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Inline-Bestimmung von Bitterstoffen beim Bier-Abfüllprozess mit BeerGuard

01.09.2015

Problemstellung
Die Bierherstellung ist ein komplexer und hochoptimierter biotechnologischer Prozess, dessen Ziel die Herstellung von Bieren mit Sorten- und Markenspezifischen Geschmack ist. Wichtige Qualitätsmerkmale eines Bieres sind seine Farbe, ein stabiler Schaum, insbesondere aber sein typisches Aroma und Geschmack. Geschmacklich hervorzuheben ist dabei vor allem die Bittere, die eine essentielle und charakteristische Biereigenschaft darstellt. Um die alpha-Säuren des Hopfens in die wasserlöslichen und bitteren iso-alpha-Säuren des Bieres zu überführen und somit ein bitteres Bier zu erhalten gibt es zwei Möglichkeiten: die klassische bzw. die hier als „chemische“ Isomerisierung bezeichnete Verfahrensweise. Bei der klassischen Isomerisierung wird der Hopfen bzw. die Hopfenprodukte während der Würzekochung hinzugegeben, bei der chemischen Isomerisierung werden dosierfähige Lösungen zum fertigen Bier zu-dosiert. Eine inline-Messung der Bitterstoffe kann in diesem Fall nicht nur als Kontroll-, sondern auch als Regelinstrument eingesetzt werden.

Ziele und Zusammenarbeit
Ziel des Projektes ist die Entwicklung und Validierung eines inline-Messgeräts zur Bestimmung von Bitterstoffen in Bier (Dausch Technologies, DT), sowie die Etablierung einer schnellen, selektiven und hochpräzisen Labor-Referenz-Messmethode zur Bestimmung von Bitterstoffen in Bier mittels LC-MS (VLB). Unterstützt wird DT und VLB bei der Modellerstellung und Datenanalyse vom Reutlinger Steinbeis Transferzentrum für Prozesskontrolle und Datenanalyse (STZ).

Umsetzung
Unter Berücksichtigung der oben genannten Zielstellung des Forschungsvorhabens der Entwicklung einer inline-Messtechnik für Bierbitterstoffe, der Empfindlichkeit der molekülspektroskopischen Verfahren, der üblicherweise im Bier befindlichen Bitterstoffkonzentration (ca. 15 – 40 mg iso-alpha-Säure je Liter Produkt), der Faktoren Kosten und Robustheit, ergibt sich, dass die Absorptionsspektroskopie ein aussichtsreiches Verfahren zur inline-Messung von Bierbitterstoffen. Allerdings muss dabei, im Gegensatz zu den in der Brauerei üblicherweise eingesetzten Labormethoden, das Spektrum der Probe über einen breiten Wellenlängenbereich gemessen werden und durch geeignete Datenvorverarbeitung die Selektivität der Bestimmung erhöht werden.

Damit ergeben sich folgende Teilschritte:

  • Entwicklung eines inline-Messgeräts zur Bestimmung von Bitterstoffen in Bier (BeerGuard) auf Basis der Absorptionsspektroskopie (DT)
  • Entwicklung einer schnellen und hochspezifischen Referenzanalytik von Bierbitterstoffen mit Hilfe der LC/MS (VLB)
  • Erstellung eines automatisierten Kalibrationsmoduls (Labormodul) für eine schnelle Kalibration in der Industrie (DT zusammen mit STZ)

Perspektiven
Mit Hilfe spektroskopischer inline Verfahren in Kombination mit intelligenten Kalibrationsverfahren und Datenanalyse, sowie einer aussagekräftigen Referenzanalytik lassen sich auch überlagernde Informationen trennen. Dies eröffnet Perspektiven für eine zukünftige Multikomponentenanalyse auch in der Bierindustrie. Diese Vorgehensweise konnte in verschiedenen Industriezweigen bei der Prozessanalyse validiert und durch die Dausch Technologies GmbH auch im Getränkebereich erstmalig in industrielle Prozesse integriert werden. Zudem hat sich das Konzept der von Dausch Technologies GmbH entwickelten inline Analytik im industriellen Alltag über Jahre hinweg bewährt. Die Zusammenarbeit zwischen Dausch Technologies GmbH, dem STZ und der VLB garantiert, dass alle notwendigen technologischen Teilaspekte für eine erfolgreiche Umsetzung berücksichtigt werden.