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Alkoholherstellung von Bier und Wein - Referat
Alkoholherstellung von Bier und Wein
1) Bierherstellung:
1.1) Bestandteile des deutschen Bieres
Das deutsche Bier wird streng nach dem Reinheitsgebot gebraut, dies bedeutet, dass das Bier nur Malz, Hopfen, Hefe und Wasser enthalten darf.
Diese Vorstellung geht vor allem von der bayrischen Landesverordnung von 1516 aus, welches die Preise, als auch den Inhalt des Bieres in den Wiedervereinigten Teilherzogtümern Bayerns nach dem Landshuter Erbfolgekrieg festgelegt hatte. Ebenfalls bezieht sich das Reinheitsgebot auf das deutsche Biersteuergesetz von 1923, dass die Zutaten für untergäriges Bier und obergäriges Bier festlegte, welches sich durch die verschiedene Ablagerung der Hefe im Bier unterscheidet.
Den meisten Teil des Bieres macht das Brauwasser mit fast 90 Prozent aus und ist daher von entschiedener Bedeutung für die Qualität des späteren Bieres. Daher verfolgen Brauereien sogar höhere Standards für ihr Wasser als vom Gesetzgeber festgelegt wurde. Außerdem spielen Mineralgehalt und Kalkgehalt des Wassers eine enorme Rolle für den Geschmack und die Art des Bieres, deshalb schmeckt Bier je nach Region verschieden.
Ein weitere Grundbestandteil des Bieres ist das Malz, welches meist aus getrockneten Gersten- oder Weizenkörner besteht, jedoch gibt es auch spezielle Biere aus Roggen- und Dinkelmalz.
Für die Herstellung wird die Gerste zuerst geputzt, sortiert und dann gelagert. In einem weiteren Arbeitsschritt wird die Putzgerste in Wasser eingeweicht und damit zum aufkeimen gebracht. Auf diese Weise wird die Stärke wasserlöslich und es entstehen gleichzeitig Enzyme, die beim Maischprozess im Sudhaus die Stärke in Zucker verwandeln. Dann werden die Keimlinge nach einigen Tagen getrocknet, dieser Vorgang nennt sich Darren. Malz wird bis zu 85 °C gedarrt wenn es für helles Bier bestimmt ist und bis 85°C bis 100°C falls dunkles Bier daraus entstehen soll.
Wie beim Wasser gibt es verschiedene Sorten aus vielen Regionen, die jeweils für eine bestimmte Art von Bier eingesetzt werden können. Das Pilsener Malz ist für alle hellen Biere geeignet, wohingegen das Wiener Malz für goldene Biere benutzt wird und die „Vollmundigkeit“ steigert.
Desweiteren ist der Hopfen, eine grüne Kletterpflanze aus der Familie der Hanfgewächse für Bitterstoffe, Geschmack, Schaum, Haltbarkeit und Aroma zuständig. Für die Bierzubereitung benutzt man ausschließlich, die weiblichen Pflanzen, da deren Blüten die Alpha-Säuren und Aromastoffe in ihren Blüten enthalten. Hopfen wirkt auf unsere Nerven, Verdauung, Haut und Haare sehr positiv und gilt daher als sehr gesund.
Der allerwichtigste Bestandteil ist jedoch die Hefe, ein einzelliger Pilz, welcher sich durch Sprossung vermehrt und zur Familie der Schlauchpilze gehört. Dieser ist der Auslöser für den Gärungsprozess im Bier -welchen ich später genauer beschreiben werde- und trägt daher zur Entstehung des Ethanols im Bier bei. Je nach Mischung und Hefesorte entsteht untergäriges oder obergäriges Bier.
1.2 Brauvorgang und chemische Reaktionen während den einzelnen Phasen
1) Bevor das Malz aus dem Malz-Silo in die Maischpfanne hinzugegeben wird, muss es in der Schrotmühle zerkleinert werden. Dabei wird darauf geachtet, dass nur das Korninnere zermahlen wird und die Hülle größtenteils ganz bleibt. Dabei liegt das Mischverhältnis von Grieß und Mehl bei 2:1.
2) Beim Maischen in der Maischpfanne werden Schrot und Wasser in einem Verhältnis von 1:3 vermischt. Geschrotetes Malz wird in verschiedenen Temperaturstufen im Wasser erhitzt, durch diesen Prozess werden Enzyme aus dem Malz reaktiviert, dadurch werden Eiweiß, Zellulose und Stärke abgebaut.
Die Stärke wird dabei in Malzzucker umgewandelt, der später eine entscheidende Rolle im Gärungsprozess hat, da die Maltose später durch die Zugabe von Bierhefe zu Alkohol und Kohlenstoffdioxid abgebaut wird. Der Grad der Verzuckerung während der Maischen wird durch Jodtests geprüft.
3) In nächsten Produktionsschritt werden die in der Maische gelösten Reststoffe im Läuterbottich extrahiert. Hierbei werden die flüssigen Bestandteile wie die Bierwürze, die aus der Malzzuckerlösung besteht und die festen Bestandteile -auch Treber genannt- getrennt.
Im Gegensatz zum Treber, aus dem hochwertiges Tierfutter entsteht, wird die Bierwürze
weiterverarbeitet.
4) Daraufhin wird die Würze zusammen mit Hopfen in die Würzpfanne gegeben und ein bis zwei Stunden gekocht. Hiermit wird der Geschmack des Bieres bestimmt. Weitere Ziele in diesem Herstellungsschritt sind:
• Lösung und Umwandlung von Hopfenbestandteilen
• Bildung und Ausscheidung von Eiweiß-Gerbstoffverbindungen
• Verdampfung von Wasser
• Sterilisation der Würze zur Abtötung von Erregern und sonstigen Mikroorganismen
• Zerstörung aller Enzyme, um ungewollte Reaktionen zu verhindern
• Färbung der Würze für das spezielle Aussehen des jeweiligen Bieres
• Verdampfung von unerwünschten Aromastoffen
5) Als nächstes wird die Mischung in den sogenannten Whirpool eingefüllt und die restlichen Hopfenbestandteile, also die Hülse und sonstige grobkörnige Bestandteile und ausgefallenes Eiweiß (Heißtrub) aus der Würze entfernt. Dies wird durch spiralförmiges rotieren der Maschine bewirkt, wobei sich der Trub kegelförmig am Boden des Gefäßes absetzt.
6) Bevor die Bierwürze in den Gärtank gefüllt und die Hefe hinzugefügt werden kann, muss sie von ungefähr 100°C auf 5-15 °C abgekühlt werden und mit keimfreier sauerstoffreicher Luft gesättigt werden.
7) Der wichtigste Schritt beim Bierbrauen ist der Gärprozess in den Gärtanks.
Beim sogenannten Anstellen wird die Hefe hinzugegeben und sorgt dafür, dass innerhalb von 1-2 Tagen aus dem gegärten Malzzucker Ethanol und Kohlenstoffioxid entstehen. Da während diesem Prozess viel Wärme entsteht müssen die Gärbehälter ständig gekühlt werden.
Je nach Hefesorte und Würzerezeptur ergibt die Gärung untergäriges oder obergäriges Bier. Die biochemische Reaktion während des Gärens ist sehr kompliziert, daher werde ich sie nur sehr vereinfacht darstellen. (siehe Blatt)
8) Nun muss das Jungbier in Lagertanks mit einem geringen Überdrück in kühler Umgebung gelagert werden, da während der Reifezeit zwischen einem und vier Monaten Resthefe und Zucker im Bier abgebaut werden und das Bier dadurch langsam klären kann.
9) Nachdem das Bier fertig gereift ist werden noch einmal im Bierfilter die letzten Trübungen und Hefereste entfernt.
10) Zuletzt wird das Bier in Flaschen, Dosen oder Fässer abgefüllt und an
Händler, Supermarktketten und Getränkehändler geliefert.
Chemische Prozesse während der Gärung:
Allgemein:
Abbau von Zucker zu Alkohol und Kohlenstoffdioxid:
Glucose/Fructose/Maltose zu Ethanol und Kohlenstoffdioxid
C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2
Wenn Sauerstoff vorhanden ist nutzt der Hefepilz Zellatmung um Zucker in Energie (ATP) umzuwandeln. Während diesem Prozess werden in mehreren enzymatischen Vorgängen der Zucker komplett zu Kohlenstoffdioxid und Wasser oxidiert. Die genaueren Abläufe werde ich nicht anschneiden, jedoch wird bei diesem Verfahren weit mehr Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) aus dem Zucker gewonnen (38 Moleküle ATP), als bei der Gärung (2 Moleküle ATP), daher ist dieser Prozess viel effektiver als der Gärprozess. Dieser Gärprozess erfolgt in der Hefe wenn kein Sauerstoff zur Zellatmung vorhanden ist, also in luftdichten Räumen wie z.B. in Gärtanks.
Hier werden die 2 ATP, wie bei der Zellatmung durch die sogenannte Glykolyse aus der Glucose gewonnen. Außerdem entstehen zwei Moleküle Pyruvat und zwei Moleküle NAD+ (Nicotinamidadenindinukleotid), welche zu zwei Molekülen NADH reduziert.
Die restlichen chemischen Prozesse der Gärung dienen der Aufbereitung des NAD+, welches während der Glykolyse durch Enzyme aufgebraucht wurde und daher für die Umwandlung des Zuckers in ATP von großer Bedeutung ist.
Im nächsten Schritt werden von jedem Molekül Pyruvat ein Molekül Kohlenstoffdioxid durch das Enzym Pyruvatdecarboxylase abgespalten und es entstehen 2 Moleküle Acetaldehyd, indes spielt Kohlenstoffdioxid in der weiteren Reaktion keine Rolle mehr.
Da das Acetaldehyd sehr giftig für den Hefepilz ist, muss es so schnell wie möglich umgewandelt werden.
Dies geschieht durch das Enzym Alkoholdehydrogenase welches zwei Elektronen und ein Proton vom NADH auf das Acetaldehyd überträgt und dadurch das NAD+ wiederherstellt. Außerdem wird das Acetaldehyd zu Ethanol reduziert und an die Umgebung abgegeben, da es ebenfalls giftig für die Hefezelle ist, daher stirbt die Hefezelle spätestens nach einem Alkoholgehalt von 12 % ab.
2) Weinherstellung
2.1 Bestandteile
Wein wird aus den Früchten der edlen Weinrebe gewonnen, diese ist eine Kulturpflanze und liegt in verschiedenen Sorten vor. Außerdem werden Geschmack, Struktur und Eigenschaften eines Weines Haltbarkeit und Entwicklungspotenzial durch Rebsorte, Lage und deren Bodeneigenschaften, Klima und Wetter sowie dem Ausbau des Winzers beeinflusst.
2.2 Gärungsprozesse bei der Weinherstellung:
Wie beim Bier wird der Hefepilz verwendet um den Traubensaft zum Gären zu bringen. Die Gärung von Weiß- und Rotwein unterscheidet sich nicht sehr voneinander, jedoch wird beim Weißwein nur der reine Traubensaft und beim Rotweine Fruchtfleisch, Hülse, Saft und Kerne zur Maische.
Außerdem vollzieht sich die Gärung beim Weißwein in nur einen Schritten, wohingegen der Rotwein 2 Gärprozesse durchläuft.
Der erste Schritt ist die Maischegärung, wobei beide Weine in offenen Gefäßen gelagert werden und dabei anfangen zu gären. Der Rotwein gärt dabei schneller und muss immer wieder neu vermischt werden, da das Kohlenstoffdioxid die Maische immer wieder nach oben drückt. Während dem Prozess lösen sich Farb- und Aromastoffe, außerdem Tannin, dass für eine längere Haltbarkeit sorgt aus der Traubenschale. Die Dauer des Gärprozesses hängt von der Temperatur ab und kann nur wenige Tage dauern, dabei erkennt man die Beendigung des Gärungsprozess beim Rotwein am absinken der Schalen, da kein CO2 mehr produziert wird.
Nach der alkoholischen Gärung muss der Weißwein im Gegensatz zum Rotwein keinen weiteren Gärvorgang durchlaufen, zwar wäre in Ihm ebenfalls ein kleiner Teil Apfelsäuer vorhanden, jedoch würde das den typischen Weißweingeschmack zerstören. Im Rotwein muss hingegen die im Wein gebildete Apfelsäure abgebaut werden. Dies geschieht durch Milchsäurebakterien, die die Apfelsäure ab einer Temperatur von 20°C, die durch das Erhitzen der Weinkeller erreicht wird, in Milchsäure spalten, die dem Wein einen weicheren Geschmack verleihen. Dies dauert in der Regel zwei bis drei Wochen.
3. Informatives über die Geschichte der Alkoholherstellung
3.1 Entdeckung von Bier und Wein
Geschichte des Bieres
Das Mälzen von Getreide erkannte man höchstwahrscheinlich schon vor ca. 10 000 Jahren, da die Getreidespeicher meist nicht Wasserdicht waren, jedoch konnte aufgrund der fehlenden Schriften keine Anzeichen auf die Bedeutung des Bieres in diesem Zeitalter bekannt. Die ersten Nachweise für die Herstellung von Bier fand man im mesopotamischen Raum, um den Zeitraum bis vor knapp 6000 Jahren vor Christus. Die Sumerer entwickelten daraufhin eine hochentwickelte Bierkultur und kannte mehrere Methoden um aus Brotteig Bier herzustellen. Angeblich soll ein sumerischer Bäcker einen Brotteig zulange in der Hitze stehen gelassen haben und darauf in dem Hefeteig der Gärprozess einsetzte und ein Teig mit berauschender Wirkung entstand damit war der Vorläufer des Bieres entdeckt und ein Getränk, dass seit tausenden Jahren die Menschen mit seiner berauschenden Wirkung fasziniert. Im Mittelalter ging es sogar soweit, dass egal ob Kind oder Greis hauptsächlich nur Bier und andere alkoholische Getränke getrunken wurden, da sie diese für gesünder als das verunreinigte Wasser in Seen und Flüssen hielten.
Geschichte des Weines
Wann der Mensch entdeckt hatte, dass die Traube nach dem Gären zu Wein wurde ist unbekannt. Jedoch kann man sagen, dass es sehr wahrscheinlich ist, dass der Mensch schon vor vielen tausend Jahren die berauschende Wirkung der Traube entdeckte, da der süßliche Duft den die Traube beim verfaulen abgibt sicher schon den ein oder anderen zum Probieren dieser Frucht gebracht hat und auf ihre berauschende Wirkung aufmerksam wurden, also ähnlich wie beim Bier.
Die ersten handfesten Hinweise auf Weinkonsum gehen ins alte Ägypten vor ca. 7000 Jahren zurück, da man einigen Abbildungen gefunden hat auf denen betrunkene und Weinkonsumierende zu sehen sind.
Außerdem spielte der Wein auch in der Antike eine große Rolle, was man auch an der Abbildung von Dionysos dem Gott des Weines sehen kann, die verdeutlicht, dass der Wein als Getränk der Götter angesehen wurde und eine sehr große Rolle im Leben der Menschen spielte.
3.2 Entdeckung der Bruttogleichung der alkoholischen Gärung
Der erste Chemiker der eine Brutto-Reaktionsgleichung für den Abbau von Glucose zu Ethanol aufstellte, war der Franzose Joseph Louis Gay-Lussac im Jahr 1815 und lieferte damit die Grundlage für die weitere Erforschung der alkoholischen Gärung.
Daraufhin verfasste Louis Pasteur die „vitalistische
Garungstheorie“, die besagt, dass die alkoholische Gärung nur mit lebenden Zellen möglich sei, da vor ihm die allgemeine Auffassung bestand, dass dieser
Prozess rein chemisch wäre und nichts mit der Biochemie zu tun hätte.
Er bewies jedoch, dass die Hefezellen lebende Organismen waren und maßgeblich für die Entstehung von Ethanol seien.
Quellen:
http://www.planet-wissen.de/alltag_gesundheit/trinken/wein/index.jsp
http://de.wikipedia.org/wiki/Bier
http://de.wikipedia.org/wiki/Bierbrauen
http://de.wikipedia.org/wiki/Wein
http://www.brauer-bund.de/download/Archiv/Brautechnik/00047_d.jpg
http://www.kerbborsche.de/fileadmin/kerbborsche/fun//Bier_Sex.jpg
http://www.bizipic.de/gb-pics/Lustiges/helfen-sie-trennen-bier-wein-schnaps.jpg+
http://de.wikipedia.org/wiki/Ethanol#Geschichte
http://www.suchtschweiz.ch/fileadmin/user_upload/DocUpload/alkohol_gesellschaft.pdf
http://de.wikipedia.org/wiki/Alkoholische_G%C3%A4rung
http://www.chemieunterricht.de/dc2/r-oh/alk-synt.htm
http://de.wikipedia.org/wiki/Spirituosen#Herstellung
http://de.wikipedia.org/wiki/Brennen_%28Spirituose%29
http://www.stst.at/images/weizen2.jpg
http://www.baumschule-horstmann.de/bilder/popup/i9048-Hopfen.jpg
http://brauag.stoffelmusic.de/images/brauer_bund/hefe.jpg
http://www.augsburg.brauhaus1516.de/grafiken/brauereirundgang.swf
http://images.otto.de/asset/mmo/formatz/Weinrebe-rot-2988446.jpg
http://www.elsenbruch.info/ch10_bierherstellung.htm
http://www.waldhauserfurt.de/cms/index.php?option=com_content&view=article&id=56&Iemid
http://www.altstadtfreun.de/images/Bier/Treber.jpg
http://www.brewbrothers.ch/index.php/hefezugabe-und-gaeren
https://www.youtube.com/watch?v=tV5QEhxYrGE
http://www.isoliert.de/gaerung.php
https://www.youtube.com/watch?v=-dy761s6gf0
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