Wirtschaftlich signifikanter Effekt

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Wirtschaftlich signifikanter Effekt

BLENDING- UND KARBONISIERANLAGE FÜR BRAUEREIEN

High-Gravity-Brewing – das Brauen mit hoher Stammwürze – erfreut sich immer größerer Beliebtheit. Es ist eine einfache Möglichkeit, bei steigenden Energiekosten Bier wirtschaftlicher herzustellen, ohne bei der Qualität relevante Abstriche zu machen. Das Brauverfahren und die Vergärung entsprechend angepasst, erhält man ein ausgezeichnet trinkbares Bier. Vorausgesetzt, das Bier wird kontrolliert mit kühlem, entgastem Wasser geblendet und anschließend karbonisiert.

Bei High-Gravity-Brewing wird eine Ausschlagwürze mit erhöhtem Extraktgehalt hergestellt. Es wird ein Stammwürzegehalt von 13,5 bis 14,5 Prozent angestrebt. Die höheren Stammwürzegehalte werden durch eine größere Schüttung beim Einmaischen oder durch Zugabe von Maltose- oder Zuckersirup kurz vor dem Kochende eingestellt. Der Gehalt an vergärbaren Zuckern ist bei der Sirupgabe zu beachten.

Vor der Gärung, in der Filtration, im Unfiltrat vor dem Filter oder im Filtrat nach dem Filter kann der gewünschte Stammwürzegehalt mit Wasser wieder eingestellt werden. In der Praxis hat sich das Blending zwischen Filtration und Drucktankkeller weitgehend durchgesetzt. Nach dem Filter wird entgastes Wasser vor der Bierpumpe zum Drucktankkeller dosiert und im Anschluss zusammen mit dem Bier bei gleichzeitiger Einstellung des Stammwürze- und Alkoholgehaltes auf den gewünschten CO2-Gehalt karbonisiert.

Das Wasser hierfür muss entsprechend den Anforderungen aufbereitet sein. Für die Verdünnung vor der Gärung wird enthärtetes, mikrobiologisch unbedenkliches Wasser benötigt. Bei der Verdünnung nach der Filtration muss das Wasser zusätzlich noch gekühlt und frei von Sauerstoff sein. Die gängigen Forderungen von Brauereien, die Bier nach dem High-Gravity-Verfahren herstellen, belaufen sich auf Restsauerstoffgehalte im Wasser von < 0,01 bis < 0,02 ppm (< 10 bis <20 ppb).

Abb. 1: Vor- und Nachteile der einzelnen Kontaktapparate

Warum High-Gravity-Brewing?

Das High-Gravity-Brewing-Verfahren wird hauptsächlich angewendet, um Kosten und Ressourcen zu sparen. Das stärkere Einbrauen ermöglicht eine Leistungssteigerung des Sudhauses bei gleichzeitiger Energieeinsparung, da ein geringeres Würzevolumen aufgeheizt, gekocht und gekühlt werden muss.

Im Anschluss werden bei der Gärung und Lagerung weniger Tanks belegt, vor allem wenn das Bier erst nach dem Filter geblendet wird. Dies führt zu einem geringeren Verbrauch an Kühl- und Reinigungsmedien. Außerdem können aus einer Biersorte im Gärkeller mehrere Biere in der Filtration hergestellt werden. Dadurch wird die Flexibilität in der Produktion erhöht.

Beispiel: Bei einer Ausschlagwürze von 300 hl mit 11 Prozent Stammwürze sind 3 300 kg Extrakt gelöst. Erhöht man die Stammwürze auf 15 Prozent, sinkt die Ausschlagwürze auf 220 hl. Somit sind 80 hl weniger zu erhitzen und zu kühlen. Dies entspricht einer Einsparung von 26,7 Prozent.

Möchte man die Leistungsfähigkeit seines Sudhauses steigern und hat eine Ausschlagwürze von 300 hl mit 15 Prozent Stammwürze und verdünnt diese auf 11 Prozent zurück, erhält man eine Ausschlagwürze von 409 hl. Dies entspricht einer Leistungssteigerung des Sudhauses von 36 Prozent. Schon eine Erhöhung des Extraktgehaltes auf 13 oder 14 Prozent führt zu spürbaren Einsparungen.

Welche technischen Anlagen werden benötigt?

Die Vergärung der unverdünnten High-Gravity-Würze setzt eine intensive Belüftung der Würze voraus. Es ist eine leistungsfähige Würzebelüftung für die Vergärung der höheren Extraktmenge nötig. Weiterhin wird eine Wasserentgasungsanlage mit entsprechender Leistung und niedrigen
Restsauerstoffwerten für die Bereitstellung des Blendingwassers benötigt.

Die Einstellung des Kohlensäure-, Stammwürze- und Alkoholgehaltes nach der Filtration fordert ein hochgenaues Dosier- und Regelsystem, welches üblicherweise in einer Blending- und Karbonisiereinheit zusammengefasst ist. Wird die High-Gravity-Würze schon vor der Vergärung wieder verdünnt, werden keine besonderen Anlagen benötigt.

Würzebelüftungsanlagen

Die Würzebelüftung dosiert kontinuierlich und hochgenau Sterilluft oder sterilen Sauerstoff in die Bierwürze. Ein Injektor zerteilt das Gas in feinste Bläschen und maximiert so die Gaslösung. Der Sauerstoff wird damit für die Gärung der Hefe optimal bereitgestellt. Ein zuverlässiger und reproduzierbarer Gärverlauf wird erreicht. Bei High-Gravity-Würzen ist es nötig mit 1 mg O2/ Prozent Stammwürze die Hefe zu versorgen.

Wasserentgasungsanlagen

Alle gängigen Entgasungsverfahren basieren auf dem gleichen physikalischen Prinzip. Ein Stripgas wird verwendet, um eine Störung des Gleichgewichtes der im Wasser gelösten Gase zu bewirken. Die Konzentration des Sauerstoffs in der Gasphase wird durch das Stripgas gesenkt. Das Phasengleichgewicht verschiebt sich und Sauerstoff geht vom Wasser in die Gasphase über. Neben CO2 kann auch Stickstoff N2 als Stripgas eingesetzt werden.

Der optimale Entgasungsapparat muss im kontinuierlichen Durchlauf eine möglichst große Kontaktfläche zwischen dem zu entgasenden Wasser und dem Stripgas erzeugen. Dabei sollen das Stripgas und das zu entgasende Wasser möglichst im Gegenstrom zueinander fließen, um ein maximales Konzentrationsgefälle zu gewährleisten. Für den Übergang des Sauerstoffs in das Stripgas ist eine gewisse Verweilzeit erforderlich. Die Entgasungsanlage muss auch für die CIP-Reinigung uneingeschränkt geeignet sein.
Die Kolonnenentgasung erfüllt diese Anforderungen in idealer Weise. Sie zeichnet sich dadurch aus, dass das Wasser oben in eine Kolonne über Füllkörper oder strukturierte Packungen verrieselt wird. Die dadurch erzeugte, große, spezifische Oberfläche und der zeitlich lange, direkte Kontakt des Wassers mit dem Stripgas während der Berieselung führen zu einem intensiven Gasaustausch. Das CO2 strömt im Gegenstrom zum Wasser aufwärts durch die Kolonne und erzeugt ein starkes Konzentrationsgefälle. Geringer CO2-Verbrauch und uneingeschränkte Reinigbarkeit zeichnen dieses Verfahren aus. Die Kolonnenentgasung wird als Heiß-, Kalt– oder Vakuumentgasung ausgeführt (siehe Abb. 1). Durch eine Temperaturerhöhung oder eine Druckabsenkung wird die Gaslöslichkeit verringert und es werden niedrigere Sauerstoffwerte bei gleichzeitig geringem CO2-Verbrauch erreicht (siehe Abb. 2).

Bei der Sprühentgasung wird Wasser mit CO2 in einen oder mehrere evakuierte Behälter kalt verdüst. Durch den Vakuumbetrieb und den Einsatz von CO2 kann dadurch zunächst eine gute Entgasung erzielt werden, allerdings bei relativ hohem CO2-Verbrauch. Die geforderten Restsauerstoffwerte, wie für Blendingwasser benötigt, können jedoch aufgrund des fehlenden Gegenstromeffekts und der vergleichsweise kleinen Kontaktzeit und Austauschfläche nicht erreicht werden. Dies ist nur durch eine mehrstufige und damit teure Anordnung mit deutlich höherem CO2-Verbrauch möglich.

In Membranentgasungen fließt das Wasser in speziellen Membranmodulen um hydrophobe Hohlfasern. Im Inneren fließt das Stripgas CO2 im Gegenstrom. Die semipermeablen Hohlfasern erzeugen eine extrem große Kontaktoberfläche zwischen dem zu entgasenden Wasser und dem Stripgas und lassen nur Gase, aber kein Wasser passieren. Die Membranentgasung ist bei kleinen Entgasungsleistungen von 30 bis 50 hl / h eine kompakte und effiziente Entgasungsmethode mit Restsauerstoffwerten unter 0,01 ppm, geringen CO2-Verbräuchen und niedrigem Energiebedarf. Jedoch ist die CIP-Reinigung nur in einem beschränkten Temperaturbereich und nicht mit allen üblichen Reinigungsmitteln möglich.

Blending- und Karbonisieranlagen

Abb. 3: Blending- und Karbonisieranlage

Die Blending- und Karbonisieranlagen (siehe Abb. 3) stellen kontinuierlich und hochgenau den Stammwürze-, Alkohol- und CO2-Gehalt von Bier durch die präzise geregelte Dosierung von entgastem Wasser und CO2 ein. Optional kann in den Anlagen eine Dosierung von Röstmalzbier, Hopfenextrakt, Aroma oder Sirup integriert werden, um Biermischgetränke herzustellen.

Abb. 4: Biermonitor (Anton Paar)

Was ist zu beachten? Für die finale Einstellung des CO2-, Stammwürze- und Alkoholgehaltes ist eine hochgenaue und zuverlässige Analysenmesstechnik unerlässlich (siehe Abb. 4). Die Steuerung muss auf präzise arbeitenden Regelalgorithmen basieren, um Veränderungen von Durchflüssen und Drücken schnell und präzise auszugleichen.

Die Einbringung des CO2 erfolgt in der Regel In-Line durch die Verwendung eines Gasinjektors. Dabei wird das dosierte CO2 in feinste Bläschen zerteilt und zuverlässig in der Lösungsstrecke gelöst. Der intensive Kontakt von Gas, Bier und Wasser führt zu einer kompletten Lösung des CO2. Dies ist eine unbedingte Voraussetzung, um im Auslauf der Anlage mit hoher Genauigkeit Stammwürze, Alkohol und CO2-Gehalt bestimmen zu können.

Zusammenfassung

Die zuvor beschriebenen Anlagen haben ihre Zuverlässigkeit und Genauigkeit mit mehr als 150 installierten Entgasungs- und / oder Blending- und Karbonisieranlagen unter Beweis gestellt. Es muss nicht immer gleich High-Gravity-Würze und Bier produziert und geblendet werden. Auch schon die Stammwürzekorrektur nach dem Filter bringt wirtschaftlich einen signifikanten Effekt und stellt eine sehr konstante Qualität sicher. Gleichzeitig führt der Einsatz von entgastem Wasser zum Anschwemmen der Filter und für Leitungsausschübe zu einer weiteren Qualitätsverbesserung und zu einer längeren Haltbarkeit des Bieres.

Thomas Aldinger
Vertrieb und Marketing, corosys Prozeßsysteme und Sensoren GmbH, Hofheim am Taunus

Stephan Dittrich
Geschäftsführer, corosys Prozeßsysteme und Sensoren GmbH, Hofheim am Taunus

Brauindustrie 04/2012

2020-07-22T14:03:29+02:00
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