Technische Universität Berlin
Fachbereich 15 - Lebensmittelwissenschaft und Biotechnologie

"Einfluß der Oberflächenspannung auf das Schäumen von Getränken"

Wissenschaftliche Hausarbeit
für die 1.Staatsprüfung

vorgelegt von

Sebastian Loitsch

Technisch-wissenschaftlicher Lehramtskandidat

Fachgebiet: Gärungstechnologie und Getränketechnologie

eingereicht am 9.11.1999

I. Inhaltsverzeichnis

II. Definitionen
III. Symbole und Formelzeichen

1. Einleitung und Problemstellung ... 6

2. Theoretische Untersuchungen zum Schaumphänomen ... 7
2.1. Schäume in der Getränkeindustrie ... 7
2.1.1. Erwünschte Schäume in der Getränkeindustrie ... 7
2.1.2. Unerwünschte Schäume in der Getränkeindustrie ... 8
2.2. Allgemeine Erklärung des Schaumphänomens ... 9
2.2.1. Entstehung von Schäumen ... 10
2.2.2. Schaumhaltbarkeit ... 11
2.2.3. Schaumstabilität ... 12
2.2.4. Schaumzerfall ... 12
2.3. Untersuchung spezieller Schaumphänomene ... 14
2.3.1. Der Bierschaum ... 15
2.3.2. Mousseux ... 16
2.3.3. Gushing ... 17
2.3.4. Schäume in alkoholfreien Getränken ... 20
2.3.5. Feste Schäume ... 21
2.4. Methoden zur Messung der Schaumeigenschaften ... 21
2.4.1. Ross & Clark-Methode ... 22
2.4.2. NIBEM-Methode ... 23
2.4.3. Einschenkmethode nach Ullmann und Pfenninger ... 23
2.4.4. Neue Methode zur Messung der Schaumhaltbarkeit von Bier ... 24
2.5. Methoden zur Messung der Oberflächenspannung ... 24
2.5.1. Methode des maximalen Blasendruckes ... 25
2.5.2. Steighöhenmethode ... 26
2.5.3. Tropfengewichtsmethode ... 26
2.5.4. Abreißmethode ... 27
2.6. Schaumbeeinflussende Substanzen ... 28
2.6.1. Kohlendioxid ... 29
2.6.2. Schaumpositive Inhaltsstoffe ... 33
2.6.3. Schaumnegative Inhaltsstoffe ... 36
2.6.4. Schaummittel ... 38
2.7. Technologische Einflußfaktoren auf die verschiedenen Schaumformationen ... 39
2.7.1. Bierschaum ... 39
2.7.2. Mousseux ... 44
2.7.3. Gushing ... 45
2.7.4. Schäume in alkoholfreien Getränken ... 49
2.8. Schlußfolgerungen aus der Theorie ... 50

3. Praktische Untersuchungen zum Einfluß der Oberflächenspannung auf das Schäumen von Getränken ... 51
3.1. Aufgabenstellung ... 51
3.2. Material und Methoden ... 52
3.2.1. Geräte und Chemikalien für die Schaummessungen ... 52
3.2.2. Geräte und Chemikalien für die Messung der Oberflächenspannung ... 54
3.2.3. Methode zur Durchführung der Schaummessungen ... 54
3.2.3.1. Versuchseinrichtung ... 54
3.2.3.2. Versuchsdurchführung ... 57
3.2.3.3. Vorversuche ... 58
3.2.3.4. Hauptversuche ... 59
3.2.4. Methode zur Durchführung der Oberflächenspannungsmessung ... 63
3.2.4.1. Versuchseinrichtung ... 63
3.2.4.2. Versuchsdurchführung ... 64
3.2.4.3. Vorversuche ... 65
3.2.4.4. Hauptversuche ... 67
3.3. Versuchsergebnisse ... 67
3.3.1. Versuchsergebnisse der Schaummessungen ... 67
3.3.1.1 Phänomenologische Ergebnisse ... 67
3.3.1.2. Meßergebnisse der einzelnen Schaummessungen ... 70
3.3.1.3. Fehleranalyse ... 91
3.3.2. Versuchsergebnisse der Oberflächenspannungsmessung ... 93
3.3.2.1. Meßergebnisse der Oberflächenspannungsmessung ... 93
3.3.2.2. Fehleranalyse ... 96
3.4. Diskussion der Versuchsergebnisse ... 98

4. Schlußfolgerungen ... 104
4.1. Verwendete Versuchsanlage und -methode zur Messung des Schaumes ... 104
4.2. Verwendete Versuchsanlage und -methode zur Messung der Oberflächenspannung ... 105
4.3. Ansatzpunkte für weiterführende Untersuchungen ... 106
4.4. Anwendungsgebiet Berufsschule ... 107
4.5. Umsetzung der Versuchsergebnisse in der Praxis ... 108

5. Zusammenfassung ... 110

6. Literaturverzeichnis ... 113

7. Anhang ... 116
7.1. Meßergebnisse der einzelnen Schaumversuche (Tabellen 9 bis 76) ... 116
7.2. Meßergebnisse der Oberflächenspannungsmessung (Tabellen 77 und 78) ... 139
7.3. Meßergebnisse der Halbwertszeit (Tabellen 79 und 80) ... 140

1. Einleitung und Problemstellung

In der Lebensmittel- und Getränkeindustrie spielen Schäume bei der Herstellung der Erzeugnisse eine entscheidende Rolle. In der Getränkeindustrie sind es vor allem die Hersteller von Bier und Schaumweinen, die ein Interesse an der Voraussage der Eigenschaften des Schaumes haben. Seit Jahrzehnten wird versucht, die schaumpositiven bzw. schaumnegativen Inhaltsstoffe zu analysieren und zu beeinflussen. Aber auch technologische Faktoren sind für ein gutes Schaumverhalten eines Getränkes zu berücksichtigen.

Bei der Herstellung von alkoholischen bzw. alkoholfreien Getränken führt eine unerwünschte Schaumentwicklung im Herstellungsprozeß zu Umsatzverlusten. Trotz intensiver Forschung kann die unerwünschte Schaumentwicklung oft nicht vorausgesehen (Gushing) bzw. unterdrückt werden. Im alkoholfreien Getränkebereich sind die Angaben in der Literatur diesbezüglich bis heute noch ungenügend.

Ausgehend von den Forschungsergebnissen in der Bier- und Sektherstellung zum Thema "Schaum" soll im Rahmen dieser Arbeit eine Untersuchungsmethode vorgestellt werden, die es erlaubt, mit einfachen Mitteln das Schaumverhalten von alkoholfreien Getränken zu messen. Darüber hinaus wird versucht, die mittlere Oberflächenspannung als Indikator für das Schaumverhalten von alkoholfreien Getränken einzuführen.
Es wird zu prüfen sein, ob diese Untersuchungsmethode im Rahmen des Berufsschulunterrichts für Mälzer, Brauer bzw. Restaurantfachfrauen- und -männer Anwendung finden kann.

2. Theoretische Untersuchungen zum Schaumphänomen
2.1. Schäume in der Getränkeindustrie
2.1.1. Erwünschte Schäume in der Getränkeindustrie ′

Das Spektrum der Schäume, das im Herstellungsprozeß bzw. beim Konsumenten in Erscheinung tritt, ist groß. Die Schaumeigenschaften sind sowohl in der Getränke- als auch in der Lebensmittelindustrie entscheidende Kriterien für die Beurteilung des Erscheinungsbildes des jeweiligen Erzeugnisses. Bei der Herstellung von Bieren wird besonders großer Wert auf die Ausprägung der Schaumeigenschaften gelegt. Schaumbildung und eine gute Schaumhaltbarkeit sind Kennzeichen eines Qualitätsbieres. Ein Bierglas (0,5 l) verfügt über einen Kopfraum von ca. 100 ml, der für den aufsteigenden Schaum vorgesehen ist. Die Schaumschicht auf der Oberfläche des Bieres ist jedoch nicht nur ein wichtiger Indikator für die Güte eines Bieres, sondern auch ein ästhetisches Merkmal. Der Konsument wünscht, daß sich die Kohlensäure im ausgeschenkten Bier möglichst langsam entbindet.

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