In den letzten Jahrzehnten sind Prozessoptimierung und Effizienzsteigerung für viele Brauereien weltweit zu Prioritäten geworden. Das Brauen mit hoher Schwerkraft ist eine Methode, um diese Ziele zu erreichen.
Das verarbeitende Gewerbe ist ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, die Investitionsausgaben, den Arbeitskräftebedarf, die Versorgungskosten und andere Betriebskosten zu senken und gleichzeitig sicherzustellen, dass die Produktqualität konstant hoch bleibt. Die Brauindustrie ist keine Ausnahme von diesem Trend, und eines der Verfahren zur Erreichung dieser Ziele ist das Brauen mit hoher Schwerkraft. Darüber hinaus konzentrierten sich andere Brauinitiativen in diesem Bereich (auch als Prozessintensivierung bezeichnet) auf:
- Erhöhte Fermentationsraten und Enddämpfung
- Hohe Lebensfähigkeit und Vitalität der Hefe
- Verkürzte Produktionszeiten, einschließlich neuartiger Hefestämme
- Effizientere Bierstabilisierung und -filtration
- Verbesserte Bierqualität und -stabilität
Das Brauen mit hoher Schwerkraft wurde in den letzten 40 Jahren schrittweise in Brauereien auf der ganzen Welt eingeführt. Es ist ein Verfahren, bei dem Würze (unfermentiertes Bier) in höheren als normalen Konzentrationen verwendet wird und folglich zu einem späteren Zeitpunkt des Prozesses mit speziell behandeltem Wasser (normalerweise sauerstoffarm) verdünnt werden muss, um das gewünschte Gewicht oder den gewünschten Alkoholgehalt zu erreichen. Durch die Reduzierung des Wassereinsatzes im Sudhaus können erhöhte Produktionsanforderungen erfüllt werden, ohne die bestehenden Brau-, Fermentations- und Lagereinrichtungen zu erweitern. Die Verarbeitung von weniger Würze und Bier unter Beibehaltung eines konstanten Flüssigkeitsausstoßes führt auch zu Effizienzsteigerungen bei Energieverbrauch, Arbeitsaufwand, Reinigungs- und Abwasserkosten1. Die Brauindustrie verwendet eine Reihe einzigartiger Methoden zur Messung der Würzekonzentration. Eine solche Messung ist °Plato. Es ist ein Maß für den Zuckergehalt einer Lösung, abgeleitet von ihrer Dichte. Die Methode basiert auf dem Gewichtsprozent der Saccharose in einer 20°C-Lösung. Zum Beispiel bedeutet 12 ° Plato, dass, wenn der gesamte Zucker in dieser Lösung Saccharose wäre, er 12% des Gesamtgewichts dieser Lösung ausmachen würde. Das High Gravity Brewing begann in den frühen 1960er Jahren in den USA und verbreitete sich dann in ganz Nordamerika, Australien und Südafrika. Steuer- und Regulierungsschwierigkeiten behinderten die Umsetzung in einer Reihe europäischer Länder (z. B. Deutschland und Großbritannien). Regulierungsprobleme wurden jedoch weitgehend überwunden und High Gravity Brewing kann nun weltweit implementiert werden.
Vorteile
Zusätzlich zu den oben diskutierten Vorteilen bietet das Brauen mit hoher Schwerkraft auch eine große Flexibilität bei der Biersorte, die zum Verkauf angeboten werden kann. Aus einem einzigen Vorrat an Bier mit hohem Schweregrad kann ein Brauer eine Reihe verschiedener Produkte mit unterschiedlichen Originalextrakten und Alkoholgehalten herstellen (z. B. leichte Biere und Biere mit niedrigem / hohem Alkoholgehalt), ohne dass für jede Biersorte ein separates Inventar geführt werden muss. Darüber hinaus wird mit dem Aufkommen von Hopfenextrakten, die entweder mit Kohlendioxid oder Ethanol als Lösungsmittel hergestellt werden, Malzextrakten, Sirupen und natürlichen Farbstoffen das potenzielle Spektrum marktfähiger Produkttypen weiter erweitert2.
Nachteile
Der Brauprozess mit hoher Schwerkraft hat auch eine Reihe von Nachteilen. Die Sudhaus-Materialeffizienz (die Extraktionseffizienz von löslichem Material aus Malz und anderen im Prozess verwendeten Getreidearten) wird durch die konzentriertere Maische verringert. Außerdem kommt es zu einer verminderten Hopfenausnutzung während des Würzekesselkochens; Das verdünnte Endbier weist eine verringerte Schaumstabilität auf, und es sind auch Biergeschmacksvariationen aufgetreten3. Die Hefeleistung, die größtenteils auf die konzentriertere Würze und die erhöhte Ethanolproduktion zurückzuführen ist, kann durch Würze mit hohem Gewicht nachteilig beeinflusst werden, und wie später erörtert wird, kann dies zu einer Reihe von Aspekten der Bierstabilität beitragen.
Hefe-Morphologie
Es wurden Veränderungen in der intrazellulären Morphologie der Hefe beobachtet, insbesondere im Hinblick auf die Hefezellvakuole. Die Vakuole ist ein ovaler Körper in der Zelle, der als einzelne Organelle oder als mehrere verschiedene Komponenten existiert. Es ist normalerweise ein Drittel der Breite der Zelle. Es fungiert als Reservoir für die Speicherung von Nährstoffen und spezifischen Enzymen und sein Volumen ändert sich mit der Wachstumsphase und den Umweltbedingungen. Studien mit Ale- und Lagerhefestämmen haben eine Vergrößerung der Vakuole beobachtet, wenn Kulturen Würze mit hohem Gewicht (20 ° Plato) im Vergleich zu Würze mit niedrigerem Gewicht (12 ° Plato) fermentieren (Abbildungen 1 und 2). Es wird angenommen, dass die Vergrößerung der Vakuole eine Reaktion auf den osmotischen Stress ist, der den Zellen durch die hohe Gravitationskraft auferlegt wird.
Verdünnungswasser
Die Rekonstitution der hochgradigen Würze oder fermentierten Würze mit Wasser (ein Prozess, der auch als Verdünnung oder Schneiden bezeichnet wird) kann in fast jedem Stadium des Brauprozesses erfolgen. Je später die Wasserzugabe erfolgt, desto größer ist die Erhöhung der Brühkapazität. Die Qualität des eingesetzten Verdünnungswassers ist kritisch und hängt von der Zugabestelle ab. Je später es im Prozess auftritt, desto größer ist die Qualitätsanforderung. Zum Beispiel, wenn die Verdünnung gegen Ende der primären Fermentation auftritt, muss das Wasser kohlenstoffgefiltert werden, mit dem richtigen pH-Wert und mikrobiologisch einwandfrei sein. Wenn die Verdünnung jedoch so spät wie möglich im Prozess (in der Filtrationsstufe) erfolgt, ist größte Vorsicht geboten. Das Wasser muss von ähnlicher Qualität und chemischer Zusammensetzung sein wie das zum Brauen verwendete. Es muss steril sein, eine gelöste Sauerstoffkonzentration von weniger als 50ppb, eine Temperatur von 1 ° C und auf den CO2-Gehalt des Bieres kohlensäurehaltig sein. Der Grund für die geringe Konzentration an gelöstem Sauerstoff im Verdünnungswasser ist, dass abgepacktes Bier im Gegensatz zu den meisten alkoholischen Getränken instabil ist. Einer der Hauptfaktoren, die zu dieser Instabilität beitragen, ist Sauerstoff2.
Bierstabilität
Bierstabilität (oder Instabilität) kann in sechs Kategorien betrachtet werden: physikalisch (kolloidal), Geschmack, Schaum, Licht, biologisch und sprudelnd. Die ersten drei Kategorien wurden aufgrund von Brauverfahren mit hoher Schwerkraft in die Bierqualität einbezogen. Es wurde gezeigt, dass hochgradig gebrühte Biere im Vergleich zu ihren niedriggradig gebrühten Gegenstücken physikalisch stabiler sind (Tabelle 1). Anekdotische Beweise deuten darauf hin, dass hochgradig gebraute Biere auch eine verbesserte Geschmacksstabilität aufweisen. Biere, die mit höheren Schwergewichten gebraut werden, haben jedoch eine schlechtere Kopf– (Schaum-) Stabilität (Tabelle 1 – nibem ist ein Maß für die Schaumkollapsrate, je niedriger die Zahl, desto schlechter die Schaumstabilität) 4. Es gibt eine Reihe von schaumpositiven Verbindungen in Bier. Dazu gehören Polypeptide, Iso-Alpha-Säuren, Melanoidine und Metallionen. Polypeptide spielen eine wichtige Rolle bei der Schaumbildung und Stabilität von Bier. Es wurde angenommen, dass die Polypeptide mit dem größten hydrophoben Charakter (diejenigen, die Wasser nicht mögen) den stabilsten Schaum erzeugen. Es ist eher die Eigenschaft der Polypeptidhydrophobie als die Größe, die bei der Herstellung von stabilem Bierschaum am wichtigsten ist. Der Gehalt an hydrophoben Polypeptiden kann unter Verwendung chromatographischer Techniken bestimmt werden5, und es wurde festgestellt, dass während des gesamten Brauprozesses ein viel größerer Verlust dieser Polypeptide während eines Brauprozesses mit hoher Schwerkraft im Vergleich zu Brauverfahren mit niedrigerer Schwerkraft auftritt (Abbildung 3). Wenn das Bier mit hohem Gewicht auf eine Alkoholkonzentration verdünnt wurde, die dem Bier mit niedrigem Gewicht entspricht, enthielt es einen Gehalt an hydrophobem Polypeptid von weniger als 50 Prozent des Bieres mit niedrigem Gewicht4. In Abbildung 3 ist zu sehen, dass die Fermentation eine Schlüsselphase ist, in der hydrophobe Polypeptide während des Brauprozesses verloren gehen. Zwei Hauptfaktoren sind für diesen Verlust verantwortlich. Erstens ist bekannt, dass vorzeitiges Schäumen (insbesondere in zylindrisch-konischen Gefäßen) für den Verlust einer großen Menge an schaumaktiven Substanzen verantwortlich ist, und dieses Problem wird während der Fermentation von hochgradigen Würzen verschärft. Zweitens scheidet Hefe proteolytische Enzyme in die fermentierende Würze aus, und diese Enzyme wirken sich durch Polypeptidhydrolyse während der Fermentation und Lagerung negativ auf die Schaumstabilität des fertigen Bieres aus. Diese Sekretion von Proteinasen wird verstärkt, wenn Stressbedingungen wie Würze mit hoher Schwerkraft Hefekulturen auferlegt werden (Abbildung 4)6.
Biergeschmack
Ein weiterer Nachteil des Brauens mit hoher Schwerkraft besteht darin, dass das Bier nach dem Verdünnen nicht das gleiche Profil flüchtiger Verbindungen aufweist wie Bier, das mit normalem Schwerkraftwort hergestellt wird. Nach Verdünnung auf eine äquivalente Ethanolkonzentration enthält das aus hochgradiger Würze hergestellte Bier häufig erhöhte Mengen an Estern (Tabelle 2). Es wurde gezeigt, dass eine Reihe von Faktoren die Esterproduktion während der Würzefermentation beeinflussen. Es ist bekannt, dass beispielsweise Hefestamm und -typ (Ale oder Lager), Temperatur und Druck, Pitching-Rate, Würze-Trub-Spiegel, gelöster Sauerstoff zu Beginn der Fermentation, Stickstoff, Kohlendioxid, Fettsäuren, Aminosäuregehalt und bestimmte Metallionen den Gehalt an Estern (und anderen flüchtigen Bestandteilen) beeinflussen, die während der Fermentation erzeugt werden. Darüber hinaus beeinflussen die Würzezucker, die fermentiert werden, die Bieresterprofile. Der Metabolismus der produzierten Maltose senkt den Gehalt an Estern wie Ethylacetat und Isoamylacetat erheblich als bei der Fermentation von Glucose. Würze wurde in der Heriot-Watt 2hL Pilotbrauerei hergestellt. Zusatzwürze (hohes und niedriges Gewicht) wurden hergestellt, wobei Sirupe (mit hohen und niedrigeren Maltosekonzentrationen) direkt in den Kessel gegeben wurden. Die relativen Konzentrationen von Glucose / Fructose und Maltose / Maltotriose in den Würzen sind in Abbildung 5 dargestellt. Fermentationen wurden durchgeführt und täglich Proben entnommen, bis die Testwürze abgeschwächt waren. Der Gehalt an produzierten Estern war in der Würze mit hohem Gewicht, die erhöhte Maltosegehalte enthielt, wesentlich niedriger (Abbildung 6 – nur Ethylacetat gezeigt)8. Diese Ergebnisse zeigen, dass die Verwendung von Sirupen mit hohem Maltosegehalt dem Brauer die Flexibilität bietet, seine Brauerei unter Produktionsbedingungen mit hohem Schwergewicht zu betreiben, um Bier mit einem Geschmack herzustellen, der mit Bier mit niedrigerem Schwergewicht übereinstimmt.
Fazit
Das Brauen mit hoher Schwerkraft ist keine schwierige Brautechnik, aber die Hefe muss sorgfältig behandelt werden, da erwartet wird, dass sie in einer stressigeren Umgebung funktioniert. Obwohl es negative Aspekte gibt (Auswirkungen auf einige Aspekte der Bierstabilität, Geschmacksanpassung, Hopfenverwertung usw.), sind die positiven Aspekte substantieller (erhöhte Brühkapazität, geringere Betriebskosten, mehr Alkohol pro Einheit fermentierbaren Extrakts, verbesserte physikalische und geschmackliche Stabilität).
Danksagung
Dank gebührt dem International Centre for Brewing and Distilling, Suntory Limited, Scottish Courage Brewing Limited, Corn Products Corporation und Heineken International für die finanzielle Unterstützung verschiedener Aspekte der Forschung, über die in diesem Artikel berichtet wird. 
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