Gärung
Gärung
Gärung bezeichnet eine Reihe mikrobieller Stoffwechselprozesse, bei denen Mikroorganismen organische Stoffe umwandeln. Bei der Bierherstellung ist insbesondere die alkoholische Gärung von Bedeutung.
Bei der alkoholischen Gärung wandelt Hefe vergärbare Zucker aus der Würze hauptsächlich in Alkohol und Kohlendioxid um. Gleichzeitig entstehen zahlreiche weitere Stoffe, die den Geschmack und das Aroma des Bieres beeinflussen.
Die Gärung ist damit einer der wichtigsten Schritte bei der Herstellung von Bier.
Alkoholische Gärung
Die alkoholische Gärung wird hauptsächlich durch Hefen der Gattung Saccharomyces durchgeführt.
Vereinfacht lässt sich die Reaktion folgendermaßen darstellen:
Zucker → Ethanol + Kohlendioxid + Energie
Für Glucose lautet die vereinfachte Reaktionsgleichung:
C6H12O6 → 2 C2H5OH + 2 CO2
In der tatsächlichen Biergärung handelt es sich um einen komplexen biochemischen Prozess mit zahlreichen Zwischen- und Nebenprodukten.
Bedeutung für das Bier
Während der Gärung entstehen die wesentlichen Bestandteile, die Bier von einer unvergorenen Würze unterscheiden.
Die Gärung beeinflusst unter anderem:
Alkoholgehalt Kohlensäure Restextrakt Vergärgrad Körper Süße Säure Aroma Mundgefühl Die Auswahl und Führung der Hefe hat daher einen entscheidenden Einfluss auf das fertige Bier.
Hefe
Die wichtigste Voraussetzung für die alkoholische Gärung beim Bier ist eine geeignete Hefe.
Für Bier werden vor allem zwei große Gruppen unterschieden:
Obergärige Hefe Untergärige Hefe Obergärige Hefen werden überwiegend mit Saccharomyces cerevisiae in Verbindung gebracht.
Untergärige Hefen gehören überwiegend zur Gruppe Saccharomyces pastorianus.
Daneben können bei bestimmten Bieren weitere Hefen und Mikroorganismen beteiligt sein.
Obergärige Gärung
Bei der obergärigen Gärung werden Hefen eingesetzt, die typischerweise bei höheren Temperaturen arbeiten.
Typische Gärtemperaturen liegen häufig ungefähr zwischen 15 und 24 °C, wobei der optimale Bereich vom jeweiligen Hefestamm abhängt.
Obergärige Hefen können während der Gärung vergleichsweise viele Ester und andere Aromastoffe bilden.
Dadurch entstehen häufig fruchtige und würzige Aromen.
Typische obergärige Bierstile sind:
Weizenbier Kölsch Altbier IPA Pale Ale Stout Porter Saison
Untergärige Gärung
Bei der untergärigen Gärung werden Hefen eingesetzt, die typischerweise bei niedrigeren Temperaturen arbeiten.
Typische Gärtemperaturen liegen häufig ungefähr zwischen 7 und 13 °C.
Untergärige Hefen erzeugen bei geeigneter Führung häufig ein sauberes und relativ neutrales Aromaprofil.
Typische untergärige Bierstile sind:
Pils Helles Exportbier Märzen Kellerbier Bockbier
Hauptgärung
Die Hauptgärung beginnt nach dem Anstellen der Hefe.
Die Hefe vermehrt sich zunächst und beginnt anschließend, die vergärbaren Zucker der Würze umzusetzen.
Dabei entstehen große Mengen Kohlendioxid und Alkohol.
Während der Hauptgärung verändert sich die Würze deutlich:
Zuckergehalt sinkt Alkoholgehalt steigt Kohlendioxid entsteht pH-Wert verändert sich Aromastoffe entstehen Hefe vermehrt sich Die Hauptgärung dauert je nach Bierstil, Hefestamm und Temperatur typischerweise mehrere Tage.
Anstellen
Als Anstellen bezeichnet man das Einbringen der Hefe in die gekühlte Würze.
Vor dem Anstellen wird die Würze normalerweise auf die für den Hefestamm geeignete Temperatur gebracht.
Die Menge der eingesetzten Hefe wird als Anstellrate beziehungsweise Pitching Rate bezeichnet.
Eine ausreichende Menge vitaler Hefe ist wichtig für eine kontrollierte Gärung.
Gärtemperatur
Die Temperatur gehört zu den wichtigsten Einflussfaktoren der Gärung.
Sie beeinflusst unter anderem:
Gärgeschwindigkeit Hefevermehrung Esterbildung Phenolbildung Schwefelverbindungen Vergärgrad Alkoholproduktion Eine zu hohe Temperatur kann bei bestimmten Hefen zu einer stärkeren Bildung unerwünschter oder stilistisch unpassender Aromastoffe führen.
Eine zu niedrige Temperatur kann die Gärung verlangsamen oder zum vorzeitigen Stillstand führen.
Die optimale Temperatur hängt deshalb immer vom Hefestamm und Bierstil ab.
Gärgeschwindigkeit
Die Geschwindigkeit der Gärung wird durch verschiedene Faktoren beeinflusst.
Dazu gehören:
Hefestamm Hefemenge Temperatur Stammwürze Sauerstoffversorgung Nährstoffversorgung pH-Wert Druck Eine aktive Gärung kann innerhalb weniger Stunden beginnen, während die vollständige Vergärung mehrere Tage dauern kann.
Stammwürze
Die Stammwürze beschreibt den Gehalt an gelösten Stoffen in der Würze vor Beginn der Gärung.
Sie besteht hauptsächlich aus:
Zucker Aminosäuren Mineralstoffen weiteren löslichen Bestandteilen Je höher die Stammwürze, desto mehr Extrakt steht grundsätzlich für die Gärung zur Verfügung.
Eine hohe Stammwürze bedeutet jedoch nicht automatisch einen entsprechend hohen Alkoholgehalt.
Entscheidend ist, welcher Anteil des Extrakts tatsächlich vergärbar ist.
Vergärbare Zucker
Hefe kann nicht alle Bestandteile der Würze gleichermaßen verwerten.
Zu den wichtigsten vergärbaren Zuckern gehören:
Glucose Fructose Saccharose Maltose Maltotriose Der größte Teil der vergärbaren Zucker in einer typischen Bierwürze stammt aus der Stärke des Malzes.
Restextrakt
Nach Abschluss der Hauptgärung verbleiben nicht vollständig vergorene Bestandteile im Bier.
Dieser Anteil wird als Restextrakt bezeichnet.
Der Restextrakt beeinflusst:
Süße Körper Mundgefühl Vollmundigkeit Ein hoher Restextrakt kann zu einem volleren und süßeren Eindruck führen.
Ein niedriger Restextrakt führt häufig zu einem trockeneren Bier.
Vergärgrad
Der Vergärgrad beschreibt, welcher Anteil des Extrakts während der Gärung umgesetzt wurde.
Man unterscheidet unter anderem zwischen:
scheinbarem Vergärgrad tatsächlichem Vergärgrad Der Vergärgrad wird stark durch den Hefestamm und die Zusammensetzung der Würze beeinflusst.
Ein hoher Vergärgrad führt häufig zu einem trockeneren Bier.
Alkoholbildung
Während der Gärung wandelt die Hefe Zucker in Ethanol um.
Der entstehende Alkohol ist einer der wichtigsten Bestandteile des fertigen Bieres.
Der endgültige Alkoholgehalt hängt unter anderem ab von:
Stammwürze Anteil vergärbarer Zucker Hefestamm Vergärgrad Stärkere Biere werden daher meist mit einer höheren Stammwürze hergestellt.
Kohlendioxid
Bei der alkoholischen Gärung entsteht Kohlendioxid.
Ein Teil des Kohlendioxids entweicht während der Gärung.
Ein anderer Teil löst sich unter geeigneten Bedingungen im Bier.
Kohlendioxid ist verantwortlich für:
Prickeln Frische Schaumbildung einen Teil des Mundgefühls Viele Biere werden nach der Gärung zusätzlich karbonisiert.
Gärungsnebenprodukte
Neben Alkohol und Kohlendioxid produziert die Hefe zahlreiche weitere Stoffe.
Dazu gehören:
Ester höhere Alkohole organische Säuren Schwefelverbindungen Aldehyde Phenole Diese Stoffe sind teilweise erwünscht und teilweise unerwünscht.
Die Konzentration hängt stark von Hefe, Temperatur und Gärführung ab.
Ester
Ester sind wichtige Aromastoffe der Biergärung.
Sie können fruchtige Aromen erzeugen.
Je nach Verbindung können beispielsweise Eindrücke von:
Banane Birne Apfel Ananas Steinfrüchten entstehen.
Bei vielen obergärigen Bieren sind Ester ein wichtiger Bestandteil des Aromaprofils.
Höhere Alkohole
Während der Gärung entstehen neben Ethanol auch sogenannte höhere Alkohole.
In geringen Mengen tragen sie zur Komplexität des Bieres bei.
In zu hohen Konzentrationen können sie jedoch alkoholisch, scharf oder lösungsmittelartig wirken.
Die Bildung höherer Alkohole wird unter anderem durch Hefestamm, Temperatur und Würzezusammensetzung beeinflusst.
Schwefelverbindungen
Hefen können während der Gärung Schwefelverbindungen bilden.
Dazu gehört beispielsweise Schwefelwasserstoff.
In höheren Konzentrationen kann dieser nach faulen Eiern riechen.
Viele Schwefelverbindungen können während der weiteren Reifung teilweise abgebaut oder ausgetrieben werden.
Bei einigen Lagerbieren können schwefelartige Noten während bestimmter Phasen der Gärung vorübergehend auftreten.
Diacetyl
Diacetyl ist ein Stoff, der während der Gärung entstehen kann.
Er wird häufig mit einem Aroma von Butter oder Butterscotch beschrieben.
In vielen Bierstilen ist ein deutlicher Diacetylgeschmack unerwünscht.
Bei bestimmten traditionellen Bierstilen können geringe Mengen jedoch akzeptabel oder sogar stiltypisch sein.
Die Hefe kann Diacetyl während einer späteren Phase der Gärung wieder aufnehmen und abbauen.
Dieser Prozess wird häufig als Diacetylrast bezeichnet.
Diacetylrast
Bei einer Diacetylrast wird die Temperatur gegen Ende der Gärung gezielt erhöht oder auf einem geeigneten Niveau gehalten.
Dadurch kann die Hefe verbliebenes Diacetyl und bestimmte Vorstufen weiter abbauen.
Die Diacetylrast ist insbesondere bei der Herstellung untergäriger Biere von Bedeutung.
pH-Wert
Während der Gärung sinkt der pH-Wert der Würze typischerweise.
Der pH-Wert beeinflusst:
Hefeverhalten Geschmack mikrobiologische Stabilität Gärungsverlauf Das fertige Bier besitzt deshalb einen deutlich niedrigeren pH-Wert als die ursprüngliche Würze.
Sauerstoff
Sauerstoff spielt zu Beginn der Hefevermehrung eine wichtige Rolle.
Die Hefe benötigt Sauerstoff unter anderem für den Aufbau bestimmter Zellbestandteile.
Nach Beginn der aktiven Gärung sollte unnötiger Sauerstoffeintrag jedoch vermieden werden.
Sauerstoff kann insbesondere nach der Gärung zu Oxidation führen und dadurch Aroma und Haltbarkeit des Bieres beeinträchtigen.
Druck
Der Druck im Gärgefäß kann die Eigenschaften der Gärung beeinflussen.
Bei modernen Brauverfahren kann die Gärung unter kontrolliertem Druck durchgeführt werden.
Höherer Druck kann unter anderem:
die Bildung bestimmter Aromastoffe beeinflussen die Kohlensäurebindung erhöhen die Gärcharakteristik verändern Die Wirkung hängt vom Hefestamm und den konkreten Prozessbedingungen ab.
Gärung im offenen und geschlossenen Behälter
Traditionell wurden Biere teilweise in offenen Gärgefäßen vergoren.
Moderne Brauereien verwenden überwiegend geschlossene Gärtanks.
Geschlossene Tanks ermöglichen eine bessere Kontrolle von:
Temperatur Druck Kohlendioxid Hygiene Sauerstoffeintrag Offene Gärverfahren existieren weiterhin bei bestimmten traditionellen Bierstilen.
Hauptgärung und Nachgärung
Nach der Hauptgärung kann eine weitere Reifephase folgen.
Diese wird je nach Bierstil und Verfahren als:
Nachgärung Reifung Lagerung Konditionierung bezeichnet.
Bei der Nachgärung kann weiterhin eine geringe Menge Zucker vergoren werden.
Dadurch kann zusätzlich Kohlendioxid entstehen.
Flaschengärung
Bei der Flaschengärung findet die abschließende Gärung direkt in der Flasche statt.
Dazu wird dem bereits weitgehend vergorenen Bier eine geeignete Menge vergärbarer Zucker und gegebenenfalls Hefe zugesetzt.
Die Hefe produziert erneut Kohlendioxid.
Da die Flasche verschlossen ist, löst sich das Kohlendioxid im Bier.
Flaschengärung wird beispielsweise bei bestimmten Weizenbieren und Spezialbieren eingesetzt.
Spontangärung
Bei der Spontangärung wird keine definierte Reinzuchthefe als alleinige Gärquelle eingesetzt.
Stattdessen gelangen Hefen und andere Mikroorganismen aus der Umgebung in die Würze.
Diese Methode ist besonders mit traditionellen belgischen Bieren wie Lambic verbunden.
Die Gärung kann wesentlich länger dauern als bei einer kontrollierten Reinzuchtgärung.
Mischgärung
Bei der Mischgärung werden mehrere Mikroorganismen gezielt miteinander kombiniert.
Zum Einsatz können beispielsweise kommen:
Bierhefen Brettanomyces Lactobacillus Pediococcus Durch das Zusammenspiel verschiedener Mikroorganismen können komplexe Aromen und Säureprofile entstehen.
Mischgärungen werden häufig bei speziellen Sauerbieren eingesetzt.
Milchsäuregärung
Bei bestimmten Bieren spielen Milchsäurebakterien eine wichtige Rolle.
Bakterien wie Lactobacillus und Pediococcus können Zucker beziehungsweise Zwischenprodukte zu Milchsäure umsetzen.
Dadurch entsteht eine charakteristische Säure.
Diese Prozesse unterscheiden sich von der klassischen alkoholischen Gärung durch Bierhefe.
Sauerbier
Bei Sauerbieren können Hefe und Milchsäurebakterien gemeinsam für das Aromaprofil verantwortlich sein.
Je nach Verfahren werden unterschiedliche Methoden eingesetzt:
kontrollierte Säuerung Mischgärung Spontangärung Fassreifung Zu den bekannten Sauerbiertraditionen gehören:
Berliner Weisse Gose Lambic Sour Ale
Gärung und Bierstil
Die Gärung ist ein wesentliches Merkmal eines Bierstils.
Bierstil !! Typische Gärung Pils - Helles - Märzen - Bockbier - Weizenbier - Kölsch - Altbier - IPA - Pale Ale - Stout - Porter - Saison }
Die tatsächliche Wahl des Hefestamms und die Gärführung können je nach Brauerei erheblich variieren.
Gärführung
Als Gärführung bezeichnet man die gezielte Steuerung des Gärprozesses.
Dazu gehören unter anderem:
Temperatur Hefemenge Sauerstoffversorgung Druck Nährstoffversorgung Dauer Zeitpunkt der Temperaturänderungen Eine kontrollierte Gärführung ermöglicht es, das gewünschte Aromaprofil und den gewünschten Vergärgrad zu erreichen.
Gärkontrolle
Während der Gärung überwachen Brauereien verschiedene Parameter.
Dazu gehören beispielsweise:
Stammwürze beziehungsweise Extrakt Temperatur pH-Wert Druck Vergärgrad Kohlendioxid sensorische Eigenschaften Dadurch kann erkannt werden, ob die Gärung normal verläuft.
Gärstockung
Eine Gärstockung liegt vor, wenn die Hefe die Gärung deutlich verlangsamt oder vollständig einstellt, obwohl noch vergärbare Zucker vorhanden sind.
Mögliche Ursachen können sein:
zu niedrige Temperatur zu wenig Hefe geschwächte Hefe Nährstoffmangel ungeeignete Würzez usammensetzung hoher osmotischer Druck hoher Alkoholgehalt ungeeignete Gärbedingungen Eine Gärstockung kann die gewünschte Bierqualität beeinträchtigen.
Hefeernte
Nach der Gärung kann die Hefe aus dem Gärgefäß entnommen werden.
In Brauereien wird diese Hefe teilweise für weitere Sude wiederverwendet.
Vor der Wiederverwendung werden unter anderem:
Reinheit Vitalität Alter Geruch Aussehen kontrolliert.
Gärung bei starken Bieren
Starkbiere stellen besondere Anforderungen an die Hefe.
Eine hohe Stammwürze bedeutet eine hohe Zuckerkonzentration und später einen hohen Alkoholgehalt.
Beides kann die Hefe belasten.
Bei Bieren wie Doppelbock, Eisbock oder starken IPA-Varianten ist daher eine geeignete Hefeführung besonders wichtig.
Gärung bei alkoholfreiem Bier
Auch bei alkoholfreiem Bier spielt Gärung eine wichtige Rolle.
Je nach Herstellungsverfahren wird entweder:
die Alkoholbildung begrenzt die Gärung frühzeitig beendet der Alkohol nachträglich entfernt Verfahren zur Alkoholreduzierung umfassen unter anderem Membranverfahren und Vakuumdestillation.
Geschichte der Gärungsforschung
Lange Zeit wussten Menschen aus Erfahrung, dass bestimmte Getränke durch Gärung entstehen.
Die Ursache des Prozesses war jedoch unbekannt.
Im 19. Jahrhundert wurde die Gärung wissenschaftlich untersucht.
Die Arbeiten von Louis Pasteur zeigten die Bedeutung von Mikroorganismen für die Gärung und trugen wesentlich zum modernen Verständnis des Prozesses bei.
Moderne Gärtechnik
Moderne Brauereien können die Gärung sehr präzise steuern.
Computergestützte Systeme überwachen unter anderem:
Temperatur Druck Extrakt pH-Wert Kühlung Tankbedingungen Dadurch können reproduzierbare Ergebnisse erzielt werden.
Bedeutung der Gärung für Bierpedia
Die Gärung verbindet zahlreiche zentrale Themen der Bierherstellung.
Sie steht in direktem Zusammenhang mit:
Hefe Würze Malz Hopfen Stammwürze Alkohol Kohlendioxid Obergäriges Bier Untergäriges Bier Lagerbier Sauerbier Das Verständnis der Gärung ist deshalb eine wichtige Grundlage für das Verständnis von Bier und Bierstilen.
Kurzüberblick
| Eigenschaft | Gärung |
|---|---|
| Wichtigster Mikroorganismus beim Bier | Hefe |
| Hauptprodukte | Alkohol und Kohlendioxid |
| Ausgangsprodukt | Würze |
| Wichtige Zucker | Maltose, Maltotriose, Glucose und weitere Zucker |
| Wichtige Einflussgrößen | Temperatur, Hefestamm, Anstellmenge, Würze |
| Aromawirkung | Sehr hoch |
| Typische Gärungsarten | Obergärig, untergärig, spontan, gemischt |
Siehe auch
Bier Bierherstellung Biergeschichte Bierstile Biersorten Bierlexikon Hefe Obergärige Hefe Untergärige Hefe Obergäriges Bier Untergäriges Bier Würze Stammwürze Vergärgrad Alkohol Kohlendioxid Malz Gerstenmalz Hopfen Lagerbier Sauerbier Spontangärung Flaschengärung Brauerei Brautechnik Bierherstellung