Optimierungsprozess der Bierhefegärung und des Hefeextrakts
84cap Bierhefe und ihre Extrakttechnologie
Zu den bekanntesten industriellen Anwendungen von Saccharomyces cerevisiae zählen die Verwendung beim Bierbrauen, wo es Zucker in Alkohol umwandelt und gleichzeitig Geschmack verleiht; die andere ist die Verwendung als aktive Hefe beim Brotbacken, wo sie dafür sorgt, dass Backwaren locker werden, und die auch Geschmack verleihen kann. Obwohl es sich strenggenommen bei beiden um Saccharomyces cerevisiae handelt, gibt es dennoch viele Unterschiede in der Gestaltung des industriellen Fermentationsprozesses.
In diesem Artikel werden hauptsächlich der technische Ablauf der Hefegärung im Bierbrauprozess sowie die neuesten technologischen Entwicklungen bei der Behandlung von Hefeabfällen aus Bier erörtert, um Unternehmen einige Informationen zu bieten.
1. Typische Prozesse des Bierbrauens
Die folgende Abbildung zeigt ein typisches Prozessablaufdiagramm für das Bierbrauen:
Der Bierbrauprozess umfasst unter anderem Malzherstellung, Mahlen, Maischen, Extraktabtrennung, Hopfenzugabe und -kochen, Hopfen- und Sedimententfernung, Kühlung und Belüftung, Gärung, Hefeabtrennung vom Bier, Alterung, Reifung und Abfüllung. Der Zweck des gesamten Prozesses besteht darin, Getreidestärke in Zucker umzuwandeln, sie dann mit Hefe zu fermentieren, um Alkohol zu produzieren und schließlich das fertige Produkt zu erhalten.
Es gibt viele Biersorten und -aromen, die über den Rahmen dieser Diskussion hinausgehen. Hier beschreiben und verstehen wir sie nur kurz.
2. Fermentationsprozesstechnik von Bierhefe
Die Gärung von Bierhefe ist eigentlich eine Batch-Gärung. Die verwendeten Tanks dienen hauptsächlich zur Umwandlung von Zucker in Alkohol, was sich vom eigentlichen Zweck der Gärung von Backhefe unterscheidet, nämlich der Gewinnung der Hefe selbst. Übliche Biergärungstanks sind alle zylindrische und konische Gärungstanks, wie unten gezeigt:
Das Design des Biergärtanks ist natürlich darauf zurückzuführen, dass es sich um eine anaerobe Gärung handelt, die sich deutlich von unseren herkömmlichen aeroben Gärtanks unterscheidet. Das Design basiert jedoch hauptsächlich auf den folgenden Überlegungen:
a: Der Kegelboden hilft den Rückständen und der Hefe am Ende der Gärung beim Absetzen.
b: Der Kegelboden erleichtert das Abfließen klarer Flüssigkeit und die Schichtung von Rückständen;
c: Der Kegelboden erleichtert auch die CIP-Reinigung usw.
Für die Gärung von Bierhefe wurden auch einige kontinuierliche Gärungsverfahren ausprobiert, wie beispielsweise das unten dargestellte kontinuierliche Gärungssystem mit mehreren Rührtanks:
Beispielsweise werden im neueren Bereich der anaeroben Synthesegasfermentation das folgende kontinuierliche Turmfermentationstanksystem und natürlich auch andere, klassischere anaerobe Fermentationstanks im großen Maßstab verwendet, die hier nicht aufgeführt sind:
Von diesen kontinuierlichen Fermentationssystemen kann man noch viel lernen. Man kann beispielsweise das aktuelle kontinuierliche anaerobe Fermentationssystem, wie man zirkuliert, wie man recycelt, wie man den Ertrag verbessert usw., auf einer tieferen Ebene erlernen und studieren. Wenn dieses kontinuierliche Fermentationssystem jedoch für die Bierhefegärung verwendet wird, versagen sie. Der Grund ist wahrscheinlich, dass Ertrag, Geschmack usw. nicht gut kontrolliert werden. Viele Menschen in China haben diese Art der kontinuierlichen Fermentation auch für andere Produkte verwendet, aber sie haben das Wesentliche nicht verstanden und sind im Grunde gescheitert. Daher hier auch eine Erinnerung für angehende Fermentationsmeister.
Auf die Technologie und die spezifischen Vorgänge des Bierfermentationsprozesses wird hier nicht eingegangen. Bei Bedarf werden wir dies gesondert besprechen.
Behandlung von Abfallbierhefe
3.1. Konventionelle Behandlungsmethoden für Bierhefeabfälle
Verbrauchte Bierhefe ist das zweithäufigste Nebenprodukt von Brauereien. Der Hauptgrund dafür ist, dass die während der Biergärung produzierte Hefemenge etwa 4 bis 5 Mal so hoch ist wie die Hefemenge, die zu Beginn der Gärung zugegeben wurde. Das bedeutet, dass für jedes Kilogramm Hefe, das zum Starten der Gärung verwendet wird, zusätzlich 4 bis 5 Kilogramm Hefe produziert werden. Obwohl diese Hefen recycelt werden können, ist die Anzahl begrenzt, weshalb sie als Abfallhefen bezeichnet werden.
Relativ gesehen besteht die relativ einfache Methode zur Verarbeitung von Bierhefe darin, zunächst eine Vorbehandlung wie Waschen und Entbitterung durchzuführen, dann die Wände zu zerkleinern und dann weiter zu verarbeiten, um das gewünschte Hefepulver oder Hefeextrakt zu erhalten. Informationen zur spezifischen Hefeextrakt-Verarbeitungstechnologie finden Sie in unserem anderen Artikel zur Hefeextrakt-Technologie. Hier ist eine kurze Beschreibung des Prozesses von der Bierhefe zum Hefeextrakt. Der Prozess umfasst:
Hefegärung - Hefeaufschluss - Zentrifugation - Eindampfung und Konzentrierung - Trocknung
Das Endprodukt, das durch diesen einfachen Bierhefe-Behandlungsprozess gewonnen wird, wird hauptsächlich im Bereich Tierfutter verwendet, kann jedoch nicht in den Bereichen Lebensmittel und Kosmetika eingesetzt werden. Es kann sogar als Mediumzusatz im Bereich der biologischen Fermentation verwendet werden, was unbefriedigend ist. Dies unterscheidet sich stark von Hefeextrakt, der ausschließlich aus Backhefe unter Verwendung von Zuckerquellen hergestellt wird. Natürlich ist dies oberflächlich betrachtet ein Preisunterschied, aber tatsächlich sollten wir unser Denken erweitern, einige Gründe für die Unterschiede herausfinden und den Marktwert von Bierhefe steigern.
3.2. Gründe für die mindere Qualität von Bierhefeextrakt
Der Extrakt aus Bierhefeabfall hat einen stark bitteren Geschmack. Dem Bitterkeitsgrad von Bier entsprechend, der zwischen 5 und 120 liegt, liegt der Bitterkeitswert EBU vieler getesteter Trockenextraktpulver über 8, viele sogar über 30 und werden sogar von einem unerwünschten koksartigen, pastösen Geschmack begleitet. Die Qualität des Bierhefeextrakts ist etwas minderwertig, und die Gründe dafür sind wahrscheinlich folgende.
a: Bierabfallhefe, das sind hauptsächlich im Hopfen produzierte Bitterstoffe, nämlich Isoalphasäuren (wie Humulon und Isohumulon), Tannine usw., die während des Gärungsprozesses an der Hefezellwand adsorbiert werden; ·
b: Die Überlebensraten der aus der Brauerei kommenden Frischhefe variieren je nach Standort und Umlaufrate zwischen 30 % und 90 %, und auch die Qualität variiert.
c: Beim Sammeln von Abfallhefe in Brauereien kommt es in verschiedenen Prozessanlagen zu unterschiedlich starker Beschädigung der Hefe selbst und zu unterschiedlich starker Verschmutzung. ·
d: Es gibt viele Methoden, um die Hefezellwand aufzubrechen, wie in der Abbildung unten gezeigt, darunter enzymatische Methoden, Ultraschall, chemische Methoden usw., von denen jede einen unterschiedlichen Einfluss auf das Endergebnis hat.
3.3. Vorschläge zur Verbesserung der Qualität von Bierhefeextrakt
Die Produktion von verbrauchter Bierhefe ist groß und bietet viel Raum für Wertsteigerungen. Um die Qualität von Abfallhefeprodukten zu verbessern, haben viele Unternehmen, insbesondere einige namhafte internationale Bierbrauer, große Anstrengungen in diesen Bereichen unternommen. So hat beispielsweise Anheuser-Busch InBev ein Projekt mit lebender Hefe gestartet, um dieses Problem gezielt zu lösen. Das französische Hefe-Start-up-Unternehmen hat eine einzigartige technische Innovation zur Beseitigung der Bitterkeit umgesetzt. Das japanische Unternehmen Kirin Beer beispielsweise verfügt bereits über einige patentierte Technologien zur Entfernung der Bitterkeit aus Bierhefe.
All dies beweist, dass die Verwendung von Heferückständen zur Herstellung hochwertiger Hefeextraktprodukte international umgesetzt wurde. Wir haben einige klassische ausländische Bücher zum Thema Bierbrauen sowie die Fermentations- und Produktionstechnologie von Hefeextrakt und natürlich die jüngsten internationalen Forschungsergebnisse zum Verfahren zur Herstellung von Hefeextraktrückständen verwiesen. Diese zu berücksichtigen ist nichts anderes als die Suche nach den Gründen und bahnbrechenden Techniken. Im Folgenden finden Sie in einfacher Struktur unsere allgemeinen Vorschläge zur Verbesserung der Qualität von Hefeextrakt, die nur als Referenz dienen.
Es ist vorteilhafter, frische Hefe zu verwenden als getrocknete Hefe. ·
Obwohl sich die Ergebnisse in den Hefeprodukten widerspiegeln, ist der Vorbehandlungsprozess der Abfallhefe relativ gesehen wichtiger;
Die Idee, alle Produkte zu hochwertigen Extrakten umzuwandeln, ist möglicherweise nicht realistisch, und wir müssen eine Abzweigung von der Quelle der Bierhefe in Betracht ziehen;
Der nachfolgende Prozess der Zellwandzerstörung kann viele sich ändernde Faktoren aufweisen, die zu unterschiedlichen Ergebnissen führen, stellt jedoch auch die Richtung der meisten Forschungen dar. Das Verständnis weiterer ausländischer Informationen wird bei der Auswahl der am besten geeigneten industriellen Produktionsmethode hilfreich sein.
Bitte beachten Sie die oben genannten Vorsichtsmaßnahmen für den Produktionsprozess und die Verwendung von Backhefe, um die Qualität des Bierhefeextrakts zu stabilisieren.
Obwohl wir aus unserer Sicht glauben, dass dies das Design und die Produktqualität von Hefeextraktprodukten aus Bierabfällen verbessern kann, empfehlen wir einigen Unternehmen und Forschungseinrichtungen vor der Umsetzung, dasselbe mit der industriellen Produktion zu tun. Es ist am besten, kleine Pilotversuche durchzuführen, bevor man mit der industriellen Produktion fortfährt.
