BRAU- und GÄRPARAMETER

            TEMPERATUR - entscheidend für alle Brau- & Gärprozesse            

pH-WERT - entfaltet oder blockiert Brauenzyme   

    

Stand 26.02.2021

 
Brau- und Gärparameter: Temperatur und pH-Wert
Biochemische Reaktionen spielen sich immer in wässriger Umgebung ab. Von den Milieufaktoren sind Temperatur, pH-Wert (Säuregrad), Ionenmilieu (Zusammensetzung, Konzentration) und Sauerstoff die wichtigsten Parameter. Das Ionenmilieu wird auf dieser Website unter "MUG-MIKROBRAUEREI" > "Brauwasser" und Sauerstoff unter  "MUG-BRAUPROZESSE" > "Biologie der Gärung" > "3. Sauerstoff: Feind oder Freund des Brauers?" hier behandelt.
1.   Temperatur, Temperaturführung  und Gärverlauf                                                                               2. pH und Bier (in Bearbeitung)
1.1. Grundlagen zur Temperatur 
1.2. Temperatur und biologische Systeme
1.3.
Temperatur und Beeinflussung des Brauprozesses: Vom Malz und Hopfen zur Maische bis zur Anstellwürze
1.4. Temperaturführung während Hauptgärung und Beeinflussung des gesamten Gärungsprozesses
1.5. Weitere Temperatureinflüsse
1.6.
Fazit: Zusammenfassende Betrachtung der Erfolgsfaktoren für gutes Bier
"Welche Einflussgrössen sind entscheidend zu einem hobbymässigen Spitzenbier? Während über die Priorisierung der Erfolgsfaktoren unter Hobbybrauern diskutiert werden kann, haben professionelle Brauer eine klare Vorstellung, dass der Regulierung der Gärtemperatur die vorrangige Bedeutung zukommt. Zu den wichtigsten Schlüsselfaktoren für Spitzenbiere werden gezählt:

1. Hygiene: Sicherstellung, dass die ausgewählte Brauhefe die Würze als einziger Mikroorganismus verarbeitet.
2. Temperatur: dieser Faktor beeinflusst sowohl die Enzymtätigkeiten in der Maische als auch den Gärverlauf und die Aromabildung.
3. Hefemanagement: alle Arbeitsschritte rund um Auswahl, Anzucht, Menge und Hefequalität müssen sorgfältig ausgeführt werden.
4. Sudvorgang: optimales Kochen ohne Unter- oder Überkochen und perfekte mengen- und zeitmässige Zugabe aller Zutaten.
5. Braurezept: ein gutes Rezept mit dem optimalen Verhältnis aller Zutaten (Malzsorten, Hopfen, Zusatzstoffe) ist die Grundlage eines guten Bieres, kann
    aber nur durch darauf abgestimmte Brautechniken realisiert werden.
6. Brauausrüstung: mit minimalster Ausrüstung kann ein trinkbares Bier gebraut werden, ein besseres Bier verlangt auch eine bessere Ausrüstung wie z.B.
    exakte Bestimmung der Extraktdichten, pH-Messung, Temperaturkontrolle, Temperaturregelung.
1.1. Grundlagen zur Temperatur
Was ist Temperatur überhaupt und was kann sie bewirken?
Temperatur ist eine sogenannte
Zustandsgrösse, die als Variable den Zustand eines physikalischen Systems beschreibt. Konkret: die Temperatur ist ein objektives Mass dafür, wie warm oder kalt ein Gegenstand ist. Sie kann mit einem Thermometer gemessen werden. Die Masseinheit im Internationalen Einheitensystem SI  ist das Kelvin [K] bzw. in Deutschland, Österreich und der Schweiz ist die Einheit Grad Celsius [°C] ebenfalls zulässig.
Die Celsius-Skala der Temperatur ist so definiert, dass die Temperatur in Grad Celsius gemessen gegenüber der Temperatur in Kelvin um exakt 273,15 verschoben ist. Gefrier- und Siedepunkt von Wasser bei Normalbedingungen (101,325 kPa Druck) liegen mit dieser Definition bei fast exakt 0 °C (273.15 K) und 100 °C (373.15 K).
Umrechnungen: °C –> K =  °C + 273; Bsp. - 50 °C + 273 = 223 K/ 0 °C + 273 = 273 K/ 100 °C + 273 = 373 K.  283 K - 273 = 10 °C.

Veranschaulichung einer bestimmten Temperatur: die mikroskopische Deutung der Temperatur  dass jeder materielle Stoff aus vielen Teilchen zusammengesetzt ist (meist Atome oder Moleküle), die sich in
ständiger ungeordneter Bewegung befinden und dadurch eine Energie haben, die sich aus kinetischer bzw. Bewegungsenergie darstellen lässt. Je wärmer z.B. eine Flüssigkeit ist, desto energiereicher ist sie, desto schneller bewegen sich die kleinsten Teilchen, z.B. die Wassermoleküle und stossen aufeinander.

 
 
 
 
 
 
 
Eine Hand im kalten Wasser nimmt “langsame” Moleküle mit weniger Energie war als eine Hand im heissen Wasser, deren “schnellen” Moleküle mit höherer Energie bzw. Geschwindigkeit auf die Haut bzw. deren Wahrnehmungsrezeptoren (= Schmerzrezeptoren) stossen. Je höher die Temperatur, desto höher die kinetische Energie, desto zahlreicher und heftiger die Zusammenstösse und dadurch die höhere Wahrscheinlichkeit einer Reaktion miteinander, z.B. einer chemischen Umsetzung wie enzymatische Abspaltung von Zuckermolekülen aus Stärke.

Kurz: bei höheren Temperaturen laufen chemische Reaktionen rascher ab, da die Zusammenstosswahrscheinlichkeit zunimmt und auch die verfügbare chemische Reaktionsenergie. Es gilt die RGT-Faustregel: Eine Erhöhung um 10 °C verdoppelt die Reaktionsgeschwindigkeit (RGT: Reaktions-Geschwindigkeit Temperatur; Info-Video).

Abb. 1. Chemische Reaktionen dank Zusammenstösse.

Eine chemische Reaktion erfolgt immer durch das Zusammenstossen von Molekülen, die sich aber in einer günstigen räumlichen Lage aufeinander treffen müssen = effektiver Zusammenstoss.    

[Quelle: Brown et al., Chemie, Pearson Studium (2007), mod.]

Abb. 2.  Die Enzymaktivität (bzw. Enzymreaktions-geschwindigkeit) hängt von der Temperatur ab.

Bsp. Maltase, O: Optimumstemperatur 45 °C, M: Maximal-temperatur (= Inaktivierungstemperatur) 50 °C.

[Quelle: Kunze, 2016, mod.]

1.2. Temperatur und biologische Systeme

Biologische Reaktionen laufen enzymatisch katalysiert ab. Enzyme sind dreidimensionale Proteine, welche eine chemische Stoffumsetzung bei tieferen Temperaturen, also geringerem Energieaufwand für die Aktivierung ermöglichen. Jedes Enzym hat Bedingungen, bei denen es optimal reagiert. Die beiden wichtigsten Faktoren sind bei biochemischen Reaktionen der pH-Wert und die Temperatur. Beim Brauprozess kommen noch zwei weitere Faktoren dazu: beim Maischen werden die Enzymaktivitäten durch die Einwirkungszeit und von der Maischdicke. Für Heimbrauer sind primär die Faktoren pH und Temperatur massgebend.

Steigende Temperaturen beeinflussen die Enzymreaktionen in einem bestimmten
Temperaturbereich positiv, weil sich die Enzym- und Substratmoleküle, also die
umzusetzenden Moleküle wie z.B. Stärke schneller bewegen. Da Enzyme delikate
komplex gebaute Molekülstrukturen sind, können sie nicht durch beliebig hohe
Temperaturen noch mehr in ihrem Reaktionstempo beschleunigt werden, ohne
dass sie denaturieren, also “kaputt” bzw. funktionsuntüchtig werden. Jedes Enzym
besitzt somit einen Temperaturbereich, innerhalb dessen es funktioniert mit einem
spezifischen Temperaturoptimum, wo es optimal-maximale Aktivität zeigt. Darunter
verlangsamt es seine Reaktionsgeschwindigkeit bis zur vollständigen Lahmlegung.
Darüber hinaus verliert es ebenfalls an Reaktionsgeschwindigkeit, bis es dann durch
Denaturierungsvorgänge (Veränderung der dreidimensionalen Eiweiss-“Knäuel-
struktur”) unumkehrbar ganz zerstört wird. Die Enzymaktivität ist aber nicht nur von
der Temperatur alleine abhängig, sondern zusätzlich noch von der Einwirkungszeit
einer bestimmten Temperatur: bei niedrigen Temperaturen sind Enzyme fast
unbegrenzt lange aktiv, bei zunehmender Temperatur nimmt ihre Aktivität rasch ab.
Weitere die Enzymaktivität beeinflussende Faktoren sind neben dem pH-Wert auch
die Dicke der Maische (bzw. die Konzentration der Vorderwürze, bedingt durch die
sog. Gussführung = Verteilung der Gesamtwassermenge auf Haupt- und Nachguss).
Dabei gilt, dass dickere Maischen die Enzymaktivitäten, insbesondere der Amylasen
länger erhalten als dünnere Maischen.

Diese Aussagen mögen durch zwei brautechnisch wichtige Enzyme illustriert werden, den Stärke-abbauenden Amylasen, die  grob vereinfacht Stärke in Zuckereinheiten zerlegen.

Im Folgenden liegt der Schwerpunkt der Betrachtungen auf die Auswirkung der Temperatur auf die einzelnen Phasen im gesamten Brauprozess. Die übrigen Enzym-beeinflussenden Faktoren werden an anderer Stelle ausführlicher behandelt (siehe “Biologie der Gärung: 4. Brauenzyme  [hier*]; Brau- und Gärparameter > 2. pH-Wert [hier*]).  *: in Bearbeitung.


1.3. Temperatur und Beeinflussung des Brauprozesses: Vom Malz und Hopfen zur Maische bis zur Anstellwürze
1.3.1. Ausgangsstoffe Malz und Hopfen
Ungeschrotetes Malz ist mehrere Jahre haltbar. Es sollte allerdings luftdicht, kühl (deutlich unter Zimmertemperatur, optimal bei 12 to 15 °C [Info]) und trocken in Säcken oder Eimern aus Kunststoff gelagert werden. Bei der bekannten Malzfabrik Weyermann findet man sogar folgende Feststellung: “Bei trockener Lagerung innerhalb eines Temperaturbereichs von 0 °C bis 30 °C haben unsere Malzextrakte ungeöffnet eine Mindesthaltbarkeit von 18 Monaten”  [Info]. Geschrotetes Malz sollte man nicht lange lagern, es sollte innerhalb weniger Tage bis Wochen aufgebraucht werden. Durch das Mahlen wird das Getreidekorn zerstört und der Mehlkörper  mitsamt seinen Enzymen einer Oxidation  ausgesetzt. Geschrotetes Malz kann tiefgefroren (≤ -18 °C) längere Zeit problemlos aufbewahrt werden.

Hopfen ist sehr empfindlich, und seine Lagerung erfordert grosse Sorgfalt. Nachdem der Hopfen gepflückt wurde, lagern die Hopfenfirmen den Hopfen bei einer Temperatur unter dem Gefrierpunkt. Hitze, Licht und Sauerstoff sind die grossen Feinde von Hopfendolden und -pellets. Hopfen sollte in sauerstoff-, geruchs- und lichtundurchlässigen Beuteln verpackt und unter Vakuum versiegelt werdern. In diesen Beuteln gelagerter Hopfen ist normal gekühlt (2-4 °C) etwa ein Jahr lang gut, tiefgefroren (-18 °C) deutlich länger.

1.3.2. Maischen
Die folgenden Ausführungen haben ihre Gültigkeit für das im deutschsprachigen Raum meist eingesetzte Maischverfahren, das mehrstufige Infusionsverfahren (Kesselmaischverfahren: maischen im beheizten Kessel). Der Prozess des Maischens besteht darin, dass die Maische, also das Malzschrot-Wasser-Gemisch stufenweise auf die jeweiligen Optimaltemperaturen der notwendigen rasttypischen Enzyme erwärmt wird und dort jeweils die Temperatur eine bestimmte Zeit lang konstant hält. Beim mehrstufigen Infusionsverfahren wird die gesamte Maischmenge unter Einhaltung von eben diesen temperatur- und zeitdefinierten Phasen, den Rasten bis zur Abmaischtemperatur erhitzt.
Maximal können 6 Phasen unterschieden werden (Abb. 4):

Abb. 3: Temperatur- und pH-Optima zweier Schlüsselenzyme beim Maischevorgang.
Glucose: Angärzucker, Maltose: Hauptgärzucker, Maltotriose: Nachgärzucker.
Die Temperatur- und pH-Angaben variieren leicht je nach Autor; in der Tabelle sind die meist erwähnten typischen Werte notiert.

Abb. 4: Rasten (= Temperaturstufen)  mit den entsprechenden Schlüsselenzymen und deren Auswirkungen.                                                                                 [Quelle: Kraftbier 0711, Wissen: Maischen]

Die folgenden Betrachtungen beziehen sich auf das mehrstufige Einmaischverfahren bzw. mehrstufige Infusion*, ausgeführt als Kesselmaischmethode (syn. Erwärmungsverfahren oder Aufheizverfahren, d.h. Braukessel = Maischbottich). Die Vielfalt der Maischverfahren ist von A. Staudt im Artikel “Auswahl eines Maischverfahrens” beschrieben worden (Braumagazin, Winter 2014/15, Info). Die mehrstufige Infusion folgt meist dem folgenden Grundschema:

Hauptphase 1: Wasseraufnahme durch Stärkekörner im Malz –> physikalischer Vorgang der Verkleisterung –> erst gelöste Stärke kann enzymatisch abgebaut werden.

Hauptphase 2: enzymatische Vorgänge rund um Malzschrotinhalte, Hauptvorgänge: enzymatischer Stärkeabbau zu Zucker. Je nach enzymatischen Vorgängen verschiedene Temperaturoptima (cf. Tabelle Abb. 4). Die Hauptphase 2 wird in verschiedene separate Teilphasen, in sog. Rasten unterteilt. Die typische Temperaturfolge ist in Blauschrift hervorgehoben. Das Hauptergebnis/ Produkt der Teilphasen wird mit Grün hervorgehoben.

- 2.1: Einmaischen: vollständige Durchmischung und Verkleisterung bzw. Quellung inkl. Verflüssigung des Malzschrotes mit dem Hauptgusswasser. Die gewählte Einmaischtemperatur hängt meist von der gewählten ersten Rasttemperatur ab (cf. Tab. Abb. 4).  Aber auch die Herkunft der Stärkekörner hat einen Einfluss auf die optimale Verkleisterungstemperatur: Gerste* 58-65 °C, Weizen* 58-64 °C, Roggen* 57-70 °C, Hafer* 57-72 °C, Sorghumhirse 69-75 °C, Mais** 72-78 °C, Reis** 70-85 °C (*: verkleistern während des Maischens, **: durch Kochen vorkleistern). Mit den heute üblichen modernen, gut vorgelösten* Malzen wird häufig mit einer Einmaischtemperatur von 45-48 °C eingemaischt –> Einmaischen zur Eiweissrast (cf. 2.5.3.).
(*dem Mälzungsvorgang kommt  u.a. die Aufgabe zu, die Gerstenkornauflösung durch die korneigenen Enzyme so weit zuzulassen, bis der Korninhalt wasserlöslich geworden ist, damit diese Bau- und Energieträgerstoffe des Nährgewebes (Endosperm, cf. Abb. 7 hier) für den Blatt- und Wurzelkeim der keimenden Getreidepflanze verwertbar sind).
Viele Brauereien maischen aber bereits mit einer Temperatur von 60-64°C für 20-60 min –> Einmaischen zur Maltoserast.

- 2.2: Maltoserast bzw. 1. Verzuckerung: β-Amylase

katalysierter Abbau von ringförmiger Amylose und

verzweigtem Amylopektin von den Kettenenden her

zum vergärbaren Doppelzucker Maltose. Temperatur-

optimum: 60-68 °C für 30-90 min –> optionale Zwischenrast.

- 2.3: Zwischenrast optional für höheren Vergärungsgrad

(mehr Maltose) bei 67 °C für 15 min.

- 2.4:  Endverzuckerung bzw. 2. Verzuckerungsrast:

durch α-Amylasen katalysierter Abbau von Amylose zu

Pentosen (C5), Hexosen (C6) und Heptosen (C7) und

Amylopektin zu verschiedenen Oligosacchariden

(Mehrfachzucker:  Di-, Tri-, Tetra-, Pentasaccharide)

und verzweigte kurzkettige Dextrine ([Glucose]n) bei

70-72 °C für 15-45 min (oder jodnormal). Bei der

2. Verzuckerungsrast läuft die Verzuckerung zwar

am schnellsten, aber es wird auch der grösste Anteil

nicht vergärbarer Zucker gebildet. Ein Teil der durch

die α-Amylasen abgespaltenen Zuckerbausteine

können durch die bei den höheren Temperaturen

noch vorhandenen  Enzymaktivitäten der β-Amylase

in Maltose gespalten werden. Die nichtvergärbaren

Zucker tragen zur Aromabildung und Vollmundigkeit bei.

- 2.5. Weitere mögliche Rasten
2.5.1. Glukanrast/Gummirast: Roggen enthält einen hohen Glukananteil () in den Zellwänden, welche die Würze viskös oder eben “gummiartig” macht. Durch eine Glukanrast bekommt das Enzym Glucanase bei 35-40 °C (typisch: 39 °C)  und 15-30 min genügend Zeit, um Glucan abzubauen –> Viskositätserniedrigung.

2.5.2. Weizenrast/Ferulasäurerast: Besonders Weizenmalz enthält Vorläuferstufen zur Ferulasäure, deren Abbauprodukte zu einigen typischen Weizenbieraromen (z.B. Gewürznelken –> typisches Weizenbieraroma) führen. Die doppelte Rasten führen zur Lösung und dann Abbau der Ferulasäure. Temperaturbereiche: 45 und 48 °C (typisch 44 °C), Dauer je 15 min (Info).

2.5.3. Eiweissrast/Proteaserast: Getreidekörner enthalten viele Peptide, also Aminosäureketten, welche der Pflanzenkeimling für die Synthese wichtiger Proteine benötigt. Diese Peptide wercen durch spezielle Enzyme (= Proteasen) weitestgehend aufgespalten und zu den Grundbausteinen der Proteine, den Aminosäuren abgebaut. Eine Eiweissrast aktiviert diese Proteasen bei einer Temperatur zwischen 50-58 °C (typisch 54 °C) und einer Dauer von 5-15 min.
Dies bewirkt eine bessere Klärung, Vollmundigkeit, längere Haltbarkeit und angenehmeren Geschmack der Biere.
Die meisten heutigen Gerstenmalze sind auch bezüglich der Proteine gut vorgelöst. Eine optionale Eiweissrast dient daher primär der Freisetzung von freiem Aminostickstoff (FAN), welchen die Hefen, besonders untergärige Stämme und Weissbierhefen bei der späteren Gärung für eine einwandfreie Gärung sowie hohen Vergärungsgrad benötigen. Eine kürzere Dauer ist zudem günstig für eine gute Schaumbildung und dessen Stabilität. Eine lange Rast bei 45°C bringt immer einen schlechten Schaum.

2.5.4. Maltaserast: Beim normalen Maischverfahren bestehen die gebildeten Zucker zu 90% aus Maltose und nur zu etwa 10% aus Glucose. Es kann aber erwünscht sein, zur Aromabildung den Glukosegehalt in der Maische und Würze deutlich zu erhöhen. Dazu dient eine Temperatureinwirkung zwischen 30-45 °C (typisch 45 °C) während 30-60 min. Maltase spaltet den Doppelzucker Maltose in Glucose, welches von den Weissbierhefen zu Ethylacetat und Isoamylacetat abgebaut werden kann –> Bananenaroma in Weizenbieren.

Eine vollständige Übersicht und Charakterisierung  aller beteiligter Enzyme beim Maischprozess und der Gärung findet sich auf dieser Website unter “Biologie der Gärung” (in Bearbeitung).

2.6. Abmaischen und Läuterrast (syn. Läuterruhe): Der Maischvorgang wird durch das Abmaischen beendet. Beim Abmaischen wird die Maische für ca. 5 bis 10 min auf ca. 75 bis 78 °C erhitzt, um die Aktivität aller Enzyme zu beenden und die Viskosität der Würze zum effektiveren Läutern noch etwas zu reduzieren (je wärmer, desto flüssiger). Bei Temperaturen über 80 °C wiederum würden sich noch unverzuckerte Stärke sowie unerwünschte Stoffe aus den Spelzen lösen, die den Gärverlauf und die Geschmacksbildung ungünstig beeinflussen könnten. Der Anschlussprozess an das Abmaischen ist die Überführung der fertigen Maische aus der “Sudpfanne” (heizbarer Kessel)  in den Läuterbottich. In der nachfolgenden sog. Läuterruhe bildet sich das Treberbett aus, indem die Treberpartikel langsam nach unter absinken und so die spätere Filterschicht bilden (Hinweis: beim Braumeister mit Braukessel und integrierterm Malzrohr entfallen diese Schritte: die Maische verbleibt zum Läutern im Maischgefäss). 

Abb. 5. Maischdiagramm einer mehrstufigen Infusion.

Stufen: Einmaischen mit Nachheizen, Rasten im Enzymoptimum der β-Amylase um 62°C, danach Aufheizen zur Verzuckerungsrast um 71°C im Optimum der α-Amylase, Abmaischen bei 78°C.

Nach Staudt zeichnet sich dieses Verfahren durch 3 Merkmale aus:

  • sehr flexibel, kann auf alle Rohstoffe eingestellt werden

  • Stärke- und Eiweissabbau gut steuerbar

  • gut automatisierbar, z.B. mit der Speidel-Braumeisterapparatur.

                      [Quelle Diagramm: Staudt, A., Brau!magazin, Winter 2014/15, mod. hier.  Brew Recipe Deveolper: hier].

1.3.3. Läutern und Anschwänzen

Im Gegensatz zu den primär biochemischen Prozessen beim Maischen ist das Läutern ein rein

physikalisch-strömungsmechanischer Vorgang. Abläutern nennt man das Trennen des Malzschrotes

(Treber)  von der Bierwürze. Nachdem die Vorderwürze (= ) abgelaufen ist, werden durch ein

nachträgliches Auswaschen des Malztrebers mit einem sog. Nachguss noch die letzten Extraktreste

herauslösen. Diesen Vorgang nennt man „Anschwänzen“. Die Wassertemperatur des Nachgusses

sollte um 78-79 °C sein, um folgende Funktionen zu erfüllen: 1.  Enzymatische Restaktivitäten der

α-Amylase, die ab 80 °C definitiv inaktiviert wird gerade noch zu ermöglichen, um evtl. herausgelöste

Stärke zu spalten, 2. Verhinderung der Lösung von zu vielen kratzig-bitteren Gerbstoffen.

1.3.4. Kochen der Würze, Whirlpoolen und Kühlen
1.3.4.1. Kochen
Das Kochen der Pfannevollwürze hat verschiedenste physikalische, chemische und mikrobiologische

Auswirkungen:
- Wasserverdampfung –> Stammwürze und Ausbeute festlegen.
- Austreiben unerwünschter Aromastoffe, z.B. Dimethylsulfid (–> Fehlgeschmack).
- Inaktivierung der Malzenzyme –> sämtliche enzymatischen Reaktionen werden gestoppt.
- Bildung aromaaktiver und farbaktiver Produkte.
- Absenkung des pH-Wertes –> leichtere Inaktivierung der Mikroorganismen.
- “Sterilisierung” bzw. Teilentkeimung der Würze: ab
60 °C sterben die meisten Bakterien schon ab.

Einige Keimarten und Pilzsporen überleben Temperaturen an die 90 °C. Wasser von 80 °C während 30 min tötet 99.9 Prozent der vegetativen Bakterien, Hefen und Schimmelpilze  ab (= stoffwechselaktive und vermehrungsfähige Form der Mikroorganismen). Bei 100 °C beträgt die Einwirkungszeit noch 5 min. Bakteriensporen, insbesondere Endosporen sind allerdings wesentlich widerstandsfähiger und benötigen höhere Temperaturen und längere Einwirkungszeiten. So überleben z.B. die Sporen der braurelevanten Termobakterien, schnell wachsende gramnegative Stäbchen, die bei längerer Wartezeit der Würze nach dem Kochen bis zur Hefe-Anstellung wachsen können. Sie rufen einen sellerieartigen Fehlgeschmack hervor.

1.3.4.2. Whirlpool
Etwa 10 min nach Kochende haben sich die “Wallungen” der Würze (Konvektionsbewegungen) beruhigt und wird mittels whirlpoolen wieder in eine rasche Drehbewegung versetzt. Die Temperatur bewegt sich von ≤100  °C bis 80 °C. Dabei laufen allerdings bei hopfenbetonten Bieren mit grossen und späten Hopfengaben Nachisomerisierungen ab, die zur Verstärkung der Bittereinheiten führen können. Eine Veränderung der üblichen Reihenfolge ➀ Kochen –> ➁  Whirlpoolen –> ➂ Würze kühlen –> ➃ Abziehen über Filter (z.B. Milchsieb, Hopfenseien-Filter [Monofilament-Filter] in  Kochen –> Würze kühlen  –> Whirlpoolen bzw. nur Absetzen lassen   –> Abziehen  umgeht diese Bitterkeitsverstärkung, ebenso Oxidationsprozesse von Inhaltsstoffen bei längerer Abkühlungsdauer.

1.3.4.3. Abkühlen
Das Kühlen der gekochten und gehopften Würze auf die erforderliche Anstelltemperatur von 5-8 °C für die klassische Untergärung und auf 12-20 °C für die Obergärung soll möglichst rasch erfolgen, um Oxidations- und Isomerisierungsvorgänge möglich gering zu halten und die Kontaminationsgefahr durch Mikroorganismen in und ausserhalb der Anstellwürze zu minimierten. Ab Temperaturen unter 40 °C steigt die Kontaminationsgefahr durch unerwünschte mikrobielle Bierschädlinge deutlich.
Ein weiterer Zweck der Kühlung besteht in der Ausscheidung des Heisstrubs (syn. Kochtrub), dessen relativ grosse Partikel von 0.5-500 μm (Durchschnitt 55 μm) durch Sedimentation und Filtration leichter abtrennen lässt als der Kühltrub mit einer Teilchengrösse von nur 0.5-1 μm, der bei Temperaturen von
70-55 °C in Erscheinung tritt.

Abb. 6. Anschwänzen.

Herauslösen der nach dem Abläutern der Vorder-würze noch im Treber verbliebenen löslichen Extraktreste mit 78 °C heissem Brauwasser (Nachgüsse).

1.4. Temperaturführung während Hauptgärung und Beeinflussung des gesamten Gärungsprozesses
Die Temperatur der Bierwürze in jeder Phase hat einen unmittelbaren Einfluss auf die Hefestoffwechselaktivitäten. Die Temperaturführung ist ein ganz entscheidender Faktor eines erfolgreichen Gärungsprozesses.

1.4.1. Hefeanzucht (Starterkultur)
Die Vermehrung von Hefe mittels einer Starterkultur hat einige Vorteile, sowohl für Flüssigkulturen

(–> mehr Hefestämme verfügbar, allerdings teurer –> Vermehrung auf optimale Anstelldichte je nach

gewünschtem Anstellvolumen) als auch Trockenhefen (–> z.T. Revitalisierung der hydratisierten Hefen).

1.4.1.1. Rehydratisierung von Trockenhefe
Trockenhefe aus Kühlschrank zunächst auf Raumtemperatur bringen. Rehydratisierung: optimal in warmem,

gekochtem oder autoklaviertem Wasser, bei einer Temperatur von ≤41 - 35 °C einstreuen und Alehefen

(obergärig) bei 25 - 30 °C, Lagerhefen (untergärig) bei 21 - 25 °C und zugedeckt ca. 15 min warten. Optimal:

auf die Temperatur der Anstellwürze justieren.
Die empfohlenen Temperaturen variieren leicht je nach Autor und Hefeproduzenten. Detailliertere

Anweisungen sind hier auf dieser Website unter “Mikrobiologisches Braulabor”  > Handlingtipp Nr. 8:

Rehydrierung von Trockenhefen” (hier) und “Braulabor 20 Hefestarter: Anzucht der Anstellhefen” (hier)

zu finden.

1.4.1.2. Startermedium
Herstellung eines Startermediums: cf. “Braulabor 20 Hefestarter: Anzucht der Anstellhefen” (hier).

Starterlösung: Temperatur auf ca. 18-24 °C  bringen (guter Mittelwert 22 °C ), Lagerhefe evtl. im eher

unteren Temperaturbereich, Ale-Hefen eher im oberen Temperaturbereich inkubieren.
Zur Beimpfung/Anstellung einer zweiten Starterkultur (oder Folgestarterkultur) oder der sterilen

belüfteten Anstellbierwürze sollte die Starterkultur um mindestens  ± 3 - 6 °C der Temperatur der

2. Starterlösung bzw. der Anstellwürze (Anstelltemperatur) sanft angeglichen werden.


1.4.2. Phase 1: Hefezugabe (Anstellung) in Anstellwürze und Angärung
Die Anstelltemperatur übt einen grossen Einfluss auf den gesamten Gärverlauf und das Aromaprofil aus.

Da die Hefezellzahlen nach der Anstellung häufig noch gering sind und die Zellen gestresst, neigen sie zur

Bildung vieler unerwünschtster Gärungsnebenprodukte. In der einige Stunden dauernden Angärphase, bei

der die Hefen ihren Stoffwechsel auf die neuen Umweltbedingungen (Würze mit vorhandenen Zuckern und Nährstoffen) anpassen und von aussen erste Aktivitäten beobachtet werden können, bauen die Hefen nach der Glycogenmobilisierung und Synthese der Zellmembrankomponenten (cf. diese Website hier) primär Hexosen (Glucose und Fructose) und Saccharose (Haushaltzucker) ab.

Die Anstellwürze muss zwingend genügend abgekühlt sein und darf niemals
27 °C übersteigen.

Die Anstelltemperatur soll der vorgesehenen Hauptgärungstemperatur oder leicht darunter liegen,

etwa 1-2 °C:

  • untergärige Hefen: ausreichende Zellzahl, kalt genug, 1-2 °C unter Gärtemperatur, mit Gärungswärme

       auf gewünschte Hauptgärtemperatur i.d.R. 10-13 °C ansteigen lassen.

       Beispiel: Lallemand LalBrew® Diamond Lager Yeast, Zellzahl (18 Mio. Zellen/mL), Starttemperatur

       10 °C, 12-15 °C Hauptgärtemperatur 12-15 °C (Info).

  •  obergärige Hefen: Beispiel: White Labs WLP001 California Ale Yeast® (Info), Zellzahl (10 Mio. Zellen/mL

        bei 1.050-1.065 SG), Anstelltemperaur 18-20 °C, Hauptgärtemperatur 20-23 °C.

Als
Richtwerte für optimale Gärungstemperaturen gelten:
Ale-Hefen (obergärig):
18 - 21 °C
Wheat-Belgian (obergärig): 20 - 26 °C
Lager (untergärig): 10 - 13 °C.

Als
Faustregel kann festgehalten werden, dass Anstellen bei zu kalten Temperaturen bei Hefen einen Stressstoffwechsel

auslöst, der ein starkes Hefearoma zur Folge haben kann.
 
Die Temperaturangaben variieren leicht von Hefestamm zu Hefestamm. Es empfiehlt sich daher, die grundlegenden

Informationen über den jeweiligen Hefestamm vorher einzuholen.
•    Wyeast: Yeast strains for Beer, z.B. Stamm: 1007 German Ale™ Info,
•    White Labs: Yeast bank, z.B.  Stamm: WLP800 Pilsner Lager Yeast Info.
•    Lallemand: Brewing Yeast, z.B. Stamm: LalBrew® Wit Belgian Wit-Style Ale Yeast Info.
•    Fermentis: You create beer?, z.B. Stamm SafAle™ WB-06 Info.
•    Mangrove Jack’s: Craft Series Yeasts – Beer, z.B. Stamm M20 Bavarian Wheat Yeast Info.
•    Gozdawa: Yeasts, z.B. Stamm Belgian Beer Yeast Info.
•    Brewferm: dried yeast, z.B. Stamm Brewferm Lager Info.
•    Brau-Partner: Zymoferm, z.B. Stamm Zymoferm TYP KÖLSCH Flüssighefe og Info.
•    Für eine rasche Übersicht: Brouwland-Info.

1.4.3. Phase 2 der Hauptgärung: Starke Vermehrung der Hefezellen
Nach der Angärung folgt eine Phase der starken Hefezellenvermehrung, sichtbar als Hochkräusen: es bildet sich Schaum und im Gärröhrchen blubbert es kräftig. Das Hochkräusen dauert an, solange die Sterin- und Lipidreserven der Hefen ausreichen, um Tochterzellen zu bilden. Dies kann an der Zahl der Hefezellen festgestellt werden (aufwändige Bestimmung) oder ganz einfach am Nachlassen der Kohlenstoffdioxidbildung CO2 und dem dadurch bedingten Rückzug der schaumigen Kräusen ins Bier (fallende Kräusen: bräunlich-schmutziges Aussehen)  sowie der Ausflockung der Hefen. 

Hefeanzucht_Magnetrührer.jpg

Abb. 7. Hefestarterkultur in 1-Liter-Erlenmeyerkolben auf Magnetrührer.

Mehr Info hier.

Lallemand_lager yeast.jpg
Lallemand_lager yeast_baldinger.jpg

Abb. 8. Untergärige Trockenhefen.

WhiteLabs California Ale.jpg

Abb. 9. Obergärige Flüssighefe.

Diese Hauptgärphase, bei welcher der grösste Teil der Fermentation (ca. 98 %) stattfindet,

dauert 1 bis 3 Tage bei obergärigen Hefen und 2 bis 5 Tage bei untergärigen Hefen.

Während dieser intensiven Gärphase wird aufgrund der Gärung
C6H12O6   +  2 ADP  +  2 P  →  2 CO2   +  C2H5OH  +  2 ATP +
Wärmeenergie
viel Energie an das Umgebungsmedium abgegeben, was im Innern des Gärbehälters zu

einem deutlichen Temperaturanstieg führen kann (mehr als 5 °C über dem empfohlenen

Temperaturbereich). Diese Zusatzwärme kann eine zu kräftige Gärung auslösen und den

Geschmack des Bieres durch zahlreiche Gärungsnebenprodukte negativ beeinflussen.

Dies stellt zudem ein messtechnisches Problem dar: wo soll die Temperatur gemessen

und geregelt werden - Umgebung (Standorttemperatur) oder in der Würze? Wenn ein

elektronischer Temperaturregler zur Steuerung der Gärtemperatur und ein Flüssigkeits-

temperatursensor zur Verfügung steht, kann der optimale Sollwert so eingestellt werden,

dass er nicht mehr als 1 °C unter diesen Sollwert abkühlt.
Während der Gärung sollte zudem die Gärtemperatur niemals sinken.


Aber auch zu hohe Temperaturen, Abweichung von etwa bis zu 5 °C können die Bildung von

Fehlaromen auslösen. Während beispielsweise Acetaldehyd und Diacetyl (cf. diese

Website hier)  von der Hefe selbst abgebaut werden, bleiben Fuselalkohole (Begleit-

alkohole, z.B. Butanol, Hexanol, Isoamylalkohol, Isobutylalkohol, Pentanol, Propanol),

die zu einem lösungsmittelartigen Geruch führen sowie eine übermässige Esterbildung

(z.B. Essigsäureisobutylester, Essigsäureisopentylester, Buttersäureethylester) zu einem

u.a. Bananen-, Apfel-  oder Kaugummigeschmack. Eine Zusammenstellung unter

Berücksichtigung der Temperatureinwirkung  auf die Bildung typischer Gärneben-

produkte findet sich in Abb. 10. Die Bildung dieser das Bieraroma beeinflussenden

Produkte hängt von zahlreichen Faktoren ab, nicht nur von der Temperatur. Eine gute

Zusammenfassung liefert Brücklmeier (2018, S. 212). Diese Fehlnoten werden während

der nachfolgenden Reifungsphase nicht mehr abgebaut.

Abb. 10. Gärnebenprodukte und Beeinflussung deren Bildung durch die Temperatur.   [Quelle: Brücklmeier, 2018, mod.]

1.4.4. Phase 3 der Hauptgärung: Reifung I (Konditionierung)
Das noch “grüne” Bier geht in der Schlussphase der Gärung einen Reifungsprozess durch, in dem  unerwünschte Gärungsnebenprodukte abgebaut werden. Allerdings sind die Hefen nicht mehr sehr aktiv und flocken aus. Aufschütteln kann ein wenig helfen. Besser ist jedoch eine Aktivitätssteigerung durch Erhöhung der Temperatur gegen Ende der Gärung, durch die sog. “Diacetylrast”. Sobald die CO2-Gasbläschenbildung im Gärröhrchen nachlässt, bei obergärigen Hefen nach etwa am 3. Tag, bei untergärigen Hefen etwa am 4. Tag (bzw. sobald die Hauptgärung zu ca. 2/3 abgeschlossen ist), sollte die Gärtemperatur um 5 °C bis 10 °C erhöht werden (pro Tag maximal 6 °C). Ein guter Indikator ist der Extraktgehalt, der in SG-Einheiten nur noch 2 - 5 SG-Punkte vom Restextrakt abweichen sollte (cf. Abb. 11). Diese Rast sollte etwa 4 Tage bis eine Woche dauern.

Die Diacetylrast ist typisch für Lagerbiere, sie kann aber auch bei Alebieren angewendet

werden.

Der Übergang von der Reifung zur Nachgärung ist nicht scharf trennbar, beide

Prozesse laufen  mehr oder weniger parallel ab. Die Reifung läuft beim Heimbrauen

bei einer Flaschenabfüllung in der “Flaschen-Nachgärung” weiter.

Abb. 11: Richtlinien für die Diacetylrast.

                                     [Quelle: Palmer, 2019, S. 120].

1.4.5. Schlauchen (Flaschenabfüllung), Nachgärung und Reifung II (Schlussreifung), Kaltlagerung
Die Nachgärung beginnt nach dem Abfüllen des Jungbieres in Flaschen. Die Fermentation von normal-starken obergärigen Bieren ist nach 2 bis 3 Wochen nach dem Anstellen meist vollständig abgeschlossen (untergärige Lagerbiere benötigen etwa 3 bis 4 Wochen). Eine genaue Kontrolle des SG-Wertes zur Bestimmung, wann das Jungbier schlauchreif ist, ist zwingend: die Abnahme des Extraktgehalts bei untergärigem Ansatz sollte innerhalb von 24 Stunden nur mehr 0.3 bis 0.4 GG% (SG) betragen, bei obergärigem Ansatz 0.3-0.4 GG% innerhalb der letzten 8 Stunden!
Bsp.: Weizenbier Spindelwert [GG%] 4.1 –> nach 8 h 3.7  bzw. [SG] 1.016 –> 1.014/ Deutsches Pils [GG%] 3.2 –> nach 24 h 2.9 bzw. [SG] 1.013 –> 1.011.

 

Die Nachgärung” oder “Sekundärgärung ist eine kontrollierte Restgärung mit genau berechnetem und zudosiertem Zucker- bzw. Extraktgehalt (Speise = unvergorene Würze). Das wiederum aus dem Zuckerabbau resultierende Gas Kohlenstoffdioxid CO2 kann aber nicht mehr entweichen, muss sich im Bier lösen und erzeugt somit die Karbonisierung, das frische prickelnde Bier. Neben der Karbonisierung ist ebenfalls der weitere Abbau der Gärungsnebenprodukte entscheidend.


Die Menge an Zucker für die bierstiltypische Karbonisierung (Bsp. europäische Lagerbiere: 2.2-2.7 Liter CO2/1 L Bier, bayrisches Weizenbier 3.3-4.5 Liter CO2/1 L Bier) benötigt wird, ist abhängig vom zum karbonisierendem Gesamtbiervolumen (z.B. 20-L-Ansatz), der Temperatur des endvergorenen Biers (–> Restmenge an CO2 im Jungbier), der Lage des Braukellers (Meereshöhe), dem Karbonisierungsgrad der Zuckerart (z.B. Haushaltzucker [100%],  Speise, Glucose [91%], brauner Zucker [95%], Flüssigmalzextrakt [80%], Honig [80%]). Zur Berechnung der erforderlichen Zuckermenge gibt es Rechner auf dem Internet (z.B. ), Berechnungsverfahren in Heimbrauerfachbücher (z.B. Brücklmeier, 2018, S. 219 ff.) oder Tabellen in Fachbüchern (z.B. Palmer, 2019, S. 200 ff.).

Nachgärung: Die verschlossenen Bierflaschen werden i.d.R. etwa 2 Wochen lang bei 20 - 30 °C, also der Hauptgärtemperatur gelagert, damit sie vollständig karbonisieren und endreifen können.

Kaltlagerung: Anschliessend sollten die Bierflaschen 2 bis 3 Wochen kühl gestellt werden,  z.B. 7 - 0 °C, was eine Oxidation der Bierinhaltsstoffe mit der damit einhergehenden Geschmacksinstabilität deutlich verlangsamt und das Bier länger halten lässt. Ein bei Zimmertemperatur von 25 °C gelagertes Bier hält viermal weniger lang als ein im Kühlschrank bei 5 °C gelagertes Bier! Ideale Lagertemperatur für Biere ist der Temperaturbereich zwischen 0 bis 4 °C, mit möglichst wenig Bewegung, kein Licht und aufrecht stehend.

Untergärige Biere: Gärungs- und Reifungsphase abgeschlossen, Kaltlagerung durch schrittweises Absenken der Temperatur um ≤ 6 °C pro Tag auf ca. 2 °C (Vermeidung Temperaturschock --> Fehlgeschmack sowie Beeinträchtigung Schaumhaltbarkeit).
Die Lagerzeit beträgt bei Lager- und bei Pilsener Bieren zwischen 2 bis 4 und 4-8 Wochen; bei Exportbieren 6-12 Wochen. Schwächer gehopfte und helle Starkbiere benötigen 2-3 Monate Lagerzeit. Festbiere werden oft 3-6 Monate gelagert. Sie gewinnen hierdurch ein besonders angenehmes, blumiges Aroma.

Heimbrauer können jedoch ein verkürztes Verfahren von 1 bis 2 Wochen anwenden, sofern eine Flaschennachgärung zur Karbonisierung geplant ist. Die Karbonisierung sollte bei Raumtemperatur, also bei 18 - 24 °C erfolgen, also nicht bei der Gärtemperatur des Lagerbieres! Nach der Karbonisierung muss das Bier nicht mehr kaltlagern, sondern einfach kühl oder kalt gelagert werden, um eine höhere Geschmacksstabilität zu erzielen.

Kaltlagerung zuhause: Trinkfertiges, ausgereiftes Bier und  käuflich erworbenes Bier sollte nicht unter 4 °C gelagert werden, damit es nicht zu einer Kältetrübung kommt.  Diese Trübung verschwindet zwar wieder, wenn das Bier etwas wärmer wird, und hat keinen Einfluss auf die Qualität des Bieres. Die optimale Trinktemperatur liegt zwischen 8 °C und 10 °C. Eine genauere Betrachtung zur optimalen Biertrinktemperatur folgt unter 5.1 “Trinktemperatur”.

 
 

1.4.6. Gärverläufe 

Zur Kontrolle der unerwünschten Gärnebenprodukte haben sich verschiedene Gärverläufe etabliert.

1.4.6.1. Untergärige Verfahren
1.4.6.1.1. Untergärig: Kalte Gärung - kalte Reifung (Abb. 12)
Kalte Gärung und kalte Reifung ist das traditionelle Verfahren bei untergärigen Bieren.
Prinzip: kalte Gärungsführung –> weniger Gärnebenprodukte, kalte Reifung –> langsamer bis

schleppender Abbau der Nebenprodukte, Jungbukettstoffe werden nur unzureichend abgebaut.

Temperaturverlauf: Anstelltemperatur-Richtwert 6-8 °C (Hefeproduzenten-Richtwert

konsultieren, 2 °C darunter starten!) +  Gärungswärme –> um 2 °C in etwa 2 bis 3 Tagen

auf  8 - 10 °C ansteigen lassen –> diese Temperatur während 2 Tage halten –> anschliessend

über 2 Tage wieder absenken auf  6-8 °C –> bei gewünschtem Restextraktwert (ca. 1.3-1.5

GG% über dem FG [= Final Gravity]) Jungbier mittels automatischem Heber in entkeimten

Behälter umschlauchen (d.h. Hefen als Geläger abtrennen)  –> Abkühlung für Reifung auf

5 - 6 °C  –> bei über 72 h konstanter Restextraktkonzentration auf 0 bis - 1 °C abkühlen

und 1 Woche reifen und klären lassen.

Vor Flaschenabfüllung vollständig kontrolliert ausgären lassen und dann Karbonisierungs-

extrakt/ bzw. Zucker berechnen und zugeben (siehe Kap. 1.4.5. Schlauchen hier). Weiter

wie im Abschnitt Kaltlagerung.
Im höchst empfehlenswerten Buch von Brücklmeier (Info) sind mehrere Verlaufsdiagramme

der optimalen verschiedenen Gär- und Reifungsverläufe wiedergegeben.

 

1.4.6.1.2. Untergärig: Kalte Gärung - warme Reifung  (Abb. 13)
Prinzip: kalte Hauptgärungsführung –> weniger Nebenprodukte wie Diacetyl, warme Reifung  –> Diacetylrast: Jungbukettstoffe vermehrt abgebaut, insbes. das markante Diacetyl.    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

Abb. 12. Temperatur-Verlaufsdiagramm untergäriger Gärverlauf kalte Gärung - kalte Reifung. 

GG%: Extrakt in Gewichtsprozent; SG: US Spezifische Dichte. Umrechnung GG% <-->  SG hier (Tabelle)  oder hier (Rechner).

[Quelle: nach Brücklmeier, 2018, mod.]

Temperaturverlauf: Hefe bei 6 - 8 °C anstellen –> mit Gärungswärme nach 1 bis 2 Tagen auf 8 - 10 °C lassen und dann halten –> bei ca. der Hälfte der erreichbaren FG (Bsp. Pils OG 1.047/ 11.7 °P   –> 1.028/ 7.1) –> Kühlung abstellen und Temperatur auf 12-13 °C steigen lassen –> erreicht GG% einen Wert von 1.5-1 GG% über dem FG-Wert –> drucklos weiter vergären bis Restextrakt während 72 Std. konstant bleibt –> berechnete Speise- bzw. Zuckermenge dazu geben –> schlauchen und auf 0 bis 1°C kühlen –> Reifung während 1 - 2 Wochen –> Temperatur auf 6 - 8 °C anheben. Anschliessend weiter wie in Kap. 1.4.5. Schlauchen (Nachgärung, Kaltlagerung) hier.

 

1.4.6.1.3. Untergärig: Warme Gärung - warme Reifung  (Abb. 14)
Warme Gärung und warme Reifung bewirken vor allem eine schnellere Gärung, aber dafür  deutlich mehr Gärnebenprodukte, die aber wieder abgebaut werden. Dieses Verfahren eignet sich aber nur für untergärige Hefen, die eben relativ wenig Bukettstoffe bilden.

Temperaturverlauf: Hefe bei 8 °C anstellen in gut belüfteter Würze –> mit Gärungswärme die ersten 2 Tage auf 12 - 10 °C kommen lassen --> bei Extraktgehalt von 1.5-2.0 GG% über dem FG-Wert Jungbier mit automatischem Heber in entkeimten Behälter von Hefen (Geläger) abtrennen und drucklos während 5 Tagen weiterhin bei  12 - 10 °C vergären bis Restextrakt während 72 Std. konstant bleibt –> auf Diacetyl verkosten --> wenn diacetylfrei innerhalb von 2 Tagen auf 0 bis -1 °C abkühlen --> berechnete Speise- bzw. Zuckermenge dazu geben und in Flaschen abfüllen (siehe auch hier)

Abb. 13. Temperatur-Verlaufsdiagramm untergäriger Gärverlauf kalte Gärung - warme Reifung. 

GG%: Extrakt in Gewichtsprozent; SG: US Spezifische Dichte                                   [Quelle: nach Brücklmeier, 2018, mod.]

Abb. 14. Temperatur-Verlaufsdiagramm untergäriger Gärverlauf warme Gärung - warme Reifung. 

GG%: Extrakt in Gewichtsprozent; SG: US Spezifische

Dichte.           [Quelle: nach Brücklmeier, 2018, mod.]

Abb. 15. Temperatur-Verlaufsdiagramm obergäriger Gärverlauf "kalte" Gärung - kalte Reifung. 

GG%: Extrakt in Gewichtsprozent; SG: US Spezifische Dichte                                   [Quelle: nach Brücklmeier, 2018, mod.]

1.4.6.2. Obergärige Verfahren

Viele obergärige Hefestämme sind wahre Aromaproduzenten, bei den höheren Gärtemperaturen von über 25 °C wird dieser Effekt noch verstärkt. Bei obergärigen Bieren bedeutet kalte Gärung etw 12 bis 14 Grad, warme Gärung hingegen etwa 15 bis 25 Grad.

1.4.6.2.2. Warme Gärung
Weissbiere deutscher und belgischer Provenienz sind typische Bierstile, bei

denen das Hefearoma ausgeprägt sein darf.


Temperaturverlauf: Anstelltemperatur 12-15 °C, Endvergärung bei 15-25 °C,

meist aber zwischen 16-26 °C.

Nachgärung/Reifung nach Speise- oder Zuckerzugabe meist als Flaschengärung.

1.4.6.2.1. Kalte Gärung  (Abb. 15)

Nur wenige obergärige Hefen können eine kalte Hauptgärung verkraften. Dazu gehören z.B. Kölschhefen, Altbierhefen und Nottingham-Hefen.

 

Temperaturverlauf: Anstelltemperatur 11-13 °C (meistens 1-2 °C unter niedrigster Hefeproduzentangabe)  –> durch Gärungswärme auf Mindesttemperatur ansteigen lassen –> vergären bis Hochkräusen abklingen –> Diacetylabbau: Termperaturanstieg innerhalb von 1 Tag auf  20 °C –> weitere 2 Tage auf  20 °C –> auf 5 °C abkühlen –> bei 72 h konstanter Restextraktkonzentration mit Speise bzw. Zucker versetzen und in Flaschen abfüllen.

Abb. 16. Temperatur-Verlaufsdiagramm obergäriger Gärverlauf warme Gärung - warme Reifung. 

Das ist eine typische Gärführung für die meisten Ale-Biere.

GG%: Extrakt in Gewichtsprozent; SG: US Spezifische Dichte.                                 

1.5. Weitere Temperatureinflüsse
1.5.1. Trinktemperatur
Die Temperatur des Gerstensafts hat einen grossen Einfluss auf den Geschmack und

das Trink-Erlebnis. Da jeder Bierstil sein Aroma zu einer anderen Temperatur entfaltet,

gibt es keine allgemein gültige Faustregel.
Je kälter das Bier ist, desto weniger schmeckt man es. Biere mit höherem Alkoholgehalt

schmecken bei höherer Temperatur besser.

Eiskalt: 1.5 – 4 Grad Celsius: massenproduzierte Biere, leichte Biere und Biere mit

niedrigem Alkoholgehalt. Man sollte diese Biere eiskalt trinken, um die malzigen

Aromen nicht übermässig zu betonen und die leichte, erfrischende Bitterkeit nicht

aus dem Gleichgewicht zu bringen.

Kalt: 4 – 7 Grad Celsius: Pils und Weizenbiere, vollmundige Lagerbiere, Saisons.

Kühl: 7 – 10 Grad Celsius: vollmundige Biere wie American Pale Ales, IPA’s, Porter

und die meisten Stouts.

Kellertemperatur bis Raumtemperatur: 10 – 15 Grad Celsius: Belgische Starkbiere,

saure Biere, englische Bitter und Milde, imperial Stouts und Doppelbocks.

Abb. 17.  Optimale Bier-Trinktemperatur.

Weitere Temperaturvorschläge zu zahlreichen Biersorten findet man unter Beerwulf > Biersorte anklicken und nach oben scrollen: Serviervorschlag.

1.5.2. Lagertemperaturen von Bierrohstoffen (Malz, Hopfen, Hefe)
Malz: Ungeschrotetes Malz ist unter fortgeschrittenen Bierbrauern sehr beliebt. In geschlossenem Behälter luftdicht, trocken und höchstens bei Zimmertemperatur, besser kühl gelagert, ist es bis zu zwei Jahre lagerfähig. Ungeschrotetes Malz sollte in Säcken oder Eimern aus Kunststoff gelagert werden. Geschrotetes Malz sollte spätestens nach einer Woche verbraucht oder kühl, trocken und luftdicht maximal ein halbes Jahr gelagert werden.  

Hopfen: Die Lagerung von Hopfen ist auf dieser Website unter Hopfen > 4.4. Lagerung von Hopfen detailliert beschrieben.

Einige Hinweise dazu:
- ideale kommerzielle Lagerbedingungen gemäss WFLO: Temperatur  -4.5 bis - 2.2 °C.
- bei frischem Hopfen: mit Vakuumiergerät in speziellen datumsbeschrifteten Vakuumierbeuteln     vakuumieren, anschliessend bei ca. -18 °C tiefgefrieren.
- bei getrocknetem Hopfen: wie bei frischem Hopfen vakuumieren, anschliessend im Kühlschrank (4 - 6 °C ) oder besser in Tiefkühltruhe in separater Kammer

  aufbewahren (Verminderung evtl. Geruchsübertragung Hopfen <–> Lebensmittel).
- Hopfenpellets: ebenfalls sauber vakuumiert bei Zimmertemperatur, besser in einem gut verschliessbaren Glasbehälter im Kühlschrank (4 - 6 °C ) oder

  besser in der Tiefkühltruhe < -18 °C  aufbewahren.
               
Hefen: Die Haltbarkeit von Hefen hängt von der Form (Flüssighefen oder Trockenhefen) und den Lagerbedingungen ab. Detaillierte Informationen finden sich unter “Mikrobiologisches Braulabor II” > Braulabor 25 “Haltbarkeit/ Aufbewahrung von Hefen” –>  pdf-Dokument “Aufbewahrung und Haltbarkeit von Hefen ” hier.    

Kommerzielle Hefen:
- White Labs Flüssighefen: PurePitch-Packung: ca. 1/2 Jahr haltbar bei 1 - 4 °C
- Wyeast Flüssighefen: Smack-Pack Activator System: ca. 1/2 Jahr haltbar bei 1 - 4 °C
- Trockenhefen Fermentis, Lallemand u.a.: gekühlt  1 - 4 °C bis 3 Jahre.

1.6. Fazit: Zusammenfassende Betrachtung der Erfolgsfaktoren für gutes Bier
Die beiden wichtigsten Faktoren zu “erfolgreich Bier brauen” sind einerseits Hygiene und andrerseits Temperaturführung beim Brauprozess und der Gärung.

Die Temperatur beeinflusst sowohl die

Geschwindigkeit biochemischer Reaktionen,

primär durch höhere Teilchengeschwindigkeiten

und dadurch häufigeres und intensiveres

Zusammenprallen und daraus resultierender

Umsetzungsreaktionen als auch durch

Beeinflussung der Enzymaktivitäten. Enzyme

arbeiten in einem engen Temperaturbereich

optimal und mit maximaler Umsetzungs-

geschwindigkeit. Über einer bestimmten

Temperatur werden sie inaktiviert, d.h. sie

verlieren ihre Funktionstüchtigkeit.

Diese Erkenntnisse haben im eigentlichen

Brauprozess zu den spezifischen “Rastphasen

geführt, also enzymspezifische Temperaturbereiche,

wo sie rastlos mit optimaler Geschwindigkeit ihre

biochemischen Reaktionen ausführen, die dann

letztendlich zur Anstell-Bierwürze führen.

 

 

 

 



                                                                                                  

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

Fazit Temperaturführung Gärung: Generell gilt, dass die Gärtemperatur bevorzugt am unteren Ende der vom Hefeproduzenten empfohlenen Bandbreite des jeweiligen Hefestammes bewegen sollte. Eine kühlere Gärführung führt zu höherwertigen Ergebnissen als eine wärmere, bei der mehr Fuselalkohole entstehen.

Abb. 18. Brauprozesse mit Rastphasen und verantwortliche Hauptenzyme.
Grüne Kästchen: beteiligte Enzyme.  Lesebeispiel Maltasen: optimaler Temperaturbereich 30-45 °C, 50 °C durchgestrichen Inaktivierungstemperatur.

Blaue Kästchen: Hauptrastphasen.                                                                           [Quelle: in Anlehnung an Brücklmeier, 2018] 

 

In US-Hobbybraupublikationen wird fast immer mit einer sogenannten Kombirast gebraut (single infusion mash, Info). Das ist eine Temperatur genau zwischen dem Wirkoptimum der Alpha- und Beta-Amylasen. Dadurch wirken beide Enzyme gleichzeitig.

Vereinfachend kann gefolgert werden, je mehr die Rast auf der Seite der Beta-Amylase liegt, desto trockener wird das Bier, je mehr es auf der Seite der Alpha-Amylase liegt, desto vollmundiger wird das Bier. Eine typische Kombirast-Temperatur ist 67 °C, wodurch das Bier weder übermässig trocken noch übermässig süss wird.

Die anschliessende Vergärung der Bierwürze durch Hefen ist ebenso temperaturgesteuert.

Abb. 19. Kombirast.

Enzymaktivitäten und Würzezusammensetzung als Funktion der Temperatur.                                                   [Quelle: Palmer et al., mod.]

Literaturangaben/Quellen

Bücher (Fachliteratur)
Annemüller, G., Manger, H.-J. Gärung und Reifung des Bieres. Grundlagen. Technologie. Anlagentechnik. 3. Aufl. (2020). VLB Berlin.

Annemüller, G., Manger, H.-J., Lietz, P. Die Hefe in der Brauerei. Hefemanagement. Kulturhefe - Hefereinzucht. Hefepropagation im Bierherstellungsprozess. 4. Aufl.

     (2020). VLB Berlin.
Brown, T.L., LeMay, H.E., Bursten, B.E, Chemie. Die zentrale Wissenschaft. 10. Aufl. (2007).  Pearson Studium, München.
Brücklmeier, J. Bier Brauen. Grundlage, Rohstoffe, Brauprozesse. 1. Aufl. (2018).  Eugen Ulmer, Stuttgart.

Kunze, W. Technologie. Brauer & Mälzer. 11. Aufl. (2016), VLB Berlin.
Narziss, L., Back, W., Gastl, M., Zarnkow, M., Abriss der Bierbrauerei.  8. Aufl. (2017). Wiley-VCH Verlag, Weinheim.
Palmer, J.J. erfolgreich Bier brauen. Ein Ratgeber für Anfänger und Fortgeschrittene. 1. deutsche Aufl. (2019). Mobiwell Verlag, Immenstadt.

Internet

Bierspindel Viktor. Wie funktioniert das Maischen? - Die Theorie: Artikel.

Brew Recipe Developer: Computerprogramm.

BYO Staff. Fermentation Temperature Control: Tips from the Pros: Artikel.

Doss, G., Wyeast Laboratories Inc. Exploring Attenuation: pdf-Präsentation.

Fermentation Temperature Control for Homebrew: Video.

Kraftbier0711, Das Maischen: Artikel.

Palmer, J. Temperature Factors: Buchauszug.
Staudt, A. Auswahl eines Maischverfahrens: Artikel.

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weitere Literatur hier

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