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Verfahren zur Herstellung von Bier Das Hauptpatent betrifft ein Verfahren
zur Herstellung von Bier unter Verwendung eines getrennt gewonnenen Hopfenextraktes,
bei welchem die Bitterung der Würze nach vollzogener Eiweißfällung mit einem unter
Ultraschalleinwirkung hergestellten Hopfenextrakt vorgenommen wird. Nach der Erfindung
des Hauptpatents wird die Herstellung von Bier dadurch erheblich rationeller gestaltet
und darüber hinaus eine Erzeugung besserer Bierqualitäten erzielt, daß die Hopfung
nach vollzogener Eiweißfällung in der Würze 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 q.o°/o verminderten
Hopfengabe erfolgt. Bei der Extraktion der Ritterstoffe von Hopfen unter Ultrabeschallung
und Verwendung von z. B. Glattwasser als Extraktionsflüssigkeit findet eine Veredelung
in geruchlicher oder geschmacklicher Hinsicht statt. Da die Bitterung der Würze
nach vollzogener Eiweißfällung erfolgt, wird eine maximale Hopfenausnutzung erzielt,
weil die wertvollen Bitterstoffe nicht zusammen mit der Eiweißfällung zur Abscheidung
kommen können.
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Es war zwar bereits bekannt, Würze bzw. Bier mit Ultraschall zu behandeln,
um Trübungen zu verhindern. Auch hatte man schon im Brauverfahren
bei
der Hopfung der Würze Schwingungserzeuger angewandt, um die Eiweißfällung zu begünstigen.
Hierdurch war aber das Verfahren nach dem Hauptpatent, welches mit dem Ziel, eine
Ersparnis an Hopfen, dem teuersten Rohstoff der Bierbrauerei, zu vermitteln, auf
den Zusatz einer von vornherein verminderten, der Einwirkung von Ultraschall ausgesetzten
bzw. auszusetzenden Hopfengabe in einem ganz bestimmten Abschnitt des Bierherstellungsverfahrens,
nämlich nachdem wesentliche Teile des Eiweißes gefällt sind, gerichtet ist, nicht
nahegelegt. Denn es war nicht ohne weiteres zu erwarten, daß aus Hopfen durch Ultraschalleinwirkung
außer der erheblich gesteigerten Ausbeute ein Extrakt erhalten wird, der, zur Würzebitterung
verwendet, ein geschmacklich gutes Bier ergibt. Das Verhalten der empfindlichen,
im Hopfen enthaltenen Bitterstoffe gegenüber der Ultraschalleinwirkung war ungewiß.
Auch ist es geläufig, daß eine intensive Extraktion des Hopfens einen herben, bitteren
Geschmack bewirken kann. Eine solche intensive Behandlung stellt die Ultraschallextraktion
jedenfalls dar, so daß auch in dieser Richtung mit einem ungünstigen Ergebnis gerechnet
werden mußte. Endlich ist auf den selektiven Effekt (wenig Gerbstoff usw" viel Bitterstoff)
der Ultraschallextraktion hinzuweisen, der nicht ohne weiteres zu erwarten war.
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Für die Durchführung der Extraktion der Bitterstoffe des Hopfens unter
Ultrabeschallung nach dem Hauptpatent hat sich die Einhaltung verschiedener Bedingungen
als vorteilhaft erwiesen, mit welchen sich die vorliegende Erfindung beschäftigt.
Die optimale Extraktionswirkung hängt ab von dem Verhältnis des eingewogenen Hopfens
zu der angewendeten Extraktionsflüssigkeit, von der Art und Zusammensetzung der
angewendeten Extraktionsflüssigkeit, der Wasserstoffionenkonzentration, der Temperatur
und der Ultrascballeinwirkungsdauer bei definierter Schalleistung.
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Die vorliegende Erfindung besteht in einem Verfahren zur Herstellung
von Bier unter Verwendung eines getrennt gewonnenen Hopfenextraktes, bei welchem
die Bitterung der Würze nach vollzogener Eiweißfällung mit einem unter Ultraschalleinwirkung
hergestellten Hopfenextrakt vorgenommen wird und zeichnet sich dadurch aus, daß
erfindungsgemäß auf i Gewichtsteil Hopfen etwa Zoo bis 3oo Gewichtsteile Extraktionsflüssigkeit
angewendet wird. Hierbei können die best geeigneten Mengenverhältnisse von Hopfen
einerseits und der Extraktionsflüssigkeit, z. B. Brauwasser oder Glattwasser andererseits
jeweils durch einfache '\'orversuche ermittelt werden.
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Wird Hopfen in wäßrigem alkalischem Milieu oder in neutralem Milieu
(PH = 7) der Ultraschalleinwirkung unterworfen, so erhält man zwar erhöhte Mengen
von Ritterstoffen; es werden aber zugleich auch größere Mengen von Gerbstoffen,
und zwar bis zu 95 °/o in Lösung übergeführt. Die Folge ist, daß derart hergestellte
Auszüge eine unerwünschte adstringierende und kratzende Bittere aufweisen. Wird
dagegen die Ultrabeschallung des Hopfens in schwach saurem Milieu, z. B. bei pH
5 bis 6, durchgeführt, dann erhält man ebenfalls eine beträchtliche Anreicherung
von Bitterstoffen in dem Extrakt, wogegen aber die Gerbstoffe unter diesen Bedingungen
nur in verhältnismäßig geringem Ausmaß in Lösung gehen. Auf Grund der vorstehend
erwähnten Tatsachen kann man den Extraktionsvorgang des Hopfens in wäßriger Phase
unter solchen Arbeitsbedingungen und pH-Werten durchführen, daß eine selektive Trennung
von Bitterstoff und Gerbstoff erzielt wird und die Extrakte auf eine Bitterstoff-Gerbstoff-Bilanz
einstellen, die zugunsten der Bitterstoffe verschoben ist, also neben einer reichlichen
Menge von Ritterstoffen verhältnismäßig wenig Gerbstoffe enthalten.
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Die Durchführung des Extraktionsvorgangs kann, wie gefunden wurde,
in einem Temperaturbereich stattfinden, der zwischen Raumtemperatur und Kochtemperatur
liegt. Im allgemeinen hat es sich als vorteilhaft erwiesen, bei einer mittleren
Temperatur, z. B. bei etwa 5o bis etwa 6o° C zu arbeiten. Weiterhin hat es sich
als vorteilhaft erwiesen, die Temperatur während der Dauer der Ultrabeschallung
konstant oder annähernd konstant, z. B. bei etwa 50° C zu halten.
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Bereits bei einer Extraktionsdauer von etwa 30 Minuten treten
die Vorteile der Ultrabeschallung deutlich in Erscheinung. Im allgemeinen bat es
sich aber als vorteilhaft erwiesen, die Extraktion unter Ultrabeschallung in einem
Zeitraum von etwa- 6o bis etwa 120 Minuten durchzuführen. Hierbei hat sich im allgemeinen
gezeigt, daß bei gleichbleibender Konzentration der Ansätze (Hopfen zu Extraktionsflüssigkeit)
mit zunehmender Beschallungsdauer der Bitterstoffgehalt" des Extraktes ansteigt,
während die Tendenz zur Lösung von Gerbstoff abnimmt. Das System strebt offensichtlich
einem von der Leistung des Schallgebers, der Frequenz und der Ultraschalleinwirkungsdauer
abhängigen Gleichgewichtszustand in der Lösung (Schwellenwert) zu, der durch ein
von der Art der Flüssigkeit und der Extraktionstemperatur abhängiges Maximum an
gelöstem Ritterstoff und einem Minimum an gelöstem Gerbstoff gekennzeichnet ist.
Ansätze, die auf z Gewichtsteil Hopfen etwa ioo bis 3oo Teile wäßrige Extraktionsflüssigkeit
enthalten, liefern unter den angegebenen Ultraschallbedingungen Extrakte, die verhältnismäßig
reich an Bitterstoff und arm an Gerbstoff sind; sie können z. B. bei einem Ansatz
i : i5o nach 2stündiger Ultraschallbehandlnug etwa 15,85% der vorgelegten Hopfenbitterstoffe
und etwa 6,27°/o der vorgelegten Hopfengerbstoffe enthalten.
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Bekanntlich bestehen in Deutschland und gewissen anderen Staaten Reinheitsgebote
für die Bierherstellung, die den Zusatz chemischer Fremdstoffe untersagen.
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Die Art und Lösung von Hopfenbitterstoffen, z. B. in Würze, sind wesentlich
durch den pH-Wert der Flüssigkeit, ferner aber auch durch das Vorhandensein von
Alkalisalzen und Erdalkalisalzen
bedingt. Stärker carbonathaltige
Flüssigkeiten sind bekanntlich befähigt, sehr viel mehr Bitterstoffe zu lösen als
Wasser geringerer Härtegrade. Dies gilt insbesondere für das Humulon (a-Bittersäure),
das bei einem pH-Wert von 4,95 zu 65 mg, bei einem pa-Wert voll 6,25 dagegen zu
7q.0 111- im Liter Extraktionsflüssigkeit gelöst wird.
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Bei Anwendung des Ultraschallextraktionsverfahrens gemäß der Erfindung
gelingt es, bei einer Beschallungsdauer voll etwa I bis 2 Stunden, insbesondere
bei einer Beschallung von etwa 2 Stunden ohne Anwendung irgendwelcher Zusätze nach
Abtrennung des Extraktes von dem behandelten Hopfenrückstand eine Hopfentreber zu
erhalten, die frei ist von Humulon. Diese Tatsache spricht unter Berücksichtigung
der Bitterkraft des erzielten Extraktes dafür, daß das Humulon durch die Ultraschalleinwirkung
quantitativ in die wäßrige Lösung dispergiert worden ist.
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Nach vorstehendem bedarf es für die erfolgreiche Durchführung der
vorliegenden Erfindung keiner das Reinheitsgebot berührender chemischer Zusätze.
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Bei der üblichen Bierbereitung findet bekanntlich beim Kochprozeß
die Bildung von Hartharzen statt, die mit zunehmender Kochdauer der Würze und falleilden
pH-Werten steigt. Es war damit zu rechnen, daß auch durch die oxydierenden Einflüsse
des Ultraschalls mit zunehmender Beschallungsdauer ein Ansteigen der Hartharzhildung
stattfinden würde. Versuche haben aber gezeigt, daß die Oxydation der Bittersäuren
im Verlaufe der Ultraschallextraktion offensichtlich gebremst wird. Dies dürfte
gegebenenfalls auf die von der üblichen Schwefelung des Hopfens her vorhandene schwefelige
Säure zurückzuführen sein. Immerhin empfiehlt es sich aber, die Ultraschallextraktion
des Hopfens zeitlich zu begrenzen, da die Bremswirkung der schwefeligen Säure bei
zu langer Dauer des Beschallungsvorgallgs nachläßt bzw. erlischt. Nach den Erfahrungen
der Erfinder ist die Extraktionswirkung befriedigend, wenn bei Einhaltung der als
günstig erkannten Konzentrationsverhältnisse von I Teil Hopfen auf Zoo bis 3oo Teile
Extraktionsflüssigkeit die Beschallungsdauer nicht mehr als etwa 2 Stunden beträgt.
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Es hat sich weiterhin gezeigt, daß auch bei im Vergleich zu der bisher
üblichen normalen Hopfung erfindungsgemäß stark verminderten Hopfengabe, z. B. einer
4oo/oigen Verminderung des angewendeten Hopfens die voll der Extraktionsflüssigkeit
befreiten Hopfentreber noch durchaus ausreichen, um die Funktion der Eiweißfällung
während des Siedens in der kochenden Würze zu bewirken und eine ausgezeichnete Bruchbildung
zu bewirken. Die pH-Werte lagen dabei sehr nahe bei 5,2, welcher p11-Wert allgemein
als entscheidend für eine vollkommene Bruchbildung in der Würze angesehen wird.
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Die erfilidungsgemäß mit 4oo/oiger Hopfeneinsparung gewonnenen Würzen
führten bei regelrecht verlaufender Gärung zu Bieren, welche im Vergleich mit entsprechenden,
aber bei voller Hopfengabe nach den bisher üblichen Verfahren hergestellten Bieren
eine mehr weinige Note zeigten, ohne daß die grundsätzlich angestrebte Charakteristik
der bestimmten gewünschten Biersorte beeinträchtigt wurde. Geruchlich und geschmacklich
und in der Klärung übertrafen die erfindungsgemäß gehopften Biere während der Gärung
bis zur Faßabfüllung die mit Hilfe des bisherigen normalen Hopfungsverfahrens unter
voller Hopfengabe hergestellten Vergleichsansätze.
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Bier nach Pilsner Art kann erfindungsgemäß z. B. in der nachstehend
beschriebenen `'eise betriebsmäßig hergestellt werden.
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Bei einem Sud (Schüttung: 26oo kg) mit 176 hl Ausschlagwürze (Extrakt)
11,2% wurde an Stelle der vollen Hopfengabe, die 58 kg Hopfen (Spalter 1949) betragen
würde, mit einer um 4o o/o reduzierten Hopfenmenge (nämlich 34,8 kg) gearbeitet.
Als Extraktionsflüssigkeit für den angewendeten Hopfen wurde Glattwasser (Extraktgehalt
2,5 bis 1,3"/0) verwendet. 44 hl Glattwasser wurden in den Hopfenseiber abgelassen,
auf eine Temperatur von etwa 5o bis 6o° C eingestellt und mit der anzuwendenden
Hopfenmenge (3q.,8 kg) (Spalter 1949) versetzt. Nach 2stündiger Ultraschallextraktion,
die vorteilhaft unter zeitweiliger Bewegung des Gutes durchgeführt wird, wurden
46,5% der i111 Hopfen vorhandenen Bitterstoffe von der Extraktionsflüssigkeit aufgenommen.
Nunmehr wurde der flüssige Bitterstoffextrakt von den Hopfelitrebern getrennt und
die Treher sofort in die bereits kochende Würze gegeben, woselbst sie an der Eiweißfällung
teilnehmen. Die Bitterstoffextraktlösung wird vorteilhaft portionsweise in die Würze
eingeführt, z. B. derart, daß die Bitterstoffextraktionslösung nach Trennung voll
den Hopfentrehern zunächst zur Vermeidung voll Infektionen durch Termobakterien
nahe all Kochtemperatur gehalten wird. Zwei Drittel der Bitterstoffextraktionslösung
(etwa 3o hl) können der kochenden Würze z. B. so zugeleitet werden, daß sie etwa
I Stunde lang mitkochen; die restliche Bitterstoffextraktionslösung (14 hl) wird
vorteilhaft kurze Zeit, z. B. etwa 20 bis 25 Minuten vor dem Ausschlagen in die
Würzepfanne der Würze zugefügt. Es wurde ein Ausschlagwürze erhalten, deren pH Wert
5,18 und der Bitterstoffgehalt 27,03 g je hl betrug, was einer Ausnutzung der Hopfenbitterstoffe
voll 88,37% 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) gearbeitet wurde, enthielt die so gewonnene Ausschlagwürze
infolge der bekannten Bitterstoffverluste nur 14,7 g Bitterstoffe je hl.