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Moder­ne Abfülltechnik

31. August 2023
in Fokus, Food, Messtechnik & Analytik, Top-Thema, Verpacken & Kennzeichnen
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Moder­ne Abfülltechnik

Brau­er wis­sen, dass Bier emp­find­lich auf Sauer­stoff reagiert. Der soge­nann­te Oxi­da­ti­ons­ge­schmack stellt sich bei zu hohen Sauer­stoff­auf­nah­men ein. Trend­bie­re mit der wie­der­ent­deck­ten Kalthop­fung, frü­her „Hop­fen­st­op­fen“ genannt, ver­än­dern ihren Geschmack bei Sauer­stoff­auf­nah­men recht schnell. Aber auch gewöhn­li­che hel­le Bie­re sind beson­ders sauer­stoff­emp­find­lich. Dunk­le­re Bie­re zei­gen dage­gen oft eine beacht­li­che Geschmacks­to­le­ranz gegen­über Sauer­stoff­ge­hal­ten jen­seits von 0,1 Mil­li­gramm pro Liter.

 

Die Sauer­stoff­auf­nah­me bei der Bier­be­rei­tung fängt beim Schro­ten des Mal­zes an und endet noch nicht mit dem Ver­las­sen des Bie­res der Braue­rei, denn Sauer­stoff durch­dringt bei­spiels­wei­se Dich­tun­gen von Kron­kor­ken – bis zu dem Zeit­punkt, an dem das Bier kon­su­miert wird. Bier­in­halts­stof­fe reagie­ren so rasch mit Sauer­stoff, dass Mes­sun­gen von gelös­tem Sauer­stoff unmit­tel­bar nach den jewei­li­gen Pro­zes­sen wie Tank­fül­lung, Fil­tra­ti­on oder Abfül­lung nötig sind. So weist ein oxi­dier­tes Bier mit den typi­schen Geschmacks­än­de­run­gen oft kaum mess­ba­re Sauer­stoff­ge­hal­te auf, und den­noch sind die Qua­li­täts­ein­bu­ßen deutlich.

 

Die Ver­wen­dung von Zusatz­stof­fen wie Bisul­fit oder Ascor­bin­säu­re als Sauer­stoff­fän­ger ist in ande­ren Län­dern außer­halb Deutsch­lands üblich, vor allem für die Abfül­lung in PET-Fla­schen. Denn die­se Behäl­ter sowie der dafür am häu­figs­ten ver­wen­de­te Ver­schluss aus PE oder PP las­sen Sauer­stoff in kur­zer Zeit in rele­van­ten Grö­ßen­ord­nun­gen migrie­ren. Als Anti­oxi­dans für Bier ist Ascor­bin­säu­re jedoch ein zwei­schnei­di­ges Schwert. Oxi­da­ti­ons­pro­zes­se – nicht nur im Bier, son­dern eben­falls in wei­te­ren Geträn­ken wie Soft­drinks oder Säf­ten – sind kom­ple­xe Vor­gän­ge mit vie­len Zwi­schen­stu­fen, und damit sehr viel mehr als der Über­gang von Sauer­stoff auf ein spe­zi­fi­sches Emp­fän­ger-Mole­kül. Ob die Poly­phe­no­le des Mal­zes oder des Hop­fens för­der­li­che Anti­oxi­dan­ti­en oder schäd­li­che Trü­bungs­bild­ner sind, ist ein Kapi­tel für sich, an dem die Wis­sen­schaft noch weiterforscht.

 

Um die­ser Her­aus­for­de­rung zu begeg­nen, ent­wi­ckeln Braue­rei­en unter­schied­li­che Ansät­ze zur Qua­li­täts­si­che­rung: vom poly­phe­nolar­men Mal­zen bis poly­phe­nol­rei­cher Dol­den­hop­fung oder von Stra­te­gien zur Erhal­tung über Aus­fäl­lung bis zur Reduk­ti­on der Poly­phe­no­le mit­tels PVPP.

 

Geschmacks­sta­bi­li­tät

Die Fach­welt ist sich einig, dass eine Ver­mei­dung oder Ver­rin­ge­rung von Sauer­stoff­auf­nah­men den wich­tigs­ten Teil aus­macht, um eine mög­lichst lan­ge Geschmacks­sta­bi­li­tät zu errei­chen. Dafür wer­den etwa Tanks mit Inertgas vor­ge­spannt, zudem wer­den sie oft unter die­sem Stoff gerei­nigt, um kei­ne ent­spre­chen­den Ver­lus­te hin­neh­men zu müs­sen. Ist das Inertgas CO2, so ist mit Erhal­tung des Gases nur eine sau­re Rei­ni­gung mög­lich. Wird N2 ver­wen­det, so sind gelös­te N2-Gehal­te im Bier zu beach­ten, um unge­stör­te Abfüll­leis­tun­gen zu errei­chen und kei­ne unty­pi­schen Schaum­struk­tu­ren beim Kon­su­men­ten zu erzeu­gen. Alter­na­ti­ven wie bei­spiels­wei­se Argon wären emp­find­lich teuer.

 

Grund­sätz­lich soll­ten Tank­drü­cke so gering gewählt wer­den, wie sie dem CO2-Par­ti­al­druck des Bie­res ent­spre­chen und für nöti­ge Druck­erhö­hun­gen Pum­pen ein­ge­setzt wer­den. Bei der Fil­tra­ti­on wird emp­foh­len, unbe­dingt mit ent­gas­tem Was­ser zu arbei­ten. Sauer­stoff­ge­hal­te von unter 0,2 Mil­li­gramm pro Liter sind dabei anzu­stre­ben – eben­so für Aus­schub­was­ser bei­spiels­wei­se bei der Kurz­zei­t­er­hit­zung – denn unent­gas­tes Was­ser weist rund 10 Mil­li­gramm pro Liter auf.

 

Die Sauer­stoff­mes­sung bei der Prü­fung von Aus­schub­pro­zes­sen mit Misch­pha­sen­tren­nung zeigt dabei frü­her einen Miss­stand auf als bei­spiels­wei­se die Stamm­wür­ze­mes­sung. Heu­ti­ge Anfor­de­run­gen und Mög­lich­kei­ten las­sen es sinn­voll erschei­nen, sogar die bis­her gewohn­te Ein­heit Mil­li­gramm pro Liter (~ Parts per mil­li­on) für die Sauer­stoff­auf­nah­men zu ver­las­sen und auf die hand­li­che­re Ein­heit Mikro­gramm pro Liter (~ Parts per bil­li­on) umzu­stei­gen. Bie­re vor der Abfül­lung wei­sen nicht sel­ten 5 Mikro­gramm pro Liter und dar­un­ter auf, das ist also weni­ger als 0,005 Mil­li­gramm pro Liter. Waren vor weni­gen Jah­ren noch Füll­sys­te­me üblich, die Gesamt­sauer­stoff­auf­nah­men von 150 Mikro­gramm pro Liter erreich­ten, sind mitt­ler­wei­le mit ent­spre­chen­der Tech­no­lo­gie sogar 20 Mikro­gramm pro Liter möglich.

 

Bestim­mung des Gesamtsauerstoffs

Der Gesamt­sauer­stoff, häu­fig als TPO für „total package(d) oxy­gen“ bezeich­net, beinhal­tet sowohl den im Bier gelös­ten Sauer­stoff als auch jenen, der sich im Kopf­raum eines ver­schlos­se­nen Behäl­ters befin­det. Die Metho­de der Bestim­mung der „Luft im Kopf­raum“ mit­tels Über­lei­tung die­ses Kopf­raum­ga­ses in eine mit Lau­ge gefüll­te Büret­te zur Adsorp­ti­on des CO2 wird zwar aus Grün­den der Ein­fach­heit heu­te noch ange­wen­det. Doch die Gas­zu­sam­men­set­zung im Kopf­raum besteht eben nicht nur aus CO2 und Luft mit dem übli­chen Sauer­stoff­ge­halt. Damit ist die „Luft im Kopf­raum“ für eine Bestim­mung des TPO weni­ger gut geeig­net. Für eine prä­zi­se Bestim­mung des Gesamt­sauer­stoffs ste­hen Mess­ge­rä­te zur Ver­fü­gung, die mehr oder min­der auto­ma­tisch sowohl den Kopf­raum­sauer­stoff als auch den Sauer­stoff, der im Getränk gelöst ist, mes­sen kön­nen. Zusam­men mit Tem­pe­ra­tur- und kom­ple­xen Druck­mes­sun­gen wer­den damit voll­au­to­ma­tisch das Kopf­raum­vo­lu­men, der CO2-Gehalt und sogar ande­re gelös­te Gase berechnet.

 

Vor fast 40 Jah­ren haben die Brau­meis­ter Uhlig und Vil­achá der Polar Braue­rei in Cara­cas, Vene­zue­la, eine For­mel ent­wi­ckelt, um mit­tels eines Sauer­stoff­mess­ge­räts für gelös­ten Sauer­stoff und der Ermitt­lung von Tem­pe­ra­tur, Kopf­raum- und Füll­vo­lu­men den TPO eben­so mit hoher Prä­zi­si­on zu bestim­men. Die Behäl­ter sind hier­für in einen Gas­gleich­ge­wichts­zu­stand zu brin­gen, was durch Schüt­teln bewirkt wird. Die­se Metho­de hat den gro­ßen Vor­teil, dass mit ein und dem­sel­ben trag­ba­ren Gerät alle Pro­zess­schrit­te bei der Bier­be­rei­tung und Abfül­lung kon­trol­liert wer­den kön­nen, selbst Gas-in-Gas-Mes­sun­gen sind damit mitt­ler­wei­le mög­lich; für Mes­sun­gen aus Fla­schen oder Dosen ist ledig­lich eine zusätz­li­che Anstech­ap­pa­ra­tur mit Inertgas­ver­sor­gung nötig. Der gelös­te Sauer­stoff eines im Gas­gleich­ge­wicht ste­hen­den Getränks in einer Fla­sche oder Dose muss schließ­lich mit einem berech­ne­ten Fak­tor mul­ti­pli­ziert wer­den, um den TPO zu erhal­ten. Bei übli­chen Behäl­tern und Abfüll­tem­pe­ra­tu­ren liegt die­ser Fak­tor zwi­schen 2 und 3. Moder­ne Abfüll­ma­schi­nen errei­chen Mess­wer­te von gelös­tem Sauer­stoff, die an geschüt­tel­ten Behäl­tern sogar unter denen lie­gen, die vor der Füll­ma­schi­ne gemes­sen wer­den. Mes­sun­gen an unge­schüt­tel­ten Behäl­tern erge­ben im Ver­gleich Infor­ma­tio­nen über die Wirk­sam­keit der unver­zicht­ba­ren Auf­schäu­mung vor dem Ver­schlie­ßen bezie­hungs­wei­se der Kon­struk­ti­on und Ein­stel­lung der Unter­de­ckel­be­ga­sung bei einem Dosenverschließer.

 

Die­ser Ver­gleich deckt auf: Der Füll­vor­gang als sol­cher trägt bei moder­nen Füll­sys­te­men nur 10 bis 20 Pro­zent des Gesamt­sauer­stoffs in einem abge­füll­ten und ver­schlos­se­nen Behäl­ter bei. Die Sauer­stoff­auf­nah­me beim Fül­len ist stets im Ver­hält­nis mit dem dafür not­wen­di­gen Inertgas­ver­brauch zu sehen. Wenn frü­her selbst bei hohen Ver­bräu­chen der­ar­tig nied­ri­ge Sauer­stoff­auf­nah­men nicht mög­lich waren, womög­lich als nicht not­wen­dig erach­tet wur­den, so sind mitt­ler­wei­le bedeu­ten­de Ver­bes­se­run­gen erzielt wor­den. Je nach not­wen­di­gem oder gewähl­tem Füll­ver­fah­ren ist eben­falls die Ver­wen­dung von N2 mög­lich – die­ses kann heu­te durch Mole­ku­lar­sie­be preis­lich attrak­tiv eigen­erzeugt werden.

 

Ent­wick­lung nach­hal­ti­ger Technologien 

Mit moder­ner Tech­no­lo­gie rea­li­sie­ren Braue­rei­en eine ver­läss­li­che Qua­li­tät bei der Pro­duk­ti­on ihrer Bie­re mit einem nied­ri­gen Sauer­stoff­ge­halt. Vor allem macht die­se die Ver­wen­dung von Zusatz­stof­fen wie Bisul­fit oder Ascor­bin­säu­re als Sauer­stoff­fän­ger über­flüs­sig. An genau die­sem Punkt hat KHS mit der Ent­wick­lung des modu­la­ren Füll­sys­tems Inno­fill Glass DRS ECO ange­setzt. Das ist inzwi­schen in der Pra­xis ange­kom­men. Unter ande­rem ver­traut die Oettin­ger Braue­rei in Mön­chen­glad­bach auf die Lösung. Nach Anga­ben des Kun­den erlaubt der Fül­ler eine sauer­stoff­ar­me Abfül­lung, die es in die­ser Form bis­her nicht gab.

 

Weni­ger Sauer­stoff, gerin­ge­rer CO2-Verbrauch

Denn die neue Füll­ma­schi­ne lässt weni­ger Sauer­stoff ins Bier – und benö­tigt dafür nicht mehr, son­dern weni­ger CO2 als ihre Vor­gän­ger. Bei der Abfül­lung von Fla­schen macht ein neu­ar­ti­ger Hohl­son­den­fül­ler es mög­lich, dass bei erheb­lich redu­zier­tem CO2-Bedarf auf der einen Sei­te noch gerin­ge­re Sauer­stoff­auf­nah­men auf der ande­ren Sei­te mög­lich sind. Zunächst wird der Behäl­ter über den Vaku­um­ka­nal eva­ku­iert und dann mit CO2-Gas gespült. Hier­bei kommt ein von KHS paten­tier­tes Spül­ver­fah­ren zum Ein­satz. Anschlie­ßend wird der Behäl­ter wie üblich mit dem Inertgas auf Abfüll­druck vor­ge­spannt. So ist die extrem gerin­ge Gesamt­sauer­stoff­auf­nah­me von 20 Parts per bil­li­on bei einem CO2-Ver­brauch von 160 Gramm pro Hek­to­li­ter mög­lich. Bei wei­ter ver­rin­ger­tem CO2-Ver­brauch auf bei­spiels­wei­se 110 Gramm pro Hek­to­li­ter, das ist halb so viel wie bis­her üblich, ist immer noch eine sehr gerin­ge Gesamt­sauer­stoff­auf­nah­me von 40 Parts per bil­li­on erreich­bar. Die gewünsch­te Gesamt­sauer­stoff­auf­nah­me kann regel­recht aus­ge­wählt wer­den: So kann eine auto­ma­ti­sche Sor­ten­um­stel­lung auf bei­spiels­wei­se ein beson­ders sauer­stoff­emp­find­li­ches kalt­ge­hopf­tes Bier, ein sauer­stof­fun­emp­find­li­che­res Dunk­les oder auf eine völ­lig ande­re Fül­lung für Limo­na­den bei größt­mög­li­cher CO2-Ein­spa­rung ein­ge­stellt werden.

 

Vie­le Braue­rei­en müs­sen Koh­len­säu­re zukau­fen. Durch den stei­gen­den Preis ist das ein wach­sen­der Kos­ten­fak­tor. Je gerin­ger der Ver­brauch für die abge­füll­te Fla­sche, des­to effi­zi­en­ter ist die Pro­duk­ti­on, und je gerin­ger die Sauer­stoff­auf­nah­me, des­to bes­ser die Pro­dukt­qua­li­tät. Die­se bei­den Punk­te hat KHS mit dem Inno­fill Glass DRS ECO in Ein­klang gebracht. Zudem sor­gen digi­ta­le und auto­ma­ti­sier­te Sys­te­me für eine Syn­chro­ni­sie­rung der Abfüll­pro­zes­se und damit für eine Effizienzsteigerung.

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Tags: BrauereiGetränkeabfüllungKHSSauerstoffgehalt
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