Inline-Messungen Bierqualität punktgenau

Neben Standardbieren produzieren moderne Brauereien mittlerweile oft Biere mit niedrigem Alkoholgehalt sowie alkoholfreie Varianten, verschiedene Biermischgetränke oder auch alkohol­freie Getränke. Bier und Biermischgetränke bestehen dabei aus vier Hauptkomponenten: Alkohol, Extrakt, Wasser und CO₂. Die größte Herausforderung beim Messen ist die Bestimmung von Alkohol und Extrakt unter Berücksichtigung von gelöstem CO₂.

Um die Konzentration all dieser Komponenten zu ermitteln, müssen drei geeignete physikalisch unabhängige Eigenschaften des Biers gemessen werden. Die genaue Zusammensetzung lässt sich über verschiedene Methoden bestimmen. Das Messsystem Bier-Monitor des Anbieters Anton Paar verwendet die bewährte Kombination aus Dichte- und Schallgeschwindigkeitsmessung, die in einem kompakten Sensor mit einem hygienischen Gehäuse aus rostfreiem Stahl zusammengeführt wird. Zusammen mit einem zusätzlichen CO₂-Messwertaufnehmer der Carbo-Serie ergibt sich nun ein vollständiges Bier- sowie CO₂-Messsystem.

Die Physik hinter dem Alkohol

Dichte und Schallgeschwindigkeit sind gute Beispiele dafür, wie die Physik der Messprinzipien funktioniert: Der Alkohol erhöht die Schallgeschwindigkeit und verringert die Dichte. Der Extraktgehalt erhöht hauptsächlich die Dichte, hat aber nur leichten Einfluss auf die Schallgeschwindigkeit. Alle Zuckerarten beeinflussen die Dichte gleichermaßen und ermöglichen eine hochgenaue Messung des Gesamtextrakts. Die einzigen Prozessparameter, die Dichte und Schallgeschwindigkeit beeinflussen, sind Temperatur und Druck.

Diese Einflüsse können kompensiert werden, wenn der Sensor vor Lieferung werkseitig kalibriert wird. Diese ändert sich über die gesamte Lebensdauer des Instruments nicht. Die Software des Bier-Monitors bestimmt automatisch Alkoholgehalt, wirklichen Extrakt und Stammwürze unter Verwendung von Dichte-, Schallgeschwindigkeits-, Temperatur- und CO₂-Werten über einen großen Konzentrationsbereich. Verschiedene bierspezifische Messwerte wie scheinbarer und wirklicher Vergärungsgrad, scheinbarer Extrakt, relative Dichte, present gravity, Kalorien und das Verhältnis von wirklichem Extrakt zu Alkohol werden ebenfalls bestimmt.

Der Bier-Monitor ist das Ergebnis aus mehr als zwanzig Jahre langer Erfahrung in der Inline- und Labor-Bier-Analyse von mehr als tausend Proben – von alkoholfreien Bieren bis zum Doppelbock. Dazu zählen Produkte aus aller Welt, darunter Malzbiere und andere Getränke auf Getreide- oder Zuckerbasis. Der ursprüngliche Bier-Monitor wurde mit Herstellern von und für traditionelle Lagerbiere entwickelt. Seither wurde das System jedoch aktualisiert und erweitert, um eine große Bandbreite an verschiedenen Biersorten abzudecken.

Heutzutage misst der Bier-Monitor Biere mit niedrigem Alkoholgehalt, Bier- und Alkoholmischgetränke (Alcopops), Cider, Radler und sogar Wein. In Zukunft durchaus vorstellbar ist, dass dieses System mit Leichtigkeit und großer Genauigkeit glutenfreie Biere, PG-basierte Geschmacksstoffe und Bier-/Likörmischgetränke kontrollieren und überwachen kann.

Gesamtextrakt als Summe 
von Zucker

Spektroskopische Methoden wie Infrarot (IR-) oder Nahinfrarot (NIR)-Absorption sind äußerst selektiv und genau. Anton Paar setzt die Absorp­tionsmessung via NIR-Spektroskopie im Alcolyzer-Bieranalysesystem für Labor ein. Optische Sensoren reagieren jedoch sensibler auf Prozess- und Umwelteinflüsse, besonders auf Temperatur. Während mittels Dichtemessung alle Zuckerarten gleichermaßen gemessen werden können, ist das mit IR/NIR nicht möglich. Abhängig vom Maisch-Prozess, der Extrakteffizienz, der Enzymaktivität, der Enzymzugabe und den verwendeten Rohmaterialien ändert sich die Zuckerzusammensetzung laufend von Charge zu Charge. Der Gesamtextraktgehalt ist nur so genau, wie die Summe der unterschiedlichen gemessenen Zucker. Diese ändern sich unter normalen Prozessbedingungen laufend. Ein komplexes mathematisches Modell, das zahlreiche Labormessungen erfordert, wird verwendet, um den kumulierten Extraktgehalt für jedes Produkt zu bestimmen.

Dichte und Schallgeschwindigkeitsmessungen sind daher moderne Klassiker, die Out-of-the-box-Qualität und Prozesskontrolle ohne oder mit nur kleinen Justierungen ermöglichen.

Übliche Installationsorte

Heiß- und Kaltwürze: Egal ob im Läuterbottich, im Maischefilter oder in der Würzepfanne – die ordnungsgemäße Messung der Würze mittels Dichte oder Schallgeschwindigkeit ist unerlässlich, wenn es um die Qualität von Bier geht. Die Läuterbottich- und die Ablaufkontrolle ermöglichen Braumeistern, besser zu bestimmen, wann die Würzepfanne zum ersten Mal befüllt werden soll und wann der letzte Abfluss erfolgen soll. Auch lässt sich so die Effizienz des Läuterbottichs optimieren, Wasser sparen, das Abwasservolumen verringern und die allgemeine Effizienz des Sudhauses verbessern. Die Extraktkontrolle in der Würzepfanne kann die Kochzeit reduzieren sowie die Effizienz und den Output des Sudhauses steigern. Eine weitere Automatisierung wird auf diese Weise möglich.

Mischen & filtern: Egal ob „high-gravity Blending“ (HGB), Feinabstimmung oder Vermischung – die exakte Inline-Messung von Alkohol, Extrakt, CO₂, O₂, Farbe und Trübung kann die Produktqualität, die Konsistenz und die Effizienz der Produktion unmittelbar verbessern. Inline-Instrumente sind oft bei größeren Misch- oder Filtersystemen vorinstalliert und fast alle bestehenden Systeme können ganz einfach damit nachgerüstet werden.

Verpackung (vor der Abfüllanlage): Dies ist die letzte Inline-Messung, die möglich ist. Eine exakte Inline-Messung von Alkohol, Extrakt, CO₂, O₂, Farbe und Trübung kann die Produktqualität, die Zusammensetzung und die Effizienz der Produktion unmittelbar verbessern. Inline-Instrumente sind oft bei größeren Misch- oder Filtersystemen vorinstalliert und fast alle bestehenden Systeme können ganz einfach damit nachgerüstet werden.

Bei Entladestationen für Tankwagen: Um die Leistung einer Linie zu verbessern, wird Bier oft mittels Lkw vom Brauort zur Abfüllanlage transportiert, wo es in Lagertanks gepumpt wird. Das Messen von Alkohol, Stammwürze und CO₂-Ausstoß ist unverzichtbar, wenn es um die Akzeptanz der Ware geht.

Ein moderner Klassiker

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass der Bier-Monitor wenig von seiner Aktualität verloren hat – auch wenn er in seiner ursprünglichen Form vor nun mehr als 20 Jahren entwickelt wurde und sich die Biersorten währenddessen signifikant weiterentwickelt haben. Die stetig wachsende Erfahrung von Anton Paar in der Brauindustrie haben das System durch praktische Erfahrungen wachsen lassen.

Heute ist der Bier-Monitor ein moderner Klassiker, der alle neuen „Bier“-Sorten kontrollieren und erfassen kann. Bei vielen Produkten, besonders bei Bier, funktioniert er gleich nach dem Auspacken ohne oder nur mit wenigen Justierungen. Ein robustes jedoch hochgenaues Messgerät, das laufend an die sich ändernden Vorlieben, Präferenzen und Erfordernisse des Marktes angepasst wurde.