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Verfahren zur Hopfung von Bier Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Hopfung von Bier mittels Hopfenextrakte, die in einem wäßrigen Medium unter
Einwirkung eines Ultraschallfe@ldes gewonnen werden.
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Die Verwendung von Hopfenextrakten zur Hopfung von Bier ist seit sehr
langer Zeit bekannt. Da der Hopfen weitaus den teuersten Rohstoff beim Brauen darstellt,
sind viele Vorschläge gemacht worden, um Einsparungen an Hopfen zu erzielen. Beispielsweise
war es seit langem bekannt, den Hopfen zum Zwecke einer besseren Ausnutzung in einem
besonderen Gefäß vor dem Würzekoch.en auszulaugen. Hier sei auf den vielfach heute
noch verwendeten Hopfen-Montejus verwiesen. Die Auslaugung fand grundsätzlich bei
höherer Temperatur statt, da sich der Hopfenbitterstoff in wäßriger Suspension erst
bei Temperaturen über 60° C in nennenswertem Ausmaß ablösen läßt. Ein anderes bekanntes
Verfahren ging darauf hinaus, daß der Hopfen vor dem Würzekochen von den Abläuterwürzen
durchströmt wird, wobei die Abläuterwürzen einen Teil der Hopfenbitterstoffe extrahieren..
Die in der beschriebenen Weise ausgelaugten Hopfentreber wurden nachher mit der
Würze zusammen gekocht; ihr Gehalt an Hopfengerbstoff löste die unter der Bezeichnung
Bruch bekannte Eiweißfällung aus.
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Der Gewinn an Bitterstoff war bei diesen altbekannten Verfahren recht
bescheiden und lohnte nach Maßstab einer heutigen Kostenberechnung den beanspruchten
Aufwand an Einrichtungen, Zeit und Arbeitskraft nicht mehr. In den letzten Jahren
traten deswegen die älteren Hopfensparmaßnahmen immer weiter in den Hintergrund
und lebten nur dann wieder auf, wenn die Hopfenpreise stark anzogen.
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Neuerdings wurde vorgeschlagen, die bekannten extrahierenden und dispergierenden
Wirkungen eines Ultraschallfeldes bei der Hopfenextraktion zu verwenden, zum Zwecke
der Gewinnung eines angereicherten Bitterstoffextraktes, durch welchen die Bitterung
der Bierwürze stattfinden sollte. Nach diesem bekannten Verfahren wird der Hopfen
in wäßriger Suspension in einem besonderen Extraktionsgefäß bei Temperaturen über
60° C extrahiert. Der Bitterstoffextrakt wird von den Hopfentrebern abgeseiht; die
Hopfentreber werden in die zu kochende Bierwürze gegeben und erzeugen hier infolge
ihres Gehaltes an Hopfengerbsäure eine Eiweißfällung, den sogenannten Bruch. Nach
der Eiweißfällung wird die Bitterung der Bierwürze vorgenommen, indem der Bitterstoffextrakt
der kochenden Würze zugesetzt wird.
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Um die Eiweißfällung zu unterstützen, konnte nach diesem bekannten
Verfahren ein Teil der Hopfengerbsäure vor der Bitterstoffextraktion mittels kalten
oder lauwarmen Wassers ohne Ultraschalleinwirkung abgespült werden, wonach das gerbsäurehaltige
Wasser in die Bierwürze geleitet wurde. Diese Variation des bekannten Ultraschallverfahrens
stützt sich auf die seit alters her bekannte Tatsache, daß ein Teil der Hopfengerbsäure
sich an der Oberfläche der Blätter und Dolden befindet und leicht abgespült werden
kann. In früheren Zeiten, da man weniger sparsam mit dem Hopfen umging, war es bekannt
und beliebt, vor der Verwendung den Hopfen mit lauwarmem Wasser durchzuspülen oder
einzuweichen und das Wasser wegzugießen. Die derart hergestellten Biere erhielten
einen besonders feinen Bittergeschmack und wiesen eine etwas erhöhte Lagerstabilität
auf. Das Hopfenspdilverfahren hatte jedoch den Nachteil, daß eine große Hopfengabe
benötigt wurde, weil sonst die Eiweißfällung wegen des verminderten Gerbstoffanteils
in Frage gestellt wurde.
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Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß die Behandlung von Hopfen
mittels Ultraschall seit etwa 20 Jahren bekannt ist. Die Ultraschallsender der damaligen
Zeit (1936) waren jedoch zu schwach, um eine merkbare Beschleunigung des Hopfenextraktionsvorganges
zu erzielen; die damalige Erfindung hatte zum Zweck, die Eiweißfällung zu unterstützen.
Dieses Verfahren bestand darin, daß ein Ultraschallsender in der Sudpfanne angeordnet
war und während des Würzekochens ein Ultraschallfeld in die Würze hineinstrahlte.
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Das vorhin beschriebene neue Ultraschallverfahren führte zweifelsohne
zu einer gewissen Hopfeneinsparung, indem im Ultraschallfeld mehr Bitterstoff ausgelaugt
werden konnte, als bei dem herkömmlichen Würzekochvorgäng bzw. bei den bis dahin
bekannten
mechanischen Hopfensparverfahren. Wie zu erwarten war,
stieg die Bitterstoff-Auslaugungsquote je höher an, desto stärker das Ultraschallfeld
war und desto höher die Temperatur anstieg. Bei Hopfenextraktion unter Druck war
es in einem starken Ultraschallfeld mit spezifischer Leistung 2,5 W/cm= (über den
gesamten Querschnitt des Extraktionsgefäßes gemessen) möglich, praktisch sämtliche
Bitterstoffe aus dem Hopfen abzulösen.
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Dabei wurde jedoch das Hopfenaroma vollständig vernichtet. Die totale
Vernichtung bzw. Umbildung der aromatischen Hopfenöle tritt ein, sobald die Bitterstoff-Auslaugungsquote
über eine gewisse Höhe ansteigt. Die aromatischen Hopfenöle wurden aber bei dem
bekannten Ultraschallverfahren nicht berücksichtigt, sondern es wurde bisher wie
bei den. vorhin genannten älteren mechanischen Auslaugungsv erfahren lediglich eine
bessereBitterstoffausnutzung angestrebt.
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Bekanntlich vertragen die aromatischen Hopfenöle (Humulen, Myrzen,
Geraniol und Linalool) keine hohe Temperatur. Obwohl die Siedepunkte dieser Hopfenöle
durchweg erheblich über dem Siedepunkt des Wassers liegen, verflüchtigen sich die
Hopfenöle sehr schnell in wäßriger Suspension, da sie in hohem Maße wasserdampfflüchtig
sind. Die Dampfblasen des siedenden Wassers werden bekanntlich im Ultraschallfeld
in einen Nebel von Mvriaden kleinster Wasserdampfteilchen zerschlagen. Jedes Wasserdampfteilchen
reißt ein Teilchen Hopfenöl mit sich empor, so daß die im Ultraschallfeld abgelösten
Hopfenöle sofort nach ihrem Austritt schlagartig verschwunden sind. Fernerhin werden
die Hopfenöle unter dem gleichzeitigen Einfluß von Siedehitze und Ultraschall in
übelriechende und -schmeckende Oxydationsprodukte übergeführt.
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Es ist aber eine bekannte Tatsache, daß die Hopfenöle für das Hopfenaroma,
die sogenannte »Blume« des Bieres, unerläßlich sind. In früheren Zeiten waren viele
Brauer bestrebt, mittels gegen Ende des Kochvorganges zugesetzter hoher Hopfengaben
besonders aromatische Biere herzustellen. Durch Wiederverwendung der Hopfentreber,
die wegen der extrem kurzen Kochzeit bei diesem Verfahren nur sehr wenig Hopfenbitterstoff
abgaben, versuchte man, diese verschwenderische Methode etwas fortschrittlicher
zu gestalten. Bekannt ist auch die altenglische Methode der »Pfropfung«, wobei Frischhopfen
in die Lagerfässer eingeführt wurde.
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Die oben beschriebene Spätzugabe und die Pfropfung hatten den Nachteil,
daß die Lagerstabilität des Bieres durch die im Frischhopfen enthaltenen großen
3 engen an freier Gerbsäure erheblich beeinträchtigt wurde; ferner bekam
das Bier einen scharfbitteren Geschmack.
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In den zwanziger Jahren wurde ein Verfahren bekannt, nach welchem
die während des Würzekochens entwichenen Hopfenöl-Wasserdämpfe in einem Kondensator
aufgefangen und abdestilliert wurden; das Destillat wurde später dem Bier zugegeben.
Der dadurch erreichte Aromageschmack wirkte nicht ganz natürlich, sondern ähnelte
dem Geschmack eines künstlichen Aromazusatzes. Die Fachleute der damaligen Zeit
bezeichneten solche Biere als »parfümiert«. Wenn das Destillat bereis im Gärbottich
der Würze zugegeben wurde, gestaltete sich der Aromageschmack noch am erträglichsten.
Hier wurden jedoch große Mengen von Hopfenölteilchen mit der Kohlensäure hochgeschleudert
und gingen verloren, indem sie den Gärkeller mit Blumenduft, füllten. Schließlich
ist es vorgeschlagen worden, dic Hopfenöle mittels chemischer Lösungsmittel abzulösen.
Während die chemische Extraktion in bezug auf Bitterstoffe einen ausgezeichneten
Extrakt abgab, ist es bisher nicht gelungen, auf chemischem Wege eine brauchbare
Aromalösung zu erhalten.
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Die Erfindung hat zum Ziel, ein Verfahren zur Hopfung von Bier mittels
unter Verwendung von Ultraschallenergie hergestellter Hopfenextrakte zu schaffen,
das bei möglichst hoher Ausnutzung der im Hopfen vorhandenen Hopfenbitterstoffe
die Beibehaltung des Bieraromas gewährleistet und darüber hinaus an Hand einer Steuerung
der Bitturstoff- und der Aromazugabe eine gezielte Beeinflussung des Biergeschmackes
ermöglicht wird.
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Diese Erfindungsaufgabe wird dadurch gelöst, daß der Hopfen im Ultraschallfeld
erst einmal in einem kalten Wasserbad bei Temperaturen bis zu 30° C extrahiert und
der dabei anfallende kalte Hopfenaromaextrakt abgeseiht wird, wonach die Hopfentreber
in einem heißen Wasserbad bei Temperaturen um den Siedepunkt nochmals im Ultraschallfeld
extrahiert werden und einen BitterstofE Gerbstoff-Extrakt abgeben. Der Bitterstoff-Gerbstoff-Extrakt
und die nach der Warmextraktion verbliebenen Hopfentreber werden der Würze zugegeben
und zusammen mit dieser gekocht, während der Hopfenaromaextrakt erst nach Beendigung
des Würzekochens zugesetzt wird. Der Hopfenaromaextrakt wird vorzugsweise in den
Setzbottich zu der sich abkühlenden Bierwürze gegeben. Er kann aber auch
in den Gärbottich zu der gärenden Bierwürze gegeben werden.
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Sofern Wert auf ein mild schmeckendes und lagerstabiles Bier gelegt
wird, ist es zweckmäßig, in bereits bekannter Weise mittels einer Durchspülung mit
warmem Wasser (Temperaturen um 50° C) die an der Oberfläche der Hopfenteile haftende
Hopfengerbsäure abzuspülen, um zu verhindern, daß diese in den Hopfenaromaextrakt
gelangt. Da die in den Hopfentrebern nach der Kaltextraktion befindliche Hopfengerbsäure
während der Wärmeextraktion vollständig extrahiert und in Phlobaphen oxydiert wird,
besteht nach einer solchen Durchspülung praktisch keine :Möglichkeit, daß das Bier
nachher freie Gerbsäure enthalten könnte. In dieser Weise wird ein milder und feiner
Bittergeschmack und eine hohe Lagerstabilität gewährleistet.
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Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
daß Hopfen geringerer Provenienz und alter Hopfen sehr gute Hopfenextrakte abgeben,
sowohl in bezug auf Aroma als auch in bezug auf Bittere. Bei altem Hopfen ist eine
lange dauernde Durchspülung und in besonders schwierigen Fällen eine vorherige Einweichung
in warmem Wasser zu empfehlen. Biere, die aus derartig zweitrangigen Hopfenprovenienzen
gebraut werden, sind bei richtiger Handhabung der Extraktzugabe kaum von Normalbieren
aus edlem Hopfen zu unterscheiden.
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In der Folge soll ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gegeben werden.
Für einen 200-hl-Sud Pilsner Bier beträgt die Hopfen-Normalgabe 52 kg Naturhopfen,
der üblicherweise in mehreren Teilgaben zugesetzt wird, z. B. 22 kg beim Einlassen
der Würze in die Sudpfanne, 15 kg 1 Stunde nach Siedebeginn und 15 kg eine Viertelstunde
vor dem Ausschlagen. Bei dem herkömmlichen Brauvorgang werden sowohl Bitterstoffe
als auch Aromastoffe sehr schlecht ausgenutzt. Nur etwa 25 % des Gesamtgehalts an
Hopfen-Bitterstoffen und 1 bis 3°/a der Hopfenöle gelangen in das Bier. Der Rest
dieser wertvollen Substanzen geht verloren. _
Das vorliegende Ausführungsbeispiel
bezieht sich auf eine Hopfeneinsparung von 451/e, wobei eine Hopfengabe von nur
28,8 kg an Stelle von der Normalgabe von 52 kg zur Verwendung kommt. Diese Hopfenspargabe,
144 g/hl an Stelle von 260 g/hl, ist bereits jahrelang mit Erfolg industriell durchgeführt
worden. Es wird jedoch bemerkt, daß frühere Versuche im großtechnischen Maßstab
(Sudvolumen 130h1) Pilsner Biere normaler Qualität bei Hopfengaben von nur 120 bzw.
112 und 107 g/hl ergeben haben.
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Die 28,8 kg Hopfen werden in das Beschallungsgefäß eingefüllt. Dieses
Gefäß faßt etwa 9501 und ist mit einem Mantel umgeben, der jeweils von Kühlwasser
oder von Heizdampf durchströmt werden kann. Das Gefäß besitzt am Boden ein Sieb
und außerhalb des Siebes einen Auslaß für Extrakt. Durch das Sieb hindurch führt
ein weiterer Auslaß für die Hopfentreber. Das Extraktauslaßrohr führt zu einem Kaltextraktbehälter,
während der Hopfentreberauslaß unmittelbar mit der Sudpfanne verbunden ist. Eine
am Hopfentreberauslaß angeordnete Zweigleitung führt zur Kanalisation.
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An der Seite des Beschallungsgefäßes sind vier Schallköpfe angebracht,
von denen jeder ein Ultraschallfeld mit Frequenz 800 kHz und Leistung 1000 W in
den Beschallungsraum hineinstrahlen kann. Ferner ist im Beschallungsraum ein oder
mehrere Propeller angebracht, die das Beschallungsgut (Hopfen und Wasser) umwälzen.
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Das Beschallungsgefäß kann mit einem Deckel luftdicht abgeschlossen
werden. Mittels einer Preßluftleitung (oder Druckdampfleitung) kann der Beschallungsraum
unter Druck gesetzt werden.
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Der Frischhopfen wird zunächst etwa 5 Minuten mit 50° C warmen Wasser
durchspült. Das Spülwasser wird durch die Kanalisation abgeführt. Dieser Vorgang
dient dazu, den Teil des Hopfengerbstoffes abzuspülen, der sich lose an den Außenflächen
der Hopfenblätter und -dolden befindet. Nach dieser Reinigung wird das Beschallungsgefäß
unten abgeschlossen und mit etwa 8001 Wasser aufgefüllt. Hierzu kann destilliertes
Wasser, aber auch Brauwasser verwendet werden. Das Rührwerk wird in Bewegung gesetzt
und sorgt dafür, daß sämtliche Hopfenteile gleichmäßig an den seitlich angeordneten
Ultraschallstrahlköpfen vorbeigeführt werden. Das Ultraschallfeld wird eingeschaltet.
Ferner wird ein Kühlwasserstrom durch den Mantel des Beschallungsgefäßes hindurchgeleitet.
Die Temperatur im Beschallungsgut darf nicht über 30° C ansteigen; es ist jedoch
zweckmäßig, die Temperatur zwischen 10 und 15° C zu halten, weil dann keine Bitterstoffablösung
oder weitere Gerbstoffablösung stattfindet. Die Kaltbeschallung dauert unter Verwendung
der oben aufgeführten Werte 30 Minuten. Diese Beschallungszeit reicht zwar nicht
aus, um sämtliche Hopfenteile abzulösen; hierzu wären etwa 120 Minuten erforderlich.
Jedoch führt eine Kaltbeschallung von mehr als 30 Minuten zu einer Vergröberung
des Aromageschmackes. Die 30 Minuten Beschallungszeit ergeben ein elegantes und
sehr mildes Aroma und eine ausreichende Menge an Aromastoff.
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Nach Beendigung der 30 Minuten Beschallungszeit wird der Hopfenaromaextrakt
abgeseiht, indem das Beschallungsgut mittels Preßluft oder Druckdampf unter Druck
gesetzt und der Extrakt durch das Sieb und durch die Extraktleitung in den Hopfenaromaextraktbehälter
übergeführt wird. Der Hopfenaromaextrakt stellt eine feine Emulsion von Hopfenölen
im Wässer dar. Der. Extrakt ist transparent und grüngolden. Er riecht stark aromatisch;
sein Geschmack ist leicht bitter.
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Hier soll bemerkt werden, da.ß die Herstellung eines Hopfenaramaextraktes
lediglich bei Ultraschallfrequenzen über etwa 700 kHz gelingt, d. h., daß eine Kaltextraktion
nur mittels Piezoquarz-Schallerzeuger überhaupt möglich ist. Bei der Verwendung
von niedrigeren Frequenzen, z. B. im magnetostriktiven Gebiet, werden zwar Teile
der Hopfenöle abgelöst, jedoch werden gleichzeitig auch bei niedriger Temperatur
große Mengen von Hopfenbitterstoffen und Gerbsäure extrahiert.
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Nach dem Abseien des Hopfenaromaextraktes wird siedendheißes Wasser
(etwa 800 1) auf die Hopfentreber eingefüllt und das Beschallungsgefäß luftdicht
zugeschlossen. Ferner wird Heizdampf in den Mantel des Beschallungsgefäßes geleitet
und das Beschallungsgut auf eine Temperatur von 100° C gebracht. Das Ultraschallfeld
und das Rührwerk sind bereits unmittelbar nach der Einfüllung des heißen Wassers
eingeschaltet worden. Die Warmbeschallungszeit beträgt rund 60 Minuten, vom Augenblick
der Erreichung der 100° C gerechnet; da das Ultraschallfeld gleich nach dem Einfüllen
des heißen Wassers eingeschaltet wird, dauert die effektive Beschallungszeit etwa
90 Minuten. Eine längere Beschallungszeit führt zwar zu einer besseren Auslaugung
des Hopfens; Beschallüngszeiten von 2 Stunden und darüber haben jedoch eine unerwünschte
Extraktion von furanogenen Substanzen zur Folge, die den Geschmack beeinträchtigen.
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Unter dem gleichzeitigen Einfluß von Ultraschallenergie und Hitze
erfolgt nicht nur eine ausgiebige Extraktion der Bitterstoffe aus dem Hopfen, sondern
ebenfalls eine vollständige Extraktion der restlichen Hopfengerbsäure. Die Hopfenbitterstoffe
(Humulon und Lupulon) werden fernerhin im Ultraschallfeld und unter Einwirkung der
Hitze oxydiert und weitgehend in ihre Iso- und Co-iso-Produkte übergeführt. Die
extrahierte Gerbsäure wird restlos oxydiert und in ihr Oxydationsprodukt Phlobaphen
umgewandelt. Diese starken Oxydationsvorgänge haben einen großen Einfluß auf den
gesamten Brauvorgang. Eine Bitterstoffanalyse, z. B. nach Kolbach, ergibt, daß bei
den hier verwendeten Leistungswerten und Beschallungszeiten eine an sich nur geringfügige
Erhöhung der Bitterstoffausbeute erreicht wird. Wenn im vorliegenden Ausführungsbeispiel
das fertige Normalbier 90 mg/1 Hopfenbitterstoff enthält, wird ein gemäß des vorliegenden
Verfahrens gebrautes Bier lediglich 55 bis 60 mg/1 aufweisen. Die beiden Biere schmecken
jedoch genau gleich bitter. Der Bittergeschmack wird nämlich nach den neuesten Forschungsergebnissen
nicht vom Hopfenbitterstoff an sich, sondern von dessen Umwandlungsprodukten hervorgerufen.
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Ein Faktor von größter Bedeutung für den weiteren Brauvorgang ist
die vollständige Umwandlung der Hopfengerbsäure in Phlobaphen. Die Folgen dieses
Vorganges werden weiter unten beschrieben.
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Der Warmextrakt ist rötlichgrün und nimmt bei älterem Hopfen eine
rostbraune Farbe an. Er ist undurchsichtig und lichtundurchlässig. Der Geschmack
ist, wie zu erwarten, unerträglich bitter und stark adstringierend; der Extrakt
ist praktisch geruchlos.
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Der Warmextrakt braucht nicht von den Hopfentrebern abgetrennt zu
werden, sondern wird mit den Hop.fentrebern zusammen unter Umgehung des Siebes in
die Sudpfanne gedrückt, zweckmäßigerweise etwa kurz vor Siedebeginn der Würze.
Ungefähr
eine Stunde nach Siedebeginn zeigt sich der sogenannte Bruch, indem die großen Mengen
an Phlobaphen, die im Bitterstoff-Gerbsäureextrakt enthalten sind, durch den bekannten
Adhäsionsvorgang die Fällung unstabiler Eiweißkörper erregen. Das außerordentliche
Volumen dieser Eiweißfällung tritt bei Beendigung des Kochens, kurz vor dem Ausschlagen,
klar zu Tage. Die Eiweißfällung ist von einem Ausmaß, das beim Normalverfahren nicht
annähernd erreicht wird, auch nicht bei großen Hopfengaben und bei Verwendung besten
Malzes. Die Folge ist, daß die Würze nach dem Setzvorgang weder Phlobaphen noch
freie Gerbsäure enthält, so daß das als Endprodukt erzielte Bier eine außergewöhnlich
hohe Lagerstabilität besitzt. Dieses kommt beispielsweise dadurch zum Ausdruck,
daß Biere gemäß des Verfahrens durchschnittliche ITT-Werte über 1500 aufweisen,
während die ITT-Werte von mit gleichen Rohstoffen gebrauten Normalbieren um 1100
liegen.
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Nach Beendigung des Würzekochens wird die Würze in bekannter Weise
ausgeschlagen und in den Setzbottich gepumpt. Nachdem die Würze sich auf etwa 75°
C abgekühlt hat, wird der Hopfenaromaextrakt zugegeben. In dieser Weise wird erreicht,
daß möglichst wenig Hopfenöl durch Einwirkung hoher Temperatur zugrunde geht, während
auf der anderen Seite die Würzetemperatur für eine Pasteurisierung des Kaltaromaextraktes
sorgt.
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Die weiteren Verfahrensschritte des Brauvorganges, Gärung und Lagerung,
verlaufen in üblicher Weise. In einer Abänderung des Ausführungsbeispiels wird der
Hopfenaromaextrakt nicht im Setzbottich, sondern im Gärbottich zu der Würze während
deren Gärung gegeben. Um Hopfenölverluste durch die Kohlensäurebildung zu vermeiden,
ist es zweckmäßig, den Ka,ltaromaextrakt erst nach Ausbildung der sogenannten hohen
Kräusen zuzugeben. Wenn der Kaltaromaextrakt erst während der Gärung zugesetzt wird,
mini man darauf achten, daß er praktisch sofort nach dem Extraktionsvorgang zur
Verwendung kommt, weil die durch die- Ultraschalleinwirkung erreichte Sterilität
des Extraktes nur sehr kurze Zeit anhält.