Messtechnik für den Brauprozess Wie Brauereien durch intelligente Messtechnik höchste Bierqualität erreichen

Autor: Wolfgang Ernhofer

Produktsicherheit und Hygiene bei der Lebensmittelherstellung verlangen anspruchsvolle Richtlinien. Ebenso, wie die messtechnische Auslegung eines komplexen Produktionsprozesses, z.B. in einer Brauerei. Wo welche Messtechnik benötigt wird, wie diese einen sicheren Prozess und hohe Qualität des in Deutschland meistgetrunkenen Bieres gewährleistet und wie Einsparpotenziale durch MSR-Einsatz genutzt werden können? PROCESS hat sich für Sie bei Oettinger in Mönchengladbach umgeschaut.

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Der Brauprozess ist komplex und bei allen Produktionsschritten kommt es auf Präzision an. 
Moderne Messtechnik sorgt für konstante Prozesse, Überwachung und gleichbleibend qualitativ hochwertige Endprodukte.
Der Brauprozess ist komplex und bei allen Produktionsschritten kommt es auf Präzision an. 
Moderne Messtechnik sorgt für konstante Prozesse, Überwachung und gleichbleibend qualitativ hochwertige Endprodukte.
( © artjazz - Fotolia)

Nicht nur im Bierkonsum, sondern auch in der Bierproduktion ist Deutschland unter den weltweit führenden Nationen. Neben unzähligen kleinen Brauereien gibt es auch große Gruppen wie Deutschlands größte Privatbrauerei Oettinger, die jährlich zehn Millionen Hektoliter Bier braut und abfüllt. Bei derart großen Produktionsanlagen, wie der in Mönchengladbach, steht die lückenlose Überwachung des Brauprozesses im Vordergrund. Um Produktqualität und Ausstoßmenge zu gewährleisten, müssen sich die Braumeister 100-prozentig auf Messwerte aus den einzelnen Produktionsschritten verlassen können.

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Angefangen beim Brauwasser bis zum fertigen Produkt muss die Brauerei immer gleichbleibend, qualitativ hochwertig produzieren und alle wichtigen Kennzahlen im Blick haben. Diese gleichbleibende Qualität ist beim Endprodukt in der Flasche selbstverständlich, während des Prozesses aber sehr schwierig zu erzeugen. Die Rohstoffe sind natürliche Produkte und verändern ihre Eigenschaften, ihren Geschmack sowie ihre Aromen von Charge zu Charge. Damit immer gleichbleibende Qualität entsteht, wie beim mehrfach von der DLG ausgezeichneten Alt-Bier von Oettinger, hat der Brauer moderne Sensortechnologie zur Verfügung. Optimale Nutzung der Rohstoffe und Produktionskapazitäten sind ebenso wichtig, wie eine stabile Qualität und Energieeinsparungen bei sich ändernden Bedingungen.

Füllstandmessung in Silos und Behältern

Am Anfang steht die Anlieferung und Lagerung der Rohstoffe. Malz, Getreide, Hopfen oder Hopfenpellets werden gewogen, gereinigt und in Silos abgefüllt, deren Füllstand überwacht werden muss. Mit frei abstrahlenden oder geführten Radarmessgeräten, weiß der Techniker zu jeder Zeit, ob noch genügend Rohstoffe für die Produktion zur Verfügung stehen.

Messtechnikpartner von Oettinger ist Endress+Hauser, deren Geräte in der gesamten Brauerei verbaut sind, nicht nur an den Lagersilos. Damit die Messgenauigkeit lange erhalten bleibt, haben die Sensorspezialisten aus Weil am Rhein leicht zu reinigende Keramikmembranen für die Messgeräte. Um das Überfüllen der Lagertanks zu verhindern, werden je nach Einbauort kapazitive Messgeräte oder solche mit Vibronik-Technologie bevorzugt.

Basis für ein hochwertiges Produkt ist das Wasser. Schon hier sorgen die richtigen Messgeräte dafür, dass genügend Wasser in der benötigten Qualität zur Verfügung steht. Wie bei den anderen Rohstoffen wird ständig der Füllstand der Brunnen überprüft – der Pegel muss laufend dokumentiert werden. Temperatur, Leitfähigkeit und der pH-Wert sind entscheidende Indikatoren für die Wasserqualität. Messgeräte sorgen für die Erfassung und den Transport der Daten und Werte an die Leitwarte, deren Mitarbeiter ständig auf dem Laufenden sein müssen, damit sie in einen fehlerhaften Prozess eingreifen können.

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Um die Energie zu erzeugen, die der Braumeister für den Prozess benötigt, kommt bei Oettinger eine Mischung aus Erd- und Biogas zum Einsatz. Die Brauerei benötigt große Wassermengen, die mit zwei Kesseln erhitzt werden. Thermische Massendurchflussmesser überwachen die Zulieferung des Gases zum Brenner. Hat das Wasser die gewünschte Temperatur, führt der nächste Weg zur Entgasung. Mit einem Coriolis-Massendurchflussmessgerät werden kleine Mengen Kohlendioxid hochgenau zudosiert und damit aromaschädlicher Sauerstoff entzogen. Alles findet natürlich in hygienischer Atmosphäre, in großen Edelstahltanks, statt.

Im Herzen der Anlage

Anschließend findet das Wasser seinen Weg in das Sudhaus. Hier im „Herzstück der Brauerei“ wird die Würze hergestellt, deren Qualität entscheidet, ob das fertige Bier den Ansprüchen der Brauerei entspricht. Im Sudhaus werden große Mengen an Wärme und Warmwasser benötigt. Mit einem induktiven Durchflussmesser und Temperaturmessgeräten werden Menge, Rücklauf und Vorlauf ständig überwacht und die Daten durch einen Energierechner für die Überwachung und Dokumentation ans Leitsystem übertragen.

Der nächste Verfahrensschritt ist das Maischen. Dabei werden Schrot und Wasser gemischt, um die Inhaltsstoffe des Malzes zu lösen und zu extrahieren. Der Füllstand im Maischebottich wird laufend überwacht, während Stärke und Eiweiß abgebaut werden. Am Ende des Prozesses besteht die Maische aus Würze – löslichen Extraktstoffen – und Treber – ungelösten Resten, wie Spelzen. Die Würze wird durch das Läutern von den Trebern getrennt und unter Beigabe von Hopfen in der Würzepfanne bei Überdruck gekocht. Der Überdruck sorgt für einen stabilen und schnellen Kochvorgang.

Um den Druck richtig einzustellen, sind in Mönchengladbach moderne Druckmessgeräte im Einsatz. Im Prozess spielt die Dichte des Extrakts eine wesentliche Rolle. Inline-Extraktmessung gewährleistet stabile Qualität und optimale Belegungszeiten der Würzpfannen. Die Bierbrauer müssen beim Maischen und in der Würzepfanne auf eine zuverlässige Dampfzufuhr achten, um Sudzeiten und Energieverbrauch zu optimieren. Der Durchflussmesser Prowirl 71 mit Dampfrechner liefert dem Brauerei-Personal direkte kWh-Werte.

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Die Würze wird aus der Würzepfanne mit hoher Geschwindigkeit in den Whirpool gepumpt, wo sich durch Zentrifugalkräfte der Kochtrub – auch Bruch genannt – am Boden absetzt. Zum Abschluss der Würzeherstellung sorgen Plattenkühler dafür, dass die Würze auf 10 °C abgekühlt wird, natürlich bei ständiger Überwachung der Temperatur. Wenn diese erreicht ist, macht sich die kalte Würze auf den Weg zur Gärung. Jetzt wird Hefe zugesetzt und zum ersten und einzigen Mal gezielt Sauerstoff durch Düsen zugegeben, um die eingesetzte Hefe zu vermehren.

Schauen Sie auch das Video zur Messtechnik in der Oettinger-Brauerei

Oettinger vertraut bei der Zufuhr von Sterilluft auf thermische Massedurchflussmessgeräte, die sogar bei stark variierenden Durchflussvolumina präzise Messergebnisse liefern. Während der Gärung wird Zucker zu Alkohol und Kohlensäure vergoren und der Geschmack sowie Geruch des Bieres maßgeblich beeinflusst. Ein Prozess der den Messgeräten einiges abverlangt: Füllstandmessungen erfolgen idealerweise mit präzisen und temperaturkompensierten hydrostatischen Messgeräten. Durchflussmessgeräte sorgen für die richtige Hefemenge, während im gesamten Prozess Dichte und Temperatur erfasst werden müssen.

Ab durch den Filter

Am Ende der Gärung hat sich die Hefe am Tankboden abgesetzt und kann abgezogen werden. Das Bier darf jetzt ruhen. Das Bier wird bei der Lagerung mit Kohlensäure gesättigt, es wird klar und Geruch und Geschmack verändern sich durch chemische Reaktionen. Beim finalen Schritt vor der Abfüllung, durchläuft das Bier die Filtration. Ständig überwacht durch Füllstand-, Leitfähigkeits-, Durchfluss-, Temperatur- und Druckmessung werden die restlichen Schwebstoffe entfernt. Nachdem die verbliebenen Hefezellen und Trübungsstoffe ausgefiltert sind, tritt das Bier die Reise in den letzten Tank vor der Abfüllung an. Selbstverständlich ist auch bei der Abfüllung moderne Messtechnik nicht mehr wegzudenken: Füllstand, Durchflussmenge, Produktidentifizierung und Konzentrationsüberwachung von Reinigungsmitteln und Additiven sind nur einige Beispiele für Aufgaben, die im Prozess von Messgeräten übernommen werden.

Das Beispiel der Oettinger Brauerei zeigt eindrucksvoll, wie viel Messtechnik in den einzelnen Produktionsschritten steckt. Ohne diese wäre eine ähnlich große Produktion nahezu unmöglich. Der amerikanische Braumeister Fritz Maytag meinte vor geraumer Zeit: „Ein Bier entsteht nicht einfach so von alleine. Dazu gehören auch ein Quäntchen Zauberei und gewisse Dinge, die niemand so recht versteht.“ Mit einem hat er immer noch recht – nämlich, dass Bier nicht von alleine entsteht. Die Reaktionen und Abläufe beim Brauvorgang sind mittlerweile erforscht und erklärt. Das Quäntchen Zauberei steckt im Jahr 2015 in der Messtechnik.

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