Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

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Vincent P.
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Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#1

Beitrag von Vincent P. » Dienstag 9. Februar 2021, 21:35

Hallo zusammen,

Ich möchte mich an's Brauen eines alkoholarmen Biers wagen. Mein Ansatz hierzu wäre:

1) Bier brauen nach üblichem Rezept (All-Grain, 30l-Einkocher), dann warten, bis die Gärung im Gäreimer abgeschlossen ist.
2) vor der Flaschengärung das Bier nochmals erhitzen, Alkohol „ausdampfen“ (>78°C), Zuckerlösung für Flaschengärung vorbereiten und mit neuer Hefe ins wieder abgekühlte Bier mischen und dann in den Flaschen vergären. Bei 6g/l Zuckerzugabe in der Flaschengärung rechne ich mit einem schlussendlichen Alkoholgehalt von ca. 0.4%.

Meine Frage ist nun: um sicher zu sein, dass der ganze Alkohol ausgedampft ist, möchte ich die Dichte der (wieder abgekühlten) Würze messen. Um die Zusammenhänge zwischen Zucker, Gärung, Volumengehalt etc. nachzuvollziehen habe ich mir eine Tabelle gebastelt. Wenn alles klappt sollte sie dem Beitrag angehängt sein.

Grundüberlegung / Lesebeispiel für die Tabelle:
Bier mit Stammwürze 10.5 °P (Zelle C9) und Endvergärungsgrad 80% (F51) und hat 5.15% Alkoholgehalt (K51) und 21g unvergärbaren Restzucker (D51). Nach der Evaporation des Alkohols sollte es wieder möglich sein, eine unverfälschte Messung mittels Spindel oder Refraktometer durchzuführen. Wird der Wert von SG 1.008 oder 2.1°P gemessen, sollte kein Alkohol mehr vorhanden sein. Fällt die Messung anders aus, ist der Messwert noch verfälscht und ergo die Evaporation (wohl) noch nicht abgeschlossen. Ausser natürlich, der Fehler liegt woanders... zum Beispiel ein Denkfehler...? :Grübel

Hat jemand schon Erfahrung mit diesem oder einem ähnlichen Vorgehen? Wie lange müssen die 80°C voraussichtlich gehalten werden, damit der ganze gelöste Alkohol evaporiert? Tut er das überhaupt?
Wenn der Alkohol restlos evaporiert wird, sollte die Dichtemessung mit Spindel und Refraktometer wieder identisch ausfallen, oder mache ich hier einen Überlegungsfehler?

Würde mich über Erfahrungen freuen von Leuten, die schon ähnliches probiert haben.
Dateianhänge
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#2

Beitrag von Tommi123 » Dienstag 9. Februar 2021, 22:42

Hi,

So einfach ist es leider nicht, hab mir mal sagen lassen,dass du den alkohol vakuum extraktion nicht rausbekommst.

LG

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#3

Beitrag von TheCK » Mittwoch 10. Februar 2021, 06:40

Der größte Denkfehler sind die 80 Grad. Diese Temperatur (oder genauer die erwähnten, gerundeten 78 Grad) sind der Siedepunkt von REINEM Ethanol.
Im Bier hast du allerdings nur einen Alkoholgehalt von 5%. Bei dieser Konzentration hat das Waser-Alkohol-Gemisch einen Siedepunkt von etwa 96 - 97 Grad.
Der Siedepunkt wandert auch mit abnehmendem Alkoholgehalt im Topfinhalt immer weiter nach oben. Wenn du sichergehen willst dass der komplette Alkohol verdampft solltest du bis zum Erreichen des Siedepunkts von Wasser (~ 100 Grad) kochen. Das kann durchaus eine Weile dauern und wirkt sich nicht gerade förderlich auf den Geschmack des Endprodukts aus. Schmeckt eben dann wie gekochtes, alkoholfreies Bier - ähnlich dem was man auch früher im Supermarkt bekam.

Schonender wäre die oben von Tommi123 erwähnte Vakuumdestillation. Hier sind weit niedrigere Temperaturen nötig und das Bier im Topf wird damit weniger Hitze ausgesetzt. Solche Anlagen sind auch für den Hausgebrauch im Laborbedarf-Handel zu bekommen. Alles eine Frage des Budgets und wieviel du bereit bist in den Versuch zu investieren.
LG Chris

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#4

Beitrag von bwanapombe » Mittwoch 10. Februar 2021, 09:01

Im Hobbybereich ist ein recht einfacher Weg zu alkoholarmen Bier, mit niedrigen Stammwürze einzubrauen und dann mit einer niedrig vergärenden Hefe (Saccharomycodes ludwigii WSL-17) zu vergären. Die Ergebnisse sind erfahrungsgemäß besser und der Weg dahin leichter als Behandlungen mit höheren Temperaturen.

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#5

Beitrag von schlupf » Mittwoch 10. Februar 2021, 09:29

Moin,
Ich bin neulich drüber gestolpert, dass Brewdog anscheinend einen sehr interessanten Prozess für alkoholfreies "Bier" hat, der sich auch gut für den Hobbybereich eignen würde.

Ausgangslage war wohl, dass sie einerseits wohl seinerzeit keine Möglichkeit zur Pasteurisierung hatten und dass andererseits die meisten Biere mit WSL-17 schon fies nach Würze schmecken.

Was ich jetzt gehört habe, machen sie es so, dass sie eine Würze mit sehr niedriger Stammwürze brauen mit Gerstenmalz, Weizen und Hafer und darauf eine normale Bierhefe loslassen, so dass sie nach der vollständigen Gärung unter 0,5%vol liegen. Der fehlende Körper wird mit Laktose ergänzt und der Ph mit Milchsäure angepasst.

Nachdem ich das gehört hatte,musste ich mir direkt mal so ein Punk AF besorgen und ich muss sagen, das ist bisher echt eins der besten Alkoholfreien, die ich bisher getrunken habe.

Viele Grüße
Sebastian

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#6

Beitrag von bwanapombe » Mittwoch 10. Februar 2021, 10:31

Hallo Sebastian,

Bist Du Dir sicher mit dem Würzegeschmack bei der WSL-17?

Ganz fies nach Würze schmecken Biere mit gestoppter Gärung.

Die WSL-17 läßt man ja ausgären. Ich hatte mal einen Versuch mit der WSL-17 allerdings auch gut gehopft und war damit so zufrieden, dass ich es mal wiederholen werde. Man sollte nur besonders sauber arbeiten und vorsichtshalber besonders bei längerer Lagerung den Druck im Auge behalten, weil noch Nahrung für mögliche Fremdhefen im Bier sind.

Danke für den Hinweis auf das Punk AF, muß ich auch mal probieren.

Dirk
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#7

Beitrag von schlupf » Mittwoch 10. Februar 2021, 10:58

Also ich kenne das Riegele 2+3, den Landgang Kapitän und das Kehrwieder üNN, die meiner Meinung nach jeweils mit der niedrig vergärenden Hefe hergestellt werden und versuchen, den Alkoholfreigeschmack durch Hopfen zu verdecken. Und ich finde die alle unterschwellig sehr würzeartig. Klar nicht so doll wie richtige Würze, haben ja von vornherein schon wesentlich weniger Stammwürze...
Allerdings verarbeitet die WSL ja auch nur Einfachzucker, die Zweifach-Zucker und höhere, die sonst so vergoren werden, sind also noch da. Da ist klar, dass ein höherer Würzegeschmack da sein muss.

Die Methode mit der Ludwigii kommt ja nicht aus der Überlegung, wie man das beste Alkoholfreie hinbekommt, sondern daher, wie man als kleiner Craft- oder Hobbybrauer überhaupt sowas wie eines herstellen kann ohne teure Spezialanlagen für Vakuumdestillation, Membrantrennung oder sowas.
Das ganze allerdings immer vor dem Hintergrund, den Würzegeschmack erstmal möglichst niedrig zu halten und ihn danach weitestmöglich zu maskieren indem man einen Haufen Hopfen (üNN) oder Röstaromen (Roadrunner) darauf wirft.

Vincent P.
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#8

Beitrag von Vincent P. » Mittwoch 10. Februar 2021, 12:54

Danke für die Inputs! Wird wohl doch etwas komplizierter als ich mir das vorgestellt habe...

Vom Ludwigii habe ich schon gehört. Vielleicht versuche ich das bei Gelegenheit mal.

Den Versuch mit dem Verdampfen des Alkohols habe ich bereits einmal gestartet. Als die Küche ausreichend beissend nach Alk roch, brach ich ab und habe (mit neuer Hefe) abgefüllt. Danach war mir etwas unwohl, da ich keine Ahnung hatte was nun tatsächlich in meinem Bier drin steckte. Von daher rührt auch die Frage, ob über den unvergärbaren Restextrakt eine Art Erfolgskontrolle durchgeführt werden kann...

Die Idee wäre, dass ich von meinen üblicherweise 20l z.B. 5l Bier vor der Flaschengärung abzweige und weiterverarbeiten kann. Somit wäre eine Steuerung über die Rezeptur oder Heferasse nicht wirklich geeignet. Wobei, die "Weiterverarbeitung" über Erhitzung hat ja auch einen Einfluss auf den Geschmack, daher hätte ich letzten Endes wohl sowieso nicht zweimal dasselbe Bier (von denen eines alkoholarm wäre)... wie gesagt, ich taste mich noch an's Thema ran...

Das Punk AF von Brewdog trank ich kürlich im Auto - wenn's nicht kalt ist schmeckt's ein bisschen wie Hopfentee, ich fand's aber gut!

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#9

Beitrag von bwanapombe » Mittwoch 10. Februar 2021, 13:56

@Sebastian Ich versteh, was Du meinst. Wie weit es geschmacklich noch mal mit der Punk AF Methode weitergeht, muß ich erst probieren. Ich fand die WSL-17-Biere, wie gesagt, geschmacklich schon nicht schlecht, was wohl auch dem Hopfen geschuldet war.

Interessanterweise kann die WSL-17 auch Saccharose (Disaccharid) vergären, nur keine Maltose. Letztere kommt reichlich in Würze vor, Saccharose kaum. Der Unterschied ist deshalb fast unerheblich, bis es zur Flaschengärung kommt. Die läßt sich Haushaltszucker bewerkstelligen.

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#10

Beitrag von Räuber Hopfenstopf » Mittwoch 10. Februar 2021, 14:25

Nachdem ich das gehört hatte,musste ich mir direkt mal so ein Punk AF besorgen und ich muss sagen, das ist bisher echt eins der besten Alkoholfreien, die ich bisher getrunken habe.
Das hatte ich neulich auch mal und war schwer begeistert. Wusste aber gar nicht, wie die das machen. Ich habe gedacht, das wäre auch ein WSL-17 Bier.

Gruß
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#11

Beitrag von Bergbock » Mittwoch 10. Februar 2021, 17:23

TheCK hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 06:40
Der größte Denkfehler sind die 80 Grad. Diese Temperatur (oder genauer die erwähnten, gerundeten 78 Grad) sind der Siedepunkt von REINEM Ethanol.
Im Bier hast du allerdings nur einen Alkoholgehalt von 5%. Bei dieser Konzentration hat das Waser-Alkohol-Gemisch einen Siedepunkt von etwa 96 - 97 Grad.
Der Siedepunkt wandert auch mit abnehmendem Alkoholgehalt im Topfinhalt immer weiter nach oben. Wenn du sichergehen willst dass der komplette Alkohol verdampft solltest du bis zum Erreichen des Siedepunkts von Wasser (~ 100 Grad) kochen. Das kann durchaus eine Weile dauern und wirkt sich nicht gerade förderlich auf den Geschmack des Endprodukts aus. Schmeckt eben dann wie gekochtes, alkoholfreies Bier - ähnlich dem was man auch früher im Supermarkt bekam.

Schonender wäre die oben von Tommi123 erwähnte Vakuumdestillation. Hier sind weit niedrigere Temperaturen nötig und das Bier im Topf wird damit weniger Hitze ausgesetzt. Solche Anlagen sind auch für den Hausgebrauch im Laborbedarf-Handel zu bekommen. Alles eine Frage des Budgets und wieviel du bereit bist in den Versuch zu investieren.
Diese Überlegung ist nicht richtig. Es gibt nur ein azeotropes Gemisch aus 96% Ethanol und 4 % Wasser, das sich durch Destillation nicht mehr trennen lässt. Alles andere lässt sich trennen, weil Ethanol früher verdampft als Wasser,
Bei Erhitzen des Bieres verdampft Ethanol aus dem Gemisch bei 78°C und mit einer grossen Kolonne lässt sich das sauber trennen. Dazu muss das Bier als solches nicht kochen, wozu auch. Je höher du unten (unnötig) heizt, desto schlechter wird deine Trennung, das Wasser soll ja unten bleiben. Am Ende der Kolonne musst Du 78 °C haben, dann hast Du das Ethanol sauber getrennt. Der Siedepunkt im Topf ist dabei völlig irrelevant.
Richtig ist, dass Vakuumdestillation viel bringt, weil das Bier einer wesentlich geringeren thermischen Belastung ausgesetzt wird, was ja für den Geschmack sehr negativ ist.

Frank

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#12

Beitrag von JackFrost » Mittwoch 10. Februar 2021, 17:41

Bergbock hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 17:23
TheCK hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 06:40
Der größte Denkfehler sind die 80 Grad. Diese Temperatur (oder genauer die erwähnten, gerundeten 78 Grad) sind der Siedepunkt von REINEM Ethanol.
Im Bier hast du allerdings nur einen Alkoholgehalt von 5%. Bei dieser Konzentration hat das Waser-Alkohol-Gemisch einen Siedepunkt von etwa 96 - 97 Grad.
Der Siedepunkt wandert auch mit abnehmendem Alkoholgehalt im Topfinhalt immer weiter nach oben. Wenn du sichergehen willst dass der komplette Alkohol verdampft solltest du bis zum Erreichen des Siedepunkts von Wasser (~ 100 Grad) kochen. Das kann durchaus eine Weile dauern und wirkt sich nicht gerade förderlich auf den Geschmack des Endprodukts aus. Schmeckt eben dann wie gekochtes, alkoholfreies Bier - ähnlich dem was man auch früher im Supermarkt bekam.

Schonender wäre die oben von Tommi123 erwähnte Vakuumdestillation. Hier sind weit niedrigere Temperaturen nötig und das Bier im Topf wird damit weniger Hitze ausgesetzt. Solche Anlagen sind auch für den Hausgebrauch im Laborbedarf-Handel zu bekommen. Alles eine Frage des Budgets und wieviel du bereit bist in den Versuch zu investieren.
Diese Überlegung ist nicht richtig. Es gibt nur ein azeotropes Gemisch aus 96% Ethanol und 4 % Wasser, das sich durch Destillation nicht mehr trennen lässt. Alles andere lässt sich trennen, weil Ethanol früher verdampft als Wasser,
Bei Erhitzen des Bieres verdampft Ethanol aus dem Gemisch bei 78°C und mit einer grossen Kolonne lässt sich das sauber trennen. Dazu muss das Bier als solches nicht kochen, wozu auch. Je höher du unten (unnötig) heizt, desto schlechter wird deine Trennung, das Wasser soll ja unten bleiben. Am Ende der Kolonne musst Du 78 °C haben, dann hast Du das Ethanol sauber getrennt. Der Siedepunkt im Topf ist dabei völlig irrelevant.
Richtig ist, dass Vakuumdestillation viel bringt, weil das Bier einer wesentlich geringeren thermischen Belastung ausgesetzt wird, was ja für den Geschmack sehr negativ ist.

Frank
Da sich beide Flüssigkeiten mischen, hast du eine Dampfdruckerniedriegung nach Raoult. Das Azeotropegemisch 96% EtOH und 4% Wasser ist in Wasser gelöst. Durch den niedrigeren Dampfdruckes des Azeotropes steigt der Siedepunkt vom Azeotrop und es wird dann mehr Wasser mitgeschleppt, da auch mehr Wasser verdampft. Je geringer der Anteil an Wasser ist desto näher kommt der Siedepunkt dem azeotropen Siedepunkt
Und wenn das Azeotrop erreicht ist kann man es nicht mehr trennen. Aber der Sumpf hat eine höhere Temperatur als die 78,17 °C bei 1013 mmbar.

Eine Kolonne ist auch nur eine "mehrfach" Destillation. Im Sumpf hast du dann den größten Verlust aber das ist ja das was man haben möchte.
Im Sumpf hast eine höhere Temperatur als die 78,17 °C und oben hast du dann die 78,17 °C. Aber den Sumpf willst du ja und da ist dann schon viel mitgeschleppt worden. Und mit dem hohen Rücklauf den du dann ja brauchst brätst du dann halt mit wenig Temperatur im Vakuum drauf rum, aber durch die Langezeit schleppst du dir halt auch Aromen usw. in die höhren Böden, die dann aber wieder mehr Alkohol haben.

Der Zoll wird sicher auch nicht glücklich sein, wenn man sich für das alkoholarme Bier eine Glockenboden- oder Spaltrohrkolonne anschafft.
Mal abgehsehen vom Preis einer Glockenbodenkolonne mit Kolonnenkopf. Ein Kolonnenkopf in NS29 müsste derzeit bei 700 € liegen

Edit: Hier ist ein Siede-Tau-Diagramm von Ethanol/Wasser. und bei den 4 Massenprozent die Bier an Ethanol hat, ist der Siedepunkt fast bei 100 °C. Die Gasphase hat dann nach der ersten Destillation oder dem ersten Boden etwa folgende Zusammensetzung :ca. 18 % m/m Ethanol und 72 % m/m Wasser. Mit fallendem Anteil an Alkohol steigt der Siedepunkt, so lange du nicht kontinuierlich weiter Sud zugibst.

Gruß JackFrost
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#13

Beitrag von TheCK » Mittwoch 10. Februar 2021, 18:37

Bergbock hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 17:23
Diese Überlegung ist nicht richtig. Es gibt nur ein azeotropes Gemisch aus 96% Ethanol und 4 % Wasser, das sich durch Destillation nicht mehr trennen lässt. Alles andere lässt sich trennen, weil Ethanol früher verdampft als Wasser,
Bei Erhitzen des Bieres verdampft Ethanol aus dem Gemisch bei 78°C und mit einer grossen Kolonne lässt sich das sauber trennen. Dazu muss das Bier als solches nicht kochen, wozu auch. Je höher du unten (unnötig) heizt, desto schlechter wird deine Trennung, das Wasser soll ja unten bleiben. Am Ende der Kolonne musst Du 78 °C haben, dann hast Du das Ethanol sauber getrennt. Der Siedepunkt im Topf ist dabei völlig irrelevant.
Richtig ist, dass Vakuumdestillation viel bringt, weil das Bier einer wesentlich geringeren thermischen Belastung ausgesetzt wird, was ja für den Geschmack sehr negativ ist.
Wenn das so wäre würde JEDE Destillation mit exakt dem Siedepunkt von Ethanol durchgeführt werden und höhere Temperaturen würden niemals auftreten. Die Praxis zeigt ein anderes Bild, siehe das Diagramm von JackFrost.
Im unteresten Bereich muß die Temperatur den Siedepunkt des Gemisches erreichen. Je höher in der Kolonne bzw. exakter je höher die Zahl der Böden in der Kolonne desto alkoholhaltiger wird das Gemisch und der Siedepunkt wandert entsprechend nach unten. Das bedeutet für unseren hier angenommenen Fall trotzdem dass der Kesselinhalt bei nahezu 100 Grad vor sich hinbrodelt und demnach weit entfernt von den 78 Grad ist.
Wir wollen ja in diesem Fall nicht den Alkohol haben sondern den verbleibenden Kesselinhalt - mit so wenig Geschmacks-Beeinträchtigung wie möglich. Deshalb ist auch die Temperatur am höchsten Punkt der Kolonne hier nicht relevant sondern ausschließlich die höchste erreichte Kesseltemperatur.
LG Chris

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#14

Beitrag von Vincent P. » Mittwoch 10. Februar 2021, 18:40

Besten dank für die spannenden Rückmeldungen.

Verstehe ich richtig: nach dem Rechenbeispiel von JackFrost würde das bedeuten, dass die 4 Massenprozent Ethanol dennoch aus dem Ausgangsbier verschwinden, dabei aber 40g/18*72=160g Flüssigkeit mitevaporiert? Ich ziele ja nicht darauf ab, die Konzentration des Destillats in die Höhe zu treiben. Ich will nur den Alk aus meinem Bier rausbekommen (dass ich so einen Satz je schreiben würde hätte ich nie gedacht ;-) ).

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#15

Beitrag von Bergbock » Mittwoch 10. Februar 2021, 19:35

TheCK hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 18:37
Bergbock hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 17:23
Diese Überlegung ist nicht richtig. Es gibt nur ein azeotropes Gemisch aus 96% Ethanol und 4 % Wasser, das sich durch Destillation nicht mehr trennen lässt. Alles andere lässt sich trennen, weil Ethanol früher verdampft als Wasser,
Bei Erhitzen des Bieres verdampft Ethanol aus dem Gemisch bei 78°C und mit einer grossen Kolonne lässt sich das sauber trennen. Dazu muss das Bier als solches nicht kochen, wozu auch. Je höher du unten (unnötig) heizt, desto schlechter wird deine Trennung, das Wasser soll ja unten bleiben. Am Ende der Kolonne musst Du 78 °C haben, dann hast Du das Ethanol sauber getrennt. Der Siedepunkt im Topf ist dabei völlig irrelevant.
Richtig ist, dass Vakuumdestillation viel bringt, weil das Bier einer wesentlich geringeren thermischen Belastung ausgesetzt wird, was ja für den Geschmack sehr negativ ist.
Wenn das so wäre würde JEDE Destillation mit exakt dem Siedepunkt von Ethanol durchgeführt werden und höhere Temperaturen würden niemals auftreten. Die Praxis zeigt ein anderes Bild, siehe das Diagramm von JackFrost.
Im unteresten Bereich muß die Temperatur den Siedepunkt des Gemisches erreichen. Je höher in der Kolonne bzw. exakter je höher die Zahl der Böden in der Kolonne desto alkoholhaltiger wird das Gemisch und der Siedepunkt wandert entsprechend nach unten. Das bedeutet für unseren hier angenommenen Fall trotzdem dass der Kesselinhalt bei nahezu 100 Grad vor sich hinbrodelt und demnach weit entfernt von den 78 Grad ist.
Wir wollen ja in diesem Fall nicht den Alkohol haben sondern den verbleibenden Kesselinhalt - mit so wenig Geschmacks-Beeinträchtigung wie möglich. Deshalb ist auch die Temperatur am höchsten Punkt der Kolonne hier nicht relevant sondern ausschließlich die höchste erreichte Kesseltemperatur.
Nein, das machst Du nur, wenn Du ein (definiertes) Alkohol-Wassergemsich übertreibst (und nicht das azeotrope) - Schnaps brennen.
Zum möglichst quantitativen Trennen nur von Alkohol (Kolonne) reichen Dir die 78°C um Ethanol aus dem Gemisch sukzessive zu verdampfen. Der Rest bleibt übrig. Die Kolonne ist ja genau für diese Trennung da.

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#16

Beitrag von JackFrost » Mittwoch 10. Februar 2021, 19:50

Vincent P. hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 18:40
Besten dank für die spannenden Rückmeldungen.

Verstehe ich richtig: nach dem Rechenbeispiel von JackFrost würde das bedeuten, dass die 4 Massenprozent Ethanol dennoch aus dem Ausgangsbier verschwinden, dabei aber 40g/18*72=160g Flüssigkeit mitevaporiert? Ich ziele ja nicht darauf ab, die Konzentration des Destillats in die Höhe zu treiben. Ich will nur den Alk aus meinem Bier rausbekommen (dass ich so einen Satz je schreiben würde hätte ich nie gedacht ;-) ).
Es ist leider komplizierter. Theoretisch steigt der Siedepunkt mit jedem Molekül an EtOH das du verdampfst. Damit steigt die Siedetemperatur an und auch die Zusammensetzung ändert sich. Durch die steigende Siedetemperatur läuft man an der Siedelinie nach rechts. Bei 2% m/m an EtOH im Sud ist die Zusammensetzung des Dampfes dann nur noch 8% m/m EtOH und 92 % Wasser. Bei 0,5 % m/m EtOH hat der Dampf dann eine Zusammensetzung von 1% m/m EtOH und 99 % m/m Wasser. Angenommen du hast 100 kg Sud mit 4% m/m Et0H.

Dann wären die Verdampften Mengen wenn man es extrem vereinfacht in 1 kg Schritten rechnet:

1. kg EtOH Verdampft : 4 % -> 3,15% : 1 kg EtOH + 4 kg Wasser Rest 95kg mit 3,15 % m/m EtOH
2. kg EtOH Verdampft : 3,15% -> 2,7 %: 1 kg EtOH + 9 kg Wasser -> 75 kg Rest mit 2,667 % m/m EtOH
3. kg EtOH Verdampft : 2,667% -> 1,6% :1 kg EtOH 11,5 kg Wasser -> 62,5 kg Rest mit 1,6 % EtOH
4. kg EtOH Verdampft : 1,6% -> 0% : 1 kg EtOH + 19 kg Wasser -> 42,5 kg Rest ohne EtOH.

Das ist extrem vereinfacht, aber du siehst du hast am Ende nur noch 42,5 % deiner Startmenge. In der Realität ist es noch schwieriger, da sich der Wert ja dauernd ändert. Du kannst den Alkoholgehalt nicht auf 0 senken. Daher verkoch Alkohol auch nicht.

Gruß JackFrost
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#17

Beitrag von JackFrost » Mittwoch 10. Februar 2021, 19:56

Bergbock hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 19:35
TheCK hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 18:37
Bergbock hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 17:23
Diese Überlegung ist nicht richtig. Es gibt nur ein azeotropes Gemisch aus 96% Ethanol und 4 % Wasser, das sich durch Destillation nicht mehr trennen lässt. Alles andere lässt sich trennen, weil Ethanol früher verdampft als Wasser,
Bei Erhitzen des Bieres verdampft Ethanol aus dem Gemisch bei 78°C und mit einer grossen Kolonne lässt sich das sauber trennen. Dazu muss das Bier als solches nicht kochen, wozu auch. Je höher du unten (unnötig) heizt, desto schlechter wird deine Trennung, das Wasser soll ja unten bleiben. Am Ende der Kolonne musst Du 78 °C haben, dann hast Du das Ethanol sauber getrennt. Der Siedepunkt im Topf ist dabei völlig irrelevant.
Richtig ist, dass Vakuumdestillation viel bringt, weil das Bier einer wesentlich geringeren thermischen Belastung ausgesetzt wird, was ja für den Geschmack sehr negativ ist.
Wenn das so wäre würde JEDE Destillation mit exakt dem Siedepunkt von Ethanol durchgeführt werden und höhere Temperaturen würden niemals auftreten. Die Praxis zeigt ein anderes Bild, siehe das Diagramm von JackFrost.
Im unteresten Bereich muß die Temperatur den Siedepunkt des Gemisches erreichen. Je höher in der Kolonne bzw. exakter je höher die Zahl der Böden in der Kolonne desto alkoholhaltiger wird das Gemisch und der Siedepunkt wandert entsprechend nach unten. Das bedeutet für unseren hier angenommenen Fall trotzdem dass der Kesselinhalt bei nahezu 100 Grad vor sich hinbrodelt und demnach weit entfernt von den 78 Grad ist.
Wir wollen ja in diesem Fall nicht den Alkohol haben sondern den verbleibenden Kesselinhalt - mit so wenig Geschmacks-Beeinträchtigung wie möglich. Deshalb ist auch die Temperatur am höchsten Punkt der Kolonne hier nicht relevant sondern ausschließlich die höchste erreichte Kesseltemperatur.
Nein, das machst Du nur, wenn Du ein (definiertes) Alkohol-Wassergemsich übertreibst (und nicht das azeotrope) - Schnaps brennen.
Zum möglichst quantitativen Trennen nur von Alkohol (Kolonne) reichen Dir die 78°C um Ethanol aus dem Gemisch sukzessive zu verdampfen. Der Rest bleibt übrig. Die Kolonne ist ja genau für diese Trennung da.
Nur das Azeotrop verdampft bei 78 °C alle anderen Zusammensetzungen haben andere Siedepunkte und damit auch andere Zusammensetungen. Die Kolonne ist ja nur eine mehrfache Destillation. Sie Siede-Tau-Linie von Ethanol-Wasser. Aus einer 4% m/m hat der Dampf beim destilieren 18% m/m Ethanol. Und nicht 96 %. Erst nach x schritten hast du das Azeotrop, welche dann nicht mehr getrennt werden kann, da dieser Siedepunkt am niedrigsten ist.

Wenn du ein Mischung aus 99% EtOH und 1 % Wasser zum Sieden bringst ist der Siedepunkt auch > 78 °C. Die Dampfphase hat dann ca. 97 % Ethanol und 3 % Wasser im nächsten Boden der Kolonne kommst du dann immer näher an die 96%.

Es ist egal von welcher Seite man kommt, je öfter man destilliert desto näher kommst man ans Azeotrop.

Aber es ist falsch das sich das Azeotrop in der Gasphase aus jeder Mischung bildet.

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#18

Beitrag von Bergbock » Mittwoch 10. Februar 2021, 20:06

JackFrost hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 19:56
Bergbock hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 19:35
TheCK hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 18:37

Wenn das so wäre würde JEDE Destillation mit exakt dem Siedepunkt von Ethanol durchgeführt werden und höhere Temperaturen würden niemals auftreten. Die Praxis zeigt ein anderes Bild, siehe das Diagramm von JackFrost.
Im unteresten Bereich muß die Temperatur den Siedepunkt des Gemisches erreichen. Je höher in der Kolonne bzw. exakter je höher die Zahl der Böden in der Kolonne desto alkoholhaltiger wird das Gemisch und der Siedepunkt wandert entsprechend nach unten. Das bedeutet für unseren hier angenommenen Fall trotzdem dass der Kesselinhalt bei nahezu 100 Grad vor sich hinbrodelt und demnach weit entfernt von den 78 Grad ist.
Wir wollen ja in diesem Fall nicht den Alkohol haben sondern den verbleibenden Kesselinhalt - mit so wenig Geschmacks-Beeinträchtigung wie möglich. Deshalb ist auch die Temperatur am höchsten Punkt der Kolonne hier nicht relevant sondern ausschließlich die höchste erreichte Kesseltemperatur.
Nein, das machst Du nur, wenn Du ein (definiertes) Alkohol-Wassergemsich übertreibst (und nicht das azeotrope) - Schnaps brennen.
Zum möglichst quantitativen Trennen nur von Alkohol (Kolonne) reichen Dir die 78°C um Ethanol aus dem Gemisch sukzessive zu verdampfen. Der Rest bleibt übrig. Die Kolonne ist ja genau für diese Trennung da.
Nur das Azeotrop verdampft bei 78 °C alle anderen Zusammensetzungen haben andere Siedepunkte und damit auch andere Zusammensetungen. Die Kolonne ist ja nur eine mehrfache Destillation. Sie Siede-Tau-Linie von Ethanol-Wasser. Aus einer 4% m/m hat der Dampf beim destilieren 18% m/m Ethanol. Und nicht 96 %. Erst nach x schritten hast du das Azeotrop, welche dann nicht mehr getrennt werden kann, da dieser Siedepunkt am niedrigsten ist.

Wenn du ein Mischung aus 99% EtOH und 1 % Wasser zum Sieden bringst ist der Siedepunkt auch > 78 °C. Die Dampfphase hat dann ca. 97 % Ethanol und 3 % Wasser im nächsten Boden der Kolonne kommst du dann immer näher an die 96%.

Es ist egal von welcher Seite man kommt, je öfter man destilliert desto näher kommst man ans Azeotrop.

Aber es ist falsch das sich das Azeotrop in der Gasphase aus jeder Mischung bildet.

Gruß JackFrost
Genau das sage ich ja. Destillatives Trennen geht bis 96% "Reinheit", da dieses Azeotrop denselben Siedepunkt hat als reines Ethanol.
Deswegen reichen hierfür unten ja auch die knapp 80 °C aus.
Ich will ja kein Alkohol/Wasser Gemisch rübertreiben wie beim Schnapsbrennen sondern den reinen Alkohol so vollständig als möglich rausdestillieren.
Was Du weiters sagst stimmt, aber von oben (99%) runter wirst Du ja nicht destillieren. :-)

JackFrost
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#19

Beitrag von JackFrost » Mittwoch 10. Februar 2021, 20:30

Bergbock hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 20:06
Genau das sage ich ja. Destillatives Trennen geht bis 96% "Reinheit", da dieses Azeotrop denselben Siedepunkt hat als reines Ethanol.
Deswegen reichen hierfür unten ja auch die knapp 80 °C aus.
Ich will ja kein Alkohol/Wasser Gemisch rübertreiben wie beim Schnapsbrennen sondern den reinen Alkohol so vollständig als möglich rausdestillieren.
Was Du weiters sagst stimmt, aber von oben (99%) runter wirst Du ja nicht destillieren. :-)
Eben nicht im Sumpf der Kolonne hast bei 4% Alkohol keine 80 °C sondern fast 100 °C wenn es siedet. Es wird bei 80 °C nicht sieden. Es wird bisserl was verdunsten aber nicht sieden. Und auch hier ändert sich die Temperatur und Zusammensetzung je mehr Alkohol raus geht.

Reiner Alkohol und das Azeotrop haben NICHT den gleichen Siedepunkt. Der von reinem ist etwas höher. Auch das ist im Siede-Tau-Diagramm.
Der vom diesem Azeotrop ist niedriger. Aber man kommt immer zu Azeotrop sofern etwas Wasser im Alkohol ist.

Salzsäure hat mit 30% ein Azeotrop mit einem Siedepunktsmaximum. Ethanol mit 96 % ein Sidepunktsminimum.

Das Bier bei 80 °C halten ist wie Wasser bei 80 °C halten, da geht kaum was raus. Und wenn man den Alkohol fast raus hat, dann hat man nur noch ~42% der originalen Masse. und auch die ist nicht alkoholfrei so das man mit der Nachgärung auf < 0,5 % kommt.

Schau dir das Diagramm an, da ist jede Siedetemperatur zu allen Konzentrationen die es gibt.

Das mit festem Siedepunkt bei einem Zwei- oder Mehrstoff ist einfach leider nicht so. Siehe Gesetz von Raoul.
Der Dampfdruck und damit auch die Siedetemperatur ist vom Molenbruch abhängig. Egal ob Azeotrop oder nicht.

Gruß JackFrost
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#20

Beitrag von TheCK » Mittwoch 10. Februar 2021, 20:59

Bergbock hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 20:06
Destillatives Trennen geht bis 96% "Reinheit", da dieses Azeotrop denselben Siedepunkt hat als reines Ethanol.
Deswegen reichen hierfür unten ja auch die knapp 80 °C aus.
Ich will ja kein Alkohol/Wasser Gemisch rübertreiben wie beim Schnapsbrennen sondern den reinen Alkohol so vollständig als möglich rausdestillieren.
Was Du weiters sagst stimmt, aber von oben (99%) runter wirst Du ja nicht destillieren. :-)
Wenn das tatsächlich funktionieren würde: welche Funktion hätte dann die Kolonne?
Nehmen wir mal an dass deine Behauptung so stimmt: würde es dann nicht ausreichen, einen Topf mit Bier zu füllen, einen Sous-Vide-Stab hineinzustellen und am anderen Ende des Dunstabzugs Azeotrop abzuziehen?
Warum treibt die Ethanol-Industrie dann den Aufwand mit meterhohen Kolonnen wenn die Sache doch so einfach ist?
Der Grund dafür: unterschiedliche Siedepunkte je nach Alkoholkonzentration im Gemisch.
Die Kolonne sorgt eben dafür dass der Alkoholgehalt mit zunehmender Kolonnenhöhe bzw. Bodenzahl steigt und sich somit der Siedepunkt immer weiter von dem von Wasser entfernt - erst das ermöglicht die saubere Trennung der Stoffe. Rein durch die Temperatur ist es nicht machbar.
Zuletzt geändert von TheCK am Mittwoch 10. Februar 2021, 21:36, insgesamt 1-mal geändert.
LG Chris

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#21

Beitrag von bwanapombe » Mittwoch 10. Februar 2021, 21:18

Ich will Euch ja nicht den Spass verderben, aber wenn Bier mehr als 10 min auf 80 °C steht ist es doch geschmacklich hin, oder?

Dirk
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#22

Beitrag von hkpdererste » Donnerstag 11. Februar 2021, 00:32

Könnte nicht einer der Kollegen der dann auch zugriff auf ein geeignetes Messgerät hat das einfach mal ausprobieren? Muss ja nicht mit Selbstbräu sein ... n paar Flaschen Ötti reichen ja aus.

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#23

Beitrag von DerDerDasBierBraut » Donnerstag 11. Februar 2021, 00:40

bwanapombe hat geschrieben:
Mittwoch 10. Februar 2021, 21:18
Ich will Euch ja nicht den Spass verderben, aber wenn Bier mehr als 10 min auf 80 °C steht ist es doch geschmacklich hin, oder?
Definitiv! Daher pasteurisiere ich meine Alkoholfreien auch nicht und fülle sie maximal temporär (zum Mitnehmen) in Flaschen bzw. ungekühlte Kegs ohne Spundventil.


Falls jemand mit der Vakuumextraktion im Hobbymaßstab herumexperimentieren sollte und Erfolge damit hat ... bitte posten!
"Da braut sich was zusammen ... "
"Oh, Bier ;-) !"
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"Alkoholfreies Bier??? ..."
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Viele Grüße
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#24

Beitrag von Alt-Phex » Donnerstag 11. Februar 2021, 02:16

Spannende Diskussion, keine Frage. Aber abgekochtes Bier wird nicht wirklich gut schmecken. Völlig egal ob mit oder ohne Alkohol.
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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#25

Beitrag von TheCK » Donnerstag 11. Februar 2021, 06:54

DerDerDasBierBraut hat geschrieben:
Donnerstag 11. Februar 2021, 00:40
Falls jemand mit der Vakuumextraktion im Hobbymaßstab herumexperimentieren sollte und Erfolge damit hat ... bitte posten!
Werde ich demnächst (sobald die nötigen Laborteile eingetroffen sind) mal ausprobieren. Allerdings nur im legalen Bereich, da fällt Bier vorerst leider raus. Lässt sich aber problemlos immitieren. Mir schwebt vor, Korn auf 5% zu verdünnen und dann mal durchlaufen zu lassen.
Versuchsaufbau wird eine vakuumisierbare Glasanlage mit einer Füllmenge von einem Liter sein. Mal sehen bei welchem Unterdruck man da landen kann und wie die Höchst-Temperatur im Kessel ausfällt.
LG Chris

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#26

Beitrag von hkpdererste » Donnerstag 11. Februar 2021, 12:15

Nur interessehalber ... Warum ist man da mit Bier im illegalen Bereich und wo ist der Unterschied zu deinem Vorhaben?

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#27

Beitrag von TheCK » Donnerstag 11. Februar 2021, 12:42

hkpdererste hat geschrieben:
Donnerstag 11. Februar 2021, 12:15
Nur interessehalber ... Warum ist man da mit Bier im illegalen Bereich und wo ist der Unterschied zu deinem Vorhaben?
Weil ich als Privatperson in Österreich nur bereits versteuerten Agrar-Alkohol aus Destillation durch eine Kleindestille jagen darf. Alles Andere würde ein Brennrecht erfordern - das ich aktuell nicht besitze.
Sollte aber bis auf die Zusammensetzung des Gemischs im Kessel keinen großen Unterschied machen um das Prinzip mal anzutesten.
LG Chris

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#28

Beitrag von Johnny H » Donnerstag 11. Februar 2021, 13:20

Wir hatten zu dem Thema "Alkohol durch Verdampfen entfernen" schon mal eine Diskussion, und zwar nach einem der Doemens-
Seminare.

Etwa ab hier.

Die Hinweise von TheCK und JackFrost in Bezug auf die Verdampfungskurve und den hohen Aufwand (Glockenbodenkolonne, Vakuumdestillation etc.) sind m.E. alle berechtigt und korrekt. Ich glaube, das Stichwort für die Effizienz einer Destillation mit mehrfacher Verdampfung/Kondensation ist die theoretische Bodenzahl, denn mit jedem Verdampfungs- und Kondensationsprozess steigt auch die Reinheit des Destillats.

Was allerdings möglich sein könnte, und das wurde auch in dem Doemens-Thread diskutiert: die unweigerlich entstehenden Alterungscarbonyle durch längeres Kochen könnten teilweise oder ganz wieder abgebaut werden durch Aufzuckern und vor allem Aufkräusen mit sehr frischer Hefe.

Noch als Anmerkung: ich habe in der Vergangenheit ein paar Experimente gemacht im Stil "Pimp my Kaufbier". Dafür habe ich ein Kaufbier genommen, vorsichtig das CO2 in einem Topf verkocht, dann fünf Minuten mit Hopfen gekocht, den Hopfen mit Filterpapier abgetrennt, und das so gepimpte Bier mit Zucker und frischer Erntehefe wieder in die Flaschen gefüllt zur Aufkarbonisierung. Ich glaube, ich habe das drei Mal gemacht: einmal waren die Ergebnisse nicht schlecht, aber zwei Mal waren die Ergebnisse wirklich schauerlich: die Biere waren komplett durchoxidiert.
Jubel erscholl, als sich die Trinker von dem schneidigen, köstlichen, bei dem früher in Pilsen erzeugten nie wahrgenommenen Geschmack überzeugten. Die Geburt des Pilsner Bieres!
(E. Jalowetz, Pilsner Bier im Lichte von Praxis und Wissenschaft, 1930)

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#29

Beitrag von TheCK » Donnerstag 11. Februar 2021, 13:31

Johnny H hat geschrieben:
Donnerstag 11. Februar 2021, 13:20
Was allerdings möglich sein könnte, und das wurde auch in dem Doemens-Thread diskutiert: die unweigerlich entstehenden Alterungscarbonyle durch längeres Kochen könnten teilweise oder ganz wieder abgebaut werden durch Aufzuckern und vor allem Aufkräusen mit sehr frischer Hefe.
Wenn das funktioniert wäre es auf jeden Fall ein hobbymäßig machbarer Ansatz. Ich habe den Link jetzt noch nicht geöffnet, schaue ich mir definitiv später noch an. Gab es zum Aufkräusen da auch nähere Infos? Aufzuckern und aufkräusen würde ja bedeuten dass man im alkoholarmen oder alkoholfreien Endprodukt bewusst wieder eine gewisse Alkoholmenge erzeugt. Reicht der Hefe das Futter zum Abbau der Kochrückstände dann aus wenn man maximal 0,5 vol% neuen Alkohol tolerieren darf?
Wenn das vom Vorgehen her funktioniert würde es ja ausreichen das Bier in kurzer Zeit (also mit möglichst großer Heizleistung) auf etwa 50% zu reduzieren, auf die Ursprungsmenge zurückzuverdünnen (reduziert dann nochmals den verbleibenden Rest-Alkoholgehalt sofern noch vorhanden) und dann mit dem Aufkräusen noch die Kochrückstände zu entfernen.
Wäre auch mal einen Versuch wert.
LG Chris

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Re: Alkoholarmes Bier durch Erhitzung

#30

Beitrag von Johnny H » Donnerstag 11. Februar 2021, 14:35

Wie gesagt, meine Ergebnisse bzgl. "Pimp my Kaufbier" (wenngleich mit etwas anderer Zielsetzung) waren eher durchwachsen in Bezug auf den Abbau der Alterungscarbonyle... aber einmal hat es definitiv funktioniert, und die Ergebnisse waren durchaus trinkbar.

Wenn man pauschal mit 10g/l aufzuckert, erzeugt man nach Faustregel 5g/l CO2 und 5g/l Alkohol. Man addiert also dadurch etwa 0,5 Vol.% Alkohol.

Und noch eine Anmerkung: wenn man das eigene Bier aufkocht, kocht man höchstwahrscheinlich auch noch Hefereste mit. Das stelle ich mir nicht angenehm vor... und ob das auch noch von den frischen Kräusen verstoffwechselt wird, weiß ich nicht.
Jubel erscholl, als sich die Trinker von dem schneidigen, köstlichen, bei dem früher in Pilsen erzeugten nie wahrgenommenen Geschmack überzeugten. Die Geburt des Pilsner Bieres!
(E. Jalowetz, Pilsner Bier im Lichte von Praxis und Wissenschaft, 1930)

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