DE69928249T2

DE69928249T2 - Verbessertes verahren zur fermentativen herstellung von alkohol

Info

Publication number: DE69928249T2
Application number: DE69928249T
Authority: DE
Inventors: James Mclaren
Original assignee: Danstar Ferment AG
Current assignee: Danstar Ferment AG
Priority date: 1998-05-23
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2006-08-03
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: GB9811103D0; ZA200005842B; BR9910655A; CA2333027A1; EP1082448B1; JP2002516115A; DE69928249D1; AU768996B2; EP1082448A1; NZ508404A; WO1999061646A1; AU3724899A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf ein verbessertes Verfahren zur alkoholischen Fermentation, das die Verwendung einer mineralreichen oder mineralangereicherten Hefe als Nährstoffquelle in dem Fermentationsverfahren umfasst, und auf die Verwendung einer solchen Hefe als Nährstoff in einem alkoholischen Fermentationsverfahren.
Es gibt eine Anzahl von Mineralien, die in Spuren für eine effiziente alkoholische Fermentation erforderlich sind. Dazu gehören insbesondere Metalle, die den Fermentationsstoffwechsel verändern können, wie zweiwertige Metalle, z.B. Mangan, Magnesium und Zink. Man ist sich zunehmend der Bedeutung solcher Spurenelemente bei alkoholischen Fermentationen bewusst, insbesondere in Bezug auf Bier.
Die Zinkkonzentration einer Würze ist unter zwei Gesichtspunkten von besonderer Bedeutung. Erstens, wenn sie limitierend ist, kann dies zu suboptimalen und sogar unvollständigen Fermentationen, Problemen mit der Schaumhaltbarkeit und der Hefeflockung führen. Zweitens können ausreichende Zinkkonzentrationen die Optimierung von alkoholischen Fermentationen bezüglich Ethanolproduktion und Aufnahme von fermentierbaren Zuckern unterstützen. Dieser zweite Gesichtspunkt hat während der Fermentationen eine größere Bedeutung, wenn die Hefe größeren Belastungen unterworfen ist. Außerdem verwenden Brauereien traditionell ihre Hefe von einer Fermentation zur nächsten wieder. Die Wiederverwendung von Hefe aus einer Fermentation, bei der das Zink limitierend war, in einer anderen Bierwürze, die ebenfalls defizitär ist, würde die Fermentationsprobleme noch verschlimmern.
Es hat sich gezeigt, dass auch andere Mineralien im Verlauf einer alkoholischen Fermentation von Bedeutung sind. So ist bekannt, dass Mangan als Ersatz im Zinkstoffwechsel beteiligt ist und möglicherweise einige toxische Wirkungen, die mit hohen Zinkkonzentrationen einhergehen, lindern könnte. Ein weiteres Beispiel ist Magnesium, von dem berichtet wird, dass es wichtig für die Alkoholeffizienz bei Fermentationen ist. Dies ist insbesondere ein Problem bei der Fermentation von bestimmten Substraten, wenn ein Überschuss an Calciumionen vorhanden ist. Es ist in der tat bekannt, dass Calcium ein Antagonist des Magnesiumstoffwechsels ist, und zum Beispiel in Bier wird Calcium absichtlich hinzugefügt, um den pH-Wert (Acidität) zu steuern und einige der Enzyme der gemälzten Gerste zu aktivieren.
Bei den meisten alkoholischen Fermentationen gibt es also einen wahrgenommenen natürlichen Mineralmangel im Substrat, und Mineralien in Form von Mineralsalzen, wie Zink/Mangan/Magnesiumchlorid oder -sulfat werden im Allgemeinen direkt in das Substrat gegeben, z.B. in die Würze im Siedestadium der Bierproduktion. Die Verwendung solcher Mineralsalze ist zwar relativ effektiv, steht aber im Konflikt mit dem Wunsch einiger Industrieller, zusatzfreie Alkohole zu produzieren.
Also wurden in den vergangenen Dekaden Alternativen zur Zugabe von Mineralsalzen vorgeschlagen. Dazu gehören die Vorbeladung der Fermentationshefe mit einem Metall in einer solchen Weise, dass das Metall während des Fermentationsvorgangs kaum aus dem Zellkörper der Fermentationshefe freigesetzt wird ( JP 63287474 ), oder die Verwendung von veraschtem Trub oder Säureextrakten von Treber oder Hopfentrub ( US 4,840,802 ), so dass die darin enthaltenen Spurenelemente genutzt werde. Doch alle diese Alternativen sind in Bezug auf Produktionsmenge und -qualität der alkoholischen Fermentation bestenfalls im Wesentlichen äquivalent zur Eingangslösung der direkten Zugabe von Mineralsalzen. Ihre industrielle Anwendung ist also stark eingeschränkt, und einige davon zeigen sogar Probleme mit Geruchsveränderungen, die mit dem Vorgang (z.B. Verwendung von Säureextrakt) verbunden sind. Keine der Methoden des Standes der Technik lieferte also voll befriedigende Ergebnisse.
Es ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Verfahren zur alkoholischen Fermentation bereitzustellen, das die Nachteile von Methoden des Standes der Technik nicht zeigt und weiterhin quantitativ und auch qualitativ effizienter ist als die Lösung der direkten Zugabe von Mineralsalzen oder jede andere alternative Lösung. Das Verfahren und die Verwendung gemäß der Erfindung ermöglichen ein verstärktes Wachstum der Fermentationshefe und eine beschleunigte Fermentation. Es zeigt auch viele Vorteile: Es ist sehr leicht zu handhaben, es lässt sich auf jedes Verfahren der alkoholischen Fermentation anwenden und ist ökonomisch sehr günstig. Das Verfahren der Erfindung umfasst die Verwendung wenigstens einer mineralreichen oder mineralangereicherten Hefe, nicht als Fermentationsmikroorganismus, sondern als Nährstoffquelle: Die vorliegende Erfindung zeigt in der Tat, dass entgegen der herrschenden Meinung in der Brauindustrie ein anderer Mikroorganismus effizient zu einem Fermentationsvorgang gegeben werden kann, ohne dass dies zur mikrobiellen Instabilität führt, und dass es dadurch überdies möglich ist, den Fermentationsmikroorganismus sehr effizient mit Nährstoffen und insbesondere mit Mineralien, wie Zink, Magnesium und Mangan, zu versorgen. Wie im Folgenden näher beschrieben und erläutert wird, beruht diese Effizienz als Mineralquelle nicht nur auf einem effizienten Fluss von Mineralien von der als Nährstoffquelle verwendeten Hefe zum Fermentationsmikroorganismus: Das Verfahren und die Verwendung gemäß der Erfindung sind in der Tat effizienter als die direkte Zugabe einer äquivalenten Menge Mineralsalz in das Substrat und ist sogar effizienter als die getrennte Zugabe sowohl von Mineralsalz einerseits als auch von toter Hefe andererseits (siehe Beispiele). Das heißt, das Verfahren gemäß der Erfindung zeigt synergistische Wirkungen in Bezug auf die Mineralzufuhr. Diese synergistischen Wirkungen können wenigstens teilweise auf einer erhöhten Bioverfügbarkeit des Minerals beruhen, die für den Fermentationsmikroorganismus günstig ist.
Der Ausdruck "Fermentationsverfahren" soll hier den gesamten Produktionsprozess umfassen und ist keineswegs auf den genauen biologischen Schritt der Fermentation (Gärung) beschränkt. Er umfasst zum Beispiel auch den Schritt der Vermehrung der Fermentationshefe und den Vorgang der Produktion des Substrats. Der Ausdruck "Nährstoff" umfasst hier jedes Element, bei dem davon ausgegangen werden kann, dass es einen Nährwert für den Fermentationsmikroorganismus hat, und umfasst also auch Mikro- oder Spurennährstoffe. Es ist auch darauf hinzuweisen, dass das Wort "Hefe" hier eine Hefezelle bedeutet, die lebend oder tot sein kann und die noch wenigstens eine Struktur umfasst, die einer unlöslichen Zellstruktur entspricht.
Eine bevorzugte Hefe zur Verwendung gemäß der Erfindung ist eine mineralangereicherte Hefe. Diese wenigstens eine mineralreiche oder mineralangereicherte Hefe wird vorteilhafterweise aus den lebensmitteltauglichen Hefegattungen ausgewählt. Beispiele für geeignete Hefen sind solche der Gattung Saccharomyces (z.B. Saccharomyces cerevisiae) und solche der Gattung Kluyveromyces.
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die wenigstens eine mineralreiche oder mineralangereicherte Hefe vor der Verwendung erhältlich durch Zugabe von etwa 1000 bis etwa 200 000 ppm (relativ zum Gewicht der Hefe, gemessen auf Trockengewichtbasis) eines Salzes des Mineralstoffs zu einer Lebendkultur der Hefe bei einer Temperatur von etwa 4-40 °C, vorzugsweise etwa 25-32 °C, bei einem pH-Wert zwischen etwa 3,5 und etwa 7,0, vorzugsweise etwa 4,6 bis 6,6, während etwa 1-20 oder 1-24 Stunden, vorzugsweise 2-16 Stunden, so dass die Hefe das oder die Mineralien aufnehmen, absorbieren und/oder adsorbieren kann. Jedes Salz, z.B. Acetat, Caprylat, Carbonat, Chlorid, Chromat, Gluconat, Iodat, Lactat, Oleat, Oxid, Perchlorat, Peroxid, Phosphat, Salicylat, Sulfat, Sulfid, Tartrat oder Valerat, ist geeignet. Der Fachmann kann vergleichende Assays durchführen, um die effizienteste Mineralquelle zu bestimmen. Diese Mineralaufnahme kann einer Absorption und/oder einer Adsorption entsprechen. Wenn es aufgenommen wurde, kann das Mineral als solches erhalten bleiben und/oder in ein Salz und/oder eine organische Form umgewandelt werden. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Wirksamkeit der Verwendung gemäß der Erfindung nicht notwendigerweise direkt oder allein von der resultierenden Mineralkonzentration des Substrats abhängt: Die Bioverfügbarkeit muss ebenfalls berücksichtigt werden. In einer anderen Ausführungsform ist die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe ein kommerziell erhältliches Produkt, z.B. ein Produkt aus dem Bereich Mineral Enriched Yeast der Danstar Ferment AG.
Diese Hefe ist vorteilhafterweise reich an oder angereichert mit wenigstens einem Mineral, das den Stoffwechsel einer alkoholischen Fermentation verändern kann. Die Fähigkeit, den Stoffwechsel einer alkoholischen Fermentation zu verändern, kann vom Fachmann leicht bewertet werden, z.B. durch Vergleichen der Wachstumsgeschwindigkeit des Fermentationsmikroorganismus und/oder der Geschwindigkeit der Fermentation und/oder der Konzentrationen an sekundären Metaboliten und/oder des Aromaprofils in Anwesenheit und in Abwesenheit des in Frage kommenden Minerals unter geeigneten Standardlaborbedingungen. Das Wort "Mineral" umfasst hier auch Oligoelemente. Ein solches Mineral ist vorzugsweise ein Metall und am meisten bevorzugt ein zweiwertiges Metall. Es wird vorteilhafterweise aus der Gruppe ausgewählt, die aus Zink, Magnesium und Mangan besteht. Ein am meisten bevorzugtes Mineral ist im Allgemeinen Zink. Doch wenn es sich darum handelt, der repressiven Wirkung von Calcium entgegenzuwirken und dadurch den Zucker/Alkohol-Umsatz zu erhöhen, wird Magnesium bevorzugt. Die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe kann mehr als ein Nährmineral gleichzeitig tragen, d.h., es kann sich um eine Kombination oder eine Permutation von zum Beispiel Magnesium und Zink handeln.
Die Verwendung der wenigstens einen mineralreichen oder -angereicherten Hefe gemäß der Erfindung erfolgt so, dass das bzw. die darin enthaltenen oder daran vorhandenen Mineralien zum Nutzen der fermentativen Mikroorganismenkultur freigesetzt werden. Vorzugsweise enthält die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe, bevor sie verwendet wird, eine Konzentration im Bereich von etwa 1000 bis etwa 200 000 ppm jedes Minerals, das sie trägt.
Einer der vielen Vorteile des Verfahrens und der Verwendung gemäß der Erfindung liegt in der Tatsache, dass die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe in jeder beliebigen Form zugeführt werden kann, die für den jeweiligen Fermentationsvorgang geeignet ist, in dem sie verwendet werden soll.
Sie kann in lebender Form oder in toter Form zugeführt werden. Sie kann aus intakten Zellen bestehen, aber da sie als Nährstoffquelle und nicht für eine Zellproduktion verwendet wird, kann sie auch aus leicht aufgeschlossenen Zellen bestehen.
Die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe kann in der Tat in einer Vielzahl von Formen verwendet werden einschließlich einer trockenen Form, einer flüssigen Form, einer gefrorenen Form, einer gefriergetrockneten Form, einer Paste oder eines Pulvers. Sie kann sterilisiert worden sein oder auch nicht. Sie kann allein oder als Bestandteil eines Gemischs mit anderen Produkten verwendet werden. Das Verfahren und die Verwendung gemäß der Erfindung können also als Verwendung von wenigstens einer Opferhefe als Nährstoffquelle bei alkoholischen Fermentationen angesehen werden.
Ein weiterer Vorteil liegt in der Tatsache, dass die Verwendung nach Wunsch in jedem Schritt des Fermentationsverfahrens erfolgen kann. Eine einfache direkte Zugabe der wenigstens einen mineralreichen oder -angereicherten Hefe in wenigstens einem Schritt des Fermentationsverfahrens ist effizient. Sie kann also direkt in den Siedekessel und/oder den Fermenter und/oder ein beliebiges Gefäß zwischen diesen beiden und/oder in die Fermentationsmikroorganismus-Vorrats- oder Vermehrungsgefäße gegeben werden. Zum Beispiel bei der Bierherstellung kann die Zugabe zu der Würze während des Alkoholproduktionsvorgangs oder des Fermentationsmikroorganismus-Vermehrungsvorgangs, vor oder nach dem Sieden, durchgeführt werden.
Die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe kann also direkt zur Würze gegeben werden, so dass sie im Stadium des Siedens der Würze abgetötet wird. Sie kann auch vor, während oder nach der Zugabe der Gärhefe zu der abgekühlten Würze gegeben werden. Vorzugsweise wird die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe zu der siedenden Würze gegeben. Vorteilhafterweise erfolgt die Verwendung gemäß der Erfindung so, dass die Hefe mit einer solchen Menge und/oder Konzentration des Minerals verwendet wird, dass sie zu einer Erhöhung des Mineralgehalts des Substrats der Fermenta tion um wenigstens etwa 0,05 ppm führt. Das fermentierte Substrat selbst kann destilliert werden oder auch nicht.
Die Verwendung gemäß der Erfindung ist insofern besonders effizient, als sie die Geschwindigkeit der alkoholischen Fermentation stärker erhöht, als wenn die Mineralkonzentration durch die Zugabe einer äquivalenten Konzentration des Minerals erhöht wird, das aus einem Mineralsalz stammt. Eine synergistische Wirkung kann überdies nachgewiesen werden, wenn man die Zugabe von Mineralsalz einerseits und von toter Hefe andererseits miteinander vergleicht (siehe z.B. Labortests 2 und 3 von Beispiel 1 für Zink). Die benötigte Fermentationsdauer nimmt daher ab (siehe die folgenden Beispiele). Die Grenze der primären Fermentation wird schneller erreicht, insbesondere im Vergleich zu dem Fall, dass die äquivalente Mineralkonzentration aus einem Mineralsalz stammt. Die Zahl der Stunden, die notwendig sind, um die Standarddichte (etwa 3,6°P oder etwa 3,8°P für Bier) zu erreichen, wird reduziert: Die zum Erreichen des Vergärungsgrads benötigte Zeit wird um mehrere Stunden gesenkt (etwa 20 Stunden in den folgenden Beispielen mit Zink).
Die Verwendung gemäß der Erfindung ermöglicht es auch, dass die Fermentation bis zur absoluten Zuckerfreiheit fortschreitet, d.h. bis in dem so hergestellten alkoholischen Getränk keine Rückstände von fermentierbaren Zuckern mehr vorhanden sind (siehe z.B. das folgende Beispiel 2). Sie ermöglicht nicht nur eine höhere Alkoholproduktion, sondern auch eine qualitativ bessere (siehe z.B. das folgende Beispiel 1). Und nicht zuletzt schmeckt das gemäß der Erfindung hergestellte alkoholische Getränk trotz der Fermentationsbeschleunigung gleich gut oder besser, als wenn die äquivalente Mineralkonzentration aus einem Mineralsalz stammt (siehe auch das folgende Beispiel 3).
Das Verfahren und die Verwendung gemäß der vorliegenden Erfindung sind von primärem Interesse für die Bierindustrie, aber sie lässt sich auf jede alkoholische Fermentation anwenden, seien es auf Getreide basierende, wie Whisky oder Sake, sowie auf Früchten, Zucker oder Honig basierende Fermentationen, wie Wein, Weinbrand, Apfelwein, Fruchtweine, Met, Rum, Tequila, Industriealkohole, Trinkalkohole, Wodka, Gin usw.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf die Verwendung wenigstens einer mineralreichen oder mineralangereicherten Hefe als Nährstoffquelle, wie es hier beschrieben ist, bei der Produktion eines alkoholischen Getränks durch ein Fermentationsverfahren.
Die technischen Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden hier weiterhin anhand von mehreren Beispielen veranschaulicht, die zu Erläuterungszwecken angegeben werden und keineswegs den Umfang der Erfindung einschränken sollen. In diesen Beispielen wird Bezug genommen auf:
1, die die Ergebnisse von Brauereiversuch 1 darstellt (Extraktgehalt [° Balling] als Funktion der Zahl der Fermentationstage), und auf
2, die ähnlich wie 1 die Ergebnisse von Brauereiversuch 2 darstellt.
In den 1 und 2 ist die Legende wie folgt:
Rauten: Würze ohne Zusatz
Quadrate: Zinkhefe
horizontale Linie: Hauptgärungsgrenze
Beispiel 1: Fermentationsgeschwindigkeit
Drei Labortests und zwei Brauereiversuche wurden durchgeführt, um die relative Wirksamkeit von Zinkopferhefe und Zinkchloridzugabe zu Würzen, die unterschiedliche natürliche Zinkkonzentrationen enthalten und dann durch Hefen vergoren werden, die unterschiedliche natürliche Zinkkonzentrationen enthalten, zu zeigen.
Materialien und Verfahren
Materialien
Hefestämme und Herkunft (Labortests)
Bei den hier beschriebenen Ergebnissen waren die Hefequellen wie folgt:
Der in allen Laborversuchen verwendete Hefestamm war ein Stamm von 5, cerevisiae (Lagerbiertyp), der von vier verschiedenen kommerziellen Brauereien in Deutschland erhalten wurde. Die entnommene Probe stammte aus ihrem Vorrat, der zur Verwendung bei der nächsten Gärung bestimmt war. Der Stamm dient für die Tests 1, 2 und 3, und der im Brauereiversuch 2 verwendete Stamm wurde bei der Technischen Universität München, Hefebank Weihenstephan, hinterlegt und als Stamm Nummer W 34/70 bezeichnet. Der im Brauereiversuch 1 verwendete Stamm wurde bei der Technischen Universität München, Hefebank Weihenstephan, hinterlegt und als Stamm Nummer W 120 bezeichnet.
Die bei allen Laborversuchen verwendete Hefe wurde, wenn sie benötigt wurde, in Form einer Flüssighefe von der betreffenden Brauerei erhalten. Die Flüssighefe wurde 10 Minuten lang in einer Sorval^®-RC5B-Zentrifuge mit 2700 g zentrifugiert, und der Überstand wurde verworfen. Die Hefepaste wurde gewogen und in abgekühlter Würze resuspendiert, belüftet und dann direkt zu der frischen Würze gegeben. Der Zinkgehalt der Hefe wurde vor dem Zusatz der Gärhefe gemessen.
Medien
Labortestgärungen
Die verwendete Würze wurde von drei kommerziellen Brauereien in Deutschland erhalten. In Test Nr. 1 wird die Würze verwendet, die zur Herstellung von "hellem" Bier verwendet wird. In Test Nr. 2 wird die Würze verwendet, die zur Herstellung von "Festbier" verwendet wird. In Test Nr. 3 wird die Würze verwendet, die zur Herstellung von Bier nach "Pilsener" Art verwendet wird. In allen Fällen wurde die Würze an Ende des Siedens aufgefangen und war daher im normalen Maß dieses Produkts für dieses besondere Bier gehopft. Die Würzen waren in der jeweiligen Brauerei in keiner Weise behandelt worden, um die natürliche Zinkkonzentration zu verändern. Die Würzen wurden fünfzehn Minuten lang gesotten, bevor sie auf die Fermentationstemperatur 10 °C abgekühlt und mit Gärhefe versetzt wurden.
Brauereiversuche
Zwei Brauereiversuche wurden in zwei kommerziellen Brauereien in Deutschland durchgeführt. Die Brauerei in Versuch 1 war die Brauerei Krieger, 94405 Landau an der Isar, Bayern, Deutschland. Während einer normalen kommerziellen Produktionsphase wurden zwei aufeinanderfolgende Würzen des "hellen" Typs, Nummer 22 und 23, die am 20. bzw. 21. April 1999 produziert wurden, für die experimentelle Beobachtung bestimmt. Sie wurden nach derselben Rezeptur, eine unmittelbar nach der anderen, aus denselben Malz- und Hopfenvorräten und mit demselben Brauwasser hergestellt. Für jeden Brauvorgang wurden 110 Hektoliter Würze aufgefangen.
Die Brauerei in Versuch 2 war die Privatbrauerei Kitzmann, Kitzmann Bräu KG, Südliche Stadtmauerstraße 25, 91954 Erlangen, Bayern, Deutschland. Während einer normalen kommerziellen Produktionsphase wurde eine Würze, die mit Braunummer 120 bezeichnet wurde, am 26. April 1999 erzeugt wurde und 286 Liter Würze mit 11,6° Balling enthielt, auf zwei Fermenter aufgeteilt, die jeweils 143 Hektoliter "Pilsener"-Würze enthielten. Beide Temperaturprofile der Gärungen waren so, wie es für diese Brauerei für diesen Biertyp normal ist.
Zinkpräparat
Labortests
Wenn das Mineral Zink verwendet wurde, wurde es in Form des Salzes Zinkchlorid hinzugefügt. Dieses Salz wird ausgedehnt von Brauereien auf der ganzen Welt verwendet.
Zinkmessungen an den Würze- und Hefeproben wurden durch Atomabsorptionsspektrometrie nach Mebak^®-Standard-Brauerei-Analyseverfahren durchgeführt, siehe z.B. Lutz, A.: Bestimmung, Vorkommen und Verhalten von Kontaminationen durch verschiedene umweltrelevante Spurenelemente im Bereich der Brauerei, Dissertation TU München (1996), S. 21ff.
Herstellung von Zinkopferhefe
Eine Zinkopferhefe kann vom Fachmann nach jedem Verfahren hergestellt werden, das für die Herstellung einer zinkreichen Hefe zweckmäßig ist. Standardverfahren verwenden die Aufnahme, Absorption und/oder Adsorption von Zink durch die Hefe. Es sei angemerkt, dass die Hefe zur Ausführung der vorliegenden Erfindung lebend oder tot sein könnte.
Die in den hier berichteten Versuchen verwendeten Präparate wurden auf eine bestimmte Weise hergestellt, wie nach dem folgenden Verfahren.
Zink in einer Konzentration zwischen 1000 und 200 000 ppm (relativ zum Gewicht der Hefe oder Hefefraktion, gemessen auf Trockengewichtbasis) in Form von Zinksulfat, -chlorid, -acetat, -phosphat oder einer anderen geeigneten Zinkform wird bei einer Temperatur von etwa 4 bis etwa 40 °C (vorzugsweise etwa 25-32 °C) und einem pH-Wert zwischen etwa 3,5 und etwa 7 (vorzugsweise etwa 4,6 bis etwa 6,6) während eines Zeitraums von 1 bis 20 oder 24 Stunden zu einer lebenden oder toten Kultur von 5. cerevisiae gegeben, so dass die Kultur das Zink aufnehmen, absorbieren und/oder adsorbieren kann.
Zwei Basis-Trockenzinkhefe-Präparate wurden in den Versuchen verwendet:
Präparat 1 enthielt 10 500 ppm des Minerals Zink;
Präparat 2 enthielt 70 000 ppm des Minerals Zink.
Andere Zinkhefepräparate sind ebenfalls von Danstar Ferment AG, Alpenstraße 20, 6301 Zug, Schweiz (Mey^® Zn 50) kommerziell erhältlich.
Alle Zinkpräparate wurden zu Beginn des Siedens zu den siedenden Würzen gegeben.
Zusammengefasst ist der Zustand des Zinks in den Hefen und Würzen in den drei Labortests und zwei Brauereiversuchen wie in der folgenden: Tabelle 1
Gärhefeherstellung
Ein Teil der Testhefe, 30 g der Paste, wurde in 250 ml gesottener Würze resuspendiert und ungefähr 5 Minuten lang mittels eines Magnetrührers belüftet. Dann wurde das Hefepräparat in sieben Aliquote unterteilt und der geeigneten Testwürze zugesetzt.
Brauereiversuch 1 und Brauereiversuch 2 wurden in ähnlicher Weise durchgeführt.
Die Hefen für Brauereiversuch 1 und für Brauereiversuch 2 wurden von früheren Gärungen aufgefangen, unter Kühlung als Flüssighefe aufbewahrt und nach dem für die Brauerei normalen Verfahren als Gärhefe zugesetzt. Die zur Gärung verwendete Hefe wurde in einer Konzentration von 1,6 Liter Flüssighefe pro Hektoliter Würze (das entspricht den normalen Hefehandhabungs- und zusetzverfahren für diese Brauerei) für Brauereiversuch 1 und 1,8 Liter für Brauereiversuch 2 zugesetzt.
Vor dem Zusetzen wurde der Zinkgehalt der Hefe gemessen.
Experimentelle Methoden
Labortests
Die erhaltene Probe der Brauereiwürze wurde in 2,0-Liter-Aliquote unterteilt.
Für Labortest 1 wurden sieben verschiedene Arten von Aliquoten hergestellt, und Zusätze wurden jeweils wie folgt vorgenommen:
Typ 0: kein Zusatz
Typ 1: 0,6 mg Zinkchlorid, was eine gemessene Zunahme des in der Würze vorhandenen mineralischen Zinks von 0,28 mg pro Liter ergab.
Typ 2: 40 mg Opferzinkhefe-Präparat (mit 10 500 ppm Zink), was eine gemessene Zunahme des in der Würze vorhandenen Zinks von 0,24 ppm ergab.
Typ 3: 160 mg Opferzinkhefe-Präparat (mit 10 500 ppm Zink), was eine gemessene Zunahme des in der Würze vorhandenen Zinks von 0,805 ppm ergab.
Typ 4: 8 mg Opferzinkhefe-Präparat (mit 70 000 ppm Zink), was eine gemessene Zunahme des in der Würze vorhandenen Zinks von 0,26 ppm ergab.
Typ 5: 16 mg Opferzinkhefe-Präparat (mit 70 000 ppm Zink), was 0,88 ppm gemessenem zusätzlichem in der Würze vorhandenem Zink entspricht.
Für Labortest 2 wurden sechs verschiedene Typen von Aliquoten hergestellt, und Zusätze wurden jeweils wie folgt vorgenommen:
Typ 0: kein Zusatz
Typ 1: 0,6 mg Opferzinkhefe-Präparat (mit 70 000 ppm Zink), was 0,16 ppm gemessenem zusätzlichem Zink in der Würze entspricht.
Typ 2: 30 mg Opferzinkhefe-Präparat (mit 70 000 ppm Zink), was 0,8 ppm gemessenem zusätzlichem Zink in der Würze entspricht.
Typ 3: 160 mg trockene tote Brauhefe, was keiner gemessenen Zunahme des Zinkgehalts der Würze entspricht.
Typ 4: 0,6 mg Zinkchlorid, was 0,15 ppm gemessenem zusätzlichem Zink in der Würze entspricht.
Typ 5: Zugabe von 80 mg trockener toter Brauhefe plus 0,6 mg Zinkchlorid, was 0,15 ppm gemessenem zusätzlichem Zink in der Würze entspricht.
Für Labortest 3 wurden sechs verschiedene Typen von Aliquoten hergestellt, und Zusätze wurden jeweils wie folgt vorgenommen:
Typ 0: kein Zusatz
Typ 1: 4,6 mg Opferzinkhefe-Präparat (mit 70 000 ppm Zink), was 0,26 ppm gemessenem zusätzlichem Zink in der Würze entspricht.
Typ 2: 160 mg trockene tote Brauhefe, was 0,01 ppm gemessenem zusätzlichem Zink in der Würze entspricht.
Typ 3: 35 mg Opferzinkhefe-Präparat (mit 70 000 ppm Zink), was tatsächlich einer gemessenen Zunahme des Zinkgehalts in der Würze von 1,12 ppm entspricht.
Typ 4: 2,5 mg Zinkchlorid, was tatsächlich einer gemessenen Zunahme des Zinkgehalts in der Würze von 0,25 ppm entspricht.
Typ 5: Zugabe von 160 mg trockener toter Brauhefe plus 0,6 g Zinkchlorid, was einer gemessenen Zunahme des Zinkgehalts in der Würze von 0,29 ppm entspricht.
Jedes Aliquot wurde fünfzehn Minuten lang gesotten. Die Zinkpräparate wurden zu Beginn des Siedens zugesetzt. Die Siededämpfe wurden kondensiert und in die jeweilige Charge zurückgeführt, um Verdampfungsverluste zu minimieren. Die Würzepräparate wurden verschlossen, auf 8 °C abkühlen gelassen und dann mit der geeigneten Menge Hefe versetzt.
Brauereiversuche
Für Brauereiversuch 1 wie für Brauereiversuch 2 erhielt ein Fermenter das Äquivalent von 0,30 ppm zusätzlichem Zink, während der andere nichts erhielt.
Gärung
Labortests 1, 2 und 3
Die Gärung wurde in einem temperierten Raum bei ungefähr 10 °C durchgeführt, bis eine Dichte von 3,6°P erreicht wurde. Dies ist normal für Biere, die unter Kühlbedingungen ins Lager übergeführt werden, so dass eine Nachgärung und Reifung stattfinden können.
Brauereiversuche
Die Gärung wurde nach dem Standardtemperaturprogramm für diesen besonderen Würzetyp durchgeführt. Die Standard- und die Testwürze wurden demselben Profil unterzogen.
Messungen
Labortests 1, 2 und 3
Proben wurden aus der Würze genommen, bevor sie mit Hefe versetzt wurde, und der Zinkgehalt wurde gemessen.
Der Fortschritt der Gärung wurde mit einem Standard-Braudensitometer gemessen und nach Korrektur von Temperatureffekten in Grad Plato aufgezeichnet.
Zu Beginn der Gärung wurden die Zinkbestimmungen an der unbehandelten und der behandelten Würze sowie an der Gärhefe durchgeführt. An den Zinkhefepräparaten wurden schon vorher Bestimmungen durchgeführt.
Das fertige Bier wurde in allen drei Versuchen unter Verwendung eines "automatischen Bieranalysators" Scaba^® von Perstop Analytical, Schweden, auf ihre Alkoholkonzentration analysiert, die in Volumenprozent ausgedrückt wurde.
Brauereiversuche
Während der Gärung wurden Proben in regelmäßigen Abständen entnommen, und der Fortschritt der Gärung wurde anhand des Dichteabfalls der Würze gemessen und in Grad Balling ausgedrückt.
Ergebnisse und Schlussfolgerungen
Labortests 1, 2 und 3
Die Zeit, die die Gärung jeweils benötigte, um 3,6 Grad Plato zu erreichen, was als gegeben angesehen wird, wenn die Hauptgärung beendet ist, und die Alkoholkonzentrationen nach 240 Stunden Gärung sind im Folgenden in Tabelle 2 für Labortest 1, in Tabelle 3 für Labortest 2 und in Tabelle 4 für Labortest 3 aufgeführt.
Tabelle 2
Tabelle 3
Tabelle 4
Schlussfolgerungen

1. In allen Gärtests, bei denen Opferzinkhefe zugesetzt wurde, wurde die Gärgeschwindigkeit gegenüber der Standardwürze, Würze mit zugesetztem Zinkchlorid sowie, falls getestet, Würze mit zugesetzter toter Hefe und Würze mit zugesetztem Zinkchlorid plus toter Hefe verbessert.
2. In allen Gärtests, bei denen Opferzinkhefe zugesetzt wurde, wurde die Standarddichte, die für die Weiterverarbeitung des Biers für die Lagerung vorgesehen ist, schneller erreicht als bei der Standardwürze, Würze mit zugesetztem Zinkchlorid sowie, falls getestet, Würze mit zugesetzter toter Hefe und Würze mit zugesetztem Zinkchlorid plus toter Hefe. Die Zeit, die benötigt wurde, um diesen Grad der Vergärung zu erreichen, betrug wenigstens zwanzig Stunden und war bis zu 76 Stunden kürzer als beim Standard.
3. Gegenüber dem Test, bei dem Zinkchlorid zugesetzt wurde, erreichten die Versuche mit Opferzinkhefe den Standardvergärungsgrad wenigstens 6 und bis zu 63 Stunden früher.
4. Wenn die Zinkzugabe auf gleichem Niveau aus mineralischem Zink (Zinkchlorid) und aus biologischem Zink (Opferzinkhefe) erfolgte, waren die Experimente mit Opferzinkhefe messbar und signifikant schneller.
5. Bei allen Gärtests, bei denen Opferzink zugesetzt wurde, war die endgültige Alkoholkonzentration nach zehn Tagen größer als bei der Standardwürze, der Würze, die Zinkchlorid enthielt, sowie, falls getestet, der Würze, die inaktivierte Hefe enthielt, und der Würze, die Zinkchlorid plus inaktivierte Hefe enthielt.

Brauereiversuch 1 und 2
Daten, die aus dem Brauereigärversuch 1 und 2 gesammelt wurden, sind in der folgenden Tabelle 5 gezeigt. Die graphische Darstellung dieser Daten ist in 1 für Brauereiversuch 1 und in 2 für Brauereiversuch 2 gezeigt.
Tabelle 5
Schlussfolgerungen

1. Die Gärung, die Opferzinkhefe enthielt, verlief schneller als bei der unbehandelten Standardwürze.
2. In den Gärversuchen, bei denen Opferzinkhefe zugesetzt wurde, wurde die Standarddichte, 3,8 bzw. 3,6 Grad Balling, die für die Weiterverarbeitung des Biers für die Lagerung vorgesehen ist, 140 Stunden früher (Versuch 1) bzw. 48 Stunden früher (Versuch 2) erreicht als mit der unbehandelten Standardwürze.

Die zwei erzeugten Biere wurden von einer Gruppe von professionellen Brauern und anderen mit professioneller Fachkenntnis in der Bierverkostung verkostet. Das Versuchsbier wurde als wenigstens so gut wie der Standard bewertet und von vielen bevorzugt. Die Verkoster bemerkten, dass beide Testbiere einen besonders niedrigen "sulfitischen" Charakter hatten. Dies ist von besonderer Wichtigkeit und Bedeutung, denn es weist nicht nur auf ein "saubereres" Bier hin, sondern weist auch auf die Möglichkeit hin, den Reifungsvorgang weiter voranzubringen und somit die Lagerzeiten und -kosten zu reduzieren. Auf dem zellulären Niveau kann die Zinkzugabe gemäß der Erfindung die folgenden stimulatorischen Wirkungen zeigen: Stabilisieren von Proteinen und Membransystemen, Wirken als katalytisches Zentrum von essentiellen Enzymen (z.B. Alkohol-Dehydrogenase, Aldolase und Acetaldehyd-Dehydrogenase), Verstärkung der Riboflavin-Synthese, Aktivieren der sauren und alkalischen Synthese, Stimulieren der Aufnahme von Maltose und Maltotriose.
Beispiel 2: Restzuckeranalyse
Nach 240 Stunden Gärung im Labortest wurden die Restzucker in allen Bieren von Test 1 durch Gas-Flüssig-Chromatographie analysiert. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 6 aufgeführt.
Tabelle 6
Schlussfolgerungen
Aus den oben vorgestellten Daten geht hervor, dass die Zugabe von Opferzinkhefe es ermöglicht, dass die Gärung bis zur absoluten Zuckerfreiheit fortschreitet. Das heißt, es bleiben keine fermentierbaren Zucker im Bier zurück. Dies ist von großer Bedeutung, da es Brauern erlaubt, Biere, die frei von fermentierbaren Restzuckern sind, viel schneller als zur Zeit herzustellen. Die technischen Merkmale des Verfahrens gemäß der Erfindung führen also zu mehr erzeugtem Alkohol, was einen ökonomischen Vorteil ergibt.
Beispiel 3: Qualität und Menge von sekundären Aromaverbindungen
Nach der Beendigung der Gärungen in Labortest 2 (siehe das obige Beispiel 1) wurde das Bier einer GLC-Analyse unterzogen, um zu sehen, ob die beschleunigten Gärungen die Qualität und Menge von sekundären Aromaverbindungen beeinflussten. Die Ergebnisse sind in der folgenden Tabelle 7 aufgeführt.
Tabelle 7
Schlussfolgerungen
Aus den obigen Ergebnissen geht hervor, dass die Beschleunigung der Gärung mittels Opferzinkhefe keine signifikante negative Wirkung auf die hauptsächlichen sekundären, organoleptisch aktiven Metabolite hat. Eine solche negative Wirkung wurde tatsächlich bei keinem der durchgeführten Tests und Versuche beobachtet (siehe das obige Beispiel 1). Dies ist eine besonders verblüffende Wirkung des Verfahrens der Erfindung, das eine beschleunigte Gärung ermöglicht, ohne das Alkoholprofil des Produkts zu beeinträchtigen. Diese Schlussfolgerungen über die Qualität des gemäß der Erfindung hergestellten Biers wurden durch Blindverkostungsgruppen weiter bestätigt.
Dies ist ein bedeutendes Ergebnis, das es ermöglicht, ein Standardbier schneller und daher billiger zu produzieren.
Der Fachmann wird sich darüber im Klaren sein, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung, das die Verwendung einer mineralreichen Hefe und insbesondere einer zinkreichen Hefe als Fermentationsnährstoff umfasst, ein sehr wertvoller technischer Beitrag zum zusatzfreien Brauen ist. Er wird sich auch darüber im Klaren sein, dass die obigen Beispiele zur Veranschaulichung dienen sollen und das mehrere Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Die vorliegende Erfindung, die anhand einer zinkreichen Hefe veranschaulicht wurde, kann also ohne unzumutbare Belastung auch mit einer Hefe ausgeführt werden, die reich an irgendeinem anderen Mineral oder einer Kombination von Mineralien ist, die für ein Verfahren der Verstärkung des Hefewachstums geeignet sind, z.B. Magnesium, Mangan.

Claims

Verfahren zur alkoholischen Fermentation, das die Verwendung eines Fermentationsmikroorganismus umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass es auch die Verwendung wenigstens einer mineralreichen oder mineralangereicherten Hefe als Nährstoffquelle für die Fermentation umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine mineralreiche oder mineralangereicherte Hefe zur Gattung Saccharomyces oder zur Gattung Kluyveromyces gehört.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine mineralreiche oder mineralangereicherte Hefe vor ihrer Verwendung erhältlich ist durch Zugabe von 1000 bis 200 000 ppm (relativ zum Gewicht der Hefe, gemessen auf Trockengewichtbasis) eines Salzes des Mineralstoffs zu einer Lebendkultur des Mikroorganismus bei einer Temperatur von 4-40 °C bei einem pH-Wert zwischen 3,5 und 7,0 während 1-24 Stunden, so dass der Mikroorganismus das Mineral aufnehmen kann.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Bereich von 25 bis 32 °C liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der pH-Wert im Bereich von 4,6 bis 6,6 liegt.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zeitdauer im Bereich von 2-16 Stunden liegt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Salz aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Acetat, Caprylat, Carbonat, Chlorid, Chromat, Gluconat, Iodat, Lactat, Oleat, Oxid, Perchlorat, Peroxid, Phosphat, Salicylat, Sulfat, Sulfid, Tartrat oder Valerat besteht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralaufnahme einer Absorption (Resorption) und/oder einer Adsorption entspricht.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff ein Metall ist, das den Stoffwechsel der Fermentation ändern kann.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mineralstoff aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Zink, Magnesium und Mangan besteht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe vor ihrer Verwendung eine Konzentration des Minerals im Bereich von 1000 bis 200 000 ppm enthält.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe in einer Form verwendet wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer lebenden Form und einer toten Form besteht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe in einer Form verwendet wird, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einer trockenen Form, einer flüssigen Form, einer gefrorenen Form, einer gefriergetrockneten Form, einer Paste und einem Pulver besteht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine mineralreiche oder -angereicherte Hefe verwendet wird, indem man sie in wenigstens einem Schritt des Fermentationsverfahrens direkt hinzufügt.
Verfahren gemäß Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Zugabe direkt in wenigstens ein Element erfolgt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus einem Fermenter, einem Siedegefäß, irgendeinem Gefäß zwischen den beiden, einem Fermentationsmikroorganismus-Vorratsgefäß und einem Fermentationsmikroorganismus-Vermehrungsgefäß besteht.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hefe mit einer solchen Menge und/oder mit einer solchen Konzentration des Mineralstoffs verwendet wird, dass sie zu einer Erhöhung des Mineralgehalts des Substrats der Fermentation von wenigstens 0,05 ppm führt.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die alkoholische Fermentation zur Produktion von Bier führen kann.
Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die alkoholische Fermentation zur Produktion eines alkoholischen Getränks führen kann, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die aus Whisky oder Sake sowie Fermentationen auf der Grundlage von Früchten, Zucker oder Honig, wie Wein, Weinbrand, Apfelwein, Fruchtweinen, Met, Rum, Tequila, Industriealkoholen und Trinkalkoholen besteht.
Verwendung eines Fermentationsmikroorganismus und wenigstens einer mineralreichen oder mineralangereicherten Hefe als Nährstoffquelle bei der Produktion eines alkoholischen Getränks durch Fermentation.