Smart Barrel | Entwicklung von Verfahren zur Bewertung und Quantifizierung der speziellen technologischen Funktionalitäten des neuen Holzreifefasses

AUSBLICK

Bereits beim Start der Produktkommunikation zu Projektende kristallisierten sich vielfältige Variationswünsche der potentiellen Kunden heraus. So soll über langfristig geplante Belegungsfolgen die Sensorik von gelagerten Produkten gezielt beeinflusst werden und Synergien zwischen Holzaromatik und Einfluss von Vorbelegung der Smart Barrel genutzt werden. Das HACCP-Konzept greift diese Pläne auf, wird aber entsprechend der späteren, tatsächlichen Einsätze angepasst werden müssen.

Aufgrund der speziellen Verarbeitung wurden Materialeinsparungen um etwa 10 % möglich. Die Rohstoffkosten wurden erheblich gesenkt, weil mit dem neuen Fertigungsverfahren günstigere Holzqualitäten erfolgreich verbaut werden können. Insgesamt konnte so die Wirtschaftlichkeit etwa um den Faktor 3 gesteigert werden, so dass ebenso eine positive Prognose für die Wirtschaftlichkeit der geplanten industriellen Fertigung abgegeben werden kann.

Über die nun vorhandene Flexibilität bezüglich der Verwendung alternativer Hölzer können Fässer mit völlig neuen Geschmacksprofilen auf den Markt gebracht werden. Im Rahmen des Projektes konnte bereits begonnen werden, erste Erfahrungswerte und eine Datenbasis zu mechanischen Verarbeitungscharakteristika und Toastingprofile für weitere Hölzer als ursprünglich geplant aufzubauen, so dass eine wirtschaftliche Umsetzung zügig erfolgen kann.

Bereits seit dem letzten Viertel der Projektlaufzeit liegen Bestellungen und Kundeninteresse für die Smart Barrel vor.Durch die enge Zusammenarbeit der Kooperationspartner konnten die gesteckten Projektziele erreicht und die avisierten Ansprüche teilweise übererfüllt werden.


Holzfasslagerung von alkoholhaltigen Getränken hat sich in den vergangenen Jahren zu einem vielbeachteten Trend in der Spirituosenbranche entwickelt. Neben bestimmten Reifeprozessen ist insbesondere der sensorische Effekt (Änderung von Geruch, Geschmack und Farbe) von Holzfasslagerung im Interessensfokus. Aus der gesteigerten Anwendungsbreite, die inzwischen weit über die reine Wein- und Whiskylagerung hinaus reicht, entstand die Kundenforderung an den Fassbau, Alternativen zu etablierten Geruchs- und Geschmacksprofilen in industriell gängigen Fassgrößen zur Verfügung zu stellen. Bei der klassischen Fassbautechnik begrenzen sowohl die mechanischen Materialeigenschaften als auch die typische Wuchsform der Bäume die Verwendung alternativer Holzarten. Sensorisch interessante Hölzer, wie z. B. Maulbeerbaum, können deshalb aufgrund mangelnder Daubenlänge nicht als Fassmaterial für Standardgrößen der industriellen Getränkeproduktion angeboten werden.

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Abb. 1: Aufbau der Smart Barrel aus Verbunddauben

ZIELSETZUNG

In dem vorgestellten Projekt wurde ein Herstellungsprozess für neuartige Holzreifefässer entwickelt, die aus einem Verbund zweier verschiedener Hölzer gefertigt werden. Mit dieser Entwicklung können erstmals auch geschmacklich geeignete Holzarten im Fassbau für industriellen Maßstab eingesetzt werden, deren Verwendung bisher aus technischen Gründen unmöglich ist.
In dem Verfahren sollen die unterschiedlichen Hölzer so behandelt und kombiniert werden, dass die Schichten verschiedene technologische Eigenschaften besitzen und diese Funktionalitäten im fertigen Fass vereint werden. Die äußere Holzlage soll die für die Reifung notwendige Mikrooxygenierung des Fassinhalts ermöglichen sowie die Dichtheit des Fasses gewährleisten. Die innere Schicht soll spezifische geschmacksgebende Eigenschaften aufweisen. Im Projekt sollten auf die jeweilige Holzart abgestimmte Verfahren zur gezielten thermischen Oberflächenbehandlung erarbeitet werden, die eine Steuerung der sensorischen Qualität zulassen. Die neue Bauweise der Fässer sollte unter hygienischen Aspekten evaluiert werden.

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Abb. 2: Einfluss unterschiedlicher Toastingdauern (0 – 30 min) auf das Geruchsprofil von mit Zedernholz inkubiertem Destillat (40 % v/v Alk.)
Abb. 3: Sauerstoffdurchtrittsgeschwindigkeit durch verschiedene Dauben in die Messzelle bei einem Sauerstoffgradienten von 3,0 bis 3,5 % O2

ERGEBNISSE

Mit dem entwickelten Verfahren werden die Dauben aus zwei Schichten aufgebaut. Die Daubenteile werden technisch so vorbereitet, dass aus den beiden Hölzern eine funktionsfähige Komplettdaube hergestellt werden kann und die geforderten Funktionalitäten herkömmlicher Dauben erfüllt werden. Diese sind dauerhafte statische Belastbarkeit, Dichtheit, Sauerstoffpermeabilität, hygienische Sicherheit sowie ausreichende sensorische Kapazität. In dieser Hybriddaube dient die äußere Holzschicht als Träger- und Barrieredaube wohingegen die zweite, innere Daube über den direkten Produktkontakt die gewünschte Geschmacksspezifikation bereitstellt, (siehe. Abb.1).
Eine wesentliche Errungenschaft in dieser Entwicklung war zudem die gesteigerte Effizienz in der Verwendung des Rohstoffes Holz. Es ist nunmehr möglich, außer dem Wertstoff Klasse A Fassholz gleicher Spezifikation, jedoch minderwertigerer Ausprägung (Wuchsformen), in den Fassbau einzubeziehen.
Auch bei der Gewinnung der Rohdauben können mit der neuen Bauweise eine erhöhte Verwertbarkeitsquote von 70 % statt regulär etwa 60 % bei Wertholz erzielt werden. Bei Hölzern der Klasse B und C kann die Wirtschaftlichkeit umso mehr gesteigert werden, da diese Hölzer zu deutlich geringeren Einstiegspreisen eingekauft werden können und nicht unter die Wertholzsubmissionen der Landesforsten fallen.

Verwendbare Hölzer
Geplant war, die Entwicklung an den Holzarten Zuckerahorn und Zeder zu realisieren. Über diese ursprünglich geplanten Holzarten hinaus, wurden die technischen Anforderungen zur Verwendung anderer Baum- und Wuchsarten umgesetzt. Zum Einsatz kamen bisher Maulbeerbaum, Buche, Kirschbaum, Zwetschgenbaum, Zirbe und Wacholder. Insbesondere die Holzdichte und die spezifische Holzstruktur beeinflussen das Vorbereitungs- und Verarbeitungsregime. Um die verschiedenen Holzarten nutzen zu können, sind differenzierte Einschneidemuster unabdingbar. Es wurden im Laufe des Projektes über die ursprünglich vorgesehenen Holzarten Zuckerahorn und Zeder hinaus Holzart-spezifische Prozeduren erarbeitet. Diese Datenbasis stellt die Grundlage für die vorgesehene Serienfertigung dar.

Fassgröße, Form
Wie bei der Projektplanung vorgesehen, konnten Fässer bis zu einem Fassungsvermögen von 700 l realisiert werden, was die häufigste gesetzliche Obergrenze für Lager- und Reifebehälter der wichtigsten Spirituosen und Weine darstellt. Die übliche Form der kleineren Fässer ist dadurch gekennzeichnet, dass sie im Unterschied zu Großfässern (über 1300 l) einen ausgeprägteren Fassbauch besitzen und zugleich eine reguläre Daubenstärke von ca. 30 mm aufweisen. Die besondere Herausforderung bestand in dem Zusammenfügen zweier Hölzer zu Hybriddauben, die der mechanischen Belastung bei der Verformung während der Fassproduktion und der Hitzebehandlung beim nachfolgenden Toasting standhalten. Durch individuelle Verarbeitung und Vorbehandlung in Abhängigkeit von den Holzarten ist es gelungen, die traditionelle Fassform herzustellen. Damit konnte ein überaus wichtiger Aspekt für die Vermarktung erreicht werden, da sich die neuen Fässer nahtlos in bestehende Fasslager in der Alkohol- und Weinindustrie integrieren lassen. Die Stabilität ist gewährleistet und wurde durch Lagerversuche bestätigt.

Toasting/Sensorik
Anders als bei klassischen Eichenholzfässern, deren etablierte Geschmacksprofile über definierte Toastingprozesse entstehen, d.h. dass über das Zusammenwirken der Parameter Temperatur und Zeit Verschiebungen in den Aromaprofilen erreicht werden, liegt der Fokus bei den Smart Barrels darauf, die natürlicherweise vorhandenen, holztypischen Aromen zu erhalten. Als Beispiele seien Wacholder-, Zedern- oder Buchenholz genannt. Hier dient das optional angewendete Toasting dazu, Adstringenz und Bittere zu regulieren und die originären Aromen ggf. über die Entstehung von thermischen Spaltprodukten der Holzinhaltsstoffe geeignet zu ergänzen. Dies ist ein sehr wichtiger Aspekt, um die Smart Barrel von den klassischen Eichenholzfässern abzugrenzen. Diese für die Branche neuen Aromen sind dadurch für die Extraktion durch Destillate, Bier oder Wein nutzbar.
In der Praxis wurden die Aromafässer mit einem leichten Toasting versehen. Von den vier praktizierten Toastingprozessen (Feuer, Infrarot, Gas, Doppeltoast = Gas und Feuer) haben sich die Varianten Gas oder Feuer als zielführend herausgestellt. Sie sind am geeignetsten, um die an der HSWT erarbeiteten Toastingprofile vom Labormaßstab in die Praxis umzusetzen. Dies führte in der Testphase zu dem positiven Ergebnis, dass sich in den Smart Barrels keine übermäßige Vanillin-Ausprägungen, keine unbeabsichtigte Raucharomatik oder Geschmacksstilistiken, die an Weihnachtsgewürze (Eugenol) erinnern, zeigen. Dadurch wurde die angestrebte puristische Aromatik ohne Ähnlichkeit zum Eichenholz erreicht. Abbildung 2 zeigt die Wirkung von verschiedenen Toastingdauern auf das Geruchsprofil von mit Zedernholz inkubiertem Destillat. Über die im Projekt entwickelte Methode zur sensorischen Neu­tralisation und Konditionierung der Eichen-Außendauben wird sichergestellt, dass auch bei langfristiger Lagerung von Getränken in den neuen Smart Barrel oder bei Wiederbelegung die Eichenholzaromatik nicht durchschlägt.

Sauerstoffpermeabilität
Die Untersuchungen mit der von der HSWT entwickelten Mess­zelle zeigen, dass die Sauerstoffpermeabilität der neuen Verbunddauben leicht über derjenigen von klassischen Volldauben aus Eichenholz liegt, sich jedoch nicht statistisch signifikant unterscheidet (siehe Abb. 3). Erst über die Kombination zur Verbunddaube mit Materialstärken der Aromadauben von 13 – 15 mm ist die angestrebte Vergleichbarkeit zur Volldaube hergestellt. Durch Eichen-Außendauben in halber Stärke tritt Sauerstoff überproportional schnell durch. Dies ist eine bedeutende Erkenntnis, denn gerade die Sauerstoffdurchlässigkeit ist eine wichtige Funktionalität von Holzreifefässern und hat damit eine entsprechend große Gewichtung in der Kundenkommunikation.

Hygiene, Reinigbarkeit, HACCP-Konzept
Ausführliche Versuche zur Lagerung von hygienisch herausfordernden Getränken (unfiltriertes Bier) wurden angestellt und Vergleiche zu Lagerbehältern aus Edelstahl gezogen. Es wurden die Reinigungsregime überprüft und aus den gewonnenen Erkenntnissen ein HACCP-Konzept für die Smart Barrel unter besonderer Berücksichtigung von Aspekten der Reinigung, Zwischenlagerung und Wiederbelegung erstellt.
Bei geplanter Mehrfachbelegung der Fässer erweist es sich als vorteilhaft, diese bevorzugt mit hochprozentigen Alkoholika erstzubelegen. Resultate aus den Hygiene- und Reinigungsversuchen zeigen, dass nach Füllung mit keimbelasteten Produkten ein größerer Reinigungsaufwand bei Smart Barrel notwendig ist, um eine mikrobiologisch vergleichbare Sicherheit zu erlangen als bei klassischen Eichenholzfässern. Wegen der modularen Bauweise und vermutlich durch die unterschiedlichen Extraktstoffkompositionen der Alternativhölzer ist eine leicht erhöhte Keimbelastung in Smart Barrel im Vergleich zu Eichenholzfässern festzustellen. Überprüft wurde die spezifische Kontamination mit bier- und weinschädlichen Mikroorganismen. Über hohe Alkoholkonzentrationen der Lagerprodukte ist sowohl die mikrobiologische Sicherheit während der ersten Nutzung sowie während der Zwischenlagerung bis zur nächsten Nutzung einfacher sicherzustellen.

Projektleitung


Prof. Dr. Dirk Rehmann (Koordination)

Projektbearbeitung

Dipl.-Ing. (FH) Christine Höfer

Projektmitwirkung extern

Markus Eder
Wilhelm Eder GmbH Link

Projektdauer

01.11.2014 - 31.10.2017

Projektpartner

Projektträger

Projektförderung

Förderprogramm

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