Messung der Trübung in Bier – Fallstudie

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Gefiltertes oder ungefiltertes Bier, Sie müssen die Trübung messen

Die Trübung ist “die Konzentration von Schwebeteilchen in einer Probe durch Messung des einfallenden Lichts, das im rechten Winkel von der Probe gestreut wird”.

ISO 7027, Wasserqualität: Bestimmung der Trübung

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Abb.: Die obige Abbildung ist ein Beispiel für eine einfache Nephelometer- und Trübungsmessung.

Bier ist nicht von Natur aus klar oder brillant. Es braucht eine Menge Arbeit, um Bier zur gewünschten Klarheit zu bringen. In diesem Fall bedeutet Klarheit hell und ohne Trübung im Gegensatz zur Farbe des Wassers. Die Brauermeister arbeiten seit Jahrzehnten, wenn nicht Jahrhunderten daran, das Bier hell zu machen. Seit wann gibt es klares Bier? Wahrscheinlich ungefähr zu der Zeit, als die Braumesiter an der Reinigung ihrer Hefe und der Erstellung eines gezielten sauberen Geschmacksprofils arbeiteten. Die Auswahl eines einzigen Hefestamms, um das Bier konsistent zu machen, ging Hand in Hand mit der Praxis, Hefe und andere Stoffe nach der Gärung aus dem Bier zu entfernen. Historisch gesehen verwendeten britische Brauereien Schönungsmittel wie Gelatine oder Isinglas mit elektrostatischer Ladung, um sich mit Hefe zu verbinden, wodurch sich die gebundenen Stoffe aus dem Bier absetzen konnten. Der deutsche Ingenieur Lorenz Enzinger führte 1880 die Brauer in den Platten- und Rahmenfilter ein, wobei das Bier zur Klärung durch Zellulosefilterschichten geleitet wurde. Die Filtration war offensichtlich ein großer Schritt nach vorn in diesem Prozess. Nachdem nun all diese Fortschritte bei der Verbesserung der Klarheit von Bier gemacht wurden, gibt es in letzter Zeit einen Trend, Biere so trüb wie möglich zu machen. Vor allem in den USA ist unfiltriertes Bier sehr begehrt. Beide Stile (klar und trüb) sind messbar, und die Messung der Trübung hilft jedem Braumeister, die Konsistenz zwischen den Chargen aufrechtzuerhalten.

Kalter Dunst vs. permanenter Dunst

Kältetrübung wird durch Polyphenole mit niedrigem Molekulargewicht und größere Proteine und Polypeptide verursacht, wenn sie durch schwache Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen vernetzt sind. Wasserstoffbrücken werden bei der Erwärmung des Bieres getrennt. Diese Partikel verbinden sich nur zu großen Molekülen, so dass sie bei kaltem Bier sichtbar werden.

Chill Haze, C. Bird, Oxford Companion to Beer, 2011

Um die Sache noch komplizierter zu machen, kann der Protein-/Gerbstoff-Dunst vorübergehend[Kühl Dunst]oder permanent sein. Gefiltertes Bier, das scheinbar brillant ist, kann in späteren Phasen der Verpackung oder Lagerung Probleme bereiten. Dunst, der bei der Kühllagerung vorhanden ist, kann als Kältedunst identifiziert werden, indem man die Flasche oder Probe auf Raumtemperatur erwärmen lässt. Der Dunst verändert sich oder löst sich bei Erwärmung auf und lässt das Bier klar aussehen. Wenn das Bier wieder gekühlt wird, kann sich der Dunst wieder auflösen. Das ist zwar keine gute Nachricht für die Brauerei, aber zumindest ein Hinweis darauf, wie mit dem Problem weiter zu verfahren ist.

Kalter Dunst vs. permanenter Dunst

Kältetrübung wird durch Polyphenole mit niedrigem Molekulargewicht und größere Proteine und Polypeptide verursacht, wenn sie durch schwache Wechselwirkungen wie Wasserstoffbrückenbindungen vernetzt sind. Wasserstoffbrücken werden bei der Erwärmung des Bieres getrennt. Diese Partikel verbinden sich nur zu großen Molekülen, so dass sie bei kaltem Bier sichtbar werden.

Chill Haze, C. Bird, Oxford Companion to Beer, 2011

Um die Sache noch komplizierter zu machen, kann der Protein-/Gerbstoff-Dunst vorübergehend[Kühl Dunst]oder permanent sein. Gefiltertes Bier, das scheinbar brillant ist, kann in späteren Phasen der Verpackung oder Lagerung Probleme bereiten. Dunst, der bei der Kühllagerung vorhanden ist, kann als Kältedunst identifiziert werden, indem man die Flasche oder Probe auf Raumtemperatur erwärmen lässt. Der Dunst verändert sich oder löst sich bei Erwärmung auf und lässt das Bier klar aussehen. Wenn das Bier wieder gekühlt wird, kann sich der Dunst wieder auflösen. Das ist zwar keine gute Nachricht für die Brauerei, aber zumindest ein Hinweis darauf, wie mit dem Problem weiter zu verfahren ist.

Methoden zur Klärung von gefilterten Bieren

Jedes Malzbier ist besonders anfällig für beide Formen der Trübung. Lange Kühllagerzeiten in Kellertanks tragen dazu bei, den Protein/Gerbstoff-Komplex so zu forcieren, dass er sich absetzt und leichter herausfiltriert werden kann. Brauereien können die Prozesshilfsmittel auch in Verbindung mit der Kühllagerung verwenden. Kieselgel wird verwendet, um den Komplex mit Protein in Bier zu bilden, während PVPP [polyvinylpolypyrrolidone] verwendet wird, um den Komplex mit Polyphenolen zu bilden, so dass diese ausfallen und herausgefiltert werden können.

Schönung, Filtration oder Zentrifugation sind die wichtigsten Waffen im Krieg gegen den Dunst. Die Schönung, wie besprochen, wird von Brauereien seit Jahrhunderten angewandt. Bei der Filtration wird das Bier durch Filterfolien oder Siebe geleitet, um größere Hefezellen und proteinhaltiges Material zu entfernen. Die meisten Praktiken erfordern eine anfängliche Primärfiltration, gefolgt von einer strafferen Polierfiltration. Ursprünglich war die Zentrifugation ein Schritt vor der Polierfiltration, um die Partikelanzahl zu reduzieren. Einige Brauereien verlassen sich heute allein auf die Zentrifugation, um eine akzeptable Klarheit zu erreichen. Zentrifugiertes Bier kann leicht trüb sein, aber immer noch als akzeptabel für Verkauf und Konsum angesehen werden, insbesondere angesichts des jüngsten Trends zu ungefilterten

Haze Bombs und der Aufstieg des undurchsichtigen Craft Beer

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Amerikanisches ungefiltertes Bier

Brillantes Bier steht seit über 100 Jahren im Mittelpunkt der Brauereien, mit Ausnahme einiger traditioneller europäischer Biersorten wie Wit Beer, Hefeweizen und Lambic. In letzter Zeit haben amerikanische Brauereien eine andere Richtung eingeschlagen, indem sie auf die Filtration verzichten und das Bier trüb servieren lassen. Sehr viel Dunst. Mit dem India Pale Ale (IPA) als Ausgangspunkt haben sie die Praxis der Zugbabe von Hopfen währen des Durchmischens und des Trockenhopfens auf die Spitze getrieben und Hopfenaroma und Dunst zu einem Hauptmerkmal des Gebräus gemacht. India Pale Ale ist eine Biersorte, die gewöhnlich eine höhere Menge an Hopfen und eine höhere Endbitterkeit[measured in Bitterness Units]aufweist als herkömmliches Pale Ales. IPA’s haben in den letzten 10-15 Jahren den Bereich von 70-90 BU erreicht, 2-2½ mal so viel Bitterkeit wie ein normales Pale Ale. Auch diese Biere werden in der Regel trocken gehopft, d.h. es wird Hopfen in den Fermenter oder in das Sekundärlager gegeben. Dies verstärkt das Hopfenaroma des Bieres und nimmt den Charakter der flüchtigen Hopfenbestandteile an. Je nach Hopfensorte werden dem Bier zitrusartige, kiefern- oder blumige Aromen verliehen.

Die in Neuengland begonnene Änderung des Stils beinhaltet eine Reduzierung der gesamten BU-Ebene[40-50]bei gleichzeitiger Erhöhung des Hopfens während der Durchmischung und trockenem Hopfen, gewöhnlich mit einigen sehr zitrusartigen Sorten. Diese Biere, die jetzt New England IPA genannt werden, sind hopfig, sehr trüb, duften nach Zitrusfrüchten und tropischen Früchten. Man braucht eine gesunde Menge Hopfen, um mehr Aroma zu erhalten, und die Menge an verwendeten Hopfen in diesen Bieren sind in vielen Fällen von 0,5 Pfund pro Fass auf 2-4 Pfund pro Fass gestiegen. Auch bestimmte aromatische, flüchtige Hopfeninhaltsstpffe gehen während des Kochvorgangs verloren, so dass später größere Hopfenzusätze hinzugefügt werden, sobald das Kochen beendet ist und das Durchmischen beginnt. Da α-Säuren aus Hopfen durch Wärme und Zeit entsteht [boiling] , wird daher bereits früher Hopfen hinzugefügt um mehr α-Säuren zu erhaltent, als zuvor bei später Zugaben während des 1-1½-Stunden-Kochvorgangs [ca. 34% vs. 12%]. Dies hat zur Folge, dass die Verwendung von Bitterstoffen reduziert wird und gleichzeitig mehr Hopfenaroma erhalten bleibt. Einige Brauereien nutzen einen Hopfenrücklauf, um diesem Prozess zu unterstützen. Die Würze wird durch einen Tank mit ganzem Hopfen geleitet, der die Siebplatten bedeckt, so dass die Würze auf dem Weg zum Fermenter durch das Hopfenbett filtriert wird. Die wirksamste Methode zur Steigerung des Hopfenaromas ist der Trockenhopfen. Aggressives Trockenhopfen, bei dem 2-4 Pfund pro Fass in den Fermenter gegeben werden, bedeutet, dass es weniger messbare iso-α-Säurebitterkeit im Bier gibt, aber eine deutliche Zunahme des Aromas. Einige neueste Forschung deutet darauf hin, dass die Oxidation anderer Hopfenbestandteile dem fertigen Bier neben dem gesteigerten Aroma auch eine wahrgenommene Bitterkeit verleiht.

Seltsamerweise besteht das Ziel darin, die Partikel in der Schwebe zu halten, sobald die gewünschte Dunstbildung erreicht ist. Ja, der Dunst muss lstabil sein, so dass er während der Lagerung nicht ausfällt. Brauereien wollen nicht nach der Zugabe von trockenem Hopfen ein nur leicht trübes oder noch schlimmer, ein klares Bier haben. In dieser bizarren Bierwelt müssen die Braumeister also die Trübung von Bieren überwachten, die über längere Zeiträume über einem bestimmten Schwellenwert lagern. Neben viel trockenem Hopfen ist der Einsatz von Hefe, die in der Schwebe bleibt, ein zentraler Knotenpunkt. Pulverförmige Hefe trägt nun dazu bei, auch andere Partikel in der Schwebe zu halten. Die Hefezellwand hilft der Hefe, sich an andere Hefe, Hopfen, Kaltbruch zu heften [large flocs of protein and tannins] und bringt bei einigen obergärigen Stämmen sogar Partikel an die Oberfläche.

Aus den Teeblätter lesen, na ja, eigentlich die FTUs

Formazin-Trübungsstandards bieten eine Bezugsskala. Dies ermöglicht die Angabe der Biertrübung in Form von Formazintrübungseinheiten (FTU).

Formazin Turbidity Standards, ASBC Methods 2006, Beer-27

Die American Society of Brewing Chemists Methods enthält ein Kapitel über die Herstellung von Formazin-Standards durch Kombination von Hydrazinsulfat und Formin in einer Stammlösung, die dann in vorgeschriebenen Mengen verdünnt wird. Serielle Verdünnungen ermöglichen eine Reihe von Standards, mit deren Hilfe die Trübung der zu testenden Probe identifiziert werden kann. Formazin bleibt in [klar]Glasflaschen in Suspension, entweder für einen visuellen Vergleich oder in Küvetten, so dass es zur Kalibrierung eines Trübungsmessgeräts verwendet werden kann. Während ein visueller Vergleich wirksam ist, liefern Proben, die durch ein Trübungsmessgerät laufen, die genauesten Messwerte.

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Die Hanna-Instrumente HI84792 Trübungsmessgerät für Dunst ist ASBC-konform und tragbar, um es in der Brauerei mit sich zu führen und zu testen, wann und wo Sie es brauchen. Es ist wichtig, dass Sie Ihre Messwerte auf einem automatischen Trübungsmessgerät standardisieren können, und deshalb verwendet Hanna die AMCO AEPA-1-Standards. Diese Standards sind US-EPA-konform und stabiler als Formazin, insbesondere bei der Kalibrierung auf niedrige Trübungswerte.

Klare und goldene Standards

Die Klarheit von Bier lässt sich in fünf Stufen einteilen: brillant (< 35 FTU), fast brillant (35-69 FTU), leicht trüb (69-138 FTU), trüb (138-276 FTU) und sehr trüb ( [> 276 FTU).

Effects on The Turbidity of Wort and Beer, R.Stewart, et.al., J. Inst. Brewing, 2003

Einige Ergebnisse der Analyse von gefilterten goldenen amerikanischen Lagern zeigen sehr niedrige Messergebnisse. Während < 35 FTU, wie oben zitiert, als brillant anerkannt wird, sind viel niedrigere Messwerte recht häufig. Bier mit weniger als 10 FTU ist bei vielen der großen US-Brauereien möglich. Nebenbei bemerkt, nicht alle goldenen Biere liegen in einem so niedrigen Messbereich, da z.B. Blonde Ales und Pilsner mit einem anständigen Anteil an Hopfen [30-35 BU’s] in den Regalen stehen. Einige dieser Gebräue sind sogar trocken gehopft. Goldene Biere, die zentrifugiert und nicht gefiltert werden, sind ebenfalls erhältlich und weisen einen höheren Trübungswert auf [70+ FTU’s] Größere kommerzielle Biere werden mit größerer Wahrscheinlichkeit gefiltert und haben unabhängig von der Farbe des Bieres niedrigere FTUs.

Dunstbomben-Standards

Ungefilterte Biere können mit Werten weit über den Bereich von 250 FTU sehr stark variieren. Die Ergebnisse der fertigen Trübung hängen von einer Reihe von Faktoren ab, einschließlich der Auswahl der Zutaten, des Maischeschemas, des Hopfens, der Hefeauswahl, des Kellerprogramms, der Zentrifugation und der Verpackungsspezifikationen. Einige Brauereien ziehen es vor, einen Zieldunst mit einer oder mehreren der aufgeführten Methoden zu erreichen. Der Vorteil ist, dass eine gewisse Stabilität gegeben ist, selbst wenn eine relativ große Menge an Partikeln in der Suspension vorhanden ist. Es gibt zwar nicht viele Informationen über die Trübungszahlen bei Bier, aber Brauereien mit einer Zentrifuge können die Geschwindigkeit und den Gegendruck anpassen, um die Trübung zu bestimmen. Ein kommerzielles Separatorenunternehmen gibt an, dass der Brauer einen Austrag von 0,5 Millionen Hefezellen/ml erreichen kann, wenn die Bierzufuhr zu seiner Zentrifuge < 10 Millionen Hefezellen/ml beträgt. In diesem Fall wird dieses Verfahren vor der Filtration empfohlen, aber die Zahlen könnten auf ein unfiltriertes Produkt angewandt werden, wenn man nach einer konsistenten Zellkonzentration in der fertigen Verpackung sucht. Trübungsmessgeräte werden dann häufig verwendet, um eine endgültige Trübungsspezifikation festzulegen.

Trübungsstudie von gefilterten und ungefilterten Bieren

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Von links nach rechts: Regional- und Craft-Brauerei 3, Regional- und Craft-Brauerei 1, Regional- und Craft-Brauerei 3. Alle sind ungefiltert.

Um ein besseres Verständnis des Unterschieds zwischen gefilterter und ungefilterter Trübung des fertigen Bieres zu erhalten, wurden vor Ort 3 Proben von gefiltertem und 3 Proben von ungefiltertem, handelsüblichem Dosenbier für eine Reihe von Trübungswerten gekauft. Die Proben wurden gekühlt, entgast und in das Hanna-Trübungsmessgerät HI847492 unter Verwendung des folgenden Protokolls für Trübungsmesswerte eingelegt:

  1. Trübungsmessgerät mit Formazin-Trübungsstandards kalibrieren [ < 0.10, 15.0, 100, 800 – HI 88703-11]
  2. Tragen Sie Silikonöl [HI 93703-58] auf die Außenseite der Küvetten auf und wischen Sie Überreste mit einem Mikrofasertuch ab [HI 731318]. Acht Küvetten pro Probe.
  3. Küvetten in einem Eiswasserbad vorkühlen.
  4. Die Küvetten mit Bier spülen, die Probe in die Küvetten gießen, verschließen und zurück ins Eiswasserbad geben.
  5. Nach 20 Minuten den Deckel der Probe entfernen und mit einem Temperaturfühler rühren, um zu entgasen.
  6. Wenn die Probe 1°C (34°F) anzeigt, verschließen Sie die Küvette mit der Kappe, Küvette mit einem Mikrofasertuch abwischen und sofort ablesen.
  7. Acht Messwerte pro Probe. [Samples kept in ice bath between readings.]
Gefilterte Proben, große US-Brauereien
Marke FTUs (Proben-Replikate) Durchschnitt
1 2 3 4 5 6 7 8
Große US-Brauerei 1 2.10 2.66 2.52 2.73 2.11 2.31 *** 3.13 2.51
Große US-Brauerei 2 2.77 1.96 4.93 2.00 1.85 3.69 3.50 3.04 2.97
Große US-Brauerei 3 3.66 2.04 2.20 2.80 2.50 3.00 2.35 3.87 2.80

***Stichprobe war ein signifikanter Ausreißer(P < 0.05).

Ungefilterte Proben, regionale oder Craft- Brauereien
Marke FTUs (Proben-Replikate) Durchschnitt
1 2 3 4 5 6 7 8
Regionale & Craft Brauerei 1 477 413 500 515 476 455 521 512 485
Regionale & Craft Brauerei 2 214 231 307 220 239 296 187 272 246
Regionale &Craft Brauerei 3 78.9 87.7 79.6 85.8 99.1 91.1 85.0 90.1 86.0

Nach den Zahlen

Die großen US-Lager sind in einer engen Gruppe zusammengefasst. Sie produzieren seit Jahrzehnten brillantes, goldenes Lagerbier mit dem Schwerpunkt auf der Lagerstabilität. Keine wirklichen Überraschungen bei ihren Ergebnissen. Die Ausnahmen sind eher bei den kleineren Brauereien zu finden, die goldene Biere wie Pilsner, Helles, Kölsch und Cream Ale herstellen. Diese Marken werden höhere FTU-Werte aufweisen, insbesondere wenn die Biere in einem einzigen Durchgang trocken gehopft oder zentrifugiert werden.

Die ungefilterten Biere aus den regionalen Brauereien zeigen ein viel breiteres Trübungsspektrum. Die gefilterten Bierproben unterscheiden sich nur um 0,17 FTU, während es zwischen der Regional & Craft Brauerei 1 und der Regional & Craft Brauerei 3 eine Differenz von 399 FTU gibt. Viele Craft Brauereien streben heute nach einem sehr trüben Bier. Auf vielen der Online-Bierbewertungsseiten gilt: je trüberr, desto besser, ähnlich wie die BU-Brauereien des letzten Jahrzehnts, die als wünschenswerter angesehen wurden [to some] . Wie eine Brauerei es ausdrückte, war das bitterste IPA auf dem Markt wie ein Restaurant mit dem schärfsten mexikanischen Gericht. Man glaubte nicht, dass das Essen authentisch war, es sei denn, man hat sich den Mund verbrannt. Möglicherweise befinden wir uns in dieser Phase mit der Trübung im Bier. Wenn man durch das Bier hindurchsehen kann, ist es nicht trüb genug.

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Beschleunigter Kalter-Dunst-Test

Es hat sich gezeigt, dass die Lagerung von Bier bei erhöhten Temperaturen über relativ kurze Zeiträume zu einem ähnlichen Grad an Kälteschleier führt, wie er in demselben Bier nach längerer Lagerung bei Raumtemperatur auftritt.

Physical Stability, Accelerated Chill-haze Test, ASBC Methods 2006, Beer-27

Für weitere Untersuchungen ist es erwähnenswert, dass es Tests gibt, die eine mögliche Trübungsentwicklung im Laufe der Zeit bei gefiltertem Bier bestätigen helfen. ASBC hat eine Methode namens Beschleunigter Kalter-Dunst-Test (Accelerated Chill-haze-Test), bei der verpacktes Bier 7 Tage lang erhöhter Temperatur [40°, 50° oder 60°C] ausgesetzt wird, um 3 Monate im Regal zu simulieren. Die Proben müssen so schnell wie möglich nach dem Verpacken auf Kälteschleier getestet werden [initial Dunst after chilling] und werden dann nach dem Inkubationsprozess erneut getestet, wobei in beiden Fällen die gleiche Methode angewendet wurde [Total Haze After Chilling]. Dies gibt einen besseren Hinweis auf die Wirksamkeit des Klärungsprozesses.