Auf dem Gebiet der Malz- und Bierbereitung gibt es eine Vielzahl von etablierten und bewährten Prozesstechnologien. Dennoch besteht nach wie vor ein großes Potenzial an Innovationen, welche die Qualität und die Wirtschaftlichkeit verbessern können. Einerseits besteht die Möglichkeit, klassische Prozesse hinsichtlich ihrer Parametrierung zu optimieren, anderseits können Verfahrenstechniken aus der Lebensmittelindustrie in die Malz- und Bierbereitung sowie in die Erzeugung von Hopfenprodukten übertragen werden. Der Malz- und Würzebereitung kommt hierbei eine Schlüsselrolle zu, da diese die Qualität des Endproduktes Bier entscheidend beeinflussen. Durch den Züchtungsfortschritt entstehen neue Gerstensorten mit veränderten Mälzungs-eigenschaften. Anhand systematischer Mälzungsversuche wurde gezeigt, wie sich die Keimparameter Weichgrad, Keimtemperatur und Keimzeit auf die Malz- und Bierqualität bis hin zur Geschmacksstabilität auswirken. Untersucht wurden Gerstensorten mit unterschiedlichem Lösungsprofil hinsichtlich Proteolyse, Cytolyse und Amylolyse. Gewünscht ist eine moderate Proteolyse, welche einerseits ausreichende Mengen Freien Aminostickstoffs (FAN) für die Gärung bereitstellt und andererseits noch genügend hochmolekularen Stickstoff für die Schaumstabilität erhält. Eine möglichst hohe Cytolyse verringert das Risiko von Filtrationsproblemen und erhöht die Extraktausbeute. Der Einfluss der Gerstensorte auf den Biergeschmack konnte mittels gaschromatographischer Analyse der Malzaromastoffe erkannt werden. Außerdem zeigte sich, dass zweizeilige Wintergersten sich als Braugerste eignen, wenn ihr Rohproteingehalt ca. 1 % unter dem der Sommergersten lagen. Spezielle Verfahrenstechniken, wie z. B. die Wirbelschichttrocknung, wurden erstmals untersucht und ein Darrverfahren entwickelt. Während sich im Vergleich zu klassischen Hordendarren Unterschiede beim Schwelken zeigten, war das Verhalten in der Abdarrphase gleich. Im Anschluss an die enzymatische Modifikation während der Keimung wurde die mechanische Modifikation bei der Schrotung untersucht. So standen bei der Ermittlung der Betriebsgrenzen einer Zwei-Walzen-Nassschrotmühle verfahrenstechnische Gesichtspunkte im Vordergrund. Der Walzenabstand einer Zwei-Walzen-Nassschrotmühle weitet sich unter Volllast um ca. 0,1 – 0,2 mm. Des Weiteren wurde bei der Schrotung die Lipidoxidation verfolgt, da hier ein deutlicher Einfluss auf die Geschmacksstabilität des Bieres besteht. Die Einflüsse der Gerstensorte, Provenienz, Malzlagerung, Schrotlagerung, Schrotfeinheit, Schrotungstemperatur bzw. Weichwassertemperatur bei der Nassschrotung sowie des Blattkeimanteiles werden dargestellt. Ein Schrotungskonzept zur Schonung der Blattkeime wurde erarbeitet. Hohe Einmaischtemperaturen (> 60 °C), eventuell in Verbindung mit einer Maischesäuerung, verringern die Lipidoxidation. Um Mängel in den cytolytischen Eigenschaften der Malze auszugleichen und die Filtrierbarkeit des Bieres zu verbessern, wurde das System der „Fraktionierten Schrotung“ entwickelt, welches eine Verbesserung des β-Glucanabbaus beim Maischen ermöglicht. Hier wird nach Aufschluss schlecht gelöster Schrotpartikel durch Zumaischen der restlichen Schrotfraktion der enzymatische β-Glucanabbau gefördert. Die Schrotung und die Maischarbeit müssen im Hinblick auf die Malzqualität und auf die unterschiedlichen Läutersysteme aufeinander abgestimmt werden. Darüber hinaus stellt die Maischarbeit den letzten Schritt der Lösung der Malzinhaltsstoffe dar und ist somit für eine optimale Ausbeute und Würzequalität verantwortlich. Um hier entsprechende Einblicke zu bekommen, wurden systematische Maischversuche unter Variation der Maischparameter Zeit, Temperatur, Schrotfeinheit, Gussverhältnis sowie des Lösungsgrades des Malzes durchgeführt. Außerdem wurden Methoden einer online-Verfolgung des Maischprozesses untersucht, wobei sich gezeigt hat, dass unterhalb der Verkleisterungstemperatur der Leitwert der Würze mit dem FAN-Gehalt korreliert. Die proteolytische und cytolytische Lösung sollte in der Mälzerei erfolgen, da beim Maischprozess nur noch schwer korrigiert werden kann. Eine vergleichende Untersuchung der Maischverfahren Infusion und Dekoktion zeigte, dass die Bierqualität vergleichbar ist, wenn der Temperaturverlauf des Infusionsmaischverfahrens dem der Restmaische der Dekoktion ähnlich ist. Die Möglichkeiten einer Verwendung von unvermälzter Gerste als Malzersatzstoff wurden untersucht, wobei bis zu 20 % Gerste ohne exogene Enzyme mit verarbeitet werden können. Die Maischarbeit wird auch unter energetischen Gesichtspunkten bewertet. Da die Maischarbeit einen Einfluss auf das Zuckerspektrum hat, bestehen auch Auswirkungen auf den Hefestoffwechsel und somit auf das Aromaprofil des Bieres. Aus diesen Untersuchungen ist das „Maltase-Maischverfahren“ hervorgegangen, welches den Estergehalt des Bieres über das Verhältnis Glucose : Maltose gezielt beeinflussen kann. Außerdem wird gezeigt, welche Anforderungen an die Würzequalität zu stellen sind, wenn eine kontinuierliche Reifung durchgeführt wird. Für eine hohe Extraktausbeute ist eine gute Läuterarbeit Voraussetzung. In diesem Zusammenhang wird die Optimierung des Läuterprozesses mittels Fuzzy-Logic vorgestellt, welche zu kürzeren Läuterzeiten geführt hat. Welche Möglichkeiten eine Läuterung über Membranen bietet, zeigen die Versuche mit Scherspaltfiltern und Vibrations-Membran-Filtrationsanlagen (VMF). Besonders die Deckschichtbildung auf den Membranen und deren Auswirkungen auf die Würzequalität werden erläutert. So werden schaumpositive Proteine sowie β-Glucan teilweise zurückgehalten. Das Verhalten von Membranen wurde nicht nur bei der Maischefiltration untersucht, sondern auch in zahlreichen Versuchen bei der Bierfiltration. Dabei wurden nasschemische Methoden, Infrarot-Spektroskopie, Photonen-Korrelations-spektroskopie, Zeta-Potenzial-Messungen und Aufnahmen mittels Rasterelektronenmikroskop durchgeführt. Das Zeta-Potenzial eignet sich zur online-Diagnose des Verblockungsgrades, noch bevor ein Druckanstieg beobachtet wird. Durch eine enzymatische Reinigung mit Cellulasen konnte die Deckschicht aufgelöst und die Permeabilität der Membrane wieder hergestellt werden. Die Würzekochung stellt einen thermischen Prozess dar und hat vor allem Auswirkungen auf das Aroma- und Geschmacksprofil des Bieres. Die Möglichkeiten der Würzekochung und -behandlung werden vorgestellt und diskutiert. Neben der Evaluierung der klassischen Kochsysteme Innenkocher, Außenkocher und Hochtemperaturwürzekocher wurden mit Praxisbetrieben neue Kochsysteme entwickelt und im Industriemaßstab eingeführt. Vor allem die unterschiedlichen Möglichkeiten des Einsatzes von Vakuumverdampfungsanlagen haben zu innovativen Kochsystemen geführt, welche untersucht und bewertet werden. Zur Verringerung unerwünschter thermischer Reaktionen wurden Systeme der „Würzevorkühlung“ vor dem Whirlpool entwickelt und am Markt eingeführt. Ebenso wurde auch eine Mikrowellenkochung erstmals untersucht. Entwickelt wurde die Technologie der „Fraktionierten Kochung“, bei welcher die Vorderwürze getrennt von den Nachgüssen gekocht wird. Durch die Wiederverwendung von Reste-, Rück- und Hefebieren haben Brauereien die Möglichkeit, den Bierschwand zu minimieren. Die Möglichkeiten der Wiederverwertung dieser Prozessbiere im Sudhaus werden beschrieben. Ebenso werden die Möglichkeiten zur Wiederverwendung von aufbereitetem und unaufbereitetem Brüdenkondensat erläutert. Die Verwendung von unaufbereitetem Brüdenkondensat als Kühlwasser für Verdunstungs-kondensatoren sowie für den Ansatz alkalischer Reinigungslaugen hat sich bewährt. Nach der Kochung und Heißtrubabtrennung kann eine Abtrennung des Kühltrubes erfolgen. Praxisversuche zur Kühltrubabtrennung mittels Zentrifuge, Kaltwürzefilter und Flotation werden vorgestellt und deren Auswirkungen auf die Gärung und Bierqualität beschrieben. Bei einer guten Heißtrubabtrennung und Hefevitalität kann auf eine Kühltrubabtrennung verzichtet werden. Beim Rohstoff Hopfen gibt es einerseits einen direkten Aromatransfer von z. B. ätherischen Ölen des Hopfens in die Würze bzw. in das Bier, wodurch dessen Aroma geprägt wird. Andererseits werden Geschmacksstoffe des Hopfens in der Würze gelöst und teilweise bis in das Bier transferiert. Der Einfluss der Bittersorten Merkur und Magnum sowie der Aromasorten Saphir, Perle und Tettnanger auf die Bierqualität werden vorgestellt. Saphir zeigt analytisch und sensorisch einen hohen Aromatransfer, was sich an den hohen Gehalten an der Leitsubstanz Linalool sowie an einer „Hopfenblume“ im Bier erkennen lässt. Neben den Brauversuchen zum Einfluss der Hopfensorte wird erläutert, inwieweit durch die Hopfungstechnologie die sensorischen Eigenschaften des Bieres beeinflusst werden können. So führt eine Gabe von Aromahopfen zu Kochbeginn zu höheren Polyphenolgehalten und zu besseren Verkostungsergebnissen, im Vergleich zu Suden mit einer ausschließlichen Bitterhopfengabe. Durch die Anwendung von Downstream-Produkten des Hopfens kann die Bitterausbeute, die mikrobiologische Stabilität und die Schaumstabilität erhöht werden. Wie sich die unterschiedlichen Hopfenprodukte in ihrer sensorischen Bitterkraft im Vergleich zur iso-α-Säure dem Bier mitteilen, wurde bestimmt. Aus den Umrechnungsfaktoren kann der Brauer die benötigte Dosagemenge eines Downstream-Produktes berechnen, welche er zur Erzielung einer bestimmten sensorischen Bitterkraft benötigt. Die Lagerbedingungen für Doldenhopfen und die unterschiedlichen Hopfenprodukte, die eingehalten werden müssen, um eine hohe Bierqualität zu erzeugen, werden vorgestellt.      «

Auf dem Gebiet der Malz- und Bierbereitung gibt es eine Vielzahl von etablierten und bewährten Prozesstechnologien. Dennoch besteht nach wie vor ein großes Potenzial an Innovationen, welche die Qualität und die Wirtschaftlichkeit verbessern können. Einerseits besteht die Möglichkeit, klassische Prozesse hinsichtlich ihrer Parametrierung zu optimieren, anderseits können Verfahrenstechniken aus der Lebensmittelindustrie in die Malz- und Bierbereitung sowie in die Erzeugung von Hopfenprodukten über...     »

Although a great variety of well known and established process technologies in malting and brewing is available there is still a potential for innovations intending improvements in product quality and economics. While conventional processes may be optimized in terms of parametrization, process engineering knowledge known from food processing may, on the other hand, be integrated into malt, beer and hop product manufacturing. Due to their impact on the quality of the final beer, the process steps of malt and wort production hold a key role. The progress in breeding leads to new barley varieties with modified malting properties. Within systematic malting trials the influence of a variation of germination parameters, such as water content, germination temperature and germination duration on the malt and beer quality including flavor stability was investigated. Further, barley varieties having different modification profiles in terms of proteolysis, cytolysis and amylolysis were observed. Here, a moderate proteolysis is preferable, which provides sufficient free amino nitrogen (FAN) for yeast nutrition as well as a sufficient high molecular nitrogen content for a proper foam stability. An extensive cytolysis lowers the risk of filtration problems and increases extract yield. The influence of the barley variety on the beer flavor was detected by GC analysis of malt flavor compounds. More over, two-row winter barley varieties seem to be suitable for brewing purposes if the raw protein content is by approximately by 1 % lower compared to summer varieties. For the first time, special processing techniques, such as fluidized bed drying, were investigated. Further, a new kilning method with different withering but comparable final kilning characteristics compared to classic floor kilning methods was developed. Beside the enzymatic modification during germination, the mechanical modification of milling was observed. Engineering aspects were focused when determining the operation limits of a two-roller mill for wet milling. The roller gap of a two-roller mill for wet milling expands by approximately 0.1 to 0.2 mm when fully loaded. Further, the oxidation of lipids during milling was investigated because of its important impact on the flavor stability of the final beer. The influence of barley variety, origin, malt storage conditions, grist storage conditions, grist fineness, milling and steeping temperature during wet milling as well as of the acrospire fraction is presented. A milling conception for conserving the acrospires was developed. High mashing-in temperatures (>60°C), possibly combined with mash acidification, lower the oxidation of lipids. In order to cope with cytolytic shortcomings of the malt and to improve the filterability of the beer a system of “fractionated milling” was developed, which allows an improvement of β-glucan degradation during mashing. Here, after digestion of insufficiently modified grist particles the enzymatic β-glucan degradation is enhanced by addition mashing of the remaining grist fraction. Milling and mashing have to be coordinated with regard to malt quality and different lauter methods. More over, mashing represents the final step of degradation and dissolving of malt components and therefore, is responsible for an optimum yield and wort quality. In order to gain further knowledge systematic mashing trials were undertaken under variation of time of mash stands, temperature, grist fineness, grist-liquor ratio and malt modification. Besides, online monitoring methods for the mashing process were evaluated leading to the conclusion that the conductivity correlates with FAN content as long as the saccharification temperature is not reached yet. Proteolytic and cytolytic modification should take place during malting since corrections are difficult to carry out later on during mashing. A comparison of infusion and decoction mashing method allowed the conclusion that the final beer quality is comparable if the temperature sequence of infusion mashing is similar to that of the remaining mash in the decoction method. Further, the possibilities of using unmalted barley were evaluated with the result that up to 20 % of barley may be processed without the addition of exogenic enzymes. Besides, mashing was considered under energetic aspects. Since mashing influences the profile of low molecular sugars in wort, too, consequences for yeast metabolism and therefore for the flavor profile of the resulting beer should be expected. As a result of these investigations the “maltase mashing procedure” was created which allows to precisely adjust the ester content of the beer via the glucose:maltose ratio. Beyond this, the requirements of wort quality for a continuous maturation were acquired. Since a high extract yield requires a proper lautering step the optimization of the lautering process by the means of fuzzy logic is introduced, which caused shorter lautering durations. The chances of lautering using membranes were evaluated by trials with shear gap filters and vibration membrane filtration systems (VMF). Particularly the formation of face layers on the membranes and their consequences for the wort quality are elucidated. Thus, proteins being advantageous for foam stability as well as β-glucan are retained. The performance of membranes was not only investigated in terms of mash filtration but also in numerous trials regarding beer filtration. Here, chemical and instrumental methods, such as infrared spectroscopy, photon correlation spectroscopy, zeta potential measurements and scanning electron microscopy, were applied. Zeta potential measurements were suitable for online monitoring of the degree of blockage, even before a pressure increase was detected. Due to enzymatic cleaning using cellulases the face layers could be degraded and the permeability of the membrane could be re-established. Wort boiling as a thermal process step has major influence on the flavor and taste profile of the final beer. The options of wort boiling and wort treatment are presented and discussed. Beside the evaluation of conventional boiling systems, such as internal boiler, external boiler and high temperature wort boiling, new boiling systems were developed and introduced in industrial scale in cooperation with brewhouse suppliers. Particularly the various options of applying vacuum evaporation lead to innovative boiling solutions, which were investigated and evaluated. In order to reduce unwanted thermal reactions a technology of wort pre-cooling prior to whirlpool operation were developed and launched into the market. Additionally, a boiling technology based on microwave application was investigated for the first time. Another technology, referred as “fractionated boiling”, was developed in which the first wort is boiled separately from sparging run-offs. Thanks to the re-use of residual beers, beers returned from customers and beers contained in yeast, breweries were given the opportunity to minimize beer loss. The opportunities to re-use these so-called process beers in the brewhouse are highlighted. More over, the opportunities of recycling treated and untreated vapor condensates are described. Their re-use as cooling water for evaporation condensers and as caustic cleaning agent proved to be suitable. After boiling and hot trub/break remove a separation of cold break may follow. Industrial scale trials to investigate cold trub separation by centrifuges, cold wort filtration and flotation are presented and their consequences on fermentation and beer quality are described. In case of proper hot trub remove and high yeast vitality the cold break separation may be omitted. When considering hops as a raw material a direct transfer of aroma compounds, that is essential oils of the hops, into wort and thus beer takes place, determining its smell. The influence of the bitter varieties Merkur und Magnum as well as that of the aroma varieties Saphir, Perle and Tettnanger on the beer quality is presented. Saphir shows a high analytical and sensory degree of aroma transfer expressed in high contents of the key indicator linalool as well as a flowery smell of the beer. Beside the brewing trials dealing with the influence of the hop variety the opportunities of influencing the sensory characteristics of the resulting beer are described. Thus, an addition of a aroma hop variety right at the start of boiling leads to increased contents of polyphenols and improved sensory evaluations compared to brews with solely bitter hopping. By applying downstream products of hops the bitter substance yield, microbiological stability and foam stability may be increased. It is also described, how different hop products appear in terms of their ability of sensory bittering compared to iso-α acid. From the conversion factors created the brewer may gain the dosage of a particular downstream product, which is required to attain a favored sensory bitter impression. Finally, the storage conditions that were found to be suitable for different hop products to maintain a high beer quality are presented.      «

Although a great variety of well known and established process technologies in malting and brewing is available there is still a potential for innovations intending improvements in product quality and economics. While conventional processes may be optimized in terms of parametrization, process engineering knowledge known from food processing may, on the other hand, be integrated into malt, beer and hop product manufacturing. Due to their impact on the quality of the final beer, the process steps...     »