Hopfen
Von dem Hopfen werden für die Brauzwecke nur die kugeligen Dolden der weiblichen Pflanze verwendet. Die Dolden werden getrocknet und bei 0°C bis -1°C gelagert. Die Kühlung erfolgt mit Luftkühlern, wobei mit 850 – 1000 kcal/m2Tag gerechnet werden muß.
In der heutigen Zeit sind die Kühlräume selten geworden, da man Hopfenextrakte und Konzentrate verwendet, die gegenüber Umgebungstemperaturen unempfindlich sind.
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Wasser
Wasser hat einen entscheidenden Einfluß auf den Geschmack des Bieres und wird daher einer sorgfältigen Kontrolle und Aufbereitung unterzogen. Im Regelfall besitzen die Brauereien über eigene kontrollierte Brunnen. Da je nach Biersorte die Härte des Wassers unterschiedlich ist, wird das Wasser einer entsprechenden Behandlung unterzogen (soweit erforderlich).
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Wasserhärte
- niedrige Wasserhärte für helles Bier
- hohe Wasserhärte für dunkles Bier
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Zur Herstellung von 1 hl Bier werden ca. das 1,5 fache an Brauwasser benötigt. Für weitere Produktionsprozesse wie Reinigung und Kühlung wird noch ein erheblich größerer Anteil an Brauchwasser benötigt, so daß eine Brauerei im Durchschnitt auf 1 hl Bierausstoß ca. 15 – 20 hl Wasser verbraucht.
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Würzegewinnung
Das Malz wird vor dem Sieden in Schrotmühlen zerkleinert. Die Spelze verbleibt im Schrot und wird nach dem Maischen im Läuterbottich bzw. im Filter aus der Würze entfernt.
Bei dem Maischprozeß vermischt sich das Schrot mit dem Wasser. Der Prozeß wird über die Temperatur geregelt. Damit hat der Braumeister Einfluß auf den Maischprozeß, der langsam oder auch schnell ablaufen kann. Mit der Temperatur wird die Geschwindigkeit des Abbaus von Stärke, Eiweiß und von den Enzymen gesteuert.
Dieser Maischprozeß findet im Sudhaus statt. Hier stehen der Maischbottich, die Maischepfanne, der Läuterbottich (bzw. Filter) und die Würzepfanne.
Nach dem Maischprozeß werden die Spelzen der Gerste im Läuterbottich bzw. im Maischefilter herausgefiltert. Die dadurch entstandenen „Treber“ sind Futtermittel. Diese Futtermittel werden entweder direkt naß verkauft, oder in dampfgebeizten Trocknern haltbar gemacht.
Die restliche Würze wird in die Würzepfanne geleitet und dort mit Hopfen bis zu 2 Stunden lang gekocht.
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Hopfenbeigabe:
- Dunkles Bier: 175 g je hl Bierausstoß
- Helles Bier: 300 g je hl Bierausstoß
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Allgemein gilt, daß dem dunklen Bier weniger Hopfen beigegeben wird als hellem Bier.
Nachdem die Würze gekocht wurde, wird „ausgeschlagen“. Die Pfanne wird geöffnet und die Ausschlagwürze läuft in den Hopfenseiher. Hier wird der ausgekochte Hopfentreber zurückgehalten und mit heißem Wasser ausgelaugt. Dieser Treber wird als Düngemittel verwendet.
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Würzekühlung
Bei dem klassischen Verfahren der „offenen Kühlung“ wird die Würze auf eine Temperatur abgekühlt, bei der sie mit Hefe für die Vergärung angestellt werden kann. Diese Anstelltemperatur schwankt je nach Biersorte von 5°C bis 15°C und erfolgt in der ersten Stufe in dem sogenannten Kühlschiff. Das Kühlschiff ist eine offene flache Wanne, bei der durch Abstrahlung und Verdunstung die Würze bis auf ca. 50°C bis 40°C abgekühlt wird. In der zweiten Stufe wird ein Berieselungskühler verwendet, der die Würze bis auf Anstelltemperatur herunterkühlt.
Aufgrund der Hygiene und um eine Infektion der Würze zu vemeiden, wird heutzutage das Verfahren der „geschlossenen Kühlung“ angewendet. Diese Kühlung erfolgt über einen Bündelrohrkühler oder einen Plattenapparat, der die Würze von der Ausschlagtemperatur auf Anstelltemperatur abkühlt.
Die Würze wurde im Sudhaus durch den Läuterbottich (bzw. Maischefilter) und Hopfenseiher vorgereinigt. Hier wurden aber nur grobe Partikel herausgefiltert, so daß vor der Würzekühlung noch eine Hopfentrub-Filtration vorgenommen wird. Diese Filtration geschieht in einem Whirlpool, der aus einem großen zylindrischem Gefäß besteht, bei der die Würze tangential einströmt und sich die Schwebstoffe (Trub) aus der Würze abscheiden.
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Vergärungsprozeß
Die Hefe ist ein Pilz, der sich durch die sogenannte Sprossung vermehrt. Der Pilz vergärt Zuckerlösungen und zerlegt den Zucker in Alkohol und Kohlensäure. Die Hefe vermehrt sich während der Gärphase und der Braumeister erhält einen Überschuß an neuer Hefe.
Die Hefe wird nach der Entnahme aus dem Gärbottich gewaschen und in Wannen im Hefekühlraum bei 2°C gelagert.
Die Kühlung von Hefereinzucht- Hefelagerraum erfolgt mit Luftkühlern, wobei die Hefewannen auch mit Mantelkühlung ausgestattet werden. Der Kältebedarf beträgt ca. 850 – 1.200 kcal/m2Tag.
Die Hefe wird vor der Zugabe mit einer kleinen Menge Würze angerührt. Die Hefegabe, ein dicker Brei, beträgt 0,4 bis 0,6 ltr. auf 1 hl Würze. Die Hefeernte beträgt das 2- bis 4-fache, so daß die Brauerei die Ernte zum Teil in den Handel bringen kann.
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Gärverfahren
Man unterscheidet das klassische Gärverfahren vom „Industrie“-Verfahren.
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- Das klassische Gärverfahren wird mit offenen oder geschlossenen Gärbottichen betrieben.
- Das „Industrie“-Verfahren geschieht mittels großen Gärtanks, die die Arbeit vereinfachen und eine Automatisierung zulassen.
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| Das klassische Gärverfahren
Die eigentliche Zugabe der Hefe geschieht in den Anstellgefäßen oder direkt in den Gärbottichen. Die Gärkeller werden so gebaut, daß ein Bediengang mittig der Bottiche entlang verläuft. Der Hauptgärprozeß dauert bei obergäriger Hefe 5 Tage und bei untergäriger Hefe etwa 10 Tage. Während dieser Zeit muß der Gärkeller auf einer Temperatur von 6°C bis 10°C gehalten werden. Die Kühlung erfolgt über Luftkühler. Der Kältebedarf ist mit 1.200 kcal/m2Tag anzusetzen. Bei den Bottichen ist darauf zu achten, daß die Umluft die Kräusen (Schaumdecke) auf der Oberfläche der gärenden Würze nicht in Bewegung gerät. Es muß eine Abluftanlage installiert werden, die einen Teilluftaustausch vornimmt und damit auch die anfallende Kohlensäure aus dem Keller entfernt.
Außer der Raumluftkühlung ist die direkte Kühlung der Gärbottiche, bedingt durch den Gärprozeß, erforderlich. Während der Gärung entsteht ein stetiger Wärmestrom, der durch Kühlschlangen im Bottich oder durch Manteltaschen auf Anstelltemperatur gehalten wird.
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Der Kältebedarf beträgt bei:
- untergärigem Bier ca. 150 kcal/hl Tag
- obergärigem Bier ca. 300 kcal/hl Tag.
Die Gärungskohlensäure kann über die Abluft fortgetragen werden, oder es können Abdeckungen auf die Bottiche gelegt werden, die die Kohlensäure auffangen. Die aufgefangene Kohlensäure wird in Behälter gesammelt, anschließend einer Reinigung unterzogen und verdichtet. Die verdichtete Kohlensäure wird mittels einer Kälteanlage verflüssigt und in Sammeltanks abgefüllt.
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| Das „Industrie“-Verfahren
Bei diesem Verfahren wird auf die Vielzahl von offenen Gärbottichen verzichtet und stattdessen auf wenige große Gärtanks gesetzt. Die Tanks sind meistens so dimensioniert, daß alle Sude einer Biersorte eines Tages in einen Tank gefüllt werden können. Damit soll eine einheitlich gute Bierqualität erreicht werden. Damit diese Anlagenart wirtschaftlich betrieben werden kann, ist eine gewisse größe der Tanks bzw. eine gewisse Sudanzahl notwendig. Für die Brauerei bedeutet es, eine Einschränkung auf nur eine bzw. wenige Biersorten, die jedoch wirtschaftlich kostengünstig hergestellt werden können. Andere Biersorten müssen dann zugekauft werden.
Die Gärtanks sind stehende, geschlossene zylindrokonische Tanks. Die Tanks werden entweder bereits isoliert angeliefert, oder müssen erst nach der Aufstellung isoliert werden. Die Anordnung erfolgt normal in Doppelreihen, mit dazwischenliegendem Platz für die Ventilstationen der Kälteanlage. Die Tanks werden Außen oder Innen aufgestellt. Es sollte ein kurzer Weg zwischen dem Sudhaus und den Tanks gewählt werden.
Die Kühlung der Tanks ist aufgrund der ebenfalls freiwerdenden Gärwärme erforderlich und geschieht über Kühlflächen, die von Außen am Zylindermantel und am Konus angebracht sind.
Folgende Arbeiten können voll oder teilweise automatisiert werden:
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- Hefedosierung
- Befüllung und Füllstand im Tank
- Extraktabbau
- Regelung der Würzetemperatur
- Belüftung
- Kohlensäurerückgewinnung
- Hefeentnahme
- Reinigung des Tanks
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Entgegen der Berechnung des Kältebedarf bei den offenen Gärbottichen, kann man hier nicht mehr die spezifischen Werte je hl und Tag verwenden. Vielmehr ist das Wissen um den genauen Extraktabbau während der Gärung und während der Nachgärung wichtig. Der Extrakt ist der Malzgehalt der Würze, der vergoren bzw. abgebaut wird. Der Gehalt des Extraktes ist zwischen 8% und 16% nach Biersorten unterschiedlich. Vergoren wird zwischen 50% und 75%, wobei zur exakten Berechnung ein Gärdiagramm erforderlich ist.
Die Berechnung des Kältebedarfs für die Hochgärung und die Nachgärung ist identisch.
Kälteleistung = Menge der Würze (hl) x Extraktabbau (kg/hl) x 135 (kcal/kg) / Gärzeit
Die Leistungen der Hoch- und Nachgärung sollten getrennt berechnet werden, weil bei der Nachgärung der Tank bereits abgekühlt wird. Zum Teil erfolgt die Nachgärung auch erst in den Lagerkellern und damit unabhängig von der Hauptgärung. Zur Sättigung des Bieres mit Kohlensäure muß der letzte Teil der Nachgärung während der Lagerphase stattfinden.
Zusätzlich zur Nachgärung muß bei der vergorenen Würze noch die Kälteleistung zum Kühlen auf Schlauchtemperatur berechnet werden.
Desweiteren muß der Tank vor Wärmeeinstrahlung durch Isolation geschützt und entsprechend der Einstrahlung gekühlt werden. Meistens wird dann noch ein 10%iger Sicherheitszuschlag für die Kälteleistung erhoben.
Die vergorene Würze wird Jungbier genannt. Es wird beim Schlauchen in die Lagertanks gefüllt und dabei auf die Schlauchtemperatur von 4°C bis auf 2°C heruntergekühlt.
Häufig wird das Jungbier bereits in den Gärtanks bis auf die Lagertemperatur von 0°C bis (-1°C) gekühlt und der Endvergärungsgrad wird hier bereits erreicht. Damit wird eine kürzerer Lagerkellerzeit erreicht.
Die Kühlzeit beträgt dann 3 – 4 Tage, wobei wegen der immer kleineren Temperaturdifferenz zwischen Jungbier und Kühlmedium die vorgegebene Kühlzeit schwer zu erreichen ist.
Aus diesem Grunde wird das Jungbier über einen Durchlaufkühler (Rohrbündel oder Plattenapparat) geschickt. Hier geschieht die Kühlung in wenigen Stunden und der nun leere Gärtank steht dem neuen Gärprozeß schneller zur Verfügung.
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Bierlagerung
Bei dem konventionellen Lagerverfahren wird das Jungbier in die Lagertanks geschlaucht und es findet dort eine Kohlensäuresättigung (Nachgärung) statt. Weiter klärt sich das Bier und reift geschmacklich aus. Die Lagerungsdauer betrug bei dunklen Bieren 1 1/2 bis 2 1/2 Monate und bei hellem Bier 1 bis 3 Monate. Die Lagertemperatur liegt bei -1°C und 2°C.
Aufgrund der bereits heute stattfindenden Nachgärung in den Gärtanks, verkürzt sich die Nachgärzeit in den Lagerkellern bei obergärigem Bier auf 1 bis 3 Tage und bei untergärigem Bier auf max. 7 Tage. Die reine Lagerung beträgt bei dem untergärigen Bier 1 bis 4 Wochen und bei obergärigen Bier 2 bis 4 Tage.
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Abfüllen und Haltbarmachen
Das fertige Bier wird mittels Luftüberdruck oder der gewonnenen Kohlensäure zu den Bierpumpen gedrückt. Das Bier kann auch aus mehreren Lagertanks über eine Verschneideeinrichtung (Verschneidblock) vermischt werden. Die Pumpe drückt das Bier über einen Filter (Massefilter, Kieselguranschwemmfilter) oder eine Zentrifuge (Bier sieht nicht glanzfein aus) in die Drucktanks oder direkt zur Abfüllanlage. Die Filter stehen in dem sogannten Filterraum, der auf einer Temperatur zwischen 0°C und 5°C gehalten wird. Die bei der Filterreinigung entstehende Luftfeuchte wird durch eine intensive Luftumwälzung beseitigt.
Bei tiefen Temperaturen kann das Bier besser gefiltert werden, so daß heutzutage Biertiefkühler zum Einsatz kommen, die das Bier auf Temperaturen von -1°C bis -2°C abkühlen.
Der Kältebedarf richtet sich je nach Filtereinheit. Bei nur einem Filter kann man überschlägig mit 2.000 kcal/m2 Tag und bei mehreren Filtern mit bis zu 3.000 kcal/m2 Tag rechnen.
Nach der Filterung drückt die Bierpumpe das Bier in Tanks mit geringem Überdruck (Drucktank). Diese Tanks werden meistens stehend ausgeführt. Das Bier wird hier bei leichtem Überdruck auf einer Temperatur von 0°C bis -1°C gehalten. Die Temperatur des Drucktankraumes entspricht der des Lagerkellers.
Die Kälteleistung kann mittels dem spezifischen Wert 1.500 bis 2.000 kcal/m2 Tag ermittelt werden.
Das Bier wird in Fässer und zu mehr als 80% in Flaschen abgefüllt. Das Abfüllen geschieht ständig unter Gegendruck, damit der Kohlensäureverlust und das Schäumen des Bieres vermieden wird. Das Eindringen von Luft wird ebenfalls vermieden, welches sonst nach einiger Zeit den Geschmack des Bieres negativ beeinflussen kann.
Der Abfüllraum, in dem die Fässer gefüllt werden, sollte gekühlt auf einer Temperatur von 5°C bis 10°C gehalten werden. Die Kühlung bei dem Flaschenabfüllen wird meist vernachlässigt, da meistens die baulichen Gegebenheiten eine Kühlung nicht zulassen. Hier wird wenigstens eine ausreichende Belüftung vorgesehen.
Der Kältebedarf in den Abfüllräumen und den anschließenden Vollgutlagerräumen ist mit 1.000 bis 1.200 kcal/m2 Tag zu errechnen.
Biersorten, die eine lange Reise vor sich haben werden durch das zusätzliche herausfiltern der Keime oder durch ein Pasteurisierverfahren haltbarer gemacht. Bei dem Pasteurisieren wird das Bier kurzzeitig auf ca. 70°C erhitzt und anschließend auf 2°C abgekühlt. Dadurch sind die Biere keimfrei und können lange gelagert werden.
Die tatsächlich angewendeten Verfahren unterscheiden sich etwas, so wird zum Teil das Bier in Plattenapparate erhitzt, anschließend tiefgekühlt und dann in die sterilisierten Flaschen gefüllt. Eine weitere Variante ist, daß das Bier im Plattenapparat erhitzt wird, heiß in die Flaschen abgefüllt wird und das Bier in den Flaschen auf natürlichem Wege abkühlt. Es ist auch möglich, das Bier ganz normal abzufüllen und die Flaschen anschließend zu erhitzen (heißes Rieselwasser, Heißluft oder Dampf) und gleich wieder abzukühlen.
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Mit den o.g. Ausführungen ist der Brauereiprozeß beschrieben worden. Da in der heutigen Zeit die Bierbrauer unter sehr hohem Wettbewerbsdruck stehen, sind die angewendeten Verfahren stetig im Wandel und der Projektant der Kälteanlage sollte sich bei dem Braumeister über den tatsächlichen Brauprozeß informieren.
Prost !
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