Erarbeitung wichtiger Aspekte bei der Einführung der Weizenbierherstellung in der Darguner Brauerei

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Volltext

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1 Hochschule Neubrandenburg

Fachbereich Agrarwirtschaft und Lebensmittelwissenschaften Studiengang Lebensmitteltechnologie

WS 2010/2011

Erarbeitung wichtiger Aspekte bei der Einführung der

Weizenbierherstellung in der Darguner Brauerei

Bachelorarbeit

Verfasser: Elisa Schulz

Betreuer: Prof. Dr.-Ing. Klaus Zimmer Dipl.-Ing. Christian Weindl

URN: nbn:de:gbv:519-thesis 2011-0054-4

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1 Abstract

The consumption of wheat beer increases annually against the trend of beer consumption in general. In 2009 was an increase in sales about 3,9 percent in comparison to the previous year. The Darguner brewery has recognized this trend and now establishes the production of beer brewed from wheat malt.

After a general conspectus about the process of brewing wheat beer where the used raw materials and the particular process steps are explained, the paper focuses on the essential analysis of the production of wheat beer. The task is now to analyze and if necessary to optimize the effect of the chosen brewing parameters with the help of laboratory methods. Therefore the produced brews are analyzed to control the effect of the brew house parameters. Furthermore the reproduction of the top-fermented yeast during the cell culturing and fermentation is checked by using the Thoma-counting chamber for yeast counting. Watching the reproduction of the cells is among other specifications for controlling the impact of the brewing parameters. The prospective applicability of the existing equipment for the adjustment and measurement of haze was developed. Terminatory the produced wheat beer of the Darguner brewery was compared with random chosen competing wheat beers.

Finally the aim of this study, to produce a wheat beer with minimum same quality like the competitor by using the listed laboratory methods and the derived results to approve or optimize the production parameters, is reached.

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2 Inhaltsverzeichnis

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen ... 4

1 Einleitung ... 5

2 Zielformulierung der Bachelorarbeit ... 6

3 Das Weizenbier ... 7

4 Stand der Wissenschaft und Technik bei der Weizenbierproduktion ... 9

4.1 Eingesetzte Rohstoffe und Rezepturen ... 9

4.1.1 Das Weizenmalz ... 9

4.1.2 Die Spezialmalze ... 12

4.1.3 Das Brauwasser ... 12

4.1.4 Der Hopfen ... 13

4.1.5 Die obergärige Hefe ... 15

4.2 Die Produktionslinie des Weizenbieres ... 16

4.2.1 Der Maischprozess ... 16

4.2.1.1 Das Einmaischen in der Maischpfanne ... 16

4.2.1.2 Das Abläutern mit dem Läuterbottich ... 20

4.2.1.3 Die Würzekochung ... 22

4.2.1.4 Das Ausschlagen der Würze im Whirlpool ... 24

4.2.2 Die Gärung und Reifung des Weizenbieres ... 25

4.2.3 Die Abfüllung in PET- Flaschen ... 28

5 Material und Methoden der Laboruntersuchungen ... 31

5.1 Untersuchung der Hefeweizensude ... 31

5.1.1 Verwendete Materialien ... 31

5.1.2 Methodenbeschreibung zur Untersuchung der Kaltwürze ... 31

5.2 Hefezellzahlbestimmung mit Hilfe der Thoma- Zählkammer ... 33

5.2.1 Verwendete Materialien ... 33

5.2.2 Methodenbeschreibung der Hefezellzahlbestimmung ... 33

5.3 Untersuchung der Trübung ... 37

5.3.1 Verwendete Materialien ... 37

5.3.2 Methodenbeschreibung der Trübungsmessung ... 37

5.4 Untersuchung des Darguner Hefeweizens und der Mitbewerberprodukte ... 40

5.4.1 Verwendete Materialien ... 40

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6 Ergebnisse ... 42

6.1 Analyse der Hefeweizensude ... 42

6.2 Zählung der Hefezellzahlen ... 43

6.3 Trübungsmessung ... 46

6.4 Aromauntersuchung der ersten Testabfüllung vom Darguner Schloss Hefeweizen ... 50

6.5 Analytischer und sensorischer Vergleich des Hefeweizenbieres mit Produkten der Mitbewerber ... 51 7 Diskussion ... 58 8 Zusammenfassung ... 63 9 Literaturverzeichnis ... 64 10 Abbildungsverzeichnis ... 66 11 Tabellenverzeichnis ... 67 12 Anhang ... 68

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4 Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

AF Ausbeutefaktor BU Bitterstoff BW Brennwert DMS Dimethylsulfid DMS-P Dimethylsulfid- Vorläufer EVG Endvergärung EVG° Endvergärungsgrad FAN freie α- Aminostickstoffe

KZE Kurzzeiterhitzung Löslicher N löslicher Stickstoff

MEBAK Mitteleuropäische Brautechnische Analysenkommission MEBAK e.V. M-S- Differenz Mehl- Schrot- Differenz

NDMA N- Nitrosodimethylamin PE Pasteurisationseinheiten PET Polyethylenterephthalat SD Schichtdicke SMM S- Methylmethionin StW Stammwürze TS Trockensubstanz VP Vorpropagator VW Vorderwürze VZ Verhältniszahl VZ 45°C Viermaischenmethode bei 45°C WS Würzesterilisator ZKG Zylindrokonischer Gärtank ZKT/ K Zylindrokonischer Tank

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5 1 Einleitung

Bier ist auch im Jahr 2009 mit 109,6 l/Kopfverbrauch das beliebteste alkoholische Getränk der Deutschen. Seit 2002 sinkt der Bierkonsum jedoch jährlich, so wurden in jenem Jahr noch 121,9 l Bier pro Kopf getrunken. Eine Absatzerhöhung können dennoch die 25 größten Weizenbier-marken verzeichnen. Die Absatzsteigerung 2009 beläuft sich laut Kelch auf 3,9% im Vergleich zum Vorjahr. Der Gesamtausstoß an Weizenbier betrug demnach schätzungsweise 12,2Mio. hl, wobei hier immer noch ein deutliches Nordost/Südwest- Gefälle zu verzeichnen ist. In den kommenden Jahren wird mit einer weiteren Absatzerhöhung gerechnet. (Breitenacher, 2010; Kelch, 2010)

Die Darguner Brauerei GmbH hat diesen Trend erkannt und führt nun eine Produktionslinie zur Weizenbierherstellung ein. Das Unternehmen gibt es seit Mai 1991. Die Brauerei ist eine hundertprozentige Tochtergesellschaft der Harboes Bryggerie A/S aus Dänemark und füllt neben der Eigenmarke „Darguner Pilsner“ hauptsächlich Mineralwässer, Fruchtsäfte, Nektare und Bier für Handelsketten ab. (http://www.brauerei-dargun.de/)

Im Januar 2011 beginnt die erste Abfüllung des Schloss Hefeweizens für eine große deutsche Handelskette. Zuvor füllte ein Mitbewerber das Hefeweizenbier für diese Handelskette ab. Im Jahr 2011 ist die Darguner Brauerei alleiniger Abfüller dieses Bieres und wird zusammen mit weiteren Exportaufträgen eine Ausstoßmenge von zirka 50.000hl produzieren. Um weitere Kundschaft zu gewinnen und auf diesem Wege mit der Herstellung von Weizenbier zu expandieren, wurde verschiedenen, großen Handelsketten ebenfalls Angebote unterbreitet.

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6 2 Zielformulierung der Bachelorarbeit

Bei der Bachelorarbeit geht es unter anderem darum, die obergärige Hefe zu beobachten. Hierzu wird die Hefezellkonzentration mit Hilfe der Thoma- Kammer bestimmt, um die Hefevermehrung vom Zeitpunkt des Anstellens der Reinzucht der obergärigen Hefe im Vorpropagator bis hin zum Ende der Gärung im Zylindrokonischen Tank zu beobachten. Dies dient wiederum der Kontrolle der Wirkung der eingesetzten Parameter bei der Würzeherstellung und bei der Gärung.

Des Weiteren werden die hergestellten Sude analysiert und anhand deren Ergebnisse ggf. eine Optimierungen der Parameter im Sudhaus vorgenommen.

Hinzu kommt, dass die Eignung des vorhandenen Trübungsmessgerätes zur Analyse des Weizenbieres untersucht werden muss, sodass mit der Einführung des Bieres repräsentative Messungen der Trübung vorgenommen werden können. Zusätzlich werden die Messergebnisse zweier im Labor vorhandener Trübungsmessgeräte „LabScat“ und „Hazemeter“ miteinander verglichen, um die Genauigkeit beider Messinstrumente zu bestimmen. Zur Einstellung der Zentrifuge bei der Hefeweizenseparation wird untersucht, ob ein Zusammenhang der Trübungs-messung zwischen dem LabScat [EBC] und der Separatoranzeige [%] besteht. Abschließend ist die Trübung (90° und 25°) des Hefeweizenbieres im Drucktank, dann unmittelbar nach der Abfüllung und einige Tage später bei einer Aufbewahrung bei Raumtemperatur zu bestimmen, um die Verhältniszahl von Fein- zu Grobtrübung zu berechnen. Von der ermittelten Verhältniszahl wird wiederum die Trübungsstabiliät abgeleitet.

Eine weitere Untersuchung des Hefeweizenbieres, durchgeführt vom Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität, ist die Ermittlung der Aromakonzentrationen vor und nach der Kurzzeiterhitzung. Dieser Vergleich dient der Ermittlung des Verlustes von Aromen während des Abfüllprozesses.

Eine analytische und sensorische Untersuchung bereits etablierter Hefeweizenbiere auf dem Markt dient schließlich dem qualitativen Vergleich mit dem Darguner Schloss Hefeweizen. Das Ziel der Bachelorarbeit ist somit die Erarbeitung der notwendigen Produktionsparameter mit Hilfe von Laboruntersuchungen und deren Auswertung, um das bereits vorhandene Standard-weizenbier der großen deutschen Handelskette, welches bisher von einem Mitbewerber produziert wurde, mit gleichbleibend hoher Qualität in der Darguner Brauerei GmbH herzustellen.

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7 3 Das Weizenbier

Weizenbier wird unter Verwendung von obergäriger Hefe und mindestens 50% Weizenmalz hergestellt. Die Stammwürze sollte nicht kleiner als 11% sein. Obergäriges Bier zeichnet sich durch eine hohe Konzentration an arteigenen Aromakomponenten gegenüber untergärigem Bier aus. Hier sind hohe Gehalte an höheren Alkoholen, Estern und vor allem dem weizenbier-typischen phenolischen Aroma des 4- Vinyl-Guajacols erwünscht. (Kunze, 1998)

In der Regel unterscheidet man zwei Weizenbierarten: das Hefeweizen und das Kristallweizen. Letzteres enthält keine Hefen mehr und erfährt einen feinen Glanz durch die Filtration des Bieres. Das Hefeweizen unterscheidet man durch die verbleibenden Zellen im Bier nach der Abfüllung in: Hefeweizenbiere mit ca. 1 Mio. Zellen/ml und hefetrübe Weizenbiere mit rund 10 Mio. Zellen/ml.

Es gibt unter den Hefeweizen helle Typen, die im Bereich von 8-14 EBC liegen, und dunkle Typen, bei denen der Farbwert von 25-60 EBC reicht. Bei Kristallweizen liegen die Werte zwischen 8-12 EBC. Die Stammwürze entspricht hier in der Regel 12,5-13%, im Gegensatz zum Hefeweizen, bei dem ein Gehalt von 11-12% erwünscht ist. Der Weizenmalzanteil im Hefeweizen schwankt zwischen 50-100%, wobei die Farbe mit Hilfe von dunklem Malz (Karamellmalz o. Weizenfarbmalz) erzielt wird. Auch beim Kristallweizen wird mit färbendem Spezialmalz gearbeitet. Die helle Weizenmalzschüttung beträgt aber mindestens 50-70%. Beim Einmaischen des Weizenmalzes ist im Gegensatz zum Gerstenmalz auf einen etwas schwierigeren Eiweißabbau zu achten. Dies sollte bei den Einmaischtemperaturen (35-37°C) entsprechend berücksichtigt werden. (Kunze, 1998) Der Endvergärungsgrad bei hefefreiem Weizenbier beträgt 78-85% und bei Bier mit Hefe 76-83%. (Narziß, 1995) Eine Besonderheit beim Hefeweizen ist die Flaschengärung, diese kann mit und ohne Tankzwischenlagerung erfolgen. Wenn ein Jungbier mit Hefe und „Speise“ abgefüllt wird und anschließend zwei Stufen der Lagerung bei unterschiedlichen Temperaturen erfährt, dann spricht man von einer Flaschengärung ohne Tankzwischenlagerung. Bei der Flaschengärung mit Zwischenlagerung im Tank wird das Weizenbier zunächst endvergoren und ausgereift, um dann in der Flasche nur zu vergären. Eine Bierspezialität der traditionellen Flaschengärung ist das in Belgien hergestellte Geuze. (Kunze, 1995)

Zu den obergärigen Biersorten gehören das Altbier, Kölsch, Berliner Weiße und das Weizen-/Weißbier. Das Weizen/Weißvollbier hat den höchsten Alkoholgehalt (5,4%vol) im Vergleich zu den anderen. Es ist meist leicht hefetrüb und gekennzeichnet durch einen spritzigen Charakter mit fruchtig, würziger Aromanote. Markant ist, dass in Südbayern das Weizenbier Weißbier heißt. Das dunkel-bernsteinfarbene, hopfenbetonte, blanke Altbier ist ein weiteres obergäriges

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8 Vollbier und am Niederrhein und in Düsseldorf sehr verbreitet. Die Stammwürze liegt bei 11,5%, der Alkoholgehalt bei 4,8%vol. Die Gärtemperatur entspricht wie bei normalem Weizenbier 15-20°C. Das Kölsch wird, wie der Name schon sagt, in Köln bzw. in Brauereien des dortigen Brauereiverbandes gebraut und gilt in dieser Region als Nationalgetränk. Dieses Vollbier hat eine Stammwürze von 11,3% bei einem Alkoholgehalt von 4,8%vol. Die Gärtemperaturen entsprechen denen des Altbieres. Berliner Weiße ist das einzige Schankbier unter den genannten und hat eine Stammwürze von 7-8%. Der Alkoholgehalt beträgt ca. 2,8%. Auch hier liegt eine Gebietsbezogenheit vor, so ist es hauptsächlich in und um Berlin verbreitet. Der Charakter des Berliner Weißen ist spritzig mit einem leicht säuerlichen Geschmack, der durch die milchsauer vergorenen obergärigen Hefen entsteht. Die Farbe ist dunkelgelb. Es ist leicht hefetrüb. (Zimmer, 2010)

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9 4 Stand der Wissenschaft und Technik bei der Weizenbierproduktion

4.1 Eingesetzte Rohstoffe und Rezepturen 4.1.1 Das Weizenmalz

Die Rezeptur zur Herstellung der Weizenbiersude und somit die Spezifikationen und einge-setzten Mengen der Rohstoffe wurden vom Braumeister Christian Weindl erarbeitet und basieren auf Literatur- und Erfahrungswerten.

Obergärige Biere dürfen laut dem vorläufigen Biergesetz aus Malz aller Getreidearten mit Ausnahme von Reis, Mais und Dari hergestellt werden. Das untergärige Bier hingegen darf laut der Bierverordnung nur mit Gerstenmalz erzeugt werden.

Zur Weizenmalzerzeugung werden Weizenchargen mit guter Braueignung als Rohstoff bevorzugt. Der Eiweißgehalt sollte demnach bei zirka 12% liegen. Der Winterweizen wird gegenüber dem Sommerweizen favorisiert, da er wegen des niedrigeren Eiweißgehaltes höhere Extraktwerte erreicht, eine geringere Anfälligkeit gegen Mikroorganismenbefall hat und die günstigsten Mälzungsergebnisse liefert. (Narziß,1995)

Innerhalb von 6 Tagen wird der Weizen zunächst vermälzt. Der Wassergehalt bei der Ankeimung beträgt optimalerweise 37-38%. Die Keimgutfeuchte wird später auf 44-45% erhöht, um ein gut gelöstes Weizenmalz zu erhalten. Da beim Weizen die Spelzen fehlen und folglich die Körner dichter beieinander liegen, muss ein hitziges Wachstum beachtet werden. Das Weizenmalz wird aufgrund dessen von Anfang an kälter geführt als das Gerstenmalz. Wird das Malz mit Einhordenhochleistungsdarren geschwelkt, werden Temperaturen zwischen 50-55-60-65°C angewandt. Nach zwei Stunden steigt die Temperatur auf 77°C und nach weiteren zwei Stunden wird es bei 80°C ausgedarrt. Da die Entwässerung des Weizenmalzes schwieriger ist als beim Gerstenmalz (3,5-4%), beträgt der Wassergehalt des Malzes 5%. (Narziß,1995) Die folgende Tabelle 1 zeigt die geltende Malzspezifikation für helles Weizenbraumalz der Darguner Brauerei. Die Richtwerte orientieren sich an Literatur- und Erfahrungswerten.

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10 Tab. 1: Geltende Malzspezifikation für helles Weizenbraumalz der Darguner Brauerei GmbH (Weindl, 2011)

Min Soll Max

Wassergehalt [%] < 5,0 Extrakt in TS [%] > 84 M-S Differenz [%] 1,0 1,8 Kolbachzahl 38 44 Löslicher N [mg/100g TS] 650 800 Eiweiß %/ 100g TS <12,5 VZ 45°C [%] 35 40 Farbe [EBC] 2,5 5,0 Kochfarbe [EBC] 5,0 7,0

Viskosität [mPas bei 8,6% Würze] < 1,8

Sortierung (2,8+2,5) [%] > 90

Ausputz [%] < 1,5

pH 5,7 6,1

Verzuckerungszeit [min] 10 17

Relevante rote Körner in 200g < 8

Handbonitierung i.O.

NDMA [ppb] gesetzl. Grenzwerte

Ochratoxin [ g/kg] gesetzl. Grenzwerte

Desoxynivalenol [ g/kg] < 1250 ppm

Zearalenon [ g/kg] < 100 ppm

Pestizide gemäß EU Verordnung 86/362/EEC & 90/642/EEC, Schwermetalle gemäß der EU Verordnung 1881/2006,

keine genmanipulierten Sorten gemäß EU No 1829/2003.

Der auf die Trockensubstanz bezogene Extraktgehalt liegt je nach Eiweißgehalt zwischen 83-87%. Er ist aufgrund der fehlenden Spelze höher als beim Gerstenmalz (78-83,5%) und unterliegt starken Schwankungen. Der Extraktgehalt ist ausschlaggebend für die Ausbeute während des Brauprozesses. Er gibt an, wie viel Prozent der Malztrockensubstanz durch das Kongressmaischverfahren mit Feinschrot in Lösung gebracht werden können.

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11 Die Viskosität einer 8,6% Würze liegt bei einer Mehl-Schrotdifferenz (M-S Differenz) von 1-2% zwischen 1,60-1,75 mPas. Pentosane sind hier die viskositätsbestimmenden Polysaccharide, wobei die Viskositätsmessung einen Anhaltspunkt zur Beurteilung der cytolytischen Lösung des Malzes gibt. Der Friabilimeterwert ist anders als beim Gerstenmalz nicht aussagekräftig, da Weizenmalz andere Mürbigkeitsstrukturen aufweist.

Ein guter Eiweißlösungsgrad (o.a. „Kolbachzahl“) liegt zwischen 36-39%, ebenso wie der Zahlenwert der VZ bei 45°C. Der Eiweißlösungsgrad beeinflusst stark das Weizenbieraroma und ist entscheidend, wenn es um den Aufbau von zelleigenem Protein der Hefen geht. Diese benötigen freie α-Aminostickstoffe insbesondere für die Enzym- und Vitaminsynthese, wobei der FAN- Gehalt von anfangs 18-22 auf 2-6mg/100ml fällt. (Narziß, 1995) Höhermolekulare Polypeptide sind wiederum wichtig für den Geschmack, die Schaumstabilität und Vollmundigkeit der Biere. Noch koagulierbarer Stickstoff ist mit 4mg/100ml in der Kaltwürze des Weizenbieres erwünscht. (Weindl, 2011) Folglich darf der Eiweißabbau weder zu knapp noch zu weitgehend sein. Der Anteil an hochmolekularem Stickstoff ist bei Weizenmalz in der Regel besonders ausgeprägt, wobei es weniger niedermolekulare, assimilierbare Fraktionen (FAN 12-14%) gibt. Die Menge des löslichen Stickstoffs bezogen auf 100g Malztrockensubstanz liegt zwischen 640-700mg. (Narziß, 1995)Des Weiteren sind die Proteine entscheidend, wenn eine konstante Dauertrübung des Bieres erzielt werden soll. Hefezellen haben eine zu hohe Sinkgeschwindigkeit und somit keine guten Eigenschaften zur Erhaltung eines dauerhaft trüben Bieres. Hierzu eignen sich Eiweiße mit Partikelgrößen zwischen 0,1-1,0 μm. (Weindl, 2011) Die Würzefarbe entspricht zirka 3-4,5 EBC-Einheiten, wohingegen bei dunklem Weizenmalz die Werte zwischen 10-20 EBC-Einheiten liegen. Der Endvergärungsgrad ist wegen geringerer α-Amylasenaktivität kleiner als beim Gerstenmalz (>81%) und beträgt zirka 80%. Er dient der Beurteilung der Qualität der Würze und gibt Aufschluss darüber, wie gut der gewonnene Extrakt von der Hefe umgewandelt werden kann. (Narziß, 1995)

Aufgrund der unterschiedlichen Aromenbildung der Weizenbiere kann man diese in vier Gruppen einteilen. Die proteolytische Lösung hat hier einen starken Einfluss auf das Weizenbieraroma. Niedrige proteolytische Kennzahlen führen zu lebhafteren, estrigen Bieren. Der Gehalt an Ferulasäure im Weizen- und Gerstenmalz beeinflusst wiederum den 4-Vinylguajakolgehalt im Endprodukt. Sie ist die Vorläuferverbindung des 4-Vinylguajakols und führt zu phenolischen Bieren. Des Weiteren gibt es noch den hefigen und den neutralen Weißbiertyp. (Back, 2005)

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12 4.1.2 Die Spezialmalze

Spezialmalze werden in bestimmten Anteilen der normalen Malzschüttung zugegeben, um eine positive Entwicklung des Bieres herbeizuführen. Zu beeinflussende Parameter sind unter anderem die Farbe, der Geschmack, die Vollmundigkeit, die Schaumstabilität, das Säureverhältnis und die Bierstabilität. Im Allgemeinen unterscheidet man das Farb-, Karamell, Melanoidin-, Spitz- und Sauermalz. (Narziß, 1995)

Das Karamellmalz wird bei der Weizenbierherstellung in der Darguner Brauerei als Spezialmalz genutzt. Zur Herstellung wird Grünmalz oder Darrmalz verwendet, das nochmals auf einen Wassergehalt von 40-44% durch nachträgliches Weichen gebracht wird. Der Korninhalt erfährt eine Verzuckerung und verflüssigt sich innerhalb von drei Stunden bei Temperaturen zwischen 60-75°C. Gleichzeitig steigt der Säuregrad und es bildet sich löslicher Stickstoff. Die Temperaturen in der Rösttrommel werden anschließend auf 150-180°C erhöht. Der entstehende Wasserdampf wird abgezogen. Typische Karamellsubstanzen entstehen. Während der Erhitzung verändern sich die Eiweißkörper und die Enzyme sind irreversibel geschädigt. Die Farben der Karamellmalze werden durch die Intensität des Röstvorganges bestimmt. Man unterscheidet demnach helles und dunkles Karamellmalz. Der Extraktgehalt dieser Malze liegt zwischen 73-78%. (Narziß, 1995)

Das Caramünch zählt zu den Karamellmalzen, wobei die Farbwerte zwischen 110-130 EBC liegen. Mit einem prozentualen Anteil von 2,5% soll es die Vollmundigkeit erhöhen und das Malzaroma intensivieren. Das Caramünch gibt dem Bier einen vollen und runden Geschmack und sorgt für eine sattere Bierfarbe. (Weyermann, 2006)

Das Carahell zählt ebenfalls zu den Karamellmalzen und hat eine Farbe von 20-30 EBC. Die Einflussfaktoren sind gleich die des Caramünch, wobei es zusätzlich einen günstigen Einfluss auf den Bierschaum hat. Es werden zur geschmacklichen Optimierung des Hefeweizenbieres 4,9% Caramünch eingesetzt. (Weyermann, 2006)

4.1.3 Das Brauwasser

Das Brauwasser fällt unter die Trinkwasserverordnung vom 21. Mai 2001, in Kraft getreten am 1. Januar 2003, und muss folglich frei von Krankheitserregern, genusstauglich und rein sein. (TrinkwV, 2001)

Die Ausgangshärte des Trinkwassers der Darguner Brauerei liegt bei 19° dH. Dieses Wasser muss zum Brauen aufbereitet werden. Zunächst wird das Trinkwasser mit Hilfe eines Ionentauschers umgesalzen. Anschließend dient eine Umkehrosmose der Vollentsalzung. Zur Herstellung von Brauwasser erfolgt dann ein Blending mit Rohwasser mittels Mischregelventil

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13 zur Einstellung eines weichen Wassers von 4-5° dH. Zusätzlich wird das Brauwasser mit Calciumchlorid versetzt. Diese Aufhärtung dient zum einen der Gushingprophylaxe. Gushing ist das spontane Überschäumen des Bieres beim Öffnen der Flasche. Ursache hierfür kann die im Malz enthaltene Oxalsäure sein. Hierbei ist zu beachten, dass Weizenmalze mit 30-40ppm fast doppelt so viel Oxalat in die Maische mit einbringen wie Gerstenmalze (8-25ppm). Die sich bildende sogenannte Oxalattrübung entsteht durch das Ausscheiden von Calciumoxalat in kristalliner Form. Die gebildeten Kristalle können wiederum als Kondensationskerne zu einer spontanen Entbindung von Kohlensäure und somit zum Überschäumen des Bieres führen bzw. es verstärken. Bei Weizenbieren sollte daher ein Calciumgehalt des Brauwassers von über 50mg/l erzielt werden, um überschüssige Oxalsäure noch im Produktionsprozess auszufällen. Des Weiteren ist eine ausreichende Kaltphase vor der Separation entscheidend. (Back, 2005; Narziß, 1995)

4.1.4 Der Hopfen

Der Hopfen ist ein unentbehrlicher Bestandteil zur Erhaltung eines geschmackvollen Bieres. Er wird der Würze beim Kochvorgang zugegeben und dient in erster Linie der Ausbildung der bitteren Geschmacksnote. Des Weiteren verleihen die ätherischen Öle des Hopfens ein bestimmtes Aroma. Weiterhin gilt er als natürliches Konservierungsmittel, fördert durch Eiweißausfällung die Klärung der Würze und hat schaumverbessernde Eigenschaften. (Narziß, 1995)

Im Brauprozess werden hauptsächlich die im Lupulin, den Becherdrüsen des Hopfens, enthaltenen Bestandteile wie Hopfenöle, Hopfenbitterstoffe und Polyphenole verwertet. Es gelangen aber auch Eiweißkörper und Pektinstoffe in die Würze. Die Pektinstoffe erhöhen die Trubstabilität, während die Eiweißkörper begünstigende Stickstofffraktionen für die Vollmundigkeit und Schaumhaltigkeit mit einbringen. Für die Ausbeute der Inhaltstoffe des Hopfens sind verschiedene Kriterien zu berücksichtigen, wie beispielsweise die Hopfensorte, Art des Hopfenproduktes, Menge der Hopfendosage, Stammwürze, Intensität der Würzekochung und so weiter. (Back, 2005)

Die Hopfenbitterstoffe machen zirka 13-23% aus und sind die wertvollsten Bestandteile. Ihre Löslichkeit ist bei hohen pH-Werten (pH 5,9) am größten. Sie werden unterteilt in Harze und Hopfenbittersäuren: die α - Säuren (Humulone), welche 4-12% ausmachen, und die β - Säuren (Lupulone) mit einer Menge von 4-6%. Die Harze sind die Oxidationsprodukte der Bittersäuren. Sie werden nach ihrer Löslichkeit in Hexan in Weich- und Hartharze unterschieden. Die aus der α - Säure gebildeten Weichharze sind weniger bitter als die Humulone (33% der

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Humulon-14 bittere). Das Hartharz hat die geringste Bitterkraft mit 12%, womit die während der Kochung isomerisierte α - Säure aufgrund ihres hohen Bitterwertes am wertvollsten ist. (Narziß, 1995) Die β - Säure ist nicht löslich und hat damit keinen Bitterwert. Nur die Oxidationsprodukte der β - Säure sind in der Würze und im Bier enthalten. (Schuster, 2001)

Die Löslichkeit der Humulone ist in Wasser und Würze gering und vom pH-Wert abhängig. Erst die bei der Würzekochung entstehenden Umwandlungsprodukte wie Iso - α - Säuren und deren Derivate haben eine vermehrte Löslichkeit, die dem Bier-pH Bestand hat und die entscheidende Bitterkraft verleiht. (Narziß, 1995)

Die β - Säuren wandeln sich durch den Kochprozess der Würze nur geringfügig um. Die Lupulone gehen fast ungenutzt in den Treber oder im Trub verloren. Aus ihnen bildet sich nur eine geringe Menge Hulupone, die zur Bierbittere beiträgt. Während der Lagerung oxidieren die β - Säuren allerdings zu β - Weichharzen, welche in der Würze löslich sind und dem Bier eine angenehme, edle Bittere geben. (Narziß, 1995)

Die antiseptische Wirkung des Hopfens rührt von der bakteriostatischen Kraft der Bittersäuren und deren Hopfenharze her, welche die Entwicklung von gram-positiven Bakterien mit sauerwerdendem pH-Wert hemmen.

Die Hopfenöle machen 0,3-1,5% der Hopfentrockensubstanz aus und charakterisieren das Aroma des Hopfens. (Narziß, 1995)

Die Gesamtmenge der Hopfengerbstoffe oder auch Polyphenole liegt zwischen 4-8% der Trockensubstanz. Niedermolekulare Polyphenole schützen das Bier durch ihre antioxidative Wirkung vor Oxidation und erhöhen somit dessen Reduktionskraft. Indirekt verbessern sie dadurch die Geschmacksstabilität. Hochmolekulare Polyphenole hingegen intensivieren bei langen Kochzeiten die Bierfarbe und können eine adstringierende Bittere verursachen. Die kolloidale Stabilität wird durch sie verringert, wodurch Trübungen im Bier verursacht werden. Der Biergeschmack kann ebenfalls durch Polyphenole beeinflusst werden. Vorläufer für bestimmte Bieraromen sind beispielsweise die Phenolsäuren. Aus der Ferulasäure entsteht das 4-Vinylguajakol, welches einen Aromaeindruck von Gewürznelke hervorruft, der beim Weizenbier erwünscht ist. (Back, 2005)

Im Allgemeinen unterscheidet man Hopfsorten in Aroma- und Bitterstoffhopfen. Der Gehalt an α - Säure in Prozent des Gesamtharzes oder auch das Verhältnis α - Säure: β - Säure dienen in der Regel der Typisierung. Bei kontinentalen Aromahopfen beträgt das α:β Verhältnis 1:1,6, während beim Bitterhopfen das Verhältnis 1:0,8-1 ist. Bei der direkten Erfassung mittels HPLC sind die Verhältnisse beim Aromahopfen 0,7-1 und beim Bitterstoffhopfen 0,3-0,4. Der Aromahopfen, eingesetzt in Form von Pellets, stabilisiert zusätzlich die Trübung durch seine

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15 festen Bestandteile, während der durch Extraktion gewonnene Bitterhopfen keine trubstabilisierenden festen Bestandteile enthält. Bei der Hopfengabe sollte der Bitterhopfen zu Kochbeginn zur Würze gegeben werden, um eine Ausdampfung unerwünschter Aromanoten und vor allem eine optimale Isomerisierung der α - Säure zu erzielen. Die Zugabe des Aromahopfens kann je nach gewünschter Aromaintensität im Endprodukt direkt nach der Bitterstoffgabe erfolgen, um eine weiche Bittere zu erhalten, oder später genutzt werden, damit weniger Aroma ausgedampft wird und mehr Hopfenöle in das Bier übergehen. Durch frühe Gaben kann die Bittere oder auch der Geschmack beeinflusst werden. Gaben gegen Kochende wirken sich eher auf die Aromatisierung aus. (Back, 2005)

Beim Darguner Weizenbier erfolgt nur eine erste Hopfengabe zu Kochbeginn der Würze. Diese entspricht bei der Einführung der Weizenbierproduktion insgesamt 1400g. Ziel ist es, einen Bitterwert von 14 zu erlangen. Die EBC- Bitterwerte liegen in der Regel bei Weizenbier zwischen 8 und 15. Um den Zielwert von 14 EBC zu erreichen, werden dazu 900g Bitterhopfenextrakt (Extraktion mit CO2) gleichzeitig mit 500g Aromahopfen zur Kochwürze gegeben. Da Weizenbier durch besondere Parameterführung schon sehr aromatisch ist, dient die Aromahopfengabe in Form von Pellets Typ45 lediglich dem Einbringen von festen Bestandteilen zur Trubstabilisierung im Whirlpool und kann direkt zu Beginn der Kochphase erfolgen. Insgesamt werden 3,6g α- Säuren zu 1hl Würze zudosiert. (Weindl, 2011)

4.1.5 Die obergärige Hefe

Für die Herstellung von Weizenbier verwendet man die obergärige Hefe. Sie unterscheidet sich von der untergärigen Hefe durch morphologische, physiologische und gärungstechnologische Merkmale.

Die obergärige Hefe gehört zur Species der Saccharomyces cerevisiae. Sie bildet während der Gärung Sprossverbände von 8 bis 10 Zellen und hat kein Agglutinationsvermögen. Erst zum Ende des Gärprozesses zerfällt die obergärige Hefe in einzelne Zellen. Im offenen Gärbottich steigt die obergärige Hefe im Normalfall durch den CO2-Auftrieb am Ende der Hauptgärung nach oben und kann hier geerntet werden. Ursache für das Emporsteigen ist vermutlich die Bildung von Sprossverbänden, die eine große Angriffsfläche für aufsteigende Kohlensäure-bläschen bilden und diese teilweise auch durch ihre sperrigen Formen umschließen. Anders ist es bei der Gärung im Zylindrokonischen Tank, hier erfolgt die Ernte aus dem Konus. Nach Narziß kann es sein, dass die obergärige Hefedecke in diesem Fall durch eine starke Kohlensäurebildung und die dadurch hervorgerufene Konvektion laufend unterspült wird. Bei der Verwendung eines stehenden Zylindrokonischen Tanks ist auf einen großen Steigraum zu

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16 achten. Es werden zirka 30-50% der Flüssigkeitshöhe zusätzlich an Höhe benötigt. (Narziß, 1995)

Die obergärige Hefe ist empfindlich gegenüber Gärtemperaturen unter 10°C und gärt im Allgemeinen bei Temperaturen zwischen 12 und 25°C. Bei niedrigen Temperaturen sedimentieren die Hefezellen. Die optimale Wachstumstemperatur liegt zwischen 30 und 35°C, wobei die maximale Wachstumstemperatur 37,5 bis 39,8°C beträgt.

Die obergärige Hefe bildet deutlich mehr Nebenprodukte als die untergärige. Es werden im Vergleich zur untergärigen Hefe mehr höhere Alkohole, Ester, flüchtige Phenole und Schwefelverbindungen gebildet, wodurch obergärige Biere fruchtiger und aromatischer im Bukett wirken.

Bei den obergärigen Hefen ist bereits nach 48 Stunden Sporenbildung feststellbar. Sie ist sporulationsfreudiger, wohingegen untergärige Hefen ein geringes Sporenbildungsvermögen besitzen. Die Raffinose wird von der untergärigen Hefe vollständig verwertet, von der obergärigen jedoch nur zu einem Drittel. Des Weiteren besitzt die obergärige Hefe nicht das

Enzym -Galactosidase und kann aufgrund dessen die Melibiose nicht verwerten. Die

Atmungsaktivität in glukoselimitierten Medien ist im Gegensatz zur untergärigen Hefe allerdings groß. (Annemüller, 2004; Narziß, 1995)

4.2 Die Produktionslinie des Weizenbieres 4.2.1 Der Maischprozess

4.2.1.1 Das Einmaischen in der Maischpfanne

Die Einstellungen der einzelnen Parameter bei der Weizenbierherstellung in der Darguner Brauerei werden vom Braumeister Christian Weindl vorgenommen und basieren auf Literatur- und Erfahrungswerten.

Der Maischprozess unterliegt wirtschaftlichen und vor allem qualitativen Ansprüchen. Zu berücksichtigende Aspekte sind neben der Malzqualität unter anderem die technische Einrichtung des Sudhauses und die Wahl des Maischverfahrens. Ziel ist es, eine Würzezusammensetzung zu erzielen, die zu einer hohen Bierqualität beiträgt. (Back, 2005)

Die Maischarbeit ist allgemein gekennzeichnet durch enzymatische, physikalische und chemische Vorgänge, die der Lösung wichtiger Malzinhaltsstoffe dienen. Beim proteolytischen Abbau muss genügend assimilierbarer Stickstoff für die Gärung gebildet werden und gleichzeitig sollen höhermolekulare Fraktionen erhalten bleiben, um die Schaumhaltbarkeit des Biers zu gewährleisten. Der cytolytische Abbauvorgang ist so zu steuern, dass keine Läuterungs- und ggf.

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17 Filtrationsprobleme auftreten. Die Bereitstellung des vergärbaren Extraktes erfolgt wiederum durch eine optimale Amylolyse. (Back, 2005)

Das Einmaischen der verschiedenen Malze für die Herstellung der ersten Weizenbiersude der Darguner Brauerei erfolgt nach dem Infusionsverfahren. Das Verhältnis von Malzschüttung zur Wassermenge beträgt 6100: 23000 und somit zirka 1: 4. (Weindl, 2011)

Zunächst werden die einzelnen Malze nacheinander entsprechend der Reihenfolge in der Tabelle 2 für eine Minute bei 62°C konditioniert, um anschließend bei einem Walzenabstand von 0,35mm mit Hilfe der Quetschwalze zerkleinert zu werden.

Tab. 2: Maischparameter zur Herstellung der ersten Weizenbiersude (Weindl, 2011)

Schüttung [kg] [%] Gersten Malz 2350 38,5 Weizen Malz 3300 54,1 Caramünch 150 2,5 Carahell 300 4,9 Schüttung ∑ 6100 100 Sudfolge [min] 120 Einmaischen [°C] 45 Brauwasser [hl] 160 Konditionierwasser [hl] 60 Nachspühlwasser [hl] 10 Einmaischmenge ∑ [hl] 230 Rast 45°C [min] 20 Rast 50°C [min] 10 Rast 62°C [min] 30 Rast 65°C [min] 10 Rast 72°C [min] 30

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18 Die Temperatur des verwendeten Maischwassers beim Schroten beträgt 36°C, sodass nach dem Spülen mit ebenfalls 36°C warmem Wasser bereits eine Einmaischtemperatur von 45°C erreicht wird. Das Weichen des Malzes und somit die Erhöhung des Wassergehaltes um mindestens 2% mit einer anschließenden Naßschrotung, dient dem Erhalt der Frucht- und Samenschale des Weizens als Läuterschicht. Die Spelzen der Gerste werden ebenfalls auf diese Weise geschont und unterstützen zusätzlich die Filterkraft des Trebers. Das Einmaischen erfolgt hier ohne Sauergutdosage (Milchsäurespeise), da bei einem pH unter 5,7 die erwünschte Ferulasäurefreisetzung gehemmt wird. Die Ferulasäurehydrolase hat ihr pH - Optimum demnach bei 5,9-6,1. (Narziß, 1995)

Die Herstellung des Sudes dauert insgesamt 120 Minuten. Das Rührwerk der Maischpfanne läuft dabei intervallartig und sorgt für ein Homogenisieren der Maische sowie eine rasche Verteilung der Wärme. Ein erfolgreicher Mälzungsprozess erzielt bereits eine gute Cytolyse und Proteolyse, sodass das Augenmerk der Maischarbeit ganz auf die Amylolyse gelegt werden kann. Mit Hilfe der Temperatur-, Zeit- und pH-Wert- Führung kann die amylolytische Lösung optimal abgestimmt werden.

Das Einmaischen beginnt bei einer Temperatur von 45°C, die für 20 Minuten gehalten wird. Dies ist die erste sogenannte Ferulasäurebildungsrast. In diesem Temperaturbereich wird die im Gersten- und Weizenmalz enthaltene Ferulasäure durch den hydrolytischen Abbau der Pentosane aus der Bindung mit den Arabinose- Seitenketten freigesetzt. Während der Gärung decarboxyliert die Ferulasäure zu 4-Vinylguajakol und ist somit ein wichtiges Produkt des Maischprozesses. Sie verleiht dem Weizenbier die phenolische Note.

Es erfolgt anschließend ein Aufheizen der Maische auf 50°C. Diese Temperatur wird wiederum für 10 Minuten gehalten und dient als sogenannte Eiweiß-Rast. Das Aufheizen geschieht bei einem Dampfdruck von 2,5 bar, wobei die Temperatur pro Minute um zirka 2°C steigt. Die Rast gilt dem Eiweißabbau. Es ist allerdings zu beachten, dass die Eiweißstoffe ein Gemisch aller möglichen stickstoffhaltigen Substanzen im Korn sind. Sie liegen als kleinste Bausteine in Form von Aminosäuren und in hochmolekularen Gruppen des unlöslichen nativen Eiweißes vor. Beide Eiweißkörper werden im weiteren Verlauf benötigt, sodass der Eiweißabbau weder zu stark noch zu schwach eingestellt werden darf. Die direkt löslichen Stickstoffsubstanzen gehen beim Einmaischen direkt in die Maische über und werden, soweit diese abbaufähig sind, von den proteolytischen Enzymen weiter gespalten. Unlösliche Eiweißsubstanzen werden teilweise in lösliche überführt, wobei der Hauptteil unabgebaut im Treber verbleibt. Die zur Lösung der Proteine benötigten Endo- und Exopeptidasen unterscheiden sich vielfältig und sind in ihren Wirkungsbedingungen sehr unterschiedlich. Endopeptidasen greifen natives Eiweiß an und

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19 bauen es zu Polypepiden ab. Je nach Einwirkungszeit können diese die Polypeptide in niedermolekularen Verbindungen spalten. Die Exopeptidasen überführen wiederum die Eiweiß-abbauprodukte, die während des Mälzens entstanden sind, in Aminosäuren. Es sollten mindestens 18-23mg FAN/100ml zur späteren Hefeernährung in der Würze enthalten sein. (Narziß, 1995) Im Allgemeinen gilt, dass in einem Temperaturbereich von 45-50°C vermehrt niedermolekulare Eiweißabbauprodukte gebildet werden, wohingegen bei Temperaturen zwischen 60 bis 70°C mehr höhermolekulare Substanzen entstehen. Ziel ist es, einen Wert von 4mg noch koagulierbarem Stickstoff in 100ml Würze zu erhalten. (Weindl, 2011) Dies ist in der Praxis zu berücksichtigen, denn ein zu geringer Eiweißabbau führt zu mangelhafter Bierstabilität und einer Mangelernährung der Hefen. Während eine zu weitgehende Spaltung der Eiweißsubstanzen zu einem schlechten Kohlensäurehaltungsvermögen und zu leeren, schlecht schaumhaltigen und ggf. infektionsanfälligen Bieren führt. (Narziß, 1995; Kunze, 1998)

Nach der zehnminütigen Eiweißrast erfolgt eine weitere Temperatursteigerung auf 62°C. Die jetzt eintretende sogenannte Maltoserast wird für 30 Minuten gehalten. Hier beginnt die Hauptaufgabe des Maischprozesses, der Abbau von Stärke zu vergärbaren Zuckern. Die wichtigste Eigenschaft dieser Substanz für den Brauprozess ist ihre Verkleisterung. Wenn die Stärke verkleistert, nimmt sie Wasser auf und die Stärkekörner beginnen zu quellen. Es tritt im Folgenden ein Verlust der kristallinen Struktur auf, wodurch die bei der Mälzung noch nicht enzymatisch angegriffenen oder mechanisch beim Schroten zerstörten Körner nun degradiert werden können. Eine schnelle Verkleisterung sowie eine hohe amylolytische Aktivität führen zu einer zügigen Verzuckerung und folglich zu einem hohen Vergärungsgrad. Die hierzu relevanten Enzyme sind die α - und die β - Amylase, welche die α - (1,4)-D- glycosidischen Verbindungen der Stärke spalten. Die β - Amylase ist maßgeblich für den Vergärungsgrad der Würze verantwortlich. Sie spaltet Zweiergruppen (Maltose) vom nicht reduzierenden Kettenende der Stärkemoleküle ab und liefert somit den Hauptgärzucker. Die β - Amylase ist thermolabil, weshalb die Maltosekonzentration bereits nach 20 Minuten bei 62°C nur noch geringfügig zunimmt. Hierbei ist allerdings zu beachten, dass die β - Amylase nicht in der Lage ist, die Stärkekörner direkt anzugreifen. Hierzu ist die α - Amylase erforderlich. Sie ist thermostabiler und erhöht als Endoenzym den Anteil der nicht reduzierenden Enden. Die α - Amylase liefert folglich das Substrat für die β - Amylase. Voraussetzung für ein optimales Funktionieren dieses Synergieeffektes ist eine fortgeschrittene Verkleisterung, sodass die α - Amylase eine hohe Zugänglichkeit zu den Stärkekörnern hat und die β - Amylase trotzdem noch aktiv genug sein kann. Dieser Effekt ist oberhalb der Verkleisterungstemperatur (60-65°C) nachzuweisen und stark vom verwendeten Malz abhängig. Der Angärzucker Glukose und der Nachgärzucker

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20 Maltotriose sind Zufallsprodukte der kombinierten Wirkung von α - und β - Amylase. Mit einem Anteil von 40-45% am Extrakt ist die Maltose jedoch das hauptsächliche Abbauprodukt (Narziß, 1995). Die α - (1,6)-D- glycosidischen Verbindungen des Amylopektins werden mit Hilfe der Grenzdextrinase gespalten und sind für den vollständigen Stärkeabbau unerlässlich. Der Beitrag zur Degradation der Stärke ist allerdings durch die schwache Aktivität und die Inaktivierung bei 65°C sehr gering. (Back, 2005) Weitere, aber in geringerem Maße für die Abbauvorgänge verantwortliche, Enzyme sind die Maltase und Saccharase.

Eine an die Maltoserast anschließende Temperaturerhöhung auf 65°C für 10 Minuten dient der Verbesserung der Verkleisterung und der Sicherstellung der Maischarbeit. Sie ist den Jahrgangsschwankungen der β - Amylaseaktivität geschuldet.

Anschließend wird die Maischprozesstemperatur auf 72°C erhöht und für 30 Minuten gehalten. Dies ist nach der Maltoserast (1. Verzuckerungsrast) die 2. Verzuckerungsrast. Es erfolgt hauptsächlich die Dextrinbildung durch die immer noch aktive α - Amylase. Die β - Amylase wird bei Temperaturen über 70°C rasch inaktiviert. Hier ist jetzt keine Verbesserung des Endvergärungsgrades der Würze mehr zu erzielen. Es findet jedoch noch ein Abbau von Stärke und von höheren Dextrinen zu niedrigeren Dextrinen statt. Hierbei kann man eine „Verflüssigung“ der Würze beobachten, was sich durch eine Verminderung der Viskosität durch den Abbau zu niedrigeren Dextrinen äußert. (Narziß, 1995)

Abschließend wird die Maische bei 76°C abgemaischt, um die noch vorhandenen Enzyme zu inaktivieren und somit weitere Abbauvorgänge zu stoppen.

Durch die Umwandlungsprozesse während des Maischens hat sich optimaler Weise ein pH-Wert von 5,5 bis 5,7 eingestellt.

Diese Temperaturregelung sollte zu einer Maische führen, die jodnormal ist. Bei relativ hohen Einmaischtemperaturen könnten die Enzyme rascher inaktiviert werden als die Auflösung der Mehlkörperbestandteile stattfindet. Es würden mit Jod rot bis blau färbende Restkörper bleiben. Dies wird durch die in Tab. 2 geschilderte Temperaturführung verhindert. (Back, 2005)

„Der prozentuale Anteil der entstandenen vergärbaren Zucker am Gesamtextrakt der Würze bestimmt den möglichen Endvergärungsgrad. Dieser bestimmt den Alkoholgehalt des Bieres und hat damit maßgeblichen Einfluss auf den Charakter des Bieres.“ (Zimmer, 2010)

4.2.1.2 Das Abläutern mit dem Läuterbottich

Die Maische ist am Ende des Maischprozesses ein Gemisch aus gelösten und ungelösten Substanzen. Die in der wässrigen Lösung gelösten Extraktstoffe nennt man die Würze,

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21 wohingegen die festen ungelösten Bestandteile wie Spelzen, Spelzentrümmer und Hülsen als Treber bezeichnet werden. Der Treber dient beim Läutern als Filtermaterial und wird später als Viehfutter verkauft. Zur Herstellung der Biere wird nur die Würze verwendet. (Kunze, 1998) Um eine bestimmte Abläuterleistung zu erzielen, muss die sogenannte spezifische Schüttung/m2 eingehalten werden. Sie ist vom Schrottyp abhängig und bei konditioniertem Schrot, wie es hier verwendet wird, liegt die spezifische Schüttung/m2 bei 180-200 kg/m2, sodass eine Leistung von 0,16 l/m2·sec erreicht werden kann. Es wird bei der Herstellung der ersten Weizenbiersude, wie in Tabelle 3 abzulesen, von einer Senkbodenbelastung von 188 kg/m2 ausgegangen. (Narziß, 1995)

Tab. 3: Parameter zum Abläutern der ersten Weizenbiersude (Weindl, 2011)

Senkbodenbelastung [kg/m2] 188

Vorderwürzemenge [hl] 145

% VW-Menge von Hauptguß [%] 63

Vorderwürzekonzentration [%] 16,5

Vorderwürzeausbeute >45% 46,6

Anschwänzwassermenge [hl] 215

Glattwasserkonzentration [%] <1,5

Pfannevoll = Abläutermenge [hl] 395

Spindelwert vor Kochen [%] 11,8

Glattwassermenge [hl] 25+x

Die Filtration der Maische erfolgt in zwei nacheinander ablaufenden Phasen. Zunächst läuft die Vorderwürze nach einem „Vorschießen“ zur Trebersedimentierung im Kreislauf, bis die gemessene Trübung der Würze annähernd konstant ist. Dann beginnt die Würzegewinnung. Dies nennt man den sogenannten Hauptguss. Die Vorderwürzemenge des Hefeweizenbiers wird auf 145hl festgelegt und macht zirka 63% des Hauptgusses aus. Die Konzentration der Würze sollte hier bei 16,5% liegen, bei einer Vorderwürzeausbeute von 46,6%. Anschließend wird mit 215hl Anschwänzwasser mit einer Temperatur von 76°C der von den Trebern zurückgehaltene Extrakt ausgewaschen. Das Anschwänzwasser entspricht dem im Plattenwärmetauscher zum Abkühlen der Kochwürze gegenläufigem kalten Brauwasser und wird hier auf ökonomischem Wege durch Wärmerückgewinnung auf 76°C erwärmt. Es gilt, dass mit steigender Läutertemperatur die Viskosität der Flüssigkeit sinkt. Dennoch sollte die Temperatur des Anschwänzwassers immer unter 78°C liegen, weil sonst eine Inaktivierung der α - Amylase erfolgt. Da beim Anschwänzen

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22 allerdings auch geringfügig ungelöste Stärke aus dem Treber gewaschen wird, muss diese durch eine Nachverzuckerung mit Hilfe der α- Amylase in kleinere Bausteine zerlegt werden. Folglich erweist sich ein Abläutern bei 75-76°C als sinnvoll. Das Herauslösen des Restextraktes nennt man Anschwänzen und es sollte bis zu einer Würzekonzentration von maximal 1,5% durchgeführt werden. Die entstehenden niedrigprozentigen Würzen heißen Nachgüsse. Es gilt, je höher die Konzentration der Vorderwürze ist, desto mehr kann angeschwänzt werden. Insgesamt soll eine Abläutermenge (Pfannevollmenge) von 395hl erreicht werden, mit einem Zielspindelwert vor dem Kochen von 11,8%. Das übrig bleibende Wasser mit einer Würzekonzentration unter 1,5% wird als Glattwasser bezeichnet und kann als Einmaisch- oder auch Anschwänzwasser für den darauffolgenden Sud verwendet werden. Die Glattwassermenge bei diesem Sud beträgt mindestens 25 hl. Hierbei ist darauf zu achten, dass zwar langes Anschwänzen und das Wiederverwenden des Glattwassers die Ausbeute erhöhen, die Qualität dabei aber verschlechtert wird. (Carl, 1995; Kunze, 1998)

4.2.1.3 Die Würzekochung

Die Würzekochung dauert eine Stunde und erfolgt in der Würzepfanne. Hierbei wird überschüssiges Wasser verdampft, um die geforderte Würzekonzentration von 12,2% zu erreichen. Des Weiteren werden während der Kochung die restlichen Enzyme inaktiviert, gleichzeitig die Würze sterilisiert und gerinnbare Eiweißstoffe in Bruchform ausgeschieden. Zur Erzielung trüber Weizenbiere wird eine moderate Kochung angestrebt, um trübungsrelevante Eiweiße zu erhalten. Durch die Zugabe des Hopfens während der Würzekochung, wie in Tabelle 4 nachzuvollziehen insgesamt 1400g auf 395hl Würze, kommt es dann zur Lösung der Hopfen-wertbestandteile, wie der Bitterstoffe.

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23 Tab. 4: Parameter der Würzekochung der ersten Sude (Weindl, 2011)

Kochzeit [min] 60

Hopfengabe insg. [g] 1400

1. Gabe [g]. α CO2 (600gra) 600 (HHM) 1. Gabe [g] α CO2 (300gra) 300 (HHM)

1. Gabe [g] α Aroma 500 (Perle 09)

G α- Säure/ dz Schüttung 23

G α- Säure/ hl 3,6

Spindeln nach Kochen [%] 12,2

Kaltwürze [%] 12

pH- Wert 5-5,2

kg Malz/ hl Kaltwürze 15,84

Ausbeute % >75

Die Hopfung bei Weizenbier spielt durch die intensive Aromaausstattung allerdings eine eher untergeordnete Rolle. Nebenreaktionen der Kochung sind die Bildung von reduzierenden Substanzen und die Ausdampfung, aber auch Entstehung von Aromastoffen. Weiterhin ist eine Zunahme der Farbe feststellbar, da Melanoidine gebildet werden und Gerbstoffe oxidieren. Die Farbe wird allerdings im Verlauf der Gärung wieder heller. Es tritt ebenfalls während der Kochung eine Säuerung der Würze auf. Sie entsteht durch die sauer reagierenden Melanoidine und den Säure mitbringenden Hopfen. Der dadurch sinkende pH- Wert unterstützt wichtige Reaktionen, wie die bessere Ausscheidung der Eiweiß- Gerbstoff- Verbindungen, eine geringere Zufärbung der Würze, die Entstehung feinerer und edlerer Bittere und die Steigerung der Empfindlichkeit gegenüber Mikroorganismen.

Neben der Lösung und Umwandlung der Hopfenbitterstoffe sowie der Koagulation der Eiweiß-stoffe ist die Ausdampfung des Dimethylsulfids (DMS) bestimmend für die Prozessführung beim Würzekochen. DMS ist eine flüchtige Verbindung, deren Vorläufer DMP bzw. S-Methylmethionin (SSM) eine Aminosäure ist, welche im Malz in ungebundener Form vorkommt. Bei allen thermischen Behandlungsschritten des Getreidekorns ab 70°C, egal ob bei Malz- oder Würzebereitung, bildet sich aus DMS-P das DMS. Ziel ist es, bei beiden thermischen Prozessen das DMS-P zu spalten und das entstehende leicht flüchtige DMS durch Verdampfung auszutreiben. Die Spaltungsgeschwindigkeit von SSM ist pH- Wert-, temperatur- und zeit-abhängig. Eine Beschleunigung der Reaktion wird durch eine Temperaturerhöhung bewirkt, wohingegen eine pH- Erniedrigung hemmenden Einfluss hat. Aufgrund dessen erfolgt eine

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24 Zugabe der Milchsäure zur Kochwürze als biologisches Säuerungsmittel zur pH- Senkung erst 10 Minuten vor Kochende bei der Herstellung des ersten Weizenbiersudes. Der Grund des Vermeidens der Dimethylsulfidbildung ist das Verursachen eines an gekochtes Gemüse o.a. Kohl erinnernden Geschmackseindrucks im fertigen Bier. Die sensorische Schwelle liegt hier bei 100μg/l. Bei der im Whirlpool anschließenden Heißtrubabtrennung wird weiterhin freies DMS aus DMS-P gebildet. Dieses kann allerdings nicht mehr in großen Mengen ausgetrieben werden. Bei der anschließenden Gärung kann geringfügig Dimethylsulfid mit den Gärgasen ausgeschieden werden. Es gilt daher ein DMS-Gehalt von 120ppm im Endprodukt der Kochung, der sogenannten Ausschlagwürze, nicht zu überschreiten. (Back, 2005; Narziß, 1995; Kunze, 1998)

Die Ausbeute vom Sudprozess entspricht der durch den Maischprozess löslich gemachten und anschließend durch das Läutern der Würze gewonnenen Extraktmenge. (Kunze, 1998) Diese sogenannte Sudhausausbeute wird in Prozent der Menge des eingesetzten Malzes angegeben und hat folgende Formel:

Sudhausausbeute [%] = Kaltwürze [hl] · Ausbeutefaktor Kaltwürze*1 (AF) [%] Malz [kg] · Extraktfaktor

*1 AF-Kaltwürze [%] = Spindelwert Kaltwürze · 0,96

Entsprechend den Angaben in der Tabelle 4 kann folglich mit einem Einsatz von 15,84kg Malz/hl KW eine Sudhausausbeute, die größer 75% ist, erreicht werden.

4.2.1.4 Das Ausschlagen der Würze im Whirlpool

Die Würze wird nach der Kochung mittels einer Ausschlagpumpe in einen sogenannten Whirlpool gepumpt. Der bei der Ausschlagwürze entstandene Bruch entspricht jetzt dem Grobtrub oder auch Heißtrub. Der Grobtrub enthält Teilchen mit einer Größe von 0,5-500μm, wobei die Durchschnittsgröße bei 55μm liegt. Der Trub setzt sich aus 40-70% Eiweiß, 7-32% Bitterstoffe und 20-30% weitere organische Stoffe wie Polyphenole (4-8%) und Fettsäuren (1-2%) zusammen. Der Gehalt an Heißtrub liegt zwischen 40-80 g/hl. Die Abtrennung des Trubes muss vollständig vor der Gärung erfolgen, da ansonsten ein Verschmieren der Hefen hervorgerufen wird, was das Ausscheiden der Gärungsprodukte negativ beeinträchtigt. Negative Folgen sind unter anderem roh oder auch breit-bitter schmeckende Biere mit schlechter Schaumstabilität. (Narziß, 1995)

Die Kochwürze wird in einem tangentialen Strom in den Whirlpool eingelassen. Die Würze wird gleichzeitig durch eine relativ hohe Einströmungsgeschwindigkeit in Rotationsbewegung

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25 versetzt. Diese Rotationsströmung stabilisiert sich nach dem Ende des Einlaufvorganges. Aufgrund von nun wirkenden Zentrifugalkräften, Druckgradienten und Strömungen bildet sich ein Trubkegel auf dem Boden in der Behältermitte. Nach einer 40-minütigen Rast ist die Würze weitestgehend geklärt, sodass mit dem Abzug dieser begonnen werden kann.

Die Würze wird nun mit Hilfe eines Plattenkühlers auf die Anstelltemperatur von 17°C gebracht. Die zunächst klare, heiße Würze trübt sich während dieses Vorganges, es bildet sich bei Temperaturen unter 60°C der sogenannte Kühl- o.a. Feintrub. Dieser Trub hat im Gegensatz zum Heißtrub eine Partikelgröße von 0,5-1μm und besteht zu 20-30% aus höhermolekularen Kohlenhydraten und zu 50% aus Eiweißen, die an 15-25% Polyphenole gebunden sind. Die feinen Partikel sind in der Würze erwünscht und bleiben weitestgehend darin enthalten, nur die größeren Teilchen sedimentieren und werden entfernt. Diese Kühltrubteilchen fallen erst beim Abkühlen aus, da sie bei höheren Temperaturen immer noch löslich sind. Der Gehalt an Kühltrub in der Würze liegt bei 0°C zwischen 15-30g/hl. In großen Mengen in der KW enthalten, ähneln die negativen Wirkungen denen des Heißtrubes. Ein erwünschter Restgehalt von 120-160 mg/l TS führt allerdings zu einem runderen Biergeschmack, einer besseren Schaumstabilität und zu einer intensiveren Gärung. (Narziß, 1995; Kunze, 1998)

In der Darguner Brauerei wird der Kühltrub im Gärtank nach 15 Stunden abgezogen. Die gewünschte Kaltwürzemenge liegt nach der Herstellung des ersten Weizenbiersudes bei 385hl.

4.2.2 Die Gärung und Reifung des Weizenbieres

Um einen optimalen Gärverlauf zu erhalten ist eine intensive Belüftung der Kaltwürze entscheidend. Der Sauerstoff wird zur Vermehrung von der obergärigen Hefe benötigt und innerhalb weniger Stunden verbraucht. Die Würze erleidet dadurch keinen Qualitätsverlust. Die sterile Luft muss fein verteilt und turbulent in die Würze eingebracht werden. Der Lufteintrag beim Weizenbier ist auf 2,5m3/h eingestellt. Luft aktiviert die Hefen, daher sollten die Zellen gerade beim Anstellen intensiv belüftet werden. (Weindl, 2011) Die Menge der Hefegabe beträgt beim ersten Gärversuch 10,5 Mio. Zellen/ml.

Die Gärung ist die Umwandlung von Würze in Bier, wobei die in der Würze enthaltenen Zucker mit Hilfe der Enzyme der Hefe zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid reagieren. Die entstehenden Gärungsnebenprodukte sind eng mit dem Stoffwechsel der Hefen verbunden. Sie beeinflussen wesentlich den Geschmack und den Geruch des Bieres. In der Darguner Brauerei erfolgt die Gärung und Reifung des obergärigen Bieres in Zylindrokonischen Tanks. Die Gärtemperatur liegt bei 17 °C. Die Darguner Brauerei strebt ein Hefeweizenbier mit phenolischer Note an, was jedoch kaum durch die Gärparameter beeinflusst werden kann. Hier sind der zuvor beim

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26 Einmaischen eingestellte Ferulasäuregehalt und die Wahl des Hefestammes entscheidend. Ist keine estrige Note erwünscht, sollte bei der Gärung darauf geachtet werden, die Gärtemperatur nicht zu hoch einzustellen und keine hohe Anstellzahl zu wählen. (Back, 2005, Narziß, 1995) Die Obergärung ist in zwei Gärstadien einzuteilen. 8-12 Stunden nach dem Anstellen erfolgt zuerst der „Hopfentrieb“. Dieser dauert 12-24 Stunden, wobei Verunreinigungen wie Hopfen-harze und Trubbestandteile mit Hilfe der aufsteigenden Hefe an die Oberfläche getrieben werden. Neben Eiweiß-Gerbstoffkolloiden und Bitterstoffen gelangen aufgrund von einer pH-Wert- Senkung weitere pH - empfindliche Bestandteile an die Decke. Auf diese Weise werden bis zu 40% der in der Anstellwürze gelösten Menge an Bitterstoffe an der Hefeoberfläche ausgeschieden. Im Jungbier sind folglich nur noch 60% der Bitterstoffe der Anstellwürze enthalten. Eine intensive Ausscheidung von färbenden Substanzen, sowie ein sinkender pH- Wert während der Gärung verursachen des Weiteren eine Abnahme der Bierfarbe von der Anstellwürze bis zum Ausstoßbier um 3-4 EBC-Einheiten. Im weiteren Gärverlauf beginnt der „Hefetrieb“. Er setzt zirka 24-36 Stunden nach dem Anstellen ein und hält bis zum Ende der Gärung an. Die Hefe wird durch den Auftrieb schnell aus dem Bier entfernt, sodass negative Einflüsse wie ein pH- Anstieg und das Ausscheiden von Inhaltsstoffen vermieden werden. (Narziß, 1995) Die Würze erfährt bei der Obergärung eine stärkere Umwandlung als bei der Untergärung. Der pH- Wert fällt schnell von zirka 5,2 auf 4,0-4,2 ab und steigt nur geringfügig wieder um 0,05 an. Des Weiteren nimmt die Menge der Gesamt-Stickstoffsubstanzen (95-115mg/100ml) während der Gärung ab (um 40mg/100ml). Die Vermehrung und das Wachstum der Hefen verursachen ebenfalls eine starke Abnahme des freien Aminostickstoffs (FAN) von ursprünglich 18-22 mg/100ml auf 2-6 mg/100ml, was günstige Voraussetzungen für eine biologische und geschmackliche Bierstabilität sind. Am deutlichsten unterscheidet sich die Ober- von der Untergärung vor allem durch die Förderung einer intensiveren Bildung von Gärungsnebenprodukten. Die Verwendung einer anderen Hefeart und die Anwendung höherer Temperaturen sind hier ausschlaggebend. Es werden dadurch vermehrt höhere Alkohole und Ester als bei der Untergärung gebildet. (Narziß, 1995) Die Aromenbildung ist allerdings stark von der Tankgeometrie abhängig, so ist diese in Gärbottichen am intensivsten, während in Zylindrokonischen Tanks am wenigsten Aromastoffe gebildet werden. Vermutlich ist ein ansteigender CO2-Partialdruck in den tieferen Schichten der hohen Tanks für die Verminderung der Aromastoffe verantwortlich. Die Esterbildung wird im ZKT allerdings stärker gehemmt als die phenolische Aromenbildung. Es ist weiterhin zu berücksichtigen, dass die erste Führung und somit die Assimitationshefe günstige Gehalte an höheren Alkoholen und Estern, vor allem an 4-Vinylguajakol, in ZKGs erbringt, im Gegensatz zu Hefen der zweiten oder sogar der dritten

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27 Führung, welche zunehmend eine Verringerung der Aromastoffbildung verzeichnen. Die Biere verlieren folglich an Charakter. (Back, 2005)

Im Vergleich zur Untergärung entstehen dennoch viele Gärungsnebenprodukte. Bis zu 50% mehr höhere aliphatische Alkohole, wie Isobutanol, werden bei der Obergärung gebildet. Hier ist die warme Temperaturführung bei 16-22°C entscheidend. Aufgrund der hohen Vermehrungsrate und dem intensiven Metabolismus ist gegenüber der untergärigen Hefe ein 50% höherer Anstieg der Ester zu verzeichnen. Des Weiteren werden auch bei der Obergärung vicinale Diketone und deren Vorläufer verstärkt zu Beginn der Gärung gebildet. Doch auch hier bewirken die höheren Temperaturen eine schnellere Reduzierung dieser unerwünschten Produkte. Niedere freie Fettsäuren werden aufgrund der starken Vermehrung der Hefen im Vergleich zur Untergärung weniger stark ausgebildet. Die Besonderheit der obergärigen Hefen ist jedoch die Bildung von 4-Vinylguajakol aus der Ferulasäure. Der Gehalt dieser Säure bestimmt die spätere Konzentration an 4-Vinylguajakol. Der richtige Weizenbierhefestamm ist ebenfalls für die Festlegung der zu bildenden Menge entscheidend, so kann die Konzentration um bis zu 50% von Hefeart zu Hefeart schwanken. Ein wünschenswerter 4-Vinylguajakol - Gehalt liegt bei 1,2-1,7ppm. Zu hohe Konzentrationen führen zu aufdringlichen Aromen und einem bitteren Nachgeschmack. (Narziß, 1995)

Am 3.Tag der Gärung wird mit dem Herunterkühlen des Bieres auf 12°C bei einem scheinbaren Extrakt von <3% begonnen. Zu diesem Zeitpunkt setzt auch die Reifung des Bieres ein, wobei man unter Reifung das Abrunden des Geschmackes und des Geruchs von Bier, aber auch der Verstärkung der Bekömmlichkeit versteht. Sie beansprucht etwa 4 Tage und dient hauptsächlich dem Abbau vicinaler Diketone, wie Diacetyl und Pentadion-2,3 sowie ihrer Vorläufer. Es sollte nach der Reifung ein Schwellenwert der Diketone von unter 0,1 mg/l für einen fehlerfreien Geschmack erreicht werden. Des Weiteren erfolgt eine Umwandlung der Jungbierbukettstoffe. Die Hefe sollte sich während des Abkühlens nun weiter absetzen, wobei das Entfernen dieser beim Zylindrokonischen Tank mindestens zwei Mal erfolgt, zum Ende der Gärung und zum Ende der Reifung. Das erste Mal wird die obergärige Hefe nach dem Abkühlen nach einer Rast von 6-24 Stunden aus dem Konus abgezogen. Die Darguner Brauerei wendet hier das Eintankverfahren an, wobei das Bier im ZKG weiter gekühlt bei 3-4°C zur Lagerung aufbewahrt wird. Es ist darauf zu achten, weiterhin sedimentierende Hefen wöchentlich abzuscheiden. Eine zu große Hefemenge in Hinblick auf Lagerzeit und Temperatur würde durch Ausscheidung von Hefeninhaltsstoffen zu einer pH- Erhöhung führen. Des Weiteren steigt der Aminostickstoff-gehalt, der zu einer negativen Beeinflussung des Bierschaumes führen kann und die biologische Stabilität verringert sowie eine Beschleunigung des Altgeschmacks beim fertigen Bier fördert.

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28 Der Gehalt an niederen freien Fettsäuren wird ebenfalls erhöht, was die Schaumstabilität weiter verschlechtert. Ein Hefegeschmack ist durch die vermehrte Bildung von Fettsäureethylestern bedingt. Physiologisch schwache Hefen führen während der Reifung durch eine Exkretion von Proteasen zu einem Abbau von hochmolekularem Stickstoff, was ebenfalls den Schaum negativ beeinträchtigt. (Narziß, 1995)

4.2.3 Die Abfüllung in PET- Flaschen

Das Darguner Hefeweizen wird in Polyethylenterephthalat (PET)- Flaschen abgefüllt. Zuvor muss allerdings der CO2- Gehalt des Bieres im Drucktank auf 5,4-5,8 g/l eingestellt werden. Hierzu erfolgt eine Carbonisierung durch Beaufschlagung des im Drucktank befindlichen Hefeweizenbieres mit CO2. Es ist dabei zu beachten, dass gleichzeitig Aromastoffe ausgetrieben werden. Eine Spundung des Gärtanks auf 1bar am Ende der Hauptgärung ist daher ratsam. Eine zu frühe Druckanwendung könnte zu einer Verringerung der Hefevermehrung führen, die Gärung verlangsamen und die Entstehung der erwünschten Gärungsnebenprodukte einschränken. Die Spundung sollte daher erst zum Ende der Hautgärung erfolgen. Die Gärung erfährt dadurch keine negativen Beeinträchtigungen und man erhält ohne prägnante Aromaeinbußen einen Rest- CO2- Gehalt von 4-5 g/l im Bier. (Weindl, 2011)

Zu den wichtigsten Einflussfaktoren, die die Bierqualiät neben der Bierzusammensetzung bestimmen, zählen die Pasteurisationstemperatur mit entsprechender Heißhaltezeit und der Sauerstoffgehalt des Bieres. Bei der Abfüllung ist auf diese Parameter besonders zu achten. (Kunze, 1998)

Das vom Drucktank kommende Weizenbier wird dann bei einer Temperatur von 78°C mit Hilfe der Kurzzeiterhitzung pasteurisiert. Dies entspricht bei Bier 215 Pasteurisationseinheiten (PE), wobei 1PE eine Minute bei 60°C entspricht. PE ist im Allgemeinen ein Maßstab für die biologische Wirkung der Kurzzeiterhitzungsanlage. Die Heißhaltezeit beträgt 33 Sekunden. Zur Berechnung der Heißhaltezeit dient folgende Formel (Kunze, 1998):

PE = t · 1,393 (T – 60°C) t : Zeit in Minuten

T: Temperatur im Erhitzer in °C 215 = t · 1,393(78°C – 60°C)

t = 0,55 min ≈ 33 sec

Die maximale Betriebstemperatur der Kurzzeiterhitzungsanlage liegt bei 130°C. Es wurde eine Pasteurisationstemperatur von 78°C gewählt, da hier die Entstehung von Partikelgrößen

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29 zwischen 0,1-1μm gefördert wird. Teilchen dieser Größe sind später im Bier für eine stabile Trübung entscheidend. Ebenfalls für die Trübung im fertigen Bier verantwortlich sind die zunächst sedimentierenden und später durch Schwenken des Bieres in Schwebe gebrachten Hefezellen. Diese Zellen müssen vor der KZE vital sein. Tote oder auch kaputte Zellen autolysieren während der Erhitzung und führen zu einer negativen Geschmacksbeeinträchtigung. Sie verursachen den sogenannten Autolysegeschmack. (Weindl, 2011)

Bei der Kurzzeiterhitzungsanlage (KZE) ist zu berücksichtigen, dass man einen maximalen Betriebsdruck von 16 bar einhalten muss. Dieser Druck ist abhängig von der CO2- Konzentration in g/l und der Temperatur des Mediums in °C. Er ist ablesbar in der folgenden Abbildung 1, in der ein Diagramm zum Verhalten des „Sättigungsdruck[es] von Kohlendioxid in Bier in Abhängigkeit von der CO2- Konzentration und Temperatur“, erstellt von Thomas Schumacher, zu erkennen ist.

Abb. 1: Sättigungsdruck von Kohlendioxid in Bier in Abhängigkeit von der CO2- Konzentration und Temperatur (Schumacher, 2010)

Anhand der abzulesenden Werte im Diagramm ist anzunehmen, dass ein theoretischer Betriebsdruck der KZE von 12-13,5 bar erreicht wird. Dies unterschreitet den maximalen

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30 Betriebsdruck um 2,5-4 bar und ist damit zulässig. Während der Abfüllung konnte dann ein Betriebsdruck der KZE von 13-14,5 bar eingehalten werden.

Der Sauerstoffgehalt des Bieres vor der KZE ist auf < 0,1 mg/l zu regulieren.

Bei der Abfüllung in PET- Flaschen ist zu beachten, dass sie geringe Barriereeigenschaften besitzen. Das heißt, dass zwischen dem Polyethylenterephthalat und seiner Umgebung immer eine Wechselwirkung stattfindet. PET ist demnach durchlässig für Gase, flüchtige Komponenten und Wasserdampf. CO2-haltige Getränke wie Bier (5,5 g/l) verlieren mit der Zeit an CO2- Druck (-1g/l). Grund dafür ist die Diffusion des Kohlenstoffdioxids durch die Flaschenwandung nach außen. Des Weiteren strebt der in der umgebenden Luft enthaltene Sauerstoff nach einer Diffusion in das Flascheninnere, wodurch der Sauerstoffgehalt mit dem Alter des Bieres zunimmt. Beide Barrieremängel ziehen negative Folgen nach sich, die bei der Haltbarkeit des Bieres berücksichtigt werden müssen. (Kunze, 1998) Die Darguner Brauerei verwendet aufgrund dessen einen sogenannten Scavenger (ein Reduktionsmittel für Sauerstoff im Verschluss) und eine Multilayer- Preform mit aktivem und passivem Sauerstoffblocker zur Vermeidung der Permeationsvörgange. Die verwendete Multilayer- Preform ist dreischichtig und besteht aus zwei Schichten PET, in die eine Nylonschicht eingearbeitet wurde. Des Weiteren sind in der zum Bier gewandten PET- Barriere 1,5% „Amosorb-“ Molekül eingeschlossen, welche die von außen in das Produkt diffundierenden Sauerstoffmoleküle zusätzlich aktiv binden. Das Bestreben des Kohlenstoffdioxids nach außen zu diffundieren wird durch die Nylonschicht ebenfalls unterdrückt. Eine Haltbarkeit des Darguner Schloss Hefeweizens von sechs Monaten kann somit gewährleistet werden. (Weindl, 2011)

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31 5 Material und Methoden der Laboruntersuchungen

5.1 Untersuchung der Hefeweizensude 5.1.1 Verwendete Materialien

Es wurden verschiedene Analysen der Hefeweizensude durchgeführt. Im Folgenden werden alle verwendeten Geräte, Materialien und Reagenzien aufgezählt.

Verwendete Geräte: pH- Meter inoLab von WTW

Spektralphotometer CADAS 200 von Dr. Lange Schüttelautomat HS 501 digital IKA Labortechnik Zentrifuge Rotofix 32 von Hettich Zentrifuge

Verwendete Materialien: Bierwürze- Spindel Saccharimeter mit Standzylinder von Ilmatherm Barby+Kühner

Küvette ( Farbe: 1 cm Schichtdicke (SD); Bitterstoff: Quarzküvette 1cm SD; Jodzahl: 4cm SD)

Zentrifugengläser Gärrohr mit Gummistopfen und Alufolie

Trichter, Faltenfilter, Kieselgur

Pipetten, Alufolie

Verwendete Reagenzien: Salzsäure (HCl), 5N von Merck Iso- Octan, 99,8% von Merck Ethanol, 95% von Merck

Jodlösung, 0,02 N (Stammlösung 1N) von Merck Silicon - Entschäumer von Merck

5.1.2 Methodenbeschreibung zur Untersuchung der Kaltwürze

Die Hefeweizensude wurden untersucht, um die Maischarbeit im Sudhaus zu kontrollieren und gegebenenfalls Änderungen bei den gewählten Parametern für die kommenden Sude vor-zunehmen. Bei der Analyse der Kaltwürze werden folgende Werte ermittelt (MEBAK, 1987):

Die Farbe

Zur Ermittlung der Farbe muss die Kaltwürze zunächst mit Hilfe eines Faltenfilters und Kieselgur filtriert werden, um störende Partikel wie Trubteilchen zu entfernen. Anschließend wird die Farbe mit einer Küvette, die eine Schichtdicke von 1cm hat, im Spektralphotometer

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32 gegen den Nullpunkt Wasser gemessen. Ziel ist ein Farbwert der Kaltwürze zwischen 13-15 EBC- Einheiten.

Der pH- Wert

Der pH- Wert wird mit Hilfe des pH- Meters bestimmt. Er ist definiert als der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoffionenkonzentration und soll zu Beginn der Einführung der Weizenbierherstellung in der Kaltwürze zwischen 5,0-5,2 liegen.

Die Bittereinheiten

Nach dem Zentrifugieren (2500 Umdrehungen für 15min) des zu untersuchenden Sudes zur Entfernung störender Partikel werden 10ml der Probe mit 0,5ml HCl (5N) und 20ml Iso- Octan in ein Zentrifugenglas gegeben. Dies wird für 15min bei 260 Schwingungen im Schüttler vermischt. Dabei werden aus der angesäuerten Probe die Bitterstoffe mit Hilfe des Iso- Octans extrahiert. Nach dem Schütteln wird die Probe für 4min bei 3400 Umdrehungen zentrifugiert. Anschließend erfolgt die Messung im Photometer, wobei der Nullpunkt gegen Iso- Octan eingestellt wird.

Die Jodzahl

10ml des zentrifugierten Sudes (2500 Umdrehungen für 15min) werden mit 40ml Ethanol in einem Zentrifugenglas bei 260 Schwingungen für 15min geschüttelt. Anschließend wird die Probe für 5min bei 2500 Umdrehungen zentrifugiert. Das Zentrifugenglas wird nun ausgegossen und mit 20ml destilliertem Wasser aufgefüllt. Es erfolgt eine erneute Zentrifugierung der Probe bei 2500 Umdrehungen für 5min. Abschließend wird die Probe im Photometer gemessen. Die gemessene Extinktion ΔE entspricht der Jodzahl.

Die Stammwürze

Die Kaltwürze wird zur Ermittlung der Stammwürze in einen Standzylinder gefüllt. Anschließend sollte die Bierwürze- Spindel ohne Bildung von Luftbläschen in den Sud eingetaucht werden. Ein eingebautes Thermometer erfasst die Messtemperatur, anhand derer der abgelesene Wert der Stammwürze korrigiert werden kann. Dazu ist eine Skala i.d.R. neben der Temperaturskala angebracht, die entsprechend der Messtemperatur dazu führen kann, dass ein bestimmter Prozentwert vom Ausgangsstammwürzegehalt abgezogen oder addiert werden muss.

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33 375g Würze wird bei der Endvergärung mit 100g Hefe und zwei Tropfen Entschäumer vermengt. Das Gemisch muss nun in ein Gärrohr, das mit einem Gummistopfen verschlossen ist, eingefüllt und mit Alufolie abgedeckt werden. Nach 24 Stunden bei Raumtemperatur ist mit Hilfe einer Spindel unter Berücksichtigung der genauen Messtemperatur der Extraktgehalt in % zu bestimmen. Er entspricht der Endvergärung.

Der Endvergärungsgrad

Mit Hilfe der Stammwürze und dem ermittelten Wert bei der Endvergärung wird der Endvergärungsgrad bestimmt. Hierzu dient im Darguner Labor folgende Formel (Weindl, 2011):

EVG° = 100 · (Stammwürze – Endvergärung) Stammwürze

5.2 Hefezellzahlbestimmung mit Hilfe der Thoma- Zählkammer 5.2.1 Verwendete Materialien

Für die Bestimmung der Hefezellzahl mit Hilfe der Thoma- Zählkammer wurden folgende Geräte und Materialien benutzt:

Lichtmikroskop Leica von Leitz Biomed

Thoma- Zählkammer

Plangeschliffenes Deckglas für Haemacytometer 20x26mm Kapillar- Röhrchen, beidseitig offen

Bechergläser, Pipetten (1 ml, 5 ml),

Für die Verdünnung der Hefesuspensionen wurden folgende Reagenzien verwendet:

Verdünnte Schwefelsäure von Merck (10 Teile Wasser zu 1 Teil 25%ige Schwefelsäure) Wasser

5.2.2 Methodenbeschreibung der Hefezellzahlbestimmung

Die Ermittlung der Hefekonzentration vom Zeitpunkt des Anstellens der Reinzucht bis zum Ende der Gärung dient dem Überwachen der Hefevermehrung und des Hefewachstums und somit der Kontrolle und Beobachtung der Wirkung der eingesetzten Parameter, wie zum Beispiel derer bei der Sudhausarbeit (genügend FAN für Hefewachstum) und der Temperaturführung während der Gärung.

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34 Die Bestimmung der Hefezellkonzentration in der Würze erfolgt mit Hilfe der Thoma- Zählkammer. Eine weitere, aber in der Darguner Brauerei nicht vorhandene Labormethode ist zum Beispiel das Teilchenzählgerät.

Man benötigt für die Auszählung der Hefezellen, wie unter Punkt 5.2.1 beschrieben, ein Mikroskop, eine Thoma- Zählkammer, ein plangeschliffenes Deckglas und diverse Lösungen für die Verdünnung und Zellvereinzelung. (Annemüller, 2004)

Die Thoma- Kammer ist eine geschliffene Platte, auf deren Oberfläche zwei Quadrate mit einer Kantenlänge von jeweils 1mm eingeätzt sind. Diese Quadrate enthalten 16 gleich große Vierecke, die nochmals in 16 kleinere Quadrate unterteilt sind. Sie dienen als Orientierung beim Auszählen der Hefezellen und werden durch eine schmale eingeätzte Hilfslinie begrenzt. Insgesamt befinden sich 400 Kleinquadrate im 1x1mm großen Quadrat. Die Thoma- Kammer wird durch ein plangeschliffenes Deckglas, dessen Abstand zum Kammerboden 0,1mm beträgt, abgedeckt. Das Deckglas hält durch Adhäsion und wird vor der Probeaufgabe auf die Trägerplatte aufgeschoben. Dabei bilden sich „Newtonsche- Ringe“.

Ist die Zellkonzentration in der zu untersuchenden Probe für eine Auszählung zu hoch, muss eine reproduzierbare Verdünnung vorgenommen werden (>55 Zellen pro Quadrat). Der Verdün-nungsfaktor ist nach der Auszählung zu berücksichtigen. Auftretende Sprossverbände sollten für eine optimale Zählung aufgetrennt werden. Dies kann mit verdünnter Schwefelsäure erfolgen (10 Teile Wasser zu 1 Teil konzentrierter Schwefelsäure). (Annemüller, 2004)

Die Probe wird mittels eines Kapillar- Röhrchens, das seitlich an den Rand des Deckgläschens gelegt wird, durch Kapillarwirkung eingezogen und gleichmäßig auf dem Objektträger verteilt. Die Auszählung erfolgt nach einer kurzen Sedimentationszeit der Hefezellen. Es ist eine 400-fache Vergrößerung (Okular x Objektiv: 10x40) zu wählen. Die Aperturblende beim Arbeiten im Hellfeld ist komplett zu öffnen, sodass die Objekte im Licht stehen. Der Kondensor ist am oberen Anschlag und dient der Bündelung der Lichtstrahlen. Abschließend muss der Lichtstärkeregler (A 0.90) auf Maximum eingestellt werden. (Todzy, 2011)

Die Zählung der Hefezellen erfolgt, wie in Abbildung 2 nachvollziehbar, bei den 4 diagonal liegenden mittelgroßen Quadraten, bei denen wiederum nur 10 Kästchen in „Hufeisenform“ auszuzählen sind.

Abbildung

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Referenzen

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