Hefemanagement: So lässt sich Stress für die Hefe vermeiden
Häufig wird das Hefemanagement in der Brauerei vernachlässigt – dabei hat die Hefequalität einen bedeutenden Einfluss auf die Bierqualität. Was kann die Brauerei tun, um der Hefe Stress zu ersparen?
Optimaler Gärverlauf dank Hefemanagement
Im Rahmen seiner Abschlussarbeit an der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf in Freising, die von Prof. Dr. Martin Krottenthaler betreut wurde, zeigte Andreas Schabert, dass dem Hefemanagement in der Praxis nicht immer die notwendige Aufmerksamkeit geschenkt wird. Deshalb hat er die wichtigsten Punkte für ein modernes Hefemanagement herausgearbeitet [10].
Hefevitalität und Hefeviabilität
Solange sich die Hefe in einem vitalen Zustand befindet, sind die Stoffwechselvorgänge garantiert, davon hängt ab, wie gut die Gärleistung ist und wie resistent die einzelnen Hefezellen gegenüber Stress sind. Neben der Hefevitalität spielt die Hefeviabilität, also der Anteil lebender Zellen, eine bedeutende Rolle.
Bei einem zu geringen Anteil wird die Gärleistung verringert und zusätzlich das Geschmacksprofil des Bieres verändert [1-3].
Hefeherführung
Die Wahl des richtigen Hefestammes ist ebenso wichtig wie die der anderen Rohstoffe Wasser, Malz und Hopfen. Gärungsnebenprodukte geben dem Bier einen charakteristischen Geruch und Geschmack. Bei der Hefeherführung geht es darum, eine hochvitale Hefe in den bestmöglichen physiologischen Voraussetzungen in ausreichender Menge und in kürzester Zeit bereitzustellen. Den Startpunkt bildet eine Reinzuchthefe aus einer Hefebank [1, 3].
Die Zuckerkonzentration, das Angebot an essenziellen Nährstoffen in der Würze, die Sauerstoffkonzentration und die Temperaturführung haben Einfluss auf die Hefevermehrung [4]. In Brauereien erfolgt die Vermehrung meist über eine offene Herführung oder über die geschlossene Reinzucht. Bei der offenen Herführung benötigt man keine speziellen Anlagen. Die Hefesuspension wird solange vermehrt, bis die benötigte Menge vorhanden ist.
Hefepropagation und Hefeassimilation
Die gängigste Methode bei den geschlossenen Verfahren ist die Propagation. Inzwischen setzt sich auch deren Weiterentwicklung, die Hefeassimilation, immer mehr durch. Die Propagation hat Vorteile bezüglich der mikrobiologischen Sicherheit und der Automatisierbarkeit, denn die Hefesuspension kann mit Sterilluft belüftet und bis zum Erreichen des Hochkräusenstadiums im jeweiligen Propagator gehalten werden. Jedoch ist das Verfahren mit teuren Anlagen und hohem Reinigungsaufwand verbunden [5].
Der Vorteil der Assimilation ist, dass sich die Hefe durch fortlaufende Belüftung der Würze ständig in der Vermehrungsphase befindet, also im hochvitalen Zustand. Ein positiver Aspekt gegenüber der Propagation ist der geringere Aufwand bezüglich der Automatisierbarkeit [2, 5].
Anstellwürze, Anstellhefe und Gärung
Als Anstelltechnologie bezeichnet man die Vermischung und Belüftung der Hefe mit der Anstellwürze. Die Würzebelüftung muss auf die gewünschte Hefevermehrung ausgerichtet sowie auf die Hefegabe und Würzezusammensetzung abgestimmt werden. Angestrebt wird eine maximale Belüftung von 8–10 mg/l Sauerstoff, da eine zu geringe Belüftung zu einer verlangsamten Hauptgärung und verminderten Bierqualität führt.
Bei der Drauflasstechnik ist darauf zu achten, dass bei zu langen Sudintervallen nicht alle Sude belüftet werden. Dies führt zu ständigem Wechsel von Atmungs- und Gärungsstoffwechsel der Hefe und damit letztlich zu Zeitverzögerungen und einer unkontrollierten Bildung von Gärungsnebenprodukten [2, 1, 6]. Gewöhnlich stellt der Brauer mit 15–30 Mio Hefezellen/ml zum ersten Sud an. So finden alle Hefezellen dasselbe Angebot an Nährstoffen und Sauerstoff über den Anstellrhythmus hinweg vor. Eine zu hohe Hefegabe verringert die Vermehrung aufgrund des geringeren Nährstoffangebots pro Zelle [2, 1, 3, 7].
Bezüglich der Anstell- und Gärtemperatur ist zu beachten, dass die Temperaturdifferenz zwischen Anstellhefe und Anstellwürze nicht zu hoch ist. Hohe Gärtemperaturen steigern zwar die Hefevermehrung und Gärintensität, jedoch führt dies auch zur verstärkten Bildung von höheren Alkoholen, erhöhtem Bitterstoffverlust, einer geringeren Schaumhaltbarkeit und somit zu der Gefahr der Hefeautolyse [8]. Die Tankhöhe und die daraus resultierende Flüssigkeitssäule verursachen einen bestimmten CO2-Partialdruck. Über den CO2-Gehalt im Gärsubstrat ist der Druck und damit die Bildung von Stoffwechselprodukten beeinflussbar [2].
Da die Hefe sehr empfindlich auf Temperaturunterschiede reagiert, sollte darauf geachtet werden, dass nicht mehr als ein Kelvin pro Tag heruntergekühlt wird.
Behandlung der Erntehefe
Untergärige Hefe setzt sich am Tankboden ab und kann leicht geerntet werden. Der richtige Zeitpunkt der Hefeernte spielt dabei eine wichtige Rolle, da der Hefe nach der Hauptgärung keine weiteren Nährstoffe zur Verfügung stehen und sie einem hohen Gehalt an CO2 und Ethanol ausgesetzt ist, was zusätzlichen Stress bedeutet. Bei der Hefeernte sollte darauf geachtet werden, dass geeignete Pumpen eingesetzt werden, um hohe Scherkräfte zu vermeiden.
Wenn die Hefe nicht direkt zum Anstellen benötigt wird, ist es wichtig, sie auf 0–3 °C herunterzukühlen und sie auf keinen Fall zu belüften. Hierdurch würde der Stoffwechsel wieder aktiviert: Sie würde dann ihre eigenen Reservestoffe abbauen und sich schwächen. Es empfiehlt sich die Kühlung mit Hilfe von externen Kühlern oder Rührwerken, denn eine reine Mantelkühlung der Tanks ist aufgrund der fehlenden Konvektion zu langsam.
Mithilfe von Vibrationssieben aus rostfreiem Stahl und einer Maschenweite von 0,4–0,5 mm lässt sich die Hefe weitestgehend von Verunreinigungen befreien. Ein weiterer positiver Effekt ist der Druckabbau, den die Hefe erfährt. Gleichzeitig wird ein Teil des Kohlendioxids entfernt, das in höheren Konzentrationen als Zellgift wirkt. Zu beachten ist auch, dass durch das Sieben eine Belüftung der Hefe erfolgt [9, 3, 6].
Moderne Systeme sind in der Lage, die Hefe vor dem Anstellen zu vitalisieren. Das heißt, sie wird homogenisiert und maximal belüftet, was den aeroben Stoffwechsel antreibt. Zudem kann man die Hefe mit einer bestimmten Menge an Würze auf die richtige Anstelltemperatur anheben [9].
Reifung und Lagerung der Hefe
Um eine ausreichende Nachgärung zu garantieren, müssen genügend gärkräftige Hefen vorhanden sein. Zu den Aufgaben der Hefen gehören jetzt: Vergärung des verbliebenen Restextrakts, Sättigung des Bieres mit Kohlensäure, Reduktion des Diacetylgehalts unter den Geschmacksschwellenwert und Klärung des Bieres.
Die Hefe sollte nicht gestresst werden, um Stockungen in der Gärung und eine Reduktion der Geschmacksstabilität zu verhindern. Jede Brauerei muss ihr Hefemanagement auf die betriebseigenen Anforderungen abstimmen. Zeit und Kosten hierfür zahlen sich aber durch eine verbesserte Qualität der Biere aus.
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Literatur
1. Kunze, W.; Manger, H.-J.: Technologie Brauer & Mälzer, 10. Aufl., VLB, Berlin, 2011.
2. Back, W.: Ausgewählte Kapitel der Brauereitechnologie, Fachverlag Hans Carl, Nürnberg, 2008.
3. Narziß, L., Back, W.: Die Bierbrauerei Band 2: Die Technologie der Würzebereitung, Wiley-VCH, Hoboken, 2009.
4. Manger, H.-J.; Annemüller, G.: „Die Geschwindigkeit der Hefevermehrung in der Brauerei. Grundlagen für die Planung und Auslegung einer Hefevermehrungsanlage“, BRAUWELT Nr. 13/14, 2000, S. 520–525.
5. Westner, H.; Kuplent ,F.: „Die Hefevermehrung in der Brauerei – Eine Übersicht“, BRAUWELT Nr. 35, 1999, S. 1563–1570
6. Donhauser, S.: „Der Einfluss des Hefestammes und des Hefesiebens auf die Bierqualität“, BRAUWELT Nr. 23, 2009, S. 652–655.
7. Nees, A.; Ruß, W.; Krottenthaler, M.: „Die Hefegabe – hilft viel wirklich viel?“, BRAUWELT Nr. 24, 2017, S. 701-704.
8. Jentsch, M.: „Aufmerksam sein. Vermeidung technologischer Probleme durch Optimierung des Hefemanagements“, Brauindustrie Nr. 10, 2010, S. 42–45.
9. Annemüller, G.; Manger, H.-J.; Lietz, P.: Die Hefe in der Brauerei. Hefemanagement, Kulturhefe – Hefereinzucht, Hefepropagation im Bierherstellungsprozess, 3. Aufl., VLB, Berlin, 2013.
10. Schabert, A.; Krottenthaler, M.: „Anforderungen an das (moderne) Hefemanagement“, BRAUWELT Nr. 4, 2021, S. 84–86.
