Mythos Kühl­schiff

Bild 1: Ablaufventile mit Hopfenseiher bei der Augustinerbräu, Kloster Mülln OG

Ich las­se mei­ne Wür­ze ein­fach über Nacht abküh­len, das hat man frü­her mit den Kühl­schif­fen schließ­lich auch gemacht“. Eine Aus­sa­ge die mir so schon öfter begeg­net ist und deren Sinn­haf­tig­keit aber auch deren Wahr­heits­ge­halt ich auf den Grund gehen will.

War­um kühlen?

Mit dem Abküh­len der Wür­ze nach dem Kochen ver­folgt der Brau­er, bewusst und unbe­wusst, unter­schied­li­che Zie­le. Das offen­sicht­lichs­te ist: er will die Wür­ze in einen Tem­pe­ra­tur­be­reich brin­gen, bei dem die Hefe kei­nen Scha­den mehr nimmt. Hefen sind, rela­tiv gese­hen, recht hit­ze­emp­find­lich. In der Regel reicht ein Warm­hal­ten für 20 Minu­ten bei 50–65°C um Hefen abzu­tö­ten. [ ]

Ein wei­te­rer Vor­gang, den der Brau­er mit dem Abküh­len ver­folgt, ist die Iso­me­ri­sie­rung der Hop­fen­bit­ter­stof­fe zu stop­pen. Dabei spielt die Tem­pe­ra­tur eine aus­schlag­ge­ben­de Rol­le. Bei Tem­pe­ra­tu­ren unter 80°C fin­det kei­ne nen­nens­wer­te Iso­me­ri­sie­rung der fast unlös­li­chen α‑Säure zur lös­li­chen Iso-​α-​Säure mehr statt. [ ] Das heißt, eine Abküh­lung unter 80°C „fixiert“ auch die Bit­te­re im Bier. Je repro­du­zier­ba­rer die­se Abküh­lung statt­fin­det und je schnel­ler, des­to repro­du­zier­ba­rer ist auch das Ergebnis.

Ein rasches Abküh­len auf Anstell­tem­pe­ra­tur ist zudem akti­ver Schutz vor Infek­tio­nen. Zum einen stellt der Tem­pe­ra­tur­be­reich zwi­schen 40°C und 20°C ein beson­de­res Risi­ko dar, da hier vie­le bier­schäd­li­che Mikro­or­ga­nis­men idea­le Wachs­tums­be­din­gun­gen vor­fin­den. [ ] Des wei­te­ren sorgt eine schnel­le Zuga­be der Hefe durch den pH- Sturz, die Bil­dung von Alko­hol und Koh­len­di­oxid und durch die Auf­zeh­rung von Sauer­stoff und Nähr­stof­fen in der Wür­ze für einen wei­te­ren Schutz vor Infek­tio­nen. Wer hier glaubt, dass Aus­schlag­wür­ze durch die vor­an­ge­gan­ge­ne Kochung ste­ril ist, der irrt. Die Spo­ren der soge­nann­ten Thermo­bak­te­ri­en, auch Wür­ze­bak­te­ri­en, über­le­ben das Kochen und sor­gen für Fehl­aro­men im fer­ti­gen Bier. [ ]

Dane­ben ver­folgt der Brau­er mit der Abküh­lung der Wür­ze die voll­stän­di­ge Abschei­dung des Heiß­trubs und die Ent­fer­nung des Kühl­trubs. [ ]

Ein Effekt, den der Brau­er durch rasches Abküh­len unbe­wusst erzielt, ist zu unter­bin­den, dass sich wei­ter­hin Dime­thyl­sul­fid (DMS) aus S‑Methylmethionin (DMS‑P) bil­det, das dann aber nicht mehr durch kochen aus­ge­trie­ben wird und so zu Geschmacks­feh­lern führt. Dies wird bei Tem­pe­ra­tu­ren unter 80°C unter­bun­den. [ ]

Was ist ein Kühlschiff?

Ein Kühl­schiff ist ein fla­ches und offe­nes Gefäß, meis­tens aus Edel­stahl oder Kup­fer, frü­her auch aus Eisen, in das die hei­ße Wür­ze aus­ge­schla­gen wird, um abzu­küh­len. Dabei steht die Wür­ze etwa 15–25 cm hoch [ ]. Neben der Wür­ze­küh­lung dient es auch dazu den Trub abzusetzen.

Kühl­schif­fe waren immer im obers­ten Stock­werk der Braue­rei ange­bracht. Zum einen war hier die Luft sau­ber, zum ande­ren war so, ent­we­der über Jalou­sien oder eine Fil­ter­an­la­ge, der Zutritt der Kühl­luft und der Abtrans­port der Dampf­schwa­den gewährleistet.

Im Win­ter, da hier die Luft weni­ger Mikro­or­ga­nis­men und Staub ent­hielt, ver­blieb frü­her die Wür­ze in klei­nen Betrie­ben teil­wei­se bis 12 Stun­den auf dem Kühl­schiff, wobei sie auf Anstell­tem­pe­ra­tur abkühl­te. Die­ses Vor­ge­hen ist aber die abso­lu­te Aus­nah­me und sorg­te meist für eine kur­ze mikro­bio­lo­gi­sche Halt­bar­keit des Bie­res. Im Nor­mal­fall wird nach etwa 30 Minu­ten bis 2 Stun­den die Wür­ze vor­sich­tig abge­zo­gen und somit vom Trub getrennt. [ ] Dabei wird auf dem Kühl­schiff die Wür­ze meist nur bis etwa 60–80°C abge­kühlt. Im Anschluss wird mit­tels Kühlap­pa­rat, heu­te meis­tens Plat­ten­wär­me­tau­scher, frü­her Berie­se­lungs­küh­ler, rasch auf Anstell­tem­pe­ra­tur wei­ter­ge­kühlt. [ ] [ ]

Bild 1: Ablaufventile mit Hopfenseiher bei der Augustinerbräu, Kloster Mülln OG

Bild 1: Ablaufventile mit Hopfenseiher bei der Augustinerbräu, Kloster Mülln OG

Die Arbeits­wei­se des Kühlschiffs

Bei der Arbeits­wei­se des Kühl­schiffs las­sen sich zwei Effek­te unter­schei­den. Zuerst mal dürf­te klar sein, dass die Mas­se des Metalls zunächst Ener­gie in Form von Wär­me auf­nimmt, und zwar aus der Wür­ze, die sich ent­spre­chend abkühlt. Die Kenn­grö­ße, mit der sich die­ser Vor­gang beschrei­ben lässt, ist die spe­zi­fi­sche Wär­me­ka­pa­zi­tät [c], die angibt, wie viel Ener­gie nötig ist, um 1\: Kg eines Stof­fes um 1\: K zu erwär­men. Die liegt bei Kup­fer bei 385\: J/kg*K, bei Eisen bei 439\: J/kg*K und bei legier­tem Stahl bei etwa 500\: J/kg*K.

Ein Kühl­schiff mit einer Sei­ten­län­ge von 5mx5m und einer Wür­ze­hö­he von 20\: cm, das aus Stahl gefer­tigt wur­de, wiegt dabei etwa 910\: kg\: [m] und hat einen Inhalt von 50\: hl. Das heißt das die Erwär­mung des Kühl­schif­fes um 1\: K der Wür­ze etwa 455\: kJ enzieht.

Über die Rich­mann­sche Mischungs­re­gel, lässt sich damit die Misch­tem­pe­ra­tur T_m bestimmen:

\[ T_m = \frac{m_1*c_1*T_1+m_2*c_2*T_2}{m_1*c_1+m_2*c_2} \]

Mit den oben genann­ten Wer­ten ergibt sich dadurch bereits eine Abküh­lung um etwa 2\: K.

Der weit­aus grö­ße­re Kühl­ef­fekt stellt sich aber durch die Ver­duns­tung, auch adia­ba­ti­sche Küh­lung genannt, ein. Sie beruht dar­auf, dass die ein Stoff zur Ände­rung sei­nes Aggre­gat­zu­stan­des – in die­sem Fall von flüs­si­gem Was­ser in den gas­för­mi­gen Zustand – Ener­gie braucht. Aus die­sem Grund ist die Ober­flä­che ein wich­ti­ges Kri­te­ri­um bei Kühl­schif­fen. Den Effekt kennt jeder, der schon ein­mal nach dem Schwim­men oder ver­schwitzt nass im Wind stand.

Um als Bei­spiel die Wür­ze von 90°C auf 60°C auf dem Kühl­schiff abzu­küh­len, reicht eine Ver­duns­tung von etwa 5% des Volu­mens. Durch die gro­ßen Ober­flä­chen und den guten Luft­aus­tausch über der Flüs­sig­keit wird das meist in weni­ger als 60 Minu­ten erreicht. [ ]

War­um sind Kühl­schif­fe sel­ten geworden…

Die moder­nen Anfor­de­run­gen an die (mikro­bio­lo­gi­sche) Halt­bar­keit von oft mehr als 12 Mona­ten und die offe­ne Bau­wei­se des klas­si­schen Kühl­schiff sind heu­te oft schwer zu ver­ein­ba­ren. Das klas­si­sche Kühl­schiff wur­de zwar im Lau­fe der Zeit wei­ter­ent­wi­ckelt, etwa durch den Ein­satz von Abde­ckun­gen und Ste­r­il­luft­an­la­gen, aber Auf­wand und Nut­zen ste­hen hier im Ver­gleich zu moder­nen Wär­me­tau­schern in kei­nem guten Verhältnis.

Der wich­tigs­te Grund dürf­ten aller­dings die Kos­ten sein. Ein moder­ner Wär­me­tau­scher hat einen wesent­lich höhe­rer Wir­kungs­grad und die Mög­lich­keit der Ener­gie­rück­ge­win­nung. Das heißt im Braue­rei­all­tag weni­ger Zeit­auf­wand beim Küh­len. Dazu kommt ein hoher Pfle­ge­auf­wand und Arbeits­ein­satz, da sich vie­le Pro­zes­se, wie etwa die Rei­ni­gung, nur mäßig auto­ma­ti­sie­ren las­sen. Zudem sind die Wür­ze­ver­lus­te im Ver­gleich zu moder­nen, geschlos­se­nen Sys­te­men recht hoch oder sie müs­sen mit zusätz­li­chen Pro­zes­sen, wie einer Trub­zen­tri­fu­ge, kon­trol­liert werden.

…und war­um fei­ern sie eine Renaissance?

Bie­ren, die auf dem Kühl­schiff abküh­len, wird nach­ge­sagt, dass sie mil­der im Geschmack sind. Tech­no­lo­gisch könn­ten dafür meh­re­re Grün­de sprechen.

Mit Sicher­heit wer­den durch die hohe Ver­damp­fung (8–10%) auf dem Kühl­schiff sehr effi­zi­ent uned­le und unge­woll­te, flüch­ti­ge Aro­ma­stof­fe aus­ge­trie­ben. Die­ses „Aus­st­in­ken“, wie es der Brau­er nennt, wird heu­te mit viel tech­ni­schem Auf­wand in hoch­kom­ple­xen Kochungs­sys­te­men, wie z.B. der Dünn­film­ko­chung oder dem Strip­ping, for­ciert und fand auf dem Kühl­schiff prak­tisch auf natür­li­chem Wege statt. [ ]

Ein wei­te­rer Aspekt, der mei­nes Wis­sens noch nicht erschöp­fend erforscht wur­de, sich aber in Ansät­zen zum Bei­spiel im Hand­buch der Braue­rei und Mäl­ze­rei von Prof. Schön­feld in den 1930ern beschrie­ben wur­de, ist die „Abrun­dung“ des Bit­te­r­ein­druck durch oxi­da­ti­ve Vorgänge.

Zuletzt trägt aber sicher auch der Gedan­ke des „Slow Foods“ und der tra­di­tio­nel­len Her­stel­lungs­wei­se bei Lebens­mit­tel zur Rück­be­sin­nung auf Kühl­schif­fe bei.

Bild 2: Kühlschiff bei der Augustinerbräu, Kloster Mülln OG

Das hier abge­bil­de­te Kühl­schiff befin­det sich bei der Augus­ti­ner­bräu, Klos­ter Mülln OG in Salz­burg. Es wur­de 1912 von der Fir­ma Göggl und Sohn gebaut. Die Anla­ge ist für 90hl Aus­schlag­wür­ze kon­zi­piert. Durch die Abmes­sun­gen von 9m auf 8m ergibt sich eine Wür­ze­hö­he von etwa 12,5 cm.

Ver­gleich Kühl­schiff und über Nacht abkühlen

Mag nun das über Nacht abküh­len dem Kühl­schiff ähn­lich erschei­nen, so hat es doch ganz gra­vie­ren­de Unter­schie­de. Wie oben gezeigt, beruht die Funk­ti­ons­wei­se des Kühl­schiffs vor allem auf Ver­duns­tungs­ef­fek­ten, so las­sen die meis­ten Heim­brau­er, aus Angst vor Infek­tio­nen, die Wür­ze in geschlos­se­nen Behäl­tern abküh­len. Der Deckel ver­hin­dert aber genau die­se Ver­duns­tung. Was bleibt, ist die Abküh­lung durch Wär­me­lei­tung durch die Behäl­ter­wand und Kon­vek­ti­on im Behäl­ter. Bei­de Effek­te sind bei wei­tem nicht so effek­tiv wie die Verdunstung.

Dane­ben ver­hin­dert der Deckel das Aus­trei­ben flüch­ti­ger Stof­fe, das soge­nann­te Aus­st­in­ken. Dazu gehört auch bis 80°C noch das Aus­trei­ben von DMS. Mit einem Deckel kon­den­siert das DMS dar­an und tropft zurück in den Sud.

Ein Abküh­len über Nacht mit einem offe­nen Behäl­ter ist aller­dings mit den Mit­teln des Hob­by­brau­ers auch nicht rat­sam. Wie gesagt wird im Nor­mal­fall die Wür­ze nur bis zu einer Tem­pe­ra­tur von 60–80°C abge­kühlt. Das dau­ert zwi­schen 30 Minu­ten und 2 Stun­den. Dane­ben wur­den Kühl­schif­fe absicht­lich am höchs­ten Punkt der Braue­rei errich­tet, wo die Luft kei­mär­mer und staub­frei­er ist als in Boden­nä­he. In vie­len Fäl­len wur­de die Luft sogar auf­be­rei­tet. Ins­ge­samt muss man aber die­se his­to­ri­schen Ver­fah­ren im gesam­ten Kon­text betrach­ten. Die Halt­bar­keit von vie­len Bie­ren war frü­her nur weni­ge Wochen.

Gera­de die Dau­er, die das Bier auf dem Kühl­schiff ver­bringt, ist hier aus­schlag­ge­bend. Vie­le bel­gi­sche Bie­re mit spon­ta­ner Gärung wer­den auf die­se Wei­se her­ge­stellt. So ver­bleibt die Wür­ze bei der Lambic-​Herstellung etwa 10–12 Stun­den auf dem Kühl­schiff, wobei sie eben auch mit ande­ren Gärungs­or­ga­nis­men infi­ziert wird. Dazu kommt, dass sich das die Brau­er in Bel­gi­en auch nur im Win­ter trau­en, wenn die Luft ent­spre­chend sau­ber ist und wenig Pol­len und Insek­ten unter­wegs sind. [ ]

Fazit: Über Nacht in einem geschlos­se­nen Behäl­ter abküh­len hat recht wenig mit dem klas­si­schen Kühl­schiff zu tun, und offe­nes Abküh­len über die Dau­er einer gan­zen Nacht eig­net sich vor allem zur Her­stel­lung spon­tan ver­go­re­ner Biere.

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