DE2144754C3 - Verfahren zum Abbau des Diacetylgehaltes von Bier - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schnellreifen von Bier, das in einem Schnellgärverfahren, etwa beim Durchlauf von Würze durch eine Hefeschicht, erhalten wird, in Gegenwart von Hefe.

Die bisher meist übliche Reifung von Bier bei den kalten Temperaturen des Lagerkellers (etwa 0⁰C) nimmt eine Zeit von 4 bis 12 Wochen in Anspruch. Während dieser Zeit wird noch eine bestimmte Extraktmenge des Jungbieres durch die in ihm enthaltene Hefe vergoren; die dabei entwickelte Kohlensäure wird vom Bier gebunden, wodurch sich der COz-Gehalt des Bieres von 0,2 auf 0,3 bis 0,5% erhöht. Durch Absetzen der Hefe und sonstiger Trübungskörper, vornehmlich Eiweiß-Gerbstoff-Verbindungen, klärt sich das Bier. Darüber hinaus geht der jungbierartige, unausgegliche Geruch und Geschmack über in einen angenehm blumigen, abgerundeten. Diese Geschmacksveredelung wird hervorgerufen durch ein Auswaschen der Jungbukettstoffe mit Hilfe der entweichenden Kohlensäure. Im Laufe dieser Nachgärung erhöht sich nicht nur der Alkoholgehalt des Bieres, sondern es erfahren in Gegenwart von Hefe auch die während der Gärung gebildeten Nebenprodukte (höhere Alkohole, Ester, Aldehyde, vicinale Diketone) eine Veränderung. Die höheren Alkohole nehmen zu, die Ester erfahren durch Reaktion der verschiedenen Alkohole ti .it. den fixen und flüchtigen Säuren eine deutliche Erhöhung, die Aldehyde (besonders der Acetaldehyd) werden zu den entsprechenden Alkoholen reduziert. Durch letztere Reaktion kommt der Junggeschmack des Bieres ebenfalls zum Verschwinden. Auch die vicinalen Diketone, wie z. B. Diacetyl, Acetoin, 2, 3 Pentandion, erfahren während der Nachgärung eine Reduzierung.

Das geschmackistarke Diacety' muß bei konventionell vergorenen Bieren von etwa 0,3 auf 0,15 mg/1, also um rund 0,15 mg abgesenkt werden, um unter die Geschmacksschwelle zu gelangen. Die Entwicklung der beiden anderen Diketone verläuft etwa parallel. Entscheidend für die Entfernung eines möglichst großen Anteils dieser Stoffe ist die Intensität der Nachgärung, vor allem aber das Verhüten einer Sauerstoffaufnahme beim Umpumpen von Gärgefäß in den Lagertank. Wird das Diacetyl nicht weit genug abgesenkt, so vermittelt das jeweilige Bier einen eigenartigen, butter- oder honigähnlichen breiten Geschmack.

Zur Abkürzung der Reifungszeit von Jungbier sind — häufig im Zusammenhang mit Schnellgärverfahren — mehrere Arbeitsverfahren bekannt und zum Teil auch in die Praxis übernommen worden.

So hat man Jungbier mit einem vergärbaren Extrakt von beispielsweise 1.6% etwa eine Woche bei Raumtemperatur gehalten, anschließend gefiltert und dann etwa 9 Tage Halt gelagert Man hat auch Jungbier mit 1,2% vergärbarem Extrakt langsam bis auf etwa Raumtemperatur erwärmt, dann unter Druck gespundet, nach einer Woche auf 0^GC abgekühlt und eine weitere Woche kalt gelagert

Eine wesentlich größere Bedeutung haben Schnellreifverfahren, bei denen im warmen Gärtank unter Überdruck eine Kohlensäurewäsche als Abschluß der Hauptgärung vorgenommen wird; anschließend erfolgt eine Lagerung bei abnehmendem Druck und abnehmender Temperatur.

Wenn man von weiteren Schnellreifungsverfahren absieht, die vornehmlich mit intensiver Kohlensäurewäsche bei tiefen Temperaturen arbeiten — gegebenenfalls mit mehrmaligem Filtrieren — so ergibt sich, daß bei den bisher bekannten Schnellreifungsverfahren, die eine Schnellreifung in Gegenwart von Hefe ergeben und Temperaturen im Bereich von >2 bis 20⁰C anwenden, die Reifung, insbesondere die Reduzierung des Diacetylgehalts auf unschädliche Werte, noch etwa eine Woche in Anspruch nimmt; zur Klärung und Stabilisierung des Bieres schließt sich meist eine Kaltlagerung von 7 bis 10 Tagen bei etwa 0°C an.

Es ist kürzlich aus der DT-OS 15 17 814, die sich mit einem Verfahren und einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Behandlung von Flüssigkeiten mit Enzymträgern befaßt, ein Schnellgärverfahren bekanntgeworden, das eine sehr weitgehende Vergärung von Würze beim Durchlauf durch eine Hefeschicht ermöglicht, mit der die Würze nur relativ kurze Zeit im Kontakt ist. Das auf diese Weise erhaltene Bier weicht in seiner Beschaffenheit von der üblicher Biere ab. Das Bier verläßt die Hefeschicht beliebig weit vergoren, meist mit einem Vergärungsgrad, der nur um 0 bis 8% unter dem Endvergärunsrsgrad liegt und ist makroskopisch fast klar.

Nachdem die Hefevermehrung während des raschen Durchgangs der Würze durch die Hefeschicht äußerst gering gehalten wird, komm: es zu einer nur mäßigen Entwicklung von Gärungsnebenprodukten, wie Aldehyden, höheren Alkoholen und Estern. Die Bildung des Diacetyls jedoch beträgt ein mehrfaches des Wertes bei der konventionellen Gärung; es wurden Gehalte von 1,0 bis 2,0 mg Diacetyl je Liter Bier gemessen. Das Reduzieren dieser Diacetylmenge ist für die praktische Anwendung des oben kurz beschriebenen Schnellgärverfahrens eines der tragenden Probleme.

In der DT-OS 18 01509 ist ein Verfahren zur Entfernung von Diacetyl aus Bier angegeben, bei dem aktive Hefe für kurze Zeit mit dem Bier in Kontakt gebracht wird und die Hefe beim niedrigsten erreichbaren Diacetylgehalt wieder abgetrennt wird.

Die nach diesem Verfahren erhältlichen Biere genügen jedoch sowohl hinsichtlich ihres Diacetylgehalts als auch hinsichtlich ihrer Geschmacksmerkmale nicht den zu stellenden Anforderungen.

Durch das erfindungsgemäße Verfahren zum Schnellreifen von Bier wird es nun möglich, in kurzer Zeit und mit einfachen Mitteln auch die oben angegebenen relativ hohen Diacetylgehalte eines in einem Schnellgärverfahren, etwa beim Durchlauf von Würze durch eine Hefeschicht erhaltenen Bieres in Gegenwart von Hefe, dadurch auf nicht mehr geschmacklich bemerkbare Werte unter Vermeidung jeglicher Geschmacksbeeinträchtigung herabzudrücken, daß man das beliebig hoch vergorene, weitgehend hefefreie Diacetyl enthaltende

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Bier bei 30° C mit 10 bis 15 Volumprozent Krausen in einem Stadium, das einem Vergärungsgrad der Würze von 25 bis 30% entspricht, für 2 bis 3 Tage in innigen Kontakt bringt

Wie schon frühere Arbeiten einer Reihe von Autoren gezeigt haben, ist eine kräftige Nachgärung des Bieres eine der wichtigsten Voraussetzungen einer raschen Reduzierung des Diacetylgehalts. Diesem Reduzierungsprozeß gegenüber treten alle anderen Vorgänge des Reifungsablaufs weit in den Hintergrund, wenn es um die Reifung eines Bieres geht, das nach einem obenerwähnten Schnellgärverfahren erzeugt ist Es ließ sich nun durch eingehende Versuche feststellen, daß die Abnahme des Diacetylgehalts als Indikator für den Erfolg des Reifungsverfahrens gewertet werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die für die Reifung notwendige Nachgärung durch mehrere Faktoren bewirkt:

1. durch einen Zusatz von Hefe und Substrat in Form von Krausen zu dem beliebig weit vergorenen, praktisch geklärten Bier. Diese Krausen müssen aus einem Gärgefäß zu einer Zeit entnommen werden, die einer Extraktabnahme in den Krausen von 3 bis 3,5% bzw. einem Vergärungsgrad von 25 bis 30% der Würze entspricht Jüngere oder ältere Krausen wirken weniger effektiv. Die günstigste Menge der Krausen liegt in ziemlich engen Grenzen, zwischen 10 und 15 Volumprozent, bezogen auf die Menge des zu reifenden Bieres. Zu geringe Anteile lassen die erwünschte Wirkung vermissen, zu große Anteile bringen verschiedentlich eine zu große Menge an Gärungsnebenprodukten ein, deren Reduzierung das schnelle Reifen verzögert.

2. Die Zugabe der Krausen erfolgt bei kleineren Tanks (etwa '/5 Tageskapazität der Anlage) als Vorlage in den Reifungstank, bei größeren (bis zu Tageskapazitat) zum Teil als Vorlage, zum Teil in Form von laufender Dosierung. Die Vorlage üer Krausen hat den Zweck, geringe, aber unvermeidliche Mengen von Luftsauerstoff, die aus dem Gärsystem nicht entfernt werden konnten, zu absorbieren und so für die weitere Entwicklung der Reifung unschädlich zu machen. Bei größeren Tankeinheiten ist eine laufende Dosierung erforderlich, um auch die später vergorenen Biermengen mit einer ausreichenden Menge an aktivem Zellmaterial in Kontakt bringen zu können.

3. Die Temperatur des Bieres im Reifungstank soll relativ hoch liegen. Verschiedene Autoren haben die Reifung des Bieres durch Einhalten von Temperaturen von 12 bis 20⁰C beschleunigen können. Es gelang auf diese Weise ohne Krausen oder zusätzliche Hefegabe im Verlauf vor 4 bis 5 Tagen eine Reduzierung des Diacetylgehaltes von n,25 bis 0,4 mg/1 auf etwa 0,1 bis 0,15 mg/1. Im Anschluß daran erfolgte eine Kaltlagerung von 7 bis 10 Tagen bei 0⁰C, um die Klärung des Bieres herbeizuführen und eine entsprechende Eiweißstabilität zu erzielen. Bei jenen Bieren jedoch, die in kurzer Zeit über eine Hefeschicht vergoren wurden, erwies sich eine »Schnellreifung« bei 20⁰C als nicht genügend wirkungsvoll. Es dauerte rund 1 Woche, bis die gewünschte Absenkung des Diacetylgehaltes von 1 bis 2 mg/1 auf unter 0,15 mg/1 erfolgt war. Bei dieser längeren 20°C-Periode ergaben sich aber geschmackliche Nachteile, die durch eine vermehrte Bildung von Nebenprodukten begründet waren.

Um nun den Diacetylgehalt gezielt abzusenken und die Reifungszeit nicht länger ausdehnen zu müssen, werden im Reifungstank erfindungsgemäß Temperaturen von 30⁰C eingehalten. Das Einstellen des gewünschten Wertes geschieht beispielsweise durch einen Wärmeaustauscher vor dem Reifungstank, der seinerseits in einem auf 30⁰C temperierten Raum steht Hier dauert die Reduzierung des relativ großen Anteils an Diacetyl — abhängig vom Ausgangswert — nur 2 bis 3 Tage. Anschließend erfolgt eine Abkühlung des Bieres (wieder über einen Wärmeaustauscher) und das Umlagern in den Stabilisierungsbehälter.

4. Bewegung während der Reifungsperiode sichert einen intensiven Kontakt der Kräusenhefe mit dem Substrat Die Bewegung kann durch Einblasen von Kohlensäure oder durch Umpumpen über ein Venturirohr dargestellt werden.

Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Schnellreifen von Bier, das beim Durchlauf von Würze durch eine Hefeschicht erhalten wird und bei dem sich während des Gärvorgangs keine »Krausen« bilden, lassen sich die für die Durchführung des Verfahrens benötigten Krausen in einem besonderen, gegebenenfalls kontinuierlich betriebenen Gärtank bzw. einer Gärtankgruppe gewinnen, in denen gleichzeitig die Anzucht oder Vermehrung der Hefe für den Ersatz der Gärungs-Hefeschichten durchgeführt werden kann.

Aus den nachfolgenden Versuchsergebnissen geht hervor, daß das erfindungsgemäße Verfahren bei schnellvergorenen wie auch bei konventionell vergorenen Bieren zu einem hohen Diacetylabbau führt wobei die erhaltenen Biere hinsichtlich ihres Geschmacks überlegen beurteilt werden.

Vergleichsversuche zur Reifung schnellvergorener
und konventionell vergorener Biere

Die Versuche beziehen sich auf den Diacetylabbau bei schnellvergorenen sowie konventionell vergorenen Bieren bei 25 bzw. 30⁰C; die Versuche zeigen, daß die Durchführung des Verfahrens nach der DT-OS 18 01 509 bei schnellvergorenen Bieren nicht zu dem hierfür erforderlichen höheren Diacetylabbau führt: eine Verlängerung der Reaktionszeit ermöglicht zwar die Senkung des Diacetylgehalts unter den zulässigen Grenzwert, die entstandenen Biere sind jedocn geschmacklich nicht mehr genießbar.

Die Versuche beziehen sich ferner auf den Abbau des Diacetylgehalts in konventionell vergorenem Bier bei 30⁰C mit und ohne Zusatz von Krausen, aus denen ebenfalls die Überlegenheit des erfindungsgemäßen Verfahrens hinsichtlich der Geschmacksbeurteilung der resultierenden Biere eindeutig hervorgeht.

I. Abbau des Diacetylgehalts von im Bioreaktor
vergorenen Bieren

1.1 Versuch bei 25⁰C: Gehalt an Diacetyl (mg/1)

Nach Bioreaktor
Nach 14 h
Nach 38 h

Zugesetzte Hefemenge
0% 0.5% 5%

2,720

1,775 1,000 1,185

1,175 0,347 0,469

1.2 Versuch bei 30⁰C: Einsatz 5% Hefe

Reifungszeit (h)
0 1 2 3 4

Diacetylgehalt (mg/1) 2,64 2,08 2,06 2,79 2,53

Reifungszeit (min)
O 15 30 45

60

Diacetylgehalt (mg/1) 2,85 2,82 2,41 2,08 1,88
1.3 Langzeitversuche bei 30⁰C: Einsatz 5% Hefe

Reifungszeit (h)
0 62

86

Diacetylgehalt (mg/1) 1,80

Geschmack

0,13 0,08
stark stark
hefig hefig
ungenießbar

Die Versuche wurden reproduziert; ähnliche Experimente unter Verwendung

a) von Hefe, die 48 h unter Wasser aufbewahrt worden war,

b) von Hefe, die sofort nach der Ernte zur Reifung zugesetzt wurde sowie

c) mit Hefe, die aus dem Hochkräusenstadium abzentrifugiert und zur Reifung zugesetzt wurde,

ergaben vergleichbare Ergebnisse.

1.4 Diacetylreduzierung durch Filtration über
Hefeschichten:

Im Bioreaktor vergorenes Bier wurde sofort über zwei weitere Hefeschichten filtriert:

Verwendung von Krausen untersucht (bei 30" C und 10 bis 15% Krausen von 25 bis 30% Vergärungsgrad). Die durch die Zugabe von Krausen hervorgerufene Verlangsamung des Reifungsprozesses, die bereits verschiedentlich in der Literatur diskutiert wurde, ist aus den Ergebnissen ersichtlich (vgl. auch Brauwissenschaft 27 [1974], 223).

Die Versuche wurden in zwei parallelen Reihen durchgeführt:

a) Bei normalen Temperaturen (8,5"C) zu Ende vergorenes Jungbier wurde ohne Kräusenzusatz auf 30⁰C erwärmt und bei dieser Temperatur mit der im Bier suspendierten Hefe die Reduzierung des Diacetylgehalts durchgeführt;

b) das in gleicher Weise vergorene Bier wurde mit 10% Krausen (Vergärungsgrad 15%) versetzt und ebenfalls bei 30⁰C der Reifung überlassen.

Es ergaben sich folgende Ergebnisse:

Jungbier
50 h, 30° C
ohne Krausen
80 h, 30⁰C
mit Krausen

O-Bier Nach 1.

Nach 2. Hefeschicht

Gesamt-Diacetyl mg/1 2,48
Eingesetzte Hefe- 1,1 1

menge

35

1,70 0,83

auf 3,31 filtriertes Bier

Auch bei diesen Versuchen wurden Hefen unterschiedlichen physiologischen Zustands verwendet (frisch geerntet, gelagert, den Hochkräusen entnommen).

Aus den Versuchsergebnissen (1.1 bis 1.4) geht klar hervor, daß bei Anwendung des aus der DT-OS 18 01 509 bekannten Verfahrens bei 30" C unter Zusatz von Hefe bei schnellvergorenen Bieren der entsprechend erforderliche höhere Diacetylabbau nicht eintritt; die zugesetzte Hefe war von jeweils unterschiedlichen Gärstadien gewonnen. Die Biere erreichten entweder den erforderlichen niedrigen Diacetyl^ehalt nicht oder wiesen, wenn der Diacetylgehalt durch erhöhte Reaktionszeit ausreichend abgesenkt werden konnte, einen so penetrant hefigen Geschmack auf, daß die Biere nicht verwertbar waren.

Zur Diacetylreduzierung von im Bioreaktor vergorenem Bier durch Filtration über Hefeschichten (vgl. 1.4) ist ferner zu bemerken, daß die erforderliche eingesetzte Hefemenge 1,11 auf 3,31 filtriertes Bier beträgt, so daß dieses Verfahren schon auf Grund des außerordent-Hch hohen Hefebedarfs technisch wie wirtschaftlich undurchführbar ist.

2. Abbau des Diacetylgehalts in konventionell

vergorenem Bier ₆,

Entsprechend der Aufforderung der Prüfungsstelle wurde ferner der Abbau des Diacetylgehalts in konventionell vergorenem Bier bei 3O⁰C mit und ohne Diacetyl
(mg/1)

0,412
0,157

0,060

Nur bei der erfindungsgemäßen Reifung unter Zusatz von Krausen kann entsprechend die Diacetyl-Geschmacksschwelle von 0,14 bis 0,15 mg/1 signifikant unterschritten werden.

Geschmacksbeurteilung der Biere

Bier bei 30° C ohne Krausen gereift;

Geruch hefig, Trunk deutlich hefig,

jedoch vollmundig; mäßig rezent, Bittere gut
Bier bei 3O⁰C mit Krausen gereift:

Geruch rein, Trunk rein, voll, indifferent;

rezent, Bittere leicht anhängend.

Von sieben Kostern wurden die Biere wie folgt eingestuft:

Besser Schlechte! deich

Bier ohne Krausen Ox 7 κ Ox

Bier mit Krausen 7 χ Ox Ox

Obgleich die Reifungszeit des gekrausten Bieres etwas längere Zeit in Anspruch nimmt, zeigt die Geschmacksbeurteilung der gekrausten Biere im Gegensatz zu den ohne Verwendung von Krausen hergestellten Bieren ebenfalls eine signifikante Überlegenheit

Die Versuche wurden mehrfach reproduziert; die herangezogenen zu reifenden Jungtiere stammten aus der Bayer. Staatsbrauerei Weihenstephan und waren endvergoren; die Gärtemperaturen lagen zwischen 8,5 und 9,I⁰C. Der Mefegehalt betrug4 bis 6 · 10⁶ Zellen/ml Bier.

In der nachfolgenden Tabelle sind Ergebnisse zur Reifung konventionell hergestellten Jungbiers angegeben, wobei sich die Versuchsreihen a) auf die Reifung bei 30° C ohne Kräusenzugabe beziehen, während die Versuchsreihen b) Versuchen bei 30⁰C unter Verwendung von 15% Krausen mit einem Vergärungsgrad von

25% bzw. 12% Krausen mit einem Vergärungsgrad von 30% entsprechen.

Diacetyl (mg/1)

Jungbiere 0,36 —0,46

a) Nsch 42-48 h ohne Krausen 0,129-0,147 Nach 52-60 h ohne Krausen 0,095-0,134

b) Nach 76-82 h mit Krausen 0,046-0,082 Nach 82-90 h mit Krausen 0,034-0,048

IO

Nur die erfindungsgemäß gereiften Biere weisen entsprechend einen weit unter der Geschmacksschwelle liegenden Diacetylgehalt auf.

Die Geschmacksprobe der nach a), also ohne Verwendung von Krausen gereiften Biere ergab:

Geruch hefig bis stark hefig. Trunk hefig bis stark hefig, vollmundig; Rezenz mäßig; Bittere normal, bei den länger gereiften Süden hefig streng. Dagegen erfuhren die nach b) mit Krausen gereiften Biere folgende Bewertung:

Geruch rein, Trunk stets rein, vollmundig; rezent; Bittere gut, bei den langer gereiften Süden etwas weniger gut abgerundet.
Die Ergebnisse der Geschmacksbeurteilung waren:

Besser Schlechter deich

Biere ohne Krausen Ox 17 χ Biere mit Krausen 17 χ Ox

3x

Auch aus diesen Ergebnissen geht in eindeutiger Weise hervor, daß die erfindungsgemäße Reifung unter Verwendung von Krausen zwar etwas mehr Zeit in Anspruch nimmt, die Reifung jedoch infolge der hierbei stattfindenden Extraktvergärung nicht nur zu einer geeigneten Diacetylreduzierung, sondern darüber hinaus zu einer generell signifikant besseren Geschmacksbeurteilung der Biere führt.

Auf Grund der Versuchsergebnisse ist nachgewiesen, daß das erfindungsgemäße Reifungsverfahren

mit einer Reifungstemperatur von etwa 3O⁰C, dem Zusatz von 10 bis 15% Krausen mit einem Vergärungsgrad von etwa 25 bis 30% sowie einem Zeitbedarf von 2 bis 3 Tagen

sowohl bei im Bioreaktor vergorenem Bier als auch zur Reifung konventionell vergorenen Bieres in gleicher Weise erfolgreich eingesetzt werden kann, während lediglich zugesetzte Hefe, die von jeweils unterschiedlichen Gärstadien gewonnen wurde, den erfindungsgemäßen Effekt nachweislich nicht zu erzielen erlaubt.

Diese Ergebnisse sind insbesondere im Hinblick auf eine Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf schnellgereiftes, d. h. im Bioreaktor vergorenes Bier von Interesse, da das den Bioreaktor verlassende, beliebig hoch vergorene Bier blank und praktisch hefefrei ist und gegenüber konventionell vergorenen Bieren zwar einen wesentlich niedrigeren Gehalt an Gärungsnebenprodukten wie höheren Alkoholen, Aldehyden und Estern, aber sehr viel mehr Diacetyl enthält.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich infolgedessen besonders gut zur Reifung von schnellvergorenem Bier.

Wie nachgewiesen wurde, ist das erfindungsgemäße Verfahren jedoch auch zur Reifung von konventionell vergorenem Bier hervorragend geeignet, da die Diacetylreduzierung nicht wie bei der Verwendung einfacher Hefe zu einer starken Geschmacksbeeinträchtigung führt, sondern die erfindungsgemäß gereiften Biere geschmacklich vorzügliche Bewertungen ergeben.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum AbJau des Diacetylgehalts von Bier, das in einem Schnellgärverfahren, etwa beim Durchlauf von Würze durch eine Hefeschicht, erhalten worden ist, in Gegenwart von Hefe, dadurch gekennzeichnet, daß man das beliebig hoch vergorene, weitgehend hefefreie diacetylhaltige Bier bei 3O⁰C mit 10 bis 15 Volumprozent Krausen in einem Stadium, das einem Vergärungsgrad der Würze von 25 bis 30°/o entspricht, für die Dauer von 2 bis 3 Tagen in innigen Kontakt bringt