Handout Spirituosen -Maische von stärkehaltigen Rohstoffen WS 2024-2025 PDF

Maischen von stärkehaltigen Rohstoffen Vorlesung Philipp Schwarz Stärke (lat. Amylum) Reservekohlenhydrat in Pflanzen Nachwachsender Rohstoff Wichtigster Grundstoff für die Alkoholerzeugung Bildung durch Assimilation aus CO2 und H2O zu Zucker und O2 durch Chlorophyll der Bl...

Maischen von stärkehaltigen Rohstoffen Vorlesung Philipp Schwarz Stärke (lat. Amylum) Reservekohlenhydrat in Pflanzen Nachwachsender Rohstoff Wichtigster Grundstoff für die Alkoholerzeugung Bildung durch Assimilation aus CO2 und H2O zu Zucker und O2 durch Chlorophyll der Blätter und Sonnenlicht (Photosynthese) Nicht sofort benötigter Zucker wird in Wurzeln, Knollen und Samen befördert und dort als Reservestoff in Form von Stärkekörnern, eingelagert. Diese Stärke in den Stärkekörnern kann nur enzymatisch freigesetzt werden. Nachweis mit Jodlösung (Blaufärbung) Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Photosynthese http://www.eqiooki.de/ecology/gallery/m_foto.png Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Photosynthese 6 CO2 + 6 H2O → C6 H12O6 + 6 O2 Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Aufbau der Stärke Stärke besteht aus Amylose und Amylopektin: Amylose (20 – 30 %) Glucosebausteine in einer unverzweigten Kette mit etwa 6 Glucosemolekülen je Windung 1000 – 2000 Zuckermoleküle bei Getreide, bis 4500 bei Kartoffeln Amylose bildet beim Iod-Test eine blaue Färbung. In kaltem Wasser nicht löslich In warmen Wasser hingegen löslich Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Aufbau der Stärke Stärke besteht aus Amylose und Amylopektin: Amylopektin (70 – 80 %) Nach etwa 20 Glucosemolekülen „Knotenpunkte“ an denen eine Kette seitlich abzweigt Das Amylopektin-Molekül ist etwa zehnmal größer als das Amylose- Molekül Amylopektin bildet bei dem Jod-Test eine rotviolette Färbung Quillt im kalten Wasser auf Im warmen Wasser bildet sich Stärkekleister (rechtzeitige Enzymgabe!) Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Aufbau der Stärke Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Stärkegehalt verschiedener Rohstoffe Rohstoff Stärkegehalt in % Weizen 58 - 62 Roggen 55 – 58 Hafer 52 Gerste 53 - 56 Hülsenfrüchte 0 - 55 Mais 58 - 63 Kartoffeln 15 - 20 Buchweizen 56 Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Stärkeverflüssigung und Verzuckerung Stärke muss verflüssigt und verzuckert werden Voraussetzung für vollständige Verflüssigung und Verzuckerung: Maische muss kurzfristig über Verkleisterungspunkt hinaus erhitzt worden sein Verflüssigung und Verzuckerung durch stärkeabbauende Enzyme, sog. „Amylasen“ Eigenamylasen in einigen mehligen Stoffe vorhanden (Malz), die bei richtiger Behandlung die Getreidestärke abbauen können Oft werden Fremdenzyme bzw. technische Enzyme zugesetzt, um einen sicheren Ablauf des Maischprozesses zu gewährleisten Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Stärkeabbauende Enzyme (Amylasen) Umsetzung der Stärke in vergärbare Zucker beim Maischprozess und auch noch während der Gärung Die drei wichtigsten Enzyme (Amylasen) sind: α-Amylase β-Amylase Glucoamylase Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 α-Amylasen Endo-Enzyme, innere α(1-4)-Glykosidbindungen der Amylose Bewirken rasche Abnahme der Viskosität durch Spaltung der Stärkemoleküle → es entstehen als Produkte Dextrine, Maltose und Glucose α-Amylase ist in Malz enthalten Bei technischen Enzympräparaten mit dextrinierender (verflüssigender) Wirkung spricht man von Verflüssigungsenzymen Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 β-Amylasen Exo-Enzyme In Malz enthalten Werden zur Verzuckerung eingesetzt Spalten vom Kettenende her Maltose ab Bei Einwirkung auf das verzweigte Amylopektin entstehen neben Maltose auch sog. „ Grenzdextrine“, da die Wirkung der β-Amylase vor den Verzweigungsstellen zum Stillstand kommt Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Glucoamylasen Exo-Enzyme Setzt vom Kettenende her Glucosemoleküle frei Können im Gegensatz zu α- und β-Amylasen auch Verzweigungsstellen spalten Werden zur Verzuckerung eingesetzt Produkt Glucose Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Stärkeabbau durch verschiedene Amylasen Nach Gierschner 1991 Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Einsatz von Darrmalz als Verzuckerungsmittel Vorteile: Nachteile Zusätzliche steuerfreie Temperaturempfindlicher, Mehrausbeute exaktes Arbeiten erforderlich 15 % Darrmalz bezogen auf Evtl. pH-Korrektur erforderlich Rohstoffmenge erlaubt(bei Abfindungsbrennern) 15 kg Darrmalz bei 35 LA/100 kg ergeben ca. 5 LA Ausbeute aus dem Darrmalz Aromenvielfalt Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Einsatz von mikrobiellen Amylasen als Verzuckerungsmittel Vorteile: Nachteile: Problemlose Stärkeverflüssigung Keine steuerfreie Mehrausbeute bei höheren Temperaturen (für Abfindungsbrenner relevant) möglich Geringere Geschmacksvielfalt Produkte sind standardisiert (bei richtiger Lagerung ist die Aktivität nahezu konstant) In relativ großen Temperatur- und pH-Bereichen aktiv Einfach zu dosieren Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025  Enzymatische Stärkeverzuckerung mit Gerstendarrmalz (Maischen mit Malzenzymen) Voraussetzung für Verzuckerung der Stärke: Günstige Temperatur- und pH-Bedingungen für α- und β-Amylasen:  α-Amylase: 70 - 75 °C ; pH-Bereich 5,0 - 5,8  β-Amylase: 58 - 65 °C ; pH-Bereich 5,0 – 5,6 Eigenschaften beider Enzyme müssen beim Maischprozess berücksichtigt werden, ansonsten nur unvollkommener Stärkeabbau Daher splitten der Malz-Zugabe: 30 % des Malzes zur Verflüssigung bei 72 °C 70 % zur Verzuckerung bei 62 °C Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Ausbeutemindernde Faktoren Schlechte und unsaubere Rohstoffe Ungenaue Rohstoffeinwaage Schleppende Gärung infolge Schädigung der Hefe durch zu starke Ansäuerung Infizierte Maische infolge mangelnder Sauberkeit Schleppende, infolge unrichtiger, Gärführung Mangelhafte Verzuckerung infolge unbefriedigender Malzqualität oder unzweckmäßiger Maischetemperatur Alkohol in der Schlempe Alkoholverluste infolge undichter Destillierapparate Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 (Rohfrucht) Maischen mit Malz 1. Prozesswasser vorlegen, 40 – 50 °C 2. Feinvermahlenes Getreide, klumpenfrei einrühren 3. pH-Korrektur auf 5,0 -5,5 4. Ca. 33 % der Gesamtmalzmenge zugeben (Getreide 5 kg /100kg; Kartoffeln 2kg /100kg; Abfindung) 5. 70 – 75 °C, 30 min; dann auf 55-60 °C kühlen (Verflüssigung) 6. Ca. 66 % der Gesamtmalzmenge zugeben (Getreide 10 kg /100kg; Kartoffeln 3kg /100kg; Abfindung) 7. 55 – 60 °C , 30 min (Verzuckerung) 8. Kühlen auf Anstelltemperatur, ca. 30 °C, Hefezugabe ( 20-80 g / hl Maische) 9. Gärung, ca. 3 - 4 Tage 10. Destillation über Kolonne und mehreren Glockenböden, sowie Fraktionierung von Vor-, Mittel- und Nachlauf Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 (Rohfrucht) Maischen mit technischen Enzymen je nach verwendetem Enzym /Hersteller kann das Maischverfahren abweichen 1. Prozesswasser vorlegen, 40 – 50 °C 2. Feinvermahlenes Getreide, klumpenfrei einrühren 3. pH-Korrektur auf 6,0 4. Verflüssigungsenzym nach Herstellerangaben zudosieren (Thermostabilealphamaylase) 5. 70 – 75 °C, 30 min; dann auf 55 - 60 °C kühlen (Verflüssigung) 6. pH-Korrektur auf 4,0 – 4,5 (je nach Enzymhersteller) 7. Verzuckerungsenzym nach Herstellerangaben zudosieren, bei 58 °C (Glucoamylase) 8. 52 – 58 °C, 30 min (Verzuckerung) 9. Kühlen auf Anstelltemperatur, 25-30 °C, Hefezugabe ( 20-80 g / hl Maische) 10. Gärung, ca. 3 - 4 Tage 11. Destillation über Kolonne und mehreren Glockenböden, sowie Fraktionierung von Vor- , Mittel- und Nachlauf Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 (Rohfrucht) Maischen mit Malz und technischen Enzymen je nach verwendetem Enzym /Hersteller kann das Maischverfahren abweichen 1. Prozesswasser vorlegen, 40 – 50 °C 2. Feinvermahlenes Getreide, klumpenfrei einrühren 3. pH-Korrektur auf 5,8 - 6,0 4. Verflüssigungsenzym nach Herstellerangaben zudosieren (Thermostabilealphamaylase) 5. 70 – 75 °C, 30 min; dann auf 55-60 °C kühlen (Verflüssigung) 6. pH-Korrektur auf 4,8 - 5,0 (je nach Enzymhersteller) 7. Gesamtmalzmenge ( 15 kg/100 kg Getreide, 5 kg/100 kg Kartoffeln; Abfindung) und Verzuckerungsenzym nach Herstellerangaben zudosieren bei 58 °C 8. 52 – 58 °C, 30 min (Verzuckerung) 9. Kühlen auf Anstelltemperatur, ca. 30 °C, Hefezugabe ( 20 -80 g / hl Maische) 10. Gärung, ca. 3 - 4 Tage 11. Destillation über Kolonne und mehreren Glockenböden, sowie Fraktionierung von Vor-, Mittel- und Nachlauf Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Ausstattung des Maischeapparates Rührwerk Thermometer Probehahn Ablasshahn Dampfeingang Leicht zu reinigende Oberfläche Quelle: Pieper, Bruchmann, Kolb Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Was benötigt der Brenner zum herstellen einer Getreidemaische Maischer inkl. Wärme Quelle Mühle / geschrotetes Getreide /geschrotetes Malz Malz als Enzymquelle Alternativ tech. Enzyme - > α-Amylase und Glucoamylasen ( bsp. VF & VZ) pH-Meter Schwefelsäure (inkl. Schutzkleidung) Reinzuchthefe Refraktometer / Extraktspindel Restzucker-Schnelltest / Probedestilliergerät Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Gärung von Maischen stärkehaltiger Rohstoffe Dauer 3 – 4 Tage Gärtemperatur nicht über 35 °C Steigraum berücksichtigen (Entschäumer zugeben) pH-Wert sinkt (Stoffwechseltätigkeit der Hefe) Bei einer gesunden, infektionsfreien Maische besteht keine Gefahr, dass der pH-Wert unter 4,2 sinkt Betriebskontrolle am Ende der Gärung: Extraktgehalt um 0,5-1,5 %mas, pH-Wert 4,2 – 4,5 Keine Maischelagerung, sofort abbrennen ! Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Destillation von Whisky Klassisches Roh- und Feinbrand-Verfahren Höherer Anteil an Höheren Alkohol, dadurch längere Lagerzeiten erforderlich aber haben tolles Reifepotenzial → oft Lagerzeiten von mehr als 10 Jahren. Destillation über Verstärkerkolonne→ Verwendung von 3 bis 7 Böden Ergibt charakterstarke Whiskys die nach 4-6 Jahren Holzfasslagerung schon tolle und ausgewogene, marktfähige Premium-Whiskys ermöglicht Höher Rektifizierte Whiskys bis knapp unter der zulässigen Abtriebsgrenze (eher neutral im Geschmack) Eher neutrale Whiskys, welche vom Fasscharakter oft dominiert werden. Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Destillation von Korn Korn mit ausgeprägtem Getreide-Charakter Destillation über 3 bis 5 Böden (weg vom neutralen Korn) Korn mit Getreide-Charakter jedoch etwas schlanker Destillation über 5 bis 10 Böden typischer Korn mit mehr Rohstoffeinfluss als ein Kornfeindestillat Klassischer Korn eher Neutrale sensorische Ausprägung Eher Kornfeindestillat; neutral schmeckender Korn, bekannt vom Herrengedeck oder als Norddeutscher Korn →der Klassische Korn (weit verbreitet und bekannt) Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Destillation von Bierbrand Destillation eines Bieres Über 3- maximal 5 Verstärkerböden Achtung: starkgehopfte Biere können schnell unangenehme Destillate erzeugen. Bevorzugt werden schwach gehopfte Biere mit hohem Alkoholgehalten wie bspw. Bock, Doppelbock –atoren, Barley-Wine etc. Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025  Schema Herstellen von Korn Maischen mit tech. Enzymen Zugabe des Kontrolle der Schroten des Zugabe von Kontrollierte Wasser aufheizen Getreides ins Maischen mit Malz Rohware Getreides Reinzuchthefe Gärung Wasser Maischen mit tech. Enzymen und Malz Destillation / Rektifikation Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025 Schlempe -Kreislauf Getreideschlempe kann als eiweißreiches Futtermittel verwendet werden, jedoch nur Getreideschlempe! Nährstoffe Weizen Weizenschlempe In % Trockensubstanz In % Trockensubstanz Rohprotein: 13,2 33,8 Rohfett: 2,0 6,8 Rohfaser: 2,9 9,4 N-freie Extraktstoffe: 79,9 44,6 Rohasche: 2,0 5,4 Vorlesung - ©Philipp Schwarz – WS 2024-2025