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Diese Technologie wird die Bierherstellung revolutionieren
Wenn es um Bier geht, werden viele Leser wissen, was für ein großartiges Produkt der Bernsteinnektar sein kann und warum die Kräfte des wissenschaftlichen Fortschritts auf seine ständige Verbesserung konzentriert werden sollten.
Im Laufe der Jahre gab es viele Fortschritte in unserem Verständnis der Biochemie der Fermentation. Aber der grundlegende Prozess der Bierherstellung hat sich seit Hunderten, wenn nicht Tausenden von Jahren nicht geändert. Weltbewegende Durchbrüche in der Brauereiwissenschaft sind eindeutig rar gesät.
Aus diesem Grund ist die Arbeit von Lorenzo Albanese am Institut für Biometeorologie in Florenz, Italien, und einigen Freunden so bedeutend. Diese engagierten Personen haben einen völlig neuen Bierbrauprozess erfunden, der die Chemie, die Technik und den ökologischen Fußabdruck des Prozesses, der das himmlische Gebräu hervorbringt, dramatisch verändert.
Was haben sie also getan? Das Geheimnis ihrer neuen Methode ist Kavitation, die Bildung kleiner Dampfbläschen in einer Flüssigkeit und deren anschließender Zusammenbruch. Dies geschieht normalerweise, indem der Druck innerhalb einer Flüssigkeit verringert wird, sodass sie siedet, und dann wieder erhöht wird, sodass der Dampf kondensiert.
Kavitation kann durch ein rotierendes Laufrad erzeugt werden, das an seinen sich schnell bewegenden Spitzen niedrige Drücke erzeugt. In der Tat ist Kavitation oft ein unerwünschtes Nebenprodukt von Schiffs- und U-Boot-Propellern, nicht zuletzt, weil die Blasenspur und das dadurch verursachte Geräusch die Position eines U-Bootes verraten können.
Kavitation ist ein außergewöhnlicher Vorgang. Der schnelle Zusammenbruch einer dieser winzigen Blasen kann Temperaturen von mehr als 1.000 Kelvin und einen Druck erzeugen, der etwa 5.000-mal höher ist als der atmosphärische Druck. Diese Bedingungen verändern die physikalische und chemische Umgebung im Wasser dramatisch. Wie sich das auf den Brauprozess auswirkt, haben Albanese und Kumpel ausgiebig experimentiert.
Dieser Prozess umfasst die Grundzutaten Malz, Hopfen, Hefe und Wasser und war schon immer relativ einfach. Sie erfolgt in vier Schritten. Die erste besteht darin, eine zuckerhaltige Flüssigkeit namens Würze herzustellen, in der die Stärke aus gemälzter Gerste in einfacheren Zucker umgewandelt wird, der fermentierbar ist.
Im zweiten Schritt wird die Würze entwässert und die gemälzte Gerste gewaschen, um so viel fermentierbaren Zucker wie möglich zu extrahieren, ein Prozess, der als Sparging bekannt ist.
Die Würze wird dann etwa eine Stunde lang gekocht, um Wasser zu entfernen und den Zucker zu konzentrieren. Das Kochen tötet auch alle Enzyme ab, die an der Umwandlung von Stärke in Zucker beteiligt sind, und kocht flüchtige Chemikalien weg, die die Mischung ruinieren können, insbesondere das unangenehm schmeckende Dimethylsulfid. Die Zugabe des Hopfens zu diesem Zeitpunkt verleiht der Mischung ihre charakteristischen Aromen.
Schließlich wird die Mischung abgekühlt und die Hefe hinzugefügt, um den Fermentationsprozess zu starten, der normalerweise mehrere Tage dauert. Dadurch wird der Zucker in Alkohol umgewandelt, wodurch Bier entsteht, das dann in Flaschen abgefüllt werden kann.
Natürlich steckt der Teufel im Detail. Das Gerstenmalz muss vorher gemahlen werden, um seine Oberfläche zu vergrößern. Die Würze muss auf einer bestimmten Temperatur – normalerweise zwischen 50 und 78 °C – gehalten werden, damit die Enzyme die Stärke abbauen können.
In Kombination mit dem Kochen ist dies ein energieintensiver Prozess. Um 100 Liter Bier herzustellen, werden etwa 32 Kilowattstunden benötigt. (Zum Vergleich: Ein Fernseher mit einer Nennleistung von 100 Watt, der 10 Stunden lang eingeschaltet bleibt, verbraucht eine einzige Kilowattstunde.)
Wie ändert Kavitation das alles? Um das herauszufinden, haben Albanese und Co. eine völlig neue Art von Brauanlage gebaut, die Kavitation in der Würze erzeugt. Anschließend führten sie eine Reihe von Experimenten zur Bierherstellung unter verschiedenen Bedingungen durch, um die potenziellen Vor- und Nachteile der Kavitation zu untersuchen.
Die Ergebnisse sorgen für eine interessante Lektüre. Der erste Vorteil besteht darin, dass die Kavitation gemälzte Gerste zerkleinert und so die Notwendigkeit beseitigt, sie vorher zu mahlen. Das Trockenmahlen von Malzen wird mit der neuen Anlage hinfällig, da Malze durch die Kavitationsprozesse innerhalb weniger Minuten auf eine Größe von weniger als 100 µm zerkleinert werden, sagen Albanese und Co. Dies erhöht auch die biologische Abbaubarkeit des verbrauchten Malzes, das ein Abfallprodukt des Bierherstellungsprozesses ist.
Kavitation erhöht auch die Geschwindigkeit, mit der Stärke von der pulverisierten gemälzten Gerste in die Würze übergeht. Dieser Prozess ist so effizient, dass am Ende des Prozesses wenig oder gar keine Stärke im Malz zurückbleibt.
Das hat erhebliche Auswirkungen. Das bedeutet, dass der Prozess des Spargings – das Waschen des Malzes, um eingeschlossenen Zucker und Stärke zu entfernen – völlig unnötig wird.
Da Stärke effizienter freigesetzt wird, kann die Umwandlung von Stärke in einfachere Zucker bei niedrigeren Temperaturen stattfinden. Die Aktivierungstemperatur von Enzymen, die darauf abzielen, Stärke in einfache Zucker und Aminosäuren umzuwandeln, sinkt um etwa 35 °C, was die für die Verzuckerung benötigte Zeit verkürzt, sagt das Team.
Kavitation hilft auch, die Effizienz der chemischen Prozesse zu verbessern, die normalerweise während des herkömmlichen Kochens der Würze- und Hopfenmischung stattfinden. Durch Kavitation entgasen unangenehme flüchtige Gase schnell, denaturieren die Enzyme in der Würze und lassen Hopfenaromen leicht einmischen. Das macht das Kochen völlig überflüssig. Tatsächlich kann dieser ganze Prozess bei etwa 78 °C stattfinden, sagen Albanese und Co.
All dies führt zu erheblichen Energieeinsparungen. Das Team sagt, dass sein neuer Brauprozess nur 24 Kilowattstunden pro 100 Liter verbrauchte, etwa 30 Prozent weniger als ein Kontrollexperiment, das sie ebenfalls durchführten. Und das, bevor sie den Prozess optimieren, um unnötige Wärmeableitung zu vermeiden.
Eine Sache, die das Team jedoch nicht berücksichtigt, sind die Kosten für die Ausrüstung, die zur Erzeugung von Kavitation erforderlich ist, und die damit verbundene Wartung. Kavitation ist bekanntermaßen schädlich. Die dabei entstehenden Drücke und Temperaturen zerfressen den härtesten Stahl. Wie sich dies auf die Kosten auswirkt, ist nicht klar, muss aber sicherlich irgendwie berücksichtigt werden.
Der ultimative Test ist natürlich das Produkt selbst. In einer Reihe von Tests sagt dieses mutige Team, dass das resultierende Bier genauso gut ist wie das konventionell hergestellte Zeug. Das muss unabhängig von selbstlosen Individuen verifiziert werden, die bereit sind, ihre eigenen Interessen im Namen der Wissenschaft zurückzustellen.
Wenn objektive Beobachter zustimmen, dass das resultierende Bier gut ist, wird die Kavitation voraussichtlich einen großen Einfluss auf die Brauindustrie haben. Tatsächlich könnte es sich als eine der größten Veränderungen in der Brautechnologie seit Jahrzehnten, wenn nicht Jahrhunderten herausstellen.
Ref: arxiv.org/abs/1609.06629 : Ein neuartiger Brauprozess durch kontrollierte hydrodynamische Kavitation