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2. Seminar Hefe und Mikrobiologie in Weihenstephan
Herstellung von alkoholfreiem Weizenbier mit Saccharomycodes
ludwigii
Hubertus Schneiderbanger Tim Meier-Dörnberg
Hubertus Schneiderbanger Folie 2 von 30
1. Allgemeine Marktentwicklungen auf dem Biersektor 2. Qualitätsparameter von alkoholfreiem Weizenbier 3. Mögliche Herstellungsverfahren
1. Verfahren zur Unterdrückung der Ethanolbildung 2. Entalkoholisierung
1. Thermische Verfahren 2. Filtrationsverfahren
3. Herstellung von alkoholfreiem Weizenbier mittels Saccharomycodes Ludwigii
4. Zusammenfassung 5. Produktions-Daten zu den Verkostungen
Inhaltsverzeichnis
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Hubertus Schneiderbanger Folie 3 von 30
Allgemeine Marktentwicklungen auf dem Biersektor
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Quelle: Bayerischer Brauerbund Homepage, 23.8.2013
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Allgemeine Marktentwicklungen auf dem Biersektor
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Quelle: Bayerischer Brauerbund Homepage, 23.8.2013
Hubertus Schneiderbanger Folie 5 von 30
Qualitätsparameter von alkoholfreiem Weizenbier
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Mineralien und Vitamine Einheit Mittelwert aus 20 Bieren
Natrium mg/l 13,83
Kalium mg/l 470,60
Calcium mg/l 50,86
Magnesium mg/l 79,28
Folat (Folsäure, Vitamin B9) µg/100ml 23,39
Vitamin B1 mg/100ml 0,01
Gärungsnebenprodukte Einheit Mittelwert aus 20 Bieren Richtwerte Weizen-Vollbier Acetaldehyd mg/l 2,44 3-12 Ethylacetat mg/l 4,4 20-60 n-Propanol mg/l 2,11 15-30 Butanol mg/l 3,94 10-50 Isoamylacetat mg/l 0,59 2-8 Amylalkohole mg/l 9,53 40-100 4-Vinylguajakol mg/l 1,38 1-4
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Qualitätsparameter von alkoholfreiem Weizenbier
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Qualitätsparameter Einheit Mittelwert aus 20 Bieren
Ethanol ml/100ml 0,38
Extrakt g/100g 5,66
Stammwürze g/100ml 6,40
Kohlendioxid g/100g 0,61
Schaumkennzahl (SKZ) s 120,4
Physiologischer Brennwert kcal/100ml 22,32
Physiologischer Brennwert kJ/100ml 95,35
Osmolalität mosmol/kg 266,5
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Hypertonisch, isotonisch oder hypontonisch
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Hubertus Schneiderbanger Folie 8 von 30
Möglichkeiten zur Unterdrückung der Ethanolbildung:
Kälte-Kontakt-Verfahren Gestoppte Gärung Gärung mit immobilisierten Hefen Gärung mit Saccharomycodes ludwigii
Herstellungsverfahren
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Prinzip: Ausgangssubstrat ist üblicher Weise eine Schankbier-Würze Mittels biologischer Säuerung wird der pH-Wert auf 4,6-4,8
eingestellt Die Würze wird bei 0 bis -2 °C angestellt „Gärung“ ca. 7 Tage unter ständiger Umwälzung
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Kälte-Kontaktverfahren
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Vorteile: Kostengünstig Relativ einfaches Handling Durch die niedrigen Temperaturen vermehrt sich die Hefe nicht, aber sie überlebt und ihr
Enzymsystem ist aktiv Reduzierung der Würzegeschmacksstoffe wie Carbonylverbindungen und
Streckeraldehyde Nachteile: o Süßlicher Würzegeschmack bleibt erhalten o Bier sollte/muss auf Grund der vorhandenen Zucker pasteurisiert werden
Prinzip: Ausgangssubstrat ist ebenfalls eine Schankbier-Würze Würze wird bei 0-4°C angestellt Sobald die Hefe ca. 0,5 Vol.% Alkohol gebildet hat wird die
Gärung durch Tiefkühlung, Filtration oder Zentrifugation gestoppt
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Gestoppte Gärung
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Vorteile: Kostengünstig Relativ einfaches Handling Durch die niedrigen Temperaturen vermehrt sich die Hefe nicht, aber sie
überlebt und ihr Enzymsystem ist aktiv (Reduzierung des Würzegeschmacks) Hefe bildet mehr Gärungsnebenprodukte als beim Kälte-Kontaktverfahren Nachteile: o Süßlicher Würzegeschmack bleibt ebenfalls erhalten o Bier sollte/muss auf Grund der vorhandenen Zucker pasteurisiert werden
Prinzip: Ausgangssubstrat ist normaler Weise eine Schankbier-Würze Hefe ist auf keramischen, gläsernen Trägermaterialien oder auf
Calciumalginat-Kugeln immobilisiert Kontaktzeit der Hefe mit der Würze ca. 5- 20 Stunden
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Gärung mit immobilisierter Hefe
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Vorteile: Durch die niedrigen Temperaturen vermehrt sich die Hefe nicht, aber sie
überlebt und ihr Enzymsystem ist aktiv Kontinuierliche Systeme bieten bei voller Auslastung Kostenvorteile Nachteile: o Anschaffungskosten für kontinuierliches System o Süßlicher Würzegeschmack bleibt ebenfalls erhalten o Bier sollte/muss auf Grund der vorhandenen Zucker pasteurisiert werden
Hubertus Schneiderbanger Folie 12 von 30
Möglichkeiten zur Entalkoholisierung: 1. Thermische Verfahren
(Atmosphärische Abdampfung) Fallstromverdampfer Zentrifugalverdampfer Vakuumrektifikation Spinning Cone Column
2. Membrantrennverfahren
Dialyse-Verfahren Umkehrosmose
(3. Hochdruckextraktion)
Herstellungsverfahren
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Prinzip: Ausgangssubstrat ist üblicher Weise eine Vollbier-Würze Durch senkrechte Verdampfungsflächen wird ein dünner Bier-Film
verdampft System unter Druck Rohrlänge bis zu 10 m Durch eine Rektifikation kann die wasserdampfflüchtige Fraktion dem
Bier wieder zugeführt werden Mit einer dreistufigen Anlage ist ein Alkoholgehalt nach
Herstellerangaben von bis 0,0 Vol.% erreichbar
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Entalkoholisierung mittels Fallstromverdampfung
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
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Entalkoholisierung mittels Dünnschicht- bzw. Fallstromverdampfung
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Vorteile: Bei Mehrfach-Destillation ist der Alkoholgehalt variabel Aromakomponenten können dem Bier nachträglich
wieder zugeführt werden Biere besitzen keinen Würze-Charakter Geringe Produktschädigung durch Hitzeeinwirkung (T<
40°C) Möglichkeit der Brüdenkondensat-Rückführung (Aroma) Auch hefe-trübe Biere können entalkoholisiert werden Keine beweglichen Teile Nachteile: o Hoher Kostenaufwand bei der Anschaffung o Höhere laufende Betriebskosten durch
Energieverbrauch o Biere können etwas leer schmecken o Auch Ester und höhere Alkohole verdampfen mit Quelle: http://www.gea-wiegand.de
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Entalkoholisierung mittels Membrantrennverfahren
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Dialyseverfahren: Entalkoholisierung an einer semipermeablen Membran und durch einen
Konzentrationsunterschied im Ethanol Gehalt Im Regelfall im Crossflow-Prinzip Abtrennung abhängig von der Porengröße der Membran und der
Fließgeschwindigkeit Umkehrosmose: Spezielle Art der Dialyse, bei der nur Wassermoleküle die Membran
passieren können Es wird mit hohem Druck durch Trennmodule gefahren (35 bis 45 bar) Ethanol wird somit entgegen den osmotischen Druck durch
semipermeable Membran gedrückt Membrane als Flachmembrane oder Wickelmembrane aus Cellulose-
Acetat, Polysulfon oder Polymethylsiloxan Temperaturen 7-13 °C
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Entalkoholisierung mittels Membrantrennverfahren
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Quelle: Invensys Process Systems Vortrag, Ort und Datum unbekannt
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Entalkoholisierung mittels Membrantrennverfahren
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Vorteile: Sehr Produkt-schonendes Verfahren
auf Grund der niedrigen Temperaturen Flexible Steuerung des Alkoholgehalts
durch verschneiden oder Porengrößen der Membran
Nachteile: o Anschaffungskosten o Laufende Kosten durch
Energieverbrauch o Dialyseverfahren eignet sich eher zur
Herstellung alkoholarmer Biere, da Konzentration < 0,5%Vol. zeit- und kostenintensiv ist (Rektifikationsanlage nachschalten)
o Umkehrosmose ist dagegen geeignet o Auch höhere Alkohole und Ester
diffundieren auf die Permeat-Seite
Quelle: www.alfalaval.com
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Charakterisierung von Saccharomycodes ludwigii Hefestamm, der Paarweise oder in
Gruppen auftritt Verstoffwechselt nur Glucose, Fructose
und Saccharose So lassen sich je nach
Stammwürzegehalt alkoholarme oder alkoholfreie Biere herstellen
Gärtemperaturen 15-20°C Alkoholgehalt < 0,5 %Vol. bei einer
Stammwürze von ca. 7 °P, je nach Zuckerzusammensetzung und Maischverfahren
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Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii
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Saccharomycodes ludwigii
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Vorteile: Weniger „Würze-Flavour“ als bei gestoppten Gärungen o.ä. Keine oder nur sehr geringe Anschaffungskosten für notwendige
Anlagen Laufende Kosten äußerst gering Keine große technologische Umstellung in der Brauerei notwendig Nachteile und Schwierigkeiten: o „Gutes Wachstum“ von Würzebakterien möglich, da keine Alkohol-
Barriere o Kreuzkontaminationen mit Kulturhefen sind leicht möglich o Wilde Hefen können sich wesentlich leichter entwickeln: Äußerst
sauberes Arbeiten ist Grundvoraussetzung!!! o KZE oder Pasteurisation sind erforderlich
Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii
Hubertus Schneiderbanger Folie 20 von 30
Versuchsgärungen mit Saccharomycodes ludwigii bei variierender Produktion: 1. Würze mit 12,8°P bei einer Gärtemperatur von
20°C mit einer Anstellzellzahl von 8 Mio./ml und anschließendem Blending auf 0,45 %Vol.
2. Würze mit 12,8°P bei einer Gärtemperatur von 15°C mit einer Anstellzellzahl von 8 Mio./ml und anschließendem Blending auf 0,45 %Vol.
3. Würze mit 7°P (von gleicher Ausgangswürze) bei einer Gärtemperatur von 20°C
4. Würze mit 7°P (von gleicher Ausgangswürze) bei einer Gärtemperatur von 15°C
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Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii
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Konzentrationen an VDKs bei unterschiedlichen Herstellungsweisen:
Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii
Hubertus Schneiderbanger Folie 22 von 30
Konzentrationen an Gärungsnebenprodukten bei unterschiedlichen Herstellungsweisen:
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Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii
Hubertus Schneiderbanger Folie 23 von 30
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Vergleich der gebildeten VDKs bei unterschiedlichen Herstellungsweisen:
Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii
Hubertus Schneiderbanger Folie 24 von 30
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Vergleich der gebildeten Gärungsnebenprodukte bei unterschiedlichen Herstellungsweisen:
Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii
Hubertus Schneiderbanger Folie 25 von 30
Produktion alkoholfreier Biere mittels Saccharomycodes ludwigii
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Alkohol-Bildungsverlauf während der Hauptgärung:
Hubertus Schneiderbanger Folie 26 von 30
Produktion alkoholfreier Bier mittels Saccharomycodes ludwigii
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Zuckerverwertung von Saccharomycodes ludwigii:
Hubertus Schneiderbanger Folie 27 von 30
Produktion alkoholfreier Bier mittels Saccharomycodes ludwigii
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Sensorische Bewertung nach DLG-Schema
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Produktion alkoholfreier Bier mittels Saccharomycodes ludwigii
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Sensorische Bewertung nach Rangordnung
Hubertus Schneiderbanger Folie 29 von 30
Zusammenfassung der Gärversuche: Schwierigkeiten bei der Propagation der Hefe, da nur
spezifische Zucker verwertet werden => Hefezellzahl ist schwieriger zu erreichen
Mikrobiologisch sauberes Arbeiten ist extrem wichtig!!! Sensorisch waren alle Biere sehr gut Tendenziell schnitt das 12°P Bier bei einer
Gärtemperatur von 20°C mit anschließendem Blending am besten ab
Produktion alkoholfreier Bier mittels Saccharomycodes ludwigii
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Hubertus Schneiderbanger Folie 30 von 30
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit
Forschungszentrum Weihenstephan für Brau- und Lebensmittelqualität
Hubertus Schneiderbanger Alte Akademie 3 85354 Freising-Weihenstephan Telefon: +49 (0) 8161 / 71- 3588 Telefax: +49 (0) 8161 / 71- 4181 E-Mail: [email protected] www.blq-weihenstephan.de