Restbier- und Heferückgewinnung (Verfahrensentwicklung zur kombinierten Restbier- und Heferückgewinnung aus Abwasserströmen von Brauereibetrieben)

• Forschungsstelle: BAFU
• Projektnummer: UTF 413.09.12

Schlüsselwörter (Deutsch)

Rückgewinnung, Bierhefe, Restbier, Anlage, Membrantechnologie, Filtergewinnung, Wertstoffgewinnung

Kurzbeschreibung (Deutsch)

Die Hochschule für Life Sciences in Muttenz (HLS) hat ein Verfahren entwickelt mit der aus Bierhefekonzentraten Inhaltsstoffe für die Pharma- und Kosmetikindustrie gewonnen werden können.

Überschusshefeströme werden heute in den meisten Brauereien dem Abwasser zugeführt. Dadurch wird das Abwasser belastet und gleichzeitig gehen wertvolle Inhaltsstoffe verloren.

Im vorliegenden Projekt soll eine  Anlage entwickelt werden, mit der Restbier und Hefekonzentrat zurückgewonnen werden können. Dadurch kann das Abwasser entlastet und Energie in erheblichem Umfang eingespart werden. Die neben dem Bier zurückgewonnene Hefe ist ein wertvoller Rohstoff, z.B. für die Pharma- und Kosmetikindustrie, allerdings nur solange die Strukturen der Hefe intakt sind. Die Rückgewinnung muss deshalb schonend erfolgen. Gleichzeitig soll die Anlage erschwinglich, kompakt, einfach bedienbar und für eine einwandfreie Hygiene konzipiert werden, damit sie auch von kleinen und mittelgrossen Brauereien eingesetzt werden kann.

Ergebnisse gemäss Vertrag (Deutsch)

1 Es besteht ein Pflichtenheft als Auslegebasis für die wichtigsten Anlagenkomponenten

 

2 Die geeignetste Technologie (Kombination von Membrantechnologie und speziellen Filtern) ist bekannt und dokumentiert.

 

3     Alle notwenigen Unterlagen für den Bau eines Prototyps als kompakte operative Anlage liegen vor.  Hygienische Aspekte und die Ergebnisse aus 1 und 2  sind einbezogen. (Meilenstein 1)

 

4     Die Analytik für die gewünschten Inhaltsstoffe ist erarbeitet.

 

5     Ein funktionstüchtiger Prototyp der Anlage ist erstellt. (Meilenstein 2)

 

6     Tests des Prototypen geben Auskunft über die Wirksamkeit der Anlage.

 

7     Der oder die Abnehmer für das Hefekonzentrat sind identifiziert, so dass ein klares Geschäftsmodell am Ende des Projektes vorliegt.

 

8     Redaktion eines Schlussberichtes mit Darstellung der Ergebnisse aus 1 bis 7

 

9     Bereitstellung von Textbausteinen und Illustrationen für die Erstellung eines Publikums-Factsheets

 

10  Präsentation der Ergebnisse an einem wissenschaftlichen Kolloquium beim BAFU mit entsprechender Power-Point Darstellung

Projektziele (Deutsch)

Das Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Anlage für kleine und mittlere Brauereien, mit der mittels Membrantechnologie gleichzeitig Restbier und Hefekonzentrat aus dem Überschusshefestrom zurückgewonnen werden kann.

Beschreibung der Resultate (Deutsch)

Im Rahmen dieses Projektes wurde eine kompakte Membrananlage für die kombinierte Restbier- und Heferückgewinnung aus Hefeüberschussströmen von Brauereibetreiben entwickelt, gebaut und ausgetestet. Damit müssen nun die bei jedem Bierbrauprozess anfallenden Hefeströme, die kein Bestandteil des Bieres sind, nicht mehr verworfen, sondern können gezielt weiterverwendet werden. Mit der kompakten Bauform der Anlage wurde dabei besonders auf die  Anforderungen von kleinen und mittelständigen Brauereien eingegangen, für die diese Technik bisher nicht zur Verfügung stand.

 

Zunächst wurde im Rahmen einer umfangreichen Untersuchung von verschiedenen, am Markt verfügbaren Membranen gezeigt,  dass sich keramische Mikrofiltrationsmembranen mit einer Porengrösse von  0,4 und 1.2 mm besonders gut für diese Aufgabenstellung eignen. Neben einer hohen mechanischen Stabilität zeichnet diese Membranen vor allem ihr hygienisches Design aus, das im Bereich Lebensmitteltechnik sehr wichtig ist.  Mit diesen Membranen wurde dann eine kompakte Anlage entworfen, bei der neben der Gewährleistung der gewünschten Funktionalität ebenfalls auf hochwertiges, hygienisches Design geachtet wurde. So wurde die Anlage bei Produkt berührenden Teilen komplett aus Edelstahl ausgeführt und ist gut reinigbar sowie komplett selbstentleerend. Da bei der Abtrennung von Hefe aus wässerigen Lösungen immer auch mit Belagsbildung zu rechnen ist, wurde die Anlage mit verschiedenen Rückspültechnologien ausgestattet, die einen über die gesamte Betriebszeit hin hohen Filtratfluss erlauben und somit erforderliche Zwischenreinigungen reduziert. Damit konnten dann in Versuchen Hefe-Trockengehalte von bis zu 22% erzielt werden, was bisher nur mit deutlich aufwändigeren Verfahren möglich war.  Die Hefezellen des Konzentrats zeigten mit 97 - 98% zudem eine hohe Lebendrate ("Viabilitätsrate"). Neben dem Hefekonzentrat konnte mit der Anlage auch ein sog. Restbier gewonnen werden, das durch dieses Verfahren schonend abgetrennt wurde.

Die Gewinnung von Restbier und einem Hefekonzentrat konnte mit der vorhandenen Membrananlage somit erfolgreich durchgeführt werden.

Umsetzung und Anwendungen (Deutsch)

Mit den gemessenen Permeatflüssen von 20 bis 40 l/ m²h wurden Werte erzielt, die den kommerziellen Einsatz entsprechender Anlagen rechtfertigen.  Fallen beispielsweise kurzfristig 2'000 Liter Überschusshefe bei einer (Klein-)Brauerei an, die innerhalb eines Tages verarbeitet werden muss bzw. von der mindestens 50 % als Hefebier zurückgewonnen werden soll, wird eine Anlage wie folgt dimensioniert:

 

Verarbeitungszeit t = 20h, restliche 4 Stunden pro Tag für Reinigung, Umbau oder Verschieben der Anlage.

Fluxrate 30 Liter/m²h, Hefebier-Volumen V_Hefebier=1'000 Liter

Erforderliche Membranfläche A= (Vhelfber)/(Vflux*t) = 1.7 m²

Der Preis für eine Anlage mit dieser Austauschfläche  liegt deutlich unter 100.000 CHF.  Die Amortisationszeit einer solchen Investition für eine Brauerei, welche pro Jahr 100'000 hl Bier herstellt, beträgt damit weniger als 2 Jahre, wenn die Kosten für eingespartes Frischwasser, für zu entsorgende Überschusshefeströme, (Heiz-)Energie, Verwertung des Restbieres und Erlös für Hefekonzentrate eingerechnet werden.

Damit ist das entwickelte Verfahren insbesondere für kleine und mittelständige Brauereien interessant. Durch seine besonders kompakte Bauform ist zudem auch eine Einbringung dieser Technik in bestehende (Alt-)Strukturen deutlich vereinfacht.

Weiteres Vorgehen (Deutsch)

Durch die vom BAFU unterstützten Untersuchungen waren die involvierten Projektpartner (Anlagenbau AG, Rugenbräu AG und Hochschule für Life Sciences FHNW) in der Lage, die bereits vorhandenen Ideen für eine kompakte Anlage zur gleichzeitigen Entfernung von Restbier und Hefekonzentrat aus Überschusshefeströmen von kleinen und mittleren Brauereien erfolgreich umzusetzen. Sowohl Design der Anlage als auch Funktionalität im Hinblick auf die Qualität der gewonnenen Produkte haben die Erwartungen der Projektpartner vollumfänglich erfüllt.

Das weitere Vorgehen kann nun entsprechend der speziellen Interessen der Projektpartner vertieft werden. Seitens des Anlagenbauers kann nun die Vermarktung dieser Technik speziell für kleine und mittelständige Brauereien vorangetrieben werden. Auf Seite des Anwenders steht ein strategischer Entscheid zum Probe- resp. Dauerbetrieb der entsprechenden Anlage noch aus. Seitens der Hochschule ist eine Weiterverwendung insbesondere der Hefekonzentrate als Quelle für hochwertige Wirkstoffe (Glucane etc.) angedacht. Zudem können die apparatebaulichen Besonderheiten dieses Verfahrens für andere wissenschaftliche Fragestellungen und für die Aus- und Weiterbildung im Rahmen des ordentlichen Hochschulbetriebes sehr gut verwendet werden.

Publikationen / Ergebnisse (Deutsch)

Bisher wurden die gewonnen Ergebnisse noch nicht publiziert. Dies ist für die nähere Zukunft jedoch geplant (entsprechende Fachzeitschhriften; evtl. Präsentation auf Fachmessen)

"Hightech für Restbierrettung", Basellandschaftliche Zeitung, 20.09.2016