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Verfahren zur Herstellung von Bier Die Herstellung von Bier in Brauereien
erfolgt im allgemeinen derart, daß geschrotetes Malz mit Wasser eingemaischt wird,
wobei der »Extrakt« in Lösung geht, die Malzlösung (zunächst »Vorderwürze«, dann
durch Wassernachgüsse »Glattwasser«) durch Läutern von den Malzrückständen (Trebern)
befreit wird, worauf die Flüssigkeit unter Zugabe der erforderlichen Hopfenmenge
gekocht wird. Die heiße Würze wird dann zwecks Beseitigung der Hopfenreste (Hopfentreber)
über ein Aufschlagsieb geleitet und anschließend im Kühlschiff abgekühlt, wobei
sich der »Trub« absetzt. Nunmehr wird die Würze unter Zusatz von Hefe vergoren und
das Bier nach Beendigung der Gärung zum Lagern und Ausreifen in den Lagerkeller
gebracht.
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Es ist bereits bekannt, Würze bzw. Bier mit Ultraschall zu behandeln
(Auszüge deutscher Patentanmeldungen, Bd. 7, S. 841, Abs. a). Auch hat man schon
im Brauverfahren bei der Hopfung der Würze Schwingungserzeuger angewandt, um die
Eiweißfällung zu begünstigen (vgl. französische Patentschrift 8o6 030).
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Nach der Erfindung wird die Herstellung von Bier dadurch erheblich
rationeller gestaltet und darüber hinaus eine Erzeugung besserer Bierqualitäten
erzielt, daß die Hopfung nach vollzogener Eiweißfällung in derWürze mit einer unter
Ultraschalleinwirkung
extrahierten, gegenüber der bisher (bei unmittelbarer
Einführung des Hopfens in die kochende Würze) üblichen Hopfenmenge weitgehend, z.
B. bis um etwa 4o%, verminderten Hopfengabe erfolgt. Die Beschallung kann dabei,
wie gefunden wurde, in verschiedenen Stadien des Brauvorganges eingesetzt werden.
So kann man z. B. dem Hopfen durch Ultrabeschallung in Gegenwart von Wasser oder
wäßrigen Lösungen die Bitterstoffe in größerem Maße als bisher entziehen und den
so gewonnenen hochwertigen Bitterstoffauszug an Stelle von Naturhopfen z. B. durch
Zugabe zu der Würze in den Brauvorgang einführen. Man kann auch Abfallprodukten,
z. B. dem Trub, durch Behandlung mit Ultraschallwellen Bitterstoffe entziehen und
die so gewonnenen Auszüge wieder in den Brauvorgang einführen, z. ,B. im Sudprozeß
verwerten.
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In besonderer Ausgestaltung der Erfindung wird die Hopfung der Würze
erst vorgenommen, nachdem eine Eiweißfällung in der kochenden Würze durch einen
entsprechenden, ebenfalls mit Ultraschall behandelten Teil des Hopfens (Hopf entreber)
vollzogen ist. Geht man bei der Bierherstellung in dieser Weise vor, so wird eine
maximale Hopfenausnutzung erzielt, weil die wertvollen Bitterstoffe nicht zusammen
mit der Eiweißfällung zur Abscheidung kommen können.
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Es ist bekannt, daß das bisher allgemein übliche Hopf ungsverfahren,
bei dem der Hopfen als solcher der Würze zugesetzt wird, den großen Nachteil aufweist,
daß beim Kochen nur etwa ein Drittel bis ein Viertel der in dem eingesetzten Hopfen
vorhandenen Bitterstoffe, im allgemeinen nicht mehr als 35'%, in die Anstellwürze
übergehen und außerdem noch gewisse Mengen, z. B. etwa 3 bis 7%, der Bitterstoffe
bei der Gärung und Lagerung ausgeschieden werden. Diese Nachteile werden erfindungsgemäß
dadurch behoben, daß der Hopfen in wäßriger Phase, z. B. in Gegenwart von Brauwasser
oder Glattwasser, der Ultrabeschallung unterworfen wird und der so gewonnene Bitterstoffauszug
zur Hopfung der Würze verwendet wird.
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Durch die dispergierenden und kolloidchemischen Wirkungen der Ultraschallwellen
werden die an sich in Wasser nur schwerlöslichen Bitterstoffe nach Freisetzung aus
dem Hopfen zu erheblichem Teil in kolloidal verteilter Form in die Extraktionsflüssigkeit
übergeführt und in dieser sowie später in der Würze anscheinend durch Stabilisatoren
gegen unerwünschtes Ausfallen weitgehend geschützt.
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Als Stabilisatoren dürfen einerseits im Hopfen vorhandene Kolloide,
die bei der Ultraschallbehandlung gleichzeitig mit den Bitterstoffen in die wäßrige
Flüssigkeit übergehen, andererseits in der Würze vorhandene kolloide Substanzen
in Betracht kommen. So erklärt es sich, daß die durch Ultraschallbehandlung aus
dem Hopfen isolierten und in die wäßrige Phase dispergierten Bitterstoffe sich in
der Extraktionsflüssigkeit, und zwar auch in saurem Gebiet, in beträchtlichem Ausmaß
anreichern können und bei Zugabe der so erhaltenen Bitterstoffauszöge zu der kochenden
Würze unerwünschte Ausscheidungen von Bitterstoffen weitgehend vermieden werden.
Die Bitterstoffe bleiben somit im wesentlichen der Würze erhalten und wandern nicht
in dem bisher üblichen Ausmaß in den Trub oder im Gärkeller in die sogenannten Kräusen
bzw. Decken oder in die Hefe.
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Die Extraktion der Bitterstoffe unter Ultrabeschallung kann für sich
in einem der Größe des Ansatzes entsprechenden Metallgefäß, z. B. dem in Brauereibetrieben
vorhandenen Hopfenseiher, durchgeführt und der so erhaltene Bitterstoffextrakt der
Würze in geeigneten Mengenverhältnissen zugeführt werden. Man verfährt z. B. derart,
daß die eingewogene Hopfenmenge mit der z. B. auf etwa 5o bis 6o° C oder höher erwärmten
Extraktionsflüssigkeit vermischt wird und das Gemisch zwecks Cuellung zunächst einige
Minuten, z. B. durch Umwälzen, in Bewegung gehalten und dann erst mit der Ultraschallbehandlung
begonnen wird. Als Extraktionsflüssigkeit kann entkarbonisiertes Brauwasser oder
Glattwasser verwendet werden. Die dem eingewogenen Hopfen zuzusetzende Flüssigkeitsmenge
richtet sich nach dem jeweils einzustellenden Konzentrationsverhältnis von Hopfen
zu Flüssigkeit. Hierbei ist zu berücksichtigen, daß die maximale Extraktionswirkung
nicht nur von den Konzentrationsverhältnissen von Hopfen zu Flüssigkeit, sondern
auch von der Art der Zusammensetzung der Extraktionsflüssigkeit, dem pH-Wert, der
Extraktionstemperatur, der Ultraschallintensität und der Einwirkungsdauer der Ultraschallwellen
abhängig ist. Die von den Erfindern durchgeführten Versuche wurden im Bereich von
etwa 5o bis 6o° C unter Konstanthaltung der Temperatur während der Extraktionsdauer
durchgeführt. Hierbei erwies sich im allgemeinen eine Behandlungsdauer von etwa
i Stunde als ausreichend; in manchen Fällen war eine etwas längere Ultrabeschallung,
z. B. bis zu etwa 2 Stunden, zur Erzielung optimaler Ergebnisse erforderlich. Die
Extraktion unter Ultrabeschallung kann aber auch bei höheren Temperaturen, z. B.
solchen zwischen etwa 6o und ioo° C, unter Abkürzung der Beschallungsdauer durchgeführt
werden. Nach Beendigung der Extraktion kann der Bitterstoffauszug vom Hopfentreber
z. B. durch Absaugen getrennt und gesondert weiterverwendet werden.
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Bei in großtechnischem Maßstab ausgeführten Versuchen, welche bei
5o° C mit verschiedenen Konzentrationsverhältnissen Hopfen zu Flüssigkeit und verschiedener
Beschallungsdauer durchgeführt wurden, ergab sich, daß bei Anwendung von 23 kg Hopfen
auf 43 hl entkarbonisiertes Brauwasser, also bei einem Verdünnungsverhältnis von
1:187, die besten Ergebnisse durch 2stündige Beschallung erzielt wurden; hierbei
wurden 53,8% an Hopfenbitterstoffen von der Extraktionsflüssigkeit aufgenommen,
womit die Sättigungsgrenze erreicht war. Der pH-Wert betrug am Schluß der Extraktion
6,23. Bei entsprechend durchgeführten Versuchen, bei denen Glattwasser als Extraktionsflüssigkeit
verwendet wurde, wurde das beste Ergebnis bei
einem Ansatz erzielt,
der auf i Teil Hopfen Zoo Teile Glattwasser enthielt. Hierbei wurde nach i stündiger
Beschallung ein Extrakt mit 45 % Bitterstoffen erhalten, und der pH-Wert betrug
am Ende der Extraktion 5,23.
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Bei einer Vielzahl von in großtechnischem Maßstab durchgeführten Vergleichsversuchen
hat sich ergeben, daß das Verdünnungsverhältnis von Hopfen zu Extraktionsflüssigkeit
vorteilhaft zwischen etwa 1: 185 und i : Zoo und die Beschallungsdauer im Bereich
von etwa i bis 2 Stunden gehalten wird. Weiterhin hat sich das Arbeiten in einem
p11-Bereich von etwa 5 bis 6 als günstig im Sinne der Bitterstoffanreicherung erwiesen,
insbesondere dann, wenn auf weitgehende Trennung der Bitterstoffe vom Hopfengerbstoff
Wert gelegt wird.
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Vergleichsversuche über die Abhängigkeit der Löslichkeit von Gerbstoffen
aus Hopfen von der Konzentration der Ansätze ergeben, daß bei Anwendung von i Teil
Hopfen auf 333 Teile Brauwasser bei i->o Minuten dauernder Auslaugung bei So bis
6o° C ohne Ultraschall der Auszug 85,4% Gerbstoff enthielt, während bei Anwendung
von i Teil Hopfen auf 15o Teile Brauwasser bei gleicher Behandlung mit Ultrabeschallung
der Extrakt nur 6,31/o Gerbstoffe enthielt. Im allgemeinen hat sich gezeigt, daß
Aufschwemmungen, welche auf i Teil Hopfen etwa Zoo Teile Extraktionsflüssigkeit
enthalten, bei Ultrabeschallung Extrakte liefern, die reich sind an Bitterstoffen
und verhältnismäßig arm an Gerbstoffen.
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Es hat sich gezeigt, daß man durch Anwendung des vorliegenden Ultraschallverfahrens
eine Ausnutzung der wertvollen Hopfeninhaltstoffe bis zu 881/o erzielen kann, während
bei dem bisher üblichen Hopf enkochverfahren im Sudhaus die Bitterstoffe des eingesetzten
Hopfens nur bis zu etwa 4.6% ausgenutzt werden. Die Erfindung ermöglicht mithin
eine Mehrausnutzung der Hopfenbitterstoffe um mehr als 400/0. Im Vergleich mit dem
gebräuchlichen Kochverfahren können erfindungsgemäß die Würzen mit einer erheblich
geringeren Hopfenmenge, z. B. einer um 4o % reduzierten Hopfenmenge, gehopft werden,
und zwar unter Verfahrensmaßnahmen, die den normalen Sudverlauf nicht beeinträchtigen.
Bei Vergleichsversuchen, bei denen einerseits im normalen Kochverfahren mit voller
Hopfengabe und andererseits mit 40%iger Hopfeneinsparung gemäß vorliegender Erfindung
gearbeitet wurde, ließen die während des ganzen Sudprozesses aufgenommenen pH-Kurven
keine Unterschiede erkennen.
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Die Funktionen des Hopfens werden erfindungsgemäß voll, aber in vorteilhafterer
und wirtschaftlicherer Weise ausgenutzt, indem einmal durch den Gerbstoff im Hopfentreber
Eiweiß aus der Würze in üblicher Weise gefällt wird und zum anderen - im Gegensatz
zu den bis jetzt üblichen Verfahren - die zur Charakterisierung eines Bieres hinsichtlich
Bitterung und Aromatisierung sowie Konservierung dienenden Bitterstoffe praktisch
verlustlos ausgenutzt werden. Neben der Vorabtrennung der wertvollen Hopfenbitterstoffe
wird die Hartharzbildung aus den besonders hochwertigen a- und ß-Säuren einerseits
weitgehend vermieden, während andererseits der Verlust der vorhandenen, gleichfalls
wichtigen Hartharze weitgehend eingeschränkt wird. Dies gilt insbesondere für die
a-Säure (Humulon), deren konservierende Eigenschaften quantitativ nutzbar gemacht
werden. Auch die ß-Säure (Lupulon), die in erster Linie der aromatischen Nuancierung
eines Bieres dient, wird erfindungsgemäß zu einem höheren Prozentsatz als bisher
in die fertige Würze gebracht. Ein Vorzug der Erfindung besteht auch darin, daß
länger gelagerter Hopfen, bei dem es zu Umsetzungen und Verlusten gekommen ist,
sowie Hopfen von geringerer Qualität durch Isolierung und Anreicherung der verbliebenen
bzw. vorhandenen Bitterstoffe durch die Ultraschallbehandlung gemäß der Erfindung
in seinem Wirkungsgrad gesteigert und brautauglicher gemacht werden kann.
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Die Erfindung sei nachstehend an einem Beispiel für die Erzeugung
von Bier nach Pilsener Art erläutert.
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Für die Hopfung von 176 hl Ausschlagwürze (Extraktgehalt i i,2 %)
wurde an Stelle der vollen Hopfengabe, die 58 kg Hopfen (Spalter 1949) betragen
würde, eine um 40% reduzierte Hopfengabe, nämlich 34,8 kg, verwendet. Von dem Glattwasser
(Extraktgehalt 2,5 bis 1,3%) wurden etwa 44 hl in den Hopf enseiher abgelassen,
auf So bis 6o° C eingestellt und mit 34,8 kg Hopfen (Spalter 49) versetzt. Nach
2stündiger Ultraschallextraktion, während der 46,51% der im Hopfen vorhandenen Bitterstoffe
von der Extraktionsflüssigkeit aufgenommen wurden, wurden Hopfentreber und Bitterstoffextraktionslösung
voneinander getrennt. Die Treber wurden sofort in die bereits kochende Würze eingeführt
und nahmen an der Eiweißfällung teil. Die Bitterstoffextraktionslösung wurde zunächst
zur Vermeidung von Infektionen durch Termobakterien nahe an der Kochtemperatur gehalten.
Zwei Drittel der Bitterstoffextraktionslösung (etwa 30 hl) wurden der kochenden
Würze so zugeleitet, daß sie etwa i Stunde lang mitkochen, während die restlichen
14 hl der Bitterstoffextraktionslösung 2o bis 25 Minuten vor dem Ausschlagen in
die Würzepfanne eingeführt wurden. Es wurde eine Ausschlagwürze (pA 5,18) erhalten,
deren Bitterstoffgehalt 27,039 je Hektoliter betrug, was eine Ausnutzung
der Hopfenbitterstoffe von 88,37'/o entspricht.
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Bei einem vergleichsweise durchgeführten Sud, bei dem mit gleichem
Malz, gleichem Maischverfahren, gleicher Hopfenart und gleichem Brauwasser, aber
mit voller Hopfengabe, 58 kg, nach dem gebräuchlichen Verfahren unter unmittelbarer
Zugabe des Hopfens zu der kochenden Würze gearbeitet wurde, enthielt die Ausschlagwürze
infolge der bekannten Bitterstoffverluste nur 14.,7 g Bitterstoffe je Hektoliter.
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Bei Verwendung von Hopfen geringeren Gitterwertes erreicht man durch
die Ultraschallextraktion der Bitterstoffe gemäß der Erfindung bei 4o %iger Hopfeneinsparung
in analogen Sud- und Hopfungsverfahren
bei verschiedenen Biersorten
Bitterstoffwerte z. B. in den Anstellwürzen, die mit den bei Hopfung in der bisher
üblichen Weise bei vollen Hopfengaben zu erreichenden Bitterstoffwerten zumindest
übereinstimmen.
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Normal gehopfte und behandelte Schankbiere enthalten im allgemeinen
nur 15 bis 25 % der Bitterstoffe des angewendeten Hopfens. Bei Anwendung des vorliegenden
Verfahrens mit q.0 o/oiger Hopfeneinsparung kann der Bitterstoffgehalt der Schankbiere
erheblich vergrößert werden.
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Während in einem Bier nach Pilsener Art im normalen Hopfenkochverfahren
bei voller Hopfengabe (in Übereinstimmung mit den Angaben der Fachliteratur) nur
25,6% der Bitterstoffe des angewendeten Hopfens wiedergefunden wurden, stiegen bei
Vergleichsversuchen die Bitterstoffausbeuten in entsprechenden, aber erfindungsgemäß
mit q.o o/oiger Hopfeneinsparung hergestellten Bieren bis auf 42,3 % an, was einer
Zunahme von maximal 65 % entspricht.
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Das vorstehend beschriebene Verfahren ist verschiedener Abwandlung
fähig. Man kann die Hopfentreber z. B. auch zu Beginn der Würzekochung und den Bitterstoffauszug
in einem späteren Zeitpunkt, z. B. nach einer halben Stunde oder nach einer Stunde,
der kochenden Würze zuführen. Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß eine
Teilmenge, z. B. zwei Drittel, des Bitterstoffauszugs gleichzeitig mit den Trebern
der kochenden Würze zugefügt wird, während das restliche Drittel in einem heizbaren
Gefäß z. B. bei etwa 70° aufbewahrt wird und der kochenden Würze erst kurze Zeit,
z. B. 1/.1 Stunde, vor dem Ausschlagen des Suds zugefügt wird. Hierdurch bleiben
die wertvollen Hopfenöle erhalten. Der kochenden Würze kann man außer dem Ultraschallbitterstoffauszug
auch noch Naturhopfen zugeben. Hierdurch kann man die Würze auf eine betontere oder
weniger betonte Bittere einstellen. Hierbei kann man die Zugabe von Naturhopfen
im Rahmen der q.o°/oigen Hopfeneinsparung halten, also einem Teil der reduzierten
Hopfenmenge die Bitterstoffe durch Ultrabeschallung entziehen und den restlichen
Teil des Hopfens als solchen in den Kochvorgang einführen.
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Nach einer anderen Ausführungsform wird die Ultraschallhopfenextraktion
in einem besonderen zwischen Läuterbottich und Würzepfanne eingeschalteten Seiher
im Durchlaufprinzip vorgenommen. Hierbei können die an Bitterstoffen angereicherten
Durchläufe in einem anderen Gefäß aufgefangen und in geeigneten Mengen und Zeitpunkten
in die Würze eingeführt werden oder aber der Hopfenbitterstoffauszug ohne Separierung
direkt in die Würzepfanne eingeführt werden. Der Hopfentreber wird dann nach Beendigung
der Durchläufe aus dem Seiher der Würzepfanne zugeführt.
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Die erfindungsgemäß mit Hilfe von Ultrabeschallung hergestellten Bitterstoffextraktionslösungen
können auch nach an sich bekannten Verfahren, z. B. durch Vakuumdestillationen,
etwa bis zur Sirupkonsistenz eingedickt werden und in dieser Form bei der Würzekochung
angewendet werden.
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Die im Trub oläkludierten Bitterstoffe können erfindungsgemäß durch
Ultrabeschallung des Trubs in Gegenwart von Wasser, z. B. Brauwasser, oder einer
wäßrigen Lösung aus dem Trub abgetrennt und wiedergewonnen werden. Man verfährt
z. B. derart, daß etwa goo g Trub in 81 nicht entkarbonisiertem Brauwasser aufgeschwemmt
werden und die Aufschwemmung bei erhöhter Temperatur, z. B. 5o bis 6o° C, q. Stunden
mit 300 Schallwatt (ioo kHz) behandelt wird. Auf den Gesamttrub eines Suds
(3o kg, enthaltend 5,85 kg Trockensubstanz) berechnet werden aus der Ultraschallextraktionslösung
66,5 g Bitterstoffe, das sind 1,5 0/0 der im Sud vorgelegten Hopf enbitterstoffe,
wiedergewonnen. Die aus dem Trub gewonnenen Bitterstoffextraktionslösungen, die
praktisch frei sind von Störstoffen, können im Sudprozeß (Würzekochung) oder auch
bei Durchführung der Ultraschallhopfenextraktion als anteilige Flüssigkeitsmengen
Verwendung finden, zumal sich der pH-Wert der aus dem Trub gewonnenen Bitterstoffextraktionslösung
am Schluß der Beschallung auf etwa 5,8 einstellt.
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Bei der Extraktion der Bitterstoffe von Hopfen unter Ultrabeschallung
und Verwendung von z. B. Glattwasser als Extraktionsflüssigkeit, findet eine Veredelung
in geruchlicher oder geschmacklicher Hinsicht statt.