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Autor: Betreff: Isomerisierung im Whirlpool (Temperaturabhängigkeit)
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philippst
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red_folder.gif erstellt am: 16.10.2014 um 19:11  
Liebe Braugenies da draussen,

Ich werde in den kommenden Monaten die Ehre haben, auf einer 20hl Anlage Bier brauen zu dürfen.
Bei diesem Sud würde ich gerne eine extensive Whirpoolhopfung vornehmen, da das Bier aber nicht über 20IBUs haben soll, muss ich die Isomerisierung, die im WP noch stattfindet, halbwegs in den Griff bekommen. Auch weiß ich (noch) nicht besonders viel über industrielle WPs an sich(Kunze und Naziss sind bestellt). So weit ich weiß sind Zeiten von >1h bei über 90°C durchaus üblich.

Im Hobbymassstab habe ich sehr gute Erfahrungen mit ausgedehnten Whirlpoolhopfungen unter 80°C für 30+min gemacht. Das hat kaum Bittere gebracht aber schön viel Aroma. Nun glaube ich nicht, dass die Temperatur in einem industriellen setting leicht zu steuern ist. Außerdem würde ich mich aus der Grauzone: "kaum Bittere" gerne herausbewegen. Es geht ja schließlich um was.

Daher die Fragen:
Gibt es Faustregel/Formel für die Isomerisierungsgeschwiindigkeit in Abhängigkeit der Temperatur (in % der Isomerisierungsgeschwindigkeit bei 100°C)?
Ist es im industriellen Massstab möglich eine Whirlpoolhopfung ohne Bitterstoffeintrag durchzuführen?


Ich hoffe auf eure Hilfe und bitte nicht hauen,

Philipp

P.S.:

An Boludo: Danke für deine Antwort an dieser Stelle.


[Editiert am 17.10.2014 um 12:31 von philippst]



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Boludo
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red_folder.gif erstellt am: 16.10.2014 um 19:21  
Also bei uns dauert so ein Whirlpool locker ne Stunde, wenn nicht länger, bis die ganze Würze durch den Kühler gepumpt ist.
Die 4-5hl kühlen sehr langsam aus, man ist eigentlich die gesamte Zeit über 90°C.
Ich verrechne die Bitterstoffausbeute im WP mit ca 20% und finde, das passt so halbwegs.
Bei einem IPA ist das auch nicht so wild, wenn´s mit den IBU um 5 hin oder her geht.
Bei einem Märzen mach ich nur Vorderwürzehopfung und eventuell eine Bitterhopfengabe mach Kochbeginn.
Da passt auch zu viel Hopfenaroma nicht rein und man sollte die IBU auch halbwegs treffen, was in dem Fall sehr gut zu berechnen ist.
Wenn Du auf Nummer sicher gehen willst, dann nimm extragroße Hopfensäcke, dann kannst Du den Hopfen einfach wieder rausfischen und die Nachisomerisierung ist erledigt.
Frag mal JanBr, der hat mit so was Erfahrung.

Stefan
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JanBr
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red_folder.gif erstellt am: 16.10.2014 um 19:29  
Das lässt sich so pauschal nicht sagen. Wir kühlen im Maximum 50hl innerhalb von 30 Minuten.

Ich würde, bevor du deinen Sud braust, einen Sud mitverfolgen und solche Sachen wie z.B. die Whirlpoolrast Dauer, die Dauer zum Kühlen usw. einfach messen.

Wenn du nicht mit Dolden und einem Seier arbeitest, ist auch die Zeit zum Ausschlagen interessant (zumindest bei unseren Mengen die wir zum Ausschlagen geben)

Gruß

Jan


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red_folder.gif erstellt am: 16.10.2014 um 19:47  
Achso, sorry.

Das sind die "Hopfensäckchen" die wir für Dolden verwenden. Muss man nur unten noch zunähen. Sind lebensmittelecht und kochfest.

Gruß

Jan


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red_folder.gif erstellt am: 16.10.2014 um 20:01  
welche Lösung ist es für die Dolden denn geworden?
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JanBr
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red_folder.gif erstellt am: 16.10.2014 um 20:14  
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philippst
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 07:09  

Zitat von Boludo, am 16.10.2014 um 19:21

Ich verrechne die Bitterstoffausbeute im WP mit ca 20% und finde, das passt so halbwegs.


Wie kamst du auf den Wert? Hast du irgendwelche Quellen dafür? (Nicht, dass ich dich in frage stellen wollte, ich möchts nur verstehen)

Jan:

Das Problem ist, dass ich quasi das Auftaktsbier brauen soll, also das erste mal mit der Anlage Bier brauen. Es wird also kaum Erfahrungswerte geben.
Was meinst du mit der Zeit bis zum Ausschlagen? Stehe gerade etwas auf dem Schlauch. Ich werde übrigens nur mit Pellets arbeiten.

Ich habe mal irgendwo gelesen, dass die Isomerisierungsgeschwindigkeit pro 10°C unter 100°C um 50% abnimmt. Kann man mit diesen Angaben arbeiten?

lg Philipp


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Boludo
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 07:23  
Die 20% sind geschätzt.
Der MMuM Rechner spukt 22%-26%, wenn man 60 min Nachisomerisierung bei 95°C eingibt (je nach Stammwürze).

Zitat:
Ich habe mal irgendwo gelesen, dass die Isomerisierungsgeschwindigkeit pro 10°C unter 100°C um 50% abnimmt. Kann man mit diesen Angaben arbeiten?


Ja, es wird in der Tat immer wieder behauptet, dass sich die Reaktionsgeschwindigkeit pro 10 Kelvin halbiert bzw verdoppelt.
Ich habe in meinem Leben schon mehrere tausend chemische Reaktionen durchgeführt und kann das überhaupt nicht bestätigen.

Stefan


[Editiert am 17.10.2014 um 07:35 von Boludo]
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JanBr
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 07:44  
Wie ja auch schon öfter hier angesprochen wird das Problem einer "exakten" Hopfenberechnung umso wichtiger je weniger IBUs das Bier hat und je früher der Hopfen gegeben wird. Exakt deshalb in "" weil alle Berechnungen auf empirischen Formeln der Hopfenausnutzung beruhen.

Warum ich das schreibe? Ich braue größten Teils sehr hopfenbetonte Biere. Bei 65 IBU machen 10% hin oder her nichts aus. Deshalb passen die folgenden Aussagen für mich, können aber natürlich bei einem Zielwert von 20 IBU nicht zum gewünschten Ergebnis führen, weil 20 IBU in etwa meiner persönlichen Geschmacksschwelle entspricht ;)

Welche Probleme ich für dich sehe, wenn du noch keinerlei Werte für die Anlage hast:

1.) Wie lange braucht die Pumpe um das Bier aus der Pfanne in den Whirlpool zu bringen? (das ist sehr interessant wenn du sehr späte aber große Aromagaben gibst. Es macht einen Unterschied ob 40g Alphasre je hl 5 Minuten oder 10 Minuten isomerisieren)
2.) Wie lange ist die Whirlpoolrast, also die Zeit zwishen Einlauf in den Whirlpool und Anfang Kühlen? Welche Temperatur herscht im Whirlpool am Ende der Whirlpoolrast? (Im Whirlpool kühlt die Würze ja langsam aus. Interessant ist hier die Zeit über 90°C. Allerdings nimmt die Isomerisierungsgeschwindigkeit ja mit der Tempartur auch ab.)
3.) Wie lange dauert das Kühlen, aus dem Whirlpool in den Gärkeller? Wie lange dauert es bis die Würze im WP 90°C erreicht hat?

Pellets haben vor und Nachteile. Der größte Vorteil ist das kleine Volumen in der Pfanne und im WP. Ein Nachteil ist das Abtrennen. Deine Berechnungen bzw. Annahmen zur Bitterung müssen exakter sein, weil der Hopfen bis zum WP in der Würze bleibt. Mit Dolden im Seier oder in einem Sack ist das nicht so exakt, weil ich einfach nach x Minuten den Hopfen aus der heißen Würze entfernen kann.

Zur Geschwindigkeit der Isomerisierung in Abhängigkeit der Temperatur habe ich keine Werte im Kopf, bin mir aber fast sicher das es im Narziss dazu was gibt.

Gruß

Jan


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Boludo
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 07:54  
Das mit den 20 IBU les ich jetzt erst, sorry.
Vermutlich erreichst Du die bereits allein durch die Whirlpoolhopfung, vor allem, wenn es sich wirklich um große Mengen handelt.
Hotte hat mal so ein Hefeweizen gemacht, aber das wird dann wirklich zur Lotterie.
Ganz schwierig, würd ich sagen, eigentlich kaum machbar.
Wenn Du es allerdings irgend wie schaffst, die Whirlpooltemperatur auf 80°C zu senken, hast Du gute Karten, dass das was wird. Keine Ahnung, wie das technisch realisierbar ist, aber ich denke, das ist Deine einzigste Chance.
Ich hab auch schon IPAs mit so einer 80°C WPH getrunken und da kann man sich das Stopfen beinahe sparen.

Ganz blöde Frage: Warum nur 20 IBU?


Stefan


[Editiert am 17.10.2014 um 08:01 von Boludo]
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 08:01  
Sehr interessante Gedanke, Jan!

Was ich mich bei einer Whirlpoolhopfung immer frage:
Solange die (zerfallenen) Pellets noch munter kreiseln, ist mir klar, dass nachisomerisierte Alphasäure auch in Lösung geht. Was ist aber, wenn der Hopfen schon als kompakter Kegel am Boden sitzt? Kommt da die Iso-Alphasäure überhaupt noch in der Würze an?

Was ist also die Nachisomerisierungszeit, die ich z.B. in die gängigen Bitterungsrechner (ob deren Ergebnisse nun exakt sind oder nicht) eintragen muss:
Von der Whirlpoolgabe bis zur Ausbildung des Trubkegels?
Von der Whirlpoolgabe bis zum Beginn des Hopfenseihens?
Von der Whirlpoolgabe bis zum Ende des Hopfenseihens?

Schon bei meiner Winzlings-Anlage hätte ich da eine Unschärfe von bis zu über einer halben Stunde, bei großen Anlagen sicherlich noch viel mehr.

Moritz


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Glaubte ich an die Reinkarnation, so wollte ich als Hefepilz wiedergeboren werden.
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Boludo
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 08:02  
IBU = Ich bin unsicher!

Eigentlich hilft nur schätzen, brauen, messen, Hopfenmenge anpassen und noch mal brauen und messem.
Selbst Schneider in Kehlheim hatte bei der Hopfenweisse schon alles zwischen 30 und 50 IBU (statt geplanten 40 IBU).


Stefan


[Editiert am 17.10.2014 um 08:03 von Boludo]
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JanBr
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 08:16  

Zitat von Bierjunge, am 17.10.2014 um 08:01
Sehr interessante Gedanke, Jan!

Was ich mich bei einer Whirlpoolhopfung immer frage:
Solange die (zerfallenen) Pellets noch munter kreiseln, ist mir klar, dass nachisomerisierte Alphasäure auch in Lösung geht. Was ist aber, wenn der Hopfen schon als kompakter Kegel am Boden sitzt? Kommt da die Iso-Alphasäure überhaupt noch in der Würze an?

Was ist also die Nachisomerisierungszeit, die ich z.B. in die gängigen Bitterungsrechner (ob deren Ergebnisse nun exakt sind oder nicht) eintragen muss:
Von der Whirlpoolgabe bis zur Ausbildung des Trubkegels?
Von der Whirlpoolgabe bis zum Beginn des Hopfenseihens?
Von der Whirlpoolgabe bis zum Ende des Hopfenseihens?

Schon bei meiner Winzlings-Anlage hätte ich da eine Unschärfe von bis zu über einer halben Stunde, bei großen Anlagen sicherlich noch viel mehr.

Moritz


Hallo Moritz,

meiner Meinung nach ist der ganze Bereich WP Hopfung alles andere als trivial.

Das Gleichungssystem beinhaltet einige unbekannte und vor allem auch Variable:

1.) Wie gut löst sich die Iso- Alphasre im inneren des Kegels? An der Oberfläche des Kegels?
2.) Durch das Abziehen aus dem WP in den WT ist die Flüssigkeitsmenge im WP und die mit einer Temperatur über 90°C nicht konstant, sondern nimmt über die Zeit ab.
3.) Gleichzeitig nimmt die Tempartur dieser veränderlichen Menge auch ab.
4.) Wenn der WP langsam leer wird, kommt der Moment wo der Trubkegel "trockenfällt", also der Würzespiegel so weit sinkt das der Trubkegel oben rausschaut. Ab diesem Moment läuft stark angereicherte Würze aus dem Trubkegel ab und in die Würze

Das sind nur die Einflussfaktoren die mir immer durch mein unwissendes Hirn spuken. Sicher gibt es noch mehr.

Zitat:
Wenn Du es allerdings irgend wie schaffst, die Whirlpooltemperatur auf 80°C zu senken, hast Du gute Karten, dass das was wird. Keine Ahnung, wie das technisch realisierbar ist, aber ich denke, das ist Deine einzigste Chance.


Ja, das gibt es. Im Groben haben sich meines Wissens nach zwei Verfahren etabliert.

Ohne viel Umbau und dergleichen: Man braut High Gravity und drückt beim Ausschlagen länger mit kalten Wasser in den WP nach bis die Temperatur eben unter 90- 85°C fällt. Reden wir mit einem Ausschlag mit 100°C, muss man halt ungefähr mit 30 Liter (bei 15°C) nachdrücken. D.h. aber auch um 15°P in der Anstellwürze zu haben muss man mit um die 21°P einbrauen. Hier haben viele Anlagen bereits ein Problem

Mit Umbau. Nach dem Würzekühler kommt ein Dreiwegeventil und man re- zurkuliert die Würze so lange im WP bis die Temperatur 80°C erreicht hat.

Gruß

Jan


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Bierwisch
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...noch ein Punkt der zu beachten ist - die Löslichkeit der Iso-Alphasäure sinkt mit steigender Stammwürze...


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Zitat von Bierwisch, am 17.10.2014 um 08:35
...noch ein Punkt der zu beachten ist - die Löslichkeit der Iso-Alphasäure sinkt mit steigender Stammwürze...


Woher weißt Du das?
Die Bitterstoffausbeute im fertigen Bier ist bei höherer Stammwürze geringer, das stimmt.
Aber das liegt meiner Meinung nach eher daran, dass bei höherer Stammwürze mehr CO2 entsteht, welches die Isoalphasäure bei der Gärung ausfällt.
An ein Löslichkeitsproblem glaub ich da nicht, zumindest nicht in Bezug auf die höhere Stammwürze.
Tinseth hat ja auch nicht die Isoalphasäure in der Würze, sondern nachher im Bier gemessen.
Ich hab mal Professor Narziß gefragt, woran es denn liegt, dass man keine 100% Ausbeute hat.
Er meinte dann, da müsse noch sehr viel geforscht werden...

Stefan


[Editiert am 17.10.2014 um 08:56 von Boludo]
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Bierwisch
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 09:06  
Moin Stefan,
das war eine Erkenntnis meiner Nachforschungen zu meinen IBU-Orgien im vorletzten Jahr. Ich bin mir nicht mehr sicher, woher die Info genau kam, es schien mir aber so, daß über diesen Fakt ziemliche Einigkeit besteht.

Gruß,
Bierwisch


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flying
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 09:13  
Die theoretische Löslichkeit von Iso-Alphasäure beträgt bei pH 5 ca. 2000 mg/L, also 2000 IBU. Je tiefer der pH fällt um so mehr wird unlöslich. Bei dem pH- Sturz und der CO2-Wäsche (durch die HG) wird allerdings das Meiste ausgetrieben, so dass wohl nicht mehr wie um die 80 IBU übnrigbleiben.


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"Fermentation und Zivilisation sind untrennbar verbunden"
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Boludo
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 09:22  
Bei Camba hatten sie ein Bier mit gemessenen(!) 102 IBU.
Vielleicht waren´s auch 105 IBU, auf jeden Fall über 100.
Meiner Meinung nach geistern um die Bitterstoffausbeute viel zu viele Gerüchte und richtig wissen tut es niemand so richtig.

Stefan
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Seed7
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 09:34  
Alphasauere ist nicht nur Alphasauere sonder humulone, adhumulone, und cohumulone. Humulone hat den Groessten Anteil dann das Cohumulone. Adhumulone spielt fast keine rolle.

Nun ist es so das die loeslichkeit der humulone, cohumulune und deren isomererisierten produkte unterschiedlich sind. Cohumulone ist viel besser loesslich.

Den effect der nachisomerisierung ist deshalb mehr abhaengig von der menge cohumulone im hopfen. In den berechnungen ist der ausgangspunkt ein "durchschnittlicher" hopfen. Das Cohumulone hat einen slechten namen, es gibt eine harte bittere wird gesagt. Das ist nicht der fall, das ganze bier ist einfach zu bitter geworden wenn man viel (spaeten) hopfen gibt mit einem grossen Cohumulone anteil.

Wass ich jetzt nicht genau weiss, wird die alphasaure erst geloest und dan isomerisiert oder anders herum. Ich dachte das erste, bin mir aber nicht sicher.

Und dann gibt es noch die oxidierten Beta's ....

Ingo


[Editiert am 17.10.2014 um 09:37 von Seed7]



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@Cantillon: "Le temps ne respecte pas ce qui se fait sans lui"
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Bierwisch
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 09:36  
Da hilft nur eine Versuchsreihe brauen und dann messen lassen, aber leider kenne ich niemanden, der das könnte...


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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 09:40  
So ne Messung kostet glaub um die 50 Euro, wenn man es machen lässt.
Aber man kann dann halt die Isoalphasäure messen, daneben gibt es allerdings, wie Ingo beschrieben hat, noch einige andere Moleküle, die für die Bittere zuständig sind.
Es ist dann auch sicher ein Unterschied, ob die Messung photometrisch gemacht wird oder ob man im HPLC den Isoalphasäurengehalt bestimmt
Standard ist so viel ich weiß photometrisch, aber da weiß man auch nicht so genau, was man alles mit erfaßt.
Ich denke, Professor Narziß hatte vollkommen Recht mit dem Forschungsbedarf...

Stefan
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Dale
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red_folder.gif erstellt am: 17.10.2014 um 09:51  
@Moritz: ich denke nicht, dass es darum geht, die genauen Prozesse zu verstehen. Jedem mit dem nötigen Hintergrund ist klar, dass die Physik dahinter schon hinreichende komplex ist.. Man muss auch nicht die Navier-Stokes-Gleichung lösen, um zu wissen, dass umrühren gut ist, wenn es nicht anbrennen soll. Sprich es geht doch vor allem darum, das System so weit zu bekommen, dass man mit Standardprozessen vernünftig arbeiten kann.

Evtl. sind die von Jan angebrachten Themen mit dem Herunterkühlen im Whirlpool da einfach der bessere Weg als es den komplizierten Fall unbedingt verstehen zu wollen. Akademisch führt das vermutlich eh nicht zu neuen Erkenntnissen und wenn ich 20 Parameter habe, die ich kontrollieren muss, lande ich entweder bei DOE und einem viel zu großen Parameterraum oder wieder bei schätzen und Erfahrung..

Grüße,
Dale.
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Zitat:
ich denke nicht, dass es darum geht, die genauen Prozesse zu verstehen


;( Leider doch.... da läßt mir mein wissenschaftliches Gewissen keine Ruhe. Verstehen ist Kontrollieren

Zitat:
Standard ist so viel ich weiß photometrisch, aber da weiß man auch nicht so genau, was man alles mit erfaßt.


Das ist ein weiteres Problem. Die ganze Analytik ist nicht sehr belastbar. Ich hab ja meine Diplomarbeit über einige Hopfeninhaltsstoffe geschrieben. Auf diesem Feld ist die Analytik leider nicht extrem exakt.

Man kann z.B. eine Zunahme der AlphSre. durch stopfen photometrisch messen, obwohl es in der Praxis nicht sein kann.

Das hat etwas von Schießen auf ein bewegtes Ziel mit verbundenen Augen.

Das ganze Ausmass zieht sich aber noch weiter. Aus Versuchsreihen weiss man auch bei der konduktometrischen Bestimmung der AlphSre des Hopfens (Standardmethode nach MEBAK) eben auch andere Stoffe, die einer natürlichen Schwankung unterligen und sich nicht linear zur AS verhalten, mitbestimmt werden. D.h. die Analysewerte des Hopfens sind schon mit einem nicht systematischen Fehler behaftet. Ich glaube Weyh hat hier Schwankungen bis zu 20% in den Analysenwerten identischer Würzen festgestellt.

Zitat:
Alphasauere ist nicht nur Alphasauere sonder humulone, adhumulone, und cohumulone. Humulone hat den Groessten Anteil dann das Cohumulone. Adhumulone spielt fast keine rolle.


Ja, das ist aber auch nur die Spitze des Eisbergs. Die Isohumolone liegen als Stereoisomere vor, deren CIS und TRANS Formen sich ebenfalls in der Bittere unterscheiden.

Was man auch nicht vergessen sollte sind die oxidativen Abbauprodukte der BetaSre, die sowohl löslich als auch bitternd wirken. Allerdings ist Ihre Bitterkraft nur ca. 1/3 so hoch wie bei der Alphasre.

Ausserdem besitzen die verschiednen Bestandteile bzw. Abbauprodukte verschiedene pKs Werte, d.h. sie werden auch beim pH Sturz unterschiedlich stark ausgeschieden und werden somit dem Bier entzogen. die Zusammensetzung unterliegt aber auch hier der natürlichen Schwankung. So wird Cohumolon auf Grund der höheren Polarität eben weniger ausgeschieden. Folglich bringen Hopfen mit höheren Cohumolongehalten mehr Bittere ins fertige Bier.

Aber was nützen und all diese Erkentnisse? Nichts, denn die einzige Möglichkeit sie zu umgehen wäre den Hopfen an einer Säule zu fraktionieren und seine Bestnadteile danach standardtisiert zusammen zu mischen um immer das selbe Ergebnis zu erzielen. Das wäre der naturwissenschaftliche Ansatz.

Der Ansatz des Brauers heisst Erfahrung um auf Schwankungen zu reagieren.

Gruß

Jan


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Boludo
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Dann bräuchte man eigentlich für jedeHopfenberechnung eine komplette Hopfenanalyse, oder?
Zum Glück kommt man mit den normalen Tinseth basierten Hopfenrechnern zu einem ganz passablen Ergebnis, obwohl die eigentlich gar nicht richtig funktionieren dürften.

Stefan
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Zitat:
Dann bräuchte man eigentlich für jedeHopfenberechnung eine komplette Hopfenanalyse, oder?


Auch das würde dir nichts bringen, denn alle relevanten Stoffe liegen ja als Gemisch vor.

Beispiel:
Die Ernte 2014 hätte doppelt so viel Cohumolon bei gleicher BetaSre wie 2013. Was machst du jetzt?

Ich sag ja, du müsstest den Hopfen an z.B. einer Säule auftrennen und dann wieder zusammenbauen. Stoffe wie Xanthohumol werden so angereichert, sind dann allerdings schweineteuer....

Gruß

Jan


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