Den Geschmack bewahren, den Alkoholgehalt senken: Die Rolle von Wärmetauschern beim AF-Brauverfahren
Die Beliebtheit von alkoholarmen und alkoholfreien (AF) Bieren und Apfelweinen hat in den letzten Jahren massiv zugenommen, was vor allem auf gesundheitliche und gesellschaftliche Aspekte zurückzuführen ist. Viele dieser Getränke werden auf ähnliche Weise wie herkömmliche Biere und Apfelweine hergestellt, sodass die erforderlichen Anlagen, wie beispielsweise Wärmetauscher, dieselben bleiben und bei der Auswahl dieselben Faktoren berücksichtigt werden müssen.
IWSR prognostiziert, dass der weltweite Verbrauch von alkoholfreien Analoggetränken (einschließlich alkoholfreiem Bier, Wein, trinkfertigen Produkten und Spirituosen) zwischen 2024 und 2029 mengenmäßig um 36 % steigen wird, „und damit über 18 Milliarden Portionen alkoholfreier Analogen erreichen wird“. 1 Market Research Future geht noch weiter und geht davon aus, dass der weltweite Markt für alkoholarme Biere bis 2035 einen Wert von 36,22 Milliarden US-Dollar erreichen wird, bei einer durchschnittlichen jährlichen Wachstumsrate (CAGR) von 6,12 %. 2 Dieser Trend knüpft an das Wachstum des vergangenen Jahrzehnts an. Nach Angaben von „Brewers of Europe“ stieg der Anteil von Bier mit niedrigem Alkoholgehalt und alkoholfreiem Bier am gesamten Biermarkt in Europa von 3,5 % im Jahr 2012 auf knapp über 6 % im Jahr 20213.
„Alkoholfreie Alternativen wie alkoholfreies Bier und alkoholfreier Wein sind für Konsumenten eine zunehmend beliebte Möglichkeit, ihren Alkoholkonsum zu mäßigen“, erklärt Susie Goldspink, Leiterin des Bereichs „Alkoholfrei und alkoholarme Getränke“ bei IWSR. „Da sie den Geschmack und das Aussehen alkoholischer Getränke nachahmen, können Konsumenten, die ihren Alkoholkonsum einschränken möchten, uneingeschränkt an gesellschaftlichen Anlässen teilnehmen, ohne sich ausgeschlossen zu fühlen.“
Bewältigung von Herausforderungen in der Produktion
Mit einem Wertanteil von 93 % am europäischen Markt für alkoholarme und alkoholfreie Getränke ist Bier das beliebteste Getränk in diesem wachsenden Sektor. Bislang war es für Hersteller jedoch schwierig, hochwertige alkoholarme und alkoholfreie Bieralternativen herzustellen. Dies ändert sich nun, wobei die Brauereien zwei Hauptansätze verfolgen, die beide ihre Vor- und Nachteile haben. Der erste besteht darin, die Alkoholbildung während der Gärung zu begrenzen, und der zweite darin, den Alkohol nach der Herstellung des Bieres zu entfernen.
Die Begrenzung der Alkoholproduktion während der Gärung erfolgt entweder durch vorzeitiges Beenden des Prozesses oder durch den Einsatz eines bestimmten Hefestamms (insbesondere solcher, die Maltose-negativ sind), um die Gärung einzuschränken. In der Vergangenheit stellten die mangelnde kommerzielle Verfügbarkeit sowie Wissenslücken eine Herausforderung dar. In den letzten Jahren gab es jedoch einige bedeutende Durchbrüche bei der Überwindung der Geschmacks- und Aromamängel biologischer Verfahren.
Die gängigste physikalische Methode zur Entfernung von Alkohol ist die Entalkoholisierung durch Destillation, entweder mittels Vakuumverdampfung oder durch Umkehrosmose über eine Membran. Die mit Membranen verbundene Technologie hat in den letzten Jahren erhebliche Fortschritte gemacht, doch das Verfahren ist nach wie vor kostspielig und wird daher vor allem von größeren Brauereien eingesetzt. Vakuumdestillation und -verdampfung erfordern eine strenge Temperaturkontrolle, um die Qualität zu gewährleisten, liefern jedoch oft das beste Ergebnis, wenn eine Brauerei versucht, den Geschmack eines bestehenden Standardbiers nachzubilden.
Neben den technischen Aspekten haben sich in der Vergangenheit auch Qualitätsfaktoren im Zusammenhang mit alkoholarmen und alkoholfreien Bieren – wie Geschmack, Mundgefühl und Haltbarkeit – als Herausforderung erwiesen, da viele davon direkt oder indirekt vom Ethanol selbst abhängen. Dies bedeutet, dass die besten alkoholfreien Biere oft speziell receptiert werden, da Hefe, Hopfen und Süßungsmittel in der Rezeptur verwendet werden können, um den fehlenden Alkohol auszugleichen.
Die Rolle von Wärmetauschern
Die zunehmende Verfügbarkeit besserer Hefestämme bedeutet, dass es nun möglich ist, mit Standardanlagen besser schmeckende und qualitativ hochwertigere alkoholarme und alkoholfreie Biere herzustellen. Es ist jedoch allgemein anerkannt, dass die Rezepturentwicklung, die Prozesssteuerung und das Verpackungsmanagement bei alkoholarmen und alkoholfreien Bieren noch wichtiger sind als bei herkömmlichen Produkten.
Das bedeutet, dass die Temperaturregelung in mehreren entscheidenden Phasen von entscheidender Bedeutung ist. So führen beispielsweise die Aufrechterhaltung höherer Maischetemperaturen (>72 °C) und die Verkürzung der Maischezeit zu einer Verringerung der Beta-Amylase-Aktivität und der Gärung (und damit des Alkoholgehalts im Endprodukt). Nach dem Kochen muss die Würze schnell abgekühlt werden, um Fehlaromen zu vermeiden, die durch die Bildung von Dimethylsulfid (DMS) entstehen – dies wird in der Regel durch eine Absenkung der Temperatur von ~95 °C auf ~12 °C erreicht. Hierfür können sowohl Platten- als auch Rohrwärmetauscher verwendet werden, wobei Rohrwärmetauscher oft eine größere Kapazität aufweisen und die Würze daher schneller abkühlen können.
Wird zur Entfernung von Alkohol die Vakuumdestillation eingesetzt, sind bestimmte Temperaturbedingungen unerlässlich, um die Bildung unerwünschter Fehlaromen zu verhindern. Verdampfungssysteme auf Basis von Wärmetauschern, wie beispielsweise die Wellrohr-Serie HRS K, sind angesichts der geringen Viskosität und des geringen Verschmutzungsrisikos der meisten Biersorten ideal geeignet. Durch den Einsatz von gekühltem Wasser oder anderen Kühlmitteln lässt sich vergorenes Bier zudem vor der Reifung oder Abfüllung kühlen. Auch hierfür sind Wärmetauscher ideal geeignet, da sie eine präzise Temperaturregelung bei gleichzeitig kontinuierlicher Verarbeitung ermöglichen.
Da vielen alkoholarmen und alkoholfreien Bieren die typischen mikrobiellen Hemmstoffe fehlen, die in normalem Bier enthalten sind – und da ihnen zudem die konservierende Wirkung des Alkohols fehlt –, ist die Pasteurisierung umso wichtiger. Insbesondere der Einsatz von HTST-Pasteurisierungsverfahren (High-Temperature, Short-Time) trägt dazu bei, den erfrischenden Geschmack zu bewahren, der für viele dieser Produkte so charakteristisch ist.
Die Pasteurisierung gewährleistet nicht nur die mikrobiologische Stabilität und verlängert die Haltbarkeit, sondern trägt in den meisten Fällen auch dazu bei, den Geschmack des Produkts über einen längeren Zeitraum zu bewahren. Sowohl integrierte Wärmetauscher, wie beispielsweise die HRS MI-Serie mit Mehrrohr-Wellrohrtechnologie, als auch integrierte Systeme – wie die HRS Thermblock-Serie – eignen sich ideal für diese Produktionsstufe.
Wärmetauscher können auch bei der Aufbereitung der Abfallprodukte aus der Bierherstellung eine wichtige Rolle spielen. Die anaerobe Vergärung (AD) ist ein gängiges Verfahren zur Aufbereitung von Abwasser und Gärresten aus Brauereien, da diese oft eine hohe Konzentration an Hefe und Zucker aufweisen und somit ein idealer Ausgangsstoff sind. Wärmetauscher finden in der anaeroben Vergärung vielfältige Anwendung, darunter die Beheizung der Fermenter, die Pasteurisierung, damit das entstehende Gärrestprodukt als wertvoller Biodünger verkauft werden kann, sowie die Eindampfung zur Reduzierung des Wassergehalts des Gärrestes.
Energiegewinnung und Energieeffizienz
Viele Phasen des Brauprozesses bieten zudem hervorragende Möglichkeiten zur Wärmerückgewinnung (auch als Wärmerückführung bezeichnet), wodurch Brauereien ihre Energieeffizienz steigern, gleichzeitig Kosten einsparen und ihre Umweltbilanz verbessern können.
Beispielsweise weist das erwärmte Wasser (oder ein anderes Kühlmedium), das nach dem Abkühlen der Würze anfällt, häufig eine Temperatur von etwa 80 °C auf, wodurch es sich ideal zum Vorwärmen der eingeweichten Würze vor dem Kochen eignet und den für den Kochvorgang erforderlichen Gesamtenergieaufwand senkt. Im weiteren Verlauf des Prozesses stellt die Verdampfung mithilfe von Wärmetauschern ebenfalls eine energieeffiziente Methode dar, um den Wassergehalt der Treber zu reduzieren, die anschließend als Tierfutter oder Rohstoff für Bioenergie verwendet werden können.
Die Rückgewinnung und Wiederverwendung von Wärme aus anderen Quellen (wie beispielsweise überschüssige Wärme aus Kühlprozessen oder ungenutzte Kesselleistung) kann eine effektive Möglichkeit darstellen, die Kapazität zu erhöhen oder einen neuen Produktionsprozess einzuführen, ohne dass umfangreiche neue Heiz- oder Energieinfrastrukturen erforderlich sind. Je nach Anwendungsfall haben die Anlagen von HRS Heat Exchangers nachweislich bis zu 50 Prozent der zuvor ungenutzten Wärme zurückgewonnen, die anschließend für die Wasser-, Raum- oder Prozessbeheizung, die Abfallbehandlung oder andere thermische Anwendungen genutzt werden kann.
Um die vielfältigen Einsatzmöglichkeiten von Wärmetauschern in der konventionellen Brauerei sowie in der alkoholarmen und alkoholfreien Brauerei zu erörtern und mehr über die Projekte zu erfahren, die HRS Heat Exchangers weltweit durchgeführt hat, wenden Sie sich bitte noch heute an uns.