Brauen mit Ludwigs Leichtbierhefe

Lange Zeit galt für Hobbybrauer, dass die Herstellung alkoholfreier Biere für sie praktisch unmöglich ist. Der technische Aufwand für Verfahren zur Entalkoholisierung war einfach zu groß. Seit einigen Jahren existieren aber auch für Hobbybrauer brauchbare Möglichkeiten, bei denen man Alkohol während der Gärung gar nicht erst in Mengen entstehen zu lässt, die die Grenze von 0,5%vol überschreiten.

Der schon Ende des 19. Jahrhundert in Wein entdeckte Hefestamm Saccharomycodes ludwigii wurde von Enthusiasten unter den Hobbybrauern schon vor einigen Jahren für sich entdeckt und unter anderem im Hobbybrauerforum viel diskutiert [ ], [ ], [ ], [ ]. Seit einiger Zeit ist die Hefe nun aber auch offiziell und ständig bei der Hefebank Weihenstephan für Sammelbestellungen verfügbar (Mindestabnahme 10 Starter) [ ] - Zeit also, die Erkenntnisse über das Brauen mit diesem Stamm einmal zusammenzufassen.

Alkoholfrei = ohne Alkohol?

Zunächst sollte geklärt werden, was überhaupt ein alkoholfreies Bier ist, denn es bedeutet nicht, dass dieses Bier absolut keinen Alkohol enthält. Vielmehr wird per Verordnung festgelegt, bis zu welchem Anteil Alkohol keine physiologischen Auswirkungen auf den menschlichen Körper zu erwarten sind, etwa auf die Fahrtauglichkeit.

Wo dieser Grenzwert liegt, ist selbst innerhalb Europas nicht einheitlich geregelt. In Deutschland, Österreich und der Schweiz dürfen  Biere, die einen Alkoholgehalt bis zu 0,5%vol haben, als alkoholfrei deklariert werden, während etwa in Frankreich und Spanien höhere und in Großbritannien niedrigere Grenzwerte gelten.

Bedingt durch den geringen Alkoholgehalt müsste man also unrealistische hohe Mengen - etwa das Zehnfache - an alkoholfreiem Bier trinken, um die gleiche Wirkung wie bei normalem Bier zu erzielen. Dass Menschen mit speziellen Voraussetzungen, etwa trockene Alkoholiker oder Schwangere, trotzdem auch auf alkoholfreies Bier verzichten, hat eher psychologische Gründe.

Etwas Geschichte

Erste Versuche zur Herstellung alkoholfreien Biers gab es schon unter dem Eindruck der Abstinenz-Bewegungen Ende des 19. Jahrhunderts und zu Zeiten der Prohibition in den USA. Auf Grund mangelhafter Qualität und fehlender Akzeptanz wurden diese Versuche aber schnell wieder eingestellt.

In den 1960er Jahren entwickelte die Brauerei Hürlimann in der Schweiz ein mit einer speziellen Hefe gebrautes Bier unter dem Namen Oro, später Birell, und vertrieb es recht erfolgreich in vielen europäischen Ländern und in den USA [ ].

Abb. 1: Aubi-Etikett der Engelhardt-Brauerei

Das erste großtechnisch anwendbare Verfahren zur Entfernung des Alkohols aus Bier in Deutschland wurde Ende der 1960er Jahre erstaunlicherweise im Ostberliner Getränkekombinat entwickelt und im "Autofahrerbier" AUBI zur Produktionsreife gebracht [ ]. Dafür wurde das Bier mit geringer Stammwürze von etwa 7°P eingebraut, unterkühlt vergoren und pasteurisiert, sodass es am Ende nur 0,3%vol Alkohol hatte.

Entalkoholisierung

Wenn man alkoholfreies Bier brauen möchte, hat man generell zwei Möglichkeiten: entweder man entzieht dem Bier nach der Gärung den Alkohol wieder, oder man lässt ihn erst gar nicht entstehen. Technisch gesprochen unterscheidet man in Entalkoholisierungsverfahren und in Verfahren zur Unterdrückung des Alkoholproduktion.

Bei ersteren wird die Würze traditionell hergestellt und zunächst klassisch, meist als Vollbier vergoren. Der entstandene Alkohol wird dann wieder entzogen. Ein moderner, weit verbreiteter Vertreter dieser Verfahrenstechnik ist der Dünnschicht- oder Fallstromverdampfer, bei dem der Alkohol in einem geschlossenen System unter Unterdruck aus einem senkrecht fließenden dünnen Bierfilm verdampft wird. Eine andere Möglichkeit ist die Filtration über Membranen in Dialyse- oder Umkehrosmoseanlagen.

Der apparative Aufwand für diese Verfahren ist aber erheblich und nur von großen Brauereien tragbar. Bei Braukonzernen wird aus Kostengründen eine solche Anlage oft sogar nur in einer Brauerei installiert, die dann die alkoholfreien Biere für mehrere Konzernmarken produziert.

Alkoholvermeidung

Die möglicherweise schlauere Idee ist, den Alkohol erst gar nicht zu erzeugen. Die Tricks, die man für das Brauen alkoholarmer Biere hat, wie etwa mit niedriger Stammwürze zu brauen und den Anteil unvergärbare Zucker durch Rohstoffauswahl und entsprechende Maischarbeit zu erhöhen, reichen für alkoholfreies Bier allerdings nicht mehr aus. Hier muss man (eventuell zusätzlich) bei der Gärung ansetzen. Aktuell werden folgende Verfahren eingesetzt [ ]:

  • Kälte-Kontakt-Verfahren
    Dabei wird eine Schankbier-Würze (7...8°P) bei sehr tiefen Temperaturen (-2...0°C) vergoren. Die Hefe vermehrt sich durch die Kälte nicht und kann dadurch nur einen Teil des Substrats vergären. Wegen des hohen Restextrakts muss das Bier pasteurisiert werden.
  • Gestoppte Gärung
    Eine Schankbier-Würze wird hier ebenfalls recht kühl (0...4°C) vergoren. Bei Erreichen des angestrebten Alkoholgehalts wird die Gärung durch Tiefkühlung oder Filtration gestoppt und das Bier danach pasteurisiert.
  • Gärung mit immobilisierten Hefen
    Hierbei sind die Hefen auf Trägern aus Glas, Keramik oder Calciumalginat so aufgebracht, dass sie sich nicht frei in der Würze bewegen können. Dadurch kann der Vergärungsgrad über die Kontaktzeit der Hefe mit der Würze während der ebenfalls relativ kalten Vergärung leicht gesteuert werden.
  • Gärung mit Spezialhefen
    Für dieses Verfahren werden Hefen eingesetzt, die nur einen Teil des Zuckerspektrums einer Würze vergären können. Dazu gehören neben der hier besprochenen Saccharomycodes ludwigii beispielsweise auch Zygosaccharomyces rouxii [ ].

Welche Zuckerarten sind vergärbar?

Bei der Gärung wandeln Hefezellen Zucker in Alkohol und Kohlendioxid um. Diese Vorgang erfolgt in den Mitochondrien der Zellen. Eigentliches Ziel der Hefe ist dabei die Produktion von ATP (Adenosintriphosphat) aus ADP (Adenosindiphosphat) und einem Phosphatrest (Pi). ATP ist für die Zelle lebenswichtig zur Energieübertragung innerhalb der Zelle. Ethanol und CO2 fallen nur als "Nebenprodukte" an:

    \[\mathrm{C_6H_{12}O_6 + 2 \ ADP + 2 \ P_i \longrightarrow 2 \ C_2H_5OH + 2 \ CO_2 + 2 \ ATP}\]

Glucose, 2 Adenosindiphosphat und 2 Phosphat reagieren zu 2 Ethanol, 2 Kohlenstoffdioxid und 2 Adenosintriphosphat
D- und L-Glucose

Abb. 2: D- und L-Glucose

Dabei fällt auf, dass das Ausgangsprodukt dieser Reaktion ein Einfachzucker, also Glucose, Fructose oder Galactose ist. Mehrfachzucker sind nicht direkt für die Hefe nutzbar, sondern müssen zuvor erst mit Hilfe von Enzymen in mundgerechte Einfachzucker aufgespalten werden.

Und genau bei dieser Enzymausstattung beziehungsweise bei der Fähigkeit, diese Enzyme zu bilden, liegt der Hase im Pfeffer. Auf Grund vererbter Eigenschaften besitzt nicht jeder Hefestamm alle Enzyme, um bestimmte Mehrfachzucker abzubauen.

Mit Einfachzuckern (Monosaccharide) kommt natürlich jede Hefe zurande. Die meisten Hefen können zusätzlich auch Zweifachzucker (Disaccharide), wie Saccharose und Maltose, sowie Dreifachzucker (Trisaccharide) wie Maltotriose und Raffinose abbauen. Beim Zweifachzucker Melobiose und erst Recht bei  Dextrinen scheiden sich schon die Geister: in der Regel kommen hier nur untergärige Stämme zum Zug.

Bei Pentosen (Fünffachzucker) ist aber generell Schluss [ ]. Nur sogenannte Übervergärerer wie manche Saisonhefen oder Brettanomyces haben mitunter spezielle Fähigkeiten beim Zuckerabbau, etwa die Inanspruchnahme externer Enzyme, und kommen daher auch mit manchen höheren Zuckern zurecht.

Die folgende Tabelle gibt einen Überblick darüber, wie die Anteile verschiedener Zuckerarten in typischen Würzen verteilt sind [ ].

Tab. 1: Typische Zuckerverteilung in Bierwürze

ZuckerartKettenlängeAnteil
Glucose15...7%
Fructose11...3,5%
Saccarose22,5...6%
Maltose240...45%
Maltotriose311...13%
Niedrige Dextrine4...96...12%
Höhere Dextrine>919...24%
Tabelle 1: Typische Zuckerzusammensetzung von Bierwürze

Über- und Untervergärer

Während Übervergärer noch weitere Zuckerarten vergären und damit scheinbare Vergärgrade von fast 100% erreichen können, fehlen Untervergärern Enzyme, um größere Zuckermoleküle aufspalten zu können. Die Saccharomycodes ludwigii (deren Name übrigens nichts mit dem bayrischen Märchenkönig Ludwig II zu tun hat, sondern der lateinische Genitiv des Namens ihres Entdeckers ist) vergärt ausschließlich Glucose, Fructose und Saccharose. Laut obiger Tabelle machen diese Zuckerarten 8,5...16,5% des Gesamtzuckers aus, was ziemlich genau der Angabe ihres Vergärungsgrades entspricht (12...15%).

Zwar könnte man auch mit gestoppter Gärung auf diesen geringen Vergärungsgrad kommen, aber die gestoppte Hefe hat nach dem erzwungenen Gärende keine Chance mehr, ihre Nebenprodukte wieder abzubauen. Die Ludwigii durchläuft dagegen den kompletten Gärzyklus und hinterlässt im Gegensatz zu ihren unvollendeten Kollegen ein weitgehend "sauberes" Bier.

Starthilfe

Bestellt man die Ludwigii-Hefe als Stamm WSL-17 bei der Hefebank Weihenstephan, erhält man sie in einem 40ml-Petling. Als Anstellmenge ist das natürlich in jedem Falle zu wenig. Ziel sollte es wie üblich sein, pro Milliliter und Grad Plato etwa eine Million Hefezellen anzustellen - also muss ein Starter her, idealerweise angesetzt in einem enghalsigen Kolben auf einem Magnetrührer.

Um das Substrat des Starters zu verbessern, sollte man einer etwa 9...10%igen Würze aus Trockenmalzextrakt (DME) etwa 2...3% Glucose oder Saccharose zusetzen; das erhöht den Anteil der für die Ludwigii vergärbaren Zucker. Etwas Hefenahrung (Servomyces) kann nicht schaden.

Aus einer 12%-igen Starterwürze erhält man dann am Ende etwa 30 Millionen Hefezellen pro Milliliter. Der Starter wird täglich auf die zehnfache Menge vergrößert, bis die Anstellmenge erreicht ist, die ebenfalls wieder bei einem Zehntel der zu vergärenden Würzemenge liegt, also zum Beispiel 2 Liter Starter für 20 Liter Würze. Nach jedem Propagationsschritt wird der Magnetrührer für einige Minuten so schnell eingestellt, dass CO2 ausgetrieben und Luft untergerührt wird.

Im Starter ist der Alkoholgehalt durch die hohe Stammwürze und den höheren Glucoseanteil natürlich erheblich größer als die für das Bier angepeilten 0,5%vol. Die 12%-ige Starterwürze enthält mit dem Glucosebooster etwa 3...4% vergärbare Zucker, was zu einem Alkoholgehalt von knapp 2%vol im Starter führt. Das ist für die Hefe kein Problem, denn die Ludwigii ist alkoholtolerant bis etwa 5,5...6%vol. Um aber den Gesamt-Alkoholgehalt nicht zu überschreiten, muss mit einer etwas niedrigeren Stammwürze der Anstellwürze ausgeglichen werden.

Würze bitte recht würzig

Da die Stammwürze recht gering ist und im fertigen Bier eine kräftige Restsüße aus den nicht vergorenen höheren Zuckern verbleibt, muss man mit anderen Mitteln für Aromen sorgen.

Bei der Malzauswahl greift man besser nicht zu größeren Mengen an Karamellmalzen, denn die würden die Restsüße eher noch erhöhen. Statt dunkler Basismalze verwendet man besser hellere Malze und stellt gegebenenfalls die Farbe mit einem geringen Röstmalzanteil ein, der dem Restextrakt solider entgegensteht.

An Hopfen sollte man nicht sparen, denn die Restsüße verlangt auch hier nach einem Gegenpart. Die Faustregel, dass für ein ausgewogenes Bier die Bittereinheiten etwa beim doppelten der Stammwürze liegen sollen, kann man hier getrost vergessen. Die genaue Menge ist natürlich Geschmackssache, aber ich würde etwa bei Stw/IBU = 1/4 beginnen und mich von da an mein persönliches Optimum herantasten.

Kräftige Aromahopfen können - je nach Bierstil natürlich - das Bier auch nur aufwerten. Eine IPA-typische Hopfung kann ich mir für ein extra-leichtes Pale Ale mit hoher Restsüße gut vorstellen.

Auch Säure bildet einen geschmacklichen Gegenpol zur relativ hohen Restsüße. Deswegen sollte man nicht nur wegen der mikrobiologischen Stabilität im fertigen Bier einen pH-Wert von 4,8...4,4, eventuell sogar bis zu 4,0 einstellen.

Die nötige Stammwürze kann leicht berechnet werden: wenn der Alkohol-Zielwert maximal 0,5%vol ist, und man davon ausgeht, dass aus dem vergärbaren  Extrakt zu gleichen Teilen Alkohol und CO2 entstehen, dürfen maximal 1% Extrakt vergoren werden. Die Hefe hat nur einen (scheinbaren) Vergärgrad von maximal 15%, damit darf die Anstellwürze maximal 1/15 * 100 = 6,7% Stammwürze aufweisen.

Hauptgärung

Durch den geringen Vergärungsgrad kommt es bei der Gärung mit der Ludwigii nicht zum sonst üblichen pH-Sturz. Um der Hefe (und nur ihr) trotzdem ideale Arbeitsbedingungen zu geben, sollte der pH-Gehalt der Würze auf maximal pH 4,4...4,8 eingestellt werden, etwa durch Milchsäure. So haben auch Fremdkeime weniger Chancen.

Als empfohlene Gärtemperatur wird von der Hefebank 14 - 15°C (12 - 18°C) angegeben [ ]. Höhere Temperaturen sind möglich, da durch den geringen Vergärungsgrad erheblich weniger Gärnebenprodukte wie zum Beispiel höhere Alkohole gebildet werden.

Obwohl der Vergärungsgrad so gering ist, dauert die Gärung wie üblich je nach Temperatur und Stammwürze 5-7 Tage. Kräusen treten dabei kaum auf, lediglich eine milchige Eintrübung der Würze kann erkennbar sein.

Nachgärung und Karbonisierung

Im ersten Moment könnte man denken, dass bei der Nachgärung mit der Ludwigii endlich mal die Brauer bevorteilt sind, die Zucker zur Karbonisierung benutzen. Da Haushaltszucker (Saccharose) von der Ludwigii vollständig vergoren wird, könnte man die Karbonisierung ja auf die übliche Weise durchführen und berechnen.

Allerdings muss man hier den Alkoholgehalt im Auge behalten: aus einer durchaus üblichen Menge von 7 Gramm Karbonisierungs-Zucker pro Liter Bier entstehen neben 3,5g CO2 eben auch 3,5g Alkohol, und das sind immerhin 0,35%gg oder 0,44%vol - bei einem angestrebten Gesamt-Alkoholgehalt von 0,5%vol eine Katastrophe.

Rechnen wir aber mal anders herum: unser Ziel-Alkoholgehalt von 0,5%vol entspricht etwa 0,4 Gewichtsprozent, also 4 Gramm pro Liter. Bei der Gärung entsteht die gleiche Menge CO2, also ebenfalls 4g/l. Das ist für die Karbonisierung - je nach Biertyp - aber sogar fast schon zu knapp. Lässt man die Hauptgärung mit der Ludwigii also gleich im Druckgefäß (Fass oder Flasche) ablaufen, hat man am Ende ein -  zumindest für ein Ale - fast perfekt karbonisiertes Bier.

Will man zum Beispiel bei einem Weizen mehr CO2, kann man bei Fasslagerung die fehlende Menge per Zwangskarbonisierung aus der CO2-Flasche nachgeben. Alternativ könnte man auch drucklos ausgären lassen und komplett im Fass zwangskarbonisieren. Lediglich Flaschengärer stehen bei höher karbonisierten Bieren vor einem kaum lösbaren Problem - das ist vielleicht der Moment, an dem man über einen Gegendruckabfüller nachdenken sollte.

Pasteurisieren?

Pasteurisieren ist für Hobby- und Kleinbrauer normalerweise ein no-go. Abgesehen von den geschmacklichen Einbußen ist das Erhitzen der unter Druck stehenden Flaschen auch nicht ganz ungefährlich - vom Zeit- und Energieaufwand sprechen wir erst gar nicht.

Die Literatur [ ] empfiehlt aber unbedingt die Pasteurisation sowohl von Bieren aus gestoppter Gärung als auch von Untervergärern. Dadurch, dass bloß 12...15% des Extrakts vergoren wird, enthält das fertige Bier noch jede Menge Nährstoffe für Bierschädlinge. Zudem könnten Spuren der normalen Betriebshefe der Brauerei enthalten sein, die sich über kurz oder lang auch unter ungünstigen Bedingungen vermehren und den Restextrakt verarbeiten könnte. Das wäre nicht nur schlecht, weil dadurch der deklarierte Alkoholgehalt überschritten werden würde, sondern könnte durch platzende Flaschen sogar zu Unfällen beim Handel oder Verbraucher führen. Das kann sich keine Brauerei leisten.

Beim Hobbybrauer sieht das etwas anders aus. Wir müssen keine 12-monatige Haltbarkeit unter unbekannten Bedingungen garantieren. Trotzdem sollte man nicht zu unbedarft an die Sache herangehen. An erster Stelle ist extrem sauberes Arbeiten nötig, sodass zu keiner Zeit des Prozesses fremde Hefen in den Sud gelangen können. Alle Gärgefäße müssen penibel gereinigt und desinfiziert werden. Potentielle Keimherde wie den Ablasshahn am Gärbottich sollte man am besten vermeiden oder zumindest gründlichst reinigen (Hähne zerlegen!).

Das fertige Bier sollte durchgehend kühl gelagert und regelmäßig auf Druckanstieg kontrolliert werden. Auf der sicheren Seite ist man beim Ausschank direkt aus dem Fass, denn hier lässt sich ein eventueller Druckanstieg leicht messen. Flaschen müssen besonders gründlich gereinigt (heiße Lauge) und kontrolliert werden, am besten auch langfristig mit einem Flaschenmanometer. Hat man die kühl stehenden Flaschen regelmäßig im Auge und lagert sie nicht zu lange, kann man das Risiko von Flaschenbomben erheblich verringern.

Zusammenfassung

Hier die Erkenntnisse über die Ludwigii aus den obigen Absätzen nochmals kurz zusammengefasst:

  • Starter
    • 9...10% DME + 3...2% Glucose/Saccharose
    • Rühren, täglich verzehnfachen
    • Anstellmenge 1/10 der Würze
  • Würze
    • für 0,5%vol Alkohol etwa 6,7°P Stammwürze
    • Helle Basismalze, evtl. Röstmalz, wenig Karamellmalze
    • Kräftig bittern
    • Großzügige Aromagaben mit Flavour-Hopfen
  • Gärung
    • Gärung empfohlen bei 14...15°C, möglich auch bei 12...18°C
    • Gärdauer 5-7 Tage
  • Karbonisierung
    • entweder ab Beginn unter Druck vergären oder
    • endvergären und zwangskarbonisieren
  • Pasteurisierung
    • empfohlen, aber bei äußerst sauberer Arbeit eventuell nicht nötig
    • Kontrolle mit Fass- oder Flaschenmanometer

Fazit

Endlich gibt es eine Antwort auf die Frage, wie man als Hobbybrauer alkoholfreies Bier herstellen kann. Mit der Hefe Saccharomycodes ludwigii, die man bei der Hefebank Weihenstephan als Stamm WSL-17 bekommt, ist das kaum aufwändiger als ein normales Bier zu brauen, wenn man sich an die obigen Tipps hält und penible Sauberkeit im Kaltbereich walten lässt.


Quellen:

[ ]

Abbildungen:

  • Titelbild aus [ ]
  • Abb1: Aubi-Etikett der Engelhardt-Brauerei, ca. 1980, aus der Sammlung von Thomas Fricke
  • Abb. 2: Wikimedia Commons, gemeinfrei

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