eine Vorrichtung zur Herstellung eines alkoholfreien oder alkoholarmen Bieres bereitgestellt, die einen Gärtank und eine Steuerungs-/Regelungseinheit umfasst, wobei die Steuerungs-/Regelungseinheit dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der oben beschriebenen Beispiele auszuführen, bereitgestellt.
Weitere Merkmale und beispielhafte Ausführungsformen sowie Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es versteht sich, dass die Ausführungsformen nicht den Bereich der vorliegenden Erfindung erschöpfen. Es versteht sich weiterhin, dass einige oder sämtliche der im weiteren beschriebenen Merkmale auch auf andere Weise miteinander kombiniert werden können.

1 ist ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung eines alkoholfreien Bieres gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
2A bis 2J dienen der Veranschaulichung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines alkoholfreien, oder alkoholarmen Bieres, in dem ein und derselbe Gärtank für die Hefezucht und zumindest ein erstes Stadium der Vergärung/Verstoffwechselung von Bierwürze Verwendung findet.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines alkoholfreien oder alkolarmen Bieres. Das Anstellen einer Bierwürze zum Vergären/Verstoffwechseln erfolgt zumindest teilweise in demselben Gärtank, in dem zuvor eine Hefezellenkultur propagiert (vermehrt, gezüchtet) wurde. 1 zeigt beispielhaft Schritte des Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Substrat wird in einen bereitgestellten und gereinigten Gärtank eingefüllt 1. Das eingefüllte Substrat kann beispielsweise Glukose, und andere verstoffwechselbare Monosaccharide enthalten und wird in dem Gärtank mit einer reinen Hefekultur inokuliert 2. Das eingefüllte Substrat kann insbesondere eine Bierwürze, die reich an Monosacchariden ist, beispielsweise eine glukosereiche Bierwürze, sein. Die reine Hefekultur kann eine solche sein, die Maltose/Maltotriose nicht verstoffwechseln kann, beispielsweise Pichia kluyveri.
Sodann wird das inokulierte Substrat propagiert 3, um eine gewünschte Menge an Hefezellen mit einer gewünschten Konzentration zu erhalten. Hierbei kann das Propagieren mehrere Propagationsschritte einschließlich Belüftungsvorgänge umfassen. In einem ersten Propagationsschritt wird das inokulierte Substrat propagiert, bis eine gewünschte Konzentration an Hefezellen (beispielsweise 80 bis 120 Millionen Zellen pro ml Substrat) in dem Substrat vorliegt. Wenn diese Konzentration erreicht wurde, wird das Medium im Gärtank durch Zugabe weiteren Substrats wieder verdünnt und in einem zweiten Propagationsschritt wieder auf die gewünschte Konzentration an Hefezellen propagiert. Die Verdünnung kann hierbei wie auch zu Beginn des Propagierens im ersten Propagationsschritt im Bereich von 1:10 bis 1:100 (Hefezellen zu Substrat) liegen.
Das Zufügen weiteren Substrats zur Verdünnung und Weiterpropagieren kann mehrmals wiederholt werden, bis die gewünschte Menge an Hefezellen erhalten wird. Jeder Propagationsschritt kann dabei je nach Prozessstadium ein Umwälzen und dadurch ein Homogenisieren des Mediums im gesamten Gärtank oder in einem oder mehreren Teilbereichen desselben umfassen. Weiterhin kann der Gärtank während der Propagation geeignet temperiert werden. So kann die Propagation bei einer Temperatur von mehr als 10 °C erfolgen. Neben dem Homogenisieren führt das Umwälzen zu einem guten Wärmeübertrag und verhindert eine zu schnelle Sedimentation der propagierenden Hefezellenkultur. Außerdem kann Sauerstoff, der für das Zellwachstum benötigt wird intervallweise, oder kontinuierlich zugeführt werden.
Wenn in dem Gärtank die gewünschte Menge an Hefezellen erreicht worden ist, wird Bierwürze eingefüllt 4. Die Menge der eingefüllten Bierwürze kann etwa das 10-fache des vor dem Einfüllen der Bierwürze im Gärtank vorhandenen Inhalts sein, woraus eine auf 10 % verringerte Konzentration der Hefezellen vor der Gärung resultiert. Diese Bierwürze wird dann zumindest teilweise in dem Gärtank vergoren/verstoffwechselt 5. Hierbei ist zu beachten, dass möglichst kein Alkohol bei der Gärung entstehen soll. Dieses kann durch eine geeignete Wahl einer maltasenegativen Hefekultur erreicht werden. Alternativ, kann durch eine entsprechende Temperierung des Gärtanks und somit Temperierung des Mediums im Gärtank (also Bierwürze, Substrat und Hefezellen) die Verstoffwechslung von Maltose/Maltotriose unterdrückt werden. Beispielsweise kann die Temperatur des Mediums auf unter 5 °C oder 10 °C abgesenkt werden.
Die verstoffwechselbaren Substanzen aus der Bierwürze können soweit umgesetzt werden, sodass kein weiterer Gärtank erforderlich ist, oder die Bierwürze kann nach einem teilweisen verstoffwechseln einem weiterer Gärtank zum abschließenden verstoffwechseln (beispielsweise mithilfe eines herkömmlichen Brauerhefestammes wie etwa Saccharomyces bei einer Temperatur von unterhalb von 5 °C oder 10 °C) zugeleitet werden. Die verstoffwechselte Bierwürze wird schließlich aus dem Gärtank abgezogen. Wenn der Abzug nach nur einem teilweisen und nicht vollständigen Verstoffwechseln erfolgt, kann auch nur ein Teil der teilweise verstoffwechselten Bierwürze abgezogen werden und der im Gärtank verbleibende Teil, insbesondere das verbleibende Sediment, eines neuen Substrats für eine erneute Hefezucht dienen. Auch während des Verstoffwechselns in dem Gärtank kann das Medium je nach Prozessstadium im gesamten Gärtank oder in einem oder mehreren Teilbereichen desselben umgewälzt werden.
Um das alkoholfreie/alkoholarme Bier besonders effizient zu produzieren und das gewünschte Aroma bei Bedarf einzustellen, ist es allgemein vorteilhaft, wenn Hopfenprodukte (z.B. Pellets, Pulver, Extrakte, Dolden, Öle, insbesondere destillativ hergestellte Öle) bei der Substratherstellung und während oder nach den erfindungsgemäßen (Gär)Verfahren zugegeben werden. Weil Hopfen jedoch der teuerste Rohstoff bei der Bierherstellung ist und Verluste daher vermieden werden sollen, ist es dabei besonders vorteilhaft, wenn dem Hopfen, oder zumindest einem Teil des bei der Substratherstellung eingesetzten Hopfen, zumindest ein Teil seiner Aromastoffe (vor Allem leichtflüchtige ätherische Öle) destillativ entzogen werden und die verbleibenden Bittersubstanzen bei der Substratherstellung verwendet werden, wohingegen das aromastoffreiche Kondensat aus der Destillation während oder nach der erfindungsgemäßen Herstellung der alkoholfreien/alkoholarmen Biere zur Geschmacksverbesserung bedarfsgerecht eingesetzt werden kann.
Ein detaillierter Prozessablauf unter Verwendung eines Gärtanks 20 mit mehreren, in diesem Fall drei, Zu-/Ausleitungen 21, 22 und 23 in einer Rohr-in-Rohr-Konfiguration wird im Folgenden mit Bezug auf die 2A bis 2J beschrieben. Der Gärtank 20 kann eine Temperiereinrichtung, insbesondere zum Kühlen, aufweisen. Der Zu-/Ablauf von Medien in den Gärtank 20 hinein beziehungsweise aus dem Gärtank 20 heraus wird über eine Verteilstation 24 geregelt beziehungsweise gesteuert. Hierbei wird der Zu-/Ablauf über die erste (untere) Zu-/Ausleitung 21 über ein Ventilsystem 24a der Verteilstation 24, der Zu-/Ablauf über die zweite (mittlere) Zu-/Ausleitung 22 über ein Ventilsystem 24b der Verteilstation 24 und der Zu-/Ablauf über die dritte (obere) Zu-/Ausleitung 23 über ein Ventilsystem 24c der Verteilstation 24 geregelt beziehungsweise gesteuert.
Die untere Zu-/Ausleitung 21 weist eine Öffnung unten im Gärtank 20 auf, die mittlere Zu-/Ausleitung 22 weist einen optionalen Verdrängungskörper geeigneter Geometrie (beispielsweise an der mittleren Zu-/Ausleitung 22 befestigt und weiterhin beispielsweise in Doppelkonusform) und eine Öffnung oberhalb derjenigen der unteren Zu-/Ausleitung 21 auf, und die obere Zu-/Ausleitung 23 weist eine Öffnung oberhalb derjenigen der mittleren Zu-/Ausleitung 22 auf. In anderen Ausführungsformen können Zu-/Ausleitungen von oben und/oder seitlich in den Gärtank 20 reichen.
Die Verteilstation 24 verbindet die Zu-/Ausleitungen 21, 22 und 23 mit einer Umwälzleitung 25, in die eine Umwälzpumpe 26 eingebunden ist. In der Umwälzleitung 25 kann außerdem eine Kupferelektrode (beispielsweise Anode) zur bedarfsorientierten Entschwefelung insbesondere für eine Entschwefelung am Ende oder nach der Propagation, beispielsweise während eines Transferschrittes, angeordnet sein. Bei der Herstellung des alkoholfreien Bieres können nämlich Schwefelprodukte entstehen, die dem Geschmack abträglich sind. Die Kupferanode/-elektrode kann beispielsweise durch einen unter einen elektrischen Strom gesetzten Kupferstab, beispielsweise in der Umwälzleitung 25 und/oder dem Tank, realisiert sein. Auch kann eine Zinkanode und/oder beispielsweise Mangananode/-elektrode zur Abgabe von entsprechenden Ionen vorgesehen sein, die die Vitalität der Population steigern und zu einem verbesserten Wachstum führen können. Diese Elektroden werden daher vorzugsweise vor und/oder bei der Propagation zugeschaltet. Die Umwälzpumpe 26 kann in der Geschwindigkeit regelbar und beispielsweise frequenzgesteuert ausgebildet sein. Weiterhin sind Probeentnahmestationen 27, eine Messtechnikstation 28 und eine Regelung-/Steuerungsstation 29 in der Umwälzleitung 25 vorgesehen beziehungsweise an diese angebunden. Die Messtechnikstation 28 kann beispielsweise zur Bestimmung eines Extraktgehalts (einer Konzentration), einer Zellzahl (beispielsweise mithilfe einer Trübungsmessung oder kapazitativen Messung), eines pH-Werts, eines Füllstands, einer Temperatur, eines Leitwerts, etc. dienen.
Ein Substrat wird über ein Ventil 30 aufweisende Prozessanbindung und die untere Zu-/Ausleitung 21 in den Gärtank 20 eingeleitet. Dabei können sämtliche Ventile 24a, 24b und 24c der Verteilstation 24 geöffnet sein, um die Strömungsgeschwindigkeit des Substrats gering zu halten (siehe 2A). Hier und im Weiteren wird ein geöffneter Ventilstand durch ein ausgefülltes Ventilsymbol und ein geschlossener Ventilstand durch ein leeres Ventilsymbol angezeigt. Strömungsrichtungen der Medien sind hier und im Weiteren durch Pfeile angezeigt. In dem in 2A gezeigten Beispiel wird Substrat bis zu einem Pegel eingeleitet, der oberhalb des Höhenniveaus der Öffnung der mittleren Zu-/Ausleitung 22 liegt. In anderen Beispielen kann der Pegel darunter liegen.
Weiterhin finden sich in der Umwälzleitung 25 beziehungsweise daran angebunden eine Luftzufuhreinrichtung 31, ein Inokulierungsanschluss 32 zur Zuführung einer Start-(Hefe)Zellenkultur und ein Ventil 33, das eine Leitung, die mit einem Gully verbunden sein kann, zum Verwerfen eines Mediums öffnen kann.
Um eine erste Propagation der Hefezellenkultur zu starten, wird, wie es in 2B gezeigt ist, das Substrat, das idealerweise verwertbare Zucker wie Monosaccharide, Glucose sowie andere Wuchs- und Nährstoffe enthält, mit dem Kulturorganismus (Start-(Hefe)Zellenkultur) über die Inokulationsstelle 32 und den unteren Zu-/Ablauf 21 beimpft und das so erhaltene Medium, zumindest in zeitlichen Intervallen, mithilfe der Umwälzpumpe 26 umgewälzt und über die Luft-/Gaszufuhreinrichtung 31 belüftet/begast. Der optionale Verdrängungskörper dient als Strömungsbrecher und Strömungslenker der Kontrolle der Strömung des Mediums. Das Impfen kann beispielsweise mit einem sogenannten Carlsberg-Kolben 34 erfolgen, wobei ebenfalls eine Gabe einer gefriergetrockneten, sprühgetrockneten, zuvor tiefgefrorenen, abgenutschten und/oder fest/flüssigen Kultur möglich sind. Falls gewünscht können unterschiedliche Ventile 24a, 24b, 24c der Druckseite der Umwälzpumpe 26 und somit Zu-/Abläufe 21, 22, 23 angewählt werden, um eine ideale Durchmischung auch bei nicht bedecktem mittleren und/oder oberen Zu-/Ablauf 22, 23 zu gewährleisten.
Wenn im Verlauf der ersten Propagation in dem Gärtank 20 eine gewünschte Konzentration von Zellen der Hefezellenkultur, etwa 80 bis 120 Millionen Hefezellen pro ml, erreicht worden ist, wird weiteres Substrat über untere Zu-/Ausleitung 21 in den Gärtank 20 geleitet (siehe 2C), um beispielsweise eine erneute Verdünnung von 1:10 bis 1:100 der (Hefe)Zellenkultur zu erreichen, sodass eine Wachstumsinhibierung (beispielsweise durch Nährstoffmangel, pH-Wertreduzierungen, CO₂-Bildung und/oder Alkoholbildung) vermieden werden kann. Wiederum kann ein Umwälzen und Belüften erfolgen. Die Strömungsrichtung kann durch eine geeignete Steuerung/Regelung der Ventile 24a, 24b und 24c der Verteilstation 24 gewählt werden. Insbesondere kann auch der obere Zu-/Ablauf 23 zum Umwälzen verwendet werden.
Die in den 2B und 2C gezeigte Prozessfolge kann solange wiederholt werden, bis die gewünschte Menge an (Hefe)Zellenkultur in dem Gärtank 20 hergestellt worden ist. Wenn die gewünschte Menge an (Hefe)Zellenkultur erreicht worden ist, wird ein zweites Substrat, beispielsweise Bierwürze, welche für die Kultur unvergärbare Zucker wie Di-, Tri- und Polysaccharide enthalten kann, in den Gärtank 20 eingeleitet (siehe 2D). Wenn die gewünschte Menge an (Hefe)Zellenkultur erreicht worden ist, sollte keine Luftzufuhr mehr erfolgen, sodass kein weiteres Zellwachstum auftritt. Die Temperatur des Mediums im Gärtank 20 kann je nach gewünschtem Aromaprofil und Geschmackprofil eingestellt werden. Bei der Verwendung von Hefekulturen, die Maltose/Maltotriose verstoffwechseln, sollte die Temperatur jedoch vor dem Füllen des Gärtanks mit der Bierwürze unterhalb von 10 °C oder 5 °C liegen, wohingegen Kulturen die die Bierwürzezucker nur eingeschränkt vergären/verstoffwechseln können (z.B. die maltasenegative Hefe Pichia kluyveri) auch bei wärmeren Temperaturen um 10-25 °C verwendet werden können.
Wie beschrieben können während des Prozesses und/oder nach dessen Beendigung bedarfsorientiert Stoffe zugegeben werden beziehungsweise über Metallionen die z.B. aus Elektroden gelöst werden, Einfluss auf das Zellwachstum, die Vitalität der Kultur und das Geschmacksprofil genommen werden.
Wenn das gewünschte Aromaprofil und Geschmackprofil erreicht worden sind, sollte es der Hefe ermöglicht werden, sich abzusetzen. Daher wird zumindest der untere Bereich des Gärtanks 20 nicht mehr aktiv durchströmt, findet also keine Umwälzung des Mediums im Gärtank 20 in diesem unteren Bereich statt, sodass sich die (Hefe)Zellen absetzen und anreichern können, wie es in 2E gezeigt ist. Wenn gewünscht, kann jedoch noch eine Umwälzung zwischen den Höhenniveaus der Öffnungen der mittleren Zu-/Ausleitung 22 und oberen Zu-/Ausleitung 23 erfolgen, wie es ebenfalls in 2E gezeigt ist.
Nachdem eine hinreichende Sedimentation der Hefe stattgefunden hat, kann die vergorene/verstoffwechselte Bierwürze (das alkoholfreie/alkoholarme Jungbier) über die mittlere Zu-/Ausleitung 22 und/oder obere Zu-/Ausleitung 23 abgezogen werden, wie es beispielsweise in 2F gezeigt ist. Der Abzug erfolgt hier über das Ventil 30 der Prozessanbindung. Das Sediment verbleibt dabei vorzugsweise im unteren Bereich des Gärtanks 20 (siehe 2G) und kann schließlich wiederverwendet oder auch zumindest teilweise verworfen werden. Beispielsweise kann das Sediment nach einer erneuten Befüllung des Gärtanks 20 mit Bierwürze (siehe 2H) einem erneuten Verstoffwechselungsprozess dienen, bei dem wieder die in den 2D bis 2G gezeigten Prozessschritte erneut mit einem nur eingeschränkt verwertbaren Zuckerprofil des Substrates ausgeführt werden.
Alternativ kann das Sediment jedoch auch vor dem Abzug des alkoholfreien/alkoholarmen Jungbieres über die untere Zu-/Ausleitung 21 abgezogen (siehe 21) und anschließend zwischengelagert oder verworfen werden. Der Abzug des alkoholfreien/alkoholarmen Jungbieres kann in diesem Fall ebenfalls nach einer Entfernung des Sediments über die untere Zu-/Ausleitung 21 erfolgen, wie es in 2J gezeigt ist.
Das alkoholfreie/alkoholarme Jungbier kann schließlich unfiltriert oder filtriert abgefüllt werden, oder es kann die Hefe zur Wiederverwendung aus ihm herauszentrifugiert werden.
Es kann auch vorteilhaft sein, das alkoholfreie/alkoholarme Bier nach dessen Herstellung (filtriert oder unfiltriert) stark abzukühlen (auf unter 5 °C) und mit einer klassischen Kulturhefe zu versetzen. Dies ist besonders vorteilhaft, da so ein bierähnliches Aroma, jedoch kein Alkohol entsteht. Außerdem kann sich unter Umständen eine gewisse Menge an Kohlensäure binden, was der Schaumhaltbarkeit des Produktes zuträglich ist.
Vor der Abfüllung wird die Kulturhefe dann zumindest großenteils entfernt, bei Bedarf weiteres CO₂ zugegeben und das Produkt/die Gebinde pasteurisiert, beziehungsweise antimikrobielle Stoffe wie Velcorin, Natamax und/oder Nisin zugegeben, um eine Haltbarkeit zu gewährleisten.
Wahlweise können die so hergestellten Zwischen- oder Fertigprodukte auch mit anderen Zwischen- oder Fertigprodukten verschnitten werden, um dadurch eine organoleptisch ansprechendere Mischung zu erhalten.
Da vor allem maltase-negative Hefen zu einem schwefligen Bieraroma führen, kann in die Umwälzleitung 25 wie auch in eine von der Prozessanbindung wegführende Transferleitung Kupfer (beispielsweise in Form von Kupferoxid oder mit Hilfe einer Kupferanode) eingebracht werden. Aufgrund einer chemischen Reaktion von Schwefelprodukten mit dem Kupfer resultieren so sensorisch angenehmere Biere.
Zur Reinigung wird der Gärtank 20 vollständig entleert und es erfolgt ein herkömmlicher CIP-Prozess, bei dem allerdings immer ein gewisser Teil der Medien im unteren Tankbereich verweilen kann (Sumpf), damit alle Leitungswege (unterer, mittlerer und oberer Zu-/Ablauf 21, 22, 23, die Verteilstation 24 und die Umwälzleitung 25) mit hoher Strömungsgeschwindigkeit durchströmt und somit gereinigt werden können.
Wie oben beschrieben wird es durch das erfindungsgemäße Verfahren insbesondere ermöglicht, den Prozess von der Beimpfung bis zum Abziehen der zumindest teilweise vergorenen/verstoffwechselten Bierwürze in ein und demselben Gärtank, beispielsweise in dem in 2 gezeigten Gärtank 20, auszuführen. Die Propagationsgeschwindigkeit kann beispielsweise durch eine geeignete Steuerung/Regelung der Temperatur, Umwälzgeschwindigkeit, Wahl der Umwälzzonen im Gärtank 20, Belüftungsraten, Substratzusammensetzung etc. geeignet eingestellt werden. Vor oder während der Propagation können dem Medium in dem Gärtank noch Nährstoffe, wie beispielsweise Zucker, und/oder wachstumsfördernde Stoffe zugegeben werden, um das Zellwachstum zu fördern. Die Nährstoffe und/oder wachstumsfördernde Stoffe können über zumindest eine der Zu-/Ableitungen 21, 22, 23 zugeleitet werden.

Claims

Verfahren zur Herstellung eines alkoholfreien oder alkoholarmen Bieres, das die in der genannten Reihenfolge aufeinanderfolgenden Schritte umfasst: Füllen eines Substrats in einen Gärtank (20); Inokulieren des Substrats in dem Gärtank (20) mit einer ersten Hefezellenkultur; Propagieren der ersten Hefezellenkultur in dem Gärtank (20), um in dem Gärtank (20) eine gewünschte Menge einer zweiten Hefezellenkultur mit einer gewünschten Konzentration zu erhalten; Füllen einer Bierwürze in den Gärtank (20); und Vergären/Verstoffwechseln der Bierwürze mithilfe der zweiten Hefezellenkultur; wobei entweder a) die erste und zweite Hefezellenkultur keine Maltose oder Maltotriose verstoffwechseln kann und/oder b) das Vergären/Verstoffwechseln bei einer Temperatur unterhalb von 10 °C, insbesondere unterhalb von 5°C, erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, in dem das Propagieren die folgenden in der angegebenen Reihenfolge hintereinander ausgeführten Schritte umfasst: 1) ein erstes Propagieren des inokulierten Substrats in dem Gärtank (20), bis eine erste Konzentration von Hefezellen erreicht wird; 2) Zugeben weiteren Substrats in den Gärtank (20); 3) ein zweites Propagieren in dem Gärtank (20), bis eine zweite Konzentration von Hefezellen erreicht wird, die insbesondere der ersten Konzentration gleich ist; und 4) optionales Wiederholen der Schritte 2) und 3) bis die gewünschte Menge der zweiten Hefezellenkultur mit der gewünschten Konzentration von Hefezellen erhalten wird.
Das Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, weiterhin mit einem zumindest zeitweiligen Umwälzen des in den Gärtank (20) eingefüllten Inhalts im gesamten Gärtank (20) oder in einem oder mehreren Teilbereichen desselben vor dem Propagieren und/oder während des Propagierens der ersten Hefezellenkultur; und/oder einem zumindest zeitweiligen Umwälzen des in den Gärtank (20) eingefüllten Inhalts im gesamten Gärtank (21) oder in einem oder mehreren Teilbereichen desselben während des Vergärens/Verstoffwechselns der Bierwürze.
Verfahren gemäß Anspruch 3, in dem der Gärtank (20) eine erste Zu-/Ausleitung (21) mit einer ersten Öffnung in einem, insbesondere unteren, Endbereich des Gärtanks (20) und eine zweite Zu-/Ausleitung (22) mit einer zweiten Öffnung in einem Bereich des Gärtanks (20), die weiter als die erste Öffnung von dem, insbesondere unteren, Endbereich des Gärtanks entfernt angeordnet ist, aufweist, und wobei das Umwälzen durch eine Strömung zumindest eines Teils des Inhalts durch eine sich außerhalb des Gärtanks (20) befindliche und an diesen angeschlossene Umwälzleitung und zumindest zeitweilig wahlweise mithilfe einer Strömung des Teils des Inhalts des Gärtanks (20) durch die erste Zu-/Ausleitung (21) und/oder zweite Zu-/Ausleitung (22) erfolgt.
Verfahren gemäß Anspruch 4, in dem der Gärtank (20) eine dritte Zu-/Ausleitung (23) mit einer dritten Öffnung, die weiter als die zweite Öffnung von dem Endbereich des Gärtanks (20) entfernt angeordnet ist, umfasst, und wobei das Umwälzen zumindest zeitweilig mithilfe einer Strömung eines Teils des Inhalts des Gärtanks (20) durch die dritte Zu-/Ausleitung derart erfolgt, dass lediglich Teilbereiche des Inhalts des Gärtanks (20) umgewälzt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 5, in dem das zumindest zeitweilige Umwälzen zumindest zeitweilig, insbesondere nach einer Sedimentation oder für eine Sedimentation des Inhalts des Gärtanks (20) in einem unteren Bereich des Gärtanks (20), lediglich in einem Bereich zwischen der zweiten Öffnung der zweiten Zu-/Ausleitung (22) und der dritten Öffnung der dritten Zu-/Ausleitung (23) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit Belüften des Inhalts des Gärtanks (20) vor dem Propagieren und/oder während des Propagierens mithilfe einer sich außerhalb des Gärtanks befindlichen und an diesen angeschlossenen Umwälzleitung (25) und einer an dieser angebundenen Luft-/Sauerstoff-/Gaszufuhreinrichtung (31).
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit Zuführen von Zink und/oder Kupfer zu dem Substrat während und/oder nach dem Propagieren, insbesondere über eine Zinkanode und/oder Kupferanode, die in einer sich außerhalb des Gärtanks (20) befindlichen und an diesen angeschlossenen Umwälzleitung (25) angeordnet ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin mit Zuführen von nähr- und/oder wachstumsfördernden Stoffen in den Gärtank (20) vor dem Propagieren und/oder während des Propagierens.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das eingefüllte Substrat ein nähr- und wuchsstoffhaltiges Substrat mit verstoffwechselbaren Monosacchariden; die erste Hefekultur eine maltasenegative Hefekultur ist; die erste Hefekultur bei 10-28 °C, insbesondere unter zumindest intervallweiser Durchmischung und Belüftung, propagiert wird; die aufgefüllte Bierwürze hauptsächlich aus Di- und Trisacchariden besteht, die die zweite Hefekultur nicht verstoffwechseln kann; die nachfolgende Vergärung bei 10-20 °C, vorzugsweise ohne Belüftung des Tankinhalts jedoch mit Umwälzung des Tankinhalts erfolgt; die Hefekultur sedimentiert und der Überstand abgezogen wird; und eine kalte Nachgärung des abgezogenen Überstandes mit Kulturhefe bei 0-5 °C und/oder direkten Filtration und/oder Abfüllung des abgezogenen Überstands erfolgt.
Verfahren zur Herstellung eines alkoholfreien oder alkoholarmen Bieres mit den folgenden Schritten bereitgestellt: a) Füllen eines nähr- und wuchsstoffhaltigen Substrates mit verstoffwechselbaren Monosacchariden in einen Gärtank (20); b) Inokulieren des Substrats mit einer, beispielsweise maltasenegativen, Hefekultur, die die Nähr- und Wuchsstoffe zumindest teilweise aufnehmen und Monosaccharide als Energiequelle zur Vermehrung nutzen kann; c) Propagieren der Kultur im Gärtank (20) bei 10-28 °C, insbesondere unter zumindest intervallweiser Durchmischung und Belüftung; d) optional Wiederholen der Schritte a) und c); e) Füllen des Gärtanks mit einem Substrat, das hauptsächlich aus Di- und Trisacchariden besteht, die die Kultur nicht verstoffwechseln kann; f) warme Vergärung bei 10-20 °C, vorzugsweise ohne Belüftung des Tankinhalts jedoch mit Umwälzung des Tankinhalts; g) Absetzenlassen der Hefekultur und Separation des Überstandes zur anschließenden kalten Nachgärung des Überstandes mit Kulturhefe (0-5°C) und/oder direkten Filtration und/oder Abfüllung; h) optional Nutzung des Sedimentes der maltasenegativen Hefekultur zur erneuten Inokulation eines Di-/Trisaccharidreichen Substrats zur warmen Vergärung bei 10-20 °C ohne Belüftung des Tankinhalts jedoch mit Umwälzung des Tankinhalts; und i) optionales mehrfaches Wiederholen der Schritte g) und h).
Verfahren zum Nachrüsten eines Gärtanks, der an einem Endbereich eine Zu-/Ausleitung aufweist, mit Führen einer ersten weiteren und insbesondere zusätzlich einer zweiten weiteren Zu-/Ausleitung durch die Zu-/Ausleitung in den Gärtank und Anschließen der Zu-/Ausleitung, der ersten weiteren Zu-/Ausleitung und insbesondere der zweiten weiteren Zu-/Ausleitung über eine Verteilstation an eine Umwälzleitung, in die eine Umwälzpumpe angebunden ist, mithilfe derer ein Inhalt des Gärtanks über die Zu-/Ausleitung, und/oder die erste weitere Zu-/Ausleitung und/oder insbesondere die zweite weitere Zu-/Ausleitung umgewälzt werden kann.
Vorrichtung zur Herstellung eines alkoholfreien oder alkoholarmen Bieres, die einen Gärtank (20) und eine Steuerungs-/Regelungseinheit umfasst, wobei die Steuerungs-/Regelungseinheit dazu ausgebildet ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.