Die alkoholische Gärung unter verschiedenen

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Maturaarbeit 2006
Andreas Büchler
DIE ALKOHOLISCHE GÄRUNG
UNTER VERSCHIEDENEN
UMWELTPARAMETERN AM
BEISPIEL DER BIERHERSTELLUNG
Die alkoholische Gärung unter verschiedenen Umweltparametern am Beispiel der Bierherstellung
1
Inhaltsverzeichnis
Vorwort ................................................................................................................................... 3
1
Geschichte ...................................................................................................................... 4
2
Braurohstoffe.................................................................................................................. 5
2.1
2.1.1
Malz...................................................................................................................... 5
2.1.2
Mälzung................................................................................................................ 6
2.1.3
Weitere vergärbare Rohstoffe .............................................................................. 7
2.2
4
Rohstoff Hopfen ....................................................................................................... 7
2.2.1
Bitterstoffe: ........................................................................................................... 8
2.2.2
Aromastoffe:......................................................................................................... 9
2.2.3
Gerbstoffe: ........................................................................................................... 9
2.3
Brauwasser ............................................................................................................ 10
2.4
Hefe ....................................................................................................................... 10
2.4.1
3
Rohstoff Getreide..................................................................................................... 5
Wiederverwendung von Hefe............................................................................. 11
Brauvorgang ................................................................................................................. 12
3.1
Schroten................................................................................................................. 12
3.2
Maischen................................................................................................................ 13
3.2.1
Enzyme .............................................................................................................. 13
3.2.2
Einmaischen....................................................................................................... 14
3.2.3
Maischprogramme und Maischverfahren........................................................... 15
3.2.4
Abmaischen ....................................................................................................... 16
3.3
Läutern................................................................................................................... 17
3.4
Bestimmung des Extraktgehalts mit der Bierspindel.............................................. 18
3.5
Würzekochen ......................................................................................................... 19
3.5.1
Hopfenzugabe.................................................................................................... 20
3.5.2
Hopfenseihen und Würzekühlung ...................................................................... 21
Gärung........................................................................................................................... 22
4.1
Alkoholbildung........................................................................................................ 22
4.2
Einstellen der Stammwürze ................................................................................... 23
4.3
Gärtemperatur........................................................................................................ 24
4.4
Verlauf der Gärung ................................................................................................ 24
4.4.1
Hauptgärung ...................................................................................................... 25
4.4.2
Nachgärung........................................................................................................ 26
4.5
Bestimmung des Alkoholgehalts............................................................................ 27
5
2
Versuche ....................................................................................................................... 28
5.1
CO2-Entwicklung bei verschiedenen Wassersorten............................................... 28
5.2
CO2-Entwicklung bei verschiedenen Temperaturen .............................................. 30
5.3
CO2-Entwicklung bei verschiedenen Hefen ........................................................... 33
Nachwort .............................................................................................................................. 34
Literaturverzeichnis............................................................................................................. 35
Abbildungsverzeichnis ....................................................................................................... 36
Tabellenverzeichnis............................................................................................................. 36
3
Vorwort
Bier, ein Getränk, das man überall kennt. Es gibt unzählige verschiedene Geschmacksrichtungen, die das Bier zu einem abwechslungsreichen Genussmittel machen. Schon die Ägypter haben bierähnliche Getränke zu sich genommen.
Doch ist das ganze Gemisch aus ein paar wenigen Zutaten eine Hexerei zum selber Machen? Zuerst dachte ich nie daran, dass man bei sich zu Hause sein eigenes Bier brauen
kann. Doch als mir das ein Heimbrauer zeigte, war ich derart begeistert, dass ich selber angefangen habe zu brauen. Was viele nicht wissen, es gibt weit aus mehr verschiedene Biere,
als man hier bei uns kaufen kann. Heimbrauer tragen dem Rechnung und produzieren eine
Vielfalt von ganz unterschiedlichen Bieren.
Bei der Gärung setzt sich CO2 frei. Ich untersuchte während meiner Arbeit, ob sich die CO2
Menge bei verschiedenen Temperaturen, Wassersorten und verschiedenen Hefen verändert.
Mit relativ einfachen Messmethoden begann ich das Ganze zu untersuchen.
Wie kann überhaupt der Alkoholgehalt festgestellt werden?
Rechtliche Grundlagen zur Bierherstellung in der Schweiz:
Heimbrauer brauchen keine Bewilligung, müssen keine Steuern entrichten und müssen sich
nicht an die Lebensmittelverordnung halten, solange sie ihr Bier nicht verkaufen.
Zum Thema Bierbrauen gibt es unzählige Bücher, für meine Arbeit habe ich mich hauptsächlich an den Büchern Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer von Richard Lehrl und Bier
Brauen nach eigenem Geschmack von Hanghofer Hubert orientiert.
An dieser Stelle möchte ich mich bei folgenden Personen bedanken:
Herrn Lukas Mosimann, für die grossartige Unterstützung rund um das Brauen
Herrn Stefan Engl, für den Einblick in die kleinste Brauerei der Schweiz
Herrn Wolfgang Schatz, für die Betreuung bei der Maturaarbeit
4
1 Geschichte
Man nimmt an, dass bereits um 7000 v. Chr. in Vorderasien aus verschiedenen Getreidearten, bierähnliche Getränke hergestellt wurden. In der Gegend des heutigen Iraks, fand man
auf einer Tontafel aus der Zeit um 4000 v. Chr. ein „Rezept“ zur Bierherstellung. Der Grundstoff war Emmer, eine Urform des Weizens. Da Reste vom Brauen noch dabei waren, wurden die Biere mit Halmen getrunken. Bier galt auch als Zahlungsmittel und die Priester wurden für ihre Dienste mit bis zu fünf Kannen Bier belohnt. Die Ägypter erfanden um 2000 v.
Chr. das Mälzen. Die Babylonier brauten und verkauften 20 verschiedene Biere.
Bei den Germanen wurde Bier zu einem wichtigen Produkt, während man in Griechenland
Bier nur für die armen Leute braute, weil die Reichen Wein bevorzugten. Der Kaiser Julius
Caesar brachte die Braukunst und das Bier nach England.
Während es um 700 n. Chr. noch Aufgabe der Frauen war, begann man um 1000 n. Chr.
auch in den deutschen Klöstern zu brauen. Das Bier durfte auch während der Fastenzeit
getrunken werden, da Flüssiges nicht das Fasten bricht. An Stelle von Eschenlaub oder Eichenrinde verwendete man nun Hopfen. Um 1500 wurde Bier in Deutschland zu einer wichtigen Handelsware.
23.04.1516
Das ist ein wichtiges Datum in der Biergeschichte. An diesem Tag hatte Herzog Willhelm IV.
von Bayern das Reinheitsgebot erlassen. Darin wird festgehalten, dass zum Brauen nur
Gerste, Wasser und Hopfen verwendet werden darf. Weizen durfte nur noch zur Brotherstellung verwendet werden.
Die Industrialisierung setzte sich um 1800 auch in den Brauereien durch. Die Dampfmaschine vereinfachte vieles beim Brauprozess. Carl Balling hatte eine Messmethode zur Extraktbestimmung erfunden und Fritz Plato entwickelte später dieses System weiter. Bier wurde im
Jahre 1873 während der Gärung erstmals aktiv gekühlt. Somit konnte man von jetzt an untergärige Biere während des ganzen Jahres brauen. Louis Pasteur machte es auch bei der
Bierherstellung möglich, steriler zu arbeiten.
Die Brauerei Schwechat bei Wien war um 1900 die grösste der Welt und produzierte 1 Million Hektoliter Bier pro Jahr.
Seit 1987 darf in Deutschland auch ausländisches Bier, das nicht nach dem Reinheitsgebot
gebraut wurde, verkauft werden.
5
2 Braurohstoffe
Die wichtigsten Rohstoffe zum Bierbrauen sind Getreide, Wasser und Hopfen. Getreide
besteht hauptsächlich aus Stärke, Enzyme wandeln diese in Zucker um. Der Hopfen gibt
dem Bier den Geschmack und die Bittere.
2.1
Rohstoff Getreide
Für die Bierherstellung verwendet man meistens Gerste, aber auch andere Getreide und
stärkehaltige Produkte, wie z.B. Kartoffeln oder Reis sind möglich. Für die Herstellung von
Bier wird eine spezielle Braugerste gezüchtet. Das Getreide ist für die Farbe, den Geschmack und den Alkoholgehalt verantwortlich und man benötigt 150-200g für einen Liter
Bier. Wenn das Getreide noch geröstet wird, erhält man ein dunkleres und geschmacksintensiveres Bier. Ein zu hoher Eiweissgehalt im Getreide mindert die Haltbarkeit des Bieres
und kann zu Trübungen führen, ein zu tiefer Gehalt kann die Gärung stören, da Eiweiss auch
Nahrung für die Hefe ist.1
Die Braugerste muss trocken und kühl (bei ca. 18 °C) gelagert werden, da sie sonst zu keimen anfängt.
Die Samenschale sowie die Spelzen bestehen hauptsächlich aus Zellulose. Sie schützen
das Gerstenkorn gegen Bakterien und andere Angriffe. Zwischen der Schale und dem Mehlkörper ist die Aleuronschicht (Kleberschicht), die aus Eiweiss und Fetten besteht. Im Innersten ist der Mehlkörper, der Energiespeicher, der die Stärke enthält. Wenn der Keimling anfängt zu wachsen, setzt er Enzyme frei, welche die Stärke in Zucker umwandeln. Für die
Bierherstellung ist der Keimling wichtig und darf deshalb nicht geschädigt sein.
2.1.1 Malz
Bier kann man mit einer Malzart oder mit verschiedenen Malzarten hergestellt werden. Das
wirkt sich auf Farbe und Geschmack aus. Die Gesamtheit aller vergärbaren Grundstoffe wird
vom Bierbrauer als Schüttung bezeichnet.
1
Diese Aussage wurde nur in der folgenden Quelle gefunden: Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den
Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 15.
6
Abb. 2: Malz 2
Abb. 1: Gerstenfeld 1
2.1.2 Mälzung
Für die Bierherstellung wird Zucker benötigt. Diesen gewinnt man aus der Stärke im Getreide. Da die Stärke nicht direkt in Zucker umgewandelt werden kann, muss das Getreide zuerst gemälzt werden. Die Mälzung hat zwei Ziele:
-
Enzyme bilden, die Stärke in Zucker umwandeln
-
Die Wände der Stärkezellen abbauen, da diese die Stärke schützen
Das Gerstenkorn erledigt diese Arbeit im Frühjahr, wenn es auszutreiben beginnt. Die Mälzung ist lediglich eine künstlich eingeleitete Keimung.
Die Bierbrauer kaufen normalerweise bereits gemälzte Gerste, da die Mälzung eine komplexe Angelegenheit ist und man spezielle Maschinen dafür benötigt.
Die Art der Mälzung bestimmt die Farbe und den Geschmack des Malzes. In Europa verwendet man für die Farbe die EBC (European-Brewing-Convention) Einheit und in den USA
die Einheit SRM (Standard Reference Method). Je höher der Wert ist, desto dunkler ist die
Farbe des Bieres.
Umrechnungsformeln:
EBC = SRM × 1.97
1
SRM =
EBC
1.97
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Gerste.jpg
Eigenes Bild
3
Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000. S. 18.
2
3
7
EBC-Farbentabelle:
Farbeindruck
Hell
Gold - Orange
Bernstein - Amber
Kupfer
Braun
Schwarz
Tabelle 1 1
EBC Farbe
4-8
8-12
12-20
20-35
35-60
>60
Die Farbe des Bieres wird aber nicht allein durch das Malz bestimmt, auch das Brauen kann
die Farbe noch beeinflussen.
2.1.3 Weitere vergärbare Rohstoffe
Nicht überall wird nach dem Reinheitsgebot gebraut, denn Malz aus Gerste herzustellen ist
ein aufwändiges und teures Verfahren. Daher kommen auch andere Rohstoffe zum Einsatz.
In China enthält das Bier einen Grossteil an Reis, der eine hellere Farbe und einen dünneren
Geschmack bewirkt. In den USA bestehen die Rohstoffe bis zu 50% aus Mais, weil er billiger
als Gerstenmalz ist. Weizenbiere enthalten mindestens 50%, jedoch maximal 70% Weizen,
da es sonst beim Abläutern Probleme gibt (Teigbildung).
2.2
Rohstoff Hopfen
Der Hopfen, der zur Familie der Hanfgewächse gehört, ist ein weiterer Rohstoff für die Bierherstellung. Er gibt dem Bier den ausschlaggebenden Geschmack. Seine Wirkung ist beruhigend sowie schlaffördernd. Man verwendet die Hopfendolden der weiblichen Pflanzen.
1
Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München, 1999, S. 75.
8
Abb. 3: Bild eines Hopfendolden 1
Im Hopfen gibt es drei Inhaltsstoffe, die Bitter-, Aroma und Gerbstoffe. Im Weichharz der
Doldenblätter bildet sich Hopfenmehl (Lupulin). In ihm befinden sich die Aromastoffe (ätherischen Öle), sowie die Bitterstoffe. Die Gerbstoffe kommen in den Hopfenstielen vor. Er erhöht auch die Haltbarkeit des Bieres, stabilisiert den Schaum und klärt das Bier. Wichtige
Hopfenanbaugebiete findet man in Deutschland. Bekannt sind der Tettnanger und der Hallertauer Hopfen. Die verschiedenen Hopfensorten unterscheiden sich durch ihre α-Säuren, die
für die Bitterkeit verantwortlich sind, sowie durch ihre flüchtigen Öle, die dem Bier den typischen Geschmack geben. Für die Auswahl des Hopfens, wird der Anteil an α-Säuren prozentual zum Gewicht angegeben (1,5-15%).
2.2.1 Bitterstoffe:
Die Bittersäuren und die Harze hemmen das Bakterienwachstum.
α-Säuren = Humulone
Abb. 4: Strukturformel der α-Säure 2
1
2
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/b/b8/Hopfenbl%C3%BCte.jpg
http://www.genome.jp/Fig/compound_small/C10695.gif
9
β-Säuren = Lupulone
Abb. 5: Strukturformel der β-Säure 1
Insgesamt gibt es vier Säuregruppen mit je fünf Säuren, die die gleiche Molekülgrundstruktur
haben und sich lediglich in den Seitenketten unterscheiden.
In Europa verwendet man für die Bitterkeit des Bieres das Mass EBU (European Bittering
Unit). Vereinzelt wird dieses Mass auch als IBU (International Bittering Unit) bezeichnet.
Typische EBU Werte:
Biersorte
Weizenbier
Amerikanisches Budweiser
Märzen
Pils
Tschechisches Budweiser
Irische Stouts
Tabelle 2 2
Bitterkeit (EBU)
8-15
11-15
18-25
30-45
ca. 30
bis 65
2.2.2 Aromastoffe:
Die flüchtigen Öle geben den Hopfendolden mit ihrem Anteil von 0.3-1.5% das charakteristische Aroma.
Der Hopfen soll kühl und in luftdichter Verpackung gelagert werden, denn sonst können die
Bittersäuren sowie die Aromastoffe oxidieren und verlieren dadurch ihre Wirkung.
2.2.3 Gerbstoffe:
Die Gerbstoffe beeinflussen den Geschmack des Bieres, bewirken eine hellere Farbe und
verbessern die Lagerfähigkeit.
1
2
http://www.genome.ad.jp/Fig/compound/C10706.gif
Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 30.
2.3
10
Brauwasser
Bier besteht zu 90 – 95% aus Wasser. Es gibt verschiedenen Faktoren, auf die man beim
Wasser achten muss: Qualität, Wasserhärte und pH-Wert. Vor dem Brauen muss das Wasser zuerst untersucht werden.
Einige Wasserwerke setzen dem Wasser Chlor hinzu, um es zu entkeimen. Bei intensivem
Chlorgeruch muss das Wasser vorher abgekocht werden, damit sich das Chlorgas verflüchtigt, ansonsten kommt es zu einer Reaktion mit dem Hopfen.
Nitrate gelangen durch das Düngen der Wiesen ins Wasser und würden die Hefe schädigen.
Durch bakterielle Umwandlung im Wasser können sie zu Nitrit werden, das krebserregend
ist.
Die Konzentration der im Wasser gelösten Calcium- und Magnesiumionen wird als Wasserhärte bezeichnet und mit dem Deutschen Härtegrad (°dH) angegeben.
1 °dH = 1 Liter Wasser mit 10 mg Calciumoxid (CaO, gebrannter Kalk) 1
Bei einem Härtegrad von weniger als 8 °dH spricht man von weichem Wasser, bei mehr als
12 °dH von hartem Wasser.
2.4
Hefe
„Das Malz verleiht dem Bier Körper,
der Hopfen gibt ihm die Seele,
die Hefe aber bestimmt den Charakter!“ 2
Die Hefe ist ein einzelliger Pilz und gehört zur Familie der Saccharomyceten. Der Brauer
stellt lediglich die Flüssigkeit her, die mit Hilfe der Hefe zu Bier wird. Man unterscheidet zwischen ober- und untergäriger Hefe. Untergärige Hefen sind einzellige Sporen, obergärige
reihensporig, was sie eher schwimmen lässt. Die ideale Gärtemperatur für die obergärige
Hefe ist ca. 15-20 °C und man verwendet sie für Weizen-, Altbier und Ale. Die aufsteigende
Hefe bildet zudem einen Schutz gegen Bakterien aus der Luft. Heute verwenden die Brauereien zu 80-90% untergärige Hefe mit einer idealen Gärtemperatur von ca. 10 °C. Früher
wurden die untergärigen Biere von Oktober bis April hergestellt. Das Bier für das Oktoberfest
wurde jeweils im März gebraut und daher entstand der Name Märzenbier. Mit untergäriger
Hefe erhält man ein frischeres, spritzigeres und länger haltbares Bier. Die Hefe zerlegt den
gewonnenen Zucker aus dem Getreide in Alkohol und CO2. Im Innern aber laufen weit umfassendere Vorgänge ab, die bis heute nicht alle erforscht und begründet sind. Dabei entste1
2
11
hen noch weitere Stoffe, die den Geschmack und die Qualität beeinflussen. Da die Hefe ein
Organismus ist, kann sie nicht beliebig oft verwendet werden und hat besondere Ansprüche.
Bei Temperaturen unter 4 °C kommt ihre Aktivität zum Erliegen, bei Temperaturen über 30
°C stirbt sie. Louis Pasteur hatte bemerkt, dass die Hefe sowohl unter anaeroben wie auch
unter aeroben Bedingungen leben kann. Je mehr Sauerstoff in der Würze vorhanden ist,
desto mehr kann sie sich vermehren. Daher wird zur Würze am Schluss viel Sauerstoff gegeben. Unter günstigen Bedingungen (genügend Nährstoffe), vermehrt sie sich durch Zellteilung. Sonst bildet sie Sporen, die sogar Frost überstehen und die später unter besseren Bedingungen wieder Zellen bilden.
Abb. 6: Hefezellen unter dem Mikroskop 1
Die Brauereien filtrieren das Bier, nachdem die Gärung vollendet ist und entfernen so die
Hefe. Heimbrauer lassen diesen Schritt aus, da es ein zu aufwändiges und zu teures Verfahren ist. Unfiltriertes Bier wird als naturtrüb bezeichnet.
2.4.1 Wiederverwendung von Hefe
Es wird zwar empfohlen, immer frische Hefe zu verwenden, denn durch jede Wiederverwendung verschlechtern sich die Hefeeigenschaften sowie die Reinheit. Dennoch verwenden
viele Brauer die gleiche Hefe mehrmals zur Gärung. In England wird sie bis zu 24 Mal wiederverwendet. Die Hefe wird in einer Flasche im Kühlschrank aufbewahrt, denn bei Zimmertemperatur würde sie arbeiten.
1
12
3 Brauvorgang
Den gesamten Brauvorgang habe ich einige Male durchgeführt und nachfolgend dokumentiert. Ungefähr das gleiche Brauverfahren wenden auch die Brauereien an.
Übersicht über alle Schritte beim Brauen:
Abb. 7: Flussdiagramm der Bierherstellung 1
3.1
Schroten
Das Wasser hat fast keinen Zugang zum Mehlkörper des Malzes. Demzufolge müssen die
Malzkörner zerkleinert werden, was als Schroten bezeichnet wird. Dabei sollten die Spelzen
nicht zu stark beschädigt werden, weil sie später beim Läutern als Filter wirken sollten und
die Schwebstoffe der Würze zurückhalten müssen. Das Malz sollte erst kurz vor dem Brauen
geschrotet werden, weil geschrotetes Malz schlechter haltbar ist.
1
Eigenes Bild
13
Abb. 8: Schrotmühle 1
3.2
Maischen
Maischen ist ein ausschlaggebender Schritt bei der Bierherstellung. Das geschrotete Malz
besteht immer noch zum grossen Teil aus unvergärbarer und wasserunlöslicher Stärke.
Durch die Mälzung entstanden Enzyme, die Stärke in Zucker umwandeln können. Das Maischen aktiviert diese Enzyme. Das geschrotete Malz wird zunächst in eine Pfanne (Maischbottich) gegeben und mit Wasser vermischt. Es gibt verschiedene Maischverfahren, die weiter unten beschrieben werden.
Abb. 9: Maischbottich 1
Abb. 10: Maische 1
3.2.1 Enzyme
Enzyme sind von lebenden Organismen gebildete Eiweissstoffe. Sie können nur eine chemische Reaktion beeinflussen. Jedes Enzym hat einen optimalen Arbeitsbereich, ein so genanntes Temperaturfenster. Ist die Temperatur zu tief, ist das Enzym nicht voll aktiv, ist sie
1
Eigene Bilder
14
zu hoch, wird es geschädigt. Der Brauer kann durch die Steuerung der Maischtemperatur
und -dauer bestimmen, welches Enzym wie lange aktiv bleiben soll. Dadurch wird bestimmt,
wie viel unvergärbare Zucker die Würze enthält, ob das Bier mehr oder weniger süss wird.
Von den vielen Enzymen sind zwei Gruppen von grosser Bedeutung:
-
Proteasen spalten die langkettigen Eiweissstoffe in Bruchstücke, die für die Schaumstabilität und die Gärung von Vorteil sind.
-
Amylasen zerteilen die langen Stärkeketten in Zucker. α-Amylase und β-Amylase
sind zwei wichtige Varianten.
Die α-Amylase spaltet die Ketten der Amylose willkürlich auf, dadurch entsteht ein nicht vergärbarer Zucker (Dextrine). Ihre beste Wirkung erreicht sie bei einer Temperatur von 72-75
°C. Ab 78 °C werden die Enzyme geschädigt.
Die β-Amylase spaltet die Ketten von ihren Enden her auf. Dadurch entsteht vergärbarer
Malzzucker (Maltose). Ihre optimale Temperatur liegt bei 60-65 °C. Ab 70 °C tritt eine Schädigung auf.
3.2.2 Einmaischen
Malz wird mit Wasser vermischt. Diesen Vorgang nennt man Einmaischen. Es wird nicht die
ganze Wassermenge am Anfang dazugegeben, sondern in Hauptguss für das Einmaischen
und in Nachguss für das Abläutern aufgeteilt. Zudem muss berücksichtigt werden, dass
durch das ständige Kochen einige Liter Wasser verdampfen und Wasser im Malz zurück
bleibt. Deshalb wird ungefähr 10-15% mehr Wasser benötigt. Typische Mengen für den
Hauptguss lassen sich aus der Tabelle 3 entnehmen.
Zieltemperatur
(°C)
35
50
62
70
Tabelle 3 1
Benötigte Wassertemperatur (°C) bei einem Wasser-Malz-Verhältnis von
1.5 l/kg
2 l/kg
2.5 l/kg
3 l/kg
3.5 l/kg
40
39
38
37
37
60
57
56
55
54
76
72
70
69
68
87
82
80
78
77
Da Maischgefäss und Schüttung kälter als die Einmaischtemperatur sind, muss die Wassertemperatur höher angesetzt werden als die gewünschte Zieltemperatur.
1
15
3.2.3 Maischprogramme und Maischverfahren
Man unterscheidet zwischen Maischprogrammen und Maischverfahren. Das Maischprogramm beschreibt den Verlauf der Temperatur vom Einmaischen bis zum Abmaischen. Das
Maischverfahren beschreibt die Art, wie die Temperaturänderungen herbeigeführt werden.
In der Tabelle 4 sind die Temperaturen für die einzelnen Rasten und ihre Enzymwirkung zusammengefasst.
Temperatur
35 °C
45 °C
50 °C
55 °C
60-65°C
70 °C
72-75 °C
78-79 °C
80 °C
Tabelle 4 1
Wirkung
Hier erfolgt manchmal das Einmaischen. Zytolytische Enzyme beginnen die
Zellwände zu zerlegen, was eine höhere Ausbeute beim Läutern ergibt. Für
den Heimbrauer ist diese Temperaturstufe von geringer Bedeutung.
Untere Temperaturgrenze für die Eiweißrast. Es werden hauptsächlich gärungsfördernde Eiweiße gebildet.
Übliches, ausgewogenes Temperaturoptimum für die Eiweißrast.
Obere Temperaturgrenze für die Eiweißrast. Es werden hauptsächlich
schaumstabilisierende Eiweiße gebildet.
Optimaler Bereich für die Aktivität von β-Amylase. Stärke wird hauptsächlich
in vergärbare Zucker zerlegt.
Protease, das bei der Eiweißrast aktive Enzym, wird bereits geschädigt.
β-Amylase wird geschädigt.
Optimaler Bereich für die Aktivität von α-Amylase. Stärke wird hauptsächlich
in nicht vergärbare Zucker zerlegt. Ein Bier, das ausschließlich bei dieser
Temperatur gemaischt würde, wäre sehr süß, jedoch relativ alkoholarm.
Typische Temperatur für das Abschließen des Maischens und den Beginn
des Läuterns.
α-Amylase wird geschädigt.
Es werden nicht immer sämtliche in der Tabelle beschriebenen Rasten durchgeführt. Einzelne Rasten können ausgelassen oder mehrere zusammengefasst werden.
Es gibt mehrere Verfahren, wie man zu den verschiedenen Rasttemperaturen gelangt. Es
gibt keine eindeutige Festlegung, welches Verfahren wann angewendet werden soll, dies
bleibt dem Brauer freigestellt.
Infusionsverfahren
Infusion kommt aus dem Lateinischen und bedeutet „einfüllen, eingiessen“. Dieses Verfahren
wird heute nicht mehr industriell angewendet. Beim Infusionsverfahren wird solange heisses
Wasser eingefüllt, bis die nächste Temperaturstufe erreicht ist. Der Vorteil liegt darin, dass
es einfach zu handhaben ist, da nur Wasser erhitzt werden muss und nicht die Maische, was
ein Anbrennen verhindert. Ein Nachteil ist, dass mit jeder Temperaturerhöhung neues Wasser eingegossen werden muss. Dadurch kann die Maische zu dünnflüssig werden, deshalb
1
16
sollte dieses Verfahren nur bei Maischprogrammen mit wenigen Rasten angewendet werden.
Anwärmverfahren
Beim Anwärmverfahren wird die ganze Maische bis zur nächsten Temperaturstufe erhitzt.
Die Brauereien wenden zunehmend dieses Verfahren an. Das Anwärmverfahren hat den
Vorteil gegenüber dem Infusionsverfahren, dass die Wassermenge für den Hauptguss ausgerechnet werden kann und fix bleibt. Die Gefahr beim Anwärmverfahren liegt darin, dass
die Maische anbrennen kann oder dass die Heizquelle eine zu geringe Leistung hat. Voraussetzung ist mindestens 1 °C je Minute.
Dekoktionsverfahren
Dekoktion stammt ebenfalls aus dem Lateinischen und bedeutet „gar kochen“. Bei diesem
Verfahren wird ein Teil der Maische entnommen, auf eine höhere Temperatur erhitzt und
wieder zurückgeleert. Die Zieltemperatur der gesamten Maische wird so erreicht, aber es
wird dafür kein zusätzliches Wasser benötigt. Auswirkungen:
-
Durch das Kochen kommen die Enzyme besser an die Stärke der Mehlkörper, da die
Zellwände zerstört werden.
-
Es werden mehr Geschmackstoffe aus dem Malz gelöst.
-
Das Kochen der Teilmaische bewirkt, dass das Bier dunkler wird.
-
Durch das Kochen werden die Enzyme der Teilmaische zerstört, was ein Nachteil
des Dekoktionsverfahren ist.
Für untergärige Biere wurde früher, im deutschsprachigen Raum, meistens das Dekoktionsverfahren angewendet.
3.2.4 Abmaischen
Nach der α-Amylaserast beginnt man nicht sofort mit dem Abläutern, sondern erhöht die
Temperatur auf max. 78 °C. Dadurch wird die Maische dünnflüssiger und kann leichter geläutert werden. Die β-Amylase wird zudem vollständig gestoppt, während die α-Amylase aber
noch weiterläuft. Das heisst, allfällige Stärkereste werden noch in unvergärbaren Zucker umgewandelt, vergärbarer Zucker wird aber nicht mehr gebildet.
3.3
17
Läutern
Nachdem nun die Stärke in Zucker umgewandelt ist, beginnt man mit dem Läutern. Dabei
möchte man die festen, unlöslichen Bestandteile von der Würze absondern. Dabei bleiben
die Treber und ein Teil des Zuckers zurück. Mit Hilfe von Anschwänzwasser, dem Nachguss,
möchte man diesen Restzucker ebenfalls aus den Trebern lösen.
Die traditionelle Art des Läuterns erfolgt im Läuterbottich. In ihm befindet sich ein Senk- oder
Siebboden, sowie ein Ablassloch. Der Siebboden hat viele tausend kleine Löcher, durch
welche die Würze hindurch- und durch einen Schlauch abfliessen kann. Die eigentliche Filtrierung erfolgt aber durch die Treber. Am Anfang ist die Würze noch sehr trüb, daher nennt
man sie auch Vorderwürze. Diese gibt man nochmals in den Läuterbottich zurück. Sobald
klare Würze abläuft, wird das Anschwänzwasser über die Treber gegossen.
1
Abb. 11: Abläutern 1
Abb. 12: Läuterbottich 1
Abb. 13: Läutersieb (Senkboden) 1
Abb. 14: Läuterbottich mit Treber 1
Eigene Bilder
3.4
18
Bestimmung des Extraktgehalts mit der Bierspindel
Alle Stoffe zusammen, die sich in der Würze befinden, bezeichnet man als Extrakt. Man
misst während verschiedenen Phasen den Extraktgehalt, der sich zum grössten Teil aus
vergär- und unvergärbaren Zuckern zusammensetzt. Die anderen Stoffe fallen kaum ins
Gewicht. Der Extraktgehalt wird zunehmend kleiner, da Zucker laufend in Alkohol und CO2
umgewandelt wird. Angegeben wird er in Gewichtsprozenten oder als Grad Plato (°P). Ein
Beispiel für den Extraktgehalt: 100g Würze mit 10% Extraktgehalt bedeutet, dass die Würze
aus 90g Wasser und aus 10g Extrakt besteht.
Für den Extraktgehalt gilt näherungsweise:
Extraktgehalt [%] =
Dichte [g/l] − 1000
1
4
Eine andere Masseinheit für den Extraktgehalt ist das Grad Oechsle (°Oe). Es gilt:
°Oe = Dichte [g/l] - 1000
2
Für die Bierspindel gibt es verschiedene Namen, wie Aerometer, Bierwürzespindel, Senkwaage, Saccharometer oder Hydrometer. Die meisten Bierspindeln sind auf 20 °C geeicht,
was bedeutet, dass die Würze zuerst auf diese Temperatur gebracht werden sollte, bevor
man den Extraktgehalt misst.
Das ganze funktioniert folgendermassen:
Je mehr unvergorener Zucker in der Würze enthalten ist, desto grösser ist das spezifische
Gewicht. Demzufolge taucht das Hydrometer weniger tief ein und es wird ein höherer Extraktgehalt gemessen. Mit zunehmender Vergärung nimmt das spezifische Gewicht ab und
die Bierspindel sinkt weiter ein. Es wird ein tieferer Extraktgehalt gemessen. Am Ende des
Gärvorgangs wird ein Extraktgehalt von ca. 2.5% oder 10 °Oe bzw. eine Dichte von 1010 g/l
gemessen.
1
2
Abb. 15: Bierspindel 1
3.5
19
Abb. 16: Bierspindel in Bier 1
Würzekochen
Beim Würzekochen oder auch Suden genannt, wird zunächst die Würze zum Sieden gebracht. Wichtig ist dabei, dass die Würze während ca. 90 Minuten richtig brodelt. Die Qualität
des Bieres hängt entscheidend von der Intensität und der Dauer der Kochzeit ab.
Das Würzekochen bewirkt:
-
Deaktivierung der Enzyme: Es werden durch das Sieden jegliche Enzyme zerstört
-
Würzesterilisation: Bakterien werden abgetötet. Ab jetzt gilt es, steril zu arbeiten.
-
Abscheiden von Eiweissstoffen: Diese würden eine Trübung des Bieres bewirken.
-
Lösen der Hopfenbitterstoffe: Der Hopfen löst sich im siedenden Wasser auf. Er gibt
dadurch seine Bitterstoffe an die Würze ab.
-
Eindampfung der Würze: Für das Erreichen der gewünschten Konzentration der
Würze.
-
Austreiben unerwünschter Substanzen: Es befinden sich in der Würze immer noch
einige Stoffe, die sich negativ auf den Geschmack ausrichten können. Dimethylsulfid
(DMS), bewirkt z.B. eine gemüseartige Geschmacksnote. Dieser Stoff verflüchtigt
sich durch die Hitze. Daher sollte beim Würzekochen kein Deckel verwendet werden,
obwohl es energiesparender wäre.
1
Eigene Bilder
20
Abb. 18: Würze 1
Abb. 17: Würzekochen 1
3.5.1 Hopfenzugabe
Ein Teil des Hopfens wird nach Kochbeginn zugegeben, damit er die Bitterkeit abgeben
kann. Der andere Teil wird erst etwa 5-10 Minuten vor dem Ende des Kochens beigegeben,
damit seine Aromastoffe nicht verloren gehen. Bei den Bierrezepten ist immer eine geteilte
Auflistung der Hopfengaben angegeben, um festzulegen, welche für die Bitterkeit und welche für das Aroma zuständig ist. Die Hopfendolden weichen sich in der Würze auf und zirkulieren danach durch die ganze Pfanne. Über den Zeitpunkt der Zugabe des Hopfens sind
sich die Heimbrauer uneinig. Manche geben den Bitterhopfen erst nach der sichtbaren Verklumpung des Eiweisses dazu.
Anstelle von ganzen Hopfendolden können auch gepresste Hopfenpellets verwendet werden.
1
Eigene Bilder
21
Abb. 19: Hopfenpellets (ungefähr wirkliche Grösse) 1
3.5.2 Hopfenseihen und Würzekühlung
Nachdem die Würze fertig „gesudet“ ist, befindet sich darin der Heisstrub mit dem aufgeweichten Hopfen und dem verklumpten Eiweiss. Der Heisstrub muss vor dem Abfüllen oder
Herunterkühlen noch abgeschieden werden. Dazu wird zuerst die ganze Würze sehr stark im
Kreis gedreht, damit sich die festen Stoffe in der Mitte ansammeln. Dieser Vorgang wird als
Whirlpool bezeichnet. Mit einem Würzesiphon saugt man die Flüssigkeit ab. Da sich die festen Stoffe in der Mitte angesammelt haben, werden sie nicht mit abgesaugt. Entweder wird
die klare Würze zuerst in einer Kühlvorrichtung gekühlt oder aber man füllt sein Jungbier
heiss direkt in das Gärfass ab. Letzteres ist eher zu empfehlen, da das Desinfizieren des
Gärfasses mit Chemie wegfallen kann, weil dies von der Würze mit ihrer Temperatur von
ungefähr 90 °C erfolgt. Zudem verbraucht das Herunterkühlen sehr viel Wasser.
Abb. 20: Hopfenseihen mit Würzesiphon 1
1
Eigene Bilder
22
4 Gärung
Bevor die Hefe zum Gären dazugegeben wird, sollte die Würze mit viel Sauerstoff versetzt
werden, da dieser von der Hefe benötigt wird. Die Hefe kann sich dadurch schneller vermehren und die Gärung setzt sich besser in Gang. Man kann die Würze auf verschiedene Arten
belüften. Entweder durch Umschütten von einem Gefäss in ein anderes, durch Einschlagen
mit Hilfe eines Löffels während ungefähr 10-15 Minuten oder mit einer Luftpumpe.
Die Hefe wandelt den Zucker in Alkohol und CO2 um, dabei entsteht Wärme.
Chemische Formel:
C6H12O6
Zucker
4.1
2 C2H5OH
Ethylalkohol
+
2 CO2
+
Kohlendioxid
105 kJ
1
Wärme
Alkoholbildung
Abb. 21: Vereinfachtes Bild der Alkoholbildung 2
Das Glucose Molekül wird gespalten, dabei entsteht Energie. Nach Entzug von Wasserstoff
durch den Hilfsstoff X spaltet sich Kohlendioxid ab. Der nun entstandene Stoff Acetaldehyd
entzieht dem X-H2 Molekül wieder den Wasserstoff und somit ist X wieder fähig, beim energieliefernden Schritt mitzuwirken.
In Wirklichkeit entsteht bei der Gärung wesentlich mehr als nur Alkohol und CO2. Es gibt
rund 1000 weitere Stoffe, die alle einen Einfluss auf den Geschmack des Bieres haben.
1
2
Bild nach Gottschalk, Gerhard: Biotechnologie: das ZDF-Studienprogramm als Buch. Köln, 1986, S. 40.
4.2
23
Einstellen der Stammwürze
Die Stammwürze, oft auch als Original Gravity (OG) bezeichnet, ist der Extraktgehalt der
Würze, bevor sie vergärt wird. Die Stammwürze gibt Aufschluss über die Maisch- und Läuterarbeit und beträgt je nach gewünschtem Biertyp etwa 6-20%. Mit zunehmender Erfahrung
wird man diesen Wert auf ± 1% genau treffen. Korrekturen nach unten können durch Zugabe
von abgekochtem Wasser vorgenommen werden.
Berechnung der Wassermenge:
Wasser (l) =
Ausgangsst ammwürze (%) - Zielstammw ürze (%)
Zielstammw ürze (%)
1
× Würze (l)
Wenn die Stammwürze erhöht werden muss, kann man die Würze entweder nochmals kochen oder Zucker bzw. Malzextrakt dazugeben. Eines sollte aber beim Kochen beachtet
werden, denn falls Aromahopfen verwendet wurde, verflüchtigt sich das Aroma mit dem
Dampf. Wenn Zucker verwendet wird, um eine scheinbare Verbesserung zu erzielen, bezeichnet man das als Strecken oder Aufzuckern und ist ziemlich verpönt, da es nicht dem
Reinheitsgebot entspricht und es keine Verbesserung hervorruft. Durch die Zuckerzugabe
wird lediglich mehr Alkohol hergestellt, aber der Geschmack ändert sich nicht. Die Zugabe
von Malzextrakt ist ebenfalls heikel, denn das Gleichgewicht zwischen vergärbaren und unvergärbaren Zuckern kann gestört werden. Mit der Malzextraktzugabe gelangen 15-20% unvergärbare Zucker in die Würze, daher sollte dieser Schritt gut überlegt werden.
Malzextrakt wird hergestellt, indem Würze solange eingedickt wird, bis sie nur noch etwa
20% Wasser enthält. Aus Braugerste hergestellter Extrakt kann durchaus befriedigende Resultate liefern, während normaler Malzextrakt aus dem Lebensmittelhandel für die Bierherstellung nicht geeignet ist. Ausser zum Einstellen der Stammwürze kann Malzextrakt auch
zur Herstellung der Maische verwendet werden.
Oft wird mit einer erhöhten Stammwürze gebraut und anschliessend die Würze verdünnt.
Dieses Verfahren nennt man auch das High gravity-Verfahren.
Das bietet die folgenden Vorteile:
1
-
kleinere Wassermenge beim Maischen
-
und daher kleinerer Energieaufwand
24
Nachteile:
-
Wirkungsgrad beim Läutern ist kleiner und daher muss dort behutsam vorgegangen
werden
-
Es muss mehr Bitterhopfen verwendet werden, da die Ausnutzung bei kleinerer Wassermenge nicht so effektiv ist.
Auf keinen Fall sollte die Würze zuerst vergärt und dann mit Wasser verdünnt werden. Denn
die Gärung könnte wegen der konzentrierten Würze ins Stocken geraten oder sogar vorzeitig
abbrechen.
4.3
Gärtemperatur
Die Gärtemperatur hat verschiedene Einflüsse auf das Bier. Zum einen spielt sie für die
Dauer der Vergärung eine wichtige Rolle, zum anderen beeinflusst sie den Geschmack. Eine
höhere Gärtemperatur produziert mehr Ester und Alkohole, dadurch wird das Bier fruchtiger.
Bei einer Gärtemperatur von mehr als 22 °C, kann es zu einer Infektion des Bieres kommen.
Obergärige Biere sollten bei einer Temperatur von 15-20 °C vergoren werden, untergärige
bei einer solchen von 5-12 °C. Durch die Erfindung der Kühlmaschine ist es nun möglich
auch im Hochsommer untergärige Biere herzustellen. Es gibt unzählige weitere Möglichkeiten wie man eine ideale Gärtemperatur für das Bier erreichen kann, z.B. durch temperaturgesteuerte Kühlschränke, Picknickboxen mit integriertem Kühlsystem, umwickeln des Gärfasses mit nassen Tüchern und optionalem Kühlen mit einem Ventilator.
4.4
Verlauf der Gärung
Nachdem die Hefe der Würze beigegeben wurde, beginnt die latente Phase. In dieser Phase
vermehrt sich die Hefe nicht, denn sie muss sich zuerst an ihre neue Umgebung anpassen.
Nach einigen Stunden, je schwächer die Hefe umso länger, ist die latente Phase vorbei und
es beginnt die Vermehrungsphase.
In dieser Phase benötigt die Hefe viel Sauerstoff. Es kommt zum Aufbau von elementaren
Fettsäuren, welche nicht vollständig in der Würze vorliegen. Dies geschieht mit Hilfe des
Sauerstoffes. Falls zuwenig Sauerstoff vorhanden ist, kann sich die Hefe nicht genügend
vermehren und die Gärung kommt schleppend voran. Deshalb muss die Würze anfangs gut
belüftet werden. Brauereien können weit mehr Hefe zu ihrer Würze dazugeben, als Heim-
25
brauer. Eine Zugabe von 1 Liter Hefe pro 100 Liter Würze ist üblich, von Heimbrauern wird
30g Trockenhefe auf 100 Liter Würze verwendet.
Nachdem der Sauerstoff verbraucht ist, vermehrt sich die Hefe nicht mehr weiter und die
Vermehrungsphase, die ein paar Stunden bis ein paar Tage dauern kann, ist dadurch abgeschlossen.
4.4.1 Hauptgärung
Die Hauptgärung beginnt nach der Vermehrungsphase der Hefe. In dieser Phase wird der
Zucker vergärt und in Alkohol und CO2 umgewandelt. Dabei kann es zu grossen Schaumbildungen kommen, was normal ist. Daher sollte ein Gärfass nur zu 75-80% gefüllt werden.
Falls es zu einem Überschäumen kommt, kann der Schaum abgeschöpft werden. Es besteht
die Gefahr, dass Fliegen, die Essigsäure auf sich tragen, das Bier infizieren. Zusammen mit
dem entstehenden CO2 bildet der Schaum einen natürlichen Schutz gegen Infektionen, der
aber gegen Ende der Gärung abnimmt. Der beste Schutz gegen Fliegen, Pilze, Luft usw.
bietet eine Gärglocke.
Abb. 22: Gärglocke 1
Fliegen, Pilze und Luft können nicht durch das Wasser hindurch. Das Schaumstöffchen bietet einen Schutz gegen das Austreten des Schaumes. Bei der Hauptgärung ist ein leises
Blubbern vom austretenden CO2 zu hören, welches gegen das Ende zu abnimmt.
1
Eigenes Bild
26
4.4.2 Nachgärung
Sobald die Hauptgärung vorbei ist und sich der Extraktgehalt nicht mehr ändert, kann das
Bier für die Nachgärung in Flaschen abgefüllt werden.
Von der Hauptgärung her enthält das Bier bereits Kohlensäure entsprechend der Sättigungskonzentration bei atmosphärischem Druck. Diese ist abhängig von der Gärtemperatur
(siehe Tabelle 5). Der gewünschte Kohlensäuregehalt für verschiedene Biersorten kann aus
Tabelle 6 entnommen werden. Durch Zugabe von Zucker kann bei der Nachgärung die fehlende Kohlensäure gebildet werden. Da nur die Hälfte des Zuckers in Kohlensäure umgewandelt wird, die andere in Alkohol, muss die doppelte Menge an Zucker beigefügt werden.
Tabellen für Zuckerzugabe:
CO2- Sättigungskonzentration bei atmosphärischem Druck
Temperatur
g CO2 / l
0 °C
3.20
2 °C
3.00
4 °C
2.80
6 °C
2.60
8 °C
2.45
10 °C
2.30
12 °C
2.15
14 °C
2.00
16 °C
1.90
18 °C
1.75
20 °C
1.65
22 °C
1.60
typische Kohlensäuregehalte in verschiedenen Biersorten
g CO2 / l
Sorte
von
bis
Lager
4.0
5.0
Weizenbiere
6.5
9.0
British Ales
3.0
4.0
Porter, Stout
3.4
4.5
Belgische Ales
3.8
4.8
Lambic
4.8
5.5
Frucht-Lambic
6.0
9.0
Tabelle 6 1
Tabelle 5 1
Formel zur Berechnung der Zuckermenge:
Zuckerzugabe [g/l] = 2 × (Wert aus Tabelle 6 - Wert aus Tabelle 5)
1
4.5
27
Bestimmung des Alkoholgehalts
Carl Balling hat herausgefunden, dass pro 2.06665g Extrakt 1.00000g Alkohol, 0.95665g
CO2 und 0.11000g Hefe entstehen. Aus dieser Erkenntnis hat er seine berühmte Formel abgeleitet, mit der man vom fertig vergorenen Bier die Stammwürze (zurück-)ermitteln kann.
100(E + (2.0665 × A))
ST =
100 + (1.0665 × A)
ST = Stammwürze
E = Extrakt im vergorenen Bier
A = Alkohol in Gewichtsprozent
1
Löst man diese Formel nach A auf, so kann man den Alkoholgehalt in Gewichtsprozent aus
der Stammwürze und dem Extraktgehalt im vergorenen Bier ausrechnen.
A=
ST - E
2.0665 - (0.010665 × ST)
Um den Alkoholgehalt in Volumenprozent zu erhalten muss der Alkoholgehalt in Gewichtsprozent mit der Dichte des Wasser-Restextrakt-Gemisches multipliziert und durch die Dichte
von Alkohol dividiert werden.
Av =
1
A ×D
Da
http://www.api.or.at/akis/texte/001/stwuebi.htm
D = Dichte des Extraktes im vergorenen Bier
Av = Alkohol in Volumenprozent
Da = Dichte des Alkohols (0.794 g/ml)
28
5 Versuche
Während dem Schreiben meiner Maturaarbeit, habe ich einige Versuche zur alkoholischen
Gärung durchgeführt. Dabei wurde die CO2-Entwicklung bei verschiedenen Wassersorten,
verschiedenen Temperaturen und bei verschiedenen Hefen untersucht. Die Versuche boten
einige Schwierigkeiten. Man musste z.B. die Gärflüssigkeit einige Zeit stehen lassen, bis die
CO2-Produktion einsetzte. Die Spritzen mussten zudem gut gefettet werden und es musste
sichergestellt werden, dass beim Aufsetzen der Spritze kein Anfangsdruck im Erlenmeyerkolben entstand. Ausserdem setzte die Gärung nicht jedes Mal ein. So brauchte es mehrere
Anläufe, bis zufrieden stellende Ergebnisse vorlagen. Die einfache Messmethode mit einer
Spritze ist zudem weder genau noch effektiv.
5.1
CO2-Entwicklung bei verschiedenen Wassersorten
Es soll untersucht werden, ob die CO2-Entwicklung von der verwendeten Wassersorte beeinflusst wird.
Verwendete Wassersorten:
-
Leitungswasser
destilliertes Wasser
Mineralwasser (Valserwasser Classic) mit folgenden Inhaltsstoffen:
Calcium
Magnesium
Sulfat
Total 1870 mg/l
Vor dem Versuch wurde die Kohlensäure durch Schütteln aus dem Mineralwasser entfernt.
Versuchsbeschreibung
Es wird ein Erlenmeyerkolben mit einer Spritze verwendet. Die Spritze wird zuvor mit Silikonöl bestrichen, damit sie gut gleitet. In den Kolben wird folgende Gärflüssigkeit gegeben:
65g Zucker
65ml heisses Wasser von ca. 80 °C
aufrühren, bis der Zucker vollständig gelöst ist.
135ml kaltes Wasser von ca. 20 °C dazugeben
gut durchmischen und warten, bis die Wassertemperatur unter 30 °C ist, da
sonst die Hefe stirbt.
ca. 0.9g Turbohefe beifügen
29
Die Versuche wurden nacheinander und mit der gleichen Spritze durchgeführt, um ein präziseres Ergebnis zu erhalten.
Die Versuchsanordnung wurde zuerst 2 Tage stehen gelassen, damit sich die Gärung richtig
in Gang setzen konnte.
Beobachtungen und Versuchsergebnis
Es war zu beobachten, dass sich die verschiedenen Lösungen unterschiedlich dunkel färbten, Mineralwasser am Stärksten, Leitungswasser am Schwächsten. Jedoch wirkten sich die
verschiedenen Wassersorten nicht auf die CO2-Menge aus.
Zeit
CO2-Menge in ml bei CO2-Menge in ml bei CO2-Menge in ml bei
(min)
Leitungswasser
Mineralwasser
1:00
2.2
2.2
2.3
1:15
2.8
2.7
3.2
1:30
4.8
4.5
4.0
1:45
5.5
5.3
4.7
2:00
6.5
6.2
5.7
2:15
7.3
7.0
6.5
2:30
8.0
8.0
7.3
2:45
9.0
9.0
8.7
3:00
9.8
9.7
9.3
3:15
10.7
10.3
10.2
3:30
11.7
11.0
11.0
3:45
12.7
12.0
11.7
4:00
13.7
12.8
12.7
4:15
14.5
13.7
13.7
4:30
15.2
14.3
14.7
4:45
15.8
15.2
15.3
5:00
16.7
16.2
16.5
5:15
17.5
16.8
17.2
5:30
18.7
17.7
18.2
5:45
19.7
18.5
19.0
6:00
20.0
19.3
20.0
6:15
20.0
Tabelle 7: Bei den Werten handelt es sich um Mittelwerte 1
1
Eigene Tabelle
Ausgangslage:
alle 3 Sorten
Leitungswasser
Schlussergebnis:
30
Mineralwasser
Spritze
25
CO2-Menge (ml)
20
15
Leitungswasser
Mineralwasser
10
5
01
:1
5
01
:4
5
02
:1
5
02
:4
5
03
:1
5
03
:4
5
04
:1
5
04
:4
5
05
:1
5
05
:4
5
06
:1
5
0
Zeit (min)
Abb. 23: CO2-Menge bei verschiedenen Wassersorten 1
Fazit
Das Ergebnis zeigt, dass die verschiedenen Wassersorten keinen Einfluss auf die CO2Menge haben. Die Unterschiede sind bei dieser Zeitspanne so gering, dass sie vernachlässigt werden können.
5.2
CO2-Entwicklung bei verschiedenen Temperaturen
Es soll untersucht werden, ob sich unterschiedliche Temperaturen auf die alkoholische Gärung auswirken.
1
Eigene Grafik
31
Es wird die CO2-Menge bei folgenden Temperaturen untersucht:
-
5 °C im Kühlschrank
15 °C im Keller
25 °C im Warmwasserbad
Versuchsbeschreibung
Es werden die gleichen Geräte und die gleiche Gärflüssigkeit verwendet.
Die Versuche wurden ebenfalls nacheinander und mit der gleichen Spritze durchgeführt und
die Versuchsanordnung wurde auch 2 Tage stehen gelassen. Anschliessend wurde die Gärflüssigkeit auf die entsprechende Temperatur für die Messungen gebracht.
Bei tieferen Temperaturen bilden sich weniger Bläschen im Gefäss als bei höheren Temperaturen.
Zeit
CO2-Menge in ml bei CO2-Menge in ml bei CO2-Menge in ml bei
(min)
5 °C
15 °C
25 °C
1:00
0.5
1
4
1:30
1
1.5
6
2:00
1.25
2
9
2:30
2
3
12
3:00
2
4
15
3:30
2.25
5
17.5
4:00
2.5
6.5
19
4:30
3
7.5
20
5:00
3
8.25
5:30
3.5
9
6:00
3.5
10
6:30
3.75
11
7:00
4
12
7:30
4
13
8:00
4.25
14
8:30
4.25
15
9:00
4.5
16
9:30
4.75
16.75
10:00
4.75
17
10:30
5
18
11:00
5.25
18.5
11:30
5.5
19.5
12:00
5.75
20
12:30
6
13:00
6.25
13:30
6.5
14:00
6.75
14:30
6.75
15:00
7
Tabelle 8: Bei den Werten handelt es sich um Mittelwerte 1
1
Eigene Tabelle
Ausgangslage:
alle 3 Sorten
nach 5 Minuten:
15 °C
5 °C
32
25 °C
Spritze
25
CO2-Menge (ml)
20
15
5 °C
15 °C
25 °C
10
5
0
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
03:30
04:00
04:30
Zeit (min)
Abb. 24: CO2-Menge bei verschiedenen Temperaturen 1
Fazit
Die Temperatur hat einen wesentlichen Einfluss auf den Gärverlauf. Das war zu erwarten,
denn generell laufen chemische Reaktionen bei höheren Temperaturen schneller ab. Ausserdem nimmt die CO2-Menge nicht linear zur Temperatur zu, sondern exponentiell.
1
Eigene Grafik
5.3
33
CO2-Entwicklung bei verschiedenen Hefen
Es soll untersucht werden, ob verschiedene Hefesorten die CO2-Entwicklung beeinflussen.
Es wird die CO2-Menge mit folgenden Hefen untersucht:
-
untergärige Hefe: Trockenhefe Saflager S-23
-
obergärige Hefe: Trockenhefe Safale US-56
In einem Kolben wurde eine frische Würze mit einer untergärigen Hefe vermischt und anschliessend im Keller bei ca. 16 °C gelagert. In einem zweiten Kolben wurde ebenfalls eine
frische Würze mit einer obergärigen Hefe vermischt und bei ca. 20 °C Raumtemperatur gelagert. Nach 4 Tagen wurde der CO2-Gehalt während einigen Minuten gemessen.
Bei der untergärigen Hefe konnte keine CO2-Entwicklung gemessen werden. Entweder war
die Hefe qualitativ nicht gut, oder die Gärung kam nicht in Gange, weil vielleicht zu wenig
Sauerstoff in der Gärflüssigkeit war. Ein weiterer Testdurchlauf konnte leider nicht mehr
durchgeführt werden, da für einen weiteren Versuch ein neuer Sud hätte gemacht werden
müssen. Zudem beginnt das ideale Temperaturfenster für untergärige Hefen erst um den
Abgabetermin herum. Allgemein waren in diesem Jahr der Oktober und November zu warm,
weshalb die Kellertemperatur noch relativ hoch war.
Die obergärige Würze hatte normal vergärt. Da aber die untergärige kein Ergebnis lieferte,
gibt es keinen Vergleich.
Herr Mosimann hat mir gesagt, dass schlussendlich gleich viel CO2 entsteht, egal ob die
Würze mit ober- oder untergärigen Hefe vergärt wird. Lediglich während einem Zeitabschnitt
entwickelt die untergärige Hefe weniger CO2 als obergärige Hefe, da sie bei einer tieferen
Temperatur vergärt. Dieser Zusammenhang wurde im Versuch 2 festgestellt. Daher dauert
die Untergärung auch länger als die Obergärung. Die CO2-Menge ist nur abhängig von der
Menge an vergärbarem Zucker.
34
Nachwort
Auf meine eigenen Biere bin ich mächtig stolz. Ich habe nicht nur für die Maturaarbeit Bier
gebraut, sondern ich werde dieses Hobby sicher weiterführen. Es ist ein sehr gutes Gefühl,
wenn man etwas selber herstellt und anschliessend geniessen kann. Das Verhalten gegenüber Bier ändert sich somit auch. Man lernt es mehr zu schätzen. Ausserdem haben Herr
Mosimann, ich und weitere Personen zusammen den Verein IGBrau gegründet. Wir werden
gegenseitig Erfahrungen austauschen, Schaubrauen veranstalten usw.
Internetseite: http://www.igbrau.ch
Literaturverzeichnis
Gottschalk, Gerhard: Biotechnologie: das ZDF-Studienprogramm als Buch. Köln, 1986
Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München, 1999
Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000
Beiträge aus dem Internet
http://de.wikipedia.org/wiki/Echter_Hopfen 18.11.2006
http://de.wikipedia.org/wiki/Gerste 18.11.2006
http://de.wikipedia.org/wiki/Hopfen 18.11.2006
http://www.api.or.at/akis/texte/001/stwuebi.htm 18.11.2006
http://www.hvg-germany.de/best-of/de/pflanze/set_pflanze.html?/bestof/de/pflanze/inhaltsstoffe.html 18.11.2006
35
36
Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/a/a4/Gerste.jpg 18.11.2006
Abb. 2: Eigenes Bild
Abb. 3: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/de/b/b8/Hopfenbl%C3%BCte.jpg 18.11.2006
Abb. 4: http://www.genome.jp/Fig/compound_small/C10695.gif 18.11.2006
Abb. 5: http://www.genome.ad.jp/Fig/compound/C10706.gif 18.11.2006
Abb. 6: Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 35.
Titelblattbild und Abb. 7-20; 22-24: Eigene Bilder
Abb. 21: nach Gottschalk, Gerhard: Biotechnologie: das ZDF-Studienprogramm als Buch.
Köln, 1986, S. 40.
Versuchskizzen: Entnommen aus dem Dokument Labormaker 3.0 für Word (Demoversion)
von Thomas Seilnacht
Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München, 1999, S.
75.
Tabelle 2: Lehrl, Richard: Bier brauen : Handbuch für den Heimbrauer. Stuttgart, 2000, S. 30.
Tabelle 5 und 6: Hanghofer, Hubert: Bier brauen nach eigenem Geschmack. München,
1999, S. 124.
Tabelle 7 und 8: Eigene Tabellen

Die alkoholische Gärung unter verschiedenen

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