Würzekochen

• Warum Heißhalten?
  • Hopfenisomerisierung
  • Eiweißkoagulation
  • Enzyminaktivierung
  • Aromastoffbildung
  • Farbebildung
  • (pH-Absenkung)
  • DMS-P Spaltung
• Einflussfaktoren zur Isomerisierung der α-Säuren
  • Kochzeit
  • Menge dosierte α-Säuren
  • Raschheit der Extraktion und Verteilung der Bitterstoffe
  • Alter des Hopfens / Oxidationsgrad
  • pH-Wert der Würze
  • Zusätze zur Verbesserung der Isomerisierung
  • Würzezusammensetzung (z.B. High Gravity)
• Bitterstoffbilanz
  • Verluste in Ausschlagwürze durch Hopfentreber und Trub ca. 57,5 % übrig
  • Verluste in Bier durch Gärung, Lagerung, Filtration ca. 30 % übrig
  • iso-Bitterstoffgehalt nimmt während Kochzeit in Würze zu, während alpha abnimmt.
  • Verringerung Bitterstoffverluste
    • Einsatz von Hopfenpulver, Hopfenextrakt → gute Verteilung
    • Rückführung von Trub → weniger Verluste Eiweißkoagulation
    • bessere Isomerisierung → weniger α-Säure Verluste Gärung
    • Gärbedingungen → ZKG, Druckgärung, Hefezellzahl, Hefezustand, pH-Sturz, CO₂-Bildung
• Bruchbildung
  1. Aufspaltung H-Brücken
  2. Quervernetzung von Eiweißmolekülen / niedere PP (H-Brücken)
  3. Auffaltung von Disulfidbrücken (Unterstützt durch Reduktone, behindert durch Oxidationsmittel)
  4. Koagulation
  5. Einfluss ionischer Bindungen (Hopfengabe verstärkt Trubbildung)
  6. Maillard-Reaktion
  7. Polyphenole (Eiweißausfällung wegen reduzierender Eigenschaften
  8. Partikelgrößenverteilung: Außenkocher kleinere Partikel als Innenkocher und als beheizter Boden)
  9. Einflussfaktoren Bruchbildung
     • Kochdauer > 60 min
     • Kochtemperatur
     • Art und Weise des Kochens (Strömungsverhältnisse, Strömung Verteilschirm, Verdampfungsziffer, Heizsystem)
• Aufgaben Würzekochung
  • Zerstörung Malzenzyme (Fixierung Stoffverhältnisse, Polyphenoloxidasen erst nahe Kochtemperatur)
  • Sterilisierung der Würze (Sporenbildner überleben)
  • Erhöhung der Acidität der Würze (pH-Abfall 0,1-0,2, Hopfenbittersäuren, Maillardprodukte, Ca²⁺, Mg²⁺, Ausscheidung alkalischer Phosphate)
  • Koagulation des Eiweißes (Geschmack, Vollmundigkeit, Stabilität), wenn mangelhaft dann
    • Verschmieren der Hefe
    • geringer pH-Sturz
    • niedriger EVG
    • schlechte Klärung
    • höherer Bier-pH, schlechtere biol. Stabilität
    • breite Eiweißbittere
  • Nebenreaktionen
    • Zunahme Farbe
    • Bildung reduzierender Substanzen
    • Zunahme Acidität
• Verdampfung
  • Austreiben unerwünschte Aromastoffe (DMS, Carbonyle)
  • Verdampfung überschüssiges Wasser
    • Glattwassernutzschwelle 2,5-3,0 %
    • Gesamtverdampfung ca. 4-8 %
    • abhängig Kochsystem, Zeit, Temperatur
• DMS
  • während Kochung sinkt DMS-Gehalt unter Geschmacksschwelle (100 µg/l) durch Bildung und Ausdampfung und steigt nach Kochende wieder an (u.U. über Geschmacksschwelle), weil keine Ausdampfung mehr.
  • DMS-Bildung: aus S-Methyl-methionin SMM = DMS-P ODER Dimethylsulfoxid (DMSO) ODER Maillard-Reaktion (quantitativ unbedeutend)
  • Einflussfaktoren auf Bildung: Verdampfung, Mals DMS-P, Maischverfahren, Kochtemperatur, Kochzeit, Würze-pH, Würzekonvektion
  • Reaktionskinetik 1. Ordnung $A_t = A_0 \cdot e^{-k \cdot t}$
• Eckwerte
  • DMS 40-60 µg/l (<100!) → Fehlgeschmack
  • TBZ 30-40 → Alterungsstabilität, thermische Belastung)
  • Koag-N 2-3 mg/100ml (>1,4!) → Schaum, thermische Belastung
• Zusammensetzung Ausschlagwürze
  • pH-Wert 5,0-5,7 (biol. Säuerung 5,0-5,2)
  • vergärbarer Extrakt (Malzauflösung, Maischarbeit)
  • ß-Glucan > 250 mg/l → Filtrationsschwierigkeiten
  • Viskosität (ß-Glucan, hochmol. N-Substanzen, α-Glucane)
  • Gesamt-N (Eiweißgehalt, Malzauflösung, Maischarbeit)
  • Stickstoff-Fraktionen (FAN > 22 % Rohfrucht, sonst so viel wie für Gärung nötig)
  • Polyphenole (Tannoide jahrgangsabhängig, PP durch Hopfen)
  • Bitterstoffgehalte (Hopfensorte, Nachisomerisierung)
  • Mineralstoffe (Brauwasser, Rohfrucht weniger K und PO₃^-

Fraktion	Unterfraktion	Wert
Kohlenhydrate	Hexosen	7-8 %
	Sachharose	2-3 %
	Maltose	42-47 %
	Maltotriose	11-13 %
Dextrine	niedere	6-12 %
	höhere	19-24 %
ß-Glucane		0,2-0,4 %
Pentosane		3-4 %
Stickstoffsubstanzen	Gesamt-N	950-1150 mg/l
	hochmol. N	22 % (koag. N 2 %)
	mittelmol. N	18 %
	niedermol. N	60 % (Formol-N 34 %, FAN 22 %)
Vitamine	Thiamin (B1), Riboflavin (B2), Pyridoxin (B6), Nicotinamid, Pantothensäure, Inosit, …
Polyphenole	Gesamt-PP	180-300 mg/l
	Anthocynaogene	70-140 mg/l
	Tannoide	60-100 mg/l
Bitterstoffe	EBC-Einheiten	> 15
	α-Säuren	3-20 mg/l
	Iso-α-Säuren	> 15 mg/l
Mineralbestandteile		1,5-2,0 %
Phosphate, Silikate, Chloride, Sulfate, Nitrate, Kalzium, Magnesium, Kalium, Natrium, Zink

• Aromastoffe
  • nichtenzymatische Reaktionen
    • chemische Parameter (Vorläufer, Temperatur, Zeit und Mileu, pH-Wert, Sauerstoff und Wassergehalt)
    • Aromaveränderungen bei Zimmertemperatur erst nach längerer Zeit durch Lipidperoxidase, Maillardreaktion, Streckerabbau der AS
    • Beschleunigung durch Kochprozess
  • Maillard-Reaktion: Zucker und AS geben Amadori-Prodkte, die über Enolisierungen zu Carbonyl-Verbindungen werden. Dies werden mit AS im Strecker-Abbau in Folgereaktionen zu Aromastoffe und Melanoidine
  • Aromastoffe in Würze: Pyron, Maltol, Furan, Isomaltol, Pyrazin, Pyrrol, Pyrrolin, Furfural, Thiazol
  • Bildung 2-Furfural Schoko < Aussenkocher < Varioboil < Innenkocher
  • Hefe kann durch Bildung geschmacksintensiver Ester Furanverbindungen reduzieren, durch Pasteurisierung oder Alterung werden die brotartigen Verbindungen rückgebildet
  • durch Sauerstoff ist der Aromastoffgehalt sehr viel höher
  • Verlauf der Streckeraldehyde: bei allen Kochsystemen abnehmend bis zum Ausschlagen, ab hier steigend; Schoko hier sinkt Gehalt erst mit der Verdampfung am Schluss
  • Abbau Linol- und Linolensäure
    • Linolsäure → Hydroperoxysäuren → α-Ketole → Dihydroxy, Trihydroxy, Epoxysäuren + Carbonylverbindungen
    • Austreiben beim Würzeküchen
• Würzekochsysteme
  • Verdampfung/Erhitzung durch
    • Boden- oder Zargenheizung
    • Innen- oder Außenkocher
    • externe Wärmeübertrager
    • (Mikrowellenkocher)
    • Dünnfilmverdampfer
    • Entspannungsverdampfer
    • Rektifikationskolonnen
  • Vorgänge im Rohr während Würzekochung
    • Dampfseitig
      • laminar-glatt
      • laminar-wellig
      • laminar-turbulent + Kondensat
    • Produktseitig
      • Zone des vollständigen Blasensiedens
      • unterkühltes Blasensieden
      • Blasenpelzzone
      • Aufheizzone
  • Innenkocher
    • Aufbau: Würzeverteilschrim, Staukonus, Entlastungsöffnungen, Rohrbündel-Wärmeübertrager, Dampf/Heißwasser-Zuflauf, Kondensat/Heißwasser-Ablauf
    • Fouling → Laugereinigung
    • Pulsieren beim Aufheizen
    • Rundlaufen beim Kochen
    • Zwangsanströmung bewirkt bessere Temperaturverteilung (z.B. zusätzlicher Würzeumwälzpumpe)
  • Stromboli
    • definierte Umwälzung durch frequenzgeregelte Pumpe, Strahlpumpe, Würzetrimmer
    • 2 Kreisläufe: Innenkocher, Zirkulieren
    • → gleichmäßige Strömung in allen Rohren, 8-10x Umwälzung pro Stunde
  • Jetstar
    • unterschichtiges Ausströmen (Subjet) → vermeidet Pulsieren → Aufheizen ohne Fouling → Aufschäumen vermeiden
    • Kolbenstörmung
    • Homogenes Ansaugen beim Innenkocher → homogenes Umwälzen
    • sonst entstehen Kurzschlussströmungen und Totzonen
    • thermische Umsetzung bei unterschichtigem Ausströmen, unabhängig von Verdampfung
    • schonendes Ausdampfen über Ausdampfoberfläche des 2-Ebenen-Leitschirms, Einstellung Stammwürzegehalt
  • Außenkocher
    • Thermosyphon-Kocher befindet sich unter Würzespiegel (ohne Pumpe)
    • beim Aufheizen läuft Würze unter Spiegel ein, beim Kochen wird diese von Oben einlaufen gelassen
    • Einsatz einer frequenzgeregelten Pumpe, Einsatz eines Pfadukos zur Warmwassergewinnung
  • Dynamische Niederdruckkochung
    • 1. Phase: Statische NDK (Thermische Stoffumsetzung, energetisch vorteilhaft, sehr gute Homogenität) bei 100 mbar Überdruck
    • 2. Phase: Dynamische NDK (sehr gute Ausdampfung → Dampfblasen-Stripping) Druckauf- und abbau 100-150 mbar
    • Entspannen und Ausschlagen
  • Merlin
    • Whirlpool als Sammelgefäß, Kochen über Dünnschichtverdampfer (2 Heizzonen), 5-6fache Umwälzung pro Stunde, Dampf 1,5 bar 130 °C
    • nach Whirlpool ist Stripping möglich
  • SchoKo
    • 98 °C 60-90 min, Rührwerk wichtigt
    • nach Whirlpool in Entspannungsverdampfer (tangentialer Würzeeintritt)
  • Vakuumverdampfung
    • nach Whirlpool
    • Brüdenkondensator möglich
  • Varioboil
    • Entspannungsverdampfer
  • Wort Stripping
    • Vorkochen 5 min, Heißhalten 30 min, Nachkochen 5 min
    • Heißtrub abtrennen
    • Strippen mit Dampf in Wort Stripping Column
  • Nachverdampfung
    • Ausdampfung unerwünschter Aromastoffe nach Whirlpool
    • kürzere Kochzeiten (Energieersparniss, Qualitätsverbesserung)
    • Reduzierung DMS (um 80 %), Streckeraldehyde (20 %), Alkohole (5 %)
    • koag. Stickstoff nimmt weniger stark ab als bei der konventionellen Kochung
• Energierückgewinnung
  • Pfannendunstkondensator
    • Heißwassererzeugung
    • Energiespeicher und Würzevorwärmung
  • Brüdenverdichter
    • mechanisch
    • thermisch (Dampfstrahlverdichter der Außenkocher beheizen kann)
  • Energiespeicher (unten 78 °C, oben 98 °C)
• Würzevorkühlung
  • vor Einlauf in den Whirlpool
  • weniger freies DMS, aber mehr DMS-P im Vergleich ohne Vorkühlung
  • weniger TBZ → weniger thermisch belastet
• moderne Würzekochsysteme
  • hohe Wirtschaftlichkeit (geringer Energieverbrauch) → Gesamtverdampfung 4-5 %
  • hohe Würzequalität (geringe thermische Belastung) → gute Geschmacks-Stabilität
  • → hohe Ausdampfeffizienz nötig

	AW	WW
TBZ	< 45	< 60
gesamt DMS	< 100 µg/l	< 100 µg/l
koag. N (Abnahme nach 75 min)	15-25 (besser 20-30) mg/l	-

• Parametrierung

	Kochdauer	Kochtemp.	Verdampf. vor Heißtrubabsch.	Verdampf. nach Heißtrubabsch.
Innen-/Außenkocher	beliebig	atmosph.	X	-
HTW-Kochung	2-3 min	max. 145 °C	X	-
Dynamische NDK	40-60 min	100-103 °C	X	-
SchoKo	40-60 min heiß	97-99 °C	-	X
Wort Stripping	40 min + Stripping	100 °C	-	X
Vakuumverdampfung	40-50 min + Vakuum	100 °C	X	-
Varioboil	40 min + Vakuum	atmosph.	X	-
Merlin	35-40 min + Stripping	atmosph.	X	X
Stromboli	60 min	atmosph.	X	-
Ecotherm	70 min	atmosph.	X	-

• Einfluss Kochung auf Hopfenaroma
  • Linalool-Gehalt steigt nach Hopfengabe, erreicht ein Maximum und wird mit der Zeit Ausgedampft.
  • SchoKo dampft nur sehr langsam Linalool aus, während andere Kochsysteme die erste Gabe fast vollständig ausdampfen.