Trockenbierhefe Produktion und Anwendung Tobias Fischborn Ph D

Trockenbierhefe Produktion und Anwendung Tobias Fischborn, Ph. D. Lallemand Brewing

Lallemand Unternehmens Überblick

Unsere Haupttätigkeit Entwicklung, Produktion und Marketing von… Hefen Bakterien …und deren Derivate

Lallemand weltweit ▪▪ ▪ ▪ ▪ ▪▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪▪▪▪▪▪▪ ▪▪ ▪▪ ▪ ▪ ▪ ▪▪ Yeast plants Montréal, Canada Baltimore, USA Memphis, USA Rhinelander, USA Grenaa; Fredericia, Denmark Schwarzenbach; Passau, Germany Vienna, Austria Lublin; Josefow, Poland ▪ Trencin, Slovakia Tallinn, Estonia Lahti, Finland Durban; Johannesburg, RSA Maputo, Mozambique-jv 50% Setubal, Portugal Felixstowe, UK Research labs Montréal, Canada (2); Toulouse; Theix, France, Tallinn, Estonia ▪ ▪ ▪ ▪▪ ▪ Bacteria plants Montréal, Canada Milwaukee, USA Aurillac, France Other plants Cuautitlán, Mexico Burton-upon-Trent, UK Valleyfield, Canada Bruntal, Cz. Republic Espoo, Finland Epernay, France Commercial / Distribution Offices, warehouses and/or employees in countries of plants as well as in Argentina, Brazil, Chile, Australia, New Zealand, India, China, Japan, Malaysia, Croatia, Spain, Belgium, Netherlands, Italy, Lithuania, Russia, Serbia, Sweden, Switzerland, Iceland.

Weltweite R&D Partnerschaften Canada France CNR, Montréal (IRB) Hospital for sick children, Toronto Mc. Master, Hamilton Univ. de Montréal Agriculture Canada, Lennoxville CRDA, St-Hyacinthe Univ. Mc. Gill Univ. Guelph Univ. Laval Univ. BC ITV, Bordeaux Univ. Montpellier INRA, Theix Univ. Toulouse INRA, Toulouse IGC, Toulouse CIVC, Épernay ETAP, Nancy CHU Rouen Univ. Tours INRA, Nantes ENV, Lyon ENASIAD, Dijon IUVV, Dijon ENSBANA, Dijon Argentina USA INTA Univ. National Lomas de Zamora Italy North Carolina State Univ. UC. Davis Cornell Univ. Michigan Univ. Delaware Kansas State Univ. Purdue Univ. of Arkansas Univ. of Georgia AAT, Piacenza Univ. Verone Univ. Florence Univ. Ancona IASMA, San Michele Aldige Univ. Trente Univ. Vétérinaire de Milan China Chile Univ. Cartagena de Santiago Univ. Nationale du Chili Beijing Feedstuff techn Institute • Germany and Switzerland Scandinavia & Baltic States Versuchsanstalt der Hefeindustrie, Berlin Weihenstephan Univ. , Munich Geisenheim Institut (Germany) Hohenheim Unv. (Germany) École des ingénieurs de Changin (Suisse) École des ingénieurs du Valais (Suisse) VTT (Finland) Univ. Helsinki (Finland) Univ. Technique de Tallinn (Estonia) Estonian Agricultural Univ. (Estonia) Univ. Umea (Sweden) Danish Institute of Fisheries and Marine research (Denmark) Spain Benelux IATA, Valencia INCAVI, Barcelona Univ. Saragossa Univ. Rioja CSIC, Madrid IRTA, Barcelona IRTA, Reus Egypt & Algeria Univ. Leuvain (Belgium) CLO (Belgium) TNO (Pays-Bas) Institut d’élevage du Caire Institut de développement des petits élevages, Alger South Africa Univ. Stellenbosch Univ. Western Cape Nietvoorbeij Great-Britain Nottingham Univ. Oxford Brookes Univ. Hannah Research Inst. Herriott Watt Univ. of Aberyswyth Univ. of Seall Hayne Pacific region AWRI (Australia) Massey Univ. (New Zealand) Ifremer (New Caledonia) Grundlagenforschung – Öffentliche und private Forschungszentren und –institute • Angewandte Forschung – Öffentliche und private Forschungszentren und –institute – Feldversuche unter Expertenaufsicht

Yeast and bacteria applications Brot & Backwaren Bier Tierernährung & -gesundheit Humanernährung & -gesundheit Wein Spirituosen & Bioethanol Pflanzenpflege Savoury & Bio Nutrients

Trockenbierhefe • Verfügbar in verschiedenen Verpackungsgrössen 500 g Vacuumpackung 11 g Vacuumsachets

Outline • Trockenbierhefeproduktion • Rehydrierung von Trockenbierhefe • Gärung mit Trockenbierhefe • Zusammenfassung

Trockenbierhefeproduktion

Hefestammsammlung • Kurzzeitlagerung – Schrägagarkulturen • Langzeitlagerung – Flüssigstickstoff -196°C – Gefrierschrank -80°C • Die Integrität und Charakteristik der Hefen bleiben erhalten

Trockenbierhefeproduktion Molasse, Wasser, Salze, Säuren, Spurenelemente, Vitamine Culture Media Molasse, Wasser Nutrients Waschwasser -1ºC – 7ºC Lab Cultures 3 Steps Pre Culture 2 Steps Stellhefe Fermentation Separation Stellhefe Tank Waschwasser -1 ºC – 7 ºC Versandhefe Tank Separation Versandhefe Fermentation

Dry Beer Yeast - Production Sprossende Zelle Beginn der Sprossung Narbe

Trockenbierhefeproduktion • Batch Propagation – Alle Nährstoffe sind im Fermenter – Alkohol und geringe Mengen an Hefe werden produziert • Fed Batch – Kohlenhydrate und Stickstoff werden in definierten Mengen zugegeben – Aerobe Fermentation => Alkohol nimmt ab, Hefeproduktion

Hauptziele einer Trockenhefepropagation • Biomasseproduktion – Aerobes Wachstum Fütterung & Belüftung • Hefekonditionierung für Trocknung – Proteingehalt Fütterungsrate – Trehaloseanreicherung Stress – Reife Zellen Fütterungsrate – Ungesättigte Fettsäuren Belüftung – Sterole (Ergosterol) Belüftung

Trockenbierhefeproduktion Trockner RVF Extruder QC Emulgator Versand Na. Cl Extrusion Vacuum Verpackung Sieb Trocknen -1 ºC – 7 ºC Filtration (RVF) Versandhefe Tank

Hefeprodukte Flüssighefe Presshefe Trockenhefe

Qualitätskontrolle • Viabilität (Methylenblau, YPD) • Vitalität (Clinitest) • Wilde Hefen (Lysine, LWYM, LCSM) • Bakterien (PCA, MRS, UBA, SDA) • Petite mutants (TTC) • Biergärung • DNA - Profil

Rehydrierung der Trockenbierhefe

Rehydration Media • Kein entsalztes oder destiliertes Wasser verwenden (osmotischer Druck) • Keine unverdünnte Würze Die Zellmembran ist permeabler während der ersten paar Minuten der Rehydrierung und toxische Materialien können in die Zelle eindringen • Am besten sterilisiertes / gekochtes Leitungswasser oder verdünnte Würze (untergärige Hefe)

Rehydrierung 1. Schritt (obergärige Hefe) • Hefe auf die Oberfläche der 10 fachen Menge von sterilem (gekochtem) Leitungswasser (30 – 35 C) streuen • Heftiges Rühren vermeiden! • Hefe für 15 Min. ungestört bei 30 – 35 C ruhen lassen • Schaumbildung ist kein Indikator der Aktivität

Rehydrierung 2. Schritt (obergärige Hefe) • Nach 15 Min. vorsichtig rühren bis sich die Hefe komplett gelöst hat • Hefe für weitere 5 Minuten ungestört ruhen lassen. • Temperatur der Hefesuspension in 10 ºC Schritten an die Würzetemperatur anpassen, indem kalte Würze beigemischt wird.

Rehydrierung 3. Schritt (obergärige Hefe) • Nachdem die Temperatur angepasst ist, die Würze ohne Verzögerung mit der Hefe anstellen • Anstellrate: 100 g/hl • Belüftung der Würze ist nicht notwendig

Würzebelüftung

Rehydrierung untergärige Hefe

Gärungen mit Trockenbierhefe

Hefestamm Charakterisierung • 2 Stämme Nottingham, Munich • 3 verschiedene Würzen – Regular all malt (12 ºPlato) – High gravity all malt (18 ºPlato) – High gravity 40% adjunct (18 ºPlato) • 2 verschiedene Anstellraten – 100 g/hl – 50 g/hl • 3 verschiedene Gärtemperaturen – 10 ºC – 15 ºC – 20 ºC

Nottingham Ale Hefe • Gärung bei 20 ºC war nach 3 Tagen beendet unabhängig von der Anstellrate • Bei niedrigeren Gärtemperaturen resultierten niedrige Anstellraten in längerer Gärung. • Vergärungsgrad nahm mit niedrigen Gärtemperaturen ab

Nottingham Ale Hefe • Wärmere Temperaturen resultieren in schnelleren Gärungen • Niedrige Anstellraten resultieren in langsameren Gärungen und niedrigeren Endvergärungsgraden • Mit niedrigeren Temperaturen nimmt der Endvergärungsgrad ab

Nottingham Ale Hefe • Die Gärungen waren signifikant länger als in 100% Malzwürzen mit der selben • Die Verwendung von ausgewogenen Nutrients würde hier wahrscheinlich helfen. • Der Endvergärungsgrad wird wieder von der Gärungstemperatur und der Anstellrate beeinflusst.

Nottingham Ale Hefe Ester • Wärmere Temperaturen führen zu gesteigerter Esterbildung • Höhere Stammwürze resultiert in höherer Esterbildung

Nottingham Ale Yeast Höhere Alkohole • Höhere Temperaturen fördern die Bildung höherer Alkohole • Der Gebrauch von Adjuncts fördert die Bildung höherer Alkohole • Reduzierte Anstellrate führt zu reduzierter Bildung von höheren Alkoholen

Zusammenfassung Nottingham Ale Yeast • Nottingham Ale Trockenhefe kann High Gravity Würzen mit und ohne Adjunct vergären • Nottingham Ale Trockenhefe kann bei kalten Temperaturen (10 ºC) in 100% Malzwürzen vergären, wenn die empfohlene Anstellrate von 1 g/L verwendet wird. • Vergärungsgrad nimmt mit der Gärungstemperatur ab • Wärmere Temperaturen und höhere Stammwürze führen zur verstärkten Ester- und höhere Alkoholbildung. • Ester waren meist höher in High Gravity Würzen wohingegen höhere Alkohole höher in Adjunct Würzen waren.

Munich Weissbier-Hefe • Gärung bei 20 ºC war nach 3 Tagen beendet unabhängig von der Anstellrate. • Mit niedrigeren Temperaturen nimmt der Endvergärungsgrad ab • Vergärt nur sehr langsam bei 10 ºC

Munich Weissbier-Hefe • Wärmere Temperaturen resultieren in schnellerer Gärung • Niedrige Anstellraten resultieren in langsameren Gärungen • Endverärungsgrad wurde bei 10 ºC nicht erreicht

Munich Weissbier-Hefe • Die Gärungen waren signifikant länger als in 100% Malzwürzen mit der selben • Die Verwendung von ausgewogenen Nutrients würde hier wahrscheinlich helfen. • Keine der Gärungen erreicht bei 10 ºC Endvergärungsgrad.

Munich Weissbier-Hefe Ester • Niedrige Anstellraten resultierten in höherer Esterproduktion • Höhere Temperaturen führten zu höherer Esterproduktion • Higher gravity resultierte in höherer Esterproduktion

Munich Weissbier-Hefe Höhere Alkohole • Higher gravity und höhere Temperaturen resultierten in erhöhten höhere Alcoholkonzentrionen

Wie kann das Bananenaroma in Weissbier gesteigert werden? • Niedrige Anstellrate: Anstellrate 50 g per hl

Wie kann das Bananenaroma in Weissbier gesteigert werden? • Erhöhen der Glucosekonzentration in der Würze: – Zugabe von 10 g/L steriler Glucoselösung zur Würze – Spezielles Dekoktionsverfahren zur Erhöhung der Glucose / Maltose Ratio

Temperatur (ºC) Wie kann das Bananenaroma in Weissbier gesteigert werden? Zeit (min) (provided by Michael Eder, Doemens Institute)

Esterbildung • Hohe Stammwürzekonzentration + • Starke Hefevermehrung - • Hohe Glucosekonzentration + • Kräftige Gärung (ZKG) - • Druck während Gärung (1 -tank) - • Hohe Gärungstemperaturen + • Hohe ungesättigte Fettsäurekonzentration - • Würzebelüftung +- • Hefestamm (+-) J. Englmann, Production of Wheat Beer – The Bavarian Type, Lallemand Seminar, 2010

Bildung höherer Alkohole • Gute FAN Ausstattung - • Flocculierende Hefe - • Starke Gärungsbewegung + • Hohe Gärungstemperaturen + • Anwendung von Druck (-) • Hefestamm +- J. Englmann, Production of Wheat Beer – The Bavarian Type, Lallemand Seminar, Chicago, 2010

Esterbildung (Gärgefässe) Back, W. Ausgewählte Kapitel der Brautechnologie, Fachverlag Hans Carl, Nürnberg, 2005.

4 VG (Gerste : Weizen Ratio) Sudhaus • Generell hat Weizen (0. 05 -0. 06%) höhere Ferulasäuregehalte als Gerste (0. 04 -0. 06%) • Bessere Ferulasäureextraktion aus Gerste als aus Weizen – Höhere Feruloylesterase- und Xylanasenaktivität (Arabinoxylanabbau) – Weizen beinhaltet Proteine, die Xylanasen inhibieren können COGHE, S. : Ferulic Acid Release and 4 -Vinylguaiacol Formation during Brewing and Fermentation: Indications for Feruloyl Esterase Activity in Saccharomyces cerevisiae, J. Agric. Food Chem. 2004,

4 VG (Gerste : Weizen Ratio) Gärung COGHE, S. : Ferulic Acid Release and 4 -Vinylguaiacol Formation during Brewing and Fermentation: Indications for Feruloyl Esterase Activity in Saccharomyces cerevisiae, J. Agric. Food Chem. 2004,

Zusammenfassung 1/2 Weissbier • Munich Weissbier-Hefe hat Schwierigkeiten bei 10 ºC zu vergären • Der Endvergärungsgrad ist niedriger mit niedrigeren Temperaturen • Geringere Anstellraten resultieren im Allgemeinen in langsameren Gärungen • Niedrige Anstellraten resultieren in höherer Esterproduktion

Zusammenfassung 2/2 Weissbier • Höhere Glucose zu Maltose Ratio erhöht die iso-Amylacetat Produktion • Gärung in offenen Gärbottischen resultiert in höheren 4 VG- und iso. Amylacetat-Konzentrationen • Höherer Gerstenmalzanteil erhöht 4 VGGehalt in Weissbier.

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