Meilenstein Trenntechnik

wird präsentiert von

GEA

Nachhaltig brauen Wie Brauereien beim Würzekochen und Isomerisieren Ressourcen schonen

Autor / Redakteur: Isabel Osterroth* / M.A. Manja Wühr

Energie und Wasser sind teuer, Hopfen inzwischen auch: Hopfenbauern, so heißt es, können die Nachfrage nach Alphasäure trotz guter Ernten gar nicht mehr bedienen. Brauereien, die jetzt nicht klassische Verfahren überdenken und Brauprozesse neu modellieren, werden es in Zukunft schwerer haben, rentabel zu sein.

Firmen zum Thema

Extraktionseffizienz verbessern mit dynamischer Kalt­hopfung Hopstar Dry von Gea.
Extraktionseffizienz verbessern mit dynamischer Kalt­hopfung Hopstar Dry von Gea.
(Bild: Gea)

Oft ist es die Mischung aus eigener Anspruchshaltung, betriebswirtschaftlicher Notwendigkeit und dem wachsenden öffentlichen Druck von Gesetzgebern, Verbrauchern und Investoren, die ein Streben nach Energie- und Ressourceneffizienz zum Innovationsmotor für die gesamte Brauindustrie machen. In den letzten Jahrzehnten konnte sie bereits Energie- und Wasserverbräuche erfolgreich reduzieren. Doch die Brauereien bleiben anspruchsvoll: Sie lassen keine Verschwendung zu und wollen weiterhin Rohstoffe besser einsetzen, Wasser und Energie sparen. Grünes Brauen heißt, Verantwortung als Akteur einer energieintensiven Industrie gegenüber der Umwelt und dem Umfeld wahrzunehmen. Und tatsächlich liegen in der Lieferkette von Brauereien und in ihrer Produktion immer noch große Verbesserungspotenziale. Gea betrachtet dazu die Prozesse von der Malzannahme bis hin zur Abfüllung ganzheitlich.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 8 Bildern

Energieverbrauch senken mit Intelligent Wort Management

Der Gea Jetstar bietet für das Würzekochen in atmosphärischen Pfannen die Möglichkeit einer hocheffizienten Zwei-Phasen-Kochung. Der Energieeintrag erfolgt über einen Innenkocher, zusätzliche Pumpenenergie zur Umwälzung der Würze ist nicht erforderlich. Der thermische Konversionsprozess und die Verdampfung sind in dem Zwei-Phasen-Prozess voneinander getrennt. Durch eine geringe Gesamtverdampfung während des Würzekochens wird deutlich Energie eingespart. Die verbleibende Verdampfungswärme kann nahezu vollständig durch einen Brüdenkondensator zurückgewonnen werden, sodass die Heißwasserbilanz durch die Nutzung des erzeugten Heißwassers (94 °C) im Sudhaus zur Würze- und/oder Maischeerhitzung optimiert werden kann. Ein intelligentes Würzemanagement ermöglicht beispielsweise durch die Berechnung von Verdampfungsraten eine konstante Verdampfung und eine bedarfsgerechte Anpassung von Reinigungszyklen sowie eine hohe Datenverfügbarkeit für das Monitoring der Prozesse und deren Optimierung.

Wissen ist Wettbewerbsvorteil Ob Branchennews, innovative Produkte, Bildergalerien oder auch exklusive Videointerviews. Sichern auch Sie sich diesen Informationsvorsprung und abonnieren Sie unseren redaktionellen Branchen-Newsletter „Food & Beverage kompakt“.

Alphasäure aus Hopfen in der Versorgungslücke

Hopfen wird im Brauprozess sowohl im Heiß- auch als im Kaltbereich des Prozesses eingesetzt. Während er im Sudhaus isomerisiert wird, wird im Kaltbereich durch die Kalthopfung Hopfenöl extrahiert, das zusätzliche Aromakomponenten ins Bier bringt. Die Isomerisierung des Hopfens gehört zu den energieintensiven Teilen der Sudhausarbeit. Deshalb misst Gea ihr auch besondere Bedeutung bei. Derzeit gewinnen jedoch neben der energetischen Optimierung Technologien zur effizienten Rohstoffnutzung bei der Hopfen­isomerisierung an Dringlichkeit: Bereits im sechsten Jahr in Folge konnte Hopfenbauern den weltweiten Alphasäurebedarf der Brauereien nicht mehr decken.

Während des Würzekochens wird die schlecht lösliche Alphasäure zu in Würze löslicher Iso-Alphasäure isomerisiert, die dann zum typischen Bittercharakter des Biers beiträgt. Im konventionellen Prozess wird beim Würzekochen keine vollständige Isomerisierung erreicht: Gerade einmal 60 Prozent werden im Sudwerk zur Iso-Alphasäure isomerisiert, sodass durch Verlust in Trub und Hefe letztlich nur etwas über 30 Prozent der eingesetzten Alphasäure als Iso-Alphasäure gefunden wird. Diese Isomerisierungsreaktion ist eine Reaktion erster Ordnung und abhängig von der Prozesszeit und -temperatur, dem pH-Wert sowie der reaktiven Oberfläche des eingesetzten Hopfenprodukts. Außerhalb des deutschen Markts können Chemikalien zur Erhöhung des pH-Werts und als Katalysator eingesetzt werden, um die Reaktion zu beschleunigen.

Mit dem Hopstar Iso hat Gea ein patentiertes Verfahren entwickelt, das die Hopfenisomerisierung thermisch beschleunigt und so die Isomerisierungsrate erhöht. Die Technologie beruht auf dem Prinzip, die Partikelgrößen zu zerkleinern, um die reaktiven Oberflächen zu vergrößern: Wird die Prozesstemperatur auf 120 bis 140 °C erhöht, beschleunigt sich die Prozesszeit auf 15 bis 20 Minuten. Im Sudhaus steigt die Isomerisierungsrate auf mehr als 92 Prozent. Erste industrielle Großversuche für den deutschen Markt zeigen Rohstoff-Einsparpotenziale von bis zu 30 Prozent bei einer Dosage der isomerisierten Suspension im Whirlpool oder vor dem Würzekühler bei vergleichbaren Bittereinheiten wie ein Referenzbier. Die Qualität der Bittere wurde als harmonisch beschrieben. Die Trubbildung während des Würzekochens mit dem Jetstar war auch bei Dosage vor dem Würzekühler zufriedenstellend. Ein weiterer energetischer Vorteil kann durch das Verfahren erwirkt werden, weil im Gegensatz zur klassischen Würzekochung die Isomerisierung nicht mehr der limitierende Zeitfaktor ist. Die Reduktion der Kochzeit und der Gesamtverdampfung erhöhen die Energieeffizienz: So lässt sich der spezifische Energieeintrag bei der Würzekochung von >3 kWh/hl auf <1,5 kWh/hl reduzieren.

galleryid=7162

Dynamischer Kalthopfungsprozess

Im Kaltbereich, der Kalthopfung (Dry Hopping), wird die Hopfengabe genutzt, um durch Hopfenöle das Geschmacksprofil des Biers durch zusätzliche Hopfenaromen abzurunden. Im klassischen statischen Dry Hopping werden Hopfendolden oder Pellets in den Lagertank gegeben. Die Extraktionseffizienz ist hier unvollständig und es entstehen beim Austrag hohe Bierverluste, die die Branche mit zehn bis 20 Prozent je nach Hopfendosage beziffert. Mit dem Hopstar Dry entwickelte Gea einen Prozess, bei dem durch dynamische Extraktion in einem Extraktionsgefäß die Extraktionseffizienz deutlich verbessert wird.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 8 Bildern

Zusammen mit einer mittelständischen belgischen Brauerei konnte Gea diesen Prozess in der Produktion testen: Die Partner verglichen das klassisch statische Dry Hopping mit Doldenhopfen im Lagertank mit dem ebenfalls statischen Dry-Hopping-Verfahren mit P90-Pellets und dem dynamischen Hopstar-Dry-Prozess. Im Gegensatz zur statischen Kalthopfung wird beim dynamischen Prozess das Pellet über ein scherarmes Rührwerk suspendiert und durch Umpumpen in Bewegung gehalten. Dadurch tauschen sich Hopfenmaterial und Bier bestmöglich aus. Die Versuche wurden intensiv analytisch begleitet – etwa die Ausbeute-Steigerungen für Myr­cen als Leitsubstanz für schwerlösliche Hopfenöle und Linalool als Leitsubstanz für leichtlösliche Hopfenöle. Bei der dynamischen Extraktion konnten auch mit kurzen Prozesszeiten (weniger als 24 Stunden) die leichtlöslichen Öle vollständig extrahiert werden. Im Produktionsprozess konnte durch die erhöhte Hopfenölausbeute ein reduzierter Rohstoffeinsatz von 30 bis 50 Prozent je nach eingesetzter Pellet-Qualität erreicht werden.

Fazit: Ob Brauen, Kochen oder Hopfen – mit ganzheitlicher Betrachtung lassen sich die Einsparpotenziale energieintensiver Prozesse in Brauereien heben.

* Die Autorin ist Managerin Application Development Energy & Hops bei Gea, Büchen.

(ID:45457589)