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Vorlesung 1 - 4
Technologie der Bierherstellung
Sommersemester 2017
Prof. Dr.-Ing. H.M. Eßlinger
Sprecher der Geschäftsführung
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Dozent
TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
1976 – 1981 Studium Brauwesen und Getränketechnologie an
der TU München-Weihenstephan
1982 – 1985 Promotion am Lehrstuhl für Technologie der Brauerei I
1985 – 1991 Leiter Qualitätsförderung und Produktion der
Eichbaum Brauereien AG, Mannheim
1991 – 1994 Vorstand Freiberger Brauhaus AG
seit 1994 Sprecher des Vorstands / der Geschäftsführung
2009 Honorarprofessor für Brauereitechnologie an der
TU Bergakademie Freiberg
3TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Prof. Dr. B. Meyer:
Mitarbeiterführung 1 SWS
Prof. Dr. H. M. Eßlinger:
Technologie der Bierherstellung 1 SWS
Prüfung: 2 Klausuren à 60 Minuten
3 Leistungspunkte
Betreuung: Ronny Schimpke
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Modul Technologien und Management
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Mi, 12. April 2017 16:00 - 20:00 Uhr; IEC Fuchsmühlenweg,
DBI 318, Vorlesung Rohstoffe, Malzbereitung
Mi, 26. April 2017 16:00 - 20:00 Uhr, IEC Fuchsmühlenweg,
DBI 318, Vorlesung Bierbereitung, Sensorik
Sa, 06. Mai 2017 9:00 - 12:00 Uhr, IEC Fuchsmühlenweg,
Kleinsudwerk, Brauen,
Mi, 31. Mai 2017 16:00 - 20:00 Uhr Freiberger Brauhaus,
Am Fürstenwald (Kantine)
Biermarkt, Brauereibesichtigung, Bierverkostung,
Mikroskopieren
Mi, 07. Juni 2017 16:00 – 17:00 Uhr Prüfung DBI 318
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Termine 2017
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Pdf-Daten-Abruf auf der Institutsseite des IEC an
der TU Freiberg
H.M. Eßlinger und L. Narziß
Beer
Ullmann‘s Encyclopedia of Industrial Chemistry
7th edition, Vol. 4, Wiley VCH, Weinheim 2009
http://www.interscience.wiley.com
L. Narziß
Abriß der Bierbrauerei
7. Auflage, Wiley-VCH, Weinheim 2004
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Vorlesung / Literaturempfehlung
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11.04.2017
• Geschichtliches
• Rohstoffe: Braugerste
Hopfen
Wasser
• Malzbereitung
Organismus Hefe
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Vorlesung 1-4
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11.04.2017
Benjamin Franklin, amerikanischer Politiker
„Bier ist
der Beweis, dass Gott uns lieb hat
und will, dass wir glücklich sind“
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Was ist Bier für einen Politiker?
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Bier ist
das beliebteste alkoholische Getränk.
Es schmeckt den Menschen
überall auf der Welt.
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Was ist Bier für einen Kaufmann?
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Bier ist
Geselligkeit & Erlebnis
Lebensfreude & Kommunikation
Geschmack & Genuss.
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Was ist Bier für einen Marketingmann?
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11.04.2017
Bier ist
ein alkoholisches, extrakt- und
kohlensäurehaltiges Getränk,
das aus bestimmten Rohstoffen hergestellt wird.
Der Alkohol muss ausschließlich durch Gärung
aus dem Extrakt dieser Rohstoffe
entstanden sein.
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Was ist Bier für einen Brauer?
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Hopfen und Malz
Im Ausland teils mit regional verfügbaren Extraktträgern, z. B.
unvermälztes Getreide, Zucker und Wasser
Der Organismus Hefe war lange Zeit unbekannt
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Die Rohstoffe
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• Stammwürze bezeichnet die Gewichtsprozente der nichtflüchtigen,
gelösten Extraktstoffe in der unvergorenen, kalten Anstellwürze.
• Bierarten: ober- und untergärig
• Biertypen: entwickelten sich entsprechend der natürlichen
Zusammensetzung der Wässer in verschiedenen
Regionen (z.B. Pilsner, Münchner, Wiener)
• Biersorten: Variation technologischer Parameter
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Definitionen
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Obergärige Biersorten:
Ale, Alt, Berliner Weiße, Gose, Haferbier, Kölsch, Porter, Roggenbier, Stout, Dinkel, Weizen, Emmerbier
Untergärige Biersorten:
Export, Helles, Lager, Dunkles, Märzen, Pils
Spontan vergorene Biere:
Geuze, Jopenbier, Kriek, Lambic
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Definitionen
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Landwirt Getreideanbau Gerste
Mälzer Vermälzung Gerstenmalz
Brauer Verbrauen Bierwürze
Vergärung Bier
Destillateur Destillation Bierbrand
Whisky
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Die Wertschöpfungskette
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Vermälzen von Getreide: Enzymbildung, Aromabildung → Malz
Verbrauen von Malz: Abbau der Getreideinhaltsstoffe in wasserlösliche,
vergärbare Substrate → Würze
• Vergären von Würze mit dem Enzymsystem der Hefe → Bier
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Drei biochemische Schritte zum Bier
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„Bier“ ist vom Lateinischen „bibere“ oder „cerevisiae“ abgeleitet.
Altenglisch bẽor
Althochdeutsch peor, beor oder bior
Neusprachen
beer (GB), Bier (D), bière (F), birra (I),
pivo (Balkanländer), øl (Skandinavien),
cerveza (ES), cerveja (P), sör (H)
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Geschichtliches
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Bei der Suche nach Genuss und Berauschung stieß das erste
ackerbautreibende Kulturvolk, die Sumerer, auf gegorene Brotfladen.
Emmer (triticum dicoccum) war das erste Getreide für die Bierbereitung.
Backen und Brauen waren eng miteinander verbunden und stets
Frauensache.
„Bierkränzchen“
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Geschichtliches
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Die Babylonier kannten schon zwanzig verschiedene Biersorten
(8 Emmer, 8 Gerste, 4 Getreidegemisch) und Gesetzesvorschriften
(Codex Hammurapi). In Mesopotamien war Bier Nahrungsmittel,
berauschendes Getränk, Grabbeigabe, Kultgetränk und Heilmittel.
Die Ägypter verwendeten gekeimtes Getreide und entfernten die Brotstücke durch Sieben.
„ Bier ist flüssiges Brot“
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Geschichtliches
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Alle wichtigen früheren Kulturen beruhen auf einer Getreideart, deren Anbau sich unter den jeweiligen klimatischen Bedingungen als günstig erwiesen hat.
Emmer, Weizen, Gerste Orient, Mittelmeer
Roggen, Hirse Nordeuropa
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Geschichtliches
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• Gilgamesch-Epos (um 2000 vor Christus) - Erstes Dichtwerk der
Menschheitsgeschichte
Der Hirte Enkidu wird nach Genuss von sieben Krügen Bier einem
Menschenwesen gleich
• Kalevala (finnisches Nationalepos) widmet 200 Verse der
Erschaffung der Welt und 400 Verse der Herstellung von Bier
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Bier in der Volkskunst
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• Edda (altnordische Götter- und Heldensagen) 9. – 13. Jh.
Bier gehörte den lebenden Menschen
Wichtigstes Trinkgefäß war das aus dem Horn des Auerochsen
gefertige Trink- und Füllhorn
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Bier in der Volkskunst
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Gambrinus, König von Flandern und Brabant –
der Schutzpatron der Brauer
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Im Mittelalter: in Klöstern
Äbtissin Hildegard von Bingen (1098-1179):
Hopfen, Heilkräuter: causae et curae
Benedikt von Nursia: ora et labora
Mönche konnten lesen und schreiben!
1040 erteilt Bischof Engilbert von Freising dem Bendediktinerkloster
Weihenstephan die gewerbliche Brau- und Schankbefugnis
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Pflege der Braukunst
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Im Altertum und Mittelalter war Bier Medium zwischen Mensch und Gott
• Ritualtrunk / Opfergabe
• Medizin / Grabbeigabe
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Was war Bier?
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Der bei der Gärung gebildete Alkohol war Lösungsmittel für
Pflanzeninhaltsstoffe aus Kräutern, die bewusstseinserweiternd /
stimulierend / berauschend / narkotisch wirkten
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Alkohol löst Kräuterinhaltsstoffe
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Bilsenkraut / Tollkirsche /
Schlafmohn / Seidelbast
Stechapfel / Alraune /
Fliegenpilz
• Sumpfporst / Gagel
• Beeren / Heilkräuter /
Rinde / Gewürze / Hopfen
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Würzemittel im Mittelalter
hallozinogen
rauschverstärkend
geschmacksgebend
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• Heftige Klimawechsel mit Hungersnöten (kleine Eiszeit 15. – 19. Jhd.)
• Buchdruck (J. Gutenberg) um 1450 – eine neue Informations-
technologie
• Entdeckung von Amerika (C. Kolumbus) 1492
• Geozentrisches Weltbild
• Poststationen (F. von Thurn und Taxis) 1516
• Papst Leo X. baut den Petersdom / Finanzierung durch Ablassbriefe
• Reformation (M. Luther) spaltet Kirche 1517
• Übersetzung Neues Testament prägt deutsche Sprache
Katholische Kirche war mächtig unter Druck
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Wendepunkt vom Mittelalter zur Neuzeit
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Katholische Kirche entfernte 1516 „unchristliche Wirkungen“ aus dem
Bier.
Das Reinheitsgebot ist das erste Drogengesetz gegen rituell gebrauchte
Kräuter der Vorfahren und Schutz der Biertrinker vor Vergiftungen.
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Das Hopfenzeitalter
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Erste Darstellung eines brauenden Mönchs in Deutschland.
Der sechszackige Stern war das erste Zeichen für Bewirtungs- und Herbergsbetriebe im Altertum.
aus: Mendel´sche Bruderhausbuch, Nürnberg, 1379
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„Sternewirt“ kennzeichnet Fässer, die in der Brauerei getrunken werden31
Der Braustern findet sich in vielen Logos wieder
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23. April 1516: Landesverordnung Herzog Wilhelm IV von Bayern und
sein Bruder Ludwig X. erließen am 23. April 1516 eine Landes-
verordnung mit Passus für Brauwesen
Ältestes Lebensmittelgesetz der Welt nach dem heute noch
gearbeitet wird
Erstmals mit Gültigkeit für ein ganzes Land (Herzogtum Bayern)
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Geschichtliches
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Herzog Wilhelm IV von Bayern – der Vater des Reinheitsgebotes
33TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Das Reinheitsgebot – Urkunde von 1516
34TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Zitat:
„Wir wöllen auch sonderlichen, das für an allenthalben in unseren
Städten, Märkten und auf dem Lande zu keinem Bier mehr Stück als
allein Gersten, Hopfen und Wasser genommen und gebraucht sölle
werden“
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Reinheitsgebot
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11.04.2017
Begründung für die Landesordnung von 1516
1. Schutz der Biertrinker vor Vergiftungen - Gesundheitsschutz
2. Weizen, Roggen für´s Backen
Hafer für das Pferd / Gerste fürs Bier
3. Katholische Kirche wollte die „unchristlichen
Wirklungen“ aus dem Bier entfernen
(ein Drogengesetz gegen rituell gebrauchte Kräuter
der Vorfahren, die bewußtseinserweiternd wirkten)
4. Protektionismus / Abschottung des Marktes
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Das Hopfenzeitalter beginnt
Stabilisierung des
Bierpreises / Hungersnöte
verhindern
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11.04.2017
Im Hause Hohenzollern war es Tradition, dass jeder Prinz einen
ehrbaren Beruf erlernte.
Der Soldatenkönig Friedrich Wilhelm I führte Bier bei Hofe ein und
schickte seinen Sohn Friedrich in die Brauerlehre, damit er lerne „wie
das Brauwesen muss traktiert, gemaischt, das Bier gestellt, gefasst und
überall dabei verfahren sein muss, auf dass es gut sey“.
König Friedrich der Große ging als „der alte Fritz“ in die Geschichte ein.
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Bier bei den Hohenzollern
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Sein Nachfahre Georg Friedrich Ferdinand Prinz von Preußen ist
Absolvent an der TU Bergakademie Freiberg38TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Familie der Gräser/Bedecktsamer/Grannen
Unterscheidung:
Zeitpunkt der Aussaat (Winter-/Sommergerste)
Anzahl der Blüten pro Ährenabsatz (zwei-, vier-, sechszeilige
Gerste) beste Mälzungs- und brautechnologische
Eigenschaften: zweizeilige Sommergerste
Sorten getrennt verarbeiten
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Rohstoff Braugerste
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Braugerste auf dem Feld
40TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Keimfähigkeit > 95 %
• Sortierung > 2,5 mm > 90 %
• Rohprotein < 12 %
• Extrakt > 79 %
• Endvergärungsgrad > 78 %
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Eigenschaften von Braugerste EU Standardqualitäten - VO
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Aufgeschnittenes Gerstenkorn mit Kornhülle, Mehlkörper und Keimanlagen42
Aufbau des Gerstenkorns
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Die chemische Zusammensetzung von Braugerste und Malz
(Angaben in GG%)
lufttrocken
Trocken-
substanz lufttrocken
Trocken-
substanz
Wassergehalt 12 - 14 4 - 5
Stärke 55 - 57 64 - 66 56 - 58 58 - 60
andere nicht stick-
stoffhaltige Extrakt-
stoffe
12 - 14 14 - 16 16 - 18 17 - 19
Eiweiß 9 - 10,5 10 - 12 8,5 - 10 9 - 11
Rohfaser 4 4,5 5 5,2
Mineralien 2,5 2,8 2,4 2,5
Fett 2 2,3 2 2,1
Braugerste Malz
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11.04.2017
Inhaltsstoffe
• Kohlenhydrate: -1,4 -1,6 -1,4 -1,3
• Eiweiße: Aminosäuren, Oligo-, Polypeptide, Proteine, Enzyme
• Fettsubstanzen
• Phosphate
• Schwefelsubstanzen
• Phenolische Substanzen: Phenolsäuren, Anthocyanogene, Polyphenole
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Rohstoff Braugerste
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11.04.2017
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Rohstoff Braugerste
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11.04.2017
Braugerstenkorn46TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Getreide ist Lebensmittel und Energieträger
α-Glucane (Stärke) kann zu Kohlenwasserstoffen oder Alkohol
umgewandelt werden (Mobilität, Verstromung, Heizung)
Der Landwirt entscheidet nach Ertragsgesichtspunkten
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Wettbewerb um Anbaufläche
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• Landwirt: 1. Ertrag
2. Gesundheit
3. Mykotoxine
• Mälzer: 1. Keimfähigkeit
2. Extrakt
3. Eiweiß
• Brauer: 1. Extrakt
2. Eiweiß
3. Lösungseigenschaften
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Züchtungsziele für Braugerste
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gentechnikfreie Rohstoffe
Rückstandsfrei
Geschmacksstabilität
β-Glukangehalt
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Sonstige Ziele
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• äußere Merkmale, Geruch u.a. Kornanomalien, Schädlingsbefall,
Auswuchs
• mechanische Untersuchungen u.a. Keimfähigkeit, Keimenergie,
Wasserempfindlichkeit, Sortierung
• chemisch-technische Untersuchungen u.a. Wassergehalt, Eiweiß,
• Extrakt
• Kleinmälzung
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Beurteilungen von Braugerste
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51TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Familie der Hanfgewächse winterharte, zweihäusige Kletterpflanze
kultiviert wird die (doldenbildende) weibliche Pflanze
• Vegetationsverlauf: April Fechser, Juni Seitentriebe, Juli Blüte,
Dolde, August/September Ernte
• Morphologie: Deck-, Vorblätter, Spindel
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Rohstoff Hopfen
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53TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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54TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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55TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Wartung des Klettergerüstes Anleitung der jungen
Hopfenpflanze
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Hopfenpflanzen im April Anleitung der jungen
HopfenpflanzeTU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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blühende weibliche Pflanze Hopfenfeld im August
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Hopfenernte
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Hopfenernte
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Düngung – Pflanzenschutz – Ernte - Trocknung – Lagerung (dunkel,
kalt, Inertatmosphäre)
Einteilung der Hopfen:
• nach Sorte und Herkunft (Zertifizierung)
• Aromahopfen – Bitterhopfen
Bonitierung aufgrund morphologischer
Unterschiede
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Rohstoff Hopfen
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62TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Hallertauer TaurusQuelle: CMA
63TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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TettnangerQuelle: CMA
64TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Chemische Zusammensetzung von luftgetrocknetem Hopfen
(alle Angaben in %)lufttrocken wasserfrei
Wasser 10 - 12 ---
Gesamtharze 12 - 21 14 - 23
davon:
-Säuren
-Fraktion
davon: -Säuren
Hartharze
4 -10
6 - 9
3 - 6
2 - 3
4,5 - 11
7 - 10
3,5 - 7
2,3 - 3,5
Hopfenöle 0,5 - 2,5 0,6 - 2,8
Kohlenhydrate 4 - 9 4,5 - 10
Eiweiß 11,5 - 20 13 - 22
Rohfaser 10 - 17 11 - 19
Polypgenole 4 - 14 4,5 - 16
Mineralstoffe 7 - 11 8 - 12
Lipide und Wachse bis 3 bis 3,4
Fettsäuren 0,05 - 0,2 0,06 - 0,22
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11.04.2017
Humulone des Hopfens
66TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
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Veränderung der Bitterstoffe bei der Lagerung
Humulone Lupulone
100 % Bitterkraft 0 % Bitterkraft
Weichharze
33 % Bitterkraft
Hartharze
12 % Bitterkraft
Veränderung der Bitterstoffe bei der Würzekochung Isomerisierung
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Aromastoffe des Hopfens („Hopfenöle“)
• Terpenkohlenwasserstoffe
• sauerstoffhaltige Verbindungen
Polyphenole des Hopfens
• Reduktionsvermögen des Bieres
68TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Resistenz gegen Krankheiten und Schädlinge
• Toleranz gegen Witterungsextreme
• Ertrag (kg α/Hektar)
• Aroma, Polyphenole
• Gesundheitsfördernde Substanzen (Xantohumol)
• Umweltverträglichkeit (Zwerghopfen)
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Ziele der Hopfenzüchtung
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• Volumen (Lagerplatz, Handhabung)
• Ausbeute (Löslichkeit, Ausnutzung der Bitterstoffe)
• Haltbarkeit / Lagerfähigkeit
• Standardisierung der Gabe
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Gründe für die Herstellung von Hopfenprodukten
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• Gepresste Hopfendolden
• Hopfenpulver / -pellets
Typ 90: Trocknung – Entfernung von
Grobteilen – Vermahlung – meist Pelletierung –
Verpackung in Metallbeutel
• Hopfenpulver / Pellets konzentriert
Typ 45: wie oben, jedoch Vermahlung bei
- 40 °C und zusätzlicher Abtrennung bitterstoff-
freier Bestandteile
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Hopfenprodukte
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11.04.2017
• Hopfenextrakte
Extraktion ohne wesentliche Veränderungen der -Säuren
Lösungsmittel: Alkohol, fluides oder flüssiges CO2
Abdampfen des Lösungsmittels bei 40 – 60 °C
Abfüllung in Dosen
• Isomerisierte Hopfenprodukte können auch im Kaltbereich
zugegeben werden
• Hopfenölprodukte geben dem Bier eine „Hopfenblume“
72TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Stammbaum der HopfenprodukteQuelle: CMA
73TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Quelle: CMA
74TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Deutsches Hopfenmuseum Wolnzach
www.hopfenmuseum.de75TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Bedeutung des Wassers
• mengenmäßig bedeutendster Bestandteil des Bieres
• technisches Hilfsmittel für die Reinigung und Wärmetransport
76
Rohstoff Wasser
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Eigenschaften des Wassers: 0 °C/ 100 °C/ 4 °C
• Wasserhärte wird gebildet von den Erdalkalien Ca++ und Mg++
gebunden an Karbonationen (CO3--, HCO3
-)
oder an Nichtkarbonationen (SO4--, Cl-, NO3
-)
77TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Wasserstoffionenkonzentration
pH = - log10 [H+] = lg 1
[H+]
pH-Wert ist der negative dekadische Logarithmus der Wasserstoff-
ionenkonzentration, d.h. er gibt an, wie stark sauer oder alkalisch
eine Flüssigkeit ist.
78TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Säurekapazität
Phenolphthalein Umschlag bei pH 8,2
Methylorange Umschlag bei pH 4,3
p-Wert erfasst: freie Alkalität (OH-) + ½ Karbonationen (CO3--)
m-Wert erfasst: ½ Karbonationen (CO3--) + Hydrogenkarbonationen (HCO3
-)
79TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Basekapazität
Pneg und mneg Mineralsäuren und freie Kohlensäure
80TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Trinkwasserqualität (TVO)
• Korrosionsverhalten (aggressive CO2)
• Mikrobiologie
• Brautechnologie
Restalkalität (RA) ist Differenz der aciditätsvernichtenden und der
aciditätsfördernden Wassersalze
RA = Gesamtalkalität – Ca + Mg
(= Karbonathärte) 3,5 7
Restalkalität sollte für helle Biere <5 °dH sein.
81
Brauwasser
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82
Wasserzusammensetzung
Chemische Zusammensetzung typischer Brauwässer
DO Wien M FG Pilsen
Gesamthärte °dH 41 39 15 4 1,6
Karbonathärte °dH 17 31 14 2 1,3
Nichtkarbonathärte °dH 24 8 1 2 0,3
Restalkalität °dH 5,7 22,1 10,6 1,2 0,9
Biertypkräftiges
Export
mittel-
farbiges
Märzen
dunkles
Vollbier
sehr helle,
hopfen-
betonte Biere
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Talsperre Lichtenberg
83TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Enthärtung durch Erhitzen
• Enthärtung mit Ca (OH)2 („Kalkmilch“)
• Entsalzung durch Ionenaustausch
• Entsalzung durch Elektrodiarese
• Entsalzung durch Umkehrosmose
• Zusatzstoffe zur Einstellung der Härte
• Zusatzstoffe zur Einstellung des pH-Wertes
• Wasserentkeimung chemisch/physikalisch
84
Trinkwasseraufbereitung
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• Wasser als Wärmetransportmittel
• Wasser für Dampfkraftanlagen
• Entgastes Wasser
85TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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P A U S E
86TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Mälzen ist Keimen eines Korns unter künstlich geschaffenen
Bedingungen
Zweck des Mälzens
• Enzymbildung / -aktivierung „Kornauflösung“
• Aromabildung beim Darren
• Verbesserung der Haltbarkeit durch Trocknen
• Teilabbau hochmolekularer Inhaltsstoffe (hohe Extraktergiebigkeit /
geringer Mälzungsschwund)
87
Malzbereitung
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• Vorbereitung der Gerste zur Vermälzung
Gerstenannahme – Reinigung – Sortierung
• Lagerung und Gesunderhaltung der Gerste
Überwindung der Keimruhe (wertsteigernde Lagerung)
Vermeidung einer Verschlechterung der absoluten Keimfähigkeit
(werterhaltende Lagerung)
Belüftung – Wassergehalt – Temperatur – Trocknung
88
Malzbereitung
TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
sind Biokatalysatoren, die bei organischen Reaktionen ein
Gleichgewicht einstellen und sich dabei nicht selbst verbrauchen.
89
Enzyme
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(= künstliche geschaffene Bedingungen)
• Keimgutfeuchte,
• Keimtemperatur
• O2 / CO2 im Keimgut
• Keimzeit
90
Mälzungsparameter
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11.04.2017
Keimvorgang ist geprägt von
• Wasseraufnahme des Korns
• Wachstumserscheinungen
• Stoffveränderungen
Keimungserscheinungen am einzelnen Gerstenkorn
• Wurzelkeim spitz und gabelt
• Blattkeim wächst unter der Spelze
• Auflösung des Mehlkörpers entsprechend Malztyp
91TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
92TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Keimendes Gerstenkorn
93TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Keimungserscheinungen am Haufen
• Korn atmet
Reservenährstoffe CO2, H2O, Wärme
• kalte (12 °C) bis warme (18 °C) Haufenführung
konstante, steigende oder fallende Temperaturführung
• Gleichmäßigkeit der Keimung:
30 – 40 % KGF: Abbau der Wasserempfindlichkeit
38 – 40 % KGF: gleichmäßigste Ankeimung
44 – 50 % KGF: gewünschte Auflösung
94TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Greifhaufenstadium
95TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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• Sauerstoff fördert Endoenzympotential
• Kohlensäure bremst starkes Wachstum
• Bildung von Dimethylsulfid (DMS) aus dessen Vorläufer (DMSP)
• Keimzeit heute meist 6 Tage
96TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Weichen = Untertauchen eines Haufwerkes
Braugerste wird in (Trink)-Wasser getaucht
Anhebung des Wassergehaltes auf günstige
physiologische Gegebenheiten zur Initiierung der Keimung
Pneumatische Weiche zur besseren Sauerstoffversorgung
97
Weichverfahren
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Waschen von Gerste vor dem Einweichen
98TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Einweichen von Gerste99TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
100TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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101
Weichverfahren
Pneumatisches Weichverfahren mit der Ankeimung
im Kasten bzw. in der WeicheTU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Weichverfahren in der Praxis
102TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Wasserdampfgesättigter Luftstrom regelt Haufentemperatur
• Keimung mit konstanter Temperatur
12 °C: Eiweißlösung wird gefördert
14-15 °C: gleichmäßigste Auflösung
18 °C: schnelle Enzymneubildung, dann Stagnation,
Cytolyse wird gefördert
• Keimung mit fallenden Temperaturen
rasche Auflösung, kräftige Enzymbildung
Keimling will Wachstum beibehalten
103
Keimverfahren
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11.04.2017
Keimverfahren mit fallenden Temperaturen
104TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Grünmalz im Keimkasten
105TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
106TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
• Frischer, gurkenartiger Geruch
• Wurzelkeim nicht geschädigt, 1,5 bis 2-fache Kornlänge
• Blattkeim: ¾ bis Kornlänge
107
Beurteilung des Grünmalzes
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11.04.2017
• Fixierung der biologisch-biochemischen Umsetzungen
• Bildung von Farb- und Aromastoffen (Trocknung des Grünmalzes
helles Malz – dunkles Malz – Spezialmalz)
• Entfernung der Wurzelkeime
108
Haltbarmachung des Malzes
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11.04.2017
Schwelken: Wassergehalt rasch absenken (Luftdurchsatz wie
fluidisiertes Festbett, Temperaturen < 40 – 55 °C)
Darren nach dem „Durchbruch“ bei etwa 10 % Wassergehalt
(30 – 50 % des anfänglichen Luftdurchsatzes,
Temperaturanhebung auf 80 – 85 °C)
109
Trocknung von Grünmalz zu hellem Malz
TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Schwelk- und Darrschema für helles Malz auf einer
Einhordenhochleistungsdarre ohne Rückluftmitverwendung (nach Narziß)
110TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Moderne Hochleistungsdarre zur Trocknung von Grünmalz
111TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
• Fortsetzung der Lösungsvorgänge für Aroma und Farbe
(Gersten mit höheren Eiweißgehalten, hohe Keimgutfeuchten)
• Abdarrtemperatur 102 – 105 °C
112
Trocknung von Grünmalz zu dunklem Malz
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11.04.2017
Schwelken („Brühen“), Darren und Rösten von dunklem Malz auf einer
Einhordenhochleistungsdarre (nach Narziß)113TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
114TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
115
Enzyme beim Darren
Qualitativer Verlauf der Enzymaktivitäten von Stärke (-), Einweiß (---) und
Gummistoffe(….) abbauenden Enzymen während des Trocknens von hellem MalzTU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
116
Die Enzyme des Malzes und ihr Verhalten beim Maischen
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11.04.2017
50 °C Stärke quillt
60 – 64 °C Stärke verkleistert (β-Amylase)
70 – 74 °C Stärke verzuckert (α-Amylase)
ab 80 °C Maillardreaktion (Zucker + Aminosäure) führt zu aromatischen
Produkten brotartig, nussig,
popcorn
ab 100 C führt zu färbenden Substanzen röstaromatisch
ab 150 °C malzig, Caramellnoten
ab 220 °C brenzlig-bittere Noten
ab 225 °C Stärke zersetzt sich
ab 260 °C Stärke verkohlt
117
Aroma- und Farbreaktionen
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11.04.2017
O-Heterocyklen erzeugen karamelartige und malzartige Geschmacksnoten
118TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
N-Heterocyklen erzeugen getreide-, brot- und nussartige Aromanoten
119TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
• Abkühlen auf 35 °C
• Entkeimung des Malzes
Verhinderung Wasseraufnahme
Entfernung bitterer Substanzen
Verhinderung hoher Farbwerte
• Polieren
Entfernen anhaftender Partikeln
• Malzlagerung
mindestens 4 Wochen
120
Nach dem Abdarren
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11.04.2017
121
Volumen- und Massenveränderung während des Mälzens
Wassergehalt
%
Volumen
hl
Masse
kg
Braugerste 14 100 100
Geweichte Gerste 41 145 145
Grünmalz 48 220 147
Gedarrtes Malz 3,5 118 79
Gelagertes Mal 4,7 120 80
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11.04.2017
122TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Malz ist die Seele des Bieres
• Verarbeitbarkeit • Läuterbottich/Bierfilter
(Viskosität / ß-Glucangehalt)
• Wirtschaftlichkeit • Extraktgehalt/Ausputz
Eiweißgehalt
• Gesetzliche Auflagen • NDMA
Schimmel (Gushing)
• Bierqualität • Geruch und Geschmack
Farbe, pH, DMSP
123
Malzqualität
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11.04.2017
• Helles Malz „Pilsner Typ“ 2 – 3 EBC
• Dunkles Malz „Münchner Typ“ 10 – 15
• Mittelfarbiges Malz „Wiener Typ“ 5 – 8
• Kurz- und Spitzmalz Schaumstabilität
• Caramelmalz hell 50 – 70 EBC
• Caramelmalz dunkel 100 – 120 EBC
• Röstmalz 1300 – 1600 EBC
• Brühmalz 15 – 30 EBC
• Sauermalz Maische-pH
• Rauchmalz Rauchgeschmack
124
Malztypen aus Gerste
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Dunkles Malz
125TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Caramelmalz
126TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
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Feuchtes Grünmalz < 50 °C
Helles Darrmalz 82 – 85 °C
Dunkles Darrmalz 102 -105 °C
Für dunkelbraunen Karamell sind 180 – 200 °C notwendig
127
Temperaturen beim Darren
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11.04.2017
Erlaubt für obergärige Biere 50 – 60 % (100 %) der Schüttung
• Weizen
• Hafer
• Roggen
• Einkorn
• Dinkel
128
Nicht-Gerstenmalze
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11.04.2017
In Europa bis 30 %, in den USA bis 50 % zur Mitverwendung bei der
Bierbereitung erlaubt. Kommen als Grieße, Flocken, Stärkelösungen,
Sirupe oder Zucker zum Einsatz.
• unvermälzte Gerste
• unvermälzter Weizen
• Mais
• Reis
• Hirse (Sorghum)
129
Unvermälzte Cerealien („Surrogate“)
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11.04.2017
1680 van Leeuvenhoek (NL) erfindet damals das Mikroskop und
entdeckt „kugelige Gebilde“ im Gärsubstrat
1810 Gay-Lussac (F) Bruttoreaktion der Gärung
1834 Cagniard-Latour (F) Hefe kann sich fortpflanzen und ist eine Pflanze
1837 Kützing und Schwann (D) Gärung wird durch „Zuckerpilze“ erzeugt
1857-61 Pasteur (F) keine Gärung ohne Organismen
jede Gärung durch eine spezifische Art von Organismen
Unterschiede aerob / anaerob
1858 Traube (D) Enzymtheorie
1897 Buchner (D) zellfreie Gärung
130
Die Entdeckung der Hefe
TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Unkontrollierte brauereispezifische Mischungen von echten
Saccharomyceten und Kahmhefen ersetzte 1883 Hansen (DK)
durch eine definierte
Reinzüchtung der Bierhefen
und leitete damit zusammen mit der Kältemaschine (1873 (v. Linde))
und der Filtration (1879 Enzinger) die untergärige Brauweise ein.
131
Reinzüchtung von Bierhefen
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11.04.2017
• 40 unterschiedliche Stämme von Brauerei-Kulturhefen (species
Saccharomyces cerevisiae)
• fakultative Anaerobier
Durchmesser einer Zelle 6 ÷ 10 μm
Dichte 1050 ÷1080 kg/m3
132
Steckbrief der Bierhefe
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11.04.2017
Schematische Darstellung einer Hefezelle mit ihren Cytoplasmapartikeln
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Kohlenhydrate 25 – 48 %
davon Glucane 8 – 15 %
Mannane 2 – 15 %
Glykogen 3 – 15 %
Stickstoffverbindungen 38 – 60 %
davon 90 % zellaufbauende Proteine u.
10 % freie Aminosäuren
Fette 4 – 10 %
Mineralstoffe 5 – 10 %
134
Zusammensetzung von Bierhefe
(alle Werte sind auf Trockensubstanz bezogen)
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135
Vitamingehalt von Bierhefe
(alle Werte sind auf 100g Hefetrockensubstanz bezogen)
Thiamin B 1 6 - 20 mg
Riboflavin 2 - 8 mg
Nicotinsäure B 2- 30 - 100 mg
Folsäure Komplex 2 - 10 mg
Pantothensäure 2 - 10 mg
Pyridoxin B 6 3 - 10 mg
Biotin H 0,1 - 1 mg
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136
Stoffwechsel der Hefe
Substrate ProdukteEnergie-
freisetzung
ATP
Gewinn
für die Zelle
Atmung C6H1206 + 6 O2 6 CO2 + 6 H2O - 2.880 kJ/mol 38 mol ATP
Gärung C6H1206 2 C2H5OH + 2 CO2 - 260 kJ/mol 2 mol ATP
&
Atmung 2 C2H5OH + 6 O2 4 CO2 + 6 H2O - 2.620 kJ/mol 34 mol ATP
36 mol ATP
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2,0665 g Würzeextrakt → 1 g C2H5OH + 0,9565 g CO2 + 11 g Hefe
Die Hefe vermehrt sich während der Gärung auf die zwei- bis vierfache
Menge und sedimentiert nach der Extraktvergärung.
137
Ballingformel
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Von besonderem Interesse für den Brauer:
• die Glykolyse
• die alkoholische Gärung
• die zur Valin-, Leucin- und Isoleucin-Synthese beschrittenen
Stoffwechselwege (Reifung)
138
Stoffwechsel der Hefe
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Gärung Bildung von Ethanol, CO2 und Gärungsnebenprodukten
Reifung Reduktion von geschmacksintensiven Carbonylen unter
den Geschmacksschwellenwert
Lagerung Geschmacksabrundung und Sedimentation von
trübenden Partikeln
139
Brauereitechnische Schritte von der Würze zum Bier
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Hexosen
2 Dreierzucker
Pyruvat
Acetyl-CoA Acetaldehyd
Energie- Ethanol
speicherung gewinnung
Synthese von Zitronensäurezyklus
Lipiden und Atmungskette
Triacylglyceride CO2 + H2O
140
Glykolyse und alkoholische Gärung
anaerob1. Pyruvat-
decarboxylaseaerob
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2. Acetaldehyd-
dehydrogenase
Acetyl CoA Acetaldehyd
Energie-
speicherung gewinnung Ethanol
141
Alkoholabbau durch den Biertrinker
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Alkoholdehydrogenase und Acetaldehyddehydrogenase
Europäer und Afrikaner beide
Asiaten beide, eins oder keines
Indianer keines
142
Enzyme zum Alkoholabbau
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• Hauptaromaträger des Bieres
• flüchtige und nichtflüchtige Aromastoffe in weiten Konzentrationsbereichen mit unterschiedlichen Geschmacksstellenwerten
• organische Säuren führen zum pH-Sturz
Pufferung verschiebt sich
• Rückschlüsse auf Produktionsbedingungen
143
Gärungsnebenprodukte
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1. Höhere aliphatische und aromatische Alkohole
2. Ester
3. Carbonylverbindungen
4. Schwefelverbindungen
5. Organische Säuren
6. Mehrwertige Alkohole
144
Gärungsnebenprodukte
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L-Valin 2-Acetolactat Pyruvat
freies Diacetyl Acetyl-CoA Acetaldehyd
Acetoin
Energie-
2,3-Butandiol speicherung gewinnung Ethanol
145
Reifung des Bieres
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• Saccharomyces carlsbergensis (untergärig)
• Saccharomyces uvarum (untergärig)
• Saccharomyces cerevisiae (obergärig)
Unterscheidung untergärige / obergärige Hefen:
• Morphologie (Einzelzellen/Sprossverbände)
• Physiologie (Raffinosevergärung vollständig / 1/3)
• Gärungstechnologie (Absinken/steigt nach oben)
• Temperaturoptima (ug 6–10 °C / og 19 – 25 °C)
• genetisch
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Brauereikulturhefen
TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Untergärige Bierhefe
147TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Rasterelektronenmikroskopische Aufnahme von untergärigen Hefezellen
148TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
Obergärige Bierhefe
149TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017
1. Auswahl der reinzuzüchtenden Hefe
2. Die Einführung des verwendeten Hefestammes in den Betrieb erfolgt
in zwei Stufen
• im Labor vom Schrägagar in steriler Würze stufenweise im
Volumenverhältnis 1 : 4 bis 1 : 5 bis ≤ 50 l
• in der Herführanlage bis zum Betriebsmaßstab (im Freiberger
Brauhaus: 180 hl)
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Hefereinzucht
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11.04.2017
3. Ernte aus dem Konus – Abkühlen – Aufbewahrung drucklos – kurze
Aufbewahrungsdauer
4. Wiederverwendung nur erste Erntehefe
5. Überschusshefe wird verkauft
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Hefereinzucht
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11.04.2017
Auf Wiedersehen und Glück Auf!
152TU Bergakademie Freiberg | Vortragender: Prof. Dr. Michael Eßlinger | Veranstaltungstitel: Technologie der Bierherstellung 1-4
11.04.2017