Baumgartner - Das Bier aus dem Innviertel - Qualitätskontrolle mit ZEISS Axiolab 5
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20 μm
Baumgartner – Das Bier aus dem Innviertel
Qualitätskontrolle mit ZEISS Axiolab 5
zeiss.com/food-analysis
Use Case
Baumgartner – Das Bier aus dem Innviertel
Qualitätskontrolle mit ZEISS Axiolab 5
Autoren: Anke Koenen, Dr. Michael Gögler
Carl Zeiss Microscopy GmbH, Deutschland
Datum: September 2020
Für die österreichische Brauerei Jos. Baumgartner GmbH zählen insbesondere zwei Sachen im
Zusammenhang mit Ihrer Braukunst: Qualität und Geschmack. Aus diesem Grund werden bei
Baumgartner nur eigene Reinzuchthefen verwendet, die regelmäßig mikroskopisch kontrolliert
werden. Eine große Wissenschaft wird dabei nicht betrieben – einfach muss es sein und schmecken
muss es! Das ideale Betätigungsfeld für das aufrechte Lichtmikroskop Axiolab 5 von ZEISS.
Die Brauerei Jos. Baumgartner GmbH Die Zutaten bestimmen
Huck di zuwa – so wird man als neugieriger Kunde auf den Geschmack und Qualität
Webseiten der Brauerei begrüßt. Und so scheint auch die Geschmäcker sind verschie-
P hilosophie des bereits 1609 in Schärding gegründeten den. Deshalb gibt es von
Unternehmens (Abbildung 1) zu sein. Eigenständigkeit ist Baumgarter für jeden Ge-
das Grundprinzip der Brauerei, die nach über 400 Jahre in schmack das passende Ge-
Familienb esitz in die “Gemeinnützige Baumgartner-Spanlang- tränk (Abbildung 2). Ob
Stiftung” eingegliedert wurde. Aus diesem Grund ist die Brau- Zwickl, Radler oder Spezial-
erei Baumgartner seit 1989 auch dem gemeinnützigen Auf- bier für Veranstaltungen –
trag der Stiftung verpflichtet, der z.B. die Förderung von Ein- schmecken muss es. Stetig
richtungen für behinderte Kinder und betagte Menschen vor- wird an neuen Sorten und
sieht. Ein Konzept, dass sich damals wie heute bewährt hat. Geschmacksrichtungen gear-
Heute ist die Jos. Baumgartner GmbH eines der größten mit- beitet. So wurde im Jahre
telständischen Brauunternehmen Österreichs, das vor allem 2015 eine separate Weißbier-
das Inntal beliefert. anlage (Abbildung 4) errich-
tet.
„Bier brauen, das ist ge-
schmackliche Maßarbeit.“ Abbildung 2 Für jeden Gaumen
„Was aus Hopfen, Malz und bietet die Brauerei das passende
Produkt. Bier oder Limonade –
Wasser wird, bestimmt nicht
Hauptsache, es schmeckt.
der Zufall.“ Eine zentrale
Zutat bei der Bierherstellung
ist Hefe, die unter anderem besseren Geschmack. Hefe
für Alkohol- und Kohlensäu- wird beim Brauprozess (Ab-
regehalt des Bieres verant- bildung 3) nach dem Mai-
wortlich ist. Gute Hefen lie- schen hinzugefügt.
fern außerdem einen
Abbildung 1 1954 wurde die gesamte Brauerei vor die Tore Schärdings
v erlegt. Am ehemaligen Standort befindet sich heute ein Brauereigasthof.
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Use Case
1 Schroten von
Gerstenmalz 2 Maischen 3 Läutern
Qualitätskontrolle Getreidekörner
4 Kochen 5 Ausschlagen 6 Kühlung 7 Gärung
(Whirlpool)
Qualitätskontrolle Hopfen
8 Reifung 9 Filtration 10 Abfüllung
Der Einsatz eines Mikroskops wäh-
rend des Prozesses ermöglicht:
• Qualitätskontrolle von Roh- und Zwi-
schenprodukten
• Vollständige Zellzählung:
y Hefeschlamm
y Würze
y Gärendes Bier
y Fertiges Bier
• Aktivitätsanalyse an Hefe durchführen
• Vorläufige Identifizierung von Mikro-
organismen
• Berechnung von Zellen pro ml und
11 Transport richtiger Anstellmengen
Abbildung 3 Brauprozess Erfahren Sie mehr unter:
www.zeiss.com/axiolab
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Use Case
Hefe sind einzellige Mikroorganismen,
welche zur Gattung der Pilze gehören.
Oft wird auch von Hefepilzen gespro-
chen. Hefen sind eukaryotische Zellen
(Abbildung 5) und weisen im Gegensatz
zu den Bakterien einen Zellkern auf. Sie
ernähren sich insbesondere von Zucker
und wandeln diesen in Alkohol und
Kohlensäure um. Gärung ist also nichts
anderes als die Stoffwechselaktivität
von Hefepilzen. Dadurch erhält das Bier
seine Spritzigkeit (Abbildung 6).
Es gibt eine Vielzahl von Hefestämmen,
die sich in ihren spezifischen Eigen-
schaften unterscheiden. Für den Brau-
prozess benötigt man allerdings defi- Abbildung 5 3D-Rekonstruktion einer Hefezelle,
nierte, voraussagbare Eigenschaften. 3,72 × 3,72 × 15 nm Volumen zeigt ER, Kern, cis-
ternae, Vesikel, Lipidtröpfchen, Mikrotubuli, Mito-
Das ist der Grund für die Entwicklung
chondrien, Zellwände. Blockprobe, FIB-SEM.
von Reinzuchthefen, wie sie auch die Mit freundlicher Genehmigung von J. Caplan,
Brauerei Baumgartner herstellt und ver- D elaware Biotechnology Insitute, Universität von
Delaware, USA. Biotechniken 53: 41 – 48
wendet. So kann man gezielt Hefen ein-
(Juli 2012) doi 10.2144/000113850
setzen, die definierte, stabile Eigen-
schaften mit sich bringen und die Pro-
duktion großer Mengen an Bier in
gleichbleibender Qualität erlauben. Die
Reinzuchthefen werden zunächst als
Anstellhefe aus dem Labor in Hefepro-
pagationsanlagen zu immer größeren
Mengen hochgezogen, bis ausreichend
Starterkulturen zur Verfügung stehen.
Die Anzahl der Hefezellen in einem Mil-
liliter Würze liegt bei einigen Millionen
Individuen, die sich während der Gä-
rung um den Faktor 2 – 5 vermehren
und somit am Ende der Gärung geern-
tet und für die nächsten Sude wieder-
verwendet werden können. Der Ver-
mehrung der Hefe ist eine natürliche
Grenze gesetzt. Sie stoppt den Gä-
rungsprozess eigenständig, wodurch
auch dem Alkoholgehalt eine natürliche
Grenze gesetzt ist. Bei den typischen
Abbildung 4 Vier Tanks mit je 120 Hektolitern Bierhefen liegt diese bei circa 8 Vol%. Abbildung 6 Die durch den Gärprozess freigesetz-
Fassungsvermögen ermöglichen die separate Pro- te Kohlensäure ist für die Entstehung des Bierschau-
duktion der neuen Weißbiersorten. mes und die Spritzigkeit des Bieres verantwortlich.
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Use Case
Mikroskopische Qualitätskontrolle GmbH drei Labormitarbeiter im
Die Entdeckung der Hefe Gesetzlich vorgeschrieben sind regelmä- b rauereieigenen Labor mit der mikros
Ungefähr im 16. Jahrhundert fand ßige Kontrollen während des Braupro- kopischen Qualitätskontrolle.
man heraus, dass das perfekte Bier zesses nicht. Dennoch macht es nicht
eine a lkoholische Gärung braucht. nur aus wirtschaftlichen Gründen Untersucht werden vorrangig
1789 entdeckte man, dass die Hefe durchaus Sinn, verschiedene Parameter 1. die Art und Qualität der Hefe
sowohl den Alkoholgehalt als auch zu untersuchen. Und so befassen sich 2. b akterielle Verunreinigungen
damit verbunden eine größere Halt- auch bei der Brauerei Jos. Baumgartner durch Bierschädlinge.
barkeit und die prickelnde Spritzigkeit
verursacht. Durch weiteres Forschen
erlangte man im 19. Jahrhundert noch Typ Obergärige Hefe Untergärige Hefe
tiefergreifende Erkenntnisse, insbe- Vertreter Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergensis,
Saccharomyces pastorianus
sondere im Hinblick der Nutzung von
Morphologie Große Zelloberfläche, rund bis Geringe Zelloberfläche,
verschiedenen Hefestämmen im Brau- eiförmig, Durchmesser 5 – 10 μm
prozess. Optimale 15 – 20 °C 4 – 9 °C
Gärtemperatur
Besonders Emil Christian Hansen und Verhalten Steigen nach oben, schneller, Sinken zu Boden, langsamer,
Louis Pasteur trugen durch die Ent- arbeitet 3 – 6 Tage arbeitet 8 – 10 Tage
wicklung der Hefereinzucht bzw. der Inhalt Weizen-, Roggen-, Dinkelmalz Gerstenmalz
Geschmack Fruchtig Schlank, rein
Isolation der Hefestämme einen maß-
Typische Biersorten Ale, Weißbier, Altbier, Kölsch Pils, Lager, Export, Märzen, Bock
geblichen Beitrag zur Bierentwicklung
Beispiel
bei. Sie wiesen mikroskopisch ver-
schiedene Hefestämme nach. Man
begann, reine Hefe anzubauen und zu
züchten. In dieser Zeit wurde sie auch
als Zutat im Reinheitsgebot aufge-
nommen und gezielt e ingesetzt.
Neben dem Alkohol produzieren die He-
fezellen während der Gärung bis zu 300
weitere Nebenprodukte wie Alkohole,
Ester und Aldehyde, die maßgeblich den
Geschmack des Bieres bestimmen. Ein-
fluss auf den Geschmack - und auch
den Geruch – kann man also durch die
gezielte Kombination verschiedener
Hefen nehmen.
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Abbildung 7 Bierhefe im Dunkelfeld
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Use Case
1. Obergärige oder untergärige Hefen
Die Verwendung obergäriger oder un-
tergäriger Hefestämme (Abbildung 7)
resultiert in unterschiedlichen Biersor-
ten. Bei obergärigen Hefen findet die
Hefeernte von oben statt, während die
untergärigen Hefen sich schneller abset-
zen und von unten aus den Gärgefäßen
geerntet werden können.
2. B
akterielle Verunreinigungen durch
Bierschädlinge
Sogenannte Bierschädlinge können für
jede Brauerei ein existenzbedrohendes
Problem darstellen. Gemeint sind Mik-
roorganismen wie Bakterien, die wäh-
rend des Brauprozesses ins Bier gelan-
gen. Zwar können die meisten Bakterien
aufgrund der wenigen Nährstoffe, des
Alkohols, der Bitterstoffe, des hohen
Kohlendioxid-Gehalts und niedrigen
pH-Wertes nicht überleben, allerdings
haben es einige Bakterienarten ge-
schafft, sich anzupassen und im Bier zu Abbildung 8 Rückstellmuster dienen einen gegebenenfalls später notwendigen Nachweises der Reinheit
wachsen. des Bieres.
Man unterscheidet verschiedene Katego- Die meisten Keime im Bier sind zwar des Filters in einem Nährmedium bei
rien von Bierschädlingen und Bakterien- apathogen – stellen also keine Gefahr einer Temperatur von ca. 28 °C behan-
gruppen. Die häufigsten Bierschädlinge für den Menschen dar - können den Ge- delt um kontaminierende Keime anzu-
sind: schmack und Geruch des Produkts aber reichern. Das Wachstum bzw. die Ver-
• Lactobacillus brevis, der das Bier trüb erheblich beeinträchtigen. Schlimmsten- mehrung etwaiger Mikroorganismen ab
und sauer macht falls führt eine Verunreinigung mit Bak- sichtbarer Koloniegröße kann somit be-
• Pediococcus damnosus, der dem Bier terien zum Rückruf und Verwerfen gan- obachtet werden. Diese Methode
einen buttrigen Geschmack gibt zer Chargen – mit finanziellen Folgen macht eine schnelle positiv/negativ-
• Lactobacillus lindneri für die Brauerei und einer Beschädigung Kontrolle möglich. Anschließend erfolgt
• Megasphaera cerevisiae der Marke. Ein zuverlässiger, schneller eine mikroskopische Untersuchung der
• Pediococcus inopinatus Nachweis von Bierschädlingen ist des- angereicherten Probe, der einen siche-
Diese Keime führen immer zum Verderb halb für die weitere Bierproduktion von rer Befund zulässt.
des Bieres. Andere Mikroorganismen großer Bedeutung.
wie verschiedene Milchsäurebakterien Es werden Rückstellmuster (Abbil-
und auch Fremdhefen wie Saccharomy- Im brauereieigenen Labor wird Bier- dung 8) aus den verschiedenen Brau-
ces diastaticus wachsen nur unter be- schädlingen u.a. mit Mikroskopen auf phasen bis zum Ablaufdatum des Bieres
stimmten Bedingungen bei z.B. bei die Spur gekommen. Die Produkt- oder aufgehoben und gelten so als Nachweis
niedrigem Hopfen- oder Alkoholgehalt Spülwasserproben werden zunächst bei etwaigen Reklamationen.
oder einem erhöhten pH-Wert. durch Membranfiltration und Inkubation
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Use Case
Abbildung 9 Das Labormikroskop ZEISS Axiolab 5 liefert kontrastreiche Bilder der Bierhefen.
Anforderungen an das Mikroskop Dunkelfeld ausgestattet und lässt zum
und verwendete Ausstattung Beispiel Hefezellen kontrastreich vor
Die Untersuchung findet mit einem auf- dem dunklen Hintergrund erscheinen.
rechten Lichtmikroskop im Dunkelfeld Zur Basisausstattung gehört ebenso das
statt. Einfache Bedienung und wenig Objektiv LD A-Plan 63×. Im Vergleich
Verstellmöglichkeiten sind die Hauptan- zum bisher verwendeten Ölobjektiv lie-
forderungen an das Mikroskop. Eine fert dieses qualitativ hochwertige Bilder
Dokumentation ist nicht zwingend not- ohne die Notwendigkeit, mit einem Im-
wendig. mersionsmedium arbeiten zu müssen.
Im Labor der Brauerei Jos. Baumgartner ZEISS Axiolab 5 ist einsatzbereit, ohne
GmbH arbeiten die Mitarbeiter mit auf einen Computer angewiesen zu
ZEISS Axiolab 5 im stand-alone Betrieb sein. In Kombination mit der Mikroskop-
(Abbildung 9). Axiolab 5 wurde für die kamera Axiocam 208 color bietet es alle
täglichen Routinearbeiten im Labor ent- Vorteile eines intelligenten Standalone-
wickelt. Das Mikroskop bietet eine ein- Mikroskopsystems:
fache Handhabung und ein ergonomi- • Bilder und Videos direkt am Stativ
sches Benutzerkonzept, das an die La- aufnehmen
borarbeit angepasst ist. Das intelligente • Die Kamera über die Bildschirman
Mikroskopsystem stellt automatisch die zeige mit der Maus (und ggf. der
Parameter für die Bildaufnahme ein. Tastatur) steuern
Präparat auflegen, fokussieren und Bild- • Einstellungen speichern
aufnahme direkt am Gerät – einfacher • Alle Metadaten von Mikroskop und
geht es kaum. Alle Bedienelemente wie Kamera speichern, sowie Skalierungs-
etwa der Aufnahmeknopf, der Tisch- daten
trieb, die Fokuseinstellung und die • Benennung von Bildern vordefinieren
Lichtintensität werden mit nur einer bzw. bearbeiten
Hand erreicht. Das Mikroskop ist mit
707745 Jena, Germany
microscopy@zeiss.com
zeiss.com/food-analysis
Carl Zeiss Microscopy GmbH
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