Bier/Abwasser/Öle und Fette/Zucker

Hopfen

Wasser

Hefe

Gerstenmalz

• Berauschend

• Aromatisch über Hopfen ( Bittersäuren, Darnprodukte, bei Gärung gebildete Aromatoffe)

• Nähernde Wirkung über Kohlensäure

H2CO3 -> H2O + CO2

• Ausschließlich Saccharomyces Arten

  • Obergärige Arten: Cerevisiae; steigen während der Gärung an die Oberfläche (Verarbeitung der Raffinose 1/3)

  • Untergärige Arten: Carlsbergensis; Sinken während der Gärung auf den Grund (Verarbeitung der Raffinose ganz, aufgrund von Enzym Melibiase)

• Raffinose = Nicht reduzierender Zucker

  • Trisaccharid

  • Vorkommen in Rohrzucker

• Als Klärmittel (Fällung von Eiweißstoffen)

• Würze (Aroma und Bitterstoffe)

• Konservierungsmittel (Antibiotisch wirkende Stoffe)

• Schaumstabilisator (Pektin)

• Bittersäuren ( sehr reaktionsfreudige Stoffe, bilden während der Verarbeitung weitere Aromastoffe)

  • Alpha-Bittersäure Humulone

  • Beta-Bittersäuren Lupulone

• In Hopfendarren bei 65°C auf 8-10% Restwassergehalt getrocknet und auf ca. 11% Wassergehalt eingestellt

• Eventuell geschwefelt für die Haltbarkeit

• In Pellets gepresst oder als Hopfen Extrakt mit hoher konz. an Alpha Säuren

• Wird im Sudhaus vorbereitet

• Meist aus eigenen Brunnen

• Einstellung von ph-Wert und Salzgehalt (wichtig für Bierqualität)

• Aufarbeitung mittels Ionentauscher zur Entfernung von Carbonaten ( Bicarbonate)

• Einstellung auf d°dH

• Enthält nur 19% wasserlösliche Stoffe

• Im Sudhaus wird Malzextrakt gewonnen (möglichst viel Verwertung, geringe Zeit, geringe Kosten)

• Messung des Stammwürzegehalts mittels Senkwaage (Aräometer)

• Führung des Maischeverfahrens (Menge,T,Zeit,pH) maßgebend für die Bierqualität PH zwischen 4,8-5,8

  T zwischen 35-75°C

• Meist Infusionverfahren mit ansteigender Temperatur

Passiert im Keimkasten

1. Weichen und Keimen

   • Getreide mit Wasser 40h bei 10-12°C geweicht

   • Dann zum Keimen gebracht 6-8 Tage bei 15-18°C

     Es entsteht Grünmalz mit den benötigten Enzymen für den Stärkeabbau

2. Darre

   • Grünmalz mit 42-45% Wasser wird geröstet und getrocknet auf dunkles und aromareiches Darrmalz mit 2-3% Wasser

     Dauer ca. 20h

     T helles Bier: 60-80°C

     T dunkles Bier: 105°C

     Spezial Bier 180°C

3. Lagerung

   • 4-6 Wochen zur Ausreifung

• Malz wird geschrotet (nicht so fein wie Mehl sonst geht das filtern nicht)

• In Wasser dispergiert (Hydrolyse der Getreidestärke und anderer Malzinhaltsstoffen durch malzeigene Enzyme ( Amylase,Proteasen, Glucanasen)

• Erhitzen der Maische (Früher:Hälfte Bottich, Hälfte Pfanne) heute mit Rohrbündelwärmetauscher

• Dabei passieren :

  Eiweißrast 10-15 min bei 35-52°C Abbau von Proteinen in kleinere Peptide (bessere Schaumstabilität)

  Maltoserast 20 min bei 63°C Abbau von Stärke zu Glucose und Maltose

  Endverzuckerung Endgültiger Abbau zu Glucose

• Anschließend Filtrieren/Läutern

  Dabei wird im Läuterbottich der Würzhaltige Extrakt von Trebern (30-40 cm dick) (Nichtselbständige Bestandteilen) getrennt. Während der Filtration wird der Treber mit einem Rührwerk mit Klingen am Festziehen gehindert.

• Es werden auch Maischefilteranlagen verwendet (Rahmenfilterpresse) wo der Treber mit heißem Wasser ausgewaschen wird. Das Filtrat wird anschließend in die Würzpfanne geleitet

• Treberrückstand kann weiter verwendet werden als:

  • Futtermittel

  • Biogaserzeugung

  • Verbrennung

Die vergärbare Würze kommt in einem Hopfkessel wo sie mit einer sortenabhängiger Menge Hopfen versetzt wird und für 2h gekocht wird.

Dabei passiert:

1. Eindampfen auf die gewünschte Konzentration

2. Inaktivierung der Enzyme

3. Koagulation von Eiweiß

4. Lösung von Bitterstoffen des Hopfens

• Anschließend werden die festen Bestandteile mittels Whirlpool abfiltriert

• Die Würze wird bei 5-8°C gekühlt und der Extraktgehalt gemessen.

• Hauptgärung: die gekühlte Würze mit circa 6,5 bis 18% Extraktanteil, wird in Edelstahl Gärbottiche geleitet

• Durch Zugabe von Hefebrei wird die Gärung angestellt

• Die Hauptgärung dauert circa 8-10 Tage bei 4-11°C

  Dabei wird das Gebildete CO2 abgesaugt, gereinigt und später in der Abfüllanlage verwendet

• Die Hefe setzt sich anschließend ab und ird nach der Gärung in Schichten abgezogen. Die Mittelschicht (Kernhefe) wird für erneute Gärung verwendet

• Entstanden ist das Jungbier

• Bei der Nachgärung wird das Jungbier in Tanks geschlaucht und reift dort etwa 1-4 Monate nach.

Was passiert :

Anreicherung von H2CO3

Vergärung des Restzuckers

Geschmackliche Reifung

• Anschließend wird das Bier gefiltert (meist Kernzenfilter) und schaumfrei in Fässern, Tanks oder Flaschen abgefüllt

  Das Abfüllen wird unter Gegendruck von CO2 gemacht um Schaumbildung zu verhindern

• Gärtemperatur 15-20°C

• 2-7 Tage

• Obergärige Hefen steigen auf und werden abgeschöpft

• Bier ist weniger haltbar als Untergärige

1. Vakuumdestillation des Ethanols

2. Kälte Kontaktverfahren

   • niedrige T unterbindet EtOH Produktion der Hefe

   • Vergärung 1-3 Tage knapp über 0°C dann stopp durch Erhitzen oder Filtration

3. Gestoppte Gärung, Gärstopp wird bei erreichen von 0,5 Vol% EtOH eingeleitet

   Gärstoff durch:

   • Tiefkühlung

   • Filtration

   • Zentrifugation

• Organische Verbindungen (Protein, Fette und Zucker)

• Anorganische Verbindungen (div. Salze)

• Muss Stoßbelastungen verkraften können

• Meist heterogene Mischkulturen unter unsterilen Bedingungen

• Prozess mit Biomassereycling

• Zusammensetzung nicht genau definiert und oft schwankend

• Einteilung in häusliche, kommunale und industrielle Abwässer

• Charakterisierung durch erfassbare Summenwerte

• Biologischer Sauerstoffbedarf (in 5 Tagen) BSB5 in mg O2/L

• Chemischer Sauerstoffbedarf CDB in mg O2/L

• Schwankender Anfall im Tagesverlauf

• Besteht aus Speiseresten, Fäkalien, Papier, Textilreste, Seife und Waschlaugen

• Ca.200l Abwasser/Tag mit ca. 300 mg O2/l =BSB5=60g/Tag pro Einwohner = Einwohnergleichwert

• Bsp: Lebensmittelindustrie, Brennereien, Zellstoffwerke,Gerbereien,Stärkefabriken etc.

• Bsp: Einwohnergleichwert

  Brauerei 150-350 EG / 1000l Bier

• Industrielle Abwässer enthalten oft toxische, schwerabbauende Substanzen. Manchmal Einsatz von speziellen MOs notwendig

• Konzept der Reinigung:

  • Mischung und Verdünnung mit kommunalen Abwässern

  • Intensive Biologie: hoher OTR auf engem Raum

  • Anaerobe Vorstufe bis zur Aeroben Nachklärung

Diese können durch biologische Abwasserreinigung so weit entfernt werden, dass natürliche Gewässser durch Einleiten nicht gefährdet werden.

Kann Aerob und Anaerob (Verfaulung) erfolgen

• Abtrennung Verunreinigungen mit Rechen

• Abscheidung von Fetten und Ölen in geeigneten Kammern (Abschöpfung von der Oberfläche)

• Anschneiden von Sand/Erde über Herabsetzen der Fließgeschwindigkeit in Sandfängern

• Abtrennung kleinerer ungelöster Feststoffe, (Absetz-bzw Vorklärbecken, Schlammräumung durch Bodenabzug bzw. Mechanische Räumer

• Entfernung von kolloidalen und gelösten Substanzen über biologische Verfahren

• Ausbringung auf Felder, meist Verregnung

• Nur begrenzt möglich, benötigt große Fläche, 40 Personen ca. 1 ha

• Geruchsbelästigung

• Abwässser werden über grobes Material geleitet, zb Schlacke,Koks, Kunststoffe

• Abwässer rinnen von oben über das Material, Luft steigt von unten hinauf

• MOS setzen sich an der Oberfläche an

• Belüftung durch Schlotwirkung

Arten:

• Intermittierende Füllung und Entleerung von mindestens 2 Füllkörperbecken

• Berieselung der Füllkörper

• Belüftete Tauchkörper

• Tauhtropfkörper: halb eingetauchte Scheiben (Kunststoff) rotierend

• Geeignet für kleine Gemeinden bzw Campagnebetriebe

Varianten:

• Absetzteiche

• Belüftete Teiche

• Unbelüftete Teiche

  • Nachklärteiche für besonders schwer abbaubare Komponenten

  • Unterstützung der Belüftung durch photosynthetische MOs

• MOs frei schwebend im Wasser

• Effiziente Belüftung notwendig

• Biomasse/Schlamm Recycling notwendig

• Praxiswissen 3-6 m^^3 Abwässer/ m^2 mal Tag

• Verwellzeit 4-8 h bei normaler Verschmutzung

• Belüftungskerzen

• Oberflächenpaddel mit Luftzufuhr

• Unterwasserpaddel mit Luftzufuhr

• Oberflächenrotationsbelüfter

• Submersverfahren meist für hochbelastete industrielle Abwässer

• Hoher OTR auf kleinen Raum

• Verringerung der Baukosten

Arten:

• Deep Shaft Fermenter 70-120m tiefer Schlacht

• Turmbiologie Blasensäule mit ca. 30m Höhe und Luftdüsen am Boden

  Biohoch Reaktor mit Airlift Prinzip

  Hohe Flüssigkeitssäule, mit hohem Druck und hoher OTR möglich

• Alle Systeme mit Sedimentationszonen für Klärschlamm Recycling

• Zugabe von feiner Aktivkohle oder anderen Trägermaterialien, sorgt dafür dass MOs anwachsen und sorgt für eine bessere Sedimentation

1. Abbau von Kohlenstoffverbinungen

2. Umsetzung stickstoffhaltiger Kohlenstoffverbindungen unter Bildung von NH3

   Oxidation von Ammonium zu Nitrat (NH4+ zu NO3-)

   Reduktion von Nitrat zu gasförmigem Stickstoff

3. Phosphorelemination

• Belastung wird über BSB5 und CSB bestimmt

  BSB5

  Biologischer Sauerstoff Bedarf

  Sauerstoffmenge die bei 20°C in 5Tagen durch mikrobielle Stoffwechselprozesse verbraucht wird.

  CSB

• Chemischer Sauerstoff Bedarf

  Sauerstoffmenge die benötigt wird, um alle organischen Verbindungen chemisch zu oxidieren.

  BSB5 nie größer als CSB

• Abbau zu Ammonium

• Ammonium wird aerob zu Nitart oxidiert

  Ammonium würde nämlich selbst den ph Wert von Gewässern reduzieren und wirkt toxisch auf Fische

• Nitart würde eutrophisierend wirken, wird daher zu N2 reduziert

• Gasförmiger Stickstoff entweicht in der Atmospäre

• Chemische Entfernung des Phosphats durch Fällung als Aluminium oder Eisensalz

• Biologisch: Verstärkte Aiufnahme durch Bakterien bei Stressbedingungen

• Phosphat wirkt eutrophisierend und muss daher entfernt werden

Auflösen minderer Zuckerqualitäten

Reinigen mit Aktivkohle und erneutes Kristallisieren

Ist die Weitverarbeitung zu verschiedenen Produkten wie Würfelzucker, Koandiszucker bis hin zur Verpackung

Ausbeute : 12-15 kg Zucker /100 kg Zuckerrüben

Ist ein zäher dunkelbrauner Zuckersirup, der als Nebenerzeugnis in der Zuckerproduktion aus Zuckerrohr, Zuckerrüben und auch aus Zuckerhirse anfällt.

Melasse enthält neben etwa neben etwa 60 Prozent Zucker noch organische Säuren, Betain, Vitamine und etwa drei Prozent anorganische Salze.

• Enthält circa:

  • 50% Saccharose

  • 20% H2O

  • 30% Nichtzucker (org.Säuren, Aminosäuren,…)

  • Betain: Nahrungsergänzungsmittel, leistungssteigerndes Medikament, Tensid in Kosmetika

• Für:

  • Vergärung zu EtOH

  • Futtermittel

  • Herstellung von Pellets mit Rübenschnitzel

• Bioprodukt

• Enthält alle Inhaltsstoffe (auch Verunreinigungen) und Mineralstoffe + Vitamine

• Geringe Herstellungskosten aber teuer

• Herstellung durch schonende Sprühtrocknung eines Presssaftes

• Sprühtrocknung des Rohsaftes nach der Extraktion

• gehäckselt und ausgepresst (Rohsaft+Bagasse)

• Bagasse wird wiederholt befeuchtet und gepresst

• Zuckerfreie Bagasse (Cellulose) wird getrocknet und verbrannt oder zu Papier verarbeitet

• Zuckergewinnung aus Rohsaft wie bei Zuckerrübe

• Rohrzuckermelasse

  • 25-40% Saccharose

  • 15-25% Invertzucker (Glucose:Fructose=1:1) gleiche Verwendung und Vergärung zu Rum

Künstliche Süßstoffe:

• Saccharin

• Cyclamat

• Aspartam

Pflanzen:

• Steviosid

• Xylographische

• Lianenzucker

Fette= Lipide

Neutalfette= Glyceride

Fettähnliche Verbindungen= Lipide

Glyceride-> Ester des dreiwertigen Alkohols Glycerin mit Fettsäuren

Natürliche Fette und Öle

Überwiegend gemischte-säurige Triglyceride

Sammenfette:

• Gewinnung aus Samen durch Press-oder Extraktionsverfahren

• Aus Maiskeime, Leinsamen, Sonnenblumen, Kürbiskernen, Ölpalme

Fruchtfleischfette:

• Gewinnung aus Früchten durch Knete, Auspressen und Extrahieren

• Bsp: Olivenöl, Palmöl

• Reinigung:

  Entfernung von Schmutz, Steinen, Metallteilchen,Glas usw.

• Zerkleinerung:

  Durch Kneten, Walzen, Brechen

• Pressverfahren oder Extrahierverfahren

• Kaltpressung (direkte Verwendung als Speiseöl)

• Warmpressung

• Diskuntinuierlich

• Kontinuierlich

Geeignet für fettärmere Rohstoffe bis Max. 25% Fett

Vorteil: Ausbeute fast 100%

Extraktionsmittel: Benzin, Benzol

Extraktionsturm oder kontinuierlicher Förderband-Extraktor

Bei Warmgepresste und extrahiere Öle: Raffination notwendig

Landtierfette:

• Depot-,Organ- und Milchfette von Haustieren

• Bsp:Butter, Schweineschmalz,Rindertalg

Seetieröle:

• Hauptsächlich Depotfette (Tran) von Walen,Robben

• Bsp:Lebertran

Milchfett: Butter durch spontane Säuerung durch Milchsäurebakterien

Fettgewebe der Tiere:

• Zerkleinerung

• Reinigung

• Ausschmelzen

  • Zellen werden erwärmt, Fett dehnt sich aus, Zelle platzt,Fett tritt aus

  • Trockenschmelzen: Erhitzen des Fettgewebes in Kesseln

  • Nassschmelzen: Behandlung mit Wasserdampf bzw heißem Wasser

  • Impulsschmelzen: Schwingkörper erzeugen Hochfrequenzimpulse, die das Fetthgewebe erwärmen

  Tierische Fette müssen meist nicht raffiniert werden

• Bei Lecithin reichen Ölen wird vor der Raffination die Entlecithinierung durchgeführt

• Lecithin= Phosphatdylcholin (wichtiges Phospholipid)

• Lecithin ist grenzflächenaktiv aufgrund polaren und unpolaren Molekülresten

• Wichtiger Emulgator in der Lebensmittelindustrie

• Bestandteil: Fettsäurereste-Gycerin-=Phosphat-Cholin

Besteht aus:

• Glycerin

• Mit Fettsäuren und Phospht verestert

• Phosphat ist weiters mit einem Aminoalkohol verestert

Eigenschaft als:

• Grundbaustein der biologischen Membranen

• In wässriger Lösung Doppelschichten bzw tröpfchenförmige Micellen

• Emulgieren des Öls in 2-5% Wasser

• Anreicherung des Lecithins in der Öl-Wasser-Grenzschicht

• Trennung der Emulsion mit einem Seperator

• Lecithin fließt mit der wässrigen Phase ab

• Abdampfen des Wassers im Vakuum-> Gewinnung von Rohlecithin

• Abwesenheit von O2

• Verhinderung von Schwermetallkontaminationen

• Möglichst geringe Arbeitstemperatur

• Bildung von Hydroperoxiden aus ungsättigten Fettsäuren durch Einwirkung von Licht und O2

• Daraus bildende Folgeprodukte: Fettverderb, Ranzigkeit, Verfärbung

Fertige Saccharose wird zb befeuchtet und in Würfelform gepresst, als Zuckerwürfel verkauft

Durch Standardteige, es wird eine bestimmte Menge hergestellt, in geschlossenem Behälter. Gemessen wird die Volumnszunahme und die CO2 Bildung.

Purine können zu Harnsäure umgewandelt werden, kann zu Gicht führen

Calciumhxdroxid wird zum Rohsaft gegeben, Verunreinigungen werden gefällt und Schlamm abfiltriert. Calciumhydroxid wird durch Kohlensäure als Calciumcarbonat gefällt und recycelt.

Verkleisterung (90°C) : Alpha-Amylase, zerteilt die langen Ketten (Maltose)

Verzuckerung (60°C) : Amyloglucosidase, spaltet die kurzen Stücke in Glucoseeinheiten